JP2009289910A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光照射装置で入射光が小光量の場合でも均一化して出射できる入射光を供給する。
【解決手段】光照射装置の絞り板の開口部の形状が、スリット形状で溝幅が連続的に暫減又は暫増するように形成される第１パターン１０１と、第１パターンにおける少なくとも溝幅が所定値以下に狭くなったところの近傍領域に、第１パターンにおける溝幅が暫減又は暫増することと協働して、出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される第２パターン１０２とが組み合わされて構成される。
【選択図】図８

Description

本発明は、被照射面を均一な照度で照射できる光照射装置に関し、特に、小光量時に被照射面を均一に照射できる光照射装置に関する。

被照射面を均一な照度で照射できる光照射装置の一例として、半導体の回路パターンの焼き付けに使用される露光装置用の光照射装置が知られている。そのような光照射装置では、被照射面（露光面）に照射された光の強度を高均一（一般的に被照射面内照度分布：±５％以内）にすることが要求されている。近年では、さらに、そのような光の強度を高均一に維持しながら、連続的に照度を変更できることが要求されている。

連続的に照度を変更できる光照射装置の例として、カメラの絞り形式の高価な絞り装置を利用する光照射装置の他に、より簡易で安価な構成として、スリット幅が漸減又は漸増するように開口された渦巻き状スリットが形成された回転板からなる絞り板を光路中に配置するものが提案されている。その光照射装置では、回転板を回転軸を中心として回転させることで、開口面積を連続的に変化させ、それによって、開口部を通過する光量を連続的に変えることができる。又、別の例として、絞り板に形成されるスリットに代えて、複数の開口穴を、穴の数と配置と開口面積が漸減又は漸増するようにメッシュ状に形成することで、開口部を通過する光量を連続的に変えることができる光照射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１の光照射装置では、被照射面に照射された光の強度を高均一にするために、絞り板と被照射面との間に、インテグレータレンズ（別名フライアイレンズ）を用いている。インテグレータレンズは、昆虫の複眼的に複数のレンズにより構成されており、照度分布が光軸に対して対称的ではあるが均一ではない入射光を、均一な出射光にして出力することができるレンズである。ところが、小光量の場合に、特許文献１の光照射装置における渦巻き状スリット形式の絞り板からインテグレータレンズに出射する光は、その照射面が入射する光束の光軸に対して対称ではないことに加えて、その面積のほとんどを占める光遮断部の中に、わずかな面積で円弧状のスリット形態の光入射部が存在することになる。この円弧状のスリット形態の入射光がインテグレータレンズの入射面に入射されても、インテグレータレンズの利用可能である本数が限られる。その結果、被照射面の照度分布が均一ではなくなる。

この問題に対して、特許文献１では、従来は絞り板と光源との間に設けられた光学系の焦点位置の手前に絞り板を配置し、その焦点位置にはインテグレータレンズの入射面を配置していたものを、その光学系の焦点位置に絞り板を配置させることで改善している。この場合、インテグレータレンズの入射面には焦点位置の後のやや広がった光が入射されることから、インテグレータレンズの利用可能となる本数が増加し、被照射面の照度分布の均一性をある程度は改善することができる。又、インテグレータレンズの入射面には、コリメータレンズで平行にされた光が入射される。
特開２００３−２８２４１２５号公報

しかしながら、上記したようにインテグレータレンズの入射光を均一な出射光にする能力には限界があり、特にその入射光が小光量の場合で、さらに入射光が上記したような円弧状のスリット形態の場合には、例え、特許文献１のように焦点位置の後の広がった光を入射させても、十分に均一にして出射させることは難しかった。

そこで本発明は、上記の課題を解決するために、光照射装置内の入射光の光照度を均一化して出力する光学系に対する入射光が小光量の場合でも、十分に均一化しての出射が可能である入射光を供給できる絞り板、及び、それを用いた光照射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る光照射装置は、光源と、光源からの出射光の光量を調整するために板状体に開口部が設けられて移動可能に設置される絞り板を有し、開口部の形状が、移動によって、出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させることで出射光の光量を調整する光量調整部と、出射光を光量調整部及び照射対象の適切な領域に導く光学系と、を備え、開口部の形状は、スリット形状で溝幅が連続的に暫減又は暫増するように形成される第１パターンと、第１パターンにおける少なくとも溝幅が所定値以下に狭い領域の近傍に、第１パターンにおける溝幅が暫減又は暫増することと協働して、出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される第２パターンとが組み合わされて構成されることを特徴とする。請求項１の本発明によれば、光照射装置内の入射光の光照度を均一化して出力する光学系に対して、その光学系への入射光が小光量の場合でも、十分に均一化しての出射が可能である入射光を供給することができる。

好ましくは、請求項２に係る本発明のように、第２パターンを、網目状の複数の小開口部の総和の開口面積が暫減又は暫増するメッシュ形状であるようにしてもよい。本実施態様では、光学系への入射光が小光量の場合でも十分に均一化しての出射が可能であるメッシュ形状の開口部からの入射光を供給することができる。

好ましくは、請求項３に係る本発明のように、第２パターンを、連続的に溝幅が暫減又は暫増するように形成される少なくとも１つのスリット形状であるようにしてもよい。本実施態様では、光学系への入射光が小光量の場合でも十分に均一化しての出射が可能であるように追加されたスリット形状の開口部からの入射光を供給することができる。

好ましくは、請求項４に係る本発明のように、開口部を、回転軸を中心とする円に沿って、出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される渦巻き形状であるようにしてもよい。本実施態様では、開口部を渦巻き形状に形成することにより、絞り板に必要となるスペースを、開口部の調整方向の長さと比較して短くできる。

好ましくは、請求項５に係る本発明のように、開口部を、直線に沿って、出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される直線形状であるようにしてもよい。本実施態様では、開口部を直線形状に形成するので、絞り板の製造と位置制御を容易にできる。

好ましくは、請求項６に係る本発明のように、光学系は、光源からの出射光を焦点位置に集光させるための第１光学系と、光量調節部からの出射光の光路断面における光強度の偏りを改善する第２光学系とを有し、絞り板は、焦点位置に対しての照射方向の軸における近傍に、第１光学系からの出射光の進行方向と直交し、当該絞り板の表面における出射光の照射面積が所定値となるように配置され、絞り板の移動方向は、出射光の進行方向と直交する面に沿った方向であり、絞り板を直交する面に沿った方向に移動させることができる駆動部を有することができるようにしてもよい。本実施態様では、絞り板を駆動部で駆動させるような簡易な構成で、光照射量の制御ができる制御装置を提供できる。

好ましくは、請求項７に係る本発明のように、絞り板の移動方向を、絞り板の表面のうちの、出射光の焦点位置の近傍を回転軸として、回転させる方向であり、駆動部は、絞り板を回転させる方向に回転させることができると共に、所定の回転角度で停止させることができる電動機であるようにしてもよい。本実施態様では、絞り板の移動方向を回転方向にするので、光照射装置内の制御に必要なスペースを減らして小型化でき、モータと制御回路のみで制御が可能になる。

好ましくは、請求項８に係る本発明のように、絞り板の移動方向を、絞り板の表面のうちの、出射光の焦点位置を起点とする放射方向の中の一つの直線方向であり、駆動部は、絞り板をその直線方向に移動させると共に所定の位置で停止させることができる駆動装置であるようにしてもよい。本実施態様では、絞り板の移動方向が直線方向になるので、回転方向の角度制御を利用しての位置制御と比較して、単純な直線方向の位置制御になるので、制御を容易にできる。

好ましくは、請求項９に係る本発明のように、第２光学系からの出射光が照射される被照射面に設置されて、当該表面の照度を検出する照度センサと、照度センサで検出された照度値が入力されて、該照度値を被照射面に必要となる所定の範囲の基準照度値と比較し、照度値が基準照度値の範囲内ではない場合には、駆動部を用いて絞り板を照度値が基準照度値に近づく方向に移動させる制御部とを有するようにしてもよい。本実施態様では、被照射面の照度センサと制御部を有するので、被照射面に照射中の照度の変動に対応することができる。

好ましくは、請求項１０に係る本発明のように、基準照度値を、時間経過により変動する値であり、制御部は、少なくとも基準照度値を格納する記憶部を含み、該基準照度値及び照度センサで検出された照度値に基づいて、駆動部を用いて絞り板を移動させるようにしてもよい。本実施態様では、時間経過に従って変化する照度に対応することができる。

本発明の光照射装置によれば、絞り板の開口部の形状を、スリット形状の第１パターンと、小光量時の配光を改善する第２パターンとを組み合わせて構成するので、絞り板の通過光量が小光量の場合でも、被照射面の均一化を高めることができる絞り板、及び、それを用いた光照射装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、以下に図面を用いながら詳細に説明する。
図１は、本発明の光照射装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、図１の一部ブロックを具体的な部材に置き換えた主要部の構成図である。
光照射装置１において、光源部１０は、例えば、半導体の回路パターンの焼き付け（露光）に必要な波長及び発光強度の出射光Ｌ１を出力するランプ１１である。ランプ１１の波長としては、例えば、必要に応じて紫外線の波長が使用される。

第１光学系２０は、光源部１０から広範囲に出力された出射光Ｌ１が入力され、次段の光量調節部３０における光量を調節する領域（光量調節領域）に集光させると共に、その出力方向を光量調節部３０の光量調節領域に導くようにして出射光Ｌ２を出力する機能を有する１個以上の光学素子により構成される。しかし、例えば、光源部１０自体に、光を集光させる機能や出射方向を特定できる機能を有している場合や、光源部１０から出射される光自体が、光量調節部３０における光量調節領域に集光される性質を有する場合には、第１光学系２０を不要にできる場合がある。

楕円鏡２１は、光源部１０から広範囲に出力された出射光Ｌ１を焦点に集光させる。反射鏡２２は、焦点に集光される途中の出射光Ｌ２を、光量調節部３０における光量調節領域、又は、第２光学系４０の後述するロッドレンズ４１における入射面に集光するように向きを変えて反射させる。

光量調節部３０は、第１光学系２０により光量調節領域に集光された出射光Ｌ２が入力され、当該領域に到達した全ての出射光Ｌ２を、被照射面に必要である光量に適した光量にした出射光Ｌ３にして後段の第２光学系に出力するために、絞り機能により選択的に通過させるものである。
絞り板３１は、出射光Ｌ２を選択的に通過させるために、図８〜図１１を用いて後述するように、光量調節領域に対して、移動させることで開口面積が変化する開口部が設けられる。

駆動部３２は、動力電源が入力されると共に、後述する制御部７１からの命令を受信して絞り板３１を駆動させる装置である。例えば、絞り板３１を回転移動させる場合には、駆動部３２はステッピングモータであってよい。絞り板３１を直線的に移動させる場合には、例えば、モータの回転運動を無限軌道のベルトやピニオンギアとラックで直線運動に変換させてもよいし、リニアモータ等の変換なしに直線駆動できる装置を用いてもよい。
位置センサ３３は、例えば、絞り板３１上のマーキングや切り欠等を光学的に検出する光学センサであってよい。あるいは、絞り板３１上に静電容量又は磁気的にマーキングをつけておいて、それに対応するセンサで検出するようにしてもよい。

第２光学系４０は、光量調節部３０で光量が調節された出射光Ｌ３が入力され、照度分布均一ではない入射光Ｌ３を、光路断面における各部の光強度の偏りを改善（均一化）して、均一な出射光Ｌ４にして被照射面５１に向けて出力する。入射光を均一化する光学系としては、例えば、ロッドレンズ４１、又は、インテグレータレンズ等が用いられる。これは、半導体の露光装置のような光照射装置では、被照射面（露光面）に照射された光の強度を高均一（一般的に被照射面内照度分布：±５％以内）にすることが要求されているためである。

ロッドレンズ４１は、多角形（例えば六角形）の断面形状を有する棒状のロッドレンズであり、光量調節部３０からの出射光Ｌ３が入力され、均一化して次の光学素子（コリメータレンズ４２）に出射光Ｌ３ａとして出力する。
コリメータレンズ４２は、ロッドレンズ４１から均一化された出射光Ｌ３ａが入力されて、平行光にして反射鏡４３に出射光Ｌ３ｂとして出力する。
反射鏡４３では、コリメータレンズ４２から平行光にされた出射光Ｌ３ａが入力されて、後段のコリメータレンズ４４に向けて向きを変えて反射し、その光を、出射光Ｌ３ｃとして出力する。
コリメータレンズ４４では、反射鏡４３からの出射光Ｌ３ｃが入力されて、後段の被照射面５１に出射光Ｌ４として出力する。

被照射面５１は、第２光学系４０で均一化された出射光Ｌ４が照射される。例えば、この被照射面５１上に半導体の導体層をベタで有する生基板を置き、フォトエッチング用の薬剤を塗布してから、回路パターンを焼き付けるためのマスクを置いて、出射光Ｌ４を用いて薬剤毎に指定される時間だけ露光させる。その後、必要に応じてレジスト等を形成した後に、生基板の表面をエッチングして回路パターンを生成する。

照度センサ６１は、被照射面５１上の照度を検出するために、出射光Ｌ４が照射される被照射面５１上、又は、その被照射面５１に検出面が向くように設置される。被照射面５１上に設置する場合には、測定時以外は、邪魔にならないように被照射領域外に退避できる機能を有していてもよい。

制御部７１は、光量調節部３０の絞り板３１の位置を検出する位置センサ３３からの検出信号と、被照射面５１の照度センサ６１からの検出信号が入力されて、現在の照度の検出値が妥当であるかを判断する。妥当でない場合には、駆動部３２に対して、被照射面５１の照度センサ６１からの検出信号が、基準値（範囲）内になるように制御信号を送出する。

記憶部７２は、制御部７１で使用される多種のプログラム、及び、上記した基準値（範囲）を含む多種多様なデータ等を記憶する他に、プログラムを展開する作業領域等の機能も備えている。

ここで、図１及び図２に示したような光照射装置で用いられる絞り板の従来技術について説明する。図３は、光照射装置で用いられる従来の絞り板の一例を示す図である。
絞り板８０は、例えば、円盤形で両面が平坦な金属の板であり、スプライン曲線を利用した渦巻き形状で、スリット形状の開口部８２が、回転軸８６を中心とする円周に沿って形成されている。絞り板８０の材質は、例えば、ステンレス、アルミニウム等の一般的に使用される金属材料に限らないが、まず、照射される光を完全に遮蔽できる材料、光照射等による温度上昇で発生する熱膨張が比較的少ないことから寸法精度を維持しやすい材料、紫外線等を用いる場合に紫外線による劣化が少ない材料、及び、経年変化が少ない材料であることが考慮される。開口部８２の加工は、例えば、レーザーを用いた加工機により加工してもよい。

絞り板８０の外周形状は、開口部８２を形成できてスムースに回転できる形状であれば円盤状に限らず、例えば、正方形や正五角形等であってもよい。絞り板８０の表面は、回転により、少なくとも第１光学系２０からの出射光Ｌ２が集光される領域になりえる部分ついては、平坦度を良好にするための後加工を実施してもよい。他の部分については、特に後加工等は必要ない。
又、開口部８２は、後述する光量調節領域８４への入射光に対して、後段への出射光Ｌ３として通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように、スリット形状の溝幅が連続的に暫減又は暫増するように形成される。

遮光部８３は、透光性を有していない材料で形成され、例えば、光量調節領域８４においては、第１光学系２０からの出射光Ｌ２の通過を遮る部分となる。
光量調節領域８４は、絞り板８０上で、第１光学系２０からの出射光Ｌ２が集光される領域の一例を示している。

図３に示された光量調節領域８４の状態では、遮光部８３の面積に対して開口部８２の面積、すなわち、光の通過する部分の面積が大きくなっており、入射光は小光量ではなく比較的大光量である。従って、この場合、入射光が円弧状のスリット形態にはならないので、後段のロッドレンズ４１により、出射光Ｌ３を均一化してコリメータレンズ４２に出射光Ｌ３ａとして出力することができる。

小光量時光量調節領域８５は、制御部７１により小光量の命令が入力された場合に、絞り板８０上で、第１光学系２０からの出射光Ｌ２が集光される領域の一例を示している。小光量時光量調節領域８５は、実際の動作では、絞り板８０が回転されることにより光量調節領域８４の位置となる。

小光量時光量調節領域８５では、スリット形状に形成された開口部８２の溝幅寸法が、光量調節領域８４におけるスリット形状に形成された開口部８２の溝幅寸法と比較して小さくなることから、光量調節領域８４と比較して遮光部８３の面積が増大している。これにより、光量調節領域８５に到着した出射光Ｌ２は、光量調節領域８４に到着した出射光Ｌ２と比較して、大幅に減光されて出射光Ｌ３として出力される。

回転軸８６は、円盤形の絞り板８０を回転させる場合の中心軸であり、駆動部３２であるモータの軸に接続される。
絞り位置表示８７は、開口部８２の外周側に、絞り量（又は、入射光の通過量／遮断量）を数字で表示したものである。表示された数字「０」が、最大絞り量（入射光の通過量が最小量／遮断量が最大量）の場合であり、数字「１０」が、最小絞り量（入射光の通過量が最大量／遮断量が最小量）の場合である。そして、「０」から「１０」までの間の開口部８２では、後述する最大開口部８８を除いて、そのスリット形状の溝幅寸法がリニアに増加／減少するので、そのスリット形状に沿う長さを１０等分して、「０」の次に「１」、その次が「２」となるように昇順に数字の表示を付与した。

最大開口部８８は、開口部８２のうち、光量調節領域８４に到着した出射光Ｌ２を、何も光量を調整しないで出射光Ｌ３として出力する場合の開口部であり、遮光部８３の影響を減らすために、光量調節領域８４よりも一回り大きく形成される。
最小開口部８９は、スリット形状の溝幅寸法がリニアに増加／減少する開口部８２が、光量調節領域８４に到着した出射光Ｌ２を、出射光Ｌ３として全く出力させない状態になった場所であり、開口部８２の末端で、開口部８２と遮光部８３の境界部である。

図４は、図３の小光量時光量調節領域８５を拡大して示す図である。
小光量時光量調節領域８５では、遮光部８３の面積に対して、開口部８２の面積が非常に少なく、開口部８２の形状及びそこからの入射光の形状が円弧状のスリット形態となっている。この場合、ロッドレンズ４１で入射光を均一な出射光にしようとしても、入射光が小光量で、円弧状のスリット形態であるので、十分に均一にして出射させることができなくなる。

図５は、図３の絞り板８０の絞り位置に対比した照度の変化を示す図である。
横軸は図３に示した絞り位置表示８７に対応しており、数字が大きいほど開口部８２の溝幅が広くなる。縦軸は照度であり、数字が大きいほど大光量であることを示している。
ポイント８１は、開口部８２の溝幅が狭くしていく場合に、高均一（±５％以下）を達成できなくなる点を示している。従って、この点以下の絞り位置では、ロッドレンズ４１からの出射光Ｌ３ｂの均一性が低下する。

図６は、光照射装置で用いられる従来の絞り板の図３と異なる一例を示す図である。
絞り板９０が、図３に示した絞り板８０と主に異なる点は、開口部９２が、絞り板８０のスリット形状ではなく、網目状の複数の小開口部で形成されたメッシュ形状である点と、光量調節領域９４に到着した出射光Ｌ２が、網目状の複数の小開口部を通過する総和の開口面積が暫減又は暫増するように、各小開口部が形成される点である。各小開口部は、図６では円形としたが、開口が形成できるように周囲が閉じた形状であれば多角形、楕円形、星型等の他の形状であってもよい。

小光量時光量調節領域９５では、網目状に各々円形で形成された各小開口部の直径が、光量調節領域９４の各小開口部の直径と比較して小さくなると共に、各小開口部間の間隔が増大することから、光量調節領域９４と比較して遮光部９３の面積が増大している。これにより、光量調節領域９５に到着した出射光Ｌ２は、光量調節領域９４に到着した出射光Ｌ２と比較して、大幅に減光されて出射光Ｌ３として出力される。その他は、図３に示した絞り板８０における符号に対して、対応する符号が「１０」増加していること以外は同様である。

図７は、図６の絞り板９０の絞り位置に対比した照度の変化を示す図である。横軸は図６に示した絞り位置表示９７に対応しており、数字が大きいほど光量調節領域９４等の内における開口部９２の各小開口部の総和の開口面積が広くなる。縦軸は照度であり、数字が大きいほど大光量であることを示している。

ポイント９１は、図６の開口部９２の最大開口部９８における１個の大開口で遮光部９３の面積が全く無い状態から、大開口と各小開口部の総和の開口面積の状態に移行して、最終的に、各小開口部の総和の開口面積のみの状態になるところで、絞り位置９７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わる点を示している。

開孔率１００％の最大開口部９８のみの状態から、開孔率９０％以下のメッシュ形状部と最大開口部９８との和の開口となる光量の絞り始めには、絞り位置９７に対する照度が急激に落ち込む。しかし、光量をさらに絞ってメッシュ形状部のみになると、絞り位置９７に対する照度の落ち込みは安定化する。このリニア特性の変化は、最大光量を得るための最大開口部９８（開孔率１００％の大開口で遮光部９３の全くない状態）から、各小開口部の総和の開口面積となって遮光部９３の面積が発生した状態になるときに、金属材料である絞り板に開孔率９０％のメッシュ形状部を安価に製作することは困難であることで発生し、小開口部の面積等の調整では無くすことができない。

それに対して図３のスリット形状の開口部８２では、図５に示したように絞り位置９７に対する照度の減少するリニア特性の角度は変わらないので、比較的大光量では、スリット形状の開口部の方が、制御が容易である。

逆に、図７では、絞り位置９７の全域にわたり、高均一（±５％）を達成することができるので、図５に示したポイント８１のような、開口部８２を狭くしていった場合の高均一を達成できなくなる点が発生しない。従って、比較的小光量では、図６の絞り板９０の方が出射光Ｌ３ｂの均一性が得やすいことになる。

上記をまとめると、図３〜図７を用いて説明したように、図３の絞り板８０は、比較的小光量の場合に、高均一を達成できなくなるという問題があり、図６の絞り板９０は、比較的大光量の場合に、絞り位置９７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わり制御しづらいという問題がある。そのため、光照射装置の使用者は、比較的大光量側を重視する場合と比較的小光量側を重視する場合とで、スリット形状の絞り板とメッシュ形状の絞り板を使い分けていた。

＜第１実施形態＞
以上に基づいて、本発明の第１実施形態の光照射装置に用いられる絞り板を説明する。
図８は、本発明の第１実施形態の光照射装置で用いられる絞り板の一例を示す図である。
絞り板１００が、図３に示した絞り板８０と主に異なる点は、開口部が、絞り板８０と同様なスリット形状の第１パターンで形成された開口部１０１と、絞り板９０と同様なメッシュ形状の第２パターンで形成された開口部１０２との組み合わせにより構成され、さらに各開口部１０１と開口部１０２が、光量調節領域９４に到着した出射光Ｌ２が、開口部１０１と開口部１０２との組み合わせの開口部を通過する総和の開口面積が暫減又は暫増するように形成される点である。

開口部１０１は、スリット形状で溝幅が連続的に暫減又は暫増するように形成され、開口部１０２は、開口部１０１のスリット形状パターンにおける溝幅がある程度以下に狭くなったところの近傍領域に、開口部１０１のスリット形状パターンにおける溝幅が暫減又は暫増することと協働して、出射光Ｌ２の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される。

また、小光量時光量調節領域１０５では、開口部１０２の各小開口部の直径が、光量調節領域１０４の各小開口部の直径と比較して小さくなると共に、各小開口部間の間隔が増大することから、光量調節領域１０４と比較して遮光部１０３の面積が増大している。これにより、光量調節領域１０５に到着した出射光Ｌ２は、光量調節領域１０４に到着した出射光Ｌ２と比較して、大幅に減光されて出射光Ｌ３として出力される。その他は、図３に示した絞り板８０における符号に対して対応する符号が「２０」増加し、又、図６に示した絞り板９０における符号に対して対応する符号が「１０」増加していること以外は同様である。

このように本実施形態の光照射装置１では、簡易で安価な構成の絞り板１００の開口部１０１、１０２の形状を、スリット形状の第１パターンの溝幅が狭くなったところに、小光量時の配光（高均一）を改善する第２パターンとを組み合わせて構成するので、絞り板１００の通過光量が小光量の場合でも、被照射面の均一化を高めることができる。

さらに、本実施形態の光照射装置１では、図７のポイント９１のような、絞り位置９７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わる点が発生するようなところ（溝幅が所定値以下に狭くなったところ）の近傍領域には、メッシュ形状の第２パターンで形成された開口部１０２を形成しないで、絞り板８０と同様なスリット形状の第１パターンのみを形成する。従って、絞り板１００では、絞り位置１０７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わらないようにできるので、比較的大光量における制御を容易にできる。

＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態の光照射装置で用いられる絞り板の一例を示す図である。
絞り板２００が、図８に示した絞り板１００と主に異なる点は、絞り板１００の開口部のうちの第２パターンの開口部１０２がメッシュ形状であったのに対して、絞り板２００の第２パターンの開口部１０２が、連続的に溝幅が暫減又は暫増するように形成される少なくとも１つのスリット形状パターンになっている点である。従って、本実施形態では、そのスリット形状の第２パターンが、同様にスリット形状の第１パターンの開口部２０１と組み合わされて全体的な絞り板２００の開口部が構成される。

開口部２０１も２０２も、スリット形状で溝幅が連続的に暫減又は暫増するように形成されるが、開口部２０２は、開口部２０１のスリット形状パターンにおける溝幅がある程度以下に狭くなったところの近傍領域に、開口部２０１のスリット形状パターンにおける溝幅が暫減又は暫増することと協働して、出射光Ｌ２の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される。

また、小光量時光量調節領域２０５では、開口部２０２の各スリット形状で溝幅が、光量調節領域２０４の各スリット形状で溝幅と比較して小さくなると共に、各スリット形状部間の間隔が増大することから、光量調節領域２０４と比較して遮光部２０３の面積が増大している。これにより、光量調節領域２０５に到着した出射光Ｌ２は、光量調節領域２０４に到着した出射光Ｌ２と比較して、大幅に減光されて出射光Ｌ３として出力される。その他は、図８に示した絞り板１００における符号に対して対応する符号が「１００」増加していること以外は同様である。

このように本実施形態の光照射装置１では、簡易で安価な構成の絞り板２００の開口部２０１、２０２の形状を、スリット形状の第１パターンの溝幅が狭くなったところに、小光量時の配光（高均一）を改善する別のスリット形状の第２パターンとを組み合わせて構成するので、絞り板２００の通過光量が小光量の場合でも、被照射面の均一化を高めることができる。

さらに、本実施形態の光照射装置１では、図７のポイント９１のような、絞り位置９７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わる点が発生するようなところ（溝幅が所定値以下に狭くなったところ）の近傍領域には、追加されるスリット形状の第２パターンで形成された開口部２０２を形成しないで、絞り板１００と同様なスリット形状の第１パターンのみを形成する。従って、絞り板２００では、絞り位置２０７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わらないようにできるので、比較的大光量における制御を容易にできる。

＜第３実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態の光照射装置で用いられる絞り板の一例を示す図である。
絞り板３００が、図８に示した絞り板１００と主に異なる点は、絞り板１００の開口部と絞り位置１０７が、回転軸を中心とする円周に沿って、出射光Ｌ２の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される渦巻き形状であったのに対して、絞り板３００の開口部と絞り位置３０７は、直線に沿って、出射光Ｌ２の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される直線形状になっている点である。従って、本実施形態でも、そのメッシュ形状の第２パターンの開口部３０２が、スリット形状の第１パターンの開口部３０１と組み合わされて全体的な絞り板３００の開口部が構成される。

開口部３０１は、スリット形状で溝幅が連続的に暫減又は暫増するように形成され、開口部３０２は、開口部３０１のスリット形状パターンにおける溝幅がある程度以下に狭くなったところの近傍領域に、開口部３０１のスリット形状パターンにおける溝幅が暫減又は暫増することと協働して、出射光Ｌ２の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される。

また、小光量時光量調節領域３０５では、開口部３０２の各小開口部の直径が、光量調節領域３０４の各小開口部の直径と比較して小さくなると共に、各小開口部間の間隔が増大することから、光量調節領域３０４と比較して遮光部３０３の面積が増大している。これにより、光量調節領域３０５に到着した出射光Ｌ２は、光量調節領域３０４に到着した出射光Ｌ２と比較して、大幅に減光されて出射光Ｌ３として出力される。その他は、図８に示した絞り板１００における符号に対して対応する符号が「２００」増加していること以外は同様である。

このように本実施形態の光照射装置１では、簡易で安価な構成の絞り板３００の開口部３０１、３０２の形状を、スリット形状の第１パターンの溝幅が狭くなったところに、小光量時の配光（高均一）を改善する第２パターンとを組み合わせて構成するので、絞り板３００の通過光量が小光量の場合でも、被照射面の均一化を高めることができる。

さらに、本実施形態の光照射装置１では、図７のポイント９１のような、絞り位置９７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わる点が発生するようなところ（溝幅が所定値以下に狭くなったところ）の近傍領域には、メッシュ形状の第２パターンで形成された開口部３０２を形成しないで、絞り板１００と同様なスリット形状の第１パターンのみを形成する。従って、絞り板３００でも、絞り位置３０７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わらないようにできるので、比較的大光量における制御を容易にできる。

＜第４実施形態＞
図１１は、本発明の第４実施形態の光照射装置で用いられる絞り板の一例を示す図である。
絞り板４００が、図９に示した絞り板２００と主に異なる点は、絞り板２００の開口部と絞り位置２０７が、回転軸を中心とする円周に沿って、出射光Ｌ２の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される渦巻き形状であったのに対して、絞り板４００の開口部と絞り位置４０７は、直線に沿って、出射光Ｌ２の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される直線形状になっている点である。従って、本実施形態でも、そのメッシュ形状の第２パターンの開口部４０２が、スリット形状の第１パターンの開口部４０１と組み合わされて全体的な絞り板４００の開口部が構成される。

開口部４０１も４０２も、スリット形状で溝幅が連続的に暫減又は暫増するように形成されるが、開口部４０２は、開口部４０１のスリット形状パターンにおける溝幅がある程度以下に狭くなったところの近傍領域に、開口部４０１のスリット形状パターンにおける溝幅が暫減又は暫増することと協働して、出射光Ｌ２の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される。

また、小光量時光量調節領域４０５では、開口部４０２の各スリット形状で溝幅が、光量調節領域４０４の各スリット形状で溝幅と比較して小さくなると共に、各スリット形状部間の間隔が増大することから、光量調節領域４０４と比較して遮光部４０３の面積が増大している。これにより、光量調節領域４０５に到着した出射光Ｌ２は、光量調節領域４０４に到着した出射光Ｌ２と比較して、大幅に減光されて出射光Ｌ３として出力される。その他は、図９に示した絞り板２００における符号に対して対応する符号が「２００」増加していること以外は同様である。

このように本実施形態の光照射装置１では、簡易で安価な構成の絞り板４００の開口部４０１、４０２の形状を、スリット形状の第１パターンの溝幅が狭くなったところに、小光量時の配光（高均一）を改善する別のスリット形状の第２パターンとを組み合わせて構成するので、絞り板４００の通過光量が小光量の場合でも、被照射面の均一化を高めることができる。

さらに、本実施形態の光照射装置１では、図７のポイント９１のような、絞り位置４０７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わる点が発生するようなところ（溝幅が所定値以下に狭くなったところ）の近傍領域には、追加されるスリット形状の第２パターンで形成された開口部４０２を形成しないで、絞り板３００と同様なスリット形状の第１パターンのみを形成する。従って、絞り板４００でも、絞り位置４０７に対する照度の減少するリニア特性の角度が変わらないようにできるので、比較的大光量における制御を容易にできる。

＜第５実施形態＞
図１２は、図１及び図２に示された光照射装置の時間経過による基準照度値の変化の一例を示す図である。図１２において、横軸が時間であり、縦軸が照度値である。
図１２に示した露光用照射装置の例では、時間の経過により要求される基準照度値が変わっており、１時間目では照度５、２時間目では照度６、３時間目では照度５、４時間目では照度４、５時間目では照度５、６時間目では照度６、７時間目では照度７、８時間目では照度８、９時間目では照度８、１０時間目では照度８、１１時間目では照度７、１２時間目では照度６となっている。これらの照度値は、露光用照射装置では、被照射面５１に置かれる被露光物が変更されることと、ランプ１１の経年劣化等による照度低下があることから、例えば、照度を（１０〜１００％）の範囲で制御することが要求されるためである。

図１３は、本発明の第５実施形態の光照射装置１で照度検出により絞り板の位置制御を実施する場合の一例のフローチャートである。
まず、光照射装置１の制御部７１は、位置センサ３３により絞り板３１の位置を検出する（Ｓ１）。次に、制御部７１は、光源部１０の図示していない電源部の回路の出力結果、及び／又は、照度センサ６１の検出結果を受けて、ランプ１１がＯＮされたか否かを判断する（Ｓ２）。ランプ１１がＯＮされていない場合（Ｓ２：ＮＯ）には、制御部７１は、再びステップＳ２を繰り返してランプ１１がＯＮされることを待ち受ける。

ランプ１１がＯＮされた場合（Ｓ２：ＹＥＳ）には、制御部７１は、照度センサ６１の検出結果を受けて露光面の照度を検出する（Ｓ３）。さらに制御部７１は、記憶部７２から現時点の基準照度値の範囲を読み出す（Ｓ４）。この基準照度値は、図１２に示したように、被露光物とランプ１１の経年劣化等により範囲が決定されて、その範囲が予め記憶部７２に格納される。

露光面の照度と基準照度値を得た制御部７１は、まず、露光面の照度が基準照度値の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ５）。露光面の照度が基準照度値の範囲内である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御部７１は、処理を終了するか、または、絞り板３１の位置を連続して制御する場合には、ステップＳ１に戻る。

露光面の照度が基準照度値の範囲内ではない場合（Ｓ５：ＮＯ）、制御部７１は、さらに、露光面の照度が基準照度値の範囲未満であるか否かを判断する（Ｓ６）。露光面の照度が基準照度値の範囲未満である場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、制御部７１は、絞り板３１を全開口側（図８における最大開口部１０８側）に絞り位置を移動させ（Ｓ７）、ステップＳ１に戻り絞り板の位置を検出する。ステップＳ７の絞り位置の移動は、例えば、図８の絞り位置１０７のマーキングの単位ではなく、例えば、駆動部３２として用いられるステッピングモータの１ステップの分解能以上であれば、制御に適した任意の値を用いることができる。

露光面の照度が基準照度値の範囲未満ではない場合（Ｓ６：ＮＯ）、制御部７１は、さらに、露光面の照度が基準照度値の範囲を超過しているか否かを判断する（Ｓ８）。露光面の照度が基準照度値の範囲を超過している場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、制御部７１は、絞り板３１を不開口側（図８における最小開口部１０９側）に絞り位置を移動させ（Ｓ９）、ステップＳ１に戻り絞り板の位置を検出する。露光面の照度が基準照度値の範囲を超過していない場合（Ｓ８：ＮＯ）、制御部７１は、エラーと判断してステップＳ１に戻り絞り板の位置を検出する。

また、上記において、ステップＳ６とＳ７の処理と、ステップＳ８とＳ９の処理は、いずれの処理を先にしてもよく、入れ替えしてもよい。また、エラーが少ない制御部７１では、ステップＳ８を省略して、ステップＳ６でＮＯの場合にはステップＳ９の処理を実施してもよい。

このように本実施形態の光照射装置１では、制御部７１で、位置センサ３３により絞り板３１の位置を検出しておき、被照射面５１に設置された照度センサ６１で照度が検出されたら、各検出結果と、記憶部７２から読み出した基準照度値の範囲とから、絞り板３１の移動方向を決めて移動させるようにしたので、被照射面５１の照度を自動的に基準照度値の範囲内にすることができる。また、時間毎の基準照度値の範囲を予め設定して記憶部７２に記憶させておけば、制御部７１は、時間の経過に従い任意に設定した照度のカーブに沿って、被照射面５１の照度が追従するように自動的に制御することができる。

以上、本発明に係る光照射装置１を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載された半導体等の露光装置に用いられる場合の範囲には限定されない。高均一の光を被照射面に照射する装置であれば、例えば、メタルハロイドランプにより照射された物体の画像をＣＣＤカメラでキャプチャーする装置等の、上記した他の構成の装置にも適用することができる。

本発明の光照射装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の一部ブロックを具体的な部材に置き換えた主要部の構成図である。 光照射装置で用いられる従来の絞り板の一例を示す図である。 図３の小光量時光量調節領域８５を拡大して示す図である。 図３の絞り板８０の絞り位置に対比した照度の変化を示す図である。 光照射装置で用いられる従来の絞り板の図３と異なる一例を示す図である。 図６の絞り板９０の絞り位置に対比した照度の変化を示す図である。 本発明の第１実施形態の光照射装置で用いられる絞り板の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態の光照射装置で用いられる絞り板の一例を示す図である。 本発明の第３実施形態の光照射装置で用いられる絞り板の一例を示す図である。 本発明の第４実施形態の光照射装置で用いられる絞り板の一例を示す図である。 図１及び図２に示された光照射装置の時間経過による基準照度値の変化の一例を示す図である。 本発明の第５実施形態の光照射装置で照度検出により絞り板の位置制御を実施する場合の一例のフローチャートである。

符号の説明

１ 、光照射装置、
１０ 光源部、
１１ ランプ、
２０ 第１光学系、
２１ 楕円鏡、
２２ 反射鏡、
３０ 光量調節部、
３１、８０、９０、１００、２００、３００、４００ 絞り板、
３２ 駆動部、
３３ 位置センサ、
４０ 第２光学系、
４１ ロッドレンズ、
４２ コリメータレンズ、
４３ 反射鏡、
４４ コリメータレンズ、
５１ 被照射面、
６１ 照度センサ、
７１ 制御部、
７２ 記憶部、
８１、９１ ポイント、
８２、９２、１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２、４０１、４０２ 開口部、
８３、９３、１０３、２０３、３０３、４０３ 遮光部、
８４、９４、１０４、２０４、３０４、４０４ 光量調節領域、
８５、９５、１０５、２０５、３０５、４０５ 小光量時光量調節領域、
８６、９６、１０６、２０６、３０６、４０６ 回転軸、
８７、９７、１０７、２０７、３０７、４０７ 絞り位置表示、
８８、９８、１０８、２０８、３０８、４０８ 最大開口部、
８９、９９、１０９、２０９、３０９、４０９ 最小開口部。

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源からの出射光の光量を調整するために板状体に開口部が設けられて移動可能に設置される絞り板を有し、前記開口部の形状が、前記移動によって、前記出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させることで前記出射光の光量を調整する光量調整部と、
   前記出射光を前記光量調整部及び照射対象の適切な領域に導く光学系と、
   を備え、
   前記開口部の形状は、
   スリット形状で溝幅が連続的に暫減又は暫増するように形成される第１パターンと、
   前記第１パターンにおける少なくとも溝幅が所定値以下に狭くなったところの近傍領域に、前記第１パターンにおける溝幅が暫減又は暫増することと協働して、前記出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される第２パターンと
   が組み合わされて構成される
   ことを特徴とする光照射装置。
2. 前記第２パターンは、網目状の複数の小開口部の総和の開口面積が暫減又は暫増するメッシュ形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記第２パターンは、連続的に溝幅が暫減又は暫増するように形成される少なくとも１つのスリット形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
4. 前記開口部は、回転軸を中心とする円に沿って、前記出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される渦巻き形状である
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の光照射装置。
5. 前記開口部は、直線に沿って、前記出射光の通過可能となる面積を暫減又は暫増させるように形成される直線形状である
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の光照射装置。
6. 前記光学系は、
   前記光源からの出射光を焦点位置に集光させるための第１光学系と、
   前記光量調節部からの出射光の光路断面における光強度の偏りを改善する第２光学系と
   を有し、
   前記絞り板は、前記焦点位置に対しての照射方向の軸における近傍に、前記第１光学系からの出射光の進行方向と直交し、当該絞り板の表面における前記出射光の照射面積が所定値となるように配置され、
   前記絞り板の移動方向は、前記出射光の進行方向と直交する面に沿った方向であり、
   前記絞り板を前記直交する面に沿った方向に移動させることができる駆動部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
7. 前記絞り板の移動方向は、前記絞り板の表面のうちの、前記出射光の焦点位置の近傍を回転軸として、回転させる方向であり、
   前記駆動部は、前記絞り板を前記回転させる方向に回転させることができると共に、所定の回転角度で停止させることができる電動機である
   ことを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
8. 前記絞り板の移動方向は、前記絞り板の表面のうちの、前記出射光の焦点位置を起点とする放射方向の中の一つの直線方向であり、
   前記駆動部は、前記絞り板を前記直線方向に移動させると共に所定の位置で停止させることができる駆動装置である
   ことを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
9. 前記第２光学系からの出射光が照射される被照射面に設置されて、当該表面の照度を検出する照度センサと、
   前記照度センサで検出された照度値が入力されて、該照度値を前記被照射面に必要となる所定の範囲の基準照度値と比較し、前記照度値が前記基準照度値の範囲内ではない場合には、前記駆動部を用いて前記絞り板を前記照度値が前記基準照度値に近づく方向に移動させる制御部と
   を有する
   ことを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の光照射装置。
10. 前記基準照度値は、時間経過により変動する値であり、
    前記制御部は、少なくとも前記基準照度値を格納する記憶部を含み、該基準照度値及び前記照度センサで検出された照度値に基づいて、前記駆動部を用いて前記絞り板を移動させる
    ことを特徴とする請求項９に記載の光照射装置。

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