JP2011009611A - インテグレータおよびそのインテグレータを用いた光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズとレンズとの間に隙間が生じないように簡易に組み合わせることができる構造を有するインテグレータおよびこれを用いた光照射装置を提供すること。
【解決手段】矩形状のレンズ４１を側面が当接するように一方向に並べ、低融点ガラスによって互いに融着させて、短冊状のレンズセグメント４２を形成する。その長手方向の両端には、ガラス板からなる保持しろ板４３が接続される。レンズセグメント４２の保持しろ板４３を保持枠５１ａ，５１ｂの溝５１ｃにはめ込んで、複数のレンズセグメント４２を隙間なく並べ、両側に保持枠５１ｄを取り付けてインテグレータのレンズユニットを製作する。このように構成された２組のレンズユニットを筐体内に対向させて配置してインテグレータを構成する。このように構成されたインテグレータは、光源から出た光を被照射面に照射する光照射装置において照度分布を均一するために用いられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光照射領域での照度分布を均一にするインテグレータ、および、そのインテグレータを備えた光照射装置に関する。

露光装置等の光源装置として光照射装置が用いられている（例えば特許文献１参照）。 図５に、露光装置等の光源装置として一般に用いられる光照射装置の構成例を示す。 ランプ１０１から出射した光は、集光鏡１０２によって集光され、第１の反射鏡１０３により光路を折り返し、シャッタ１０４を介してインテグレータ１０５に入射する。
インテグレータ１０５は、そのレンズ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。そしてインテグレータ１０５から出射した光は、第２の反射鏡１０６により反射され、コリメータレンズ１０７に入射する。コリメータレンズ１０７から出射する光は平行光となり、被照射面１０８に照射される。図５の場合、被照射面１０８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１０９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１０９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ではなく被処理物を配置し、光を照射して、光化学反応により被処理物の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。

インテグレータ１０５は、十数〜百程度のレンズを縦横方向に並列配置したものである。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１０５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。このようなインテグレータ１０５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。

特開２００２−２３７４４２号公報

上記のようなインテグレータは、一枚のガラスから削りだすことができず、個々のレンズを組み合わせて製作される。各レンズは矩形で精度良く仕上げられたものであるが、ガラスから削り出されたものなので、縦横方向に製作上の誤差がある。大きさが均等でないレンズを、縦横方向に精密に並列配置しなければならず、難しい作業を要する。
特に、レンズとレンズとの間は、被照射面の照度分布異常の原因となる隙間が生じないようにしなければならないため、組み上げには熟練した技能を要する。また、レンズとレンズとの間に隙間が生じないように、結合材をたくさんもって接合しろを大きくとり過ぎても、接合しろの影が生じて光の利用効率が低下してしまう。
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、レンズとレンズとの間に隙間が生じないように簡易に組み合わせることができる構造を有するインテグレータおよびこのインテグレータを用いた光照射装置を提供することを目的とする。

本発明においては、上記課題を次のように解決する。
（１）複数の矩形状のレンズを組み合わせて構成された面状のレンズユニットが、筐体の両端に対向して配置されたインテグレータにおいて、上記レンズユニットを次のように形成する。
矩形状のレンズを一方向に突き合わせて互いに融着させた短冊状の複数のレンズセグメントを、上記レンズのレンズ面が面状になるように前記一方向とは直交する方向に、融着もしくは接着させることなく間隔を詰めて並べて面状のレンズユニットを形成する。
すなわち、矩形状のレンズを一方向に突き合わせて互いに融着させ、短冊状のレンズセグメントを構成する。そして、このレンズセグメントの上記一方向とは直交する方向の端面を互いに突き合わせ、間隔を開けずに並べて面状のレンズセグメントを構成する。
上記レンズセグメントの上記一方向に直交する方向の端面は、該端面を突き合せたとき隙間が生じないように平面状にされ、融着もしくは接着させることなく間隔を詰めて並べられる。
（２）上記（１）において、前記レンズセグメントの長手方向の両端にガラス板を取り付け、長手方向に沿ってのびる溝を有する保持枠の溝に、レンズセグメントの上記ガラス板をはめ込み、上記レンズユニットを保持枠によって囲む。
（３）上記（１）または（２）のインテグレータを用い、光源と、前記インテグレータから出射される光を平行光にさせるコリメータレンズと、該コリメータレンズを通過した光が照射される被照射面とを有する光照射装置を構成する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）矩形状のレンズを一方向に突き合わせて互いに融着させて短冊状の複数のレンズセグメントを構成しており、個々のレンズの突合せ面を切削して一方向に接続することで、短冊状のレンズセグメントを製作することができる。このため、個々のレンズセグメントにおいて、レンズとレンズとの接続面に隙間が生じにくくすることができる。また、この段階では、レンズを一方向に接続しているだけで、レンズを縦横方向に接続しないので、比較的容易に組み立てることができる。
次に、上記のように製作したレンズセグメントを前記一方向とは直交する方向に、融着もしくは接着させることなく間隔を詰めて並べてレンズユニットを構成しているので、レンズが縦横方向に面状に並列配置されたレンズユニットを容易に精度よく組み立てることができる。
また、レンズセグメントの前記一方向とは直交する方向の端面に凹凸等があっても、個々のレンズセグメントの突合せ面を切削するなどして、平面状にすれば、レンズとレンズとの間に隙間が生じないように簡易に組み合わせることができる。
（２）前記レンズセグメントの長手方向の両端に保持しろとなるガラス板を取り付け、長手方向に沿ってのびる溝を有する保持枠の溝に上記ガラス板をはめ込み、上記ガラス板をスライドさせて保持枠に装着することで、レンズユニットを容易に組み立てることができる。
（３）短冊状のレンズセグメントを融着もしくは接着させることなく間隔を詰めて並べて面状のレンズユニットを形成しているので、ある１つのレンズに汚れや傷が生じても、そのレンズを含むレンズセグメントを容易に交換することができる。
このため、レンズユニットの修復作業が容易であり、また、レンズユニット全体ではなく、レンズセグメントを１つ交換すればいいので、交換部品のコストも安価になる。

本発明の実施例のインテグレータの構成例を示す図である。 本発明の実施例のレンズユニットの構成を説明するための斜視図である。 レンズセグメントの製作方法の一例を説明する図である。 本発明のインテグレータを光照射装置に適用した場合の構成例を示す図である。 光照射装置の構成例を示す図である。

図１は本発明の実施例のインテグレータの構成例を示す図であり、図１（ａ）（ｂ）は外観図、（ｃ）は光の入射方向に沿って切断した断面図である。
図１に示すインテグレータ４は、主に、被照射面が大きい大型の露光装置に用いられるタイプである。被照射面が大きくなると、インテグレータに組み込まれる個々のレンズも一般に大きくなる。インテグレータには、ロッド状のレンズを用いるものもあるが、レンズが大きくなると高価になりコストアップの原因になる。
そのため、図１に示すものでは、例えば図１（ａ）に示すような円形状の開口あるいは（ｂ）示すような矩形状の開口を有するアルミニウムよりなる筐体５０内に、縦横方向に並列配置された矩形状のレンズを有するレンズユニット４０ａ，４０ｂを対向させて配置している。レンズユニット４０ａ、４０ｂは図１（ｃ）に示すように保持枠５１により保持され、上記筐体５０内に取り付けられる。

一方のレンズユニット４０ａに入射した光は、筐体５０によって漏れ出ないようになっており、他方のレンズユニット４０ｂから出射する。ロッド状のレンズを用いた場合と同様の効果が得られる。
なお、ここでは、上記個々の矩形状のレンズが縦横方向に並列配置されたものをレンズユニット４０（４０ａ，４０ｂ) といい、レンズユニット４０が保持枠５１により保持された状態のものをレンズ枠４４という。また、レンズユニットを構成する個々のレンズをレンズ４１といい、このレンズ４１を一方向に突き合わせて互いに融着させて構成された短冊状のレンズ群をレンズセグメント４２という。

図２は、レンズユニット（レンズ枠）の構成を説明するための斜視図である。
同図に示すように、レンズユニット４０は、レンズ４１が縦方向に組み合わされた複数の短冊状のレンズセグメント４２を、上記レンズ４１のレンズ面（光が入出射する面）が面状になるように横方向に突き合わせて並べて構成されている。
短冊状のレンズセグメントを複数並べて矩形状に構成されたレンズユニット４０は、その周囲がアルミニウムなどからなる保持枠５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｄ）で囲われている。
レンズセグメント４２の長手方向の両端には、レンズ加工がされていない板状のガラスである保持しろ板４３が接続され、保持しろが形成されている。
また、保持しろ板４３に対向する一対の保持枠５１ａ，５１ｂには、長手方向に沿ってのびる溝５１ｃが形成され、レンズセグメント４２のガイドレールとして機能するようになっている。すなわち、レンズセグメント４２の保持しろ板４３が、保持枠５１ａ，５１ｂの溝５１ｃにスライドしてはめ込むことができるように構成されている。

レンズセグメント４２の保持しろ板４３を上記のように保持枠５１ａ，５１ｂの溝５１ｃにはめ込んで、複数のレンズセグメント４２を隙間なく並べたのち、両側に保持枠５１ｄを取り付けることで、レンズ枠４４が製作される。
保持枠５１ｄの長手方向の両端に、例えば上記保持しろ板４３と同様の形状の保持しろ５１ｅが設けておけば、この保持しろ５１ｅを一対の保持枠５１ａ，５１ｂの溝５１ｃにはめ込み、固定することでレンズ枠４４を容易に組み立てることができる。

図３はレンズセグメントの製作方法の一例を説明する図である。
レンズセグメント４２は、矩形状のレンズ４１を側面が当接するように一方向に並べ、隣り合うレンズの側面を低融点ガラス４５によって互いに融着させた短冊状のものである。長手方向の両端には、前記したようにレンズ加工がされていない板状の保持しろが形成されている。
まず、図３（ａ）に示すように、レンズ４１を突き合わせる側面に対して垂直方向の寸法が、所定の長さａとなるように削る。ついで、互いのレンズ４１を低融点ガラス４５により融着して、一方向に積み上げる。
ここでは、個々のレンズ４１の上下の接続面を切削面とし、横方向を意識しないで縦方向に接続すればいいので、接続面に隙間が生じにくくなる。
所定の枚数のレンズ４１を融着できたら、その長手方向両端に、ガラス板で形成される保持しろ用の保持しろ板４３を取り付ける。

次に、図３（ｂ）に示すように、レンズ４１を積み上げた一方向に対して直交する方向について、寸法が所定の長さｂとなるように、短冊状のレンズ群の側面である長辺面を削る。切削面が直線面なので、寸法の削り出し作業が容易である。
このようにしてレンズ群を形成することで、個々のレンズの縦方向の寸法ａと横方向の寸法ｂを精度よく出すことができる。このようにして製作された短冊状のレンズ群（レンズセグメント４２）を複数形成する。
ついで、図３（ｃ）に示すように、各々の短冊状レンズ群（レンズセグメント４２）の縦方向の長さが揃うように、下側の保持しろ板４３を削る。
このように形成されたレンズセグメント４２を、前記したように保持枠５１の溝に保持しろの部分を挿入して順に送って詰めてレンズユニットを形成する。

本実施例によれば、レンズセグメント４２同士を融着する必要がないので、作業が容易であり、加熱融着を繰り返さないので、ねじれが生じにくい。また、個々のレンズセグメントの突合せ面を切削面とすれば、レンズとレンズとの間に隙間が生じないように簡易に組み合わせることができる。
また、短冊状のレンズセグメントを保持枠の溝に沿って順に詰めてレンズユニットを形成しているので、ある１つのレンズに汚れや傷が生じても、そのレンズを含むレンズセグメントを交換するだけでよい。レンズセグメントの交換作業も容易であり、またレンズユニット全体ではなく、レンズセグメントを１つ交換すればよいので、交換部品のコストも安価になる。

図４は本発明のインテグレータを光照射装置に適用した場合の構成例を示す図である。 図４において、光照射装置には、例えばランプ１ａとミラー１ｂから構成される光源部１が設けられ、光源部１のランプ１ａには、制御部１０により制御されるランプ電源１１から電力が供給される。図４の例では、ランプ１ａとミラー１ｂから構成される光源が２設けられた例が示されている。
光源部１からの光は、平面鏡２で折り返され、シャッタ３を介して本発明のインテグレータ４に入射する。インテグレータ４は光照射領域において照度分布を均一にするとともに所望の形状の光照射領域を形成する。
インテグレータ４は前記図１に示したように、筐体５０内に縦横方向に並列配置された矩形状のレンズを有するレンズユニット４０ａ，４０ｂを対向させて配置したものである。

インテグレータ４から出射した光は、コリメータミラー５で中心光線が平行になって光照射面６に照射される。
光照射面６には、例えば前記図５に示したように、マスクステージに保持されたマスクが配置され、光照射装置からの光は、このマスクを介してワークステージ上に保持された、レジスト等の感光剤が塗布されたディスプレイパネル基板やプリント基板、またはカラーフィルタ基板といったワークに照射される。マスクにはパターンが形成されており、マスク形成されたパターンがワーク上の感光剤に露光形成される。

１ 光源部
１ａ ランプ
１ｂ ミラー
２ 平面鏡
３ シャッタ
４ インテグレータ
５ コリメータミラー
６ 光照射面
１０ 制御部
１１ ランプ電源
４０，４０ａ、４０ｂ レンズユニット
４１ レンズ
４２ レンズセグメント
４３ 保持しろ板
４４ レンズ枠
４５ 低融点ガラス
５０ 筐体
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｄ 保持枠
５１ｃ 溝
５１ｅ 保持しろ

Claims (3)

1. 複数の矩形状のレンズを組み合わせて構成された面状のレンズユニットが、筐体の両端に対向して配置されたインテグレータにおいて、
   前記レンズユニットは、矩形状のレンズが一方向に突き合わせて互いに融着させた短冊状の複数のレンズセグメントから構成され、該レンズセグメントを前記一方向とは直交する方向に、融着もしくは接着させることなく間隔を詰めて並べて形成されたものである
   ことを特徴とするインテグレータ。
2. 前記レンズユニットは保持枠によって囲われ、
   前記レンズセグメントの長手方向の両端にガラス板が取り付けられ、
   前記保持枠は、前記ガラス板に対向する辺に、長手方向に沿ってのびる溝を有し
   前記レンズセグメントのガラス板が、前記保持枠の溝にはめ込まれている
   ことを特徴とする請求項１に記載のインテグレータ。
3. 請求項１または２に記載のインテグレータと、光源と、前記インテグレータから出射される光を平行光にさせるコリメータレンズと、該コリメータレンズを通過した光が照射される被照射面とを有する
   ことを特徴とする光照射装置。

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