JP5346602B2 - 光源装置および当該光源装置を備える露光装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体、液晶基板若しくはカラーフィルタ等の露光用、および、映写機などの投影画像装置のバックライト用に使用される光源装置に関する。また、当該光源装置を備える露光装置に関する。

近年、半導体や液晶基板、更には、カラーフィルタ等の製造工程では、入力電力の大きな紫外線光源を使うことにより、処理時間の短縮化や、大面積の被処理物への一括露光等が進められている。これに伴い、紫外線光源である高圧放電ランプには、より高輝度の光を放射することが求められている。しかし、高圧放電ランプへの入力電力を単純に大きくすれば、放電容器内部に配置された電極への負荷が増大し、該電極からの蒸発物が原因となって、高圧放電ランプの黒化、短寿命が発生する、といった問題があった。

このような問題を解決するために、種々の提案がなされている。例えば、特開昭６１−１９３３８５号公報（特許文献１）によれば、無電極の放電ランプを楕円反射鏡内に配置し、該楕円反射鏡の側面に設けられた穴部を通して、レーザ光を該放電ランプの放電容器内に入射させ、該放電容器内に封入された放電ガスを励起して発光させることが開示されている。この技術を用いれば、該放電ランプ中に電極が無いので、ランプ点灯中に、電極が蒸発して該放電容器の黒化が生じ、ランプ短寿命を引き起こすといった問題が解消され、長寿命の放電ランプを提供できる、といった利点がある。

ここで、該特許文献１に開示されている無電極放電ランプにレーザ光を入射する場合の構成を、従来技術の一つとして、図１０に示す。図１０は、レーザ励起による無電極放電ランプを用いた半導体露光装置の一例であって、該半導体露光装置１０１には、レーザ発振器１０２、該レーザ発振器１０２から放射されたレーザ光を所望のビーム径に調整する光学部品１０３、及び、光学部品１０４、該レーザ光を集光する集光レンズ１０５、該集光レンズ１０５によって集光したレーザ光を入射する無電極放電ランプ１０６、該無電極放電ランプ１０６から放射された紫外線を反射する楕円反射鏡１０７、該楕円反射鏡１０７で反射された紫外線を被照射物である半導体ウエハＷへ照射するための光学系１０８から構成されている。また、該楕円反射鏡１０７には、該レーザ光を入射するための光取り込み穴１１０ａと、該無電極放電ランプ１０６内で吸収されずに透過したレーザ光を該楕円反射鏡１０７外へ放射するための光取り出し穴１１０ｂが設けられ、該光取り出し穴１１０ｂから放射されたレーザ光は、光吸収板１０９によって吸収し、例えば、熱に変換され、該レーザ発振器１０２にレーザ光が戻らないようにしている。

しかし、図１０に示した該特許文献１で開示されている構成では、以下の問題が発生する。該無電極放電ランプ１０６へのエネルギーの供給に、該楕円反射鏡１０７の側面に光取り込み穴１１０ａ、及び、光取り出し穴１１０ｂを設け、該穴部１１０ａ、１１０ｂを介してレーザ光を該無電極放電ランプ１０６へ入射している。このように、楕円反射鏡１０７の側面に該穴部１１０ａ、１１０ｂが設けられることにより、該無電極放電ランプから発生した紫外線を集めるといった該楕円反射鏡１０７の本来の機能が低下し、発生した紫外線を効率良く利用できないといった問題が生じる。

更には、該楕円反射鏡１０７に設ける該穴部１１０ａ、１１０ｂを小さくすると、該無電極放電ランプ１０６に入射するレーザ光の入射角が小さくなり、大きなエネルギーを入射する場合、放電容器を通過するレーザ光のエネルギー密度が高くなり過ぎ、該放電容器自身に穴が開く等の不具合が発生する。また、レーザ光のエネルギー密度を下げるために、レーザ光を入射するために設けた該穴部１１０ａ、１１０ｂを大きくすれば、前述したように、該無電極放電ランプ１０６から放射された紫外線を効率良く利用できない、といった問題が生じる。

特開昭６１−１９３３８５号

この発明が解決しようとする課題は、光源から出射される光出力を高いものとするとともに、発生した光を無駄にすることなく効率良く利用することが可能な光源装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、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、を備えている。
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。

すなわち、本発明は、次のようにして前記課題を解決した。
（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。

本発明においては、凹面反射鏡に形成された開口側からレーザー光を入射するので、凹面反射鏡内にレーザー光を導くための開口を凹面反射鏡に形成する必要が無いので、凹面反射鏡の本来の機能を失うことなく光の利用効率が向上する。
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。

本発明の光源装置の概略構成を示す。 図１のランプの概略構成を示す。 レーザー光の照射領域を示す。 本発明の光源装置の他の実施形態の概略構成を示す。 成形部材の構成の概略を示す。 本発明の光源装置の他の実施形態の概略構成を示す。 本発明の光源装置の他の実施形態の概略構成を示す。 本発明の露光装置の概略構成を示す。 本発明の露光装置の他の実施形態の概略構成を示す。 従来の露光装置の概略構成を示す。

図１は、本発明の光源装置の概略構成を示す。光源装置は、光源１と、光源１におけるランプ１１に対してレーザー光を照射するレーザー発振器２１を含むレーザー光照射機構２とを備えて構成されている。この光源装置１０は、レーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１を光源１（ランプ１１）に照射することにより、光源１（ランプ１１）から高出力の光を出射させるものである。

光源１は、ショートアーク型のランプ１１と、ランプ１１から出射した光を集光する凹面反射鏡１２とで構成される。レーザー光照射機構２は、レーザー光を出射するレーザー発振器２１と、レーザー発振器２１から出射したレーザー光を所望のビーム径に調整するビームエキスパンダー２２と、レーザー光を所望の形状に成形する成形部材２３と、成形されたレーザー光を平行にする（凹面反射鏡１２の第二焦点Ｆ２と一致する焦点に集光し、点線Ｌ１と実線Ｌ２の間に収まる広がりとビーム形状にする）レンズ２４と、レーザー光を所望の方向へ反射する平面反射鏡２５とで構成される。なお、ビームエキスパンダー２２は、ビーム径および平行度がそれぞれ所望の範囲内とされたレーザー光を出射するレーザー発振器２１を使用した場合は必要ない。

図２は、図１のランプの概略構成を示す。
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。

凹面反射鏡１２は、図１に示すように、全体が凹面状であって、前端縁に形成された光出射口１２１と、ランプ１１から出射した光を反射する回転楕円反射面１２２を備える。回転楕円反射面１２２は、ランプ１１から出射する例えばｉ線などの紫外光を反射するために、高屈折率材料からなる層と低屈折率材料からなる層を交互に積層してなる誘電体多層膜、例えばＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）とＳｉＯ_２（酸化シリコン）を交互に積層してなる誘電体多層膜、或いは、Ｔａ_２Ｏ_５（酸化タンタル）とＳｉＯ_２（酸化シリコン）を交互に積層してなる誘電多層膜等で構成される。

このようなショートアーク型のランプ１１と凹面反射鏡１２とは、凹面反射鏡１２の第一焦点Ｆ1がランプ１１における一対の電極１１４、１１５の中間点に概ね一致するとともに、凹面反射鏡１２の光軸Ｍとランプ１１の管軸Ｌとが概ね一直線上に並ぶように配置され、これにより、光源１が構成される。
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。

凹面反射鏡１２から出射するランプ１１からの光は、前記のとおり、水銀を励起させることによって得られる例えば波長３６５ｎｍの紫外光である。一方、レーザー発振器２１から出射するレーザー光の波長は、放電媒体が封入されたランプ１１の発光部１１１より放射される露光用の光の波長以外の波長域であることが好ましく、例えば、８０９ｎｍ、或いは１μｍ以上の赤外波長域にピークを有する。

レーザー光照射機構２のレーザー発振器２１は、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に向けてレーザー光を照射する。レーザー光は、波長８０９ｎｍ、或いは１μｍ以上の赤外波長域にピーク波長を有するレーザー光である。レーザー光は、ガスレーザー、固体レーザー、液体レーザー、半導体レーザーなどのうちから適宜選択することができる。また、レーザーの発振方式は、ＣＷ(連続波)発振方式でも、パルス式発振方式でも、また、これらを兼ねたものでもよい。

レーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１は、図１に示すように、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を介して光源１方向に反射され、凹面反射鏡１２により反射されてランプ１１に照射される。レーザー発振器２１、ビームエキスパンダー２２、成形部材２３およびレンズ２４の光軸は、凹面反射鏡１２の光軸に対し一致している。このレーザー光Ｌ１は、凹面反射鏡１２の第一焦点とランプ１１の一対の電極１１４、１１５の極間とが概ね一致しているので、ランプ１１の一対の電極間に形成されるプラズマＰの管軸方向における概ね中央位置に照射される。

成形部材２３は、円錐形状を有するコーンレンズである。コーンレンズ２３は、レーザー発振器２１、ビームエキスパンダー２２およびレンズ２４と同一光軸上に配置される。コーンレンズ２３は、ビームエキスパンダー２２により所望のビーム径となるように調整されたレーザー光が底面２３２側から入射して、頂部２３１付近を通過するときに、レーザー光がリング状に成形される。

成形部材２３により成形された中抜き光（リング状のビーム）は、レンズ２４、平面反射鏡２５を介して凹面反射鏡１２方向に出射され、凹面反射鏡１２の第二焦点Ｆ２を通過するとともに、凹面反射鏡１２に入射し、凹面反射鏡１２で反射されてランプ１１内に入射される。中抜き光（リング状のビーム）は、図３に示すように、ランプ１１および凹面反射鏡１２をそれぞれの管軸方向および光軸方向に切断した断面において、凹面反射鏡１２の第二焦点Ｆ２を通過しランプ１１における発光部１１１に接する外接線Ｔ１と、凹面反射鏡１２の第二焦点Ｆ２を通過し凹面反射鏡１２の開口端１２１Ａとを結ぶ仮想線Ｔ２とで挟まれる領域のみに出射するように成形される。図３の斜線領域は、中抜き光（リング状のビーム）が照射される範囲を示す。このような中抜き光（リング状のビーム）は、ランプの仕様、凹面反射鏡の焦点間距離の長さ等に応じて、コーンレンズ２３の形状を適宜設計することにより、発光部１１１および光出射側に位置する封止部１１２にレーザー光が照射されないように、所望の形状に成形される。

上記の光源装置の動作の一例について、図１を用いて次に説明する。
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。

このような本発明の光源装置１０においては、次のような効果を期待することができる。レーザー発振器２１から出射したレーザー光をランプ１１における一対の電極間に形成されるプラズマＰに照射するので、プラズマＰがレーザー光の供給を受けて高温化されることにより、プラズマＰから出射する光の出力が向上する。
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は、本発明の光源装置の他の実施形態の概略構成を示す。図４では、図１と共通する構成について、図１と同一符号を付すことにより説明は省略する。図５は、成形部材の概略構成を示す。
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。

成形部材４３は、図４および図５に示すように、それぞれの頂部４３１Ａ、４３２Ａが対向して配置された一対のコーンレンズ４３１と４３２とにより構成される。コーンレンズ４３１、４３２は、レーザー発振器２１、ビームエキスパンダー２２およびレンズ２４と同一光軸上に配置される。成形部材４３は、図５に示すように、一方のコーンレンズ４３１の底面４３１Ｂ側から入射したレーザー光を、当該コーンレンズの頂部４３１Ａおよび斜面部４３１Ｃからレーザー光を入射することで、レーザー光はリング状に成形され、広がりながら他方のコーンレンズ４３２に入射される。他方のコーンレンズ４３２の斜面部４３２Ｃから入射したレーザー光を、当該コーンレンズの底面４３２Ｂから出射することにより、平行度のある中抜き光（リング状のビーム）が形成される。このような一対のコーンレンズを使用することによっても、レーザー光の形状を所望の形状の中抜き光（リング状のビーム）に成形することができる。

図４の光源装置４０においては、レーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１が、ビームエキスパンダー２２により所望のビーム径に調整され、所望のビーム径とされたレーザー光Ｌ１が、成形部材４３により中抜き光（リング状のビーム）に成形されるとともに、レンズ２４、平面反射鏡２５により凹面反射鏡１２の方向に反射され、凹面反射鏡１２に入射する。
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は、本発明の光源装置の他の実施形態の概略構成を示す。図６は、図４と共通する構成について、図４と同一符号を付すことにより説明は省略する。図６は、凹面反射鏡として、放物面形状を有する反射面を備える凹面反射鏡１６を用いた実施形態を示す。
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。

図６の光源装置６０においては、レーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１が、ビームエキスパンダー２２により所望のビーム径に調整され、平面反射鏡２５により凹面反射鏡１６の方向に反射され、所望のビーム径とされたレーザー光Ｌ１が成形部材４３により中抜き光（リング状のビーム）に成形される。成形部材４３により成形された中抜き光（リング状のビーム）Ｌ１は、凹面反射鏡１６に入射する。図６において、６５、６６は、成形部材４３により中抜き（リング）形状に成形されたレーザー光Ｌ１の径を拡張するために使用されるビームエキスパンダーである。ビームエキスパンダー６５、６６は、凹面反射鏡１６の光出射側の開口径とレーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１のビーム径とが同程度の大きさで、リング状のビームの中抜き部分の大きさがランプ１１の外径以上であれば、省略しても良い。

図６の光源装置６０においては、成形部材４３により成形された中抜き光（リング状のビーム）Ｌ１が、凹面反射鏡１６の反射面１６２に入射して、当該反射面１６２で反射した光がランプ１１における一対の電極間に形成されるプラズマＰに照射される。成形部材４３により成形される中抜き光（リング状のビーム）Ｌ１は、ランプ１１の発光部１１１および光出射側に位置する封止部１１２に照射されることのないように、例えば円筒形状を有している。したがって、レーザー発振器２１から出射したレーザー光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、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、発光部１１１および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７は、本発明の光源装置の他の実施形態の概略構成を示す。図７は、無電極ランプをを用いた光源装置に係る実施形態である。図７の光源装置は、図１、４等に示すレーザー光照射機構を用いている。

図７の光源装置７０は、無電極ランプ７１と凹面反射鏡７２とからなる光源７と、レーザー光照射機構２とを備える。無電極ランプ７１は、略球状の発光部７１Ａの内部に、例えば、水銀などの放電媒体が封入され、波長３６５ｎｍのｉ線を出射するものである。凹面反射鏡７２は、無電極ランプ７１の光を出射する開口７２１と、回転楕円面形状或いは放物面形状を有し、無電極ランプ７１から出射した光を反射する反射面７２２とを有する。

図７の光源装置の動作について以下に説明する。レーザー発振器２１を駆動してレーザー光を出射させる。レーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１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７２の開口７２１側から入射し、反射面７２２で反射されて、発光部７１Ａに照射される。これにより、無電極ランプ７１の発光部７１Ａ内にプラズマＰが形成される。

図７の光源装置においては、レーザー光を中抜き光（リング状のビーム）に成形するための成形部材２３を備えるので、凹面反射鏡７２の光出射口７２１から入射したレーザー光Ｌ１が、凹面反射鏡７１を介することなく発光部７１Ａに照射される、といったことがない。したがって、レーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１が、発光部７１Ａに直接的に照射されて発光部７１Ａによって吸収されることなく、凹面反射鏡７２の反射面７２２で反射されて発光部７１Ａに照射される。したがって、発光部７１Ａ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、無電極ランプ７１から出射する光Ｌ２の出力を高いものとすることができる。

図８は、図１の光源装置を備える露光装置の概略構成を示す。
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。

図８に示す波長選択式反射鏡８１は、ランプ１１の管軸Ｌ並びに凹面反射鏡１２の光軸Ｍに対して斜めに交差するように配置され、凹面反射鏡１２の光出射口１２１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ものである。波長選択式反射鏡８１は、凹面反射鏡１２から出射した光を前記した方向に反射する一方で、レーザー光照射機構２のレーザー発振器２１から出射したレーザー光を透過させる、という波長選択機能を有する。

波長選択式反射鏡８１は、高屈折率材料からなる層と低屈折率材料からなる層を交互に積層してなる誘電体多層膜、例えば、ＴｉＯ_２（酸化チタン）およびＳｉＯ_２（酸化シリコン）を交互に重ねた誘電体多層膜からなる反射面が形成されている。この反射面は、誘電体多層膜の膜厚と膜の総数を適宜設定することによって前記した特定の波長域の光を選択的に反射する機能を有している。

図８の露光装置は、以下のように動作する。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Ｌ１を出射する。レーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１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。

光源１から出射する光Ｌ２は、前記のとおり、例えば波長３６５ｎｍの紫外光であり、レーザー発振器２１から出射するレーザー光Ｌ１は、例えば波長８０９ｎｍや波長１μｍ以上の赤外波長領域にピークを有する。

ランプ１１のプラズマＰから出射した光Ｌ２は、凹面面反射鏡１２の反射面１２２で反射して、光出射口１２１から出射する。ランプ１１からの光Ｌ２は、図８の実線で示すように、波長選択式反射鏡８１により反射されて光路が変更された後、アパーチャー８２を通過する。そのときに、第二焦点Ｆ２を通過しない光はアパーチャー８２によってカットされる。アパーチャー８２を通過した光は、レンズ８３、インテグレータレンズ８４、平面ミラー８５に順次に入射し、平面ミラー８５で反射されて光路が変更された後、ワーク８６の表面に照射される。

以上の図８に示す露光装置は、ランプ１１のプラズマＰに対してレーザー光Ｌ１を照射してプラズマＰを高温化させることにより、プラズマＰの放射強度が高くなる。したがって、ワーク８６における放射照度が高いものとなり、処理時間を大幅に短縮することができ、また、大面積の被処理物に対する一括露光が可能となる。
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。

図９は、本発明の露光装置の他の実施形態の概略構成を示す。図９では、図１、８と共通する構成について、図１、８と同一符号を付すことにより説明は省略する。図９の露光装置２００は、光源１と、レーザー光照射機構９２と、光学素子９０とを備えて構成される。
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。

図９の露光装置２００は、ランプ１１から出射した光Ｌ２が、凹面反射鏡１２で反射されて光出射口１２１から出射するとともに、凹面反射鏡１２から出射した光Ｌ２の光路上に配置された平面反射鏡９１によって、凹面反射鏡１２から出射した光の進行方向とは異なる方向に反射され、光学素子９０を介して半導体基板或いは液晶基板などのワーク８６上に照射されるものである。

平面反射鏡９１は、凹面反射鏡１２の光出射口１２１から出射した光Ｌ２を光学素子９０の方向へ反射し、さらに、レーザー発振器２１からのレーザー光Ｌ１を凹面反射鏡１２の方向へ反射する機能を有する。平面反射鏡９１は、高屈折材料（例えば、ＴｉＯ_２：酸化チタン）からなる層と低屈折材料（例えば、ＳｉＯ_２：酸化シリコン）からなる層を交互に重ねることにより、膜厚と膜の総数が適宜に設定された誘電体多層膜からなる反射面が形成されている。

波長選択式反射鏡９４は、平面反射鏡９１により反射された光源１の光を透過する一方で、成形部材４３により成形されたリング状のレーザー光Ｌ１を、平面反射鏡９１の方向に反射する機能を有する。波長選択式反射鏡９４は、例えば、高屈折材料（例えば、ＴｉＯ_２：酸化チタン）からなる層と低屈折材料（例えば、ＳｉＯ_２：酸化シリコン）からなる層を交互に重ねることにより、膜厚と膜の総数が適宜に設定された誘電体多層膜からなる反射面が形成されている。

成形部材４３は、それぞれの頂部が対向して配置された一対のコーンレンズ４３１と４３２とにより構成される。コーンレンズ４３１と４３２は、それぞれの焦点が凹面反射鏡１２の第二焦点Ｆ２に概ね一致するように配置される。コーンレンズ４３１、４３２は、レーザー発振器２１およびビームエキスパンダー２２の光軸に対し直交する方向に伸びる光路上に配置される。成形部材４３は、図４、５と同様にして中抜き光（リング状のビーム）を形成する。

図９の露光装置２００においては、レーザー発振器２１から出射したレーザー光Ｌ１が、ビームエキスパンダー２２により所望のビーム径に調整され、所望のビーム径とされたレーザー光Ｌ１が平面反射鏡２５により、レーザー発振器２１およびビームエキスパンダー２２の光軸に概ね直交する方向に反射されて、成形部材４３により所望のリング状ビームに成形される。成形部材４３によりリング状に成形されたレーザー光は、波長選択式反射鏡９４により平面反射鏡９１の方向へ反射され、レンズ８３、アパーチャー８２および平面反射鏡９１を介して凹面反射鏡１２方向へ導かれ、ランプ１１における一対の電極間に形成されたプラズマＰに照射される。

そして、図９の露光装置２００によれば、成形部材４３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。

以上説明したように、本発明の光源装置によれば、レーザー光照射機構から出射したレーザー光を中抜き（リング）形状に成形する成形部材を備え、この成形部材によって中抜き（リング）形状に成形したレーザー光を凹面反射鏡の開口側から入射している。レーザー光の形状を所望の中抜き（リング）形状に成形する成形部材を使用することにより、光出射側に位置する封止部や発光部にレーザー光が照射されることを防止することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限らず、必要に応じて種々の設計変更が可能である。例えば、光源のランプは、ショートアーク型に限らず、ロングアーク型とすることもできる。
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。

１ 光源
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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