JP2002237442A

JP2002237442A - 照度分布均一化フィルタを備えた光照射装置

Info

Publication number: JP2002237442A
Application number: JP2001033906A
Authority: JP
Inventors: Osamu Osawa; 理大澤
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-08-23
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP3918440B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製作工数、製作コストを低減化したフィルタ
を用いて、矩形状の照射領域中央部の照度を低下させる
ことなく周辺部の照度分布の調整を行うこと。【解決手段】ランプ１からの光が、個々のレンズが矩
形状のインテグレータレンズ４に入射する。インテグレ
ータレンズ４の光入射側には、金属線材が張り渡された
照度分布均一化フィルタ１０が設けられており、上記金
属線材は、その入射光による影が、インテグレータレン
ズ４の個々のレンズの境界線上に投影されるように配置
されている。インテグレータレンズ４から出射した光
は、第２の反射鏡５、コリメータレンズ６を介して被照
射面に照射される。上記金属線材は、その影がインテグ
レータレンズ４のレンズ境界線上に投影されるように設
けられているため、上記金属線材の本数、太さ等を調整
することにより、被照射領域周辺部のみの照度分布を調
整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路や液晶表
示素子などの製造に用いられる露光装置の光源装置とし
て用いられ、良好な照度分布均一度が要求される光照射
装置に関し、特に、矩形状の照射領域を有する光照射装
置において、照射領域の周辺部の照度が高い場合であっ
ても、簡便な方法で該周辺部の照度のみを低下させ照射
領域の照度分布を均一化することができる照度分布均一
化フィルタを備えた光照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９に、従来の露光装置等の光源装置と
して用いられる光照射装置の構成例を示す。同図におい
て、ランプ１から出射した光は、集光鏡２によって集光
され、第１の反射鏡３により光路を折り返し、インテグ
レータレンズ４に入射する。インテグレータレンズ４
は、該レンズ４に入射した光の照度分布を被照射面にお
いて均一にする機能を有する。そして該インテグレータ
レンズ４から出射した光は、第２の反射鏡５により反射
され、コリメータレンズ６に入射する。コリメータレン
ズ６から出射する光は平行光となり、被照射面に照射さ
れる。図９の場合、被照射面にはマスクＭが置かれ、マ
スクＭに形成されたマスクパターンが、投影レンズ７を
介して、基板Ｗ上に投影され露光される。なお、投影レ
ンズ７を用いず、マスクＭと基板Ｗとを密着または近接
し、マスクパターンを基板上に露光する装置について
も、光照射装置の構成は同様である。また、被照射面
に、マスクＭではなく被処理物（以下ワークと呼ぶ場合
もある）を配置し、光を照射して、光化学反応により被
処理物の表面改質等を行なう場合もある。例えば、液晶
表示素子用の光配向膜を配置し、光配向処理等を行なっ
ている。

【０００３】インテグレータレンズ４（フライアイレン
ズとも言う）は、十数〜数十のレンズを縦横方向に並列
配置したものである。該各レンズが入射光を分割し、分
割された光が照射面で重ね合わされることにより、照度
分布を均一にする。即ち、インテグレータレンズ４に入
射する光の照度分布が不均一であり、各レンズに入射す
る光の強さが異なっても、その出射光が同一照射面を重
ねて照射することにより、均一な照度分布となる。上記
のようなインテグレータレンズ４を用いることにより、
被照射面の照度分布を±５％程度にすることができる。
図１０にインテグレータレンズによる上記照度分布の均
一化の様子を示す。なお、同図では説明を容易にするた
め、３つのレンズから構成されるインテグレータレンズ
を示しているが、実際には十数〜数十のレンズが設けら
れている。図１０において、図示しないランプからの光
が集光され、同図の上方からインテグレータレンズ４に
入射し、コリメータレンズ６を介して、同図下方の被照
射面の照射領域に照射される。インテグレータレンズ４
は、第１のレンズ４ａ、第２のレンズ４ｂ、第３のレン
ズ４ｃから構成され、インテグレータレンズ４に入射す
る光の、図面左右方向の照度分布は、図中グラフ１に示
すような形状であるとする。インテグレータレンズ４
は、個々のレンズに入射した光を、照射領域全体に投影
する。第１のレンズ４ａには、グラフ１のＡの照度分布
を有する光が入射し、照射領域全体に、グラフ２のＡ’
のような照度分布を有する光として投影される。

【０００４】同様に、第２のレンズ４ｂには、グラフ１
のＢの照度分布を有する光が入射し、照射領域全体に、
グラフ２のＢ’のような照度分布を有する光として投影
される。第３のレンズ４ｃには、グラフ１のＣの照度分
布を有する光が入射し、照射領域全体に、グラフ２の
Ｃ’のような照度分布を有する光として投影される。照
射領域において、上記Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の照度分布が足
し合わされる。これにより照射領域の照度分布は、グラ
フ３に示すようになる。グラフ１に比べ、グラフ３は照
度分布が均一化されている。インテグレータレンズを構
成するレンズの数を増やせば、このような照度分布の均
一の効果があがる。インテグレータレンズにより、光照
射領域の照度分布を±５％以下にすることができる。し
かし、最近は、被処理物の加工精度の微細化や、処理プ
ロセスを安定に保つ等の理由により、より均一な照度分
布、例えば±３％以下が要望されている。

【０００５】液晶基板やプリント基板などの矩形状のワ
ークを露光する場合、光照射装置から照射される光の形
状を、ワークの形状に合わせて矩形状にする。上記イン
テグレータレンズ４を構成する個々のレンズの、光軸に
対し垂直方向の断面形状を矩形状にすれば、照射領域の
形状が矩形状になる。上記のような矩形状の照射領域に
おいて、照度が、照射領域の周辺部ほど高くなり、要求
される照度均一度を満たさないことがある。その原因
は、光学系の設計・組み立て条件や、光照射装置内のレ
ンズやミラー表面に設けられた、各種蒸着膜の膜厚等の
ばらつきによる反射率や透過率の違いなどである。照射
領域の照度分布を改善するために、光照射装置の光路内
に、図９の点線に示すように照度分布補正フィルタ８を
設けることが知られている。

【０００６】例えば、特開昭５６−５５０４３号公報に
は、照度分布補正フィルタをインテグレータレンズと被
照射面との間に設けることが記載されている。照度分布
補正フィルタは、部分的に光の透過率が異なるフィルタ
であり、例えば、石英板に、照射される波長の光を反射
もしくは吸収する物質を蒸着して製作される。さらに、
例えば特開平７−２０３１２号公報には、上記のような
照度分布補正フィルタの構造について詳しく書かれてい
る。上記特開平７−２０３１２号公報の段落〔０００
３〕〜〔０００４〕に示されるように、照度分布補正フ
ィルタは、光照射装置を組み立てた後、被照射面におけ
る照度分布を測定し、この照度分布に対応した、即ち、
例えば照射領域の周辺部の照度が高ければ、周辺部の光
透過率が小さくなるように製作する。これを光照射装置
の光路に挿入し、照射領域の照度分布を均一にする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】照度分布補正フィルタ
は、上記特開平７−２０３１２号公報に示されるよう
に、光を反射もしくは吸収する物質や反射防止膜など
を、石英板に蒸着して製作する。石英の購入費用、蒸着
費用、製作時間がかかることなどから高価になる。例え
ば２００×２００ｍｍの照度分布補正フィルタの製作費
用は、簡単な補正をする場合でも約２０万円程度にな
る。また、石英板に設けられる蒸着膜の透過率によっ
て、本来低下させたくない部分の照度も低下し、照射領
域全体として照度が低くなる。例えば、照射領域が矩形
状で周辺部の照度が大きい場合、できれば照射領域中央
部の照度を低下させることなく周辺部のみの照度を低く
し、照度分布を均一にしたい。しかし、従来の照度分布
補正フィルタを使うと、照度分布は均一化されるが、石
英板を透過することにより照射領域中央部の照度も低下
してしまい、照射領域全体として照度が低くなる。これ
により被処理物の処理時間が長くなりスループットが低
下する。本発明は上記事情を考慮してなされたものであ
って、本発明の目的は、照度分布補正フィルタの製作工
数、製作コストを低減化するとともに、照射領域が矩形
状で周辺部の照度が大きい場合、照射領域中央部の照度
を低下させることなく周辺部のみの照度を低くし、照度
分布の調整を行うことができる光照射装置を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】照度分布補正フィルタを
フィルタ枠に張った金属線材で構成し、該金属線材をイ
ンテグレータレンズに入射する光の光芒中に挿入する。
インテグレータレンズを構成する個々のレンズは、本発
明においては光軸に対して垂直方向の断面形状が矩形状
であり、上記金属線材は、その入射光による影が、個々
のレンズの境界線上に投影されるように設け、該影を被
照射面に投影して、被照射面における照度分布を調整す
る。図１０で説明したインテグレータレンズの作用によ
り、個々のレンズの境界線上に投影された影は、上記境
界線に対応した被照射面の周辺部に投影されるので、例
えば、フィルタ枠に上記金属線材を１本張れば、被照射
面の周囲の対向する２辺の照度を低下させることがで
き、また、フィルタ枠に上記金属線材を直交させて２本
張れば、被照射面の周囲の４辺の照度を低下させること
ができる。すなわち、インテグレータレンズの光入射側
に、少なくとも１本または２本の金属線材を直線状に張
ったフィルタを挿入し、上記金属線材がインテグレータ
レンズに入射する光を遮光することにより生じる影が、
上記インテグレータレンズを構成するレンズの境界線に
投影されるようにすれば、被照射面の周囲の対向する２
辺、または周囲の４辺の照度を低下させることができ
る。また、被照射面の周囲の照度が低下するだけで、被
照射面の中央部の照度は低下しない。以上のように本発
明によれば、フィルタ枠に１本または２本の金属線材を
張るだけで、中央部の照度を低下させることなく、照射
領域の周辺部の照度を低くすることができる。また、従
来技術のように石英板も蒸着作業も必要とせず、製作コ
スト及び工数を大幅に低減化することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施例の照度分布
均一化フィルタを設けた光照射装置の構成例を示す。図
１において、ランプ１から出射した光は、集光鏡２によ
って集光され、第１の反射鏡３により光路を折り返し、
インテグレータレンズ４に入射する。インテグレータレ
ンズ４の光入射側には、金属線材が張り渡された本発明
の照度分布均一化フィルタ１０が設けられている。イン
テグレータレンズ４を構成する個々のレンズは、光軸に
対して垂直方向の断面形状が矩形状であり、上記照度分
布均一化フィルタ１０に張り渡された金属線材は、その
入射光による影が、インテグレータレンズ４の個々のレ
ンズの境界線上に投影されるように設けられている。上
記照度分布均一化フィルタ１０により照度分布が調整さ
れインテグレータレンズ４から出射した光は、第２の反
射鏡５により反射されコリメータレンズ６に入射して平
行光となり、被照射面に照射される。

【００１０】図２に、インテグレータレンズの入射面に
影を投影する本発明の実施例の照度分布均一化フィルタ
の具体的な構成例を示す。同図に示すように、照度分布
均一化フィルタ１０は、フィルタ枠１１と、枠に張られ
た金属線材１２とから構成される。フィルタ枠１１に
は、インテグレータレンズ４に入射する光の光芒が通過
する開口１１ａが設けられている。また、フィルタ枠１
１には、金属線材１２を通し固定する貫通孔１１ｂが多
数設けられている。金属線材１２は、例えば０．３ｍｍ
のニッケル線であり、撚り線にしてフィルタ枠１１に張
り渡し、貫通孔１１ｂに固定される。金属線材１２は、
集光された強い光が照射され高温になる。そのため、酸
化しにくく、また膨張してたるみが生じないように、膨
張率が比較的小さい材質として、ニッケル線を選択し
た。また、張り渡した時、蛇行したり、たるんだりしな
いように撚り線とした。上記金属線材１２は、前記した
ようにその入射光による影が、インテグレータレンズ４
の個々のレンズの境界線上に投影されるような位置に張
り渡される。

【００１１】金属線材１２の設け方は、照度分布を測定
しながら適宜行なう。図２に示すように１本の金属線材
をフィルタ枠に設け、その影が、インテグレータレンズ
４のレンズの境界線上に投影されるような位置に張り渡
たした場合には、後述するように被照射面の対向する２
辺の照度を低下させることができる。上記金属線材１２
は、図２に示すように縦または横の一方向に１本のみ設
けてもよいし、また、図３に示すように縦横１本ずつ十
字に設けてもよい。このようにすれば、被照射面の周囲
の４辺の照度を低下させることができる。さらに、微妙
な照度調整を行なう場合には、図４に示すように金属線
材を１個所に複数本設けたり、図５に示すように２ケ所
に設けてもよい。また、図６に示すように複数個所に十
字に設けてもよい。その他、金属線材の太さを変えた
り、金属線材からインテグレータレンズまでの距離を変
える等いくつかの手段により照度分布を調整することが
できる。

【００１２】次に本発明の実施例の照度分布均一化フィ
ルタの作用について説明する。インテグレータレンズ
は、前記したように、個々のレンズに入射した光を、照
射領域全体に投影する。以下図７を用いて説明する。図
７上方から光がインテグレータレンズ４に入射する。イ
ンテグレータレンズ４は、ここでは入射する光の光軸に
対して垂直方向の断面形状が矩形状であるレンズを縦横
方向に複数個配列することにより構成した複合レンズで
ある。インテグレータレンズ４より出射した光は、被照
射面に投影され、その照射領域の形状はＡＢＣＤで示さ
れる矩形状になる。照射領域の頂点ＡＢＣＤに投影され
る光は、インテグレータレンズ４を構成する個々のレン
ズの、ＡＢＣＤの位置に入射する光である。煩雑になる
ため、個々のレンズに関するＡＢＣＤの表記は、中央部
の４つのレンズに関してしか示していないが、他のレン
ズについても同様である。

【００１３】ここで、照射領域ＡＢＣＤの照度が、照度
分布を示す曲線で示すように、中央部が低く、周辺部に
向かうにしたがって高くなっているとする。このような
照度分布を、改善する場合、次のようにする。図８に示
すように、インテグレータレンズ４の入射側に金属線材
１２ａ，１２ｂを設け、入射する光を遮光する。インテ
グレータレンズ４に入射する光の入射角度は、光学系に
もよるが、例えば０度から±８度の角度範囲を有するの
で、これによって生じる影は広がり、インテグレータレ
ンズを構成する個々のレンズの境界線を中心に拡大投影
される。ところで、この影は、個々の境界線において最
も濃く、境界線から離れるに従って薄くなる。また、金
属線材１２ａをインテグレータレンズ４から遠ざけると
影の幅は広がり、全体的に薄くなり、近づけると影の幅
は狭まり、全体的に濃くなる。そしてこれは、照射領域
の中心よりも周辺の照度が高い場合に照度分布を均一化
する上で都合が良い。すなわち、金属線材１２ａは、レ
ンズのＡＤ、ＢＣ方向の境界線に影を拡大投影する。こ
の影により、照射領域のＡＤ周辺部、及びＢＣ周辺部の
照度は低くなり、照射領域中央の照度と同じになる。ま
た、金属線材１２ｂは、レンズのＡＢ、ＤＣ方向の境界
線に影を拡大投影する。そしてこの影により、照射領域
のＡＢ周辺部、及びＤＣ周辺部の照度が低くなり、照射
領域中央の照度と同じになる。ここで、金属線材１２
ａ、１２ｂが交差する部分の影は他に比べて濃くなる。
したがって、交差する部分に相当する照射領域の頂点
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの照度は、最も照度が高くなっている部
分であるが、他に比べて大きく低下し、照射領域中央の
照度と同じになる。

【００１４】以上のように、金属線材１２ａ，１２ｂ
を、その影がインテグレータレンズ４を構成するレンズ
の境界線に投影されるように配置することにより、照射
領域ＡＢＣＤの中央部の照度を低下することなく、周辺
部の照度を低くすることができ、照度分布を均一にする
ことができる。同様に、例えば金属線１２ａのみを設
け、レンズのＡＤ、ＢＣ方向の境界線に影を投影すれ
ば、照射領域のＡＤ周辺部、及びＢＣ周辺部の照度を低
くすることができる。金属線材１２の設け方は、前記し
たように、照度分布を測定しながら適宜行なうが、１か
所に金属線材を複数本設けたり、複数か所に複数本の金
属線材を設けたり、また、金属線材の太さを変えたり、
金属線材からインテグレータレンズまでの距離を変える
等により、影の幅や濃さを変更できるので、所望の照度
分布になるように調整することができる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果を得ることができる。（１）本発明の照度分布均一化フィルタは、金属性の枠
に金属線材を取りつけたものであり、製作費用は極めて
安く数万円である。従来の蒸着膜によるフィルタに比
べ、製作コストを１／１０以下にすることができる。（２）フィルタ枠に金属線材を取りつけたりはずしたり
するだけで、微妙な照度調整が可能であり、カットアン
ドトライにより、照度分布の均一度をより改善すること
ができる。（３）金属線材を設けない部分は何もないので、光は減
衰しない。したがって、照射領域中央部の照度を低下さ
せることなく、周辺部のみの照度を低くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光照射装置の構成例を示す図
である。

【図２】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例
（１）を示す図である。

【図３】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例
（２）を示す図である。

【図４】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例
（３）を示す図である。

【図５】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例
（４）を示す図である。

【図６】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例
（５）を示す図である。

【図７】本発明の実施例の照度分布均一化フィルタの作
用を説明する図（１）である。

【図８】本発明の実施例の照度分布均一化フィルタの作
用を説明する図（２）である。

【図９】従来の露光装置等の光源装置として用いられる
光照射装置の構成例を示す図である。

【図１０】インテグレータレンズによる上記照度分布の
均一化の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ランプ２集光鏡３第１の反射鏡４インテグレータレンズ５第２の反射鏡６コリメータレンズ１０照度分布均一化フィルタ１１フィルタ枠１１ａ開口１１ｂ貫通孔１２金属線材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光を被照射面に投
射するインテグレータレンズとを含む光学素子を備えた
光照射装置において、上記インテグレータレンズは、入射する光の光軸に対し
て垂直方向の断面形状が矩形であるレンズを縦横方向に
複数個配列することにより構成した複合レンズであり、上記インテグレータレンズの光入射側に、金属線材を直
線状に張ったフィルタが挿入され、上記金属線材がイン
テグレータレンズに入射する光を遮光するために生じる
影が、上記インテグレータレンズを構成するレンズの境
界線に投影されることを特徴とする照度分布均一化フィ
ルタを備えた光照射装置。