CN102147573A

CN102147573A - 光照射装置

Info

Publication number: CN102147573A
Application number: CN2011100296204A
Authority: CN
Inventors: 仲田重范
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: CN102147573B; JP5659497B2; KR20110092215A; TW201131320A; JP2011165784A

Abstract

本发明涉及光照射装置，其将第二光源的光导入不存在来自第一光源的光的区域，使其与来自第一光源的光合成，在该光照射装置中，以从第一光源出射的光的量减少的方式使来自第一光源的光合成与来自第二光源的光合成。在将来自第一光源的光向集成光学元件的方向反射的平面镜上，在由照射来自第一光源的光的区域包围的放射强度弱的区域形成贯通孔，从该贯通孔导入来自第二光源的光。第二光源例如为激光二极管，来自激光二极管的光利用光纤从平面镜的背面侧经由贯通孔导入。

Description

光照射装置

技术领域

本发明涉及光照射装置，该光照射装置作为在半导体集成电路或液晶显示元件等的制造中使用的曝光装置的光源装置。

背景技术

图4是表示现有技术的在曝光装置的光源装置中使用的光照射装置的结构。

光照射装置1具有放射包含紫外线的光的灯2、将从灯2出射的光聚光的剖面为椭圆形的聚光镜3、使光路折返的平面镜4、使在照射光的面(光照射面)11上照度分布均匀的集成透镜(也称为复眼透镜)5、使从集成透镜出射的光的光路折返并且使入射的光成为平行光而出射的准直反射镜6等。此外，可以使用准直透镜代替准直反射镜。

在将掩模10置于光照射面11上时，在掩模10上形成的掩模图案经由投影透镜12投影至涂敷了抗蚀剂的基板13上，由此进行曝光。此外，有的曝光装置不使用投影透镜，使掩模与基板近接或紧贴来进行曝光。

灯2例如是氙气灯或超高压水银灯等短弧式的放电灯。如上所述，聚光镜3的剖面形状为椭圆形，灯2的发光部的亮点位于聚光镜3的第一焦点，集成透镜5的光入射面位于聚光镜3的第二焦点。

在这样的光照射装置中，在聚光镜3的顶点附近形成有贯通孔31，灯2在穿插在该贯通孔31中的状态下固定在未图示的保持构件上。因此，在该聚光镜3的形成有贯通孔31的部分上不存在反射光，或者即使存在反射光也仅存在散射光等弱光。

因此，如图4中斜线所示，在集成透镜5的入射光中，在照射有聚光镜3所反射的反射光的区域的内侧(中央部附近)，出现放射照度比周围低的区域。此外，有时将这种现象称为“光的中空(光の中抜け)”，以下，将照射有聚光镜3所反射的反射光的区域的内侧的、放射照度比周围低的区域称为光的中空区域7。

这样的光的中空使光照射面上的照度降低。

为了解决这样的因光的中空而引起的照度降低的问题，在专利文献1中公开了如下的内容，即，在照明光学装置中，在作为第一光源的灯之外，具有作为第二光源的激光光源，将来自该激光光源的光导入不存在来自第一光源的光的区域，而与来自第一光源的光进行合成。

在该公报中，作为使来自第二光源的光与来自第一光源的光合成的手段，公开了设置将来自第二光源的光反射的反射镜(该公报的图2、图4、图10)或传播来自第二光源的光的光纤(该公报的图6)、将来自第二光源的光所通过的开口设置在椭圆聚光镜的一部分上(该公报的图8)、在第一光源的大小较小的情况下从形成在椭圆聚光镜的顶部上的贯通孔入射来自第二光源的光(该公报的图9)、以及在第一光源的光路内配置第二光源(图11)等例子。

专利文献1：日本特开2005-234120号公报。

如果构成如专利文献1记载的光照射装置，则能够防止在现有的装置中产生的出现不存在光的区域的情况。

但是，在该公报所示的结构中，如下所示，与现有的装置相比，存在入射至集成光学元件的来自第一光源(灯)的光的量减少因而其分光照射面上的照度降低的问题。

如上所述，光的中空区域产生在照射有聚光镜所反射的反射光的区域的内侧。因此，如果利用反射镜或光纤将来自第二光源的光导入至光的中空区域，则反射镜的支撑构件或光纤本身会截断被聚光镜反射的来自第一光源(灯)的光，因此，在集成透镜的入射面上投射有其影子，结果，光照射面上的照度降低。

另外，如果在聚光镜的一部分上设置开口并从该开口导入来自第二光源的光，则成为在聚光镜的反射来自灯的光的面上开设孔，因而被聚光镜反射的来自灯的光的量减少，所以在光照射面上的照度降低。

另外，如果在第一光源的光路内设置第二光源，则第二光源本身会遮挡被聚光镜反射的来自灯的光，因此在其分光照射面上的照度降低。

另外，如果从形成在聚光镜顶部的贯通孔入射来自第二光源的光，则原来是通过减小形成在聚光镜上的贯通孔的直径来提高反射效率的，但是为了入射来自第二光源的光就不能减小贯通孔的直径。因此，被聚光镜反射的来自灯的光的量减少，光照射面上的照度降低。而且，将要在非常接近聚光镜的位置配置第二光源，也就是说在发光时变为高温的第一光源(灯)的附近配置第二光源，因此，需要用于冷却第二光源的规模大的系统，从而缺乏可实现性。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，在将第二光源的光导入不存在来自第一光源的光的区域而与来自第一光源的光合成的光照射装置中，以不使从第一光源出射的光的量减少的方式使其与来自第二光源的光合成。

本发明如下那样解决上述问题。

在将来自第一光源的光向集成透镜的方向反射的平面镜上，在被来自第一光源的光所照射的区域包围的放射照度弱的光的中空区域形成贯通孔，从该贯通孔导入来自第二光源的光。

此外，第二光源例如是激光二极管，来自激光二极管的光利用光纤从平面镜的背面侧通过贯通孔导入。

在本发明中能够得到如下的效果。

由于将第二光源配置在平面镜的背面侧，所以第二光源本身或其支撑构件，以及用于将来自第二光源的光与来自第一光源(灯)的光合成的光纤等，不会遮挡被聚光镜反射的来自灯的光。

虽然在平面镜上形成贯通孔，但是由于该部分是放射照度弱的中空区域，因此，不会使来自灯的光的反射效率降低。

另外，不需要较大地设置聚光镜的贯通孔，因而不会使被聚光镜反射的来自第一光源(灯)的光的量减少。

因此，能够在入射至集成光学元件的来自第一光源(灯)的光量不减少的情况下，与来自第二光源的光合成，从而能够防止光照射面上的照度降低。而且，第二光源配置在远离发光时变为高温的第一光源的位置，从而不需要用于使第二光源冷却的规模大的冷却系统。

附图说明

图1是表示在曝光装置的光源装置中使用的本发明的光照射装置的结构的图。

图2是本发明的光照射装置的平面镜附近的放大图。

图3是表示本发明的变形例的图。

图4是表示在现有技术的露光装置的光源装置中使用的光照射装置的结构的图。

附图标记说明

1 光照射装置

2 灯

3 聚光镜

4 平面镜

5 集成透镜

6 准直反射镜

7 光的中空区域

8 来自激光二极管LD的光

10 掩模

11 光照射面

12 投影透镜

13 基板

31 形成在聚光镜上的贯通孔

41 形成在平面镜上的贯通孔

F 光纤

LD 激光二极管

S 集成透镜的光入射面

具体实施方式

图1表示在露光装置的光源装置中使用的本发明的光照射装置的结构。

本发明的光照射装置除了使光路折返的平面镜4与配置在其背面侧的第二光源之外，基本与图4的结构相同。

光照射装置1具有放射包含紫外线的光的灯2、将从灯2出射的光聚光的剖面为椭圆形的聚光镜3、使光路折返的平面镜4、在照射光的面(光照射面)11上使照度分布均匀的集成透镜(复眼透镜)5、使从集成透镜5出射的光的光路折返并且使入射的光成为平行光而出射的准直反射镜6等。

灯2例如是氙气灯或超高压水银灯等短弧式的放电灯。如上所述，聚光镜3的剖面形状为椭圆形，灯2的发光部的亮点位于聚光镜3的第一焦点，集成透镜5的光入射面位于聚光镜3的第二焦点。在此，灯2与反射从灯2出射的光的聚光镜3相当于第一光源。

在聚光镜3的顶点附近形成贯通孔31，灯2在穿插在该贯通孔31中的状态下固定在未图示的保持构件上。因此，在该聚光镜3的形成有贯通孔31的部分上不存在反射光，或者即使存在反射光也仅存在散射光等弱光。

图2表示平面镜4附近的放大图。

平面镜4是将被聚光镜3反射的光向集成透镜5的方向反射的平面反射镜。大小例如为300mm×250mm。

在向该平面镜4照射被聚光镜3反射的光时，与以往一样，在平面镜4上形成光的中空所产生的环状的光照射区域。因此，在平面镜4中，在由聚光镜3的反射光形成的环状的光照射区域包围的放射照度弱的区域即光出现中空的区域7中，形成大小小于中空区域的例如直径2mm左右的贯通孔41。

而且，在平面镜4的背面侧配置激光二极管LD。激光二极管LD出射紫外线区域(例如波长375nm或405nm)的光，可以适当地选择。

激光二极管LD的光出射侧安装有光纤束F的光入射端，所述光纤束F通过将多个细的光纤捆束而形成。光纤束F的光出射端从平面镜4的背面侧与平面镜4的贯通孔41接近，配置成使来自激光二极管LD的光朝向集成光学元件7。在此，激光二极管LD与出射来自激光二极管LD的光的光纤F相当于第二光源。

另外，光纤束F的光出射端也可以插入贯通孔41中，但是要不使出射端的前端从平面镜4的表面突出。这是为了不在光纤束F的光出射端照射散射光而进一步产生杂散光。

来自激光二极管LD的光通过光纤束F被引导至平面镜4的贯通孔41然后出射。出射的来自激光二极管LD的光8越朝向集成透镜7越扩散地前进。

而且，在集成透镜5的光入射面S，来自激光二极管LD的光8覆盖被聚光镜3所反射的反射光所形成的光照射区域包围的光中空的区域7。因此，向集成透镜5中入射不存在放射照度弱的区域的光。

被集成透镜5调整为光照射面11上的照度分布变得均匀的光，利用准直反射镜6而中心光线变为平行，然后照射置于光照射面11上的掩模10。而且，形成在掩模10上的掩模图案经由投影透镜12投影在基板13上。

作为第二光源使用激光二极管的理由为，从激光二极管出射的光的亮度高，能够通过细的光纤取得放射照度强的光，因此，即使形成在平面镜4上的贯通孔41的直径小，也能够导入强的光。如上所述，形成在平面镜4上的贯通孔41的直径必须小于中空区域7的大小。

此外，从激光二极管LD出射的光的干涉性高，易于在光照射面11形成被称为光斑的斑点模样的照度分布，因此，作为曝光结果，产生不均光斑。

该光斑是由于产生在光学系统部件的表面上的微小凸凹等所引起的散射光的干涉而形成的，激光的这样的相干性高且干涉性高的光易于出现这样的问题。而且，如果产生光斑则产生曝光不均。

为了防止此问题，如图3所示，使用多个独立的激光二极管LD(在该图3中为3台)，对与各LD连接的光纤F进行捆束，然后插入平面镜4的贯通孔41中。根据这样的结构，从各激光二极管LD出射的光各自的光斑重合而被平均化，因此能够减少曝光不均。

此外，在如图3所示那样将多个激光二极管LD进行组合的情况下，还能够使从各激光二极管LD出射的光的波长不同。这样，能够改变光照射面上的光的分光分布，例如还能够对感应度波长不同的多种抗蚀剂进行曝光。

Claims

1.一种光照射装置，具有：灯，放射包含紫外线的光；椭圆聚光镜，反射从上述灯放射的光并使其聚光，并在该椭圆聚光镜的顶点附近形成有用于灯通过的贯通孔；集成光学元件，入射被上述椭圆聚光镜聚光的光，使光照射面上的照度分布均匀；以及平面镜，将被上述椭圆聚光镜反射的光向上述集成光学元件的方向反射；其特征在于，

在上述平面镜上，在由照射来自椭圆聚光镜的反射光的区域包围的放射照度低的区域，形成贯通孔，

来自设置在上述平面镜的背面侧的激光二极管的光经由上述贯通孔出射。

2.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

上述激光二极管由独立的多个激光二极管构成。