CN101713928A - 曝光装置 - Google Patents

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Abstract

一种曝光装置，用于制造半导体及液晶等，具备如下的光学系统：使用激光向放射紫外线等光的放电灯供给高能量的情况下，不会在放电容器上开孔，可以有效利用所产生的光。上述曝光装置具有：放射紫外线的光源；激光装置，用于向该光源射入供给能量的激光；椭圆反射镜，反射从该光源放射的紫外线；以及光学系统，使从配置在该椭圆反射镜的第1焦点上的该光源放射的光在该椭圆反射镜上反射，并经由包含准直透镜、积分透镜在内的光学元件照射被照射物，上述曝光装置的特征在于，为了从该椭圆反射镜的开口侧向该光源射入激光，在被该椭圆反射镜反射的光的光路中设置具有波长选择功能的光束分离器。

Description

曝光装置
技术领域
本发明涉及一种在半导体、液晶基板、彩色滤光片等的制造工序中所使用的曝光装置。特别是涉及具备例如放射紫外线区域的光作为放射的光、且射入激光作为对该光源的能量供给方法的光源的曝光装置。
背景技术
近年来，在半导体、液晶基板、彩色滤光片等的制造工序中，通过使用输入功率较大的紫外线光源，实现处理时间的缩短化、对大面积被处理物的统括曝光等。伴随于此，在作为紫外线光源的高压放电灯中，要求放射出更高亮度的光。但是仅提高对高压放电灯的输入功率时，对配置在放电容器内部的电极的负荷增大，由于来自该电极的蒸发物，存在高压放电灯黑化、短寿命化的问题。
为了解决这样的问题，提出了种种方案。例如根据日本特开昭61-193385号公报(专利文献1)，把无电极放电灯配置于椭圆反射镜内，通过设置在该椭圆反射镜的侧面上的孔穴部，使激光射入该放电灯的放电容器内，激发封入该放电容器内的放电气体，使其发光。使用该技术时，因为该放电灯中没有电极，所以解消了灯的点灯中因电极蒸发而引起该放电容器黑化、灯寿命短化等问题，具有可以提供长寿命的放电灯的优点。
在此，作为背景技术之一，图6表示该专利文献1中公开的向无电极放电灯射入激光的构成。图6是使用了通过激光而激发的无电极放电灯的半导体曝光装置的一例，该半导体曝光装置101具有：激光震荡器102；将从该激光震荡器102放射的激光调整为所希望的光束直径的光学部件103及光学部件104；使该激光聚光的聚光透镜105；射入通过该聚光透镜105聚光的激光的无电极放电灯106；使从该无电极放电灯106放射的紫外线反射的椭圆反射镜107；使被该椭圆反射镜107反射的紫外线向被照射物的半导体晶片121照射的光学系统108。此外，在该椭圆反射镜107上设有用于射入该激光的光取入孔110a、使在该无电极放电灯106内没有被吸收而透过的激光向该椭圆反射镜107外放射的光取出孔110b，从该光取出孔110b放射的激光被吸光板109吸收，例如转换为热，激光不会返回到该激光震荡器102。
但图6所示的该专利文献1的构成中，会发生以下问题。为了对该无电极放电灯106供给能量，在该椭圆反射镜107的侧面设置光取入孔110a及光取出孔110b，经由该孔穴部110使激光向该无电极放电灯106射入。这样，由于在椭圆反射镜107的侧面设置该孔穴部110，聚集从该无电极放电灯产生的紫外线的该椭圆反射镜107本来的功能降低，存在无法有效地利用所产生的紫外线的问题。
进而，若缩小设于该椭圆反射镜107上的该孔穴部110，则入射至该无电极放电灯106的激光的入射角变小，在射入大能量的情况下，通过放电容器的激光的能量密度过高，发生在该放电容器本身上开孔等不良状况。此外，若为了降低激光的能量密度而增大为射入激光而设置的该孔穴部110，则如上所述发生无法有效地利用从该无电极放电灯106放射的紫外线的问题。
专利文献1：日本特开昭61-193385号公报
发明内容
本发明的课题在于提供一种在制造半导体、液晶、彩色滤光片等时所使用的曝光装置，具备如下的光学系统：使用激光向放射紫外线等光的放电灯供给高能量的情况下，不会在放电容器上开孔，能够有效利用所产生的光。
根据本发明的技术方案1所述的曝光装置，具有：放射紫外线的光源；激光装置，用于向该光源射入供给能量的激光；椭圆反射镜，反射从该光源放射的紫外线；以及光学系统，使从配置在该椭圆反射镜的第1焦点上的该光源放射的光在该椭圆反射镜上反射，并经由包含准直透镜、积分透镜在内的光学元件照射被照射物，上述曝光装置的特征在于，为了从该椭圆反射镜的开口侧向该光源射入激光，在被该椭圆反射镜反射的光的光路中设置具有波长选择功能的光束分离器。
此外，根据本发明的技术方案2所述的曝光装置，其特征在于，上述激光装置被配置成，使射出的激光的扩展角以该椭圆反射镜的第2焦点为基准朝向该椭圆反射镜的开口周缘扩展。
此外，根据本发明的技术方案3所述的曝光装置，其特征在于，上述激光装置中，在激光的射出口与上述光束分离器之间配置有使激光平行化或会聚的透镜。
此外，根据本发明的技术方案4所述的曝光装置，其特征在于，上述光源具备在放电容器内相对的一对电极，与该电极电连接的供电部从灯泡部的两端突出，连接该电极、并通过各该供电部的灯轴与上述椭圆反射镜的长轴大致一致。
进而，根据本发明的技术方案5所述的曝光装置，其特征在于，上述激光装置在激光的射出口侧具有形成中空光的构件。
此外，根据本发明的技术方案6所述的曝光装置，其特征在于，上述光束分离器被设置在比该光路中的积分透镜靠光源侧、且该光路中的光为大致平行光的范围。
此外，根据本发明的技术方案7所述的曝光装置，其特征在于，上述光束分离器被设置在比该椭圆反射镜的第2焦点靠光源侧、且连接该椭圆反射镜的第1焦点与第2焦点的直线上。
此外，根据本发明的技术方案8所述的曝光装置，其特征在于，上述光束分离器被设置在位于从该椭圆反射镜放射的光的光路中的第2焦点与该准直透镜之间。
进而，根据本发明的技术方案9所述的曝光装置，其特征在于，上述光束分离器是平面形状。
进而，根据本发明的技术方案10所述的曝光装置，其特征在于，上述光束分离器是曲面形状。
根据本发明的技术方案1，因为从椭圆反射镜的开口侧射入激光，所以没有必要在该椭圆反射镜上设置该激光的光取入孔及光取出孔，能够不从该椭圆反射镜泄漏地有效利用从该光源放射的紫外线。进而，能够使该激光的光束直径扩大到该椭圆反射镜开口部整体而射入激光，能够降低由该椭圆反射镜聚光的该激光通过该光源的放电容器时的激光能量密度，不会引起在该放电容器上开孔等不良情形。
此外，在从该椭圆反射镜的开口侧射入激光时，必须在从该椭圆反射镜的开口侧放射的该紫外线的光路中配置激光装置，该激光装置遮挡紫外线，使得由该光源放射的紫外线的利用效率下降。
根据本发明的技术方案1，在光路中设置光束分离器，把该激光装置配置于光路外，所以不会妨碍从该光源放射的该紫外线，能够通过该椭圆反射镜有效地利用从该光源放射的光。
此外，根据本发明的技术方案2，从激光装置射出的激光的扩展角以该椭圆反射镜的第2焦点为基准朝向该椭圆反射镜的开口周缘扩展，所以该激光的入射路径与反射从该光源放射的光的该椭圆反射镜的反射路径重叠，该激光能够通过该椭圆反射镜而切实地聚光于配置在该椭圆反射镜的第1焦点上的该光源。结果，能够有效地利用激光。
进而，根据本发明的技术方案3，在激光装置的激光射出口与光束分离器之间配置有使激光平行化或会聚的透镜，所以无论光束分离器配置在该曝光装置的光路中的任何位置，均可以使激光切实地聚光于该椭圆反射镜的第1焦点即该光源。
此外，根据本发明的技术方案4，因为该光源的灯轴与该椭圆反射镜的长轴一致，所以从该椭圆反射镜的开口侧观察的该光源的投影面积变小，直接入射至该光源部的供电部的(向该椭圆反射镜入射的激光中被供电部妨碍的)激光减少，具有能够有效地使激光聚光于该光源的优点。
进而，根据本发明的技术方案5，入射至该椭圆反射镜的激光的光束直径为中空光，所以从该椭圆反射镜的开口侧入射的激光不会直接照射到该光源(入射的该激光的全部均通过该椭圆反射镜反射、聚光)，该光源不会被无谓地加热，能够有效率地利用激光。
此外，根据本发明的技术方案6，在光路中的光为大致平行光的范围设置该光束分离器而射入该激光，所以没有必要考虑焦点位置等而配置激光装置，能够切实地使激光经由该椭圆反射镜聚光入射至该光源。
进而，能够使与从该光源传输来的该紫外线相同程度地扩展的该激光向光束分离器入射，所以能够抑制光束分离器的温度上升。
进而，根据本发明的技术方案7，在连接该椭圆反射镜的第1焦点与第2焦点的线段上设置该光束分离器而入射该激光，所以在曝光装置中的配置很简便，能够经由该椭圆反射镜切实地使激光聚光入射至该光源。
进而，在现有的曝光装置的光学系统中，只要把连接该椭圆反射镜的第1焦点与第2焦点的线段上所配置的光学部件(反射镜)变更为该光束分离器即可实现本发明，所以能够利用现有的光学系统的配置来实现，具有非常简便的优点。
此外，能够廉价地使用所谓的冷镜(cold mirror)，若该激光是红外区域的波长，则该冷镜反射来自该光源的紫外线而透过红外线。
此外，根据本发明的技术方案8，具有容易在现有的曝光装置的光学中确保配置该光束分离器的空间的优点。
此外，通过适当配置该光束分离器的配置方向，能够在现有的曝光装置的光学系统的空间收容该激光装置，具有能够避免曝光装置大型化的优点。
进而，根据本发明的技术方案9，该光束分离器的形状为平面形状，所以具有容易设计形成于该光束分离器上的电介质多层膜的优点。
进而，根据本发明的技术方案10，该光束分离器的形状为曲面形状，所以不需在激光装置的激光射出口侧设置透镜，具有能够使装置小型化的优点。
附图说明
图1是表示本发明的曝光装置的第1实施例的概略图。
图2是表示本发明的曝光装置的第2实施例的概略图。
图3是表示本发明的曝光装置的第3实施例的概略图。
图4是表示本发明的曝光装置的第4实施例的概略图。
图5是表示锥形透镜的概略的剖视图。
图6是表示现有的曝光装置的概略图。
具体实施方式
本发明的曝光装置，在放电容器中具备一对相对的电极，在该放电容器的两端突出有对该电极供电的供电部，设置有放射紫外线的光源、反射从该光源放射的光的椭圆反射镜，使从该椭圆反射镜放射的光经由包含准直透镜、积分透镜在内的光学系统而照射到被照射物，为了从该椭圆反射镜的开口侧向该光源射入激光，在光路中设置具有波长选择功能的光束分离器。以下表示具体的实施例。
第1实施例
图1表示本发明的曝光装置1的第1实施例。在图1中，光源20、椭圆反射镜2被设置于灯箱3内。从该光源20放射的光被该椭圆反射镜2反射，通过平板型的光束分离器4改变方向，在孔(aperture)5附近聚光。之后，经由准直透镜6、积分透镜(Integrated Lens)7在平面镜8上再度改变光的行进方向，经由第2准直透镜9、遮挡面10而照射例如半导体晶片等被照射面11。
在本实施例中，该光源20采用封入有水银的高压放电灯。该光源20具备在放电容器21内相对配置的一对电极22即阳极22a、阴极22b，对该电极22供电的供电部23a、23b从该放电容器21的两端突出。连接该阳极22a与该阴极22b并通过该供电部23a、23b的灯轴25与该椭圆反射镜2的长轴26(第1焦点A，及在该椭圆反射镜2的开口侧未配置反射镜等改变光的行进方向的构件时的第2焦点B)一致。在本实施例中，该光源20的该放电容器21是由石英玻璃制造的大致橄榄球状的放电容器，在该放电容器20内，例如封入氙(Xe)作为稀有气体，封入水银作为发光物质。在本实施例中，该光源20的电极间中心重叠于该椭圆反射镜2的第1焦点A。
此外，为了用激光向在该光源20的电极间产生的等离子体供给能量，从激光震荡器30射出的激光经由扩束器等光学部件，调整该激光的光束直径，随着靠向该椭圆反射镜2的开口周缘扩展该激光的光束直径。此时，将该激光的扩展角调整为，与由该椭圆反射镜2反射的光的光路重叠，从而使激光聚光于在该椭圆反射镜2的第1焦点A处配置的该光源20的电极之间。在本实施例中，该激光震荡器30被配置于比平板型的该光束分离器4更靠图面下方。此外，该激光震荡器30的激光射出口31被配置在该椭圆反射镜2的长轴上、且没有通过平板型的该光束分离器4改变光的行进方向时的第2焦点的位置(第2焦点B)。此外，在本实施例中，作为激光震荡器30，从容易操作，可以产生大功率的激光的观点出发，使用输出波长约1μm的红外光的光纤激光器。
此外，该光束分离器4为平板型，透过激光而反射从该光源20放射的光。具体而言，透过从该激光震荡器30射出的波长1μm的红外光，反射从该光源1放射被该椭圆反射镜2反射的光即半导体曝光中普遍利用的来自水银的i线(波长为365nm的紫外线)。该光束分离器4例如由交替重叠TiO2与SiO2而成的电介质多层膜所构成，通过适当地设定该电介质多层膜的膜厚与膜的总数，可以透过所希望的波长的激光，反射从光源放射的所希望的波长的光。
根据上述构成，使透过该光束分离器4的激光从该椭圆反射镜2的开口侧入射，并通过该椭圆反射镜2反射，聚光于该光源20。此时，不需要为了取入激光而在该椭圆反射镜2的光反光面上设置开孔，可以利用该椭圆反射镜2的反射面整体，所以具有可以有效地通过该椭圆反射镜2聚光从该光源20放射的紫外线的优点。此外，由于是经由该椭圆反射镜2使激光射入到该光源20，所以可以使激光扩展于该椭圆反射镜2的反射面整体上而从该椭圆反射镜2向该光源20射入。因此，能够降低通过该光源20的该放电容器21的激光的每单位面积的能量密度，所以具有不会引起在该放电容器21上开孔等不良情形的效果。
第2实施例
图2表示本发明的第2实施例。图2的曝光装置50的基本构造与图1所示的曝光装置1几乎相同，相同构件上标以与图1所示的标号相同的标号。在图2中，光源20、椭圆反射镜2被设置于灯箱3内。从该光源20放射的光被该椭圆反射镜2反射，通过蒸镀有铝等金属膜的平面镜51改变从该光源20放射的光的方向，在孔(aperture)5附近聚光。之后，经由准直透镜6、积分透镜7而通过平面镜8再度改变光的行进方向，经由第2准直透镜9、遮挡面10而照射例如半导体晶片等被照射面11。
在本实施例中，在该孔5与该准直透镜6之间，配置平板型的光束分离器52。该光束分离器52在该孔5一侧形成有红外线反射膜，从激光震荡器30放射的激光(例如，波长为1μm)经由会聚透镜53入射，以会聚于该孔5附近的方式，被该光束分离器52反射。此处，该会聚透镜53将该激光的光束直径调整为，使从激光震荡器30放射的激光通过在该激光射出口31上配置的扩束器等暂时扩展后，与从该椭圆反射镜2反射的光的光路重叠并扩展到该椭圆反射镜2的开口周缘。
被该光束分离器52反射的激光从该椭圆反射镜2的开口侧入射，对该光源20供给能量。从通过该激光供给能量的该光源20，放射例如波长365nm的紫外线，被该平面镜51改变行进方向，通过该孔5，透过配置在光路上的该光束分离器52。之后，进而经由该准直透镜6、该积分透镜7、该第2准直透镜、该遮挡面10而照射至被照射面11。
该第2实施例的构成只要在现有的该曝光装置50的光路中插入配置该光束分离器52即可实现。只要能够透过使用于该曝光的紫外线，并反射该激光，则可以任意选择光束分离器的朝向。在本实施例中是把激光震荡器30配置于下侧，但也可以配置于上侧。即，能够以可在现有的该曝光装置的空间配置包含激光震荡器30及其他光学系统在内的激光装置的方式，自由地设计光束分离器的朝向及配置。如此一来具有可以使该曝光装置整体小型化的优点。
第3实施例
图3是本发明的第3实施例。图3所示的曝光装置60的基本构造与图2所示的第2实施例的曝光装置50相同。在本实施例中，替代图2所示的该光束分离器52，而配置曲面形状的光束分离器61。该光束分离器61的形状为曲面形状，上述孔5一侧的面反射激光，并且透过从该光源20放射的光。具体而言，设有反射红外光、透过紫外线的电介质多层膜。在本实施例中，该光束分离器61的曲面被设计成，从该激光震荡器30被扩束器等扩展的激光通过该光束分离器61聚光于该孔5的位置，之后扩展到该椭圆反射镜2的开口周缘。
这样，在第3实施例中，因为该光束分离器61为曲面形状，所以即使没有会聚透镜也能够使从该激光震荡器30射出的激光聚光，所以具有可使该曝光装置30进一步小型化的效果。
第4实施例
图4是本发明的第4实施例。图4所示的曝光装置70的基本构造与图2所示的第2实施例的曝光装置50相同。在本实施例中，具备与图2所示的光束分离器52相同的平板型的光束分离器71。但是其配置位置是准直透镜6与积分透镜7之间，被配置在从该椭圆反射镜2反射的光以大致平行光行进的部分。此外，对于入射至该光束分离器71的激光，作为配置于该激光震荡器30的射出口侧的、形成中空光的构件，例如使用锥形透镜(cone lens)72。
说明该锥形透镜72。图5是沿着光射入方向切断该锥形透镜72的剖视图。该锥形透镜72从大致圆锥形的凹部的入射面77射入激光，是由光折射部76和大致圆锥形的光射出部75所构成的、具有弯月(meniscus)构造的光学元件，上述光折射部76由玻璃体构成。
如图5所示，从激光震荡器30的激光射出口31射出的激光(以箭头表示其光路)，在该锥形透镜72的入射面77分支成2个方向，通过光折射部76而变换成在该激光光束直径的中央部分没有光的环状或甜甜圈(Doughnut)状的光，从光射出部射出。
在图4的曝光装置70中，由于该锥形透镜72，从该激光震荡器30射出的激光形成为在其光束直径的中心部分没有光的环状或甜甜圈状的激光(中空光)。具体而言，由于该锥形透镜72，该激光的光束直径形成为如下情况。该激光的外侧部721与内侧部722之间是有光的部分。此外，在外侧部724与内侧部723之间是有光的部分。在内侧部722与内侧部723是没有光的部分，此部分形成中空状态。此外，该中空光在向该椭圆反射镜2入射时为如下情况。从该锥形透镜72射出时刻的该激光的该外侧部721与入射至该椭圆反射镜2的时刻朝向开口周缘入射的外侧部725对应。此外，该外侧部724对应于外侧部728。进而，从该锥形透镜72射出时刻的该激光的该内侧部722与入射至该椭圆反射镜2的时刻的内侧部726对应。此外，该内侧部723对应于内侧部727。
这样，在第4实施例中，通过使从激光震荡器30射出的激光形成为中空光的构件即锥形透镜72，形成为在其光束直径的中心部分没有光的中空光，该中空光入射至该椭圆反射镜2。此时，激光不会从该椭圆反射镜2的开口侧直接射入该光源20的供电部23a及放电容器21(相当于内侧部726、727之间的部分)，具有可以使激光有效地从该椭圆反射镜2入射至该光源20的优点。进而，因为激光不会直接射入该光源20的供电部23a及放电容器21，所以该光源20不会无谓地被激光加热，具有可以有效地利用激光的优点。

Claims (10)

1.一种曝光装置，具有：放射紫外线的光源；激光装置，用于向该光源射入供给能量的激光；椭圆反射镜，反射从该光源放射的紫外线；以及光学系统，使从配置在该椭圆反射镜的第1焦点上的该光源放射的光在该椭圆反射镜上反射，并经由包含准直透镜、积分透镜在内的光学元件照射被照射物，上述曝光装置的特征在于，
为了从该椭圆反射镜的开口侧向该光源射入激光，在被该椭圆反射镜反射的光的光路中设置具有波长选择功能的光束分离器。
2.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，
上述激光装置被配置成，使射出的激光的扩展角以该椭圆反射镜的第2焦点为基准朝向该椭圆反射镜的开口周缘扩展。
3.如权利要求1或2所述的曝光装置，其特征在于，
上述激光装置中，在激光的射出口与上述光束分离器之间配置有使该激光平行化或会聚的透镜。
4.如权利要求1～3中任一项所述的曝光装置，其特征在于，
上述光源具备在放电容器内相对的一对电极，与该电极电连接的供电部从灯泡部的两端突出，连接该电极并通过各该供电部的灯轴与上述椭圆反射镜的长轴大致一致。
5.如权利要求4所述的曝光装置，其特征在于，
上述激光装置在激光的射出口侧具有形成中空光的构件。
6.如权利要求1～5中任一项所述的曝光装置，其特征在于，
上述光束分离器被设置在比该光路中的积分透镜更靠近光源侧、且该光路中的光为大致平行光的范围。
7.如权利要求1～5中任一项所述的曝光装置，其特征在于，
上述光束分离器被设置在比该椭圆反射镜的第2焦点更靠近光源侧、且连接该椭圆反射镜的第1焦点与第2焦点的直线上。
8.如权利要求1～5中任一项所述的曝光装置，其特征在于，
上述光束分离器被设置在位于从该椭圆反射镜放射的光的光路中的第2焦点与该准直透镜之间。
9.如权利要求8所述的曝光装置，其特征在于，
上述光束分离器是平面形状。
10.如权利要求8所述的曝光装置，其特征在于，
上述光束分离器是曲面形状。
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