JP6953757B2 - Light irradiation device - Google Patents
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Description
本発明は、複数のLEDを用いた光照射装置に関する。 The present invention relates to a light irradiation device using a plurality of LEDs.
半導体や液晶の露光、その他の微細加工の分野においては、フォトリソグラフィの光源として、例えばメタルハライドランプ等の紫外線ランプを用いた露光技術が利用されている。
しかしながら、メタルハライドランプ等の紫外線ランプは、消灯後すぐに再点灯することが難しく、エネルギーロスが大きい、というデメリットがある。また、紫外線とともに発生する熱線により、被照射対象物が不所望に加熱されてしまう、という問題があった。
近年では、紫外線ランプの代替光源としてLEDを用いた光照射装置を備えた露光装置の開発が活発に行われている。
In the fields of semiconductor and liquid crystal exposure and other microfabrication fields, exposure technology using an ultraviolet lamp such as a metal halide lamp is used as a light source for photolithography.
However, ultraviolet lamps such as metal halide lamps have the disadvantage that it is difficult to turn them on again immediately after they are turned off, resulting in a large energy loss. In addition, there is a problem that the object to be irradiated is undesirably heated by the heat rays generated together with the ultraviolet rays.
In recent years, an exposure apparatus equipped with a light irradiation apparatus using an LED as an alternative light source for an ultraviolet lamp has been actively developed.
而して、紫外線ランプに代えてLEDを光源として用いる場合には、主に、以下に示す2つの問題がある。
第一に、紫外線ランプは、電極間に形成されるアークの輝点から高い放射量の光を得ることが可能であるが、LEDは一チップあたりの光放射量は小さい。このため、露光装置用の光源として用いるためには、多数のLEDを搭載した光源部が必要となる。しかしながら、各LEDの光放射出力には、LEDの個体差や、熱分布の影響などに起因するバラツキが生じやすい。さらには、一部のLEDが不点灯となることも考えられる。このような理由から、多数のLEDを搭載した光源部を備えた光照射装置においては、光照射面での照度を均一にすることが難しい。
Therefore, when an LED is used as a light source instead of an ultraviolet lamp, there are mainly the following two problems.
First, the ultraviolet lamp can obtain a high amount of light from the bright spot of the arc formed between the electrodes, but the LED has a small amount of light emission per chip. Therefore, in order to use it as a light source for an exposure apparatus, a light source unit equipped with a large number of LEDs is required. However, the light radiation output of each LED tends to vary due to individual differences of LEDs, the influence of heat distribution, and the like. Furthermore, it is conceivable that some LEDs will not light up. For this reason, it is difficult to make the illuminance on the light irradiation surface uniform in a light irradiation device provided with a light source unit equipped with a large number of LEDs.
また、第二に、同一平面上に複数のLEDが配置された光源部においては、各LEDからの光が光照射面へ出射される際、光照射面に対する視角が広がりやすい、という問題がある。視角が大きくなると、被照射対象物に対する光処理の処理精度が悪化する要因となる。特に、図8に示すように、被照射対象物の厚み方向(深さ方向)での光吸収の偏りが大きくなってしまう。図8における上下方向は被照射対象物の厚み方向を示し、左右方向は被照射対象物の面方向の位置を示す。また、Laは光吸収領域を示す。
ここでいう「視角」とは、図9に示されるように、光照射面LSにおける任意の位置からの光の有効入射角の拡がり幅を示すもので、図9における角度αのことである。本明細書においては、光照射面LSに入射される光線の入射角度強度分布(入射角度あたりの光の相対強度分布)をとった場合の半値半幅から実効的な視角が定められる。図9において、30は光源部、31はLEDである。
Secondly, in the light source unit in which a plurality of LEDs are arranged on the same plane, when the light from each LED is emitted to the light irradiation surface, there is a problem that the viewing angle with respect to the light irradiation surface tends to widen. .. When the viewing angle becomes large, it becomes a factor that the processing accuracy of the light treatment for the object to be irradiated deteriorates. In particular, as shown in FIG. 8, the bias of light absorption in the thickness direction (depth direction) of the object to be irradiated becomes large. In FIG. 8, the vertical direction indicates the thickness direction of the object to be irradiated, and the horizontal direction indicates the position of the object to be irradiated in the surface direction. In addition, La indicates a light absorption region.
As shown in FIG. 9, the “viewing angle” here indicates the spread width of the effective incident angle of light from an arbitrary position on the light irradiation surface LS, and is the angle α in FIG. In the present specification, the effective viewing angle is determined from the half width at half maximum when the incident angle intensity distribution (relative intensity distribution of light per incident angle) of the light beam incident on the light irradiation surface LS is taken. In FIG. 9, 30 is a light source unit and 31 is an LED.
上記2つの課題に対して、例えば特許文献1には、以下のような対策が講じられることが記載されている。図10Aは、LEDを用いた従来の光照射装置の一例における構成の概略を示す模式図である。
まず、上記第一の課題に対しては、複数のLED31が同一平面上に配置されてなる光源部30と、被照射対象物Wとの間の距離(実際には光源部30と被照射対象物Wの間に配置されるマスク45との間の距離、ワーキングディスタンス)WDを大きくすることが記載されている。これにより、各LED31から放射される光が混ざり合うことで、個々のLED31の光放射出力のバラツキが緩和(補償)されて光照射面LSにおける照度の均一性を向上させることができるとされている。
また、上記第二の課題に対しては、図10Bに示すように、アパーチャーアレイ40を光源部30に近接した位置に設けることが記載されている。これにより、各LED31から放射される光の開き角θが小さくなり、被照射対象物Wに対する光処理の空間分解能を上げることができるとされている。
For example, Patent Document 1 describes that the following measures are taken for the above two problems. FIG. 10A is a schematic diagram showing an outline of a configuration in an example of a conventional light irradiation device using an LED.
First, for the first problem, the distance between the
Further, with respect to the second problem, as shown in FIG. 10B, it is described that the
一方、例えば特許文献2には、上記2つの課題に対して、以下のような対策が講じられることが記載されている。図11は、LEDを用いた従来の光照射装置のさらに他の例における構成の概略を示す模式図である。
すなわち、各々、同一の基板32上に配置された複数のLED31と導光部35とよりなる複数のセグメント光源30aを基板32の面方向に並べて配置して光源部30を構成することが記載されている。これにより、各々のLED31から放射される光が導光部35の内面によって反射されることで混合されて光照射面LSにおける照度を均一化することができるとされている。
On the other hand, for example, Patent Document 2 describes that the following measures are taken for the above two problems. FIG. 11 is a schematic diagram showing an outline of a configuration in still another example of a conventional light irradiation device using an LED.
That is, it is described that a plurality of
しかしながら、特許文献1に記載の光照射装置においては、アパーチャーアレイ40等の光学部品を用いて開き角θを狭めると、各LED31の光は混ざり合いにくくなる(混光性が低い)。このため、光照射面での視角を狭めることはできるが、光照射面における照度の均一性を悪化させてしまう。この場合、照度の均一性を確保するためには、ワーキングディスタンスWDを非常に大きくする必要があり、装置の大型化を招くと共に、光の利用効率も低くなる。
However, in the light irradiation device described in Patent Document 1, if the opening angle θ is narrowed by using an optical component such as the
一方、特許文献2に記載の光照射装置においては、各LED31の光を複数回反射させる構造上の理由から、各セグメント光源30aにおけるLED31の数が限定されてしまう。従って、光照射面LSにおける照度の低下を回避するためには、多数のセグメント光源30aが必要となる。
さらにまた、セグメント光源30a毎に照度のバラツキがある場合には、それぞれセグメント光源30a毎にフィードバック制御部を設ける必要があり、光照射面LSにおける照度の均一化を図ることが困難(非常に煩雑化)となってしまう。
さらにまた、特許文献2に記載の光照射装置においては、LED31から放射される光の開き角は導光部35内で保存される。このため、光照射面LSでの視角を狭めることはできない。また、導光部35の開口から出射された光は、光照射面LSに達するまでの間に、広がりやすいため、光照射面LSにおける照度が低下してしまう。光照射面LSにおける照度の低下を防ぐためには、図11において二点鎖線で示すように、導光部35の開口端から被処理対象物Wまでの距離をWD1からWD2に小さくすることが考えられる。しかしながら、このような場合には、装置設計上の制約となってしまい、好ましくない。
On the other hand, in the light irradiation device described in Patent Document 2, the number of
Furthermore, if there is a variation in illuminance for each
Furthermore, in the light irradiation device described in Patent Document 2, the opening angle of the light emitted from the
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、複数のLEDを備えた光照射装置において、光照射面での視角を小さく抑制することができると共に高い照度の均一性を得ることのできる光照射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above circumstances, and in a light irradiation device provided with a plurality of LEDs, the viewing angle on the light irradiation surface can be suppressed to be small and high illuminance uniformity can be achieved. An object of the present invention is to provide a light irradiation device that can be obtained.
本発明の光照射装置は、互いに直交する3つの方向をx方向、y方向およびz方向としたとき、x方向およびy方向に延びる同一平面上において、各々光軸がz方向に延びる複数のLEDがx方向およびy方向に並んで配置されてなる光源部と、当該光源部からの光を反射する反射部とを備えた光照射装置において、
前記光源部におけるLED配置領域の中心位置を含むz方向に延びる軸を基準軸としたとき、当該基準軸を含むxz断面またはyz断面において、
前記反射部は、前記LED配置領域の幅(Wa)と前記反射部の開口幅(Wb)との比率をA(=Wa/Wb)としたとき、0.008≦A≦0.5の関係を満足するように、光出射方向前方に向かうに従って当該基準軸に対して外方に広がる形態を有しており、
当該反射部における前記光源部側に位置される端部位置と当該反射部の光出射側開口端縁の位置とを結ぶ第一仮想線の、z方向に対する傾斜角度をθ1 、当該基準軸上における各々のLEDの光出射面が位置される平面と同じz方向レベル位置と当該反射部の光出射側開口端縁の位置とを結ぶ第二仮想線の、当該基準軸に対する傾斜角度をθ2 としたとき、下記(1)および(2)の関係を満足することを特徴とする。
(1)15°≦θ1 ≦37.4°
(2)24.8°≦θ2 ≦41.2°,θ1 <θ2
In the light irradiation device of the present invention, when three directions orthogonal to each other are the x direction, the y direction, and the z direction, a plurality of LEDs whose optical axes extend in the z direction on the same plane extending in the x direction and the y direction. In a light irradiation device including a light source unit in which lights are arranged side by side in the x direction and the y direction, and a reflection unit that reflects light from the light source unit.
When the axis extending in the z direction including the center position of the LED arrangement region in the light source unit is used as the reference axis, the xz cross section or the yz cross section including the reference axis
The reflective portion has a relationship of 0.008 ≦ A ≦ 0.5 when the ratio of the width (Wa) of the LED arrangement area and the opening width (Wb) of the reflective portion is A (= Wa / Wb). It has a form that spreads outward with respect to the reference axis toward the front in the light emitting direction so as to satisfy the above .
The angle of inclination of the first virtual line connecting the position of the end of the reflection on the light source side and the position of the edge of the opening on the light emitting side of the reflection is θ 1 , on the reference axis. The inclination angle of the second virtual line connecting the same z-direction level position as the plane on which the light emitting surface of each LED is located and the position of the light emitting side opening edge of the reflecting portion with respect to the reference axis is θ 2. When, it is characterized in that the following relationships (1) and (2) are satisfied.
(1) 15 ° ≤ θ 1 ≤ 37.4 °
(2) 24.8 ° ≤ θ 2 ≤ 41.2 °, θ 1 <θ 2
本発明の光照射装置においては、前記光源部を構成する複数のLEDは、中心発光波長が異なる複数種類のものよりなることが好ましい。
さらにまた、本発明の光照射装置においては、前記反射部は、光拡散性反射面を有することが好ましい。
このような構成のものにおいては、前記反射部の拡散性反射面が、多数の平坦面によって構成されていることが好ましく、反射部の内面に形成されたディンプルによって構成されていることが一層好ましい。
さらにまた、本発明の光照射装置においては、前記反射部は、光出射側開口端の開口形状が多角形状であることが好ましい。
In the light irradiation device of the present invention, it is preferable that the plurality of LEDs constituting the light source unit are made of a plurality of types having different central emission wavelengths.
Furthermore, in the light irradiation device of the present invention, it is preferable that the reflecting portion has a light diffusing reflecting surface.
In such a configuration, the diffusive reflective surface of the reflective portion is preferably composed of a large number of flat surfaces, and more preferably composed of dimples formed on the inner surface of the reflective portion. ..
Furthermore, in the light irradiation device of the present invention, it is preferable that the reflecting portion has a polygonal opening shape at the light emitting side opening end.
本発明の光照射装置においては、LED配置領域の幅が反射部の開口幅に対して十分に小さく、光源部は複数のLEDが密に配置された構成とされている。しかも、反射部が特定の形態を有するものであることにより、LEDから反射部の開口を介して直接的に出射される光の出射角および反射部によって反射されて出射される反射光の出射角が規制される。このため、本発明の光照射装置によれば、光照射面での視角を小さく抑制することができると共に、各LEDからの光の混光性が高くなって光照射面における照度の均一性を高くすることができる。 In the light irradiation device of the present invention, the width of the LED arrangement area is sufficiently smaller than the opening width of the reflection portion, and the light source portion has a configuration in which a plurality of LEDs are densely arranged. Moreover, since the reflecting portion has a specific form, the emission angle of the light directly emitted from the LED through the opening of the reflecting portion and the emission angle of the reflected light reflected and emitted by the reflecting portion. Is regulated. Therefore, according to the light irradiation device of the present invention, the viewing angle on the light irradiation surface can be suppressed to be small, and the light mixing property of the light from each LED is increased to improve the uniformity of the illuminance on the light irradiation surface. Can be high.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1Aは、本発明の光照射装置の一例における構成の概略を示す斜視図である。図1Bは、図1Aに示す光照射装置におけるx方向およびz方向に延びる平面による断面図である。図2は、光源部の一例における構成の概略を示す平面図である。
この光照射装置は、複数のLED12が同一平面上に配置されてなる光源部10と、光源部10からの光を反射する反射部20とにより構成された光照射器1を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1A is a perspective view showing an outline of a configuration in an example of the light irradiation device of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a plane extending in the x-direction and the z-direction in the light irradiation device shown in FIG. 1A. FIG. 2 is a plan view showing an outline of the configuration in an example of the light source unit.
This light irradiation device includes a light irradiator 1 composed of a
光源部10は、一方向(図2において上下方向。以下、この方向を「y方向」という。)に長尺な基板11を有し、この基板11上に、例えばチップ状の複数のLED12が、基板11のy方向(長手方向)およびy方向に直交する方向(図2において左右方向。以下、この方向を「x方向」という。)に並んで配置されている。この例においては、y方向に隣接するLED12が互いにx方向にずれるように配置されることにより、基板11全体において、複数のLED12が千鳥状に配置されている。各々のLED12は、光軸がx方向およびy方向の各々に直交する方向(図2において紙面に垂直な方向。以下、この方向を「z方向」という。)に延びる姿勢で配置されている。図2において破線で示す領域はLED配置領域15であって、Oはその中心位置を示す。
The
LED12は、中心発光波長が互いに同一のものであっても、互いに異なるものであってもよいが、中心発光波長が異なる複数種のものが用いられることが好ましい。これにより、被照射対象物に対する処理を単一波長の光ではなく、複数の波長の光で行うことができる。例えば、厚膜レジストの硬化処理であれば、短波長の光で表面近傍を硬化させると共に、長波長の光で深部を硬化させることができ、結果として高分解能のレジスト硬化が可能となる。
The
反射部20は、例えば筒状の中空体により構成されており、光源部におけるLED配置領域の中心位置Oを含むz方向に延びる軸(以下、「基準軸」という。)Cを含む、x方向およびz方向に延びる仮想平面Fに関して対称な構造(図1Bにおいて左右対称)を有する。図示はしていないが、反射部20は、基準軸Cを含む、y方向およびz方向に延びる仮想平面に関しても対称な構造を有する。反射部20は、光出射側開口端の開口形状が多角形状とされていることが好ましい。このような構成とされることにより、複数の光照射器を隙間なく並べることができ、上記効果を確実に得ることができる。
The reflecting
而して、上記の光照射装置においては、反射部20は、基準軸Cを含むxz断面またはyz断面において、光射出方向前方に向かうに従って基準軸Cに対して外方に広がる形態を有しており、以下に示す関係(1)〜(3)を満足する構成とされている。
Thus, in the above-mentioned light irradiation device, the reflecting
関係(1):反射部20における光源部側の端部位置と反射部20の光出射側開口端縁の位置とを結ぶ第一仮想線の、z方向に対する傾斜角度をθ1 としたとき、15°≦θ1 ≦37.4°であること。
傾斜角度θ1 が過小である場合には、後述する比較例7および比較例17の結果に示されるように、光照射面での視角の大きさを小さく抑制することが困難となる。一方、傾斜角度θ1 が過大である場合には、後述する比較例10の結果に示されるように、光照射面での視角の大きさを小さく抑制することが困難となる。
Relationship (1): When the inclination angle of the first virtual line connecting the end position on the light source side of the
When the inclination angle θ 1 is too small, it becomes difficult to reduce the size of the viewing angle on the light irradiation surface, as shown in the results of Comparative Example 7 and Comparative Example 17 described later. On the other hand, when the inclination angle θ 1 is excessive, it becomes difficult to reduce the size of the viewing angle on the light irradiation surface, as shown in the result of Comparative Example 10 described later.
関係(2):基準軸C上における各々のLED12の光出射面が位置される平面と同じz方向レベル位置(以下、「基準点」という。)と反射部20の光出射側開口端縁の位置とを結ぶ第二仮想線の、基準軸Cに対する傾斜角度をθ2 としたとき、θ1 <θ2 であり、かつ、24.8°≦θ2 ≦41.2°であること。
傾斜角度θ2 が過小である場合には、光照射面での視角の大きさを小さく抑制することが困難となる。後述する比較例4および比較例5の結果に示されるように、θ1 の値が小さくなると、視角が大きくなっていることから、θ1 についての関係(1)を満足する構成のものを想定した場合には、比較例4に係る光照射装置よりも視角の大きさが小さくなるが、実施例の各々に係る視角の大きさよりは大きくなることが予想される。一方、傾斜角度θ2 が過大である場合には、後述する比較例12および比較例15の結果に示されるように、光照射面での視角の大きさを小さく抑制することが困難となると共に十分に高い照度均一度を得ることが困難となる。
Relationship (2): The same z-direction level position (hereinafter referred to as "reference point") as the plane on which the light emitting surface of each
If the tilt angle θ 2 is too small, it becomes difficult to reduce the size of the viewing angle on the light irradiation surface. As shown in the results of Comparative Example 4 and Comparative Example 5 described later, the viewing angle increases as the value of θ 1 decreases, so it is assumed that the configuration satisfies the relationship (1) with respect to θ 1. In this case, the size of the viewing angle is smaller than that of the light irradiation device according to Comparative Example 4, but it is expected to be larger than the size of the viewing angle according to each of the examples. On the other hand, when the inclination angle θ 2 is excessive, as shown in the results of Comparative Example 12 and Comparative Example 15 described later, it becomes difficult to reduce the size of the viewing angle on the light irradiation surface. It becomes difficult to obtain sufficiently high illuminance uniformity.
関係(3):光源部10におけるLED配置領域15の幅(Wa)と反射部20の開口幅(Wb)との比率をA(=Wa/Wb)としたとき、0.008≦A≦0.5であること。
比率Aが過小である場合には、後述する比較例19および比較例20の結果並びに図7に示されるように、光照射面において十分に高い照度を得ることが困難となる。一方、比率Aが過大である場合には、図7に示されるように、十分に高い照度均一度を得ることが困難となる。
Relationship (3): When the ratio of the width (Wa) of the
When the ratio A is too small, it becomes difficult to obtain a sufficiently high illuminance on the light irradiation surface as shown in the results of Comparative Examples 19 and 20 and FIG. 7 which will be described later. On the other hand, when the ratio A is excessive, it becomes difficult to obtain a sufficiently high illuminance uniformity as shown in FIG.
この例における反射部20は、x方向において互いに対向する一対の第一ミラー素子21と、y方向において互いに対向する一対の第二ミラー素子25とを備えており、全体が略四角錐台形とされた筒状ミラーにより構成されている。
The reflecting
第一ミラー素子21は、図3に示すように、基準軸Cを含むxz断面において、z方向に対して傾斜して延びる平板状の第一傾斜面部22および第一傾斜面部22の下端に連続してz方向に対して傾斜して延びる平板状の第二傾斜面部23を有する。そして、第一傾斜面部22および第二傾斜面部23の各々のz方向に対する傾斜角度は、上記関係(1)〜(3)を満足する状態で、互いに異なる大きさに設定されている。
As shown in FIG. 3, the
すなわち、光源部10のLED配置面10aと同じz方向レベル位置に位置された第一ミラー素子21における第一傾斜面部22の上端位置βと第二傾斜面部23の下端位置(反射部20の光出射側開口端縁の位置)γとを結ぶ第一仮想線L1の、z方向に対する傾斜角度θ1 が15°≦θ1 ≦37.4°を満たす大きさとされている。また、基準点δと第二傾斜面部23の下端位置(反射部20の光出射側開口端縁の位置)γとを結ぶ第二仮想線L2の、基準軸C(z方向)に対する傾斜角度θ2 が、θ1 <θ2 であり、かつ、24.8°≦θ2 ≦41.2を満たす大きさとされている。さらに、光源部10におけるLED配置領域15の幅(図3においてはx方向寸法)Waと、反射部20のx方向における開口幅Wbとの比率A(=Wa/Wb)が、0.008≦A≦0.5を満たす大きさとされている。
That is, the upper end position β of the first
傾斜角度θ1 および傾斜角度θ2 の大きさは、上記(1)〜(3)の関係を満足する範囲内において、光照射面LSでの視角が40°以下、より好ましくは30°以下となるよう、設定されることが好ましい。
視角が例えば40°以下である場合には、図4に示すように、被照射対象物の厚み方向(深さ方向)での光吸収の偏りを小さく抑制することができて、光処理の処理精度を高くすることができる。図4における上下方向は被照射対象物の厚み方向を示し、左右方向は被照射対象物の面方向の位置を示す。また、Laは光吸収領域を示す。
The magnitudes of the tilt angle θ 1 and the tilt angle θ 2 are such that the viewing angle on the light irradiation surface LS is 40 ° or less, more preferably 30 ° or less, within the range satisfying the above relationships (1) to (3). It is preferable that it is set so as to be.
When the viewing angle is, for example, 40 ° or less, as shown in FIG. 4, the bias of light absorption in the thickness direction (depth direction) of the object to be irradiated can be suppressed to be small, and the light treatment process can be performed. The accuracy can be increased. In FIG. 4, the vertical direction indicates the thickness direction of the object to be irradiated, and the horizontal direction indicates the position of the object to be irradiated in the surface direction. In addition, La indicates a light absorption region.
第一ミラー素子21の内面21a、すなわち第一傾斜面部22の内面および第二傾斜面部23の内面は、LED12からの光の一部(放射角の大きい光)を反射する反射面を構成するが、第一傾斜面部22の内面および第二傾斜面部23の内面は、拡散反射面とされていることが好ましい。第一ミラー素子21の内面21aが拡散反射面とされていることにより、照射距離(ワークディスタンスWD)が小さい場合であっても、光照射面LSにおける照度の均一性を向上させることができ、高い照度を維持しやすくなる。
The
拡散反射面は、例えば、第一ミラー素子21の内面21aにディンプル加工を施してディンプルを形成することなどにより形成することができる。このような構成とされていることにより、光の混光性を高くすることができて光照射面での照度均一度を高くすることができる。また、拡散性反射面は、例えば、拡散体を設けることや、第一ミラー素子21の内面21aを多数の平坦面によって構成することによって形成されていてもよく、このような場合であっても、光の混光性を高くすることができる。
The diffuse reflection surface can be formed, for example, by subjecting the
第二ミラー素子25は、例えば、z方向に対して傾斜して延びる平面状ミラーにより構成されている。第二ミラー素子25の内面についても同様に、拡散反射面とされていることが好ましい。
The
而して、上記の光照射装置においては、基準軸Cを含むxz断面において、光源部10におけるLED配置領域15の幅Waが反射部20の開口幅Wbに対して十分に小さく、光源部10は複数のLED12が密に配置された構成とされている。しかも、反射部20が特定の形態を有するものであることにより、LED12から反射部20の開口を介して直接的に出射される光の出射角および反射部20によって反射されて出射される反射光の出射角が規制される。すなわち、光源部10から光照射面LSへ直接的に出射される光は、放射角が小さい一部の光に大きく規制されることになる。一方、LED12からの放射角が大きな光は、反射部20で反射されて間接的に光照射面LSに向かって出射される。然るに、第一ミラー素子21の内面21aによって、x方向における基準軸C方向に向かって反射されるため、反射光の出射角は小さく抑制されることとなる。
従って、上記の光照射装置によれば、後述する実施例の結果に示されるように、光照射面LSでの視角を小さく抑制することができる。また、上記の光照射装置によれば、各LED12からの光の混光性が高くなる。このため、LEDの光放射出力のバラツキや、任意のLEDの経時的な光量減少などといった不具合が生じた場合であっても、光照射面LSにおいて各LED12からの光が重畳されて互いに補償し合うことにより、光照射面LSにおける照度の均一性を高くすることができると共に、安定性の高い光照射を行うことができる。
Thus, in the above-mentioned light irradiation device, the width Wa of the
Therefore, according to the above-mentioned light irradiation device, as shown in the results of Examples described later, the viewing angle on the light irradiation surface LS can be suppressed to be small. Further, according to the above-mentioned light irradiation device, the light mixing property of the light from each
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、反射部は、上記(1)〜(3)の関係を満足するものであれば、上記実施の形態に係る構成のものに限定されない。例えば、反射部を構成する第一ミラー素子はz方向に対する傾斜角度が互いに異なる複数の傾斜面部を有する構成とされている必要はない。
さらにまた、反射部は、光源部側の端部が光源部と同じz方向レベル位置に位置された状態で配置されている必要はなく、光源部より光出射方向前方側に配置されていてもよい。
さらにまた、本発明の光照射装置においては、複数個の光照射器を備えた構成とされていてもよい。このような構成のものにおいては、上述のように、光照射器における反射部の光出射側開口端の開口形状が多角形状とされることにより光照射器を隙間なく並べることができ、上記効果を確実に得ることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
For example, the reflecting portion is not limited to the one having the configuration according to the above embodiment as long as it satisfies the above relationships (1) to (3). For example, the first mirror element constituting the reflecting portion does not need to have a configuration having a plurality of inclined surface portions having different inclination angles with respect to the z direction.
Furthermore, the reflecting portion does not have to be arranged in a state where the end portion on the light source portion side is located at the same z-direction level position as the light source portion, and even if the reflecting portion is arranged on the front side in the light emitting direction from the light source portion. good.
Furthermore, the light irradiator of the present invention may be configured to include a plurality of light irradiators. In such a configuration, as described above, since the opening shape of the light emitting side opening end of the reflecting portion in the light irradiator is polygonal, the light irradiators can be arranged without a gap, and the above effect. Can be surely obtained.
以上のような光照射装置は、例えばフォトリソグラフィによる半導体基板や液晶基板の露光およびその他の微細加工に用いられる露光装置などの光源として好適に用いることができる。 The light irradiation device as described above can be suitably used as a light source of, for example, an exposure device used for exposure of a semiconductor substrate or a liquid crystal substrate by photolithography and other microfabrication.
図5は、本発明の光照射装置が適用されたコンタクト露光装置の一例における構成を概略的に示す図である。
このコンタクト露光装置(以下、単に「露光装置」という。)は、露光光(例えば紫外光)をフォトマスクMを介して被照射対象物(以下、「ワーク」ともいう。)Wに照射する、例えば図1に示す光照射器1を備えた光照射装置により構成された光照射部5と、ワークWに露光(転写)するパターンが形成されたフォトマスクMを保持するマスクステージ50と、ワークWを保持するワークステージ55と、ワークステージ55に保持されたワークWとフォトマスクMとの位置合わせを行うためのアライメント機構60と、ワークWを搬送するワーク搬送機構と、装置の各動作を制御する制御部(不図示)とを備えている。ワークWとしては、例えばプリント基板、半導体基板、液晶基板といった基板材料を例示することができる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration in an example of a contact exposure apparatus to which the light irradiation apparatus of the present invention is applied.
This contact exposure apparatus (hereinafter, simply referred to as “exposure apparatus”) irradiates an object to be irradiated (hereinafter, also referred to as “work”) W with exposure light (for example, ultraviolet light) via a photomask M. For example, a
マスクステージ50は、フォトマスクMの上面における周縁部を例えば真空吸着により保持するマスク保持手段(図示せず)を備えている。
なお、マスクステージ50は、適宜のステージ駆動機構(図示せず)によって、ワークステージ55のワーク載置面に沿った水平面内でXYθ方向に移動可能に構成されていてもよい。
The
The
ワークステージ55には、平坦なワーク載置面上に載置されたワークWを例えば真空吸着により保持するワーク保持手段(不図示)が設けられている。
ワークステージ55は、ステージ駆動機構56によって、XYZθ方向(ワーク載置面に沿った面方向、高さ方向およびワーク載置面に垂直な軸を中心とした回転方向)に移動可能に構成されている。ステージ駆動機構56は、例えばXYθステージ57と、昇降ステージ(Zステージ)58とを備えている。
The
The
アライメント機構60は、フォトマスクMに形成されたマスク・アライメントマークAmと、ワークWに形成されたワーク・アライメントマークAwを同時に検出するアライメントマーク検出手段61と、アライメントマーク検出手段61を光照射部5とマスクステージ50との間の位置に挿入または当該位置から退避させる移動機構(図示せず)とを備えている。アライメントマーク検出手段61としては、例えばCCDカメラのような撮像装置を用いることができる。
The
ワーク搬送機構は、露光処理前のワークWを搬入する搬入側搬送機構65aと、露光処理が終わったワークWを搬出する搬出側搬送機構65bとを備えている。搬入側搬送機構65aおよび搬出側搬送機構65bは、例えば、水平面内において互いに平行にワークWの搬送方向と直交する方向に延びる複数のコンベア軸66の各々に回転自在に設けられた複数個のローラ67を備えたローラコンベアにより構成されている。
また、ワーク搬送機構は、搬入側搬送機構65aにおけるコンベア上のワークWをワークステージ55上に移載する搬入側移載機構70a、および、露光処理後のワークWをワークステージ55上から搬出側搬送機構65bのコンベア上に移載する搬出側移載機構70bを備えている。搬入側移載機構70aおよび搬出側移載機構70bは、例えばワークWを吸着保持する移載アーム71を備えており、当該移載アーム71は、ワークステージ55とマスクステージ50との間の位置に挿入退避可能に設けられている。
The work transfer mechanism includes a carry-in
Further, the work transfer mechanism includes the carry-in
上記の露光装置において、ワークWの露光処理は次のように行われる。
先ず、搬入側搬送機構65aによって装置内に搬入されたワークWが搬入側移載機構70aによってワークステージ55上に移載される。すなわち、コンベア上のワークWが移載アーム71よって吸着保持された後、移載アーム71がワークWを保持した状態で水平方向に移動されてワークステージ55の上方に位置される。この状態において、移載アーム71によるワークWの吸着保持が解除されることによりワークWがワークステージ55上に載置される。その後、移載アーム71は所定位置に退避される。ワークステージ55上に載置されたワークWは、ワークステージ55に設けられたワーク保持手段によって例えば吸着保持される。
In the above exposure apparatus, the exposure process of the work W is performed as follows.
First, the work W carried into the apparatus by the carry-in
次いで、アライメントマーク検出手段61によって、フォトマスクMにおけるマスク・アライメントマークAmと、ワークWにおけるワーク・アライメントマークAwとが検出される。これにより、ワークステージ55上のワークWの位置情報と、マスクステージ50に保持されたフォトマスクMの位置情報とが取得され、当該位置情報に基づいて、ワークステージ上のワークWとフォトマスクMとの位置合わせが行われる。すなわち、制御部は、X方向、Y方向およびθ方向のアライメント量を、検出された位置情報に基づいて、設定し、当該アライメント量に応じて、例えばステージ駆動機構56を構成するXYθステージ57を移動させる。これにより、ワークWとフォトマスクMとの位置合わせが行われる。ここに、ワークWとフォトマスクMの位置合わせは、ワークステージ55およびマスクステージ50の一方が他方に対して相対的に移動されて行われればよく、従って、マスクステージ50が設定されたアライメント量に従って駆動されてもよい。
Next, the alignment
フォトマスクMとワークWとの位置合せが終了した後、図6に示すように、ステージ駆動機構56を構成する昇降ステージ58によってワークステージ55が上昇されてワークWの表面がマスクMに密着した状態とされる。この状態において、光照射部5からの露光光(例えばUV光、図6において白抜きの矢印で示す。)がマスクステージ50に保持されたフォトマスクMを介してワークステージ55上のワークWの表面に照射され、これにより、フォトマスクMに形成されたパターンがワークWに露光(転写)される。
ワークWに対する露光処理が終了すると、ステージ駆動機構56を構成する昇降ステージ58によってワークステージ55が下降され、搬出側移載機構70bによって、ワークステージ55上のワークWが搬出側搬送機構65bにおけるコンベア上に移載される。そして、搬出側搬送機構65bによって、ワークWが装置外部に搬出される。
After the alignment between the photomask M and the work W is completed, as shown in FIG. 6, the
When the exposure process for the work W is completed, the
而して、上記の露光装置によれば、光照射部5を構成する上記の光照射装置が、光照射面において照度の高い均一性が得られるものであるため、ワークWの露光処理を処理ムラを生じさせることなく、高い解像度で行うことができる。
Therefore, according to the above-mentioned exposure device, since the above-mentioned light irradiation device constituting the
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Specific examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
〈実施例1〜10,比較例1〜22〉
図1Aおよび図1Bに示す構成に従い、下記表1に示す仕様を有する本発明に係る光照射装置を製作した。また、下記表2に示す仕様を有する比較用の光照射装置を製作した。
各々の光照射装置において、光源部は、図2に示すように、LED配置領域において、約2000個のLEDがx方向およびy方向に並ぶよう配置されて構成されている。各々のLEDは、光放射角が60°であるものである。LED配置領域は、x方向の寸法(Wa)が下記表1および表2に示す大きさであって、y方向の寸法が360mmである。また、表1における「LED配列」において、「10列」とは、図2においてx方向に並ぶLEDの数が10個であることを示し、「n並列」とは、10列のLED配列を一のLED群としたとき、図2においてx方向に並ぶLED群の数がn個であることを示す。
反射部を構成する第一ミラー素子および第二ミラー素子の各々の内面には、ハンマーパターンあるいはスタッコパターンが設けられ、拡散反射面とされている。
<Examples 1 to 10, Comparative Examples 1 to 22>
According to the configurations shown in FIGS. 1A and 1B, a light irradiation device according to the present invention having the specifications shown in Table 1 below was manufactured. In addition, a light irradiation device for comparison having the specifications shown in Table 2 below was manufactured.
In each light irradiation device, as shown in FIG. 2, the light source unit is configured such that about 2000 LEDs are arranged in the x direction and the y direction in the LED arrangement area. Each LED has a light emission angle of 60 °. The LED arrangement area has a dimension (Wa) in the x direction as shown in Tables 1 and 2 below, and a dimension in the y direction is 360 mm. Further, in the "LED arrangement" in Table 1, "10 rows" means that the number of LEDs arranged in the x direction in FIG. 2 is 10, and "n parallel" means 10 rows of LED arrangements. When one LED group is used, it is shown that the number of LED groups arranged in the x direction in FIG. 2 is n.
A hammer pattern or a stucco pattern is provided on the inner surface of each of the first mirror element and the second mirror element constituting the reflecting portion to form a diffuse reflection surface.
実施例1〜実施例10および比較例1〜比較例22に係る光照射装置の各々について、反射部の光出射側開口端面からz方向に374mm離れた位置に配置された光照射面での視角を求めると共に、当該光照射面における照度均一性を調べた。以下に定義される視角が40°以下、照度均一度が75%以上、照度が20mW/cm2 以上である場合を「○」、視角、照度均一度および照度のいずれか一でも当該評価基準を満足しない場合を「×」として評価した。また、視角が30°以下、照度均一度が80%以上、照度が30mW/cm2 以上である場合を「◎」として評価した。結果を下記表1および表2に示す。 For each of the light irradiation devices according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 22, the viewing angle on the light irradiation surface arranged at a position 374 mm away from the light emitting side opening end surface of the reflecting portion in the z direction. And investigated the illuminance uniformity on the light-irradiated surface. When the viewing angle defined below is 40 ° or less, the illuminance uniformity is 75% or more, and the illuminance is 20 mW / cm 2 or more, "○" is used. The case of dissatisfaction was evaluated as "x". Further, the case where the viewing angle was 30 ° or less, the illuminance uniformity was 80% or more, and the illuminance was 30 mW / cm 2 or more was evaluated as “⊚”. The results are shown in Tables 1 and 2 below.
光照射面における入射角度強度分布の半値半幅から実効視角を求め、この値を光照射面での視角とした。
照度は、光照射面における複数の測定箇所において測定された照度の平均値である。
照度均一度は、光照射面における複数の測定箇所において測定された照度の平均値をEa、複数の測定箇所の各々における照度分布幅をΔEとしたとき、(式)(Ea−ΔE)/Ea〔%〕により定義される。
The effective viewing angle was obtained from the half width of the incident angle intensity distribution on the light irradiation surface, and this value was used as the viewing angle on the light irradiation surface.
The illuminance is an average value of the illuminance measured at a plurality of measurement points on the light irradiation surface.
The illuminance uniformity is determined by (Equation) (Ea-ΔE) / Ea when the average value of the illuminance measured at a plurality of measurement points on the light irradiation surface is Ea and the illuminance distribution width at each of the plurality of measurement points is ΔE. Defined by [%].
この結果から明らかなように、実施例1〜実施例10に係る光照射装置においては、光照射面での視角を小さく抑制することができ、光照射面において十分に高い照度が得られ、かつ照度の高い均一性が得られることが確認された。 As is clear from this result, in the light irradiation devices according to Examples 1 to 10, the viewing angle on the light irradiation surface can be suppressed to be small, and sufficiently high illuminance can be obtained on the light irradiation surface. It was confirmed that high uniformity of illuminance could be obtained.
また、θ2 を任意の大きさに設定した複数の光照射装置の各々について、比率Aの大きさと照度均一度との関係を調べた。結果を図7に示す。図7に示す曲線(A)〜(F)は、θ2 の値をそれぞれ、21.7°、29.9°、34.8°、41.2°、48.9°、57.9°とした光照射装置の結果を示す。曲線(G)は、比率Aの大きさと照度値との関係を示す。
図7に示す結果より明らかなように、比率Aの値が高くなるほど、照度均一度は低下する傾向にあり、特に比率Aの値が0.5を超える範囲では、照度均一度(混光性)の悪化が著しいことが確認された。また、比率Aの値が0.008を下回ると、照度値が著しく低下してしまうことが確認された。よって、照度均一度および照度の観点からは、比率Aが上記の(3)の関係を満たすこと(0.008≦A≦0.5)により、光照射面において十分に高い照度が得られ、しかも高い照度均一度が得られることが確認された。
In addition, the relationship between the size of the ratio A and the illuminance uniformity was investigated for each of the plurality of light irradiation devices in which θ 2 was set to an arbitrary size. The results are shown in FIG. The curves (A) to (F) shown in FIG. 7 show the values of θ 2 at 21.7 °, 29.9 °, 34.8 °, 41.2 °, 48.9 °, and 57.9 °, respectively. The result of the light irradiation device is shown. The curve (G) shows the relationship between the magnitude of the ratio A and the illuminance value.
As is clear from the results shown in FIG. 7, the higher the value of the ratio A, the lower the illuminance uniformity tends to be. Especially in the range where the value of the ratio A exceeds 0.5, the illuminance uniformity (light mixing property). ) Was confirmed to be significantly worse. Further, it was confirmed that when the value of the ratio A was less than 0.008, the illuminance value was remarkably lowered. Therefore, from the viewpoint of illuminance uniformity and illuminance, when the ratio A satisfies the above relationship (3) (0.008 ≦ A ≦ 0.5), a sufficiently high illuminance can be obtained on the light irradiation surface. Moreover, it was confirmed that high illuminance uniformity can be obtained.
1 光照射器
5 光照射部
10 光源部
10a LED配置面
11 基板
12 LED
15 LED配置領域
20 反射部
21 第一ミラー素子
21a 内面(反射面)
22 第一傾斜面部
23 第二傾斜面部
25 第二ミラー素子
30 光源部
30a セグメント光源
31 LED
32 基板
35 導光部
40 アパーチャーアレイ
45 マスク
50 マスクステージ
55 ワークステージ
56 ステージ駆動機構
57 XYθステージ
58 昇降ステージ
60 アライメント機構
61 アライメントマーク検出手段
65a 搬入側搬送機構
65b 搬出側搬送機構
66 コンベア軸
67 ローラ
70a 搬入側移載機構
70b 搬出側移載機構
71 移載アーム
Am マスク・アライメントマーク
Aw ワーク・アライメントマーク
C 基準軸
F 仮想平面
LS 光照射面
M フォトマスク
O LED配置領域の中心位置
W 被照射対象物(ワーク)
1
15
22 First inclined
32
Claims (6)
前記光源部におけるLED配置領域の中心位置を含むz方向に延びる軸を基準軸としたとき、当該基準軸を含むxz断面またはyz断面において、
前記反射部は、前記LED配置領域の幅(Wa)と前記反射部の開口幅(Wb)との比率をA(=Wa/Wb)としたとき、0.008≦A≦0.5の関係を満足するように、光出射方向前方に向かうに従って当該基準軸に対して外方に広がる形態を有しており、
当該反射部における前記光源部側に位置される端部位置と当該反射部の光出射側開口端縁の位置とを結ぶ第一仮想線の、z方向に対する傾斜角度をθ1 、当該基準軸上における各々のLEDの光出射面が位置される平面と同じz方向レベル位置と当該反射部の光出射側開口端縁の位置とを結ぶ第二仮想線の、当該基準軸に対する傾斜角度をθ2 としたとき、下記(1)および(2)の関係を満足することを特徴とする光照射装置。
(1)15°≦θ1 ≦37.4°
(2)24.8°≦θ2 ≦41.2°,θ1 <θ2 When the three directions orthogonal to each other are the x direction, the y direction, and the z direction, a plurality of LEDs whose optical axes extend in the z direction are arranged in the x direction and the y direction on the same plane extending in the x direction and the y direction. In a light irradiation device including a light source unit arranged in and a reflection unit that reflects light from the light source unit.
When the axis extending in the z direction including the center position of the LED arrangement region in the light source unit is used as the reference axis, the xz cross section or the yz cross section including the reference axis
The reflective portion has a relationship of 0.008 ≦ A ≦ 0.5 when the ratio of the width (Wa) of the LED arrangement area and the opening width (Wb) of the reflective portion is A (= Wa / Wb). It has a form that spreads outward with respect to the reference axis toward the front in the light emitting direction so as to satisfy the above .
The angle of inclination of the first virtual line connecting the position of the end of the reflection on the light source side and the position of the edge of the light emitting side opening of the reflection is θ 1 on the reference axis. The inclination angle of the second virtual line connecting the same z-direction level position as the plane on which the light emitting surface of each LED is located and the position of the light emitting side opening edge of the reflecting portion with respect to the reference axis is θ 2. When the light irradiation device is used, the light irradiation device satisfies the following relationships (1) and (2).
(1) 15 ° ≤ θ 1 ≤ 37.4 °
(2) 24.8 ° ≤ θ 2 ≤ 41.2 °, θ 1 <θ 2
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