KR20030077388A - 광 조사 장치 - Google Patents

Abstract

광축에 대해 비대칭인 광이 입사되어도, 피조사면에서는 균일한 조도 분포가 얻어지고, 또한, 피조사면에서의 조도 분포의 균일성을 유지한 상태에서 조도를 연속적으로 변화시킬 수 있는 광 조사 장치를 제공하는데 있다. 광 조사 장치(1)로서, 광원(2)과, 광원(2)으로부터의 광을 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역에 집광시키는 집광 거울(3)과, 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역(F2)내에 배치되어 통과하는 광량을 제어하는 광량 제어 수단(21)과, 광량 제어 수단(21)으로부터 시준 렌즈(22)의 초점 거리의 위치에 배치된 시준 렌즈(22)와, 시준 렌즈(22)로부터 출사된 광이 입사면의 전역에 겹쳐져 입사되는 적분 렌즈(7)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

광 조사 장치{LIGHT IRRADIATING DEVICE}

본 발명은 광 조사 장치에 관한 것으로, 특히, 집적 회로나 액정 표시 소자의 제조에 이용되는 노광 장치 등의 광원 장치에 이용되는 광 조사 장치에 관한 것이다.

도 3은 종래 기술에 관한 노광 장치 등의 광원 장치에 이용되는 광 조사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 이 광 조사 장치(1)는 광원이 되는 램프(2), 램프(광원)(2)로부터 출사한 광을 집광시키는 집광 거울(3), 입사한 광의 방향을 전환하는 제 1 반사 거울(4), 제 1 반사 거울(4)에 의해 반사된 광을 감광하는 필터(5), 집광 거울(3)의 개구부의 중심에서 나간 광을 평행광으로서 출사하는 시준렌즈(6), 균일하지 않지만, 광축에 대해 대칭적인 조도 분포를 가지는 입사광을 균일한 광으로서 출사하는 적분 렌즈(플라이 아이(fly eye) 렌즈라고도 한다)(7), 입사한 광의 방향을 전환하는 제 2 반사 거울(8), 입사한 광을 평행광화하여 출사하는 시준 렌즈(9) 등으로 구성되어 있고, 램프(광원)(2)로부터 출사한 광은 집광 거울(3)에 의해 집광되어, 제 1 반사 거울(4)에 의해 광로가 전환되고, 필터(5)를 통해 시준 렌즈(6)에 입사되어, 평행광으로 되어 적분 렌즈(7)에 입사된다.

여기서, 평행광이란, 적분 렌즈(7)를 형성하는 각 렌즈에 입사하는 광의 중심 광선, 즉, 집광 거울(3)의 개구부의 중심부에서의 광선이 평행하다고 정의한다.

적분 렌즈(7)를 출사한 광은 제 2 반사 거울(8)에 의해 광로가 전환되고, 시준 렌즈(9)에 의해 평행광으로 되어 광 조사 장치(1) 외로 출사되어, 피조사면(11)에 있어서 균일한 조도 분포로 조사된다. 또한, 시준 렌즈(9)에 대신해 시준 거울에 의해 구성해도 된다.

피조사면(11)에 마스크(10)가 놓여지면, 마스크(10)에 형성된 마스크 패턴이 투영 렌즈(12)를 통해 기판(13)상에 투영되어 노광된다.

또한, 여기서, 투영 렌즈(12)를 이용하지 않고 마스크(10)와 기판(13)을 밀착 또는 근접시켜, 마스크 패턴을 기판(13)에 노광하는 장치에 대해서도, 이 광 조사 장치는 동일하게 기능한다.

또한, 피조사면(11)에 마스크(10)가 아니라, 피처리물을 배치하고, 광화학 반응에 의해 피처리물의 표면 개질, 예를 들면, 액정 표시 소자용의 광 배향막을 배치하는 광 배향 처리 등을 행하는 경우도 있다.

도 4는 도 3에 도시한 적분 렌즈(7)의 기능을 설명하기 위해 도시한 설명도이다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 적분 렌즈(7)는 수 개에서 수십 개의 렌즈를 종횡 방향으로 병렬 배치하여 구성되어 있다. 이들 각각의 렌즈(71∼73)에는 입사광이 분할하여 입사되어, 분할된 광은 피조사면(11)에서 각각의 분할광이 겹쳐져 조사된다. 그 결과, 피조사면(11)에서의 조도 분포는 균일화된다. 즉, 적분 렌즈(7)에 입사되는 광의 조도 분포는 도시하는 바와 같이 주가장자리부에 비해 광축에 가까운 중앙부가 강하고 주가장자리부가 약하며, 균일하지 않지만, 광축에 대해 대칭적인 조도 분포로 되어 있다. 그러나, 조도 분포(A)의 광을 입사한 적분 렌즈(7)의 제 1 렌즈(71)는 피조사면(11)에 있어서 조도 분포(A’)를 가지는 조사광으로서 조사되고, 마찬가지로, 조도 분포(B, C)의 광을 각각 입사한 적분 렌즈(7)의 제 2, 제 3 렌즈(72, 73)는 피조사면(11)에 있어서 조도 분포(B’, C’)를 각각 가지는 조사광으로서 조사된다. 그 결과, 피조사면(11)에서는 이들 광이 겹쳐져, 균일한 조도 분포(A’+ B’+ C’)가 얻어진다.

한편, 광 조사 장치에는 피노광물의 성질에 의해, 노광량을 작게 하는 등, 피조사면의 조도를 제어해야 하는 경우가 있고, 이러한 경우는 도 3에 도시하는 바와 같이, 적분 렌즈(7)의 입사측에 투과광량을 제한하는, 예를 들면, 증착막 필터 등으로 이루어지는 필터(5)가 삽입된다.

그런데, 최근에는 시간이 지남에 따른 열화에 의해 램프의 방사 조도가 저하해도, 피조사면에서의 조도를 일정하게 하는 것이 요망되고, 또한, 피노광물의 성질에 따라 미묘한 조도 제어나 조도를 크게 떨어뜨린 상태에서 연속적으로 조도를 변화시켜 조사하고 싶은 요구도 있다. 이 경우, 예를 들면, 요구되는 조도의 가변 범위는 10∼100%로 된다.

그러나, 상기와 같은 증착막 필터로 이루어지는 필터(5)를 1매 이용하여, 램프로부터의 광을 몇분의 일로 감쇠시켜도, 피조사면(11)의 조도를 항상 일정하게 하는 것이나, 미묘한 조도 조정을 하는 것이나, 크게 조도를 떨어뜨린 상태에서 연속적으로 조도를 바꾸는 것은 불가능하다. 또한, 항상 조도를 일정하게 제어하고 싶은 경우라도, 램프 조도의 저하에 따라, 투과율을 높이지 않으면 안되는데, 이를 필터(5)로 대응하려 하면, 각각 투과율이 다른 필터(5)를 다수개 준비하지 않으면 안되고, 비용이 높아져 현실적이지 않다.

또한, 상기와 같이 필터(5)를 교환하는 방법에서는 연속적으로 조도를 바꿀 수 없으므로, 피조사면(11)의 미묘한 조도 조정은 곤란하고, 원하는 조도 조정을 행할 수 없다.

그래서, 상기와 같은 필터(5)에 대신해, 연속적으로 조도가 가변되는 필터를 이용하는 것을 생각할 수 있다.

도 5는 이와 같이 연속적으로 조도를 바꿀 수 있는 조리개판이 몇 열인지를 표시하는 도면이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 각각 개구 면적을 연속적으로 가변시킬 수 있는 회전판으로 이루어지는 조리개판이고, 광로 중에 이 조리개판을 배치하고, 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 개구부를 통과하는 광량을 연속적으로 변화시킬 수 있다.

도 5(c)는 카메라의 조리개 등에 이용되는 개구 직경을 연속적으로 바꿀 수 있는 조리개판이다.

상기의 각 조리개판은 어느 것이나 광속의 일부를 차광함으로써 통과하는 광량을 연속적으로 변화시키는 것이고, 특히, 도 5(a), (b)에 도시하는 조리개판은 기계 가공에 의해 제작할 수 있으므로 비용이 낮은 이점을 가진다. 그러나, 이러한 조리개판을 도 3에 도시하는 노광 장치의 광 조사 장치에 이용하고자 하면, 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 이러한 광 조사 장치에, 필터(5) 대신에 도 5(a)∼도 5(c)에 도시하는 개구 직경이 변하는 조리개판을 이용하면, 이하에 설명하는 바와 같이, 피조사면(11)의 조도 분포가 악화된다.

우선, 도 5(a) 및 도 5(b)의 조리개판의 경우는 조리개판의 차광부와, 개구부의 비율, 즉 개구율이 장소에 따라 다르고, 입사하는 광속의 광축에 대해 기본적으로는 대칭이 아니다. 즉, 광속의 광축에 대해 입사광의 투과하는 비율이 장소에 따라 다르기 때문에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 적분 렌즈(7)에 입사하는 광의 조도 분포(적분 입사면에서의 조도 분포)(A, B, C)는 본래의 대칭형에서 무너진다. 이 때문에, 피조사면(11)에 있어서, 각 적분 렌즈(7)에 의해 겹쳐진 조도 분포(A’+ B’+ C’)는 균일화되지 않는다.

또한, 도 5(c)의 조리개판의 경우는 적분 렌즈(7)에 입사하는 광의 조도 분포의 대칭성은 무너지지 않지만, 차광부가 만드는 그림자가 적분 렌즈상에 투영되고, 조리개의 개구부가 좁아질수록, 적분 렌즈(7)의 중심부에 밖에 광이 닿지 않게 되고, 적분 렌즈(7)를 구성하는 각 렌즈의 이용 개수가 적어진다. 적분 렌즈(7)의 개수는 원래, 피조사면(11)에 있어서 원하는 조도 분포가 얻어지도록 선택되는 것이므로, 적분 렌즈(7)를 이용할 수 있는 개수가 많아지면, 조도 분포는 보다 균일해 지지만, 반대로, 적분 렌즈(7)의 개수가 적어지면, 조도 분포는 악화된다. 이 때문에, 상기와 같이, 이용 개수가 줄면, 조도를 균일화하는 효과가 작아져, 조도 분포가 나빠진다.

또한, 적분 렌즈(7)의 출사측에 상기와 같은 조리개판을 설치하는 것도 생각할 수 있는데, 이 경우는, 적분 렌즈(7)의 효과에 의해, 조도 분포가 균일하게 된 광에 대해, 부분적으로 차광하게 되므로, 당연히 조도 분포가 나빠진다.

본 발명의 목적은 상기의 여러가지 문제점에 비추어, 광축에 대해 비대칭인 광이 입사되어도, 피조사면에서는 균일한 조도 분포가 얻어지고, 또한, 피조사면에서의 조도 분포의 균일성을 유지한 상태에서 조도를 연속적으로 변화시킬 수 있는 광 조사 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 관한 노광 장치 등의 광원 장치에 이용되는 광 조사 장치의 구성을 도시하는 도면,

도 2는 도 1에 도시한 광 조사 장치의 요부를 확대하여 도시한 도면,

도 3은 종래 기술에 관한 노광 장치 등의 광원 장치에 이용되는 광 조사 장치의 구성을 도시하는 도면,

도 4는 도 3에 도시한 적분 렌즈의 기능을 설명하기 위해 도시한 설명도,

도 5는 연속적으로 조도를 변화시킬 수 있는 조리개판의 예를 도시하는 도면,

도 6은 도 5에 도시한 조리개판을 이용한 경우의, 도 3에 도시한 광 조사 장치에 있어서의 적분 렌즈의 기능을 설명하기 위해 도시한 설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광 조사 장치 2 : 램프(광원)

3 : 집광 거울 4 : 제 1 반사 거울

5 : 필터 6 : 시준 렌즈

7 : 적분 렌즈 71 : 제 1 렌즈

72 : 제 2 렌즈 73 : 제 3 렌즈

8 : 제 2 반사 거울 9 : 시준 렌즈

11 : 피조사면 10 : 마스크

12 : 투영 렌즈 13 : 기판

21 : 광량 제어 수단으로서의 조리개

211 : 개구부 212 : 차광부

22 : 시준 렌즈 23 : 조도계

24 : 조도계 구동 기구 25 : 제어부

26 : 조리개 구동 기구

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해, 다음과 같은 수단을 채용했다.

제 1 수단은 광 조사 장치로서, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역에 집광시키는 집광 거울과, 상기 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역내에 배치되어 통과하는 광량을 제어하는 광량 제어 수단과, 상기 광량 제어 수단으로부터 시준 렌즈의 초점 거리의 위치에 배치된 시준 렌즈와, 상기 시준 렌즈로부터 출사된 광이 입사면의 전역에 겹쳐져 입사되는 적분 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제 2 수단은 제 1 수단에 있어서, 상기 광량 제어 수단은 이동함으로써 개구율이 연속적으로 변화하는 조리개로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

<발명의 실시 형태>

본 발명의 일실시 형태를 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.

도 1은 본 실시 형태의 발명에 관한 노광 장치 등의 광원 장치에 이용되는 광 조사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

동 도면에 있어서, 21은 집광 거울(3)의 제 1 초점 내지 제 1 초점 부근(F1)에 배치되는 램프(2)의 광원으로부터 방사된 광이 집광 거울(3)의 제 2 초점 내지 제 2 초점 부근의 가장 많이 집광된 위치(F2)에 배치되는 광량 제어 수단으로서의 조리개, 22는 조리개(21)가 배치되는 위치에서 시준의 렌즈의 초점 거리(Dc)만큼 떨어진 위치에 배치되어, 조리개(21)로부터 방사된 광을 평행광화하여 적분 렌즈(7)에 입사시키기 위해 설치되는 시준 렌즈, 23은 피조사면(11)에 있어서의 조도를 계측하는 조도계, 24는 조도계(23)의 위치를 가변시키기 위해 설치되는 조도계 구동 기구, 25는 조도계(22)에 의해서 계측된 계측 신호를 입력하여 조리개 구동 기구(26)를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 제어부, 26은 구동 신호에 따라 조리개(21)를 통과하는 광량을 변화시키기 위해 조리개(21)를 구동하는 조리개 구동 기구이다. 또한, 조도계(23)를 보면서, 광 조사 장치의 외부에서 조리개(21)를 손으로 움직이게 한 기구라도 된다.

또한, 그 밖의 구성은 도 3에 도시하는 동 부호의 구성에 대응하므로 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 발명에 관한 광 조사 장치는 도 3에 도시하는 종래 기술에 관한 광 조사 장치와 비교해, 종래 기술에 관한 광 조사 장치(1)에서는 집광 거울(3)의 제 2 초점 위치에 적분 렌즈(7)의 입사면이 배치되고, 필터(5)가 이 제 2 초점 위치전에 설치된데 대해, 본 실시 형태의 발명에 관한 광 조사 장치(1)는 상기와 같이, 제 2 초점 내지 제 2 초점 부근의 가장 많이 집광된 위치 F2, 즉, 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역내에 조리개(21)가 배치되고, 조리개(21)가 배치되는 위치로부터 시준 렌즈(22)의 초점 거리(Dc)만큼 떨어진 위치에 시준 렌즈(22)가 배치되고, 시준 렌즈(22)로부터 방사된 평행광이 겹쳐져 적분 렌즈(7)에 입사하도록 구성되어 있는 점에서 상이하다.

다음에, 본 실시 형태의 발명에 관한 광 조사 장치에 의하면, 상기에 도시하는 위치에 조리개(21) 및 시준 렌즈(22)를 배치함으로써, 적분 렌즈(7)로부터 피조사면(11)에 조사되는 조사광의 조도 분포를 일정하게 할 수 있는 이유에 대해 도 2를 이용하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시한 광 조사 장치(1)의 요부를 확대하여 도시한 도면이다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 집광 거울(3)의 제 1 초점 내지는 제 1 초점 부근(F1)에 배치된 램프(2)의 광원으로부터 방사된 광은 집광 거울(3)에 의해 반사되고, 집광 거울(3)의 제 2 초점 내지는 제 2 초점 부근(F2)에 배치된 조리개(21)에 집광된다. 조리개(21)에 집광된 광은 다시 발산광으로 되어 시준 렌즈(22)에입사되고, 또한 시준 렌즈(22)에 입사된 광은 평행광이 되어 출사되어 적분 렌즈(7)에 입사된다.

여기서, 조리개(21)의 어느 위치에 입사된 광도 도시하는 바와 같이, 그 입사 위치에 상관없이, 여기에서 출사된 광은 시준 렌즈(22)에 의해 평행광화되어 직분 렌즈(7)의 전면에 입사된다. 이 때문에, 예를 들면, 조리개(21)의 개구부(211)를 통과한 광(a-a) 또는 광(b-b)은 시준 렌즈(22)에 의해서 평행광(a-a) 또는 평행광(b-b)으로 되어 적분 렌즈(7)의 입사면 전역에 일정하게 입사되고, 또한 조리개(21)의 차광부(212)에 의해 차광된 경우도, 그 차광(c-c)은 시준 렌즈(22)에 의해, 평행광(c-c)에 상당하는 적분 렌즈(7)의 입사면 전역에서 일정하게 차광된다. 즉, 광축에 대해 비대칭인 차광부(212)(개구부(211))를 가지는 조리개(21)를 이용해도, 적분 렌즈(7)의 입사면에서는 차광부(212)(개구부(211))의 영향을 광축에 대해 대칭화할 수 있다.

여기서, 개구부(211), 차광부(212)를 가지는 조리개(21)로는 예를 들면, 도 5(a), 도 5(b) 또는 도 5(c)에 도시한 공지의 조리개판을 이용하는 것이 가능해진다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 조리개(21)로서 도 5(a) 또는 도 5(b)에 도시한 조리개판을 배치하고, 피조사면(11)에 배치한 조도계(23)로부터의 계측치에 따라, 제어부(25)에서는 미리 설정되어 있는 원하는 조도치와 비교해, 측정치가 설정치보다도 작을 때는 조리개(21)를 열도록, 또한 측정치가 설정치보다도 클 때는 조리개를 닫도록 조리개 구동 기구(26)에 구동 신호를 송신하여, 조리개(21)를 조절한다. 그 결과, 피조사면(11)에서는 일정한 조도 분포가 얻어지는 동시에, 일정한 조도를 유지시킬 수 있다. 이에 따라, 램프의 조도가 시간이 지나 열화되어도, 피조사면(11)을 소정(일정)의 조도로 조사시킬 수 있다.

또한, 조도계(23)를 이용하여 피조사면(11)에서 일정한 조도를 유지시키는 것에 대신해, 조리개 구동 기구(26)를 구동하여 조리개(21)를 회전시킴으로써, 피조사면(11)에 있어서, 일정한 조도 분포를 가지는 원하는 조도를 연속적으로 얻는 것도 가능해진다.

청구항 1에 기재의 발명에 의하면, 광 조사 장치로서, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역에 집광시키는 집광 거울과, 상기 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역내에 배치되어 통과하는 광량을 제어하는 광량 제어 수단과, 상기 광량 제어 수단으로부터 시준 렌즈의 초점 거리의 위치에 배치된 시준 렌즈와, 상기 시준 렌즈로부터 출사된 광이 입사면의 전역에 겹쳐져 입사되는 적분 렌즈에 의해 구성하였으므로, 광량 제어 수단을 통과하는 광이 광속의 광축에 대해 비대칭인 광으로 되어 출사되어도, 적분 렌즈에 있어서는 입사면 전역에 걸쳐 광축에 대해 대칭인 조도 분포를 가지는 광으로서 입사시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 피조사면에서 균일한 조도 분포가 얻어진다.

청구항 2에 기재의 발명에 의하면, 상기 광량 제어 수단을 이동함으로써 개구율이 연속적으로 변화하는 조리개로 구성하였으므로, 낮은 비용의 조리개판을 이용해도, 적분 렌즈에는 입사면 전역에 걸쳐 광축에 대해 대칭인 조도 분포를 가지는 광으로서 입사시킬 수 있는 동시에, 피조사면에서의 조도를 연속적으로 변화시킬 수 있어, 피조사면에서의 조도를 원하는 조도로 조정하는 것이 가능해진다.

Claims (2)

1. 광원, 상기 광원으로부터의 광을 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역에 집광시키는 집광 거울, 상기 제 2 초점을 포함하는 소정의 영역내에 배치되어 통과하는 광량을 제어하는 광량 제어 수단, 상기 광량 제어 수단으로부터 시준 렌즈의 초점 거리의 위치에 배치된 시준 렌즈, 및 상기 시준 렌즈로부터 출사된 광이 입사면의 전역에 겹쳐져 입사되는 적분 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광량 제어 수단은, 이동함으로써 개구율이 연속적으로 변화하는 조리개로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.