KR20110092215A

KR20110092215A - 광 조사 장치

Info

Publication number: KR20110092215A
Application number: KR1020110005913A
Authority: KR
Inventors: 시게노리 나카타
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2011-08-17
Also published as: CN102147573B; CN102147573A; JP2011165784A; TW201131320A; JP5659497B2

Abstract

본 발명은 제2 광원의 광을, 제1 광원으로부터의 광이 존재하지 않는 영역에 도입하고, 제1 광원으로부터의 광과 합성하는 광 조사 장치에 있어서, 제1 광원으로부터 출사한 광의 양을 줄이지 않도록, 제2 광원으로부터의 광을 합성하는 것이다. 이를 위해, 제1 광원으로부터의 광을 인터그레이터의 방향으로 반사하는 평면 미러의, 제1 광원으로부터의 광이 조사되는 영역에 둘러싸인 방사 강도가 약한 영역에 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍으로부터 제2 광원으로부터의 광을 도입한다. 제2 광원은, 예를 들면 레이저 다이오드이며, 레이저 다이오드로부터의 광은 파이버를 이용하여 평면 미러의 이면측으로부터 관통 구멍을 통해 도입한다.

Description

광 조사 장치{LIGHT IRRADIATING APPARATUS}

본 발명은, 반도체 집적 회로나 액정 표시 소자 등의 제조에 이용되는 노광 장치의 광원 장치인, 광 조사 장치에 관한 것이다.

도 4는, 종래 기술에 관련되는 노광 장치의 광원 장치에 이용되는 광 조사 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

광 조사 장치(1)는, 자외선을 포함하는 광을 방사하는 램프(2), 램프(2)로부터 출사한 광을 집광하는 단면이 타원인 집광경(3), 광로를 꺾는 평면 미러(4), 광을 조사하는 면(광 조사면)(11)에 있어서 조도 분포를 균일하게 하기 위한 인터그레이터 렌즈(플라이아이 렌즈라고도 한다)(5), 인터그레이터 렌즈로부터 출사한 광의 광로를 꺾음과 더불어 입사한 광을 평행광화하여 출사하는 콜리메이터 미러(6) 등으로 구성되어 있다. 또한, 콜리메이터 미러 대신에 콜리메이터 렌즈를 사용하는 구성으로 해도 된다.

광 조사면(11)에 마스크(10)가 놓여져 있으면, 마스크(10)에 형성된 마스크 패턴이, 투영 렌즈(12)를 통해, 레지스트가 도포된 기판(13) 상에 투영되어 노광된다. 또한, 노광 장치에는, 투영 렌즈를 이용하지 않고, 마스크와 기판을 근접 또는 밀착시켜 노광을 행하는 것도 있다.

램프(2)는, 예를 들면 크세논 램프나 초고압 수은 램프 등의 쇼트 아크형의 방전 램프이다. 집광경(3)은, 상기한 바와 같이 단면 형상은 타원형이며, 램프(2)의 발광부의 휘점이 집광경(3)의 제1 초점에 위치하고, 인터그레이터 렌즈(5)의 광입사면이 집광경(3)의 제2 초점에 위치한다.

이러한 광 조사 장치에 있어서는, 집광경(3)의 정점 부근에는 관통 구멍(31)이 형성되어 있고, 램프(2)는 이 관통 구멍(31)에 삽입 통과된 상태에서 도시를 생략한 유지 부재에 고정되어 있다. 그 때문에, 이 집광경(3)의 관통 구멍(31)이 형성된 부분에는 반사광이 존재하지 않거나, 존재해도 산란광 등의 약한 광밖에 존재하지 않는다.

그 때문에, 도 4에 있어서 사선부로 나타내는 바와 같이, 인터그레이터 렌즈(5)의 입사하는 광에는, 집광경(3)에 의한 반사광이 조사되는 영역의 내측(중앙부 부근)에, 주위에 비해 방사 조도가 낮은 영역이 발생한다. 또한, 이러한 현상을 「광의 중간 누락」이라고 부르는 경우가 있고, 이하, 집광경(3)에 의한 반사광이 조사되는 영역의 내측의, 주위에 비해 방사 조도가 약한 영역의 것을, 광의 중간 누락 영역(7)이라고 한다.

이러한 광의 중간 누락은, 광 조사면에서의 조도 저하를 가져온다.

이러한 광의 중간 누락에 의한 조도 저하의 문제를 해결하기 위해서, 특허 문헌 1에는, 조명 광학 장치에 있어서, 제1 광원인 램프에 더하여, 제2 광원인 레이저광원을 구비하고, 이 레이저 광원으로부터의 광을, 제1 광원으로부터의 광이 존재하지 않는 영역에 도입하고, 제1 광원으로부터의 광과 합성하는 것이 나타나 있다.

이 공보에 있어서는, 제2 광원으로부터의 광을 제1 광원으로부터의 광과 합성하기 위한 수단으로서, 제2 광원으로부터의 광을 반사하는 반사경(이 공보 도 2, 도 4, 도 10)이나 제2의 광원으로부터의 광을 전달하는 광파이버(이 공보 도 6), 또, 제2 광원으로부터의 광이 통과하는 개구를 타원 집광경의 일부에 설치하는(이 공보 도 8), 제1 광원의 크기가 작은 경우는, 타원 집광경의 정상부에 형성되어 있는 관통 구멍으로부터 제2 광원으로부터의 광을 입사하는(이 공보 도 9), 제1 광원의 광로 내에 제2 광원을 배치하는(도 11) 등의 예가 나타나 있다.

일본국 특허공개 2005-234120호 공보

특허 문헌 1에 기재된 바와 같이 광 조사 장치를 구성하면, 종래의 장치에 있어서 생긴 광이 존재하지 않는 영역이 생기는 것을 막을 수 있다.

그러나, 이 공보에 나타낸 바와 같은 구성에서는, 이하에 나타내는 바와 같이, 종래에 비해, 인터그레이터에 입사하는 제1 광원(램프)으로부터의 광의 양이 줄어들고, 그 만큼 광 조사면에서의 조도가 저하한다는 문제가 생긴다.

상기한 바와 같이, 광의 중간 누락 영역은, 집광경에 의한 반사광이 조사되는 영역의 내측에 발생한다. 그 때문에, 제2 광원으로부터의 광을 반사경이나 파이버를 이용하여 광의 중간 누락 영역을 도입하면, 반사경의 지지 부재나 파이버 자체가, 집광경에 의해 반사되고 있는 제1 광원(램프)으로부터의 광을 횡단하기 때문에, 인터그레이터 렌즈의 입사면에 그 그림자가 투영되고, 그 결과 광 조사면에서의 조도가 저하한다.

또, 집광경의 일부에 개구를 설치하고 이 개구로부터 제2 광원으로부터의 광을 도입하면, 집광경의 램프로부터의 광을 반사하는 면에 구멍을 뚫게 되고, 집광경에 의해 반사되는 램프로부터의 광의 양이 줄어들기 때문에, 광 조사면에서의 조도가 저하한다.

또, 제1 광원의 광로 내에 제2 광원을 배치하면, 제2 광원 자체가 집광경에 반사된 램프로부터의 광을 차단하므로, 그 만큼 광 조사면에서의 조도가 저하한다.

또, 집광경의 정상부에 형성되어 있는 관통 구멍으로부터 제2 광원으로부터의 광을 입사하면, 본래라면 집광경에 형성하는 관통 구멍의 직경을 작게 하여 반사 효율을 올릴 수 있음에도 불구하고, 제2 광원으로부터의 광을 입사하기 때문에 관통 구멍의 직경을 작게 할 수 없다. 따라서 집광경에 의해 반사되는 램프로부터의 광의 양이 줄어들고, 광 조사면에서의 조도가 저하한다. 또한, 집광경의 바로 가까이에 제2 광원을 배치하는 것이 되지만, 이것은, 발광시 고온이 되는 제1 광원(램프)의 가까이에 제2 광원을 배치하는 것이 되며, 따라서, 제2 광원을 냉각하기 위한 대규모의 시스템이 필요하게 되어 실현성이 부족하다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여, 제2 광원의 광을, 제1 광원으로부터의 광이 존재하지 않는 영역에 도입하고, 제1 광원으로부터의 광과 합성하는 광 조사 장치에 있어서, 제1 광원으로부터 출사한 광의 양을 줄이지 않도록, 제2 광원으로부터의 광을 합성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 있어서는, 상기 과제를 다음과 같이 하여 해결한다.

제1 광원으로부터의 광을 인터그레이터 렌즈의 방향으로 반사하는 평면 미러의, 제1 광원으로부터의 광이 조사되는 영역에 둘러싸인 방사 조도가 약한 광의 중간 누락 영역에 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍으로부터 제2 광원으로부터의 광을 도입한다.

또한, 제2 광원은, 예를 들면 레이저 다이오드이며, 레이저 다이오드로부터의 광은 파이버를 이용하여 평면 미러의 이면측으로부터 관통 구멍을 통해 도입한다.

본 발명에 있어서, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

제2 광원을 평면 미러의 이면측에 배치하므로, 제2 광원 본체나 그 지지 부재, 또 제2 광원으로부터의 광을 제1 광원(램프)으로부터의 광에 합성하기 위한 파이버 등이, 집광경에 반사된 램프로부터의 광을 차단하는 일은 없다.

평면 미러에 관통 구멍을 형성하지만, 그 부분은 방사 조도가 약한 중간 누락 영역이기 때문에, 램프로부터의 광의 반사 효율을 저하시키는 일은 없다.

또, 집광경의 관통 구멍을 크게 할 필요가 없고, 집광경에 의해 반사되는 제1 광원(램프)로부터의 광의 양이 줄어드는 일은 없다.

따라서, 인터그레이터에 입사하는 제1 광원(램프)으로부터의 광의 양을 줄이지 않고, 제2 광원으로부터의 광을 합성할 수 있고, 광 조사면에서의 조도의 저하를 막을 수 있다. 또한, 제2 광원은, 발광시 고온이 되는 제1 광원으로부터 먼 위치에 배치하는 것이 되어, 제2 광원을 냉각하기 위한 대규모의 냉각 시스템도 불필요하다.

도 1은 노광 장치의 광원 장치에 이용되는 본 발명의 광 조사 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 광 조사 장치의 평면 미러 부근의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래 기술에 관련되는 노광 장치의 광원 장치에 이용되는 광 조사 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1에, 노광 장치의 광원 장치에 이용되는 본 발명의 광 조사 장치의 구조를 나타낸다.

본 발명의 광 조사 장치는, 광로를 꺾는 평면 미러(4)와, 그 이면측에 배치한 제2 광원을 제외하고, 기본적으로는 도 4의 구성과 같다.

광 조사 장치(1)는, 자외선을 포함하는 광을 방사하는 램프(2), 램프(2)로부터 출사한 광을 집광하는 단면이 타원인 집광경(3), 광로를 꺾는 평면 미러(4), 광을 조사하는 면(광 조사면)(11)에 있어서 조도 분포를 균일하게 하기 위한 인터그레이터 렌즈(플라이아이 렌즈)(7), 인터그레이터 렌즈(5)로부터 출사한 광의 광로를 꺾음과 더불어 입사한 광을 평행광화하여 출사하는 콜리메이터 미러(6) 등으로 구성되어 있다.

램프(2)는, 예를 들면 크세논 램프나 초고압 수은 램프 등의 쇼트 아크형의 방전 램프이다. 집광경(3)은, 상기한 바와 같이 단면 형상은 타원형이며, 램프(2)의 발광부의 휘점이 집광경(3)의 제1 초점에 위치하고, 인터그레이터 렌즈(5)의 광입사면이 집광경(3)의 제2 초점에 위치한다. 여기서, 램프(2)와 램프(2)로부터 출사하는 광을 반사하는 집광경(3)이 제1 광원에 상당한다.

집광경(3)의 정점 부근에는 관통 구멍(31)이 형성되어 있고, 램프(2)는 이 관통 구멍(31)에 삽입 통과된 상태에서 도시를 생략한 유지 부재에 고정되어 있다. 그 때문에, 이 집광경(3)의 관통 구멍(31)이 형성된 부분에는 반사광이 존재하지 않거나, 존재해도 산란 광 등의 약한 광밖에 존재하지 않는다.

도 2에, 평면 미러(4)의 부근의 확대도를 나타낸다.

평면 미러(4)는, 집광경(3)에 반사된 광을 인터그레이터 렌즈(5)의 방향으로 반사하는 평면 반사경이다. 크기는 예를 들면 300㎜×250㎜이다.

이 평면 미러(4)에 집광경(3)에 반사된 광이 조사되었을 때, 평면 미러(4) 상에는, 종래와 같이 광의 중간 누락이 생긴 링 형상의 광 조사 영역이 형성된다. 그래서, 평면 미러(4)의, 집광경(3)의 반사광에 의한 링 형상의 광 조사 영역에 둘러싸인 방사 조도가 약한 영역, 즉 광이 중간 누락되어 있는 영역(7)에, 중간 누락의 영역보다도 크기가 작은, 예를 들면 직경 2㎜ 정도의 관통 구멍(41)을 형성한다.

그리고, 평면 미러(4)의 이면측에 레이저 다이오드(LD)를 배치한다. 레이저 다이오드(LD)는, 자외선 영역(예를 들면 파장 375㎚나 405㎚)의 광을 출사하는 것이 있기 때문에, 그것을 적절히 선택한다.

레이저 다이오드(LD)의 광출사측에는, 다수의 가는 파이버를 묶은 번들 파이버(F)의 광입사단을 부착한다. 번들 파이버(F)의 광출사단은 평면 미러(4)의 관통 구멍(41)에 평면 미러(4)의 이면측으로부터 접근시켜, 레이저 다이오드(LD)로부터의 광이 인터그레이터(7)를 향하도록 배치한다. 여기서, 레이저 다이오드(LD)와 레이저 다이오드(LD)로부터의 광을 출사하는 파이버(F)가 제2 광원에 상당한다.

또한, 번들 파이버(F)의 광출사단은, 관통 구멍(41) 안에 삽입해도 되지만, 출사단의 선단은, 평면 미러(4)의 표면으로부터 돌출하지 않도록 한다. 번들 파이버(F)의 광출사단에, 산란광이 조사되어 한층 더 미광을 발생하지 않도록 하기 위해서이다.

레이저 다이오드(LD)로부터의 광은, 번들 파이버(F)에 의해 평면 미러(4)의 관통 구멍(41)에까지 이끌려 출사한다. 출사한 레이저 다이오드(LD)로부터의 광(8)은, 인터그레이터 렌즈(7)를 향함에 따라서 확대되어 진행한다.

그리고, 인터그레이터 렌즈(5)의 광입사면(S)에 있어서, 레이저 다이오드(LD)로부터의 광(8)은, 집광경(3)에 의한 반사광에 의한 광 조사 영역에 둘러싸인, 광이 중간 누락한 영역(7)을 메운다. 따라서, 인터그레이터 렌즈(5)에는, 방사 조도가 약한 영역이 없는 광이 입사한다.

인터그레이터 렌즈(5)에 의해 광 조사면(11)에서의 조도 분포가 균일해지도록 조정된 광은, 콜리메이터 미러(6)로 중심 광선이 평행해져 광 조사면(11)에 놓여진 마스크(10)에 조사된다. 그리고, 마스크(10)에 형성된 마스크 패턴은, 투영 렌즈(12)를 통해 기판(13) 상에 투영된다.

제2 광원으로서 레이저 다이오드를 사용하는 이유는, 레이저 다이오드로부터 출사하는 광은 휘도가 높고, 가는 파이버로 방사 조도가 강한 광을 추출할 수 있고, 따라서, 평면 미러(4)에 형성하는 관통 구멍(41)의 직경이 작아도, 강한 광을 도입할 수 있기 때문이다. 상기한 바와 같이, 평면 미러(4)에 형성하는 관통 구멍(41)의 직경은, 중간 누락의 영역(7)의 크기보다도 작아져서는 안된다.

또한, 레이저 다이오드(LD)로부터 출사하는 광은 간섭성이 높고, 광 조사면(11)에서 스펙클이라고 불리는 반점 모양의 조도 분포가 생기기 쉽고, 그 때문에 노광 결과적으로도 불균일이 발생한다.

이 스펙클은 광학계 부품의 표면에 생기는 미소한 요철 등에 의한 산란광의 간섭에 의한 것이며, 레이저와 같은 코히어런스가 높고 간섭성이 높은 광에서 발생하기 쉽다. 그리고 스펙클이 발생하면 노광 불균일이 생긴다.

이것을 막기 위해서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 독립한 레이저 다이오드(LD)를 복수(이 도면에서는 3대) 이용하고, 각 LD에 접속한 파이버(F)를 묶어, 평면 미러(4)의 관통 구멍(41)에 삽입한다. 이와 같이 구성하면, 각 레이저 다이오드(LD)로부터 출사하는 광은 각각의 스펙클이 서로 겹쳐 평균화되므로, 노광 불균일이 경감된다.

또, 도 3과 같이 복수의 레이저 다이오드(LD)를 조합하는 경우, 각 레이저 다이오드(LD)로부터 출사하는 광의 파장이 다른 것으로 하는 것도 가능하다. 그와 같이 하면, 광 조사면에 있어서의 광의 분광 분포를 변화시킬 수 있고, 예를 들면 감도 파장이 다른 복수의 종류의 레지스트를 노광하는 것도 가능하다.

1 : 광 조사 장치 2 : 램프
3 : 집광경 4 : 평면 미러
5 : 인터그레이터 렌즈 6 : 콜리메이터 미러
7 : 광의 중간 누락 영역
8 : 레이저 다이오드(LD)로부터의 광
10 : 마스크 11 : 광 조사면
12 : 투영 렌즈 13 : 기판
31 : 집광경에 형성된 관통 구멍
41 : 평면 미러에 형성된 관통 구멍
F : 파이버 LD : 레이저 다이오드
S : 인터그레이터 렌즈의 광입사면

Claims

자외선을 포함하는 광을 방사하는 램프와,
상기 램프로부터 방사되는 광을 반사하여 집광하는, 정점 부근에 램프가 통과하는 관통 구멍이 형성된 타원 집광경과,
상기 타원 집광경에 의해 집광된 광을 입사하고 광 조사면에서의 조도 분포를 균일화하는 인터그레이터와,
상기 타원 집광경에 의해 반사한 광을 상기 인터그레이터의 방향으로 반사하는 평면 미러를 구비한 광 조사 장치에 있어서,
상기 평면 미러에는, 타원 집광경으로부터의 반사광이 조사되는 영역에 둘러싸인 방사 조도가 낮은 영역에 관통 구멍이 형성되고,
상기 평면 미러의 이면측에 설치한 레이저 다이오드로부터의 광이, 상기 관통 구멍을 통해 출사하는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저 다이오드는, 독립한 복수의 레이저 다이오드로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.