JP5346602B2 - 光源装置および当該光源装置を備える露光装置 - Google Patents
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Description
このような光源装置は、凹面反射鏡の前記開口側からレーザー光を照射するため、レーザー光が前記ランプの発光部或いは光出射側に配置された封止部に照射されて吸収されることにより、一対の電極間に照射されるレーザー光の出力が低下する結果として、ランプから出射される光の出力が低下する場合がある。
そこで、本発明においては、レーザー光の形状を中抜き(リング)形状に成形するための成形部材を備え、これにより、ランプの発光部或いは光出射側に配置された封止部にレーザー光が照射されることが無いようにして、一対の電極間に対し十分な出力のレーザー光が照射されるようにしている。
(1)
光源装置であって、放電媒体が封入された発光部を有するランプと、前記ランプから出射した光を反射する凹面形状の反射面と光出射方向側に設けられた開口とを有し、前記ランプから出射した光を反射して前記開口より出射する凹面反射鏡と、前記凹面反射鏡の前記開口側からレーザー光を入射させ、レーザー光を前記ランプに照射するレーザー発振器と、前記レーザー発振器から出射したレーザー光の形状をリング状に成形するための成形部材と、を備える。
(2)
前記(1)において、前記ランプは、一対の電極が対向して配置される発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続して管軸方向外方に伸びるロッド状の封止部とで構成され、前記凹面反射鏡の光軸と前記ランプの管軸とが一直線上に並ぶように配置されている。
(3)
前記(1)において、前記凹面反射鏡は、前記反射面が回転楕円面形状を有し、
前記成形部材は、前記レーザー光が、前記凹面反射鏡の第二焦点を通過して前記ランプの発光部に接する外接線と、前記凹面反射鏡の第二焦点と前記凹面反射鏡の開口端部とを通過する仮想線とで挟まれた領域のみに出射されるように、前記レーザー光を成形する。
(4)
前記(1)において、前記光成形部材がコーンレンズである。
(5)
前記(4)において、前記光成形部材は、複数の前記コーンレンズを各コーンレンズのそれぞれの頂部が対向するとともに、前記レーザー光照射機構から出射したレーザー光が、一方のコーンレンズの底面から入射して他方のコーンレンズの底面から出射するように配置されている。
(6)
前記(1)において、前記ランプの光出射方向側に配置された封止部に装着された口金が、管軸方向外方に向かうに従って外径が次第に縮小するテーパー部を有する。
(7)
前記(1)の光源装置を備える露光装置であって、前記光源から出射した光を当該光の進行方向とは異なる方向に反射する一方で、前記成形手段によりリング状に成形されたレーザー光を透過する波長選択式反射鏡を備える。
(8)
前記(1)の光源装置を備える露光装置であって、前記光源から出射した光を当該光の進行方向とは異なる方向に反射するとともに、前記成形手段によりリング状に成形されたレーザー光を前記光源の方向に反射する平面反射鏡と、前記光源から出射した光を透過する一方で、前記成形手段によりリング状に成形されたレーザー光を前記光源の方向に反射する波長選択式反射鏡と、を備える。
しかも、レーザー光を中抜き(リング)形状に成形するための成形部材を備えているので、凹面反射鏡の開口側から入射したレーザー光がランプに無駄無く供給されるため、高い放射束の光を得ることができる。
ランプ11は、発光部111と発光部111のそれぞれの両端に連続して管軸方向外方に向けて伸びるロッド状の封止部112、113と、発光部111内に例えば1〜3mmの距離を隔てて対向して配置される一対の電極114、115と、各封止部112、113に装着された給電用の口金116、117とで構成される。各電極114、115は、それぞれ各口金116、117に電気的に接続されている。
このランプ11は、発光部111内に放電媒体として水銀が封入されており、不図示の給電装置によって一対の電極間に電力を供給して一対の電極間にプラズマPを形成して得られる、例えば波長365nmのi線を出射するものである。なお、放電媒体として、水銀に代えてキセノンガスを用いることもできる。
ここに、ランプ11の管軸とは、ランプ11の各電極114、115の中心を共に通過する仮想線を意味し、凹面反射鏡12の光軸とは、凹面反射鏡12の第一焦点F1と第二焦点F2とを共に通過する仮想線を意味する。
ランプ11の光出射側に位置する封止部112に装着された口金116は、光出射方向に向かうに従い次第に外径が縮小するテーパー部116Aを有している。このようにテーパー部116Aを光出射側に配置することにより、図1のレーザー発振器21から出射する光が封止部112に照射されることを防止し易くなる。
ランプ用の給電装置(不図示)により、ランプ11に電力が供給される。これにより、ランプ11が点灯駆動され、一対の電極114と115との間にプラズマPが形成される。その後、レーザー発振器21を駆動してレーザー光を出射する。レーザー発振器21から出射したレーザー光は、ビームエキスパンダー22、成形部材23、レンズ24、平面反射鏡25に順次に入射し、凹面反射鏡12で反射されて最終的にランプ11の一対の電極114と115との間に形成されたプラズマPに照射され、プラズマPにエネルギーを供給して高温化する。
なお、ランプ11の駆動のタイミングと、レーザー発振器21の駆動のタイミングに関しては、同時であっても良いし、ランプ11、レーザー発振器21の何れかを先に駆動しても良い。また、ランプ11の一対の電極114、115の間にプラズマPが形成された後は、ランプ11への電力供給を停止した状態でプラズマPに対してレーザー光を照射するようにしても良い。
また、レーザー光を凹面反射鏡12の光出射口121から入射するため、従来のように凹面反射鏡12の側面にレーザー光を入射するための開口を設ける必要が無いので、光の利用効率が高いものとなる。
さらに、レーザー光の形状をリング状に成形するための成形部材23を備えるので、凹面反射鏡12とランプ11とがそれぞれの光軸Mと管軸Lとが一直線上に並ぶように配置されていても、凹面反射鏡12の光出射口121から入射したレーザー光L1が、発光部111および光出射側に位置する封止部112に照射されることがない。したがって、ランプ11における一対の電極間に形成されるプラズマPに対しレーザー光L1を無駄無く照射することができる結果、ランプ11から出射する光の出力を高いものとすることができ、しかも、封止部112の温度が過剰に高くなる惧れがない。
図4の光源装置40は、ランプ11、凹面反射鏡12を備える光源1と、レーザー発振器21、ビームエキスパンダー22、成形部材43、レンズ24および平面反射鏡25を備えるレーザー光照射機構42と、を備えて構成される。
図4の光源装置40においては、成形部材43により図3に示す斜線領域のみに照射されるように成形された中抜き光(リング状のビーム)が、凹面反射鏡12の回転楕円形状の反射面122に入射して、当該反射面122で反射した光L1がランプ11における一対の電極114、115間に形成されるプラズマPに照射される。そして、成形部材43を備えることにより、レーザー光が所望のリング状に成形され、光出射側に位置する封止部112に照射されることがない。したがって、レーザー光を無駄なく一対の電極間のプラズマPに照射させることができる結果、ランプ11から出射する光の出力が高いものとなり、しかも、光出射側に位置する封止部112の温度が過剰に高くなる惧れがない。
図6の光源装置60は、ランプ11および凹面反射鏡16を備える光源61、並びに、レーザー発振器21、ビームエキスパンダー22、成形部材43および平面反射鏡25を備えるレーザー光照射機構62を備えて構成される。成形部材43は、図4に示すものと同様であり、一対のコーンレンズ431、432で構成される。凹面反射鏡16の反射面は、放物面形状を有している。
露光装置100は、図1に示す光源装置10と露光用の光学素子80とを備える。光学素子80は、光源1からの光を反射する一方でレーザー光照射機構2からのレーザー光を透過する波長選択式反射鏡81と、凹面反射鏡12の第二焦点F2を通過する光のみを通過させ、凹面反射鏡12の第二焦点F2を通過しない光をカットするためのアパーチャー82と、アパーチャー82を通過した光を平行化するレンズ83と、レンズ83により平行化された光を所望の形状に調整するインテグレータレンズ84と、所望の方向に光を反射する平面反射鏡85とを備えて構成される。光源1から出射した光は、このような光学素子80を介することにより、所望の形状に成形されてワーク86の表面に照射される。
しかも成形部材23を備えることにより、レーザー光L1が所望のリング状に成形され、発光部111並びに光出射側に位置する封止部112に照射されることがない。したがって、レーザー光L1を無駄無く一対の電極間のプラズマPに照射させることができる結果、ランプ11から出射する光L2の出力が高いものとなり、しかも、光出射側に位置する封止部112の温度が過剰に高くなる惧れがない。
光源1は、ランプ11、凹面反射鏡12を備える。レーザー光照射機構92は、レーザー発振器21、ビームエキスパンダー22、平面反射鏡25および成形部材43を備える。光学素子90は、光源1からの光およびレーザー発振器21からのレーザー光を反射する平面反射鏡91、アパーチャー82、レンズ83、インテグレータレンズ84、レンズ83とインテグレータレンズ84の間の光路上に配置された波長選択式反射鏡94および平面反射鏡85を備える。
また、上記実施形態においては、レーザー発振器21から出射した光を平面反射鏡25を利用して反射することにより、比較的自由度の高いレーザー光の取り回しが実現可能な構成としている。一方、平面反射鏡25を介せず、凹面反射鏡12の光軸上に、レーザー発振器21、ビームエキスパンダー22、成形部材23、レンズ24を並べた構成とすることも可能である。
さらに、レーザーで生成されるプラズマからの光の輝度で十分であれば、ランプの起動時に生成されたプラズマPと凹面反射鏡12の焦点とが必ずしも一致している必要は無く、レーザーにより生成されるプラズマからの光を凹面反射鏡で取り出すようにしても良い。
10 光源装置
11 ランプ
111 発光部
112、113 封止部
114、115 電極
116、117 口金
12 凹面反射鏡
121 光出射口
122 回転楕円反射面
2 レーザー光照射機構
21 レーザー発振器
22 ビームエキスパンダー
23 成形部材
231 コーンレンズ
232 コーンレンズ
24 レンズ
25 平面反射鏡
43 成形部材
431、432 コーンレンズ
63 成形部材
631、632 コーンレンズ
100 露光装置
71 無電極ランプ
72 凹面反射鏡
80 光学素子
81 波長選択式反射鏡
82 アパーチャー
83 レンズ
84 インテグレータレンズ
85 平面反射鏡
86 ワーク
91 平面反射鏡
92 波長選択式反射鏡
Claims (7)
- 放電媒体が封入され、一対の電極が対向して配置される発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続して管軸方向外方に伸びるロッド状の封止部とで構成されるランプと、
前記ランプから出射した光を反射する凹面形状の反射面と光出射方向側に設けられた開口とを有し、前記ランプから出射した光を反射して前記開口より出射する凹面反射鏡と、
前記凹面反射鏡の前記開口側からレーザー光を入射させ、レーザー光を前記ランプに照射するレーザー発振器と、
前記レーザー発振器から出射したレーザー光の形状をリング状に成形するための成形部材と、を備え、
前記凹面反射鏡の光軸と前記ランプの管軸とが一直線上に並ぶように配置されていることを特徴とする光源装置。 - 前記凹面反射鏡は、前記反射面が回転楕円面形状を有し、
前記成形部材は、前記レーザー光が、前記凹面反射鏡の第二焦点を通過して前記ランプの発光部に接する外接線と、前記凹面反射鏡の第二焦点と前記凹面反射鏡の開口端部とを通過する仮想線とで挟まれた領域のみに出射されるように、前記レーザー光を成形することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記成形部材がコーンレンズであることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記成形部材は、複数の前記コーンレンズを各コーンレンズのそれぞれの頂部が対向するとともに、前記レーザー発振器から出射したレーザー光が、一方のコーンレンズの底面から入射して他方のコーンレンズの底面から出射するように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。
- 前記ランプの光出射方向側に配置された封止部に装着された口金が、管軸方向外方に向かうに従って外径が次第に縮小するテーパー部を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 請求項1に記載の光源装置を備える露光装置であって、
前記光源から出射した光を当該光の進行方向とは異なる方向に反射する一方で、前記成形部材によりリング状に成形されたエネルギービームを透過する波長選択式反射鏡を備えることを特徴とする露光装置。 - 請求項1に記載の光源装置を備える露光装置であって、
前記光源から出射した光を当該光の進行方向とは異なる方向に反射するとともに、前記成形部材によりリング状に成形されたエネルギービームを前記光源の方向に反射する平面反射鏡と、
前記光源から出射した光を透過する一方で、前記成形部材によりリング状に成形されたエネルギービームを前記光源の方向に反射する波長選択式反射鏡と、を備えることを特徴とする露光装置。
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