JP2023015808A - 光源装置、露光装置、及び物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 発光量の変更により生じるピーク波長の変動を抑制すること。【解決手段】 複数のLEDが配列されているLEDモジュールと、内部を流れる冷媒により前記LEDモジュールを冷却する冷却器とを有し、前記LEDモジュールの発光量が可変な光源装置であって、前記発光量が第1の発光量の場合に所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数が、前記発光量が前記第1の発光量より大きな第2の発光量の場合に前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数より少ない。【選択図】 図5
Description
本発明は、光源装置、露光装置、及び物品の製造方法に関する。
露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版(レチクル又はマスク)のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板(表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等)に転写する装置である。このパターン転写用の光源(露光光源)としては、例えば、水銀ランプが用いられているが、近年では、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)へ置き換えられることが期待されている。LEDは、発光を制御する回路に電流を流してから光の出力が安定するまでの時間が短く、水銀ランプのように常時発光させる必要がないため、長寿命でもある。ただし、LED1個当たりの輝度は小さいため、水銀ランプの代わりにLEDを光源に用いるためには、複数のLEDを集積させて露光光源として発光する光の発光量を向上させる必要がある。
露光装置の生産性を向上させるためには、露光光源の発光量を大きくする必要があるが、集積させた各LEDに流れる電流値を大きくして発光量を大きくするとLEDの発熱量も大きくなってしまう。また露光装置は、露光対象によって、パターン転写に大光量を必要とせず、LEDに流れる電流値を小さくして発光量を小さくする場合もある。
上記のように露光対象に応じてLEDに流れる電流値を変更すると、LEDで発生する熱量が変化するため、LEDの温度が変化する。LEDは、LEDの温度に応じて、LEDから出射される光のピーク波長が変動する温度依存特性を有する。また、露光装置は、露光光源からの光の波長(露光光の波長)の変動により露光性能が低下してしまうおそれがあるため、露光光源にLEDを用いる場合も露光光のピーク波長の変動は好ましくない。例えば、LEDは15℃程度の温度変化で2nm程度の波長変動が発生し、露光処理に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。
特許文献1には、LEDモジュールから光のピーク波長の変動を抑制するための手法が記載されている。具体的には、LEDグループ別に波長特性が異なるLEDモジュールから発光させるLEDグループを選択し、選択したLEDグループのLEDの温度に基づいてLEDに流す電流値を補正することにより、光のピーク波長の変動を抑制している。
しかしながら特許文献1は、LEDモジュールの発光量を可変とする事は記載しておらず、発光量の変更により生じるLEDモジュールからの光のピーク波長の変動を抑制する手法は示していない。
そこで、本発明は、発光量の変更により生じるLEDモジュールからの光のピーク波長の変動を抑制する上で有利な光源装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光源装置は、複数のLEDが配列されているLEDモジュールと、内部を流れる冷媒により前記LEDモジュールを冷却する冷却器とを有し、前記LEDモジュールの発光量が可変な光源装置であって、前記発光量が第1の発光量の場合に所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数が、前記発光量が前記第1の発光量より大きな第2の発光量の場合に前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数より少ないことを特徴とする。
本発明によれば、発光量の変更により生じるピーク波長の変動を抑制する上で有利な光源装置を提供することができる。
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
<第1実施形態>
本実施形態における光源装置について説明する。図1は、光源装置10の構成を示す概略図である。光源装置10は、回路基板11に複数のLED1(LEDチップ)が配列されているチップ列2が複数個備えられているLEDモジュール3と、電源4と、温度調節器5と、冷却器と、制御部7とを有する。以下の説明では、1つのLEDの素子を指し示す用語として、LEDチップという用語を用いる。冷却器は、図1では不図示であるが、LEDモジュール3のLEDチップ1が配置されている基板11表面とは反対側の基板11裏面に接触して設けられている。本実施形態におけるLEDモジュール3の発光量は、可変である。
本実施形態における光源装置について説明する。図1は、光源装置10の構成を示す概略図である。光源装置10は、回路基板11に複数のLED1(LEDチップ)が配列されているチップ列2が複数個備えられているLEDモジュール3と、電源4と、温度調節器5と、冷却器と、制御部7とを有する。以下の説明では、1つのLEDの素子を指し示す用語として、LEDチップという用語を用いる。冷却器は、図1では不図示であるが、LEDモジュール3のLEDチップ1が配置されている基板11表面とは反対側の基板11裏面に接触して設けられている。本実施形態におけるLEDモジュール3の発光量は、可変である。
回路基板11には、配線14がLEDチップ1に接続・実装されており、LEDチップ1を発光させるための回路が形成されている。チップ列2は、複数のLEDチップ1が直列に接続されている。回路に電流を流すことで、LEDチップ1から所定の波長の光が出力され、LEDチップ1が発熱する。そのような構成のLEDモジュール3のパッケージタイプは、一般的に、Chip On Board(以下ではCOBと呼ぶ)とも称される。COBは、多くのLEDチップを集積できるため、大きな光量を得ることができる点で有利である。図1に示す例では、LEDモジュール3は、6個のチップ列を備えており、それぞれのチップ列2は10個のLEDチップ1を有している。LEDチップ1は、チップ列毎に電源4から配線14を通して電流が供給されることにより光を出射する。
制御部7は、LEDモジュール3の発光量を取得する取得部8と、LEDモジュール3のそれぞれのチップ列2に流れる電流を制御する電流制御部9(光量変更部)とを有する。取得部8は、取得した発光量を電流制御部9に伝達する。取得部8は、例えば、外部装置からLEDモジュールに求められる発光量に関する情報を受信する。取得部8は、これに限らず、ユーザによって求められる発光量が入力されることにより発光量に関する情報を取得しても良い。電流制御部9は、取得部8で取得した発光量に基づいて、それぞれのチップ列2に流す電流値を決定し、電源4を駆動する。電源4は、回路基板11上の1つ1つのLEDチップが個別に点灯するように駆動することはできないが、チップ列単位で点灯するように駆動することができる。
温度調節器5は、配管6を通して、一定温度に制御された冷媒を冷却器に供給する。冷却器の内部を冷媒が一定の速度で流れることで、LEDチップ1が点灯する際に発生する熱を冷却する。熱を奪った後の冷媒は、温度調節器5へと循環し、温度調節器5で冷却されることで再びLEDチップ1の熱を冷却することができる。
LEDチップ1に大きな電流を流した場合、LEDチップ1からの発熱量も大きくなり、温度が上昇する。LEDチップ1は半導体を用いているため、所定の温度を超えた場合に壊れてしまうおそれがある。白熱電球と対比した場合、白熱電球は発光時に100℃以上になるが、LEDチップ1は100℃を超える温度では動作しない。そこで、温度の上昇を抑制するための冷却器を光源装置10に備える必要がある。また、LEDには、温度が低いほど発光効率が高くなるという特性があるため、冷却器を光源装置10に備えることが望ましい。
冷却器による冷却効率を向上させるために、熱伝導率が高い素材を回路基板11に用いることが好ましい。回路基板11の材質としては、例えば、熱伝導率が高い銅やアルミニウムを含む材料を用いると良い。冷媒には、例えば、冷却力が優れている水を主成分とする液体や、電気絶縁性に優れたオイルを主成分する液体が用いられうる。本実施形態では、冷媒として液体を用いる例について説明するが、これに限らず、例えば、昇温時のLEDチップ1より温度の低い気体を吹き付けることによる空冷によりLEDチップ1を冷却しても良い。空冷するときは気体を吹き出すノズル等を備える冷却器を設ける。
図2は、冷却器12の構成を示す概略図である。冷却器12は、LEDモジュール3に接触して設けられているが、冷却器12とLEDモジュール3との間に熱伝導性を高めるための伝導グリスなどが塗布されていても良い。冷却器12の内部には、冷媒が流れる流路13が形成されており、LEDモジュール3のそれぞれのチップ列2におけるLEDチップ1が配列される方向と平行な方向に冷媒が流れる。尚、LEDモジュール3のそれぞれのチップ列2におけるLEDチップ1が配列される第1方向は、冷媒が流れる第2方向に対して、平行な成分を含む方向であれば良いが、第1方向が第2方向に対して45度以内の角度の方向であることが好ましい。また、第1方向が第2方向に対して平行に近いほど、後述する効果を得ることができるため、第1方向が第2方向に対して15度以内の角度の方向であることが好ましい。
LEDチップは、LEDチップの温度に応じて、LEDチップから出射される光のピーク波長が変動する温度依存特性を有する。また、照明する対象に応じて必要な照度や露光量等が変わる場合、LEDモジュールの目標発光量が変更される。発光量を変更するために各LEDチップに流れる電流値を変更した場合に、大部分または全部のLEDチップの温度が変化し、各LEDチップから出射される光(LEDモジュールからの光)のピーク波長が変動する。
図3は、発光量に応じてLEDチップ1に流す電流値を変更したときのLEDチップ1の温度を示す概念図である。図3のグラフには、3つの異なる発光量1~3でLEDチップ1を点灯させた場合のLEDチップ1の位置と温度の関係が示されている。図3のグラフの上部に示す図は、光源装置10の断面図であり、LEDチップ1の位置とグラフの横軸が対応することを示している。発光量1(第2の発光量)となるようにLEDチップ1を点灯させるためには、全てのLEDチップ1に1Aの電流を流せば良い。発光量1の50%の発光量である発光量2(第1の発光量)となるようにLEDチップ1を点灯させるためには、全てのLEDチップ1に0.5Aの電流を流せば良い。発光量1の33%の発光量である発光量3となるようにLEDチップ1を点灯させるためには、全てのLEDチップ1に0.33Aの電流を流せば良い。
冷媒の上流側では冷媒の温度が比較的低く冷却力が大きいが、冷媒の下流側では既に冷媒への熱伝達が行われて冷媒の温度が上昇しているため冷却力が低下し、LEDチップの温度も高くなる。発光量1の場合、冷媒の上流側ではLEDチップ1の温度は20℃程度であるが、冷媒の下流側ではLEDチップ1の温度は80℃程度となる。したがって、全LEDチップ1の平均温度は50℃程度となる。発光量2の場合、冷媒の上流側ではLEDチップ1の温度は20℃程度であるが、冷媒の下流側ではLEDチップ1の温度は50℃程度となる。したがって、全LEDチップ1の平均温度は35℃程度となる。発光量3の場合、冷媒の上流側ではLEDチップ1の温度は20℃程度であるが、冷媒の下流側ではLEDチップ1の温度は32℃程度となる。したがって、全LEDチップ1の平均温度は26℃程度となる。
図3に示すように、発光量1~3を変更した場合に、LEDチップ1の温度は特に下流側で大きく変化する。光源装置10を、例えば、露光装置に適用する場合には、露光光のピーク波長の変動を2nm程度以内に抑える必要がある。露光光のピーク波長の変動を2nm程度以内に抑えるためには、全LEDチップ1の平均温度の異なる発光量間での差異(以下「許容温度差」と記す事も有る)を15℃以内程度にしなければならない。図3では、発光量1の平均温度50℃と発光量3の平均温度26℃では、平均温度の差異が24℃であるため、許容温度差15℃を超えてしまい、露光光のピーク波長の変動が2nm以上となってしまう。
本実施形態では、LEDモジュールの発光量を変更したときのLEDモジュールから出射される光のピーク波長の変動を低減できる光源装置10に流す電流の制御方法について説明する。本実施形態の光源装置10では、発光量に基づいて、電流を流すチップ列2を選択する。すなわち、発光量に基づいて、LEDモジュール3の複数のチップ列のうち、電流を流すチップ列の数と電流を流さないチップ列の数それぞれの全チップ列の数に対する割合を決定する。
また、例えばチップ列が形成されていないLEDモジュール3の形態、例えば個々に電流制御が可能な多数個のLEDチップをマトリクス状に配置した形態であっても良い。その場合には、電流を流すLEDチップの数と電流を流さないLEDチップの数それぞれの全LEDチップ数に対する割合を決定しても良い。
図4は、本実施形態におけるLEDチップ1の点灯方法を示す図である。図4(a)は発光量1(第2の発光量)の点灯方法である。図4(a)では、点線で囲んでいる6つのチップ列2の全てに(すなわち全LEDチップに)互いに同じ大きさ(電流値)の電流が流れるように電流制御部9が電源4を制御する。
図4(b)は発光量2(発光量1の50%の発光量、第1の発光量)の点灯方法である。6つのチップ列2のうち3つのチップ列にのみ(すなわち全LEDチップの半数のLEDチップのみ)に互いに同じ大きさの電流が流れるように電流制御部9が電源4を制御する。このとき、図4(a)で6つのチップ列に流した電流値と同じ電流値を点線で囲んでいる3つのチップ列に流す。すなわち、電流制御部9は、第1の発光量の場合に、複数のLEDチップのうち所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLED以外のLEDチップには、電流を流さないように制御する。
図4(c)は発光量3(発光量1の33%の発光量)の点灯方法である。6つのチップ列2のうち点線で囲んでいる2つのチップ列にのみ電流が流れるように電流制御部9が電源4を制御する。このとき、図4(a)で6つのチップ列に流した電流値と同じ電流値を2つのチップ列に流す。
図5は、発光量に応じて電流を流すチップ列の数を変更したときのLEDチップ1の温度を示す概念図である。図5のグラフには、図3と同様に、3つの異なる発光量1~3でLEDチップ1を点灯させた場合のLEDチップ1の位置と温度の関係が示されている。図5のグラフの上部に示す図は、光源装置10の断面図であり、LEDチップ1の位置とグラフの横軸が対応することを示している。発光量1となるようにLEDチップ1を点灯させるためには、全てのLEDチップ1に1Aの電流を流せば良い。発光量1の50%の発光量である発光量2となるようにLEDチップ1を点灯させるためには、図4(b)のように6つのチップ列のうち3つのチップ列2に1Aの電流を流し、残りのチップ列には電流が流れないようにすれば良い。発光量1の33%の発光量である発光量3となるようにLEDチップ1を点灯させるためには、2つのチップ列2に1Aの電流を流し、残りのチップ列には電流が流れないようにすれば良い。
図4(a)では、冷媒の上流側ではLEDチップ1の温度は20℃程度であるが、冷媒の下流側ではLEDチップ1の温度は80℃程度となる。点灯している全LEDチップ1の平均温度は50℃程度となる。図4(b)では、冷媒の上流側ではLEDチップ1の温度は20℃程度であるが、冷媒の下流側ではLEDチップ1の温度は76℃程度となる。点灯している全LEDチップ1の平均温度は48℃程度となる。発光量2の場合、冷媒の上流側ではLEDチップ1の温度は20℃程度であるが、冷媒の下流側ではLEDチップ1の温度は68℃程度となる。点灯している全LEDチップ1の平均温度は44℃程度となる。
図4(b)や、図4(c)は、図4(a)と比較して、最も高い温度のLEDチップの温度が低くなっている原因は、冷媒の熱が、冷媒の流れ方向と垂直な方向(図3の断面図の紙面垂直方向)に広がるためである。一部のチップ列ではLEDチップ1を点灯させないため、冷媒の下流側で、発光量に応じてある程度の温度のバラつきは生じるものの、図3に示すように大きな温度のバラつきとはならない。
上述のように、光源装置10を露光装置に適用した場合、点灯している全LEDチップ1の平均温度の変化の許容範囲は、15℃程度である。本実施形態において、発光量1の平均温度50℃と発光量3の平均温度44℃では、差異が6℃であるため、平均温度差が許容温度差より小さい値となる。したがって、LEDモジュール3からの光のピーク波長の変動を2nm以下に抑制することができる。
次に、本実施形態における光源装置10において、電流を流すチップ列の数と電流を流さないチップ列の数それぞれの全チップ列の数に対する割合を決定した上で、どのチップ列に電流を流すかを決定する方法について2つの方法を説明する。
1つ目の方法は、積算した点灯時間を比較することで、どのLEDチップ列に電流を流すかを決定する方法である。全てのLEDチップ列で積算点灯時間が同じ程度となるように点灯することで、光源装置10を長寿命化することができる。そのため、電流制御部9は、LEDモジュール3の第1チップ列に電流が流れるように制御し、LEDモジュール3において第1チップ列よりも積算した点灯時間が長い第2チップ列に電流が流れないように制御することが望ましい。すなわち、電流制御部9は、複数のチップ列2のうち積算点灯時間が短いチップ列から優先的に、所定の電流値より大きな電流を流すチップ列2を決定する。また、個々に電流制御が可能な多数個のLEDチップをマトリクス状に配置した形態の場合には、電流制御部9が、複数のLEDチップ1のうち積算点灯時間が短いLEDチップから優先的に、所定の電流値より大きな電流を流すLEDチップ1を決定する。
2つ目の方法は、点灯させる全LEDチップ1の重心位置を考慮することで、どのチップ列2に電流を流すかを決定する方法である。このLEDチップ1の重心位置は、点灯させるそれぞれのLEDチップ1の発光量に重み付けされて得られる位置であり、LEDチップの発光量とLEDチップの位置座標との積に基づいて算出される位置である。LEDモジュール3の発光量の変更にかかわらず点灯させる全LEDチップ1の重心位置を常にLEDモジュール3の中心付近となるようにすることで、マスク等の被照射体に対する照度分布等の照明条件の変動を低減させることができる。例えば、光源装置10を露光装置に適用した場合、発光面内(LEDチップが2次元状に配列してある面内)において、光量分布は均一となっていない。そのため、露光装置において、光源からの光によりマスクの回路パターンが形成されている面(以下、マスクパターン面と)あるいはマスクパターン面を配置すべき仮想面に照明する照明光学系には、照度分布を均一化するためのインテグレータ光学系が設けられる。インテグレータ光学系を通過した光は、理想的には均一な照度分布の光となる。しかしながら、インテグレータ光学系に入射する光の照度分布に大きな偏りがある場合には、光源装置10からの光がインテグレータ光学系を介してマスクに照射されても、マスク上ではあまり均一な照度分布にならないおそれがある。特に、点灯する複数のLEDチップの重心がLEDモジュール内の端部に近い位置に偏っている場合、あまり均一な照度分布にならないおそれがある。
そのため、電流制御部9は、LEDモジュール3の全LEDチップ1のうち点灯するLEDチップ(1つ又は複数のチップ)の重心位置が、全LEDチップがすべて同じ輝度で点灯した際の重心位置と一致するように制御することが望ましい。本実施形態は、この重心位置を照明光学系の光軸と一致させた形態である。
また、本実施形態では、発光量2(第1の発光量)の場合に一部のチップ列に流れる電流をゼロにする例について説明したが、電流制御の方法はこれに限らない。例えば、発光量2の場合に所定値以上の電流を流して発光させるLEDチップの数(第1の数)が、発光量1(第2の発光量)の場合に所定値以上の電流を流して発光させるLEDチップの数(第2の数)より少なくなるようにすれば良い。すなわち、発光量2(第1の発光量)の場合に、一部のチップ列(図4(b)において、OFFと示しているチップ列)に流れる電流を完全にゼロにしなくとも良く、所定の電流値より低い電流が流れていても良い。
上記の所定の電流値とは、例えば、発光量1(第2の発光量)で点灯させる全てのLEDチップに流れる電流値の平均値の半分の値である。また、所定の電流値は、発光量1(第2の発光量)で点灯させる全てのLEDチップに流れる電流値の平均値の1/10の値であることがより好ましい。これは、LEDモジュール3における許容範囲内のピーク波長を有する光の発光量が目標発光量から大きく乖離しないように、上記第1の数のLEDチップ以外のLEDチップに流れる電流値が0に近い値の方が好ましいためである。
また、本実施形態では、第1の発光量と第2の発光量でLEDモジュール3を点灯させるときに、点灯させるために電流を流す複数のLEDチップ(所定の電流値より高い電流を流すLEDチップ)に対しては、互いに同程度の電流を流すことが好ましい。同程度の電流を流すことにより、異なるLEDチップ間で発光量の違いにより生じる温度変化(温度差)を低減させることができるため、異なるチップ間の発光量は所定値以内(例えば20%以内)であることが好ましい。即ち、第1の数のLEDチップに関する第1の電流値のうち最大の電流値と最小の電流値の差が最大の電流値の20%以内であるか、または第1の数のLEDチップに関する第1の電流値が第1の数のLEDチップの間で互いに同じ電流値であれば良い。また、第2の数のLEDチップに関する第2の電流値のうち最大の電流値と最小の電流値の差が最大の電流値の20%以内であるか、または第2の数のLEDチップに関する第2の電流値が第2の数のLEDチップの間で互いに同じ電流値であれば良い。
或いは、第1の数のLEDチップに関する第1の電流値の平均値と第2の数のLEDチップに関する第2の電流値の平均値の差が、第1の電流値の平均値と第2の電流値の平均値のうちの大きい方の値の20%以内となれば良い。また、10%以内となることがより好ましい。第1の電流値の平均値と第2の電流値の平均値の差が互いに同じであっても良い。
以上より、本実施形態では、発光量の変更により生じるLEDチップの温度変化に因るLEDモジュール3からの光のピーク波長の変動を許容範囲内に抑えることができる。光のピーク波長の変動の許容範囲については、後述する露光装置の実施形態で説明する。
<第2実施形態>
第1実施形態では、冷却器12の流路13が1つである例について説明した。本実施形態では、冷却器12の流路13が複数設けられている例について説明する。尚、LEDモジュール3の構成については、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第1実施形態に従う。
第1実施形態では、冷却器12の流路13が1つである例について説明した。本実施形態では、冷却器12の流路13が複数設けられている例について説明する。尚、LEDモジュール3の構成については、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第1実施形態に従う。
図6は、本実施形態における冷却器12の構成を示す概略図である。冷却器12は、仕切り14を備えている。仕切り14は、冷媒が流れる第1流路13a、第2流路13bを含む複数の流路を形成する。複数の流路は、LEDモジュール3の各チップ列の位置に対応して設けられる。
この複数の流路に、温度調節器5から配管6と不図示の配管分岐器を通して複数の流路に分岐された冷媒が供給される。複数の流路を通過した冷媒は下流に配置された不図示のマニホールドによって一つの配管に結合され、配管6を通して温度調節器5へ戻り、再び冷却される。
図6では、第1流路13aは、第1チップ列の位置に対応して形成されており、第2流路13bは、第2チップ列の位置に対応して形成されているが、必ずしも1つの流路にたいして1つのチップ列が対応していなくとも良い。例えば、複数のチップ列に跨いで第1流路13aや第2流路13bが形成されていても良い。
本実施形態では、冷媒の流れる方向に対して垂直方向への熱の広がりを抑制することができる。したがって、図5に示したLEDの温度分布の変化をより低減することができる点で有利である。以上説明した本実施形態も、発光量の変更により生じる装置10のLEDモジュール3からの光のピーク波長の変動を抑制することができる。
<第3実施形態>
第1実施形態では、LEDモジュール3の回路基板11が1つである例について説明した。本実施形態では、LEDモジュール3の回路基板11が複数備えられている例について説明する。尚、本実施形態で言及しない事項については、第1実施形態に従う。
第1実施形態では、LEDモジュール3の回路基板11が1つである例について説明した。本実施形態では、LEDモジュール3の回路基板11が複数備えられている例について説明する。尚、本実施形態で言及しない事項については、第1実施形態に従う。
図7は、本実施形態におけるLEDモジュール3の構成を示す図である。本実施形態では、COB1からCOB10までの10個の回路基板が光源装置の筐体または筐体内の支持基板に実装されている。各COBには、チップ列が8個実装されており、各チップ列は一列に並んだ15個のLEDチップを備える。それぞれのCOBに対応する各電源が各COBへ電流を供給し、COB単位(回路基板単位)で発光を制御することができる構成となっている。また、各COBには、対応した冷却器が備えられており、冷却器の流路を冷媒が一定の流量で流されている。
目標照度や目標発光量を変更する場合には、点灯させるCOBの数と電流値を制御する。例えば、発光量が100%(第2の発光量)である場合には、全てのCOBの全てのチップ列に1Aの電流が流れるようにする。発光量が50%(第1の発光量)である場合には、全部で10個あるCOBのうちの5個のCOBの全てのチップ列に1Aの電流が流れるようにする。すなわち5個のCOBだけを点灯する。例えば、COB1、COB7、COB3、COB9、COB5を点灯し、他のCOBを消灯する。点灯しているCOBには、発光量が100%である場合と比較して温度変化が発生しない(若しくは十分小さい変化である)。そのため、発光量の変更により生じる装置10のLEDモジュール3からの光のピーク波長の変動を抑制する(許容範囲内に抑える)ことができる。
また、COBを選択的に点灯させるか否かを決定させるだけでは発光量を達成できない場合がある。例えば、10個のCOBを備えるLEDモジュール3の発光量が75%である場合、7個のCOBを全てのチップ列に1Aの電流を流して点灯させると必要な発光量を下回り、8個のCOBを全てのチップ列に1Aの電流をして点灯させると必要な発光量を上回る。そのような場合には、この8個のCOBの全てのチップ列に流れる電流値を変更することで必要な発光量となるように調整すれば良い。
必要な発光量が75%である場合には、例えば、8個のCOBを点灯させ、各チップ列に流れる電流値を75/80A(約0.94A)に下げることで、発光量を75%に調整することができる。このとき、点灯させるLEDチップの温度は、許容範囲以内に調整される必要がある。すなわち、点灯させるLEDチップの温度は、各チップ列に流れる電流値の低下に応じて低下するが、温度低下が許容範囲以内であれば問題はない。
本実施形態では、点灯するグループをCOB毎としたが、複数のCOBを有する光源装置においてもチップ列単位や複数のチップ列を一つのグループにした単位で電流を流すか否かを制御しても良い。
図8は、複数のCOBを有する光源装置10において、チップ列毎に点灯を制御する例を説明するための図である。図8の光源装置10は、図7で説明した光源装置10と同様に、LEDモジュール3は、10個のCOBを備え、各COBにはチップ列S1~S80が実装されている。発光量に応じて点灯するLEDチップ1、発光量の変更前後における各LEDチップの温度変化とLEDモジュール3からの光のピーク波長の変動量は、図7で説明した光源装置10と同様である。
また、本実施形態は、第1の発光量の場合に一部のCOB(或いは一部のチップ列)に流れる電流をゼロにする例であるが、これに限らない。例えば、発光量2(第1の発光量)の場合に所定値以上の電流を流して発光させるLEDチップの数が、発光量1(第2の発光量)の場合に所定値以上の電流を流して発光させるLEDチップの数より少なくなるようにすれば良い。すなわち、発光量2(第1の発光量)の場合に、一部のCOB(或いは一部のチップ列)に流れる電流を完全にゼロにしなくとも良く、上記の所定の電流値より小さな電流値の電流が流れていても良い。
以上より、本実施形態では、発光量の変更により生じるLEDモジュールからの光のピーク波長の変動を抑制することができる。
<第4実施形態>
第1実施形態では、発光量に応じて電流を流すチップ列数の全チップ列数に対する割合を変更した際に、点灯させるチップ列に流す電流の電流値を変更しない例について説明した。本実施形態では、発光量に応じて電流を流すチップ列数の全チップ列数に対する割合を変更した際に、チップ列に流す電流の電流値も適切に変更する例について説明する。尚、光源装置10の構成については、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第1実施形態に従う。
第1実施形態では、発光量に応じて電流を流すチップ列数の全チップ列数に対する割合を変更した際に、点灯させるチップ列に流す電流の電流値を変更しない例について説明した。本実施形態では、発光量に応じて電流を流すチップ列数の全チップ列数に対する割合を変更した際に、チップ列に流す電流の電流値も適切に変更する例について説明する。尚、光源装置10の構成については、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第1実施形態に従う。
本実施形態では、発光量1から発光量2へと発光量を小さくするときに、電流制御部9により、発光量の変更に伴い一部のLEDチップ列に電流が流れないようにすることに加え、点灯させるLEDチップ列に流れる電流の電流値を大きくする。これにより、発光量の変更に応じて発生していたLEDチップの温度の変化をより低減させることができる。
図9は本実施形態において、発光量に応じて点灯させるLEDチップ列の数及び点灯させるLEDチップ列に流す電流の電流値を変更したときのLEDチップ1の温度を示す概念図である。図9のグラフには、図5のグラフと同様に、3つの異なる発光量1~3でLEDチップ列2を点灯させた場合のLEDチップ1の位置と温度の関係が示されている。図9のグラフの上部に示す図は、光源装置10の断面図であり、LEDチップ1の位置とグラフの横軸が対応することを示している。発光量1となるようにLEDチップ列2を点灯させるためには、全てのLEDチップ列2に1Aの電流を流せば良い。
発光量1の50%の発光量である発光量2となるようにLEDチップ列2を点灯させるためには、第1実施形態では3つのLEDチップ列2に電流が流れるようにしていたが、本実施形態では2つのLEDチップ列2に電流が流れるように電流制御部9が制御する。電流を流すチップ列を2つにすると、チップ列2に流す電流値が1AのままではLEDモジュール3に必要な発光量2を下回る発光量となるため、点灯させるチップ列に流す電流値を1Aから1.5Aに増加させる。
同様に、発光量1の33%の発光量である発光量3となるようにLEDチップ列2を点灯させるためには、第1実施形態では2つのチップ列に電流が流れるようにしていたが、本実施形態では1つのチップ列に電流が流れるように電流制御部9が制御する。電流を流すチップ列を1つにすると必要な発光量を下回ってしまうため、点灯させるチップ列に流す電流値に余裕がある場合には、電流値を1Aから2Aに増加させれば良い。
第1実施形態において、発光量を発光量1から発光量2や3に変更した際に、点灯させるLEDチップを減らしたことにより、点灯させるLEDチップの温度も小さくなっていた。そこで、本実施形態では、電流を流すチップ列を減らした上で電流値を増加させることにより、点灯するLEDチップの発熱量を増加させ、結果的にLEDチップの温度変化が第1実施形態よりも小さくなるようにすることが可能となる。電流を流すチップ列の数及び電流値は、上記の例の限りではなく、冷媒の流れる速度等の要因により適切な値が変わるため、適宜設定されても良い。
以上より、本実施形態では、発光量の変更により生じるLEDモジュールからのピーク波長の変動を抑制することができる。
<露光装置の実施形態>
本実施形態では、上記第1実施形態乃至第4実施形態のいずれかの光源装置10を搭載した露光装置の一例について説明する。光源装置10の構成については、第1実施形態乃至第4実施形態のいずれかと同様であるため、説明を省略する。
本実施形態では、上記第1実施形態乃至第4実施形態のいずれかの光源装置10を搭載した露光装置の一例について説明する。光源装置10の構成については、第1実施形態乃至第4実施形態のいずれかと同様であるため、説明を省略する。
図10は、本実施形態の露光装置100の構成を示す概略図である。露光装置100は、半導体デバイスや、フラットパネルディスプレイ(FPD)などのデバイスを製造する際のリソグラフィ工程に用いられる装置であり、マスク(原版)のパターンをレジスト(感光材)が塗布された基板に転写する。これにより、露光装置100は、基板上のレジストに潜像パターンを形成する。本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置について説明するが、第1実施形態乃至第4の実施形態の光源装置は、ステップ・アンド・リピート方式等他の露光方式の露光装置にも適用できる。
露光装置100は、マスクMを照明する照明光学系101、マスクステージ102、マスクMのパターンを基板W上に投影する投影光学系103、基板ステージ104、主制御部105を有する。投影光学系103は、凹面ミラーと凸面ミラーと台形ミラーとを組み合わせた反射型投影光学系であるが、後述するように他のタイプの光学系も使用できる。
照明光学系101は、光源装置10からの光をマスクMに照明する。マスクMには、基板Wに形成すべきパターンに対応するパターンが形成されている。マスクMは、マスクステージ102に保持されており、基板Wは、基板ステージ104に保持されている。照明光学系101は、第1コンデンサレンズ群106、ハエの目レンズ群やレンチキュラーレンズ群を備えるオプティカルインテグレータ107、第2コンデンサレンズ群108等からなる。このような構成にすることで、光源装置10からの光の光量分布が不均一であっても、ステージ102に保持したマスクMのパターン面(パターンが形成された面)において、一様な照度分布が得られる。
主制御部105は、露光装置100の各部を制御する。例えば、主制御部105は、光源装置10の発光量の制御や、マスクステージ102及び基板ステージ104の駆動を制御する。
マスクMのパターン面と基板Wのレジストとは、投影光学系103を介して、光学的にほぼ共役な位置に配置されている。投影光学系103には、反射型投影光学系(収差補正用のレンズを含む場合あり)、複数のレンズを備える屈折型投影光学系、複数のレンズと凹面ミラーとを備える反射屈折型投影光学系を適用することができる。投影光学系103は、本実施形態では、所定の投影倍率を有し、マスクMに形成された回路パターンの一部を基板Wに投影する。そして、マスクステージ102及び基板ステージ104を、投影光学系103の物体面と平行な方向に、投影光学系103の投影倍率に応じた速度比で走査する。これにより、マスクMに形成された回路パターン全部を基板Wに転写することができる。
基板Wに塗布されるレジストは、露光光の波長に応じて異なる感度を有する。そのため、レジストの感光に適した波長と、光源装置10からの光のピーク波長とが異なる(すなわち、光源装置10からの露光光のピーク波長の変動がある)場合には、後の現像工程で得られる結果に影響を与えてしまう。露光光のピーク波長の変動がある場合には、現像により得られるレジストパターンの線幅が変化してしまい、線幅の誤差が生じる。線幅の誤差は、例えば、ピーク波長の変動が2nm以内(±1nm)であれば、線幅の誤差が基準範囲内におさまるが、ピーク波長の変動が2nmより大きい場合には、基準範囲内におさまらないおそれがある。そのため、光源装置10からの光のピーク波長の変動を抑制する必要がある。
第1実施形態乃至第4の実施形態の光源装置10は、発光量の変更により生じるLEDモジュールからの光のピーク波長の変動を許容範囲内におさめることができる露光装置100を提供できる。
また、本実施形態では、光源には、特定のピーク波長(例えば、365nm、405nmまたは436nmのいずれか1つの波長)の光を発するLEDチップが用いられることを想定して説明したが、これに限らない。例えば、互いにピーク波長が異なる2種類のLEDチップからの光を合成した2波長合成の露光光により基板を露光しても良い。2波長合成の露光光を用いることで、露光光の光量、すなわち被露光基板上における照度を向上させることができる。
2種類のLEDチップの組合せの例として、ピーク波長が365nmの光を発する第1のLEDとピーク波長が405nmの光を発する第2のLEDとの組合せがある。この組合せを利用する場合、LEDモジュールが第1のLED群と第2のLED群とを備える形態か第1のLED群を備える第1のLEDモジュールと第2のLED群を備える第2のLEDとを用いる形態を採れる。そのような2波長合成の場合でも、それぞれのLEDチップからの光のピーク波長が変動しないように光源装置10の電流を制御することによって、現像後に得られるレジストパターンの線幅の誤差を低減させることができる。互いにピーク波長が異なる3種類以上のLEDチップからの光同士を合成した3波長合成の露光光を用いる形態としても良い。2波長の光を合成させる例として、ピーク波長が365nmの光を反射すると共にピーク波長が405nmの光は透過させるダイクロイックミラーを用いて異なる波長の光を合成できる。
また、第1実施形態乃至第4実施形態において、100%、50%、33%の3段階に発光量を変えた際に波長の変動を低減できる光源装置10について説明した。この光源装置10を露光装置100に適用する場合、露光対象に応じて発光量を変更することができる。例えば、高照度の露光が必要なプロセスとして、透明電極膜(Indium Tin Oxide:ITO)の製造が挙げられる。ITOの製造で求められる光源の発光量が100%であるとき、その他のプロセスで求められる光源の発光量は、70%程度である。本実施形態における光源装置10は、発光量を100%から70%に変更した場合でも、その変更により生じうる波長変動を抑制することができる。
また、第1実施形態乃至第4実施形態において説明した光源装置10を露光装置100に適用する場合、多数のLEDチップからの光により高い発光量を実現することが求められる。例えば、露光装置の光源として水銀ランプを適用する場合と同程度の発光量を達成することが求められる。しかしながら、LEDチップ1つ1つの発光量は水銀ランプの発光量と比較して、非常に小さい。そこで、本実施形態の光源装置10では、LEDチップが、例えば、1つの回路基板に150個以上搭載されていることが好ましい。より好ましくは、本実施形態の光源装置10として、150個以上搭載された回路基板が図7に示すように複数枚(例えば、6枚以上)構成されていることが好ましい。
<物品の製造方法の実施形態>
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD)を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板上に塗布された感光剤に上記の露光装置100による露光で潜像パターンを形成し、露光基板を得る工程(露光工程)と、かかる工程で潜像パターンが形成された露光基板を現像し、現像基板を得る工程(現像工程)とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD)を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板上に塗布された感光剤に上記の露光装置100による露光で潜像パターンを形成し、露光基板を得る工程(露光工程)と、かかる工程で潜像パターンが形成された露光基板を現像し、現像基板を得る工程(現像工程)とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
1 LEDチップ(LED)
2 チップ列
3 LEDモジュール
7 制御部
8 取得部
9 電流制御部(光量変更部)
10 光源装置
11 回路基板
12 冷却器
2 チップ列
3 LEDモジュール
7 制御部
8 取得部
9 電流制御部(光量変更部)
10 光源装置
11 回路基板
12 冷却器
Claims (22)
- 複数のLEDが配列されているLEDモジュールと、内部を流れる冷媒により前記LEDモジュールを冷却する冷却器とを有し、前記LEDモジュールの発光量が可変な光源装置であって、
前記発光量が第1の発光量の場合に所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数が、前記発光量が前記第1の発光量より大きな第2の発光量の場合に前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数より少ないことを特徴とする光源装置。 - 前記第2の発光量の場合に前記複数のLEDの全てのLEDに前記所定の電流値より大きな電流を流すことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記所定の電流値は、前記第2の発光量でLEDモジュールを発光させる場合に発光させる複数のLEDに流れる電流値の平均値の半分の値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光源装置。
- 前記複数のLEDに流す電流を制御する電流制御部を更に有し、
前記電流制御部は、前記発光量の大きさに基づいて、前記複数のLEDの全てのLEDの数に対して、前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数の割合を決定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記電流制御部は、前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDを決定することを特徴とする請求項4に記載の光源装置。
- 前記電流制御部は、前記第2の発光量から前記第1の発光量に変更したことによる前記LEDモジュールから出射される光のピーク波長の変化を低減させるように、前記複数のLEDに流す電流を制御することを特徴とする請求項4又は5に記載の光源装置。
- 前記電流制御部は、前記第2の発光量から前記第1の発光量に変更した際に、前記複数のLEDのうち、前記第1の発光量の場合に前記所定の電流値より大きな電流を流して発光するLEDの前記発光量の変更に伴う平均温度の変化を低減させるように、前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDに流す電流を制御することを特徴とする請求項4又は5に記載の光源装置。
- 前記電流制御部は、前記複数のLEDのうち積算点灯時間が短いLEDから優先的に前記所定の電流値より大きな電流を流すLEDを決定することを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記電流制御部は、前記第1の発光量の場合に、前記複数のLEDのうち前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの重心位置が、前記複数のLEDの全てのLEDを同じ輝度で発光させたときの前記複数のLEDの重心位置と一致するように、前記LEDのうち前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDを決定することを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記電流制御部は、前記第1の発光量の場合に、前記複数のLEDのうち前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLED以外のLEDには、電流を流さないことを特徴とする請求項4乃至9のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記LEDモジュールは、複数のLEDが配列されているチップ列を複数個備え、
前記電流制御部は、前記複数個のチップ列のチップ列毎に電流制御を行うことを特徴とする請求項4乃至10のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記複数個のチップ列それぞれにおいて複数のLEDが配列される方向は、前記冷却器の内部を前記冷媒が流れる方向に対して平行な成分を含む方向であることを特徴とする請求項11に記載の光源装置。
- 前記チップ列において前記複数のLEDが配列される方向は、前記冷却器の前記冷媒が流れる方向に対して45度以内の角度の方向であることを特徴とする請求項12に記載の光源装置。
- 前記冷却器は、前記冷媒が流れる複数の流路を形成する仕切りを備え、
前記仕切りは、前記複数の流路が、前記複数個のチップ列のそれぞれの位置に対応して設けられることを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記LEDモジュールは、複数のLEDが配置されている回路基板を複数備え、
前記電流制御部は、前記発光量の大きさに基づいて、前記複数の回路基板の前記複数のLEDに対する電流制御を回路基板単位で行うことを特徴とする請求項4乃至14のいずれか1項に記載の光源装置。 - 感光材を露光する露光光のための光源装置において、前記露光光を発光する複数のLEDと、前記露光光の発光量を調整するために前記複数のLEDに対する電流値を制御する電流制御部とを有し、
前記電流制御部は、
前記発光量が第1の発光量の場合に第1の数の前記LEDに対して第1の電流値の電流を流し、前記発光量が前記第1の発光量より大きな第2の発光量の場合に前記第1の数より多い第2の数の前記LEDに対して第2の電流値の電流を流すときに
前記第1の数の前記LEDに関する前記第1の電流値の平均値と前記第2の数の前記LEDに関する前記第2の電流値の平均値が互いに同じか、または前記第1の電流値の平均値と前記第2の電流値の平均値の差が、前記第1の電流値の平均値と前記第2の電流値の平均値のうちの大きい方の値の20%以内になるように
前記複数のLEDに対する電流値を制御することを特徴とする光源装置。 - 前記電流制御部は、
前記第1の数の前記LEDに関する前記第1の電流値の平均値と前記第2の数の前記LEDに関する前記第2の電流値の平均値が互いに同じか、または前記第1の電流値の平均値と前記第2の電流値の平均値の差が、前記第1の電流値の平均値と前記第2の電流値の平均値のうちの大きい方の値の10%以内になるように、
前記複数のLEDに対する電流値を制御することを特徴とする請求項16に記載の光源装置。 - 前記電流制御部は、
前記第1の数の前記LEDに関する前記第1の電流値のうち最大の電流値と最小の電流値の差が前記最大の電流値の20%以内であるか、または前記第1の数の前記LEDに関する前記第1の電流値が前記第1の数の前記LEDの間で互いに同じ電流値になり、
前記第2の数の前記LEDに関する前記第2の電流値のうち最大の電流値と最小の電流値の差が前記最大の電流値の20%以内であるか、または前記第1の数の前記LEDに関する前記第2の電流値が前記第2の数の前記LEDの間で互いに同じ電流値になるように、
前記複数のLEDに対する電流値を制御することを特徴とする請求項16又は17に記載の光源装置。 - 150個以上のLEDと、前記150個以上のLEDにおいて発光させるLEDの数を変えることにより発光量を変える光量変更部とを有する光源装置であって、
前記光量変更部は、第1の発光量より大きな第2の発光量から前記第1の発光量に変更でき、前記第1の発光量の場合に発光させる前記LEDの数を前記第2の発光量の場合に発光させる前記LEDの数より少なくすることを特徴とする光源装置。 - 複数のLEDが配列されているLEDモジュールと、内部を流れる冷媒により前記LEDモジュールを冷却する冷却器とを有し、前記LEDモジュールの発光量が可変な光源装置における前記LEDモジュールの発光を制御する制御方法であって、
前記発光量が第1の発光量の場合に所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数が、前記発光量が前記第1の発光量より大きな第2の発光量の場合に前記所定の電流値より大きな電流を流して発光させるLEDの数より少なくなるように制御することを特徴とする制御方法。 - 請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光源装置からの光で原版に形成されたパターンを基板に投影し、前記基板を露光することを特徴とする露光装置。
- 請求項21に記載の露光装置を用いて基板を露光し、露光基板を得る露光工程と、
前記露光基板を現像し、現像基板を得る現像工程と、を含み、
前記現像基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
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