JP6900639B2 - 光源ユニット - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、半導体ウエハのみが吸収する波長領域の光を放射して半導体ウエハを加熱するためのLEDを備えてなる、半導体ウエハの表面をウェット洗浄する液処理装置が記載されている。
仮に、被処理物の全面に均一に光照射可能な光源を被処理物の上面側に配備することを想定した場合には、被処理物以外にも光が照射されるため、周辺構造部材の損傷や温度上昇によって、加熱処理の均一性が損なわれることになる。
前記透光性保護カバーは、その周縁部分に、LED素子からの光を外方に屈折させる光学要素部を有し、
前記透光性保護カバーは、前記多数のLED素子が配置されたLED素子配置面と平行に伸びる板状の基体部と、この基体部の一面における周縁部分に形成された、前記光学要素部として機能する前記光源配置領域の周囲を囲む枠部とにより構成されており、
当該枠部は、前記基体部の一面に沿う外面を有し、当該枠部の前記光源配置領域を臨む内周面が、前記光源配置領域の径方向外方に向かうに従って前記LED素子配置面に接近する方向に傾斜する傾斜面により形成されており、
当該透光性保護カバーは、前記基体部が前記複数のLED素子の光軸と直交する方向に伸び、前記光源部を構成する一部のLED素子の光軸が前記傾斜面に向かって前記基体部の一面に沿う前記枠部の外面に垂直に伸びる状態で、配置されていることを特徴とする。
図1は、本発明の光源ユニットの一例における構成を概略的に示す断面図である。図2は、光源部の一例における構成を概略的に示す平面図である。
この光源ユニット10は、多数のLED素子11が配置されてなる光源部15と、この光源部15における多数のLED素子11が配置された光源配置領域Rを覆うよう設けられた透光性保護カバー20とを備えてなる。
LED素子11の形態は特に限定されず、表面実装型若しくはパッケージ型のLED素子、LEDチップ、レンズ一体型のLED素子、砲弾型のLED素子などであってもよい。この例におけるLED素子11は、例えば表面実装型の矩形のものが用いられている。
隣接する2つのLED素子11の配置ピッチ(光軸L間の距離)は、ほぼ同一の大きさとされている。LED素子11の光軸Lとは、LED素子11から放射される光の中心軸を意味し、図示の例では、発光面の中心を通る軸が光軸Lとなる。
光源ユニット10が、例えば、半導体製造工程のウェット洗浄処理において被処理物に対して実行される加熱処理(乾燥処理)に用いられる場合には、高い耐薬品性を有することから、透光性保護カバー20を構成する材料として、PFAやFEP、又はこれらフッ素樹脂をガラスにコーティングしたものを用いることが好ましい。
然るに、上記の光源ユニット10においては、光源配置領域Rを覆うよう設けられた透光性保護カバー20が、LED素子11からの光を外方に屈折させる光学要素部として機能する、内周面が傾斜面22aにより形成された枠部22を備えている。そして、透光性保護カバー20が、光源部15を構成する少なくとも一部のLED素子11、具体的には、径方向最外縁側に位置されるLED列12に係るLED素子11aの光軸Lが傾斜面22aに向かって伸びる状態で、配置されている。このため、上記の光源ユニット10によれば、透光性保護カバー20における枠部22に入射される光線を被処理物Wの周縁部に向かって指向させることができる。
LED素子11aの光軸Lに対して径方向外方側に向かって放射される光線(光成分)のうち、透光性保護カバー20における傾斜面22aの法線方向に沿って放射される光線より大きな放射角で放射される光線は、透光性保護カバー20における傾斜面22aによって、当該光線の入射方向に対して径方向内方側に屈折される。一方、LED素子11から透光性保護カバー20における傾斜面22aの法線方向に沿って放射される光線より小さな放射角で放射される光線(光軸方向に放射される光線を含む。)は、傾斜面22aに対する入射方向が変わる。このため、当該光線は、透光性保護カバー20における傾斜面22aによって、当該光線の入射方向に対して径方向外方側に屈折される。
また、LED素子11aの光軸Lに対して径方向内方側に向かって放射される光線は、入射方向に対して径方向外方側に屈折される。しかしながら、透光性保護カバー20における傾斜面22aに入射される光線は、透光性保護カバー20の外面21bの法線方向に対して径方向外方側に屈折されるのに対して、透光性保護カバー20における湾曲面23に入射される光線は、透光性保護カバー20の外面21bの法線方向に対して径方向内方側に屈折される。然るに、傾斜面22aと湾曲面23との境界部分付近に入射される光線は、傾斜面22aに入射される場合と湾曲面23に入射される場合とで、屈折角の差が小さい。そのため、傾斜面22aによって屈折される場合と湾曲面23によって屈折される場合とで屈折される方向が互いに異なるが、透光性保護カバー20中を進行する光線の広がりが小さく抑制されることになる。
なお、透光性保護カバー20aにおける基体部21に向かって放射される光線のうち、LED素子11aの光軸に対して径方向内方側に向かう光線は、基体部21の内面21aによって、入射方向に対して径方向外方側に屈折される。そして、当該光線は、透光性保護カバー20aの外面21bにおいて、入射方向に対して径方向内方側に屈折されて出射される。
例えば、透光性保護カバーにおける光学要素部として機能する枠部の内周面は、基体部に垂直な断面において、弧状に湾曲した曲面によって構成されていてもよい。また、枠部の内周面は、フレネル面を含む面により構成されていてもよい。
また、光源部は、すべてのLED素子が同一平面上に配置された構成とされている必要はない。さらにまた、光源部は、上記実施例に係る構成のものに限定されず、多数のLED素子が円環状または部分円環状の光源配置領域R内に配置された構成(例えば被処理物の周縁部のみを光加熱する構成)とされていてもよい。
図1および図2に示す構成に従って、本発明に係る光源ユニットを作製した。この光源ユニットの仕様は、以下に示すとおりである。
<光源部(15)>
光源配置領域(R):φ292mmの円形状
LED素子(11(11a))の中心発光波長:850nm、サイズ:1.0mm角、出力:1.0W、配置ピッチ:1.5mm
<透光性保護カバー(20)>
材質:PFA(屈折率=1.3)、外径寸法:φ300mm、高さ方向寸法:5mm、枠部内周面(傾斜面22a)の光源配配置面(S)に対する傾斜角:45°、湾曲面(23)の曲率半径:3mm、枠部の開口端面における内周縁位置と径方向最外縁側に位置されるLED列(12)に係るLED素子(11a)の光軸位置との径方向離間距離:2.5mm、基体部(21)の厚み:2mm
そして、光源ユニット(10)における各々のLED素子(11)を一斉に点灯させ、試験用ウエハ(W)の中心部の温度が100℃になった時の試験用ウエハ(W)の光照射面における温度分布を調べた。結果を図5において曲線(α,丸印のプロット)で示す。図5の横軸における「0」mmの位置が試験用ウエハ(W)の中心位置である。
また、径方向最外縁側に位置されるLED列(12)に係る一のLED素子(11a)と当該LED素子(11a)と隣り合う一つ径方向内側のLED列におけるLED素子の2個のみを点灯させて、試験用ウエハ(W)の光照射面上における照度分布を測定した。結果を図6に示す。図6の横軸における「0」mmの位置が、試験用ウエハ(W)の周縁位置であり、「8」mmの位置がLED素子(11a)の光軸の位置である。
透光性保護カバー(20a)が、枠部(25)の内周面(25a)がLED素子配置面(S)に対して垂直に伸びる全体が円筒状のものであることの他は、実験例1における光源ユニットと同一の構成を有する光源ユニット(10a,図4参照。)を作製した。
そして、実験例1と同様の方法により、試験用ウエハ(W)の光照射面における温度分布を調べた。結果を図5において曲線(β,菱形印のプロット)で示す。
また、実験例1と同様の方法により、試験用ウエハ(W)の光照射面における照度分布を測定した。結果を図7に示す。
基体部(21)の内面(21a)と、枠部(22)の内周面(22a)とが湾曲面を介さずに接続された構成とされていることの他は、実験例1における光源ユニットと同一の構成を有する光源ユニット作製した。
そして、実験例1と同様の方法により、試験用ウエハ(W)の光照射面上における照度分布を測定した。結果を図8に示す。
また、実験例2に係る光源ユニットにおいては、試験用ウエハの最外縁側の測定点の位置の温度が実験例1に係る光源ユニットに比して若干低くなることが確認された。この理由は、図8に示されるように、照度分布において照度の落込み部が生じるためであると推察される。
なお、参考実験例1に係る光源ユニットおいては、試験用ウエハの光照射面において、最外縁側の測定点の位置の温度がより内側の温度に比較して15℃程度も低くなっていることが確認された。
10a 光源ユニット
11 LED素子
11a LED素子
12 LED列
13 基板
15 光源部
20 透光性保護カバー
20a 透光性保護カバー
21 基体部
21a 一面(内面)
21b 他面(外面)
22 枠部
22a 傾斜面
23 湾曲面
25 枠部
25a 内周面
C 円
L 光軸
R 光源配置領域
S LED素子配置面
W 被処理物
Claims (4)
- 多数のLED素子が配置されてなる光源部と、この光源部における前記多数のLED素子が配置された光源配置領域を覆うよう設けられた透光性保護カバーとを備えてなり、
前記透光性保護カバーは、その周縁部分に、LED素子からの光を外方に屈折させる光学要素部を有し、
前記透光性保護カバーは、前記多数のLED素子が配置されたLED素子配置面と平行に伸びる板状の基体部と、この基体部の一面における周縁部分に形成された、前記光学要素部として機能する前記光源配置領域の周囲を囲む枠部とにより構成されており、
当該枠部は、前記基体部の一面に沿う外面を有し、当該枠部の前記光源配置領域を臨む内周面が、前記光源配置領域の径方向外方に向かうに従って前記LED素子配置面に接近する方向に傾斜する傾斜面により形成されており、
当該透光性保護カバーは、前記基体部が前記複数のLED素子の光軸と直交する方向に伸び、前記光源部を構成する一部のLED素子の光軸が前記傾斜面に向かって前記基体部の一面に沿う前記枠部の外面に垂直に伸びる状態で、配置されていることを特徴とする光源ユニット。 - 前記透光性保護カバーにおける枠部は、前記LED素子載置面に対して垂直に伸びる側面を有することを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。
- 前記透光性保護カバーにおける枠部の内周面を構成する前記傾斜面が、湾曲面を介して前記基体部の一面に連続していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源ユニット。
- 前記透光性保護カバーにおける基体部の他面と離間して配置される被処理物の加熱処理に用いられることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光源ユニット。
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