TWI392975B - Light irradiation device - Google Patents

Description

光照射裝置

本發明係關於半導體元件或印刷基板、液晶基板等製造用曝光裝置所使用的光照射裝置。

在第12圖中顯示習知之作為曝光裝置等的光源裝置所被使用的光照射裝置的構成例。

在該圖中，由燈1所出射的光係藉由聚光鏡2而被聚光，藉由第1反射鏡3將光路折返，透過波長選擇濾片10或快門20而入射至積分器透鏡4。

積分器透鏡4係具有將入射至該透鏡4的光的照度分布在被照射面中形成為均一的功能。

由積分器透鏡4所出射的光係藉由第2反射鏡5予以反射而入射至準直器透鏡6。由準直器透鏡6所出射的光係形成為平行光而照射在被照射面8。

若為第12圖所示裝置的情形，在被照射面8係被置放有遮罩M，形成在遮罩M的遮罩圖案(未圖示)係透過投影透鏡7而被投影在塗佈有阻劑等感光材的基板W上而予以曝光。其中，關於未使用投影透鏡7而將遮罩M與基板W相密接或近接，而將遮罩圖案曝光在基板W上的裝置，亦使用同樣構成的光照射裝置。

此外，亦有在被照射面8配置被處理物而非遮罩M，照射光而藉由光化學反應來進行被處理物之表面改質等的情形。以如上所示之例而言，有液晶顯示元件用之光配向膜的光配向處理。

以下將基板或配向膜等照射來自光照射裝置之光的對象物稱為工件。

積分器透鏡(亦稱為蠅眼式透鏡(fly-eye lens))係以縱橫方向並列配置有十數～百程度的透鏡者。該各透鏡將入射光作分割，經分割後的光在照射面相疊合，藉此使照度分布成為均一。亦即，即使入射至積分器透鏡之光的照度分布為不均一，且入射至各透鏡的光的強度有所不同，亦因該出射光在同一照射面重複照射而成為均一的照度分布。藉由使用如上所述之積分器透鏡，可將被照射面的照度分布形成為±5%程度。

在第13圖中顯示因積分器透鏡所造成之上述照度分布均一化的態樣。其中，在該圖中為易於說明起見，顯示有由3個透鏡所構成的積分器透鏡，但是實際上則係設有十數～數十透鏡。

在第13圖中，來自未圖示的燈的光被聚光，由該圖的上方入射至積分器透鏡4，由積分器透鏡4所出射的光係透過準直器透鏡6而被照射在該圖下方的被照射面8的照射區域。

積分器透鏡4係由第1透鏡L1、第2透鏡L2、第3透鏡L3所構成，入射至積分器透鏡4之光之圖面左右方向的照度分布係呈圖中曲線圖1所示之中心部的照度為高、周邊部為低的形狀。

積分器透鏡4係將入射至各個透鏡L的光投影在照射區域全體。在第1透鏡L1係入射具有曲線圖1之A的照度分布的光，在照射區域全體係作為具有曲線圖2之A’般之照度分布的光而被投影。

同樣地，在第2透鏡L2係入射具有曲線圖1之B的照度分布的光，在照射區域全體係作為具有曲線圖2之B’般之照度分布的光而被投影。在第3透鏡L3係入射具有曲線圖1之C的照度分布的光，在照射區域全體係作為具有曲線圖2之C’般之照度分布的光而被投影。

在照射區域中，上述A’、B’、C’的照度分布被相加。藉此，照射區域的照度分布係成為如曲線圖3所示。與曲線圖1相比，曲線圖3係照度分布已被均一化。

若增加構成積分器透鏡的透鏡數量，即提升如上所示之照度分布均一的效果。如上所示，藉由使用積分器透鏡，可將被照射面8之光照射區域的照度分布形成為±5%以下。

在將液晶基板或印刷基板等矩形狀工件進行曝光時，使由光照射裝置所照射的光的形狀配合工件的形狀而形成為矩形狀。在如上所示之情形下，若將構成積分器透鏡4之各個透鏡之相對光軸呈垂直方向的剖面形狀形成為矩形狀，則照射區域的形狀即為矩形狀。以如上所示使用各透鏡的剖面為矩形狀的積分器透鏡之例而言，係有例如專利文獻1所記載的光照射裝置。

此外，在如上所示之光照射裝置中，為了從由燈1所放射的光中僅取出曝光所需波長的光，在積分器透鏡4的光入射側配置選擇波長的手段，即所謂的波長選擇濾片10，亦例如專利文獻2之照明光學裝置之記載所示，自以往以來已為人所知。

其中，以配置在積分器透鏡4之光入射側的濾片而言，大部分為用以遮斷比所需波長為短的波長的光者。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2002-237442號公報

[專利文獻2]日本特開昭61-180435號公報

[專利文獻3]日本特開2004-245912號公報

上述波長選擇濾片(以下僅稱之為濾片)係在石英或玻璃等透明基板上蒸鍍無機多層膜而形成。所形成的膜係按照所欲遮斷(所欲透過)的光的波長來設定材質或膜厚而形成。

近年來，隨著液晶顯示基板或印刷基板的大面積化的進展，在曝光裝置中亦期望光照射區域的擴大。以其對策而言，例如專利文獻3所記載之光照射裝置所示，將複數燈與聚光鏡相組合亦已被提出，光源亦已大型化。

若光源大型化，入射至積分器透鏡的光(光芒)亦變大，配置在積分器之入射側的濾片亦需為大型者。例如若為排列使用4支燈的光照射裝置的情形，光芒的直徑約為700mm。

但是，濾片係如上所述在玻璃板等(以下統稱為玻璃板)形成有無機蒸鍍膜者。以現實問題而言，以所欲遮斷(所欲透過)的波長不會移位的方式，遍及大面積的玻璃板的全面而形成均一特性的蒸鍍膜係有困難的，在現狀中為至250mm～300mm見方程度為止。因此，在大型光照射裝置中所使用的濾片係難以由一枚玻璃板來製作。

針對該問題，我等經精心硏究結果，考慮藉由框架(保持框)及其隔條來保持複數較小的濾片板而作為一個較大的濾片加以使用。但是，若由耐久性或成本的觀點來看，框架及其隔條通常係由金屬所製作。如此一來，框架或隔條係成為不透明，隔條的粗細亦成為5mm～10mm程度。當將如上所示之濾片配置在光路時，框架的外框即使配置成在光芒之外，亦會有隔條將光遮光而產生陰影，而使光照射面下的照度分布均一度降低。

本發明係為了解決上述習知技術的問題點而硏創者，本發明之目的為在具備有藉由框架及其隔條來保持複數濾片板之濾片的光照射裝置中，防止光照射面下之照度分布的均一度降低。

為了解決上述課題，在本發明中，係具備有：光源；排列配置光的入/出射面為矩形(亦即相對光軸呈垂直方向的剖面呈矩形)的複數透鏡，入射來自上述光源的光，而將在光照射面的照度分布形成為均一的積分器透鏡；及將由上述光源所放射的光中僅透過特定波長範圍的光的濾片，該濾片藉由框架及該框架的隔條來保持複數濾片板而構成的光照射裝置中，將對上述濾片照射光的區域中之上述濾片的框架隔條延伸的方向，相對積分器透鏡之構成上述矩形之各邊的方向呈傾斜的方式(不會呈平行的方式)，而且與上述積分器透鏡之上述矩形的對角線不呈平行的方式作配置。

在此，入射至上述濾片及積分器透鏡之光的照度係光芒的中心部分(光軸的附近)為較強，因此若在該部分以未施加濾片的隔條的方式作配置，可將隔條陰影的影響減為更小，而可防止照度分布均一度的降低。亦即，以在光軸所通過的透鏡及與其相鄰接的透鏡上未配置有隔條為宜。

此外，在對上述濾片照射光的區域中，以上述濾片的所有隔條相對上述積分器透鏡的邊呈傾斜，而且，以對上述透鏡的對角線不會呈平行的方式作配置為宜，如上所示，可有效減小隔條陰影的影響。

在本發明中，以使濾片之框架的隔條延伸的方向相對於積分器透鏡之各邊的方向呈傾斜的方式，而且以與積分器透鏡之矩形的對角線不呈平行的方式作配置，因此上述隔條之部分的陰影不會有因積分器透鏡的作用而在被照射面的照射區域中被相加的情形，因框架的隔條所造成的陰影會在光照射面中被分散，而可防止照度分布均一度的降低。

第1圖係顯示本發明之實施例之光照射裝置的概略構成圖。與第12圖相同的構成係標註相同的元件符號。

在本實施例中，光源H係由2個燈1a、1b、及將來自各燈的光作反射且聚光的2個聚光鏡2a、2b所構成，俾以在被照射面8中獲得廣面積的照射區域。關於構成，由於基本上與習知的光照射裝置相同，故予以省略。

由光源H所出射的光係藉由第1反射鏡3而將光路折返，透過供波長選擇之用的濾片10或快門20而入射至積分器透鏡4。

由積分器透鏡4所出射的光係藉由第2反射鏡5予以反射，在準直器透鏡6形成為平行光而被照射在被照射面8。

第2圖係本實施例之濾片10的構造，顯示藉由矩形狀框架(保持框)10b及縱橫形成在該框架10b的4條隔條10c來保持9枚矩形狀濾片板10a的濾片。第2圖(a)係由光入射側觀看濾片10的平面圖，第2圖(b)為(a)的A-A剖面圖。

濾片10係由：複數濾片板10a、保持各濾片板10a的框架(保持框)10b、及相對該框架10b呈彼此平行配置的隔條10c所構成。

濾片板10a係如上所述在石英或玻璃等透明基板蒸鍍有無機多層膜者，例如邊長為250mm～300mm的正方形。

保持濾片板10a的框架(保持框)10b及其隔條10c為鋁製，框架10b之隔條10c的寬幅為5mm～10mm，在內側形成有凹部，各濾片板10a被嵌入在凹部而予以保持。

第3圖係由光入射側觀看積分器透鏡4的圖。在該圖中，配置有3×6=18個配合光照射區域的形狀所形成且相對光軸呈垂直方向的剖面為矩形狀的透鏡L。在實際的光照射裝置中所使用的積分器透鏡4的透鏡L數為80個～100個。

第4圖與第5圖係顯示在第3圖所示之積分器透鏡4的光入射側配置第2圖所示之濾片10時之本發明之實施例之構成圖。第4圖係由光入射側觀看積分器透鏡4與濾片10的圖，第5圖為其斜視圖。

如第4圖所示，濾片10係以其框架10b的隔條10c相對積分器透鏡4之各透鏡L的邊呈傾斜的方式(以框架10b相對各透鏡L的排列方向呈傾斜的方式)，但是不會與各透鏡的對角線呈平行的方式作配置。

亦即，當在各透鏡L的光入射面上，使各框架10b的隔條10c朝光軸方向投影時，以各隔條10c的線狀陰影方向不會與矩形狀的各透鏡L的各邊呈平行的方式，而且不會與各透鏡的上述矩形的對角線呈平行的方式作配置。

如上所示，藉由配置框架的隔條10c，可防止框架的隔條10c所形成的陰影所造成的被照射面中的照度分布均一度的降低。

其中，在第4圖中，為易於理解起見，相對於積分器透鏡4的大小，將濾片10的框架10b極端地顯示為較粗。實際上為再稍微地細，投影在積分器透鏡的入射面的框架的隔條10c的陰影亦較細。

使用第6圖與第7圖來說明若將濾片10之框架10b的隔條10c以如上所述相對積分器透鏡4之各邊的方向呈傾斜的方式作配置時，即可防止照度分布降低的理由。

第6圖(a)係由光入射側觀看積分器透鏡4的圖。積分器透鏡4係設為由以L1～L9的編號所表示的9個剖面呈正方形的透鏡所構成者。接著，假設作為圓形的光照射區域(光芒)所顯示的光入射至該積分器透鏡。

第6圖(b)與(c)係在該積分器透鏡4的光入射側配置有濾片10的圖。

為簡單說明起見，在此濾片10係設為以框架(濾片框)10b來保持2枚濾片板10a者，位於2枚濾片板10a之間的1支隔條10c影子會落在積分器透鏡4的光入射面者。

第6圖(b)係將濾片10的框架10b的隔條10c與積分器透鏡4的各透鏡L的邊呈平行地(將框架10b與矩形透鏡的邊呈平行地)作配置的情形。第6圖(c)係將濾片10的框架10b的隔條10c以相對積分器透鏡的各透鏡排列方向呈傾斜地(將框架10b相對矩形透鏡的邊呈傾斜地)作配置的情形。

第7圖係顯示如第6圖所示在積分器透鏡4的光入射側配置有濾片10時的照度分布圖。其中，該圖係以與前述第13圖相同的影像所作成。

第7圖(a)(b)(c)係第6圖(b)之情形的照度分布，第7圖(d)(e)(f)係第6圖(c)之情形的照度分布。

第7圖(a)(d)係顯示由各透鏡所出射的光的照度分布，第7圖(b)(e)係將該等相加後的照度分布，第7圖(c)(f)係顯示被照射面之光照射區域全體的照度分布影像。

如上所述，積分器透鏡4係將入射至各個透鏡的光投影在被照射面的照射區域全體。但是，若為第6圖(b)的情形，框架的隔條的陰影係以上下橫越過積分器透鏡的透鏡L2與L5與L8的中央。

因此，如第7圖(a)所示，透鏡L5投影在照射區域的光的照度分布係成為中央部分的照度降低者。同樣地，透鏡L2與L8所投影的光照度分布7亦成為中央部分的照度降低者。

該等照度分布若藉由積分器透鏡的作用而在被照射面的照射區域中相加時，如第7圖(b)所示，透鏡L2與L5與L8之照度低的部分亦會被相加。因此，所相加的照度分布與其他部分相比，中央部分的照度會極端地低(暗)。

結果，如第7圖(c)所示，照度極端低(暗)的區域會橫越過被照射面的照射區域。因此，在光照射區域中，無法獲得所希望照度分布的均一度(例如±5%)。

相對於此，若為第6圖(c)的情形，框架的隔條的陰影係相對各透鏡排列方向呈傾斜，框架的陰影係橫越過透鏡L2與L5與L8，但是該場所係透鏡L2為右側，透鏡L5為中央附近，透鏡L8為左側，各個場所有所不同。

因此，如第7圖(d)所示，透鏡L5投影在照射區域的光的照度分布會成為中央部分的照度降低者，但是透鏡L2所投影的光的照度分布係成為右側部分的照度降低者，透鏡L8所投影的光的照度分布係成為左側部分的照度降低者，各照度低的部分並不相一致。

因此，該等照度分布若在被照射面的照射區域中被相加時，如第7圖(e)所示，透鏡L2與L5與L8之照度低的部分在照射區域之中不相重疊地而呈分散，雖然會有框架陰影的影響，但是並不會產生照度極端低(暗)的區域。

結果，如第7圖(f)所示，照度稍低(暗)的區域以3個部位橫越過被照射面的照射區域，但是該部分的照度降低較少。因此，在光照射區域中，可得所希望的照度分布均一度(例如±5%)。

其中，第4圖中，濾片10的框架10b以相對積分器透鏡4的各透鏡L的邊的方向(各透鏡排列方向)呈約45°相交叉地作配置，但是並不一定限於最適為45°。重點在於使各透鏡L的相同位置不會變暗乃為重要的。

因此，當將框架10b的隔條10c相對積分器透鏡4的各透鏡L的邊的方向呈傾斜地作配置時，必須以與各透鏡的對角線不會呈平行的方式(不相一致的方式)作配置。

例如，如第8圖(a)所示，若以垂直於積分器透鏡4之各透鏡L8的光軸的平面而切時的剖面為正方形，若將框架10b的隔條10c以相對各透鏡L排列方向呈45°作配置，則框架的隔條陰影係與積分器透鏡的各透鏡的對角線相一致(呈平行)，因此在透鏡L3、L5、L7係在相同位置被投影出框架的隔條陰影。因此，如第7圖中之說明所示，照度低的部分被相加，照度極端低的部分會以斜向橫越光照射區域。

因此，如第8圖(b)所示，如上所示之情形係調整濾片10之隔條10c對各透鏡L的邊的方向的角度，使隔條10c陰影被投影在各透鏡L的位置不同。

在此，入射至積分器透鏡4的光的照度由於光芒的中心部分(光軸的附近)較強，因此當在該部分上配置濾片10的隔條10c時，會呈現較大的隔條10c的陰影的影響。

例如，如前述第6圖(b)(c)所示，當濾片10的隔條10c通過積分器透鏡4的中央部分時，如第7圖所示，隔條10c陰影的影響強力呈現在通過照度較大的光所入射的積分器透鏡4的中央部分的透鏡L5的光。

因此，若在積分器透鏡之被配置在光芒中心部分的透鏡上未配置有濾片10的隔條10c，可減小上述隔條10c陰影的影響。在第6圖的例中，係以在積分器透鏡4中央部分的透鏡L5，亦即光芒的光軸所通過的透鏡(及/或與光軸相鄰接的透鏡)上未配置濾片10的隔條10c為宜。

在第6圖中係顯示配置有9個透鏡L的情形，但是如前所述在實際的光照射裝置中所使用的積分器透鏡的透鏡數為更多。例如，如第9圖所示，積分器4的透鏡L為66個，當光軸通過透鏡L30、L31、L42、L43之間時，在光軸相鄰接的透鏡L30、L31、L42、L43之上未放置濾片10的隔條10c。

如以上所示，藉由在光芒的光軸所通過的透鏡(及/或與光軸相鄰接的透鏡)上未配置有濾片10的隔條10c，可減小隔條10c陰影的影響。

在上述實施例中，係顯示將濾片配置在積分器透鏡之光入射側之例，惟本發明亦可適用於其他情形。

第10圖係將濾片10配置在積分器透鏡4之出射側之例。其他構成與第1圖所示者相同，關於與第1圖相同構成者，係標註相同的元件符號。

當將本發明之濾片10配置在積分器透鏡4的出射側時，若離積分器透鏡4的距離較遠，則濾片10的框架10b的隔條10c陰影會直接投影在被照射面。但是，若為接近積分器透鏡4的出射側，由各透鏡出射的光相疊合的位置之前(接近積分器透鏡4之側)，濾片10的隔條10c以相對於各透鏡L之邊的方向呈傾斜，而且與上述透鏡的對角線不呈平行的方式作配置，藉此可達成在上述實施例中所示之相同效果。

亦即，在積分器透鏡4之出射側附近配置濾片10，且使上述隔條10c以光軸方向投影在各透鏡L的光入出射面上時，以各隔條10c的陰影方向不會與矩形狀的各透鏡L的各邊呈平行的方式，而且以不會與各透鏡的上述矩形的對角線呈平行的方式作配置，藉此可防止框架的隔條10c所形成陰影所造成之被照射面中之照度分布均一度的降低。

第11圖係當以光入射側的透鏡群4a與光出射側的透鏡群4b構成積分器透鏡4時，將本發明之濾片10配置在兩透鏡群4a、4b之間之例。

在大型的光照射裝置中，為了防止因積分器透鏡4大型化所造成的成本上升，會有將積分器透鏡4如該圖所示分成光入射側的透鏡群4a與光出射側的透鏡群4b而構成的情形。在如上所示之情形下，考慮將濾片10配置在兩透鏡群之間。在如上所示之情形下，濾片10的隔條10c以相對構成積分器透鏡之各透鏡L之邊的方向(各透鏡L的排列方向)呈傾斜而且與上述透鏡L的對角線不呈平行的方式作配置，藉此亦可達成在上述實施例中所示之相同效果。

1、1a、1b．．．燈

2、2a、2b．．．聚光鏡

3．．．第1反射鏡

4．．．積分器透鏡

4a、4b．．．透鏡群

5．．．第2反射鏡

6．．．準直器透鏡

7．．．投影透鏡

8．．．被照射面

10．．．濾片

10a．．．濾片板

10b．．．框架

10c．．．隔條

20．．．快門

H．．．光源

L1～L9．．．透鏡

M．．．遮罩

W．．．基板

第1圖係顯示本發明之實施例之光照射裝置的概略構成圖。

第2圖係顯示本發明之實施例之濾片之構造圖。

第3圖係由光入射側觀看積分器透鏡的圖。

第4圖係顯示本發明之實施例之濾片對積分器透鏡的配置例圖(由光入射側所觀看的圖)。

第5圖係顯示本發明之實施例之濾片對積分器透鏡的配置例圖(斜視圖)。

第6圖係說明在本發明中可防止照度分布降低之理由的圖(1)。

第7圖係說明在本發明中可防止照度分布降低之理由的圖(2)。

第8圖係說明積分器透鏡之各透鏡為正方形時之濾片配置圖。

第9圖係說明濾片之隔條對積分器透鏡之各透鏡之較佳配置例圖。

第10圖係顯示將本發明之濾片配置在積分器透鏡之出射側時之構成例圖。

第11圖係顯示當以光入射側的透鏡群4a與光出射側的透鏡群4b構成積分器透鏡4時，將本發明之濾片配置在積分器透鏡的光入射側與光出射側的透鏡群之間時之構成例圖。

第12圖係顯示作為習知之曝光裝置等的光源裝置所被使用之光照射裝置之構成例圖。

第13圖係顯示藉由積分器透鏡所致之照度分布均一化的態樣圖。

1a、1b．．．燈

2a、2b．．．聚光鏡

3．．．第1反射鏡

4．．．積分器透鏡

5．．．第2反射鏡

6．．．準直器透鏡

8．．．被照射面

10．．．濾片

20．．．快門

H．．．光源

Claims (1)

1. 一種光照射裝置，係具備有：光源；排列配置複數矩形透鏡，入射來自上述光源的光，而將在光照射面的照度分布形成為均一的積分器透鏡；及將由上述光源所放射的光中僅透過特定波長範圍的光的濾片的光照射裝置，其特徵為：上述濾片係藉由框架及該框架的隔條來保持複數濾片板而構成，上述隔條係以相對上述積分器透鏡之上述複數透鏡之邊的方向呈傾斜而且與上述透鏡的對角線不呈平行的方式作配置。