CN101799632B

CN101799632B - 光照射装置

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Publication number: CN101799632B
Application number: CN2010101135239A
Authority: CN
Inventors: 新堀真史; 铃木一好
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: TWI392975B; JP2010182989A; KR20100091099A; KR101247491B1; CN101799632A; JP5157945B2; TW201030473A

Abstract

一种光照射装置，在具有由框架及其隔条保持多个滤片板的滤片的光照射装置中，防止在光照射面的照度分布均匀度的降低。由光源(H)所射出的光在第1反射镜(3)进行反射，通过滤片(10)而入射至排列配置有多个矩形透镜的积分透镜(4)。滤片(10)是由框架(保持框)及以纵横形成在该框架的隔条保持矩形状多个滤片板所成。因此，该隔条将来自光源(H)的光遮光，在积分(4)上形成线状阴影而使被照射面中的照度分布形成为不均匀。因此，将滤片(10)以滤片(10)的隔条相对积分透镜(4)的各透镜的边倾斜、并且与各透镜的对角线不平行的方式进行配置。由此，可防止因隔条(10c)所形成阴影所造成的被照射面中的照度分布均匀度的降低。

Description

光照射装置

技术领域

本发明是涉及曝光装置所使用的光照射装置，该曝光装置用于制造半导体元件或印刷基板、液晶基板等。

背景技术

在图12中示出现有的作为曝光装置等的光源装置来被使用的光照射装置的构成例子。

在该图中，由灯1所出射的光被聚光镜2聚光，由第1反射镜3将光路折返，经由波长选择滤片(filter)10和快门20而入射至积分透镜4。

积分透镜(Integrator lens)4是具有在被照射面中将入射至该透镜4的光的照度分布形成为均匀的功能。

由积分透镜4所出射的光是由第2反射镜5进行反射而入射至准直器透镜6。由准直器透镜6所出射的光是形成为平行光而照射在被照射面8。

在图12所示装置的情况下，在被照射面8上置放有掩膜M，形成于掩膜M的掩膜图案(未图示)是通过投影透镜7而被投影在涂敷有抗蚀剂等感光材料的基板W上并予以曝光。另外，关于未使用投影透镜7而将掩膜M与基板W相密接或近接，使掩膜图案曝光在基板W上的装置，也使用同样结构的光照射装置。

此外，也有在被照射面8配置被处理物而非掩膜M，照射光而由光化学反应来进行被处理物的表面变换等的情况。作为如上所示的例子，有液晶显示元件用的光取向膜的光取向处理。

以下将基板或取向膜等照射来自光照射装置的光的对象物称为工件。

积分透镜(亦称为复眼透镜(fly-eye lens))是以纵横方向并列配置有十几个～一百个左右的透镜。该各透镜分割入射光，经分割后的光在照射面相叠合，从而使照度分布成为均匀。即，即使入射至积分透镜的光的照度分布为不均匀，且入射至各透镜的光的强度不同，也因该出射光在同一照射面重复照射而成为均匀的照度分布。通过使用如上所述的积分透镜，可将被照射面的照度分布形成为±5％左右。

在图13中示出因积分透镜所造成的上述照度分布均匀化的情形。其中，在该图中为易于说明起见，显示有由3个透镜所构成的积分透镜，但是实际上则是设有十几个～几十个透镜。

在图13中，来自未图示的灯的光被聚光，由该图的上方入射至积分透镜4，由积分透镜4所出射的光是透过准直器透镜6而被照射在该图下方的被照射面8的照射区域。

积分透镜4是由第1透镜L1、第2透镜L2、第3透镜L3所构成，入射至积分透镜4的光的图面左右方向的照度分布是呈图中曲线图1所示的中心部的照度高、周边部照度低的形状。

积分透镜4是将入射至各个透镜L的光投影在照射区域全体。在第1透镜L1是入射具有曲线图1的A的照度分布的光，在照射区域全体是作为具有曲线图2的A’的照度分布的光而被投影。

同样地，在第2透镜L2是入射具有曲线图1的B的照度分布的光，在照射区域全体是作为具有曲线图2的B’的照度分布的光而被投影。在第3透镜L3是入射具有曲线图1的C的照度分布的光，在照射区域全体是作为具有曲线图2的C’的照度分布的光而被投影。

在照射区域中，上述A’、B’、C’的照度分布被相加。由此，照射区域的照度分布是成为如曲线图3所示。与曲线图1相比，曲线图3是照度分布已被均匀化。

若增加构成积分透镜的透镜数量，即提升如上所示的照度分布均匀的效果。如上所示，通过使用积分透镜，可将被照射面8的光照射区域的照度分布形成为±5％以下。

在将液晶基板或印刷基板等矩形状工件进行曝光时，使由光照射装置所照射的光的形状与工件的形状一致而形成为矩形状。在如上所示的情形下，若将构成积分透镜4的各个透镜的相对光轴呈垂直方向的剖面形状形成为矩形状，则照射区域的形状即为矩形状。以如上所示使用各透镜的剖面为矩形状的积分透镜为例，是有例如专利文献2所记载的光照射装置。

此外，在如上所示的光照射装置中，为了从由灯1所放射的光中仅取出曝光所需波长的光，在积分透镜4的光入射侧配置选择波长的单元，即所谓的波长选择滤片10，例如专利文献2的照明光学装置的记载所示，自以往以来也已为人所知。

其中，以配置在积分透镜4的光入射侧的滤片而言，大部分为用以遮断比所需波长为短的波长的光。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2002-237442号公报；

专利文献2：日本特开昭61-180435号公报；

专利文献3：日本特开2004-245912号公报。

上述波长选择滤片(以下仅称之为滤片)是在石英或玻璃等透明基板上蒸镀无机多层膜而形成。所形成的膜是按照所欲遮断(所欲透过)的光的波长来设定材质或膜厚而形成。

近年来，随着液晶显示基板或印刷基板的大面积化的进展，在曝光装置中也期望光照射区域的扩大。作为该对策，例如专利文献3所记载的光照射装置所示，将多个灯与聚光镜相组合也已被提出，光源也已大型化。

若光源大型化，入射至积分透镜的光(光芒)也变大，配置在积分的入射侧的滤片也需要为大型的滤片。例如在排列使用4支灯的光照射装置的情况下，光芒的直径约为700mm。

但是，滤片是如上所述在玻璃板等(以下统称为玻璃板)形成有无机蒸镀膜。作为现实问题，以所欲遮断(所欲透过)的波长不会移位的方式，遍及大面积的玻璃板的全面而形成均匀特性的蒸镀膜是有困难的，在现状中为至250mm～300mm见方程度为止。因此，在大型光照射装置中所使用的滤片是难以由一片玻璃板来制作。

针对该问题，我们经过精心研究结果，考虑由框架(保持框)及其隔条来保持多个较小的滤片板而作为一个较大的滤片来加以使用。但是，若由耐久性或成本的观点来看，框架及其隔条通常是由金属所制作。如此一来，框架或隔条是成为不透明，隔条的粗细亦成为5mm～10mm左右。当将如上所示的滤片配置在光路时，框架的外框即使配置成在光芒之外，也会有隔条将光遮光而产生阴影，而使光照射面下的照度分布均匀度降低。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术的问题而完成的，本发明的目的为在具有由框架及其隔条来保持多个滤片板的滤片的光照射装置中，防止光照射面下的照度分布的均匀度降低。

为了解决上述课题，在本发明中，具有：光源；积分透镜，排列配置光的入/出射面为矩形(即相对光轴呈垂直方向的剖面呈矩形)的多个透镜，入射来自上述光源的光，而将在光照射面的照度分布形成为均匀；以及滤片，将由上述光源所放射的光中仅透过特定波长范围的光，该滤片由框架及该框架的隔条来保持的多个滤片板而构成的光照射装置中，将对上述滤片照射光的区域中的上述滤片的框架隔条延伸的方向，以相对构成积分透镜的上述矩形的各边的方向倾斜的方式(不会呈平行的方式)、并且与上述积分透镜的上述矩形的对角线不平行的方式来进行配置。

在此，入射至上述滤片及积分透镜的光的照度是光芒的中心部分(光轴的附近)为较强，因此若在该部分以未施加滤片的隔条的方式作配置，可将隔条阴影的影响减为更小，而可防止照度分布均匀度的降低。即，优选在光轴所通过的透镜及与其相邻接的透镜上未配置有隔条。

此外，在对上述滤片照射光的区域中，优选以上述滤片的所有隔条相对上述积分透镜的边倾斜、并且以对上述透镜的对角线不平行的方式进行配置，如上所示，可有效减小隔条阴影的影响。

在本发明中，以使滤片的框架的隔条延伸的方向相对于积分透镜的各边的方向倾斜的方式、并且以与积分透镜的矩形的对角线不平行的方式来进行配置，因此上述隔条的部分的阴影不会有因积分透镜的作用而在被照射面的照射区域中被相加的情形，因框架的隔条所造成的阴影会在光照射面中被分散，而可防止照度分布均匀度的降低。

附图说明

图1是显示本发明的实施例的光照射装置的概略构成图；

图2是显示本发明的实施例的滤片的构造图；

图3是由光入射侧观看积分透镜的图；

图4是显示本发明的实施例的针对对积分透镜的滤片配置例图(由光入射侧所观看的图)；

图5是显示本发明的实施例的针对积分透镜的滤片配置例图(立体图)；

图6是说明在本发明中可防止照度分布降低的理由的图(1)；

图7是说明在本发明中可防止照度分布降低的理由的图(2)；

图8是说明积分透镜的各透镜为正方形时的滤片配置图；

图9是说明针对积分透镜的各透镜的滤片的隔条优选配置例图；

图10是显示将本发明的滤片配置在积分透镜的出射侧时的构成例图；

图11是显示当以光入射侧的透镜群4a与光出射侧的透镜群4b构成积分透镜4时，将本发明的滤片配置在积分透镜的光入射侧与光出射侧的透镜群之间时的构成例图；

图12是显示作为现有的曝光装置等的光源装置所被使用的光照射装置的构成例图；

图13是显示由积分透镜所致的照度分布均匀化的情形图。

附图标号说明

1、1a、1b：灯

2、2a、2b：聚光镜

3：第1反射镜

4：积分透镜

4a、4b：透镜群

5：第2反射镜

6：准直器透镜

7：投影透镜

8：被照射面

10：滤片

10a：滤片板

10b：框架

10c：隔条

20：快门

H：光源

L1～L9：透镜

M：掩膜

W：基板

具体实施方式

图1是显示本发明的实施例的光照射装置的概略构成图。与图12相同的构成是标注相同的元件符号。

在本实施例中，光源H是由2个灯1a、1b、及将来自各灯的光作反射且聚光的2个聚光镜2a、2b所构成，以使在被照射面8中获得大面积的照射区域。关于构成，由于基本上与现有的光照射装置相同，故予以省略。

由光源H所出射的光是由第1反射镜3而将光路折返，通过用于波长选择的滤片(filter)10或快门20而入射至积分透镜4。

由积分透镜(インテグレ一タレンズ)4所出射的光是由第2反射镜5进行反射，在准直透镜6形成为平行光而被照射在被照射面8。

图2是本实施例的滤片10的构造，显示由矩形状框架(保持框)10b及纵横形成在该框架10b的4条隔条10c来保持9枚矩形状滤片板10a。图2(a)是由光入射侧观看滤片10的平面图，图2(b)为(a)的A-A剖面图。

滤片10是由：多个滤片板10a、保持各滤片板10a的框架(保持框)10b、及相对该框架10b呈彼此平行配置的隔条(栈)10c所构成。

滤片板10a是如上所述在石英或玻璃等透明基板蒸镀有无机多层膜，例如边长为250mm～300mm的正方形。

保持滤片板10a的框架(保持框)10b及其隔条10c为铝制，框架10b的隔条10c的宽幅为5mm～10mm，在内侧形成有凹部，各滤片板10a被嵌入在凹部而予以保持。

图3是由光入射侧观看积分透镜4的图。在该图中，配置有3×6＝18个配合光照射区域的形状所形成且相对光轴呈垂直方向的剖面为矩形状的透镜L。在实际的光照射装置中所使用的积分透镜4的透镜L数为80个～100个。

图4与图5是显示在图3所示的积分透镜4的光入射侧配置图2所示的滤片10时的本发明的实施例的构成图。图4是由光入射侧观看积分透镜4与滤片10的图，图5为其立体图。

如图4所示，滤片10是以其框架10b的隔条10c相对积分透镜4的各透镜L的边呈倾斜的方式(以框架10b相对各透镜L的排列方向呈倾斜的方式)，但是不与各透镜的对角线呈平行的方式来进行配置。

即，当在各透镜L的光入射面上，使各框架10b的隔条10c朝光轴方向投影时，以各隔条10c的线状阴影方向不会与矩形状的各透镜L的各边呈平行的方式，而且不会与各透镜的上述矩形的对角线呈平行的方式作配置。

如上所示，通过配置框架的隔条10c，可防止框架的隔条10c所形成的阴影所造成的被照射面中的照度分布均匀度的降低。

其中，在图4中，为易于理解，相对于积分透镜4的大小，将滤片10的框架10b极端地显示为较粗。实际上为再稍微地细，投影在积分透镜的入射面的框架的隔条10c的阴影也较细。

使用图6与图7来说明若将滤片10的框架10b的隔条10c以如上所述相对积分透镜4的各边的方向呈倾斜的方式作配置时，可防止照度分布降低的理由。

图6(a)是由光入射侧观看积分透镜4的图。积分透镜4是设为由以L1～L9的编号所表示的9个剖面呈正方形的透镜所构成积分透镜。接着，假设作为圆形的光照射区域(光芒)所显示的光入射至该积分透镜。

图6(b)与(c)是在该积分透镜4的光入射侧配置有滤片10的图。

为简单说明，在此滤片10是设为以框架(滤片框)10b来保持2枚滤片板10a，位于2枚滤片板10a之间的1支隔条10c会在积分透镜4的光入射面落下影子。

图6(b)是将滤片10的框架10b的隔条10c与积分透镜4的各透镜L的边呈平行地(将框架10b与矩形透镜的边呈平行地)作配置的情形。图6(c)是将滤片10的框架10b的隔条10c以相对积分透镜的各透镜排列方向呈倾斜地(将框架10b相对矩形透镜的边呈倾斜地)进行配置的情形。

图7是显示如图6所示在积分透镜4的光入射侧配置有滤片10时的照度分布图。其中，该图是以与前述图13相同的影像来作成。

图7(a)(b)(c)是图6(b)的情形的照度分布，图7(d)(e)(f)是图6(c)的情形的照度分布。

图7(a)(d)是显示由各透镜所出射的光的照度分布，图7(b)(e)是将该等相加后的照度分布，图7(c)(f)是显示被照射面的光照射区域全体的照度分布影像。

如上所述，积分透镜4是将入射至各个透镜的光投影在被照射面的照射区域全体。但是，在图6(b)的情况下，框架的隔条的阴影是以上下横越过积分透镜的透镜L2与L5与L8的中央。

因此，如图7(a)所示，透镜L5投影在照射区域的光的照度分布是成为中央部分的照度降低照度分布。同样地，透镜L2与L8所投影的光照度分布也成为中央部分的照度降低的照度分布。

该等照度分布在由积分透镜的作用而在被照射面的照射区域中相加时，如图7(b)所示，透镜L2与L5与L8的照度低的部分也会被相加。因此，所相加的照度分布与其他部分相比，中央部分的照度会极端地低(暗)。

结果，如7图(c)所示，照度极端低(暗)的区域会横越过被照射面的照射区域。因此，在光照射区域中，无法获得所希望照度分布的均匀度(例如±5％)。

相对于此，在图6(c)的情况下，框架的隔条的阴影是相对各透镜排列方向呈倾斜，框架的阴影是横越过透镜L2与L5与L8，但是该情况是透镜L2为右侧，透镜L5为中央附近，透镜L8为左侧，各个情况有所不同。

因此，如图7(d)所示，透镜L5投影在照射区域的光的照度分布会成为中央部分的照度降低的照度分布，但是透镜L2所投影的光的照度分布是成为右侧部分的照度降低的照度分布，透镜L8所投影的光的照度分布是成为左侧部分的照度降低的照度分布，各照度低的部分并不相一致。

因此，该等照度分布若在被照射面的照射区域中被相加时，如图7(e)所示，透镜L2与L5与L8的照度低的部分在照射区域之中不相重叠地分散，虽然会有框架阴影的影响，但是并不会产生照度极端低(暗)的区域。

结果，如图7(f)所示，照度稍低(暗)的区域以3个部位横越过被照射面的照射区域，但是该部分的照度降低较少。因此，在光照射区域中，可得所希望的照度分布均匀度(例如±5％)。

另外，图4中，滤片10的框架10b以相对积分透镜4的各透镜L的边的方向(各透镜排列方向)呈约45°相交叉地作配置，但是并不一定限于最适为45°。重点在于使各透镜L的相同位置不会变暗是重要的。

因此，当将框架10b的隔条10c相对积分透镜4的各透镜L的边的方向呈倾斜地作配置时，必须以与各透镜的对角线不会呈平行的方式(不相一致的方式)来配置。

例如，如图8(a)所示，当以垂直于积分透镜4的各透镜L的光轴的平面而切时的剖面为正方形时，若将框架10b的隔条10c以相对各透镜L排列方向呈45°作配置，则框架的隔条阴影是与积分透镜的各透镜的对角线相一致(呈平行)，因此在透镜L3、L5、L7是在相同位置被投影出框架的隔条阴影。因此，如图7中的说明所示，照度低的部分被相加，照度极端低的部分斜向地横越光照射区域。

因此，如图8(b)所示，调整滤片10的隔条10c对各透镜L的边的方向的角度，使隔条10c阴影被投影在各透镜L的位置不同。

在此，入射至积分透镜4的光的照度由于光芒的中心部分(光轴的附近)较强，因此当在该部分上配置滤片10的隔条10c时，会呈现较大的隔条10c的阴影的影响。

例如，如前述图6(b)(c)所示，当滤片10的隔条10c通过积分透镜4的中央部分时，如图7所示，呈现隔条10c阴影对通过照度较大的光所入射的积分透镜4的中央部分的透镜L5的光的影响较强。

因此，若在积分透镜的被配置在光芒中心部分的透镜上未配置有滤片10的隔条10c，可减小上述隔条10c阴影的影响。在图6的例中，优选在积分透镜4中央部分的透镜L5、即光芒的光轴所通过的透镜(及/或与光轴相邻接的透镜)上未配置滤片10的隔条10c。

在图6中是显示配置有9个透镜L的情形，但是如前所述在实际的光照射装置中所使用的积分透镜的透镜数为更多。例如，如图9所示，积分4的透镜L为66个，当光轴通过透镜L30、L31、L42、L43之间时，在光轴相邻接的透镜L30、L31、L42、L43的上未放置滤片10的隔条10c。

如上所述，通过在光芒的光轴所通过的透镜(及/或与光轴相邻接的透镜)上未配置有滤片10的隔条10c，可减小隔条10c阴影的影响。

在上述实施例中，是显示将滤片配置在积分透镜的光入射侧的例子，但本发明也可适用于其他情况。

图10是将滤片10配置在积分透镜4的射出侧的例子。其他构成与图1所示相同，关于与图1相同构成，标注相同的元件符号。

当将本发明的滤片10配置在积分透镜4的射出侧时，若离积分透镜4的距离较远，则滤片10的框架10b的隔条10c阴影会直接投影在被照射面。但是，若为接近积分透镜4的射出侧、由各透镜射出的光相叠合的位置之前(接近积分透镜4之侧)，滤片10的隔条10c以相对于各透镜L的边的方向呈倾斜，并且与上述透镜的对角线不平行的方式进行配置，由此可实现在上述实施例中所示的相同效果。

即，在积分透镜4的射出侧附近配置滤片10，且使上述隔条10c以光轴方向投影在各透镜L的光射入射出面上时，以各隔条10c的阴影方向不会与矩形状的各透镜L的各边呈平行的方式，而且以不与各透镜的上述矩形的对角线呈平行的方式进行配置，由此可防止框架的隔条10c所形成阴影所造成的被照射面中的照度分布均匀度的降低。

图11是当以光入射侧的透镜群4a与光射出侧的透镜群4b构成积分透镜4时，将本发明的滤片10配置在两透镜群4a、4b之间的例子。

在大型的光照射装置中，为了防止因积分透镜4大型化所造成的成本上升，会有将积分透镜4如该图所示分成光入射侧的透镜群4a与光出射侧的透镜群4b而构成的情形。在如上所示的情况下，考虑将滤片10配置在两透镜群之间。在如上所示的情况下，滤片10的隔条10c以相对构成积分透镜的各透镜L的边的方向(各透镜L的排列方向)呈倾斜、并且与上述透镜L的对角线不呈平行的方式进行配置，由此也可实现在上述实施例中所示的相同效果。

Claims

1.一种光照射装置，具有：光源；积分透镜，排列配置多个矩形透镜，入射来自上述光源的光，而使在光照射面的照度分布均匀；以及滤片，仅使上述光源所放射的光中的特定波长范围的光通过，该光照射装置其特征在于：

上述滤片是多个滤片板由框架及该框架的隔条保持而构成的，

上述隔条是以相对上述积分透镜的上述多个矩形透镜的边的方向倾斜、并且与上述多个矩形透镜的对角线不平行的方式进行配置。