(57)【要約】【課題】簡易な構成によって、ＬＥＤチップを含む紫外線照射ユニットを連続して効率的に冷却することが可能な紫外線照射装置を提供する。【解決手段】ハウジング１２０は、冷却水導入部１２８および冷却水排出部１２６を少なくとも有する。複数のＬＥＤチップ４０のそれぞれは、発光素子４２、アノード電極４６、およびカソード電極４４を少なくとも有する。冷却ブロック５０は、導電性部材から構成されており、カソード電極４４を含むＬＥＤチップ４０におけるアノード電極４６以外の箇所に当接するように構成される。また、冷却ブロック５０は、少なくとも一部が接地されるように構成される。冷却部材５０は、冷却水導入部１２８および冷却水排出部１２６に水密的に接続され、冷却水導入部１２８および冷却水排出部１２６を連通するように構成された冷却水通過孔５２を備える。【選択図】図１
2011040605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を照射可能な発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップ）によって、処理されるべきワークに対して紫外線を照射するように構成された紫外線照射装置であって、
冷却水導入部および冷却水排出部を少なくとも有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置されるとともに、発光素子、アノード電極、およびカソード電極を少なくとも有する複数のＬＥＤチップと、
前記ハウジング内に配置されるとともに、前記カソード電極を含む前記ＬＥＤチップにおける前記アノード電極以外の箇所に当接するように構成され、かつ、少なくとも一部が接地されるように構成された導電性部材からなる冷却部材と、
前記アノード電極を介して前記ＬＥＤチップに電力を供給するように構成された電源ユニットと、
を備え、
前記冷却部材は、前記冷却水導入部および前記冷却水排出部に水密的に接続され、前記冷却水導入部および前記冷却水排出部を連通するように構成された冷却水通過孔を備えた紫外線照射装置。
【請求項２】
前記冷却水導入部および前記冷却水排出部は、前記ハウジングの長さ方向における互いに反対側に位置する面に設けられており、
前記複数のＬＥＤチップは、前記ハウジングの長さ方向に沿って配列されており、
前記冷却水通過孔が、前記ハウジングの長さ方向に沿って延びるように形成された
請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記ハウジングにおけるワークとの対向面に配置され、前記複数のＬＥＤチップから照射された紫外線を均一化してワークに照射するための光透過部材と、
前記光透過部材に不活性ガスを吹き付けるための不活性ガス噴き付け手段と、をさらに備えた請求項１または２に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外線を照射可能な発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップ）を複数有する紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程では、半導体ウェハ等のワークに対して紫外線を照射することにワークの改質を行う手法が用いられている。例えば、ワークに塗布されたインクまたはレジスト等に対して水銀ランプを含む照射ユニットから紫外線を照射して、それらを硬化または乾燥させる手法が広く用いられてきた。
【０００３】
ところが、近年、照射ユニットに紫外線を照射可能なＬＥＤチップが水銀ランプに代わって用いられるようになってきている。その理由は、ＬＥＤチップは、水銀ランプに比較して、長寿命であるとともに省電力化が可能であり、かつ、有害物の問題が発生しにくいという利点があるからである。例えば、ＵＶ硬化樹脂等に用いられる紫外線照射装置において、従来のランプによる表面改質ではランプ寿命が３０００時間程度であるのに対して、ＬＥＤチップでは光源寿命を１２０００時間以上とすることが可能となっている。
【０００４】
ＬＥＤチップを含む照射ユニットを用いる従来技術では、通常、半導体素子であるＬＥＤチップの発熱を抑えるために、ＬＥＤチップを冷却ガス等によって空冷する構成が採用されていた。また、従来技術の中には、ＬＥＤチップに絶縁層を介して接続されたヒートシンクを水冷する構成を採用するものも登場している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６５１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＬＥＤチップを用いた照射ユニットは、従来の水銀ランプを用いた照射ユニットに比較して照射強度が低いという問題がある。しかも、点光源であるＬＥＤチップによって、大面積のワークに対し、改質を短時間で行うために必要な紫外線強度にて連続的に紫外線の照射を行うと、ＬＥＤチップは点灯後短時間で昇温し、それに伴って紫外線強度が低下するということを見出されている。
【０００７】
このため、紫外線を連続して照射する場合においてＬＥＤチップの冷却を効果的に行うことは極めて重要であると言える。上述の特許文献１に係る技術においても、ＬＥＤチップを冷却する構成を採用しているが、ＬＥＤチップとヒートシンクとの間に絶縁層が介在していることから、ＬＥＤチップからヒートシンクへの熱伝導を妨げられる虞があると言える。
【０００８】
この発明の目的は、簡易な構成によって、ＬＥＤチップを含む紫外線照射ユニットを連続して効率的に冷却することが可能な紫外線照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る紫外線照射装置は、紫外線を照射可能なＬＥＤチップによって、処理されるべきワークに対して紫外線を照射するように構成される。この紫外線照射装置は、ハウジング、複数のＬＥＤチップ、冷却部材、および電源ユニットを備える。
【００１０】
ハウジングは、冷却水導入部および冷却水排出部を少なくとも有する。冷却水導入部には、例えば、ハウジング外に配置された冷却水供給ユニットから冷却水が供給される。複数のＬＥＤチップのそれぞれは、ハウジング内に配置されるとともに、発光素子、アノード電極、およびカソード電極を少なくとも有する。
【００１１】
冷却部材は、導電性部材から構成されており、ハウジング内に配置されるとともに、カソード電極を含むＬＥＤチップにおけるアノード電極以外の箇所に当接するように構成される。また、冷却部材は、少なくとも一部が接地されるように構成される。さらに、冷却部材は、冷却水導入部および冷却水排出部に水密的に接続され、冷却水導入部および冷却水排出部を連通するように構成された冷却水通過孔を備える。
【００１２】
電源ユニットは、アノード電極を介してＬＥＤチップに電力を供給するように構成される。
【００１３】
この構成においては、ＬＥＤチップのカソード電極（つまり、接地側）が、内部に冷却水が通過する導電性の冷却部材によって直接的に冷却される。このため、ＬＥＤチップを連続的に強力に冷却することが可能となるため、ＬＥＤチップによって連続的に紫外線の照射を行う場合であってもＬＥＤチップの昇温が抑えられ、その結果、連続照射時におけるＬＥＤチップの照射強度の低下を防止することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、簡易な構成によって、ＬＥＤチップを含む紫外線照射ユニットを連続して効率的に冷却することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る紫外線照射装置の概略を示す図である。
【図２】紫外線照射ユニットの概略構成を示す図である。
【図３】冷却ブロックとＬＥＤチップの接続状態を示す図である。
【図４】冷却水の流通状態を説明する図である。
【図５】不活性ガスの流通状態を説明する図である。
【図６】窓部の構成の一例を示す図である。
【図７】不活性ガスの流通状態の他の例を説明する図である。
【図８】ＬＥＤチップの配置の他の例を示す図である。
【図９】ＬＥＤチップの配置および窓部の構成のさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図を用いて、本発明の実施形態に係る紫外線照射装置１０を説明する。紫外線照射装置１０は、ＣＶＤ、ＵＶキュア、ドライ洗浄、表面改質等のプロセスを行うための半導体製造装置に適用することが可能である。紫外線照射装置１０は、ワーク２５に対して所定の処理を実行する処理チャンバ（図示省略）の上方に配置される。ここでは、紫外線照射装置１０は、搬送されるワーク２５に塗布されたインクまたはレジスト等を硬化または乾燥させる改質に用いられているが、紫外線照射装置１０の用途はこれに限定されるものではない。
【００１７】
図１に示すように、紫外線照射装置１０は、電源ユニット２０、紫外線照射ユニット１２、冷却水供給ユニット１４、不活性ガス供給ユニット１６、および各ユニットの動作を統括的に制御する制御ユニット３０を少なくとも備えている。電源ユニット２０は、紫外線照射ユニット１２にケーブルを介して接続されており、紫外線照射ユニット１２に電力を供給するように構成される。
【００１８】
紫外線照射ユニット１２は、ワーク２５に対して紫外線を照射するように構成される。紫外線照射ユニット１２は、冷却水導入部１２８、冷却水排出部１２６、および不活性ガス導入部１２４を有するハウジング１２０を備える。このハウジング１２０におけるワーク２５との対向面には、紫外線を透過するように構成された窓部１２２が設けられる。窓部１２２は、２００〜４００ｎｍの出力波長の紫外線を透過するように構成されている。窓部１２２の素材の例としては、１〜５ｍｍ程度の厚みを有する、プラスチック、ガラス、または石英等からなる板状体が挙げられる。窓部１２２は、ハウジング１２０に対して容易に取り付けおよび取り外しができるように構成されることが好ましい。その理由は、ワーク２５から発せられる有機物が窓部１２２に付着した場合に容易に窓部１２２をクリーニングできるようになるからである。
【００１９】
ハウジング１２０の内部には、図２に示すように、複数のＬＥＤチップ４０および冷却ブロック５０が配置される。ＬＥＤチップ４０は、直線状に複数配列されており、それぞれ２００〜４００ｎｍの出力波長の紫外線を発するように構成される。冷却ブロック５０は、冷却水導入部１２８および冷却水排出部１２６にそれぞれＯリング等のシール部材を介して液密的に接続された冷却水通過孔５２を有しており、ＬＥＤチップ４０を直接的に冷却するように構成される。
【００２０】
ここで、図３を用いて、各ＬＥＤチップ４０と冷却ブロック５０との接続状態を説明する。図３に示すように、ＬＥＤチップ４０は、発光素子４２、カソード電極４４、およびアノード電極４６を少なくとも有する。発光素子４２は、ＬＥＤチップ４０における第１面側に配置される一方で、カソード電極４４およびアノード電極４６は第１面とは反対側の第２面側に配置される。
【００２１】
また、冷却ブロック５０は、導電性および熱伝導性を有する材料たとえばアルミ、ステンレス、銅およびこれら合金などから構成されており、カソード電極４４に圧着やハンダ等を介して接続されるとともに、少なくとも一部が接地されるように構成される。冷却ブロック５０は、ＬＥＤチップ４０におけるアノード電極４６以外の箇所に対して広範囲に当接するように構成される。この実施形態では、冷却ブロック５０は、アノード電極４６に対応する箇所に直方体状の切り欠部５４が形成された概略直方体状を呈するように構成されている。ただし、冷却ブロック５０の形状はこれに限定されるものではなく、ＬＥＤチップ４０におけるアノード電極４６以外の箇所に可能なかぎり広く当接する形状であれば、上述以外の形状を採用することが可能である。
【００２２】
冷却水供給ユニット１４は、紫外線照射ユニット１２に冷却水を供給するように構成される。具体的には、冷却水供給ユニット１４は、紫外線照射ユニット１２内のＬＥＤチップ４０からの発熱を防ぐ目的でハウジング１２０を水冷するものであり、ハウジング１２０の冷却水導入部１２８に対して冷却水を供給するとともに、ハウジング１２０の冷却水排出部１２６からの排出される冷却水を回収するように構成される。この結果、図４に示すように、冷却水導入部１２８からハウジング１２０内に導入された冷却水は、冷却水通過孔５２を経由して冷却水排出部１２６に到達し、その後冷却水供給ユニット１４を経由して再び冷却水導入部１２８に案内されるようになる。この実施形態では、冷却水を適宜冷却しつつ循環させる構成を採用しているが、ハウジング１２０の冷却水排出部１２６からの冷却水を循環して再利用しない構成を採用することも可能である。
【００２３】
不活性ガス供給ユニット１６は、必要に応じて、ハウジング１２０内部を冷却するために、不活性ガス導入部１２４を介して冷却された不活性ガス（例えば、窒素）をハウジング１２０の内部に供給するように構成される。図５に示すように、不活性ガス導入部１２４からハウジング１２０内部に導入された不活性ガスは、窓部１２２に設けられた排気孔、または窓部１２２とハウジング１２０との間に形成された間隙を介して下方の処理チャンバ（図示省略）に導入され、処理チャンバの排気部から排気される。このような構成を採用することにより、窓部１２２が冷却されるとともに窓部１２２の周囲に気流が発生するため、ワーク１２５から発生した有機物等が窓部１２２に付着しにくくなる。
【００２４】
以上のとおり、紫外線照射装置１０では、水冷により冷却ブロック５０およびハウジング１２０を冷却し、接地されたカソード電極側に接触しているＬＥＤチップ４０自体を直接冷却するように構成される。このため、ＬＥＤチップ４０の冷却を効果的に行うことができるため、ＬＥＤチップ４０における発熱による照度の低下という問題の発生を防止することが可能になる。
【００２５】
図６を用いて、窓部１２２の構成について簡単に説明する。窓部１２２は、ワーク２５に対して複数並べられたＬＥＤチップ４０から発せられる紫外線を均一に照射させるためにＬＥＤチップ４０からの紫外線をワーク２５に対し拡散または集光せしめる機能を有する。また、窓部１２２は、紫外線により改質を行うワーク２５から発せられる有機物が直接ＬＥＤチップ４０に付着することを防止する機能を備える。
【００２６】
窓部１２２は、上述したように、プラスチック、ガラス、または石英からなる板状体であるが、ＬＥＤチップ４０が高温となる場合には耐熱ガラスまたは石英を用いる必要がある一方で、ＬＥＤチップ４０が低温の場合には透明プラスチック材料でもよい。
【００２７】
図６に示す例では、窓部１２２は、球面または非球面の加工がされたレンズを複数用いており、複数のレンズの形状および配置をハニカム形状にしているが、レンズの形状および配置はこれに限定されるものではない。
【００２８】
また、上述の図５では、ワーク２５からの昇華物等による汚れを防止する手段として、ＬＥＤチップ４０と窓部１２２との間に位置する空間に窒素を導入し、その窒素が窓部１２２の窓面に均一に流れるようにする例を説明したが、図５に示す構成に代えて図７（Ａ）または図７（Ｂ）に示すような構成を採用することも可能である。
【００２９】
図７（Ａ）では、不活性ガス排出部１２７をさらに設け、不活性ガス導入部１２４から導入された不活性ガスが窓部１２２の窓面に沿って移動しつつ不活性ガス排出部１２７に回収される例を示している。この構成例を採用する場合には、不活性ガス導入部１２４をハウジング１２０の長手方向の一端部に設ける一方で不活性ガス排出部１２７を他端部に設けるようにするか、または、不活性ガス導入部１２４または不活性ガス排出部１２７の少なくとも一方をハウジング１２０の長手方向に複数設けるようにすることが好ましい。その理由は、そのような構成を採用することによって不活性ガスが窓部１２２の全域に行き渡り易くなるからである。
【００３０】
また、図７（Ｂ）に示すように、不活性ガス導入部１２４をＬＥＤチップ４０および冷却ブロック５０よりも上方に配置しても良い。このような配置を採用することで、不活性ガスをＬＥＤチップ４０の冷却の用途にも用いることができるようになる。
【００３１】
以上の実施形態では、ロール状または板状のフィルムなど搬送されたワーク２５に対し一列に並べられたＬＥＤチップ４０を搭載した紫外線照射装置１０により均一に照射する方法を説明したが、静止した固定された大面積のワーク２５に対して紫外線を照射するためにＬＥＤチップ４０を複数列に配列することも可能である。
【００３２】
例えば、図８に示すように、ＬＥＤチップ４０をマトリクス状に配置し、固定されたワーク２５の全域に対して一括して紫外線の照射を行うことが可能である。この場合には、ＬＥＤチップ４０の列数または行数に相当する数の冷却水通過孔５２および切り欠部５４を設けるようにすれば、ＬＥＤチップ４０の数の増加に関わらず効率的にＬＥＤチップ４０を冷却することが可能になる。
【００３３】
さらに、図９（Ａ）に示すように、複数のＬＥＤチップ４０を、円形状の冷却ブロック５０２上に任意に配置することも可能である。この場合、大面積のワーク２５に対して一括して紫外線を均一に照射するために、複数並べられた発光ダイオードが装着されたハウジングに紫外線を拡散または集光するための窓部１２３を設けることが特に好ましい。例えば、図９（Ｂ）に示すように、ハニカム状に構成および配置された複数のレンズを有する円形の窓部１２３を採用すると良い。
【００３４】
上述のとおり、紫外線照射装置１０は、２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲の紫外線を照射するものであるが、３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲の紫外線は、フレキシブル基板やフレキシブルなディスプレイなどに用いるフィルム剤など樹脂類の接着を目的として用いることも可能であり、また、表面を硬化させることを目的として用いることも可能である。また、２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲の紫外線は、表面の有機物除去や改質、半導体製造工程時のデバイス電荷消去の用途に用いることが可能である。
【００３５】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１０−紫外線照射装置
１２−紫外線照射ユニット
１４−冷却水供給ユニット
１６−不活性ガス供給ユニット
２０−電源ユニット
３０−制御ユニット
４０−ＬＥＤチップ
５０−冷却ブロック
５２−冷却水通過孔
５４−切り欠部
１２０−ハウジング
【図１】
2011040605.tif 000003
【図２】
2011040605.tif 000004
【図３】
2011040605.tif 000005
【図４】
2011040605.tif 000006
【図５】
2011040605.tif 000007
【図６】
2011040605.tif 000008
【図７】
2011040605.tif 000009
【図８】
2011040605.tif 000010
【図９】
2011040605.tif 000011