Brevet FR2566097A1 — publié le 19851220

LAMPE A UN REFLECTEUR SEGMENTE La présente invention se rapporte à une lampe perfectionnée destinée à fournir un rayonnement relativement uniforme sur un plan cible avec une divergence locale relativement faible. De nombreuses applications d'équipements optiques nécessitent qu'un rayonnement relativement uniforme soit fourni sur l'étendue d'un plan cible. Pour certaines applications, par exemple en photolithogra- phie, il est également souhaitable que le rayonnement sur ce plan cible ait une divergence locale réduite, la divergence locale étant définie comme l'angle solide sous-tendu par la source telle que vue à partir de points de la cible. En photolithographie, la lumière est projetée à partir d'une lampe à travers un masque ou une diapositive vers un plan cible derrière lequel est disposé un milieu photosensible. Il est souhaitable que la lumière projetée soit uniforme de manière que les zones de transparence variable du masque soient fidèlement reproduites sur le milieu photo- sensible. Il est également souhaitable que la lumière ait une divergence locale faible de manière que la résolution de l'image sur le masque soit sensiblement maintenue lorsque l'image est projetée sur le milieu photosensible. Dans quelques systèmes photolithographiques de l'art antérieur tels que décrits dans la demande de brevet japonais publiée sous le n0 58-35861, on utilise des optiques réfractives pour tenter de rendre la lumière projetée uniforme. Cependant, de tels systèmes n'ont pas une divergence locale faible car la divergence de ces systèmes mesurée au centre du plan cible a, approximativement, le même angle relativement important que la divergence au bord de la cible. En conséquence, ces systèmes de l'art antérieur ne permettent pas d'obtenir la définition souhaitée sur le milieu photosensible. 2, 2 2566097 L'un des buts de la présente invention est de réaliser une lampe qui projette un rayonnement relativement uniforme sur l'étendue d'un plan cible. Un autre but de l'invention est une lampe qui projette une lumière ayant une divergence locale relativement faible sur un plan cible et encore un autre but de l'invention est une lampe ayant un rendement relativement élevé. Un autre but de l'invention encore est de réaliser une lampe spécialement adaptée à la-photolithographie et de proposer une lampe qui permette d'atteindre les objectifs ci-dessus en utilisant une source lumineuse sans électrode. On réalise les objectifs ci-dessus au moyen d'une lampe utilisant un réflecteur segmenté. Les segments sont disposés par rapport à la source lumineuse et au plan cible de manière que chaque segment reflète la lumière émise par une partie différente de la source et que de la sorte des points du plan cible reçoivent un rayonnement qui est réfléchi par un certain nombre de segments différents du réflecteur. Ainsi, on établit une moyenne du rayonnement sur la source sur de nombreuses parties de la source et du réflecteur et le rayonnement sur la cible est relativement indépendant du fait que la source et le réflecteur ne sont pas uniformes. Par exemple, dans une forme préférée de réalisation, la lampe selon l'invention utilise une source lumineuse sans électrode qui nécessite une fente dans le réflecteur pour exciter la source lumineuse à l'aide d'énergie apportée par les micro-ondes et en raison de l'effet de moyenne ci-dessus mentionnée la fente ne projette qu'un point sombre réduit sur la cible au lieu d'une discontinuité plus grande comme cela se produirait avec une optique plus conventionnelle. De plus, les segments du réflecteur sont disposés de manière à entraîner une divergence locale réduite sur le plan cible ce qui en- traîne une résolution améliorée. Le centre de la cible est illuminé par le rayonnement direct provenant de la source et par le rayonnement réfléchi par un segment seulement tandis que le centre de la cible est irradié par des rayonnements réfléchis par un certain nombre de segments réflecteurs et le bord de la cible est irradié par un rayonnement qui est réfléchi par tous les segments du réflecteur. Ainsi, la divergence locale au centre est plus petite et augmente en direction des bords ce qui entraîne une divergence locale moyenne relativement faible si on la compare à celle d'autres dispositifs optiques. L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une illustration schématique d'une forme de réalisation de la lampe selon l'invention comprenant un diagramme de rayonnement qui illustre la manière dont on obtient une uniformité relative et une divergence locale réduite; - la figure 2 est une vue de dessous de la lampe de la figure 1; - la figure 3 est une illustration plus complète d'une forme de réalisation préférée de l'invention utilisant une source lumineuse sans électrode; - la figure 4 est un plan de détail d'une forme préférée de réali- sation du réflecteur selon l'invention; - la figure 5 est un graphique illustrant l'intensité du rayonne- ment en fonction de la distance de la cible et qui met en évidence l'uniformité relative obtenue avec la lampe selon l'invention. En se référant à la figure 1, une lampe 10 comprenant une source lumineuse 12 et un réflecteur 14 est représentée. Dans la forme de réalisation de la figure 1, la source lumineuse 12 est une source lumineuse sans électrode qui est de forme sphérique, bien que dans d'autres formes de réalisation on puisse utiliser des sources diffé- rentes. Une source lumineuse sans électrode est un émetteur volumique qui émet de la lumière à partir du volume d'un gaz excité contenu dans le bulbe d'une lampe. Le réflecteur 14 se compose d'une partie sphérique 16 et des segments 1 à 5. Chaque segment défini une bande annulaire autour de l'axe 18, chacun étant plat ou rectangulaire en section transversale comme représenté schématiquement à la figure 1. Une vue de dessous de la lampe de la figure 1 est représentée à la figure 2 dans laquelle les lignes 20 représentent les séparations des segments. Comme on le voit sur les figures, le réflecteur est symétrique en rotation par rapport à un axe traversant la source lumineuse et perpendiculaire au plan cible. La partie sphérique 16 du réflecteur réfléchit la lumière vers la source sphérique et ainsi cette partie peut être revêtue avec un matériau absorbant la lumière tandis que chaque segment du réflecteur est revêtu d'un matériau réfléchissant. 4 2566097 On voit que la cible 22 est marquée avec la lettre C indiquant le centre de la cible, la lettre M marquant un point quelque part au centre de la cible et la lettre E indiquant un point sur le bord de la cible. Si on se reporte au diagramme de rayonnement de la figure 1, le centre de la cible est irradié par la lumière émise directement par la sour- ce 12 et aussi par la lumière qui est réfléchie par le segment 1. Le point M de la cible est irradié par la lumière qui est réflé- chie par les segments 1 à 3 tandis que le point E est irradié par la lumière qui est réfléchie par tous les segments 1 à 5. Ainsi, les points du plan cible sont irradiés par de la lumière provenant de plus d'un segment et le rayonnement parvenant sur la plan cible est ainsi relati- vement indépendant des variations locales d'émission de la source lumi- neuse et des non-uniformités du réflecteur. Il en est ainsi parce que les différents segments du réflecteur réfléchissent la lumière émise par des zones différentes de la source lumineuse et qu'on établit une moyenne de la source locale et des non-uniformités du réflecteur dans la lumière qui atteint la cible. Comme discuté cirdessus, on souhaite que la divergence locale-de la lampe sur le plan cible soit aussi réduite que possible. Dans un système photolithographique, une diapositive est disposée sur le plan cible et le cône convergent de rayons, qui est incident en chacun des points de la diapositive, commence à diverger après avoir traversé le plan cible. La divergence locale est définie comme l'angle solide sous-tendu par la source telle qu'elle est vue à partir du plan cible et on voit que plus la divergence locale est réduite, plus est réduit également le diamètre du faisceau divergent de rayons lorsqu'il atteint la surface photosensible qui est disposée sous le plan cible de la figure 1 et que plus grande est la résolution de l'image qui est proje- tée sur cette surface photosensible. Si l'on se réfère à la figure, la divergence-locale au point C est représentée par le segment 1 tandis que la divergence locale aux points M et E est représentée par le rayonnement direct provenant de la source et le dernier segment qui réfléchit un rayon vers ce point. Ainsi, comme on le voit sur la figure, la divergence locale est une fonction du nombre de segments qui rayonnent en direction d'un point particulier sur la cible, les points situés vers le centre étant irradiés par moins de segments et ayant une divergence locale plus faible que les points sur les bords. Ainsi, la divergence locale moyenne est sensiblement plus : 2566097 petite que celle obtenue par l'utilisation d'optiques conventionnelles dans lesquelles la divergence sur les bords représentée à la figure 1 serait beaucoup plus proche de la divergence moyenne sur l'étendue de la cible. Ceci est illustré de manière visible à l'aide de photographies de la lampe de différents points de la cible. Une photographie prise au centre de la cible montre un anneau brillant sur le segment 1 tandis qu'une photographie prise du point E montre que la lumière provient de tous les segments. La situation au point E représente l'étendue de la divergence qui serait présente même au centre des systèmes de l'art antérieur. Dans la forme de réalisation de la figure 1, les segments sont disposés pour fournir une divergence locale moyenne minimale et l'orien- tation de la plus grande partie des segments de manière qu'elle traverse l'axe donne, à l'embouchure du réflecteur, un diamètre plus faible et du fait que tous les segments qui réfléchissent vers un point donné de la- cible sont groupés d'un côté du réflecteur, l'angle solide sous-tendu par la source est maintenu à une valeur minimale. En outre, la forme représentée aux figures 1 et 2 est très effi- cace puisque tout rayon est réfléchi par une surface optique au moins, ce qui est particulièrement important pour des systèmes utilisant du rayonnement ultraviolet. La figure 3 est une illustration d'une lampe sans électrode générée par micro-ondes qui utilise la présente invention. En se réfé- rant à la figure, la source lumineuse 30 et le réflecteur 32 sont comme représentés aux figures 1 et 2. En outre, une grille maillée 34 est disposée en travers du réflecteur pour ménager une chambre micro-ondes qui retient l'énergie micro-ondes mais permet la sortie de la lumière visible ou ultraviolette émise. L'énergie micro-ondes est engendrée par un magnétron 36 et est délivrée à une fente 38 de la paroi du réflecteur par un guide d'ondes 40. Un avantage de l'invention réside dans le fait que la fente 38 ne projette pas un point sombre important sur la cible comme on pourrait s'y attendre avec des optiques conventionnelles. Comme exposé ci-dessus, ceci est dû au fait que les points de la cible reçoivent un rayonnement moyen qui provient de la réflexion à partir d'un certain nombre de segments. La figure 4 est un plan de détail du réflecteur et montre les dimensions et dispositions angulaires des segments annulaires dans la forme de réalisation préférée qui fournit une divergence locale minima- le. La figure 5 est un graphique montrant l'intensité lumineuse sur le plan cible en fonction de la distance du centre. La forme relativement plate du niveau d'intensité illustre que l'objectif d'une illumination relativement uniforme est bien atteint. Naturellement, bien qu'ait été décrite ci-dessus une forme de réalisation de l'invention utilisant un réflecteur à symétrie de révolution, d'autres configurations sont possibles et réalisables par l'homme de l'art. Quoique le mode de réalisation décrit et représenté porte sur des segments dont la section est plane, il est bien évident que l'invention s'applique également à des segments dont la section serait courbe, ou au moins en partie courbe, les résultats auxquels on parviendrait pouvant cependant, dans de tels cas, être moins bons. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'hommme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Lampe destinée à fournir un flux lumineux relativement unifor- me sur l'étendue d'une surface à illuminer comprenant une source lumineu- se émettant un rayonnement et un réflecteur dans lequel est disposé ladite source lumineuse, caractérisée en ce que le réflecteur (14) comprend des segments (1-5) disposés par rapport à ladite source (12) et par rapport à une surface (22) qui doit être illuminée de manière que chacun desdits segments réfléchisse le rayonnement émis par une zone différente de ladite source lumineuse et de telle sorte que les points de ladite surface reçoivent un rayonnement qui est réfléchi par une pluralité de segments différents, chaque point recevant un rayonnement d'au moins un segment, de manière à réaliser sur ladite surface (22) une moyenne relative des non-uniformités spatiales de la sortie de la source (12) ou de la surface du réflecteur (14), ce qui rend le flux lumineux atteignant ladite surface (22) relativement indépendant desdites non- uniformités. 2.- Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réflecteur (14) est symétrique en rotation autour d'un axe traversant la source lumineuse (12) et perpendiculaire au plan cible (22). 3.- Lampe selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite source lumineuse (12) est un volume émetteur de radiations. 4.- Lampe selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite source lumineuse (12) a une forme sphérique. 5.- Lampe destinée à fournir un flux lumineux relativement unifor- me et une divergence locale relativement réduite sur l'étendue d'une surface à illuminer comprenant une source lumineuse émettrice de radia- tions et un réflecteur dans lequel est disposé la source lumineuse, caractérisée en ce que ledit réflecteur (14) comprend des segments (1-5) disposés par rapport à ladite source (12) et à une surface (22) qui doit être illuminée, de manière que chacun desdits segments réfléchisse le rayonnement émis par une zone différente de ladite source lumineuse (12) et de manière que des points de ladite surface (22) reçoivent un rayon- nement qui est réfléchi par un nombre différent desdits segments, chaque point recevant le rayonnement d'au moins un segment, de telle manière qu'on réalise une moyenne relative sur ladite surface (22) des non-unifor- mités spatiales de la sortie de la source (12) ou de la surface du réflecteur (14) et que la divergence locale des points ne recevant pas le rayonnement de tous les segments dudit réflecteur soit minimale, ce qui entraîne une divergence locale moyenne relativement faible. 8 2566097 6.- Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le réflecteur (14) présente une symétrie de rotation autour d'un axe traversant la source lumineuse (12) et perpendiculaire au plan cible (22). 7.- Lampe selon la revendication 6, caractérisée en ce que la source lumineuse (12) est un volume émetteur de radiations. 8.- Lampe selon la revendication 7, caractérisée en ce que la source lumineuse (12) a une forme sphérique. 9.- Réflecteur pour une lampe selon l'une des revendications 1-à 8 destinée à fournir un flux lumineux relativement uniforme et une diver- gence locale relativement faible sur l'étendue d'une surface à illuminer caractérisé en ce qu'il comprend un réflecteur pour contenir ladite source lumineuse (12) qui est composé de segments (1-5) disposés par rapport à ladite source lorsque celle-ci est dans le réflecteur (14) et par rapport à une surface (22) destinée à être illuminée, de manière que chacun desdits segments (1-5) réfléchisse le rayonnement émis par une zone différente de ladite source lumineuse (12) et de manière que les points de ladite surface (22) reçoivent un rayonnement qui est réfléchi par des nombres différentes desdits segments, chaque point recevant le rayonnement provenant d'au moins un segment, ce qui permet de réaliser une moyenne relative des non-uniformités spatiales de la sortie de la source (12) ou de la surface du réflecteur (14) sur ladite surface (22) et que la divergence locale des points ne recevant pas le rayonnement de tous les segments (1-5) dudit réflecteur (14) soit minimale, ce qui entraîne une divergence locale moyenne relativement réduite.