CN105301914A

CN105301914A - 曝光装置、及曝光装置的设计方法

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Publication number: CN105301914A
Application number: CN201510711587.1A
Authority: CN
Inventors: 渡边加名; 山田芳彦
Original assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Current assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: KR20160100803A; JP2016152270A; CN105301914B; KR101699179B1; TWI574123B; JP5756242B1; TW201631403A

Abstract

本发明提供一种曝光装置，最合适地配置多个灯。曝光装置(10)具备由多个灯(12)构成的灯组(11)、和接收来自多个灯(12)的光来提高该光的均一性的积分器(14)，曝光装置(10)满足以下的条件式1及2，由此可以解决上述课题。条件式1为a≦tanθ₁×L×2，条件式2为θ₁－θ₂＝θ₃，其中，a为灯组的纵向尺寸及横向尺寸L为灯组的出光位置至积分器的入射位置的距离θ₁为各灯的光轴和积分器的中心轴形成的角度内的最大值θ₂为来自各灯的光的孔径角θ₃为积分器入射角。

Description

曝光装置、及曝光装置的设计方法

技术领域

本发明涉及例如在制造半导体时使用的曝光装置及该曝光装置的设计方法。

背景技术

制造半导体等时使用的曝光装置的照明使用例如紫外线。因此，在曝光装置的照明中，将以高压放电灯为代表的灯组合多个使用。另外，该曝光装置使用作为接收来自多个灯的光来提高该光的均一性的透镜体的积分器(integrator)。

这样的灯采用与曝光装置中寻求的光量相对应的能力的灯，但在要以一个灯满足该能力的情况下(即“1灯式的情况”)，万一因故障等而不能从该灯射出光，则必须要中断曝光作业本身。因此，通常进行的是使用容量较小的多个灯使之能够供给曝光装置所要求的光量(例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2010－72571号公报

发明所要解决的课题

目前，在将由多个灯构成的灯组用于曝光装置的情况下，如果考虑该灯的配设角度使得越是接近该灯组的上下端或左右端的灯，灯的光轴相对于积分器的中心轴的角度越大，则认为可以根据曝光所需的光量大量增加灯的数量。即，认为灯组的纵向尺寸及横向尺寸可以很大。

但是，发明者们得到如下见解，即，如果灯的光轴相对于积分器的中心轴的角度增大，则来自位于比某个角度更靠外侧的灯的光不能成为有助于曝光的有效的光。即，虽然使用了多个灯的曝光装置是通常情况，但对于应如何配置这些多个灯，则尚有改善的余地。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种最合适地配置多个灯的曝光装置、及最合适地配置多个灯的曝光装置的设计方法。

用于解决课题的技术方案

根据本发明的一方面，提供一种曝光装置，其特征在于，具备：

由多个灯构成的灯组、和

接收来自所述多个灯的光来提高所述光的均一性的积分器，且

满足以下的条件式1及2，

条件式1：a≦tanθ₁×L×2，

条件式2：θ₁－θ₂＝θ₃，

其中，

a：灯组的纵向尺寸及横向尺寸

L：灯组的出光位置至积分器的入射位置的距离

θ₁：各灯的光轴和积分器的中心轴形成的角度中的最大值

θ₂：来自各灯的光的孔径角

θ₃：积分器入射角。

另外，优选灯使用放电灯，且将该放电灯的电极间隔设为0.8mm以上1.5mm以下。

另外，优选在积分器的朝向灯组的面侧配设凸透镜。

而且，优选在灯的朝向积分器的面侧配设减小来自该灯的光的扩散的灯正面透镜。

根据本发明的其它方面，提供一种曝光装置的设计方法，其特征在于，使用：

由多个灯构成的灯组、和

满足以下的条件式1及2，

条件式1：a≦tanθ₁×L×2

条件式2：θ₁－θ₂＝θ₃

其中，

a：灯组的纵向尺寸及横向尺寸

L：灯组的出光位置至积分器的入射位置的距离

θ₁：各灯的光轴和积分器的中心轴形成的角度中的最大值

θ₂：来自各灯的光的孔径角

θ₃：积分器入射角。

发明效果

根据本发明，能够提供一种最合适地配置多个灯的曝光装置、及最合适地配置多个灯的曝光装置的设计方法。

附图说明

图1是表示一实施例的曝光装置10的图。

图2是表示灯12的一例的图。

图3是表示灯主体20的一例的图。

图4表示灯组11的纵向尺寸V及横向尺寸H，(a)为纵剖面图，(b)为正面图。

图5是对“积分器入射角θ₃”进行说明的图。

图6是表示灯组11和积分器14的位置关系的图。

图7是表示积分器14的中心轴CL及灯12的光轴LCL形成的角度θ、和有助于曝光对象物X的曝光的光的量之间的关系的坐标图。

图8是表示其它实施例的灯组11和积分器14的位置关系的图。

图9是图8所示的实施例的积分器14周边的放大图。

图10是表示又一其它实施例的灯组11和积分器14的位置关系的图。

符号说明

10…曝光装置、11…灯组、12…灯、14…积分器、16…凹面镜、18…照射面、20…灯主体、22…反射镜、24…反射面、25…出光面、26…入射面、28…射出面、30…复眼透镜、50…凸透镜、52…(凸透镜的)透镜中心、60…灯正面透镜、102…发光管部、104…密封部、106…内部空间、108…箔、110…电极、112…引导棒、114…水银、X…曝光对象物、θ₁…(积分器的)有效入射角、CL…(积分器的)中心轴、LCL…(灯的)光轴、V…(灯组的)纵向尺寸H…(灯组的)横向尺寸、θ…积分器的中心轴和灯的光轴形成的角度、L…灯12的出光面25至积分器14的入射面26的距离、F…积分器的焦点、G…直线、S…(灯组的)出光位置、R…(积分器的)入射位置、D…配置于距灯组11的中心最远的位置的灯12、A…积分器14的高度

具体实施方式

图1表示应用了本发明的一实施例的曝光装置10。曝光装置10大致上具有灯组11、积分器14、凹面镜16、和照射面18。

灯组11由多个灯12构成。灯12放射包含适合曝光对象物X的曝光的波长的光。灯12的种类没有特别限定，但在本说明书中，以使用高压放电灯作为灯12的情况为例进行说明。

如图2所示，各个灯12大致上具备灯主体20、和反射镜22。

在灯主体20上，如上述，作为一例使用高压放电灯。如图3所示，灯主体20具有发光管部102和从该发光管部102延伸出的一对密封部104。另外，发光管部102和一对密封部104通过石英玻璃一体形成。而且，在发光管部102内形成有由密封部104密闭的内部空间106。另外，在各密封部104内埋设有钼制的箔108。

而且，在灯主体20上分别设有一端与箔108的一端部连接并且另一端配置于内部空间106内的钨制的一对电极110、和一端与箔108的另一端部连接并且另一端从密封部104延伸出外部的一对引导棒112。另外，在内部空间106封入有规定量的水银114及卤素(例如溴)。

当对设于灯主体20的一对引导棒112施加规定的高电压时，在设于发光管部102的内部空间106的一对电极110之间开始的辉光放电过渡为电弧放电，通过由该电弧蒸发/激励的水银114放射光(本实施例的情况下主要为紫外线)。

返回图2，反射镜22在其内侧表面具有碗状的反射面24。该反射面24使来自配设成使得发光管102位于反射镜22的内侧的灯主体20的光的一部分反射。本实施例中，该反射面24由旋转抛物面规定。灯主体20中的发光点(概略而言为内部空间106的一对电极110的中间位置)与该旋转抛物面的焦点相一致。由此，从灯主体20的发光点放射且由该反射面24反射后从反射镜22的出光面25射出的光成为大致平行光。当然，反射面24的形状不限于此，也可以为旋转抛物面或其它旋转面、或旋转面以外的形状。

通过在灯主体20上组合反射镜22，从灯主体20放射的光以光轴LCL为中心在具有规定的角度(以下称作“孔径角θ₂”)的范围内向反射镜22的前方前进。

如图4所示，灯组11具有纵向尺寸V及横向尺寸H。灯组11的纵向尺寸V是指从垂直方向最上段的灯12的反射镜22(更准确而言为该反射镜22的反射面24)的中心至垂直方向最下段的灯12的反射镜22(更准确而言为该反射镜22的反射面24)的中心的距离。另外，灯组11的横向尺寸H是指从水平方向最右端的灯12的反射镜22(更准确而言为该反射镜22的反射面24)的中心至垂直方向最左段的灯12的反射镜22(更准确而言为该反射镜22的反射面24)的中心为止的距离。

返回图1，积分器14具有接收来自多个灯12的光的入射面26、及在提高了所接收的光的均一性后射出该光的射出面28。在入射面26及射出面28分别形成有多个复眼透镜(flyeyelens)30。

如图5所示，积分器14上存在基于复眼透镜30的形状等要素决定的积分器入射角θ₃。将对位于穿过构成积分器14的复眼透镜30的中央的中心轴FCL上的该复眼透镜30的焦点F、和该复眼透镜30的最外端进行连结的直线设为直线G。此时，积分器入射角θ₃定义为该直线G和中心轴FCL形成的角度。此外，积分器14的中心轴CL、和复眼透镜30的中心轴FCL通常相互平行。

在朝向积分器14的入射面26的来自灯12的光、和积分器14的中心轴CL形成的角度在该积分器入射角θ₃内的情况下，该光从积分器14的射出面28以所希望的角度射出，对曝光对象物X进行曝光。换言之，以比积分器入射角θ₃更大的角度照射积分器14的入射面26的光成为不能从射出面28有效地射出而对曝光对象物X的曝光没有帮助的光。

返回图1，凹面镜16在其内侧形成有反射凹面32。该凹面镜16使从积分器14射出的光通过该反射凹面32而反射，形成平行光。

照射面18为接收来自凹面镜16的平行光的面，以相对于该平行光大致正交的朝向配置。在该照射面18载置曝光对象物X。在曝光对象物X的表面例如涂布有感光剂。来自凹面镜16的平行光通过照射曝光对象物X的所希望的区域，从而在曝光对象物X的表面形成所希望的电路图案等。

本实施例中，由多个灯12构成的灯组11和积分器14的位置关系满足以下的条件式1及2(参照图6)。

条件式1：a≦tanθ₁×L×2

条件式2：θ₁－θ₂＝θ₃

在此，

a：灯组11的纵向尺寸V及横向尺寸H

L：从灯12的出光位置S至积分器14的入射位置R的距离

θ₁：各灯12的光轴LCL和积分器14的中心轴CL形成的角度θ中的最大值

θ₂：来自各灯12的光的孔径角

θ₃：积分器入射角。

目前，在曝光装置10使用由多个灯12构成的灯组11的情况下，如果考虑灯12的配设角度使得越是接近该灯组11的上下端或左右端的灯12，积分器14的中心轴CL相对于该灯12的光轴LCL的角度θ越大，则认为可以根据曝光所需的光量大量增加灯12的数量。即，认为灯组11的纵向尺寸V及横向尺寸H可以很大。

但是，可知，因灯12的配置角度，会导致该灯12的光轴LCL和积分器14的中心轴CL形成的角度θ变大，若来自灯12的光和积分器14的中心轴CL形成的角度比积分器入射角θ₃大，则该光会不能成为有助于曝光的有效的光。

对此进行说明，图7是横轴取积分器14的中心轴CL和灯12的光轴LCL形成的角度θ，另一方面，纵轴取以各角度θ从积分器14的射出面28有效射出而有助于曝光对象物X的曝光的光的量的坐标图。此外，本坐标图中，积分器入射角θ₃为6°，灯12的孔径角θ₂为2°。

于是，在角度θ为“零”至“积分器入射角θ₃－孔径角θ₂”之间(即0°至4°之间)，来自灯12的光几乎全部有助于曝光，但如果角度θ大于“积分器入射角θ₃－孔径角θ₂”(即如果大于4°)，则有助于曝光的光的量减少。而且，如果角度θ变得大于“积分器入射角θ₃+孔径角θ₂”(即如果变得大于8°)，则来自灯12的几乎所有的光都不能有助于曝光。即，如果为“θ₃+孔径角θ₂≧角度θ”，则从该灯12放射的光的至少一部分有助于曝光对象物X的曝光。

在基于以上见解的“θ₃＝θ－θ₂”成立的前提下，返回图6，将灯组11的出光位置S至积分器14的入射位置R设为距离L，并且，将各灯12的光轴LCL和积分器14的中心轴CL形成的角度θ内的最大值设为θ₁(通常，角度θ的值为最大的是配置于距灯组11的中心最远的位置的灯12[以下称作“最远位置灯D”]。)。即，“θ₃＝θ₁－θ₂”(条件式2)。

而且，将灯组11的纵向尺寸V及横向尺寸H设定在根据“tanθ₁×L×2”算出的尺寸a以内。即，设为“a≦tanθ₁×L×2”(条件式1)。由此，从具有各灯12的光轴LCL和积分器14的中心轴CL形成的角度θ内的最大值θ₁的最远位置灯D(一般的情况)放射的光内的至少一部分，在积分器入射角θ₃以内向积分器14入射，成为有助于曝光的光。换言之，来自配置于比上述尺寸a更靠外侧的灯12的光成为对曝光没有帮助的无用的光。

此外，灯组11的出光位置S是指对构成该灯组11的一对最外侧的灯12中的反射镜22的中心彼此进行连结的直线J、和积分器14的中心轴CL相交的位置。另外，积分器14的入射位置R是指与构成积分器14的各复眼透镜30的顶点相接的平面和积分器14的中心轴CL交叉的位置。此外，积分器14的高度A与尺寸a或距离L相比充分小(即，a＞＞A、及、L＞＞A)。

因此，根据本实施例的曝光装置10，能够避免产生所放射的所有的光成为对曝光没有帮助的无用的光的灯12的情况，可以使所有的灯12均有助于曝光。

(变形例)

(1)

一对电极110的分开距离(即灯12的“电极间隔”)优选设定为0.8mm以上1.5mm以下。此外，电极间隔与灯12的孔径角θ₂具有关联性。如果电极间隔变窄，则灯12的孔径角θ₂减小。相反，如果电极间隔加宽，则灯12的孔径角θ₂增大。因此，鉴于灯组11中的灯12的配置状态，优选根据需要使各灯12的电极间隔改变，以满足上述条件式(1)及(2)。

(2)

如图8及图9所示，也可以对于上述的实施例的曝光装置10进一步追加凸透镜50。该凸透镜50被配设于积分器14的朝向灯组11的面、即入射面26侧。如图所示，凸透镜50优选配设在其透镜中心52与各复眼透镜30的顶点相接的平面内所含的位置，但也可以配设在从该平面稍离开的位置。进而换言之，优选使透镜中心52的位置和积分器14的入射位置R相互一致。

通过设置这样的凸透镜50，来自各灯12的光通过凸透镜50进行折射使得与积分器14的中心轴CL形成的角度减小。换言之，有助于曝光对象物X的曝光的光、即以与中心轴CL形成的角度θ₁向积分器14的入射面26入射的光只要以θ₁+α(“α”为由凸透镜50决定的角度。)向凸透镜50入射即可。其结果，可以使灯组11的纵向尺寸V及横向尺寸H的值a更大(＝a+β)，可以使灯组11包含更多的灯12，可以使有助于曝光对象物X的曝光的光增加。因此，鉴于灯组11中的灯12的配置状态，优选根据需要使凸透镜50的曲率改变，以满足上述条件式(1)及(2)。

(3)

与上述变形例(2)不同，如图10所示，也可以对于曝光装置10进一步追加灯正面透镜60。该灯正面透镜60被配设于灯12的朝向积分器14的面侧、即出光面25侧。灯正面透镜60具有减小来自灯12的光的扩散的功能。如图示，可以对于各灯12分别设置灯正面透镜60，也可以对于一个灯组11设置一个灯正面透镜60。另外，灯正面透镜60如上述只要能够减小来自灯12的光的扩散，则就可以使用凸透镜、菲涅耳透镜、或其它种类的透镜。

通过设置这样的灯正面透镜60，来自各灯12的光通过灯正面透镜60器而折射成使得与积分器14的中心轴CL形成的角度减小。换言之，在灯组11的纵向尺寸V及横向尺寸H的值“a”相同的情况下，可以使用孔径角θ₂更大的灯12。相反，在使用孔径角θ₂相同的灯12的情况下，如图示，可以使灯组11的纵向尺寸V及横向尺寸H的值a更大(＝a+β)，可以使灯组11包含更多的灯12，可以增加有助于曝光对象物X的曝光的光。因此，鉴于灯组11中的灯12的配置状态，优选根据需要使灯正面透镜60的曲率改变，以满足上述条件式(1)及(2)。

应当认为本次公开的实施方式的所有的方面都是例示，并非对本发明的限制。本发明的范围不是由上述的说明来表示，而是由权利要求书来表示，本发明意图包含与权利要求书等同的意思及范围内的所有变更。

Claims

1.一种曝光装置，其特征在于，具备：

由多个灯构成的灯组、和

满足以下的条件式1及2，

所述条件式1为a≦tanθ₁×L×2，

所述条件式2为θ₁－θ₂＝θ₃，

其中，

a为灯组的纵向尺寸及横向尺寸

L为灯组的出光位置至积分器的入射位置为止的距离

θ₁为各灯的光轴和积分器的中心轴形成的角度中的最大值

θ₂为来自各灯的光的孔径角

θ₃为积分器入射角。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，

所述灯为放电灯，

所述放电灯的电极间隔为0.8mm以上1.5mm以下。

3.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，

所述曝光装置还具备在所述积分器中的朝向所述灯组的面侧配设的凸透镜。

4.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，

所述曝光装置还具备灯正面透镜，该灯正面透镜配设于所述灯中的朝向所述积分器的面侧，减小来自所述灯的所述光的扩散。

5.一种曝光装置的设计方法，其特征在于，使用：

由多个灯构成的灯组、和

满足以下的条件式1及2，

所述条件式1为a≦tanθ₁×L×2，

所述条件式2为θ₁－θ₂＝θ₃，

其中，

a为灯组的纵向尺寸及横向尺寸

L为灯组的出光位置至积分器的入射位置的距离

θ₁为各灯的光轴和积分器的中心轴形成的角度中的最大值

θ₂为来自各灯的光的孔径角

θ₃为积分器入射角。

6.根据权利要求5所述的曝光装置的设计方法，其中，

所述灯为放电灯，

所述放电灯的电极间隔为0.8mm以上1.5mm以下。

7.根据权利要求5所述的曝光装置的设计方法，其中，

所述积分器具备在朝向所述灯组的面侧配设的凸透镜。

8.根据权利要求5所述的曝光装置的设计方法，其中，

还使用灯正面透镜，其配设于所述灯的朝向所述积分器的面侧，减小来自所述灯的所述光的扩散。