JP2010086726A - 光源ユニット及び該光源ユニットを具備した露光装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の目的は、複数の固体発光素子からの光を、被照射物の照射面において、平行光にすると共に、照度分布の均一性が高い光源ユニット及び露光装置を提供することにある。
【解決手段】
第1の発明に係る光源ユニットは、短手方向と長手方向とを構成するように複数の固体発光素子が長尺状に配置され、該固体発光素子には、その出射光を平行光とする透光性レンズが設けられ、該透光性レンズからの出射光が入射されるインテグレータレンズが設けられ、該インテグレータレンズからの出射光が入射されるコンデンサレンズが、該複数の固体発光素子が構成する短手方向の出射光を混合するように設けられたことを特徴とする。
【選択図】図3
Description
光源ユニット100は、同一平面上に配置された複数の固体発光素子101と、該複数の固体発光素子101が取付けられた基板102と、該複数の固体発光素子101と対向配置された拡散板103と、により構成される。
固体発光素子101としては、紫外線を照射する例えば発光ダイオード(LED)が挙げられる。
このとき、各固体発光素子101の照度には個体差がある。このため、各固体発光素子101からの紫外線には、被照射物Wの照射面において、照度の均一性がない。従来に係る光源ユニットでは、拡散板103によって各紫外線を拡散させることで、各紫外線が重なり合って混合され、被照射物Wの照射面において、各固体発光素子101の照度の個体差が抑制される。
ところが、図11で示した従来の光源ユニット100を用いると、配線が所望の線幅にならないことがあった。
この理由を図11と図12を用いて説明する。図11で示した光源ユニット100では、各固体発光素子101からの各紫外線を混合するために拡散板103を用いていたが、その結果、各紫外線が角度成分の大きい照射光になっている。この紫外線は、被照射物Wの照射面においても角度成分が大きい。すると、図12は図11の一部拡大図であるが、マスクMは紫外線透過部材M1と該紫外線透過部材M1上に設けられた遮光膜M2とで構成されており、紫外線透過部材M1を透った紫外線が遮光膜M2と被照射物Wとの間に入り込んでしまい、被照射物Wの不必要なところまで露光してしまうためであった。これにより、例えば図12においては、被照射物Wを照射したい範囲がL1であった場合、実際には紫外線がL1より広いL2の範囲で照射してしまう。
そこで、第4の発明に係る光源ユニットは、上記特徴により、光源ユニットと被照射物とを相対的に移動させる用途において、照度ムラを抑制することができる。
図1は、第1の実施例に係る露光装置の斜視図である。
図2(a)は、第1の実施例に係る光源ユニット1の斜視図であり、(b)は(a)の透光性レンズ3を見た上面図である。
図3は図1の光源ユニット1における短手方向に沿った断面図であり、図4は図2の光源ユニット1における長手方向に沿った断面図である。
平板状のマスクステージMS上(図1の紙面上側)には、マスクステージMSより小型な平板状のマスクMが載置される。マスクM上(図1の紙面上側)には、マスクMと同形状の被照射物Wが載置される。
このように、被照射物Wは、マスクMとマスクステージMSを介して、筐体8の開口部81に対向配置される。
図2(a),図3及び図4では、光源ユニット1,マスクM及び被照射物Wのみを図示し、図1で示したその他の部材は省略している。さらに、図2(b)では、光源ユニット1の一部(基板7と透光性レンズ3のみ)を図示し、その他の部材は省略している。また、図2(a)では、図2(b),図3及び図4で図示する基板7を省略している。
該光源ユニット1のコンデンサレンズ5には、被照射物WがマスクMを介して対向配置される。
透光性レンズ3に取り囲まれた各固体発光素子2は、図2(b)に示すように、長方形状の基板7上の同一平面上に、基板7の長手方向(図2におけるZ軸方向)に複数列(図2(b)においては3列)で配列することで、短手方向(図2(b)におけるX軸方向)と長手方向(図2(b)におけるZ軸方向)とを構成するように長尺状に配置される。
透光性レンズ3は、その形状により、固体発光素子2から放射された紫外線をその中心光線から±10°以内の平行光にし、その出射面31から平行光を出射させる。
また、透光性レンズ3は、その出射光側から見ると、図2(b)に示すように円状であり、基板7上で互いに隣接する円状の透光性レンズ3の中心が正三角形を形成するように配置される。すなわち、図2(b)における基板7上の透光性レンズ3の配置は、六方充填配置である。
透光性レンズ3を構成する部材としては、用途によって種々な部材を用いることができる。比較的可視域に近い400nm付近の紫外線領域を使用する用途において、透光性レンズ3を構成する部材は、例えばアクリル樹脂のような紫外線透過性を有する光学樹脂が用いられる。一方で365nm付近の紫外線領域や、高出力の光源を使用する用途において、透光性レンズ3を構成する部材は、耐光性、耐熱性の高いBK7や石英ガラスのような紫外線透過ガラス部材が用いられる。
インテグレータレンズ4は、図2では簡略に板状に表記したが、図3に示すように、複数の半球状の凸部41を具備し、その凸部41と凸部41との間に境界部42が設けられる。インテグレータレンズ4は、1つの透光性レンズ3の出射面31に対して複数の半球状の凸部41が対向配置される。
インテグレータレンズ4は、紫外線透過部材で構成された2枚のマルチレンズ(フライアイレンズともいう)が用いられる。ここで、インテグレータレンズの曲率は平行光が入射した場合、対向するレンズの主面に焦点を持つように設計されるのが一般的であるが、入射側のレンズの汚れが結像されない程度にずらした方が好ましい。インテグレータレンズ4を構成する部材としては、透光性レンズ3を構成する部材と同一のものを用いることができる。
コンデンサレンズ5を構成する部材としては、透光性レンズ3を構成する部材と同一のものを用いることができる。
また、該コンデンサレンズ5の平坦面には、長方形状のマスクMが対向配置され、該マスクMには、被照射物Wが対向配置される。
このとき、図4に示す長方形状の基板7の長手方向(図4におけるZ軸方向)においては、インテグレータレンズ4からの平行光がコンデンサレンズ5の紙面下側の平坦面に入射されて、コンデンサレンズ5の紙面上側の平坦面から出射される。このとき、インテグレータレンズ4とコンデンサレンズ5との間は大気であり、この大気の屈折率とコンデンサレンズ5の屈折率とが異なるので、コンデンサレンズ5の紙面下側の平坦面に入射されたときに、平行光が屈折されるが、コンデンサレンズ5とマスクMとの間も大気であるから、コンデンサレンズ5の紙面上側の平坦面から出射されるときに、紙面下側の平坦面に入射される前の元の角度に屈折される。すなわち、コンデンサレンズ5に入射される前の平行光が、中心光線から例えば±10°の紫外線であったとき、コンデンサレンズ5から出射された後の光は、同じく中心光線から例えば±10°の紫外線に戻って出射される。
一方、図3に示すように、コンデンサレンズ5の短手方向(図3におけるX軸方向)においては、配置された固体発光素子2の数が3個と少ない。このため、コンデンサレンズ5の短手方向における紫外線は、長手方向図4におけるZ軸方向)のときのように、透光性レンズからの中心光線に対して±10°以内の広がりを利用して固体発光素子2から出射された紫外線を混合させると、被照射物Wの照射面での混合される領域が小さすぎる。このため、コンデンサレンズ5の短手方向(図3におけるX軸方向)において、被照射物Wの被照射面での照度分布は、十分な均一度が得られない。また、光源ユニットが図1で示した筐体8の内部に配置されることから、固体発光素子2の数が少ない短手方向(図3におけるX軸方向)では、透光性レンズ3からの中心光線に対して±10°以内の広がりを利用しても、筐体8の内壁に遮光されてしまい、照度を低下させてしまう。
そこで、コンデンサレンズ5の短手方向(図3におけるX軸方向)においては、以下に示すように、固体発光素子2からの出射光を混合させると共に平行光にさせる。
コンデンサレンズ5による光の屈折量は、円弧状の外面の曲率半径と幅によって決まる。例えば、本発明におけるコンデンサレンズ5の幅は30mm、曲率半径は100mm以上であるので、コンデンサレンズ5の平坦面から出射される光は、Y軸方向に対して±15°以下の広がりにすることができ、透光性レンズ3による平行光の広がりを抑制することができる。さらに、コンデンサレンズ5の平坦面から出射された光は、インテグレータレンズ4の各凸部41から出射された各出射光を、被照射物Wに向かうに従って互いに混合し、被照射物Wの照射面で重畳される。
よって、第1の実施例に係る光源ユニット1は、その出射光がマスクMを透過して被照射物Wを照射するとき、マスクMと被照射物Wとの間に入りこむことを抑制でき、且つ、各固体発光素子2の固体差による照度ムラを抑制することができる。
さらにまた、透光性レンズ3は、図示した形状のものに限定されず、中心光線から±10°以内に集光された平行光を出射するものであれば用いることができる。
そこで、被照射物Wの照射面に照射される光の平行度を、透光性レンズ3からの出射光の平行度に近似させる構成を、第2の実施例として示す。
図5は、第2の実施例に係る光源ユニット1の斜視図である。図6は、図3の光源ユニット1における短手方向に沿った断面図である。
なお、図5及び図6には、図1〜5に示したものと同じものに同一の符号が付されている。
図5及び図6の第2の実施例の説明として、図1〜4と共通する部分は省略し、相違する部分について述べる。
コリメータレンズ6を構成する部材としては、透光性レンズ3を構成する部材と同一のものを用いることができる。
また、該コリメータレンズ6の円弧状の外面には、直方体状のマスクMが対向配置され、該マスクMには、被照射物Wが対向配置される。
なお、第2の実施例に係る光学ユニットの紫外線は、固体発光素子から出射され、コンデンサレンズ5の平坦面から出射されるまでの過程が第1の実施例の説明と共通する。このため、第2の実施例の説明では、第1の実施例と共通する部分を省略し、紫外線がコンデンサレンズ5から出射されてからの過程について説明する。
よって、第2の実施例に係る光源ユニット1は、その出射光がマスクMを透過して被照射物Wを照射するとき、マスクMと被照射物Wとの間に入りこむことを抑制でき、且つ、各固体発光素子2の固体差による照度ムラを抑制することができる。
図7は、インテグレータレンズ4の上面図であり、X軸に沿って伸びる境界部42を有する。このインテグレータレンズ4を第1の実施例又は第2の実施例の光源ユニット1に具備させたとき、光源ユニットと被照射物との相対的移動をX軸方向に沿って行なうと、境界部42による出射光を弱める作用が、相対的に移動させる方向(X軸方向)に伸びてしまい、被照射物Wの照射面において相対的に移動させた方向(X軸方向)に伸びる照度ムラを招く問題があった。
そこで、この問題の解決を図ったのが第3の実施例と第4の実施例である。
図8は、第3の実施例に用いるインテグレータレンズ4の上面図である。
なお、図8には、図7に示したものと同じものに同一の符号が付されている。
図8の第3の実施例の説明として、図1〜4と共通する部分は省略し、相違する部分について述べる。
次に示す第4の実施例では、図8に示すようなインテグレータレンズ4を用いずに、図7に示すようなインテグレータレンズ4を用いて、境界部42による出射光を弱める作用が移動方向において連続的に重ね合わせられることを抑制させることについて説明する。
図9は、第4の実施例に係る露光装置9の斜視図である。
図10は、図9の露光装置9に具備されたインテグレータレンズ4と被照射物Wとを示した上面図である。
なお、図9及び図10には、図1〜4に示したものと同じものに同一の符号が付されている。
図9及び図10の第4の実施例の説明として、図1〜4と共通する部分は省略し、相違する部分について述べる。
2 固体発光素子
3 透光性レンズ
31 出射面
4 インテグレータレンズ
41 凸部
42 境界部
5 コンデンサレンズ
6 コリメータレンズ
7 基板
8 筐体
81 開口部
82 駆動手段
83 レール
9 露光装置
91 支持体
92 搬送手段
M マスク
MS マスクステージ
S インテグレータレンズを移動させる方向
W 被照射物
Claims (6)
- 短手方向と長手方向とを構成するように複数の固体発光素子が長尺状に配置され、
該固体発光素子には、その出射光を平行光とする透光性レンズが設けられ、
該透光性レンズからの出射光が入射されるインテグレータレンズが設けられ、
該インテグレータレンズからの出射光が入射されるコンデンサレンズが、該複数の固体発光素子が構成する短手方向の出射光を混合するように設けられた
ことを特徴とする光源ユニット。 - 該コンデンサレンズからの出射光が入射されるコリメータレンズが、該複数の固体発光素子が構成する短手方向の出射光を平行光とするように設けられた
ことを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。 - 該コンデンサレンズ及び該コリメータレンズは、該短手方向での断面形状が平凸形状になるように、且つ、該長手方向での断面形状が長方形状になるように配置されたシリンドリカルレンズである
ことを特徴とする請求項2に記載の光源ユニット。 - 該インテグレータレンズは複数の凸部からなり、
該凸部間の境界部は、該長手方向に対して角度をもった方向に沿って伸びる
ことを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。 - 請求項1〜請求項4のいずれかの光源ユニットを具備し、
該光源ユニットに露光される被照射物を設け、
該光源ユニットと該被照射物とを相対的に移動させる駆動手段を設けた
ことを特徴とする露光装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれかの光源ユニットを具備し、
該光源ユニットの該インテグレータレンズは複数の凸部からなり、
該光源ユニットに露光される被照射物を設け、
該光源ユニットと該被照射物とを相対的に移動させる駆動手段を設け、
該インテグレータレンズの該凸部間の境界部は、該光源ユニットと該被照射物とが相対的に移動する方向に対して、角度をもった方向に沿って伸びる
ことを特徴とする露光装置。
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