JP2010197671A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】斜めに配置するミラーの自重たわみを、ミラーの平面性を損なうことなく、簡便な機構で防ぐこと。
【解決手段】ランプ２から出射した光を集光鏡３で集光させ、第１のミラー４１、インテグレータレンズ７、第２のミラー４２、コリメータレンズ８を介して被照射面１１に照射する。第１のミラー４１や第２のミラー４２は、斜めに配置され自重によるたわみが生じる。このたわみを補正するためミラー４１、ミラー４２の反射面とは反対側に梃子手段２０ａ，２０ｂが設けられ、たわんだ部分を押し上げたり、たわんだ部分を引き上げてたわみを補正する。ここで、梃子手段２０ａ，２０ｂの棹を支点において曲げてもよい。これにより、梃子手段のバランスを安定させて、力点に取り付ける錘の重さの軽量化を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置等の光源装置に用いられる光照射装置に関し、特に、斜めに配置した反射ミラーの自重たわみを簡便な機構で防ぐことができる光照射装置に関するものである。

図９は、従来技術に係る露光装置の光源装置に用いられる光照射装置の構成を示す図である。
光照射装置１は、光源となるランプ２、ランプ（光源）２から出射した光を集光させる集光鏡３、光路を折り返す第１のミラー４１、光を照射する面（被照射面）１１において照度分布を均一するためのインテグレータレンズ（フライアイレンズともいう）７、インテグレータレンズ７から出射した光の光路を折り返す第２のミラー４２、入射した光を平行光化して出射するコリメータレンズ８等から構成されている。なお、コリメータレンズ８の代わりにコリメータミラーを使用しても良い。
被照射面１１にマスク１０が置かれていると、マスク１０に形成されたマスクパターンが、投影レンズ１２を介して、基板１３上に投影されて露光される。

上記図９の光照射装置において、必要な光路長を確保しながら装置全体の大きさをできるだけ小さくするために、光路を折り返す第１のミラー４１や第２のミラー４２のような光学部品は斜めに配置される。
近年、露光装置の光源装置として用いられる光照射装置は、基板１３であるプリント基板や液晶基板の大面積化にともない、大型化している。そのため、ミラーなどの光学部品も大型化している。
図９に示すように、ミラーは斜めに配置されている。斜めに配置したミラーは、大きくなると自重によるたわみが生じる。ミラーがたわみむと、入射する光を所望の位置に反射できなくなるため、光照射装置の光学性能に悪い影響を及ぼす。そのため、ミラーには、自重たわみを防ぐ（補正する）手段が取り付けられることがある。

ミラーのたわみを補正する手段として、アクチュエータと変位計を用いる方法が知られている。アクチュエータと変位計を用いる方法は、光学部品の支持部にアクチュエータを設け、変位系によりたわみ量を測定し、これをフィードバックしアクチュエータを動作させてたわみ量を補正するというものである。ミラーにアクチュエータを取り付ける例として、例えば特許文献１に記載のものがある。
また、上記アクチュエータの代わりに、ミラーの反射面の裏面側に、ねじ等の変位量を微調整できる補正手段を設け、このねじを回転させてミラーの裏面側を押し上げたり、引き上げて、ミラーのたわみを補正するようにしたものも知られている。

特開平７−２０１７１１号公報

上記したように、ミラーのたわみを補正する手段として前記した特許文献１に記載されるようにアクチュエータと変位計を用いる方法、あるいは、ねじ等の変位量を微調整できる補正手段を用いる方法が知られている。
ミクロンオーダーの変位制御であれば、市販のアクチュエータと変位計の組合せで実現可能である。
しかし、微小なたわみ、例えばサブミクロン（０．１μｍ）からナノメータ（ｎｍ）オーダーの補正が必要な場合、計測制御が困難であり、またそのようなシステムを構成したとしても高額になる。
また、ねじ等を用いた補正手段でも、サブミクロン（０．１μｍ）からナノメータ（ｎｍ）オーダーの補正は困難である。
さらに、ミラーの背面に梁（はり）を設け、たわみ自体を生じさせないようにすることも考えられるが、梁に取り付けることによりミラーの平面性が失われてしまう。
本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、斜めに配置するミラーの自重たわみを、ミラーの平面性を損なうことなく、簡便な機構で防ぐことである。

本発明においては、光源からの光を反射する、斜めに配置したミラーを備えた光照射装置において、以下のようにして前記課題を解決する。
（１）ミラーの光反射面とは反対側に、作用点と力点をつなぐ棹と、該棹を支持する支点とを備えた梃子手段を設け、梃子の原理を応用して、該梃子手段により、ミラーのたわみが生じている部分を、ミラーを反射面とは反対側（裏面側）から押し上げる、または引き上げる。
梃子手段の作用点はミラーの裏面に接し、力点にはミラーの自重たわみを補正（矯正）する重量の錘が取り付けられている。ミラーの最もたわむ位置はミラーの重心位置なので、梃子手段の作用点がミラーに接する位置は、ミラーの重心であることが望ましい。
（２）また、梃子手段の、支点から作用点を結ぶ棒の水平面に対する角度をφ、支点から力点を結ぶ棹の水平面に対する角度をψとすると、φ＞｜ψ｜となるように、梃子手段の棹を支点において曲げる。これにより、梃子手段のバランスを安定させて、力点に取り付ける錘の重さの軽量化を図る。
（３）上記（２）において、ミラーを配置する斜めの（水平線に対する）角度をθとすると、θ＝φ、かつ、ψ＝０°となるように梃子手段を設定する。これにより棹の長さが同じであれば、力点に取り付ける錘が最軽量になる。
なお、上記φ、ψ、θは自重たわみが補正されている状態における角度であり、｜φ｜、｜ψ｜、｜θ｜＜９０°である。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）梃子の原理を応用して、ミラーのたわみが生じている部分を、ミラーの反射面の反対側（裏面側）から押し上げる、またはミラーの反射面の反対側を引き上げるようにしたので、予めたわみの補正に必要な力を求め、それに相当する重量の錘を梃子の力点に取り付けるだけでよい。なお、錘の重さは、いったん決まってしまえば変える必要がない。
（２）梃子手段を用いれば、ミラーの自重たわみに対して制御や監視を行う必要がなく、システムは簡単である。また、サブミクロンからナノメータオーダーのたわみであっても、計算で必要な力さえ算出できれば、補正が可能である。
また、作用点に働く力の大きさは、錘の重量により定まるだけでなく、梃子手段の作用点と支点間、力点と支点間の長さの比により定まるので、この比と錘の重量を適宜設定することにより、作用点に微小な力を作用させることも可能であり、微小なたわみであっても精度よく補正することができる。
（３）梃子手段の棹を支点において曲げることにより、梃子手段のバランスが安定するとともに、力点に取り付ける錘の重さを軽くすることができ、梃子手段の軽量化を図ることができる。

本発明の第１の実施例の梃子手段を適用した光照射装置の構成例を示す図である。 第１の実施例の梃子手段の構成を示す図である。 斜めに配置されたミラーに作用する力を説明する図である。 本発明の第２の実施例の梃子手段を適用した光照射装置の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施例の梃子手段（押し上げてたわみを補正する場合）の構成を示す図である。 本発明の第２の実施例の梃子手段（上側から吊り上げてたわみを補正する場合）の構成を示す図である。 力点Ｂに取り付ける錘の重さが軽くなる条件を説明する図である。 凹面鏡の自重たわみを補正する場合の構成例を示す図である。 従来技術に係る露光装置の光源装置に用いられる光照射装置の構成を示す図である。

図１は本発明の第１の実施例のたわみを補正する手段（梃子手段）を適用した光照射装置の構成を示す図である。
光照射装置１は、前記図９に示したものと同様の構成であり、光源となるランプ２、ランプ（光源）２から出射した光を集光させる集光鏡３、光路を折り返す反射面が平面状の第１のミラー４１、光を照射する面（被照射面）１１において照度分布を均一するためのインテグレータレンズ７、インテグレータレンズ７から出射した光の光路を折り返す反射面が平面状の第２のミラー４２、入射した光を平行光化して出射するコリメータレンズ８等から構成されている。また、被照射面１１にマスク１０が置かれていると、マスク１０に形成されたマスクパターンが、投影レンズ１２を介して、基板１３上に投影されて露光される。

上記図１の光照射装置においては、前記したように光路を折り返す第１のミラー４１や第２のミラー４２のような光学部品は斜めに配置され自重によるたわみが生じる。
そこで、本実施例では、第１のミラー４１と第２のミラー４２の、反射面とは反対側（裏面側）に梃子手段２０ａ，２０ｂが設けられている。第１のミラー４１に設ける梃子手段２０ａは、ミラー４１のたわんだ部分を押し上げるものであり、第２のミラー４２に設ける梃子手段２０ｂは、ミラー４２のたわんだ部分を引き上げるものである。

図２に、第１の実施例のたわみを補正する手段（梃子手段）の構成を示す。
同図は、図１において、斜めに配置した平面状のミラー４１を、梃子手段２０が下側から持ち上げてたわみを補正する場合の図である。
図２において、ミラー４の反射面は同図において右側である。点線が自重によりたわんだ状態を示し、実線がたわんでいない状態（自重によるたわみを補正した状態）を示している。なお、同図では、ミラー４のたわみ量を誇張して示しているが、実際のたわみ量は図示できない程度のわずかな量である。
ミラー４は、ミラー支持体４ａにより、反射面とは反対側（裏面側）の３点において支持されている。
ミラー４のたわみを補正する手段は、ミラー４の反射面とは反対側（裏面側）に設けられている梃子の原理を応用した梃子手段２０である。梃子手段２０は、作用点Ａと力点Ｂをつなぐ棹２１と、棹２１を支持する支点Ｃとを備える。梃子手段２０の作用点はミラー４の裏面に接する。ミラー４は重心の部分が最もたわむので、たわみを補正するためには、このミラー４の重心位置に梃子手段２０の作用点Ａの位置を設けることが望ましい。

梃子手段２０の力点Ｂには、ミラー４の自重たわみを補正するに相当する重量の錘２２を取り付ける。これによりミラー４に生じている自重たわみを補正することができる。
梃子手段２０は、たわみを補正する原理も構造も単純である。力点Ｂには、たわみの補正に必要な力を求め、それに相当する重量の錘２２を取り付けるだけでよく、錘２２はいったん決まってしまえば変える必要がない。
梃子手段２０によりたわみ補正を行っているので、制御や監視を行う必要がなく、システムは簡単である。また、サブミクロンからナノメータオーダーのたわみであっても、計算で必要な力さえ算出できれば対応が可能である。
図２ではミラーを下側から持ち上げてたわみを補正する場合を示しているが、図１のミラー４２のように、ミラー４２を梃子手段２０ｂが上側から引き上げてたわみを補正する場合にも、同様に構成することができる。すなわち、後述する図５に示すように、作用点Ａとミラー４をワイヤー２３などで結びつけて吊り上げることによりミラーのたわみを補正することができる。

上記図２に示す梃子手段は、梃子の棹が一直線状である。そのため、図３に示すように、斜めに配置されたミラー４に作用する力（作用点の力、即ちミラーの自重たわみを補正する力）Ｆ’は錘２２により働く力の分力となる。そのため、ミラー４が大型で重いと、その自重たわみを補正するために挺子手段２０の力点Ｂに取り付ける錘２２が重くなることがある。
これを防ぐために、発明者は鋭意検討の結果、図５、図６に示すように、梃子手段２０の棹２１を支点Ｃで曲げることにより、錘２２を軽量化できることを見出した。
なお、このように棹２１を支点で曲げることにより、梃子手段自体のバランスも安定する効果もある。
図４は第２の実施例のたわみを補正する手段（梃子手段）を適用した光照射装置の構成を示す図である。
光照射装置の構成は、前記図１に示したものと同じであり、前記したように光路を折り返す第１のミラー４１、第２のミラー４２が斜めに配置されている。このため、自重によるたわみが生じる。
この自重によるたわみを補正するため、梃子手段２０ａ，２０ｂが設けられている。第１のミラー４１に設ける梃子手段２０ａは、ミラー４１のたわんだ部分を押し上げるものであり、第２のミラー４２に設ける梃子手段２０ｂは、ミラー４２のたわんだ部分を引き上げるものであり、梃子手段２０ａ，２０ｂの棹は支点で曲がっている。

図５に、第２の実施例のたわみを補正する手段（梃子手段）の構成を示す。
図５は、図２と同様、平面のミラー４を斜めに配置した状態を示し、ミラー４の反射面は同図において右側である。点線が自重によりたわんだ状態を示し、実線がたわんでいない状態（自重によるたわみを補正した状態）を示している。ミラー４は、ミラー支持体４ａにより、反射面とは反対側（裏面側）の３点において支持されている。
梃子手段２０は、ミラー４の反射面とは反対側（裏面側）に設けられており、梃子手段２０の作用点Ａと力点Ｂをつなぐ棹２１は、棹２１を支持する支点Ｃにおいて曲がっている。梃子手段２０の作用点Ａはミラー４の裏面に接する。第１の実施例と同様に、梃子手段２０の作用点Ａの位置はミラー４の重心であることが望ましい。
図６は、平面のミラー４を梃子手段が上側から吊り上げてたわみを補正する場合の図である。
ミラー４の反射面が下側（図面右側）にある場合には、梃子手段２０はこのような配置になる。同図（ａ）は、作用点Ａとミラー４をワイヤー２３などで結びつけて吊り上げる場合を示し、（ｂ）は、作用点とミラーとを接着剤２４で接着して吊り上げる場合を示している。

図７を用いて、梃子手段２０の力点Ｂに取り付ける錘２２の重さが軽くなる条件について説明する。なお、同図は、ミラー４を梃子手段２０が下側から持ち上げてたわみを補正する場合の図であるが、以下の説明は、図６において示したような、ミラー４を梃子手段２０により上側から吊り上げてたわみを補正する場合であっても同様に成り立つ。
ミラー４の水平面に対する配置角度をθ、梃子手段の支点Ｃから作用点Ａを結ぶ棹２１ａ（水平線に対する）角度をφ、支点Ｃから力点Ｂを結ぶ棹２１ｂの（水平線に対する）角度をψとする。
また、棹２１ａの長さをＬ１、棹２１ｂの長さをＬ２とする。また、ミラーのたわみを補正するために力点に取り付ける錘の重さをＷ、作用点に生じる力をＦとする。なお、上記角度θ、φ、ψはミラー４のたわみが補正された状態での角度である。
また、ミラー４は斜めに配置されており、ミラー４の角度θは｜θ｜＜９０°であり、棹２１ａの水平線に対する角度φ、棹２１ｂの水平線に対する角度ψも、｜φ｜、｜ψ｜＜９０°となる。

ここで、梃子手段２０のモーメントの釣り合いは、以下の式で表される。
Ｌ１×Ｆ・sin （９０°）＝Ｌ２×Ｗ・sin （９０°＋ψ）
これを変形すると
Ｌ１×Ｆ＝Ｌ２×Ｗ・cos ψ …（１）
ここで、ミラーの自重たわみを補正するための力Ｐは以下のように表される。
Ｐ＝Ｆ・cos ｜θ−φ｜ …（２）
上記式（１）と式（２）より、以下の式が導かれる。
Ｐ＝（Ｌ２／Ｌｌ）×（Ｗ／（cos ψ×cos ｜θ−φ｜））
これを変形すると
Ｐ＝（cos ψ×cos ｜θ−φ｜×（Ｌ２／Ｌ１）×Ｗ…（３）
式（３）より、ミラーに力Ｐを加えるのに必要な錘の重さＷは，次のようになる。
Ｗ＝（Ｌ１／Ｌ２）×Ｐ／（cos ψ×cos ｜θ−φ｜）…（４）

第１の実施例の場合、ミラー４に力Ｐを加えるのに必要な錘２２の重さＷは、式（４）において、φ＝ψの場合である。
これに対して、第２の実施例において示したように、ψの角度を小さくすると、式（４）において、棹の長さＬ１，Ｌ２が同じであれば、分母の値が大きくなるので、その結果、錘の重さＷは、第１の実施例の場合（φ＝ψ）に比べて小さくなる。
そして、ψ＝０°の時、式（４）は次のような式（５）となり、錘の重さＷはさらに軽くなる。
Ｗ＝（Ｌ１／Ｌ２）×Ｐ／（ｃｏｓ｜θ−φ｜）……（５）

錘の重さＷを最も軽くしたい場合は、式（５）より、θ＝φとすればよい。即ち、θ＝φかつψ＝０°の場合、ミラーに力Ｐを加えるのに必要な錘の重さＷは、以下の式（６）に示すように最も軽くなる。
Ｗ１＝（Ｌ１／Ｌ２）×Ｐ……（６）
上記式（６）の条件は、梃子手段２０の錘２２の重さＷを軽くしてミラー４に加える力Ｐを大きくするものである。このようにすることにより、梃子手段２０の軽量化を図ることができる。
一方、これに対し、上記式（６）の条件では、軽すぎて錘の製作加工が難しいとか、錘の重さＷのわずかな変化によりミラーに加わる力Ｐが大きく変化して調整が難しい、錘の重さＷが多少違ってもミラーに加わる力Ｐを大きく変化させたくないといった場合が生じることも考えられる。そのような場合は、式（４）や式（５）に基づき、梃子手段をθ≠φやψ≠０°になるように構成設定する。

ここで、一例として、長さ３００ｍｍ、幅２００ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラスの表面に無機多層膜を蒸着したミラーを、θ＝３０°で配置した場合を考える。
このガラスの密度（ρ）を２２００ｋｇ／ｍ³ 、ヤング率（Ｅ）を７４．２ＧＰａ、ポアソン比（γ）を０．１７とすると、配置角度θ＝３０°の時、自重たわみ（δ）は約３５９μｍとなる。
この自重たわみ（δ）を補正する（なくする）ためにガラスに加える力Ｐは、約７３ｇになる。
棹２１ａの長さＬ１を５００ｍｍ、棹２１ｂの長さＬ２を１００ｍｍとし、これを上記式（４）に代入すると、θ＝φ（＝３０°）、ψ＝０°の場合の錘の重さＷ１は、約３６４ｇとなる。
これに対して、θ＝φ、ψ＝２０°の場合の錘の重さＷ２は、約３８８ｇとなる。
また、φ＝５°、ψ＝２０°の場合の錘の重さＷ３は、約４２８ｇとなる。
このように、θ＝φ、ψ＝０°の場合が、錘の重さは最も軽く、次いで、θ＝φ、ψ≠０°の場合、θ≠φ、ψ≠０°の場合の順になる。
したがって、θ＝φ、ψ＝０°とした時、力点の荷重が作用点に対して最も効率良く伝わる。

以上の説明では、ミラー４の反射面が平面状である場合について説明したが、反射面と反対側の面が平面状であれば、コリメータミラーなどの凹面鏡等にも同様に適用することができる。
図８に、凹面鏡（例えばコリメータミラー）の自重たわみを補正する場合の構成例を示す。
同図は反射面が鏡面で凹面鏡を形成し、反射面の反対側の面（裏面）が平面状のミラー９を斜めに配置した状態を示し、点線が自重によりたわんだ状態を示し、実線がたわんでいない状態（自重によるたわみを補正した状態）を示している。
梃子手段２０は、ミラー（凹面鏡）９の反射面とは反対側に設けられており、梃子手段２０の作用点Ａと力点Ｂをつなぐ棹２１は、棹２１を支持する支点Ｃにおいて曲がっている。梃子手段２０の作用点Ａはミラー４の裏面に接する。前記したように、梃子手段２０の作用点Ａの位置はミラー９の重心であることが望ましい。
図８に示すように、反射面と反対側の面（裏面）が平面状であれば、裏面側が平面になるように梃子手段２０で補正することができる。このため、反射面が凹面状あるいは凸面状であっても、前記した実施例と同様に、自重たわみを補正することができる。
また、この場合も前述したように、同様にψの角度を小さくすると、錘の重さＷは、（φ＝ψ）に比べて小さくなり、ψ＝０°の時、錘の重さＷはさらに軽くなる。錘の重さＷを最も軽くしたい場合は、前記したようにθ＝φかつψ＝０°とすればよい。

１ 光照射装置
２ ランプ
３ 集光鏡
４，４１，４２ ミラー
４ａ ミラー支持体
７ インテグレータレンズ
８ コリメータレンズ
９ 凹面鏡
１０ マスク
１１ 被照射面
１２ 投影レンズ
１３ 基板
２０，２０ａ，２０ｂ 梃子手段
２１，２１ａ，２１ｂ 棹
２２ 錘
２３ ワイヤー

Claims (3)

1. 光源からの光を反射する、斜めに配置したミラーを備えた光照射装置において、
   上記ミラーの光反射面とは反対側に作用点と力点をつなぐ棹と、該棹を支持する支点とを備えた梃子手段が設けられ、
   該梃子手段の作用点は上記ミラーの裏面に接し、力点には上記ミラーの自重たわみを補正する重量の錘が取り付けられている
   ことを特徴とする光照射装置。
2. 上記梃子手段の、支点から作用点を結ぶ棹の水平面に対する角度をφ、支点から力点を結ぶ棹の水平面に対する角度をψとするとき、
   φ＞｜ψ｜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. 上記ミラーの水平面に対する角度をθ、上記梃子手段の、支点から作用点を結ぶ棹の水平面に対する角度をφ、支点から力点を結ぶ棹の水平面に対する角度をψとするとき、
   φ＝θ かつ ψ＝０°である
   ことを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。

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