JPH11260705A

JPH11260705A - 露光装置

Info

Publication number: JPH11260705A
Application number: JP10073270A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Shimomura; 一郎下村; Susumu Oishi; 進大石
Original assignee: DAINIPPON KAKEN KK
Current assignee: DAINIPPON KAKEN KK
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】光源からの光を有効に矩形状の光照射領域に
照射することができる露光装置を提供することを目的と
する。【解決手段】露光装置は、基板１８にフォトマスク１
７を介して光を照射することによりパターン露光を行う
ためのものであり、各々対をなす光源１２ａ、１２ｂお
よび楕円鏡１３ａ、１３ｂと、複合レンズ６と、コリメ
ートミラー１６とを備える。複合レンズ６を構成する各
レンズユニット３は、露光を行うべき基板１８の外形に
ほぼ対応させて、その縦横比が６対１０の矩形状の外形
を有する。また、各々２個の光源１２ａ、１２ｂおよび
楕円鏡１３ａ、１３ｂは、各レンズユニット３の長辺方
向に沿って配置されている。そして、光源１２ａ、１２
ｂからの光を集光した楕円鏡１３ａ、１３ｂの像１ａ、
１ｂは、各レンズユニット３内に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＰＤＰ（プラズ
マ・ディスプレイ・パネル）用ガラス基板、液晶表示パ
ネル用ガラス基板、半導体製造装置用マスク基板あるい
はプリント基板等の基板などの光被照射物に対して、そ
の照度分布を均一にした光を照射するための露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば基板に対してパターンを焼
き付けるために使用される露光装置においては、露光領
域全域において均一な照度分布を得るため、超高圧水銀
灯等の光源から出射され楕円鏡により集光されたた光
を、フライアイレンズと呼称される複合レンズを介して
基板上に照射する光学系が採用されている。

【０００３】このような光学系においては、光源から出
射された光は、複合レンズを構成する複数のレンズユニ
ットを介して露光領域方向に照射される。そして、各レ
ンズユニットを通過した光が互いに重複する領域に基板
を配置せしめることにより、基板全面において均一な照
度分布を得ることが可能となる。

【０００４】図５は、このような複合レンズ６の一例を
示す平面図である。この複合レンズ６は、矩形状のレン
ズユニット３を縦横方向に並列配置することにより構成
したものである。すなわち、この複合レンズ６は、７行
５列に配置されたレンズユニット３から構成されてい
る。そして、この複合レンズ６の外形は、矩形状のレン
ズユニット３の外形と相似形をなす。

【０００５】なお、各レンズユニット３は、その光軸を
一致させた状態で互いに近接配置された２枚の矩形状の
レンズ４を有する。そして、このレンズユニット３を構
成するレンズ４は、図６に示すように、円形のレンズ５
からその外周部（ハッチングを付した部分）を削除する
ことにより、矩形状に形成されたものである。

【０００６】光源から出射された光は、このようなレン
ズユニット３から構成された複合レンズ６を通過するこ
とにより、複合レンズ６の外形（すなわち、各レンズユ
ニット３の外形）と相似形の領域に照射されることにな
る。このため、複合レンズ６の外形（すなわち、各レン
ズユニット３の外形）を必要な光照射領域に対応する形
状とすることにより、光源からの光を効率的に光照射領
域全域に照射することが可能となる。

【０００７】ところで、このような光学系において、光
源からの光を効率的に光照射領域に導くためには、図７
に示すように、光源からの光を集光した楕円鏡の像１
が、可能な限り各レンズユニット３内に形成されるよう
にすることが好ましい。また、特に複合レンズ６の中央
部に位置するレンズユニット３に着目した場合において
は、このレンズユニット３の光軸と楕円鏡の像１の中心
とが一致した状態で、楕円鏡の像１がレンズユニット３
内に配置される必要がある。この楕円鏡の像１の一部が
各レンズユニット３内に配置されない場合においては、
その部分に対応した光量が各レンズユニット３を通過せ
ず、光照射領域に到達しないことから、光量の一部が損
失するためである。

【０００８】なお、図７においては、各レンズユニット
３を構成する２枚のレンズ４のうち、出口側のレンズ４
を示している。

【０００９】また、この場合において、複合レンズ６を
構成する各レンズユニット３のうち複合レンズの端部に
配置されたレンズユニット３においては、画角の広がり
に伴って楕円鏡の像１の位置がいずれかの方向に移動す
るため、楕円鏡の像１は、各レンズユニット３内に余裕
を持って収容される大きさとなっていることが好まし
い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年の基板の大サイズ
化に伴い、光照射領域もより大きくする必要が生じてい
る。そして、この光照射領域の大型化に伴って、露光に
必要な照度が得られないという問題が生じている。

【００１１】このため、光源としてより高出力のものを
使用することが考えられる。しかしながら、この種の露
光装置において一般的に使用される超高圧水銀灯におい
ては、そのアーク間距離は出力の増加に対応して大きく
なることから、超高圧水銀灯自体が大きくなり、これに
伴って、超高圧水銀灯から出射される光を集光するため
の楕円鏡も大型化する。

【００１２】このように、楕円鏡が大型化した場合にお
いては、図７に示すように、その楕円鏡の像２も大型化
し、この楕円鏡の像２の一部が各レンズユニット３内に
配置されないことになる。そして、楕円鏡の像２におけ
る各レンズユニット３内に配置されない領域に対応する
光は、各レンズユニット３を通過せず、光照射領域に到
達しないことから、高出力の超高圧水銀灯を使用して
も、その一部の光量が無駄になってしまう。

【００１３】このような問題は、超高圧水銀灯に限ら
ず、他の光源においても同様に生じる問題である。

【００１４】このような問題に対応するため、複合レン
ズ６を構成する各レンズユニット３のサイズを大きくす
ることも考えられる。しかしながら、複合レンズ６を構
成する各レンズユニット３を大型化した場合には、複合
レンズ６自体の外形が大型化する。このため、この複合
レンズ６の基板に対するコリメーション角も大きくな
り、このような光学系を使用した露光装置の解像度が低
下してしまう。

【００１５】一方、複合レンズ６の外形の大型化を防止
するため、複合レンズ６の分割数を減少（例えば、図５
に示す７行５列を５行３列に変更）させた場合には、光
照射領域における照度分布が低下してしまう。

【００１６】また、複合レンズ６を構成する各レンズユ
ニット３において、互いに近接して配置された２枚のレ
ンズ４の距離を変更することにより、楕円鏡からの光が
各レンズユニットを通過するように調整することも不可
能ではないが、この場合においては、複合レンズを通過
した後の光が必要な光照射領域を越えて過度に拡散する
ため、やはり、超高圧水銀灯における一部の光量が無駄
になってしまう。

【００１７】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたものであり、光源からの光を有効に矩形状の光照射
領域に照射することができる露光装置を提供することを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、光源から出射された光を複合レンズを介して矩形状
の光被照射物に照射する露光装置において、前記光被照
射物を照射するための矩形状の光照射領域に対応する矩
形状のレンズユニットを、縦横方向に複数個並列配置す
ることにより構成された複合レンズと、前記複合レンズ
を構成する矩形状の各レンズユニットの長辺方向に沿っ
て配置された複数の光源と、前記複数の光源に各々対応
して配設され、前記複数の光源から出射される光を前記
複合レンズに集光する複数の楕円鏡とを備えたことを特
徴とする。

【００１９】請求項２に記載の発明は、光源から出射さ
れた光を複合レンズを介して矩形状の光被照射物に照射
する露光装置において、前記光被照射物を照射するため
のその縦横比が略１対２の矩形状の光照射領域に対応す
るその縦横比が略１対２の矩形状のレンズユニットを、
縦横方向に複数個並列配置することにより構成された複
合レンズと、前記複合レンズを構成する矩形状の各レン
ズユニットの長辺方向に沿って配置された２個の光源
と、前記２個の光源に各々対応して配設され、前記２個
の光源から出射される光を前記複合レンズに集光する２
個の楕円鏡とを備えたことを特徴とする。

【００２０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、前記光照射領域および前記レンズユニ
ットは、その縦横比が４対１０乃至７対１０となるよう
構成されている。

【００２１】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３いずれかに記載の発明において、前記光被照射物
における前記複合レンズ側の表面にパターン板を近接配
置するとともに、当該パターン板と前記複合レンズとの
間に、前記複合レンズを通過した光をコリメートするコ
リメート手段を配設している。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る露光装置
の斜視図である。また、図２はその光学的な配置関係を
模式的に示す側面図であり、図３は図２の平面図であ
る。なお、図２および図３においては、折り返しミラー
１４、１５についてはその図示を省略している。

【００２３】この露光装置は、ＰＤＰ（プラズマ・ディ
スプレイ・パネル）用ガラス基板（以下、単に「基板」
という）１８にパターン板としてのフォトマスク１７を
介して光を照射することにより、基板１８上に形成され
た感光材料の薄膜に対してパターン露光を行うためのも
のであり、各々対をなす光源１２ａ、１２ｂおよび楕円
鏡１３ａ、１３ｂと、一対の折り返しミラー１４、１５
と、上述した複合レンズ（フライアイレンズ）６と、コ
リメートミラー１６とを備える。

【００２４】なお、この露光装置によりパターンを露光
される基板１８は、例えばハイビジョン用のディスプレ
イを製造されるために使用されるものであり、その縦横
比は９対１６、すなわち、略１対２となっている。この
ため、この露光装置においては、この基板１８に露光を
行うために必要な光照射領域も、その縦横比が略１対２
となるように構成されている。

【００２５】前記光源１２ａ、１２ｂは、紫外線を含む
光を出射する超高圧水銀灯から構成される。この光源１
２ａ、１２ｂは、各々、楕円鏡１３ａ、１３ｂにおける
第１焦点に、その発光部の中心が位置するように配置さ
れている。また、後述する複合レンズ６は、その表面が
この楕円鏡１３ａ、１３ｂの第２焦点付近に位置するよ
うに配置されている。このため、光源１２ａ、１２ｂか
ら出射した光は、楕円鏡１３ａ、１３ｂにより、複合レ
ンズ６の表面付近に集光される。

【００２６】前記複合レンズ６は、図５に示す構成を有
する。すなわち、この複合レンズ６は、図５に示すよう
に、７行５列に配置されたレンズユニット３から構成さ
れている。また、このレンズユニット３は、上述したよ
うに、その光軸を一致させて状態で互いに近接配置され
た２枚の矩形状のレンズ４を有する。そして、このレン
ズユニット３を構成するレンズ４は、図６に示すよう
に、円形のレンズ５からその外周部（ハッチングを付し
た部分）を削除することにより、矩形状に形成されたも
のである。

【００２７】なお、そして、各レンズユニット３の外形
は、露光を行うべき基板１８の外形にほぼ対応させて、
その縦横比が６対１０、すなわち、略１対２の矩形状と
なっている。

【００２８】このため、光源１２ａ、１２ｂから出射
し、楕円鏡１３ａ、１３ｂで集光された光は、このよう
なレンズユニット３から構成された複合レンズ６を通過
することにより、複合レンズ６の外形（すなわち、各レ
ンズユニット３の外形）と相似形をなす矩形状の状態と
なる。

【００２９】このとき、上述した各々２個の光源１２
ａ、１２ｂおよび楕円鏡１３ａ、１３ｂは、上記各レン
ズユニット３の長辺方向に沿って配置されている。すな
わち、上述した光源１２ａ、１２ｂおよび楕円鏡１３
ａ、１３ｂは、上記複合レンズ６および基板１８の長辺
方向に沿って配置されることになる。このため、これら
の光源１２ａ、１２ｂおよび楕円鏡１３ａ、１３ｂと複
合レンズ６との配置関係等を調整することにより、図４
に示すように、光源１２ａ、１２ｂからの光を集光した
楕円鏡１３ａ、１３ｂの像１ａ、１ｂを各レンズユニッ
ト３内に形成させることができる。

【００３０】なお、図４においては、図７と同様、各レ
ンズユニット３を構成する２枚のレンズ４のうち、出口
側のレンズ４を示している。

【００３１】すなわち、上述した各レンズユニット３
は、その縦横比が６対１０、すなわち略１対２となって
いる。このため、各々２個の光源１２ａ、１２ｂおよび
楕円鏡１３ａ、１３ｂを各レンズユニット３の長辺方向
に沿って配置することにより、図７に示す単一の光源か
らの楕円鏡の像１の場合と同一の条件下においても、各
レンズユニット３内に、２個の光源１２ａ、１２ｂから
の光を集光した２個の楕円鏡１３ａ、１３ｂの像１ａ、
１ｂを余裕を持って形成することができる。このため、
２個の光源１２ａ、１２ｂからの光を効率的に光照射領
域に導くことが可能となる。

【００３２】なお、図４においては、２個の光源１２
ａ、１２ｂからの光を集光した２個の楕円鏡１３ａ、１
３ｂの像１ａ、１ｂを円形として図示しているが、各々
２個の光源１２ａ、１２ｂおよび楕円鏡１３ａ、１３ｂ
は、複合レンズ６の光軸に対して互いに微小角度傾斜し
た状態で配設されているため、これらの像１ａ、１ｂは
厳密には楕円形となる。しかしながら、この傾斜角度が
小さい場合においては、この像１ａ、１ｂの形状を実質
的に円形として取り扱うことができる。

【００３３】前記一対の折り返しミラー１４、１５は、
光を折り返すことによりこの露光装置をコンパクトに構
成するためのものである。なお、一対の折り返しミラー
１４、１５のうち、折り返しミラー１４としては、光源
１２ａ、１２ｂから出射された光のうち、パターン露光
に使用される紫外線のみを反射し、熱源としての赤外線
を吸収するダイクロイックミラーが使用されている。

【００３４】前記コリメートミラー１６は、複合レンズ
６を通過した光をコリメートするためのコリメート手段
として機能するものである。複合レンズ６を通過した光
は、このコリメートミラー１６によって平行光となり、
フォトマスク１７に向けて照射される。このときの光照
射領域は、上述した各レンズユニット３の縦横比である
６対１０、すなわち略１対２となる。

【００３５】なお、このコリメートミラー１６に換え
て、フレネル構造のコリメートレンズ等の他のコリメー
ト手段を使用するようにしてもよい。

【００３６】前記フォトマスク１７は、基板１８上に形
成された感光材料の薄膜に対して形成すべきパターンに
対応した二値化パターンが、透光部材上に形成された構
成を有する。このフォトマスク１７は、基板１８の表面
に対しプロキシミティギャップと呼称される微小距離だ
け離隔した状態で、基板１８と平行に支持される。基板
１８上に形成された感光材料の薄膜に対しては、このパ
ターン板１７を通過した光によりパターン露光がなされ
る。

【００３７】このような構成を有する露光装置において
は、２個の光源１２ａ、１２ｂを使用することにより、
従来のほぼ倍の照度をもって露光を行うことが可能とな
る。このとき、各々２個の光源１２ａ、１２ｂおよび楕
円鏡１３ａ、１３ｂは、矩形状の各レンズユニット３の
長辺方向に沿って配置されている。このため、光源１２
ａ、１２ｂからの光を集光した楕円鏡１３ａ、１３ｂの
像を各レンズユニット３内に容易に形成させることが可
能となる。従って、２個の光源１２ａ、１２ｂから出射
された光を有効に光照射領域に到達させることができ
る。

【００３８】なお、上述した実施の形態においては、ハ
イビジョン用の、その縦横比が９対１６のＰＤＰに使用
される基板１８に対して露光を行うため、９対１６に近
似する１対２の縦横比を有するレンズユニット３を使用
している。ただし、このレンズユニット３の縦横比は、
露光を行うべき基板の縦横比、すなわち、光照射領域の
縦横比に対応させて、適宜変更することが可能である。
例えば、ワイドテレビ用のディスプレイに使用される基
板においては、そのディスプレイに必要とされる縦横比
を採用すればよい。

【００３９】このとき、その縦横比が４対１０〜７対１
０程度であれば、各々２個の光源１２ａ、１２ｂおよび
楕円鏡１３ａ、１３ｂを矩形状の各レンズユニット３の
長辺方向に沿って適宜配置することにより、光源１２
ａ、１２ｂからの光を集光した楕円鏡１３ａ、１３ｂの
像を各レンズユニット３内に形成させることが可能とな
る。

【００４０】なお、露光を行うべき基板の縦横比が１対
３程度以上となった場合においては、各々３個以上の光
源および楕円鏡を、その縦横比が１対３程度以上の矩形
状の各レンズユニットの長辺方向に沿って適宜配置する
ことにより、３個以上の光源からの光を集光した各楕円
鏡の像を各レンズユニット内に形成させる構成とすれば
よい。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、光被照
射物を照射するための矩形状の光照射領域に対応する矩
形状のレンズユニットを縦横方向に複数個並列配置する
ことにより構成された複合レンズと、この複合レンズを
構成する矩形状の各レンズユニットの長辺方向に沿って
配置された複数の光源と、これらの複数の光源に各々対
応して配設され複数の光源から出射される光を複合レン
ズに集光する複数の楕円鏡とを備えたことから、複数の
光源からの光を有効に矩形状の光照射領域に照射するこ
とができる。このため、露光装置の解像度や照度分布を
低下させることなく、露光に必要な照度を得ることが可
能となる。

【００４２】請求項２または請求項３に記載の発明によ
れば、光被照射物を照射するためのその縦横比が略１対
２の矩形状の光照射領域に対応するその縦横比が略１対
２の矩形状のレンズユニットを縦横方向に複数個並列配
置することにより構成された複合レンズと、この複合レ
ンズを構成する矩形状の各レンズユニットの長辺方向に
沿って配置された２個の光源と、これらの２個の光源に
各々対応して配設され２個の光源から出射される光を複
合レンズに集光する２個の楕円鏡とを備えたことから、
２個の光源からの光を有効にその縦横比が略１対２の矩
形状の光照射領域に照射することができる。このため、
露光装置の解像度や照度分布を低下させることなく、従
来のほぼ倍の照度を得ることが可能となる。

【００４３】請求項４に記載の発明によれば、光被照射
物における複合レンズ側の表面にパターン板を近接配置
するとともに、当該パターン板と複合レンズとの間に複
合レンズを通過した光をコリメートするコリメート手段
を配設したことから、光被照射物とパターン板とを離隔
させた状態においても、高精度のパターン露光を行うこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る露光装置の斜視図である。

【図２】この発明に係る露光装置の光学的な配置関係を
模式的に示す側面図である。

【図３】この発明に係る露光装置の光学的な配置関係を
模式的に示す平面図である。

【図４】楕円鏡１３ａ、１３ｂの像１ａ、１ｂとレンズ
ユニット３との関係を示す模式図である。

【図５】複合レンズ６の平面図である。

【図６】レンズユニット３を構成するレンズ４の形成状
態を示す説明図である。

【図７】楕円鏡の像１とレンズユニット３との関係を示
す模式図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ楕円鏡１３ａ、１３ｂの像３レンズユニット４レンズ６複合レンズ１２ａ、１２ｂ光源１３ａ、１３ｂ楕円鏡１４、１５折り返しミラー１６コリメートミラー１７フォトマスク１８基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射された光を複合レンズを介
して矩形状の光被照射物に照射する露光装置において、前記光被照射物を照射するための矩形状の光照射領域に
対応する矩形状のレンズユニットを、縦横方向に複数個
並列配置することにより構成された複合レンズと、前記複合レンズを構成する矩形状の各レンズユニットの
長辺方向に沿って配置された複数の光源と、前記複数の光源に各々対応して配設され、前記複数の光
源から出射される光を前記複合レンズに集光する複数の
楕円鏡と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】光源から出射された光を複合レンズを介
して矩形状の光被照射物に照射する露光装置において、前記光被照射物を照射するためのその縦横比が略１対２
の矩形状の光照射領域に対応するその縦横比が略１対２
の矩形状のレンズユニットを、縦横方向に複数個並列配
置することにより構成された複合レンズと、前記複合レンズを構成する矩形状の各レンズユニットの
長辺方向に沿って配置された２個の光源と、前記２個の光源に各々対応して配設され、前記２個の光
源から出射される光を前記複合レンズに集光する２個の
楕円鏡と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項３】請求項２に記載の露光装置において、前記光照射領域および前記レンズユニットは、その縦横
比が４対１０乃至７対１０である露光装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３いずれかに記載の
露光装置において、前記光被照射物における前記複合レンズ側の表面にパタ
ーン板を近接配置するとともに、当該パターン板と前記
複合レンズとの間に、前記複合レンズを通過した光をコ
リメートするコリメート手段を配設した露光装置。