(57)【要約】【課題】簡単な構成でありながら、複数の紫外光ＬＥＤから発した光を効率的に集光することができる露光機用光源装置を提供する。【解決手段】平面基板の表面上に縦横に敷設された複数の紫外光ＬＥＤと、前記各紫外光ＬＥＤにそれぞれ対応して設けられた複数のレンズと、当該複数のレンズを保持するレンズ保持部材と、を備えており、前記各紫外光ＬＥＤの光軸Ａと、前記各紫外光ＬＥＤに対応して設けられたレンズの光軸Ｂとが、前記平面基板の表面に対して垂直であり、前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記平面基板の表面と同一平面上に設定した所定の点を通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとが一致し、前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記所定の点を避けて通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとが、前記所定の点に近い方から、光軸Ｂ、光軸Ａの順に並んでおり、前記紫外光ＬＥＤのうち前記所定の点から遠いものほど、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとの間が離れているようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面基板の表面上に縦横に敷設された複数の紫外光ＬＥＤと、前記各紫外光ＬＥＤにそれぞれ対応して設けられた複数のレンズと、当該複数のレンズを保持するレンズ保持部材と、を備えており、
前記各紫外光ＬＥＤの光軸Ａと、前記各紫外光ＬＥＤに対応して設けられたレンズの光軸Ｂとが、前記平面基板の表面に対して垂直であり、
前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記平面基板の表面と同一平面上に設定した所定の点を通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとが一致し、
前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記所定の点を避けて通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとが、前記所定の点に近い方から、光軸Ｂ、光軸Ａの順に並んでおり、前記各紫外光ＬＥＤのうち前記所定の点から遠いものほど、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとの間が離れていることを特徴とする露光機用光源装置。
【請求項２】
前記各レンズから出る光の集光位置が略同一位置に設定されている請求項１記載の露光機用光源装置。
【請求項３】
前記レンズ保持部材が、前記レンズを保持する保持部材と、前記レンズを前記保持部材に固定する押え部材とからなる請求項１又は２記載の露光機用光源装置。
【請求項４】
前記各紫外光ＬＥＤとそれに対応して設けられた前記各レンズとの間に、それぞれ第２のレンズが配設されており、
第２のレンズの光軸Ｃが、前記平面基板の表面に対して垂直であり、
前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記平面基板の表面と同一平面上に設定した所定の点を通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｃと前記光軸Ｂとが一致し、
前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記所定の点を避けて通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｃと前記光軸Ｂとが、前記所定の点に近い方から、光軸Ｂ、光軸Ｃ、光軸Ａの順に並んでおり、前記各紫外光ＬＥＤのうち前記所定の点から遠いものほど、前記光軸Ａと前記光軸Ｃとの間、及び、前記光軸Ｃと前記光軸Ｂとの間が離れており、
前記レンズ及び第２のレンズが、シリコーン樹脂からなるものである請求項１、２又は３記載の露光機用光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光機用光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を製造するにあたり、シリコン等のウェハに回路を焼き付けるには、ウェハ上にレジストを塗布した後、ステッパー（縮小投影型半導体露光装置）を用いて、レチクル（フォトマスク）のパターンを投影レンズにより１／４〜１／５に縮小して、ウェハ上を移動（ステップ）しながら投影露光する。
【０００３】
従来、g線（４３６ｎｍ）やi線（３６５ｎｍ）ステッパー用光源としては水銀灯が用いられているが、水銀は２００６年７月より施行されたＥＵのＲｏＨＳ規制（欧州有害物質規制）の規制対象となっている。このため、ステッパー用光源として水銀灯以外の光源の使用が検討されている。
【０００４】
しかしながら、例えば、水銀灯の代わりに、消費電力が低く、寿命が長く、発熱が少ないという優れた特徴を有するＬＥＤを使用して、水銀灯並みの放射強度を得ようとすると、複数のＬＥＤを併用して、これら複数のＬＥＤから射出された光を略同一位置に集光することが必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０８０４８
【特許文献２】特開２００１−６６４０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、簡単な構成でありながら、複数の紫外光ＬＥＤから発した光を効率的に集光することができる露光機用光源装置を提供することを、その主たる所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る露光機用光源装置は、平面基板の表面上に縦横に敷設された複数の紫外光ＬＥＤと、前記各紫外光ＬＥＤにそれぞれ対応して設けられた複数のレンズと、当該複数のレンズを保持するレンズ保持部材と、を備えており、前記各紫外光ＬＥＤの光軸Ａと、前記各紫外光ＬＥＤに対応して設けられたレンズの光軸Ｂとが、前記平面基板の表面に対して垂直であり、前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記平面基板の表面と同一平面上に設定した所定の点を通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとが一致し、前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記所定の点を避けて通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとが、前記所定の点に近い方から、光軸Ｂ、光軸Ａの順に並んでおり、前記各紫外光ＬＥＤのうち前記所定の点から遠いものほど、前記光軸Ａと前記光軸Ｂとの間が離れていることを特徴とする。なお、本発明において、前記平面基板の表面と同一平面上の所定の点は、集光位置に応じて任意に設定することができる。
【０００８】
ここで、露光機（マスクアライナー）とは、紫外線を用いて試料に微細なパターンを転写・焼付する装置をいい、主に、トランジスタ、ＩＣ等の半導体素子製造に用いられる。このような露光機は、露光方式により、密着露光、近接露光等のコンタクト式露光装置、等倍投影型露光装置、縮小投影型露光装置等に分類される。
【０００９】
本発明に係る露光機用光源装置は、消費電力が低く、寿命が長く、発熱が少ないという優れた特徴を有する紫外光ＬＥＤを備えているので、水銀灯に代えて用いることにより、環境への負荷を減らすことができるとともに、コスト面でも有利となり、また、露光効率を向上することも可能となる。
【００１０】
また、本発明では、平面基板上の紫外光ＬＥＤの位置に応じて、紫外光ＬＥＤの光軸Ａとレンズの光軸Ｂの偏芯量（光軸のずれ量）が調整されているので、複数の紫外光ＬＥＤから射出された光を、略同一位置に集光することができ、高い放射強度を確保することができる。
【００１１】
更に、本発明では、紫外線ＬＥＤが平面基板に敷設されているが、このようなものでは、切頭円錐形状に丸めたフレキシブル基板の内側周面に紫外線ＬＥＤが敷設されているものに比べて、製造コストを大幅に低減できる上、所定領域に集光される光の損失は高々１０％程度で済む。
【００１２】
なお、複数のレンズが一体になったものとして、レンズアレイがあるが、ステッパー用光源は平面視１００〜３００ｍｍ平方程度の大型なものであり、このような大型なレンズアレイを製造するための金型は高価である上、溶融した高温の原料を流し込むと金型が熱膨張するので寸法精度の高いレンズアレイを製造することは困難である。これに対して、本発明によれば、同一の単レンズを複数用いることにより、レンズアレイと同等の効果を奏する特殊なレンズ構造を、より低コストで実現することができる。
【００１３】
前記レンズ保持部材は、例えば、前記レンズを保持する保持部材と、前記レンズを前記保持部材に固定する押え部材とからなるものである。
【００１４】
ところで、紫外光ＬＥＤとレンズとが離れていると紫外光ＬＥＤから射出された光をレンズに取り込みにくくなるが、一方で、紫外光ＬＥＤとレンズとが近付いていると紫外光ＬＥＤから射出された光をレンズで集光しにくくなる。このため、紫外光ＬＥＤから射出された光を高い効率でレンズに取り込み、かつ、集光させるためには、曲率の高いレンズを紫外光ＬＥＤに接近させて使用するのが好ましい。しかし、屈折率の高いガラスでは曲率の高いレンズを作製することは難しく、研磨工程等が必要になるので、製造コストが高くなる。一方、合成樹脂を材料とすれば、曲率の高いレンズを安価に作製することは可能であるが、合成樹脂は屈折率が低いので、得られたレンズの集光能は低下する。
【００１５】
そこで、前記各紫外光ＬＥＤとそれに対応して設けられた前記各レンズとの間に、それぞれ第２のレンズが配設されており、第２のレンズの光軸Ｃが、前記平面基板の表面に対して垂直であり、前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記平面基板の表面と同一平面上に設定した所定の点を通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｃと前記光軸Ｂとが一致し、前記各紫外光ＬＥＤのうち、その光軸Ａが前記所定の点を避けて通るものでは、前記光軸Ａと前記光軸Ｃと前記光軸Ｂとが、前記所定の点に近い方から、光軸Ｂ、光軸Ｃ、光軸Ａの順に並んでおり、前記各紫外光ＬＥＤのうち前記所定の点から遠いものほど、前記光軸Ａと前記光軸Ｃとの間、及び、前記光軸Ｃと前記光軸Ｂとの間が離れており、前記レンズ及び第２のレンズが、シリコーン樹脂からなるものであれば、これらのレンズは、曲率が高く、かつ、紫外線により劣化しにくいものであり、また、各紫外光ＬＥＤから射出された光を２個のレンズで集光するので、レンズの屈折率が低くても高い効率で集光することができる。
【発明の効果】
【００１６】
このような本発明によれば、複数の紫外光ＬＥＤから射出された光を高い効率で集光して、略同一位置に集光することができる。このため、高い放射強度を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る光照射装置の斜視図である。
【図２】同実施形態に係る光照射装置のＡＡ´線断面図である。
【図３】同実施形態における保持部材の斜視図である。
【図４】同実施形態に係る光照射装置の光学系の１単位から射出された光を示す光線図である。
【図５】同実施形態に係る光照射装置から射出された光を示す光線図である。
【図６】他の実施形態に係る光照射装置の斜視図である。
【図７】他の実施形態に係る光照射装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態に係る露光機用光源装置１は、図１及び図２に示すように、平面視矩形状のものであり、プリント配線基板２１上に並べ設けられた複数の紫外光ＬＥＤ２と、各紫外光ＬＥＤ２に対応して設けられた２個のレンズ、すなわち下側の第２レンズ３及び上側の第１レンズ４と、これらのレンズ３、４を上下２段に積み重ねた状態で保持するレンズ保持部材５と、を備えている。
【００２０】
以下に各部を説明する。
紫外光ＬＥＤ２は、いわゆる平面実装型のものであり、各紫外光ＬＥＤ２にレンズ部材は備わっていない。これら紫外光ＬＥＤ２は、絶縁性を有し配線が予めプリントされた平板矩形状のプリント配線基板２１の表面に、紫外光ＬＥＤ２の光軸Ａがプリント配線基板２１の表面に対して垂直になるように、等間隔に配置されている。
【００２１】
第２レンズ３は、集光レンズであって、その底面が紫外光ＬＥＤ２の上面に接して設けられており、紫外光ＬＥＤ２から射出された光を集光して、第１レンズ４に導出するものである。
【００２２】
第１レンズ４は、平行光発生レンズであって、その底面が第２レンズ３の先端に接して設けてあり、第２レンズ３から射出された光を、平行光として導出するものである。
【００２３】
第２レンズ３及び第１レンズ４は、i線（３６５ｎｍ）といった紫外線が照射されても劣化しにくいシリコーン樹脂等からなるものである。
【００２４】
レンズ保持部材５は、平面視矩形状のものであり、保持部材５１と、押え部材５２とからなるものであり、第２レンズ３と第１レンズ４とを上下２段に積み重ねた状態で保持している。
【００２５】
保持部材５１には、第２レンズ３を収容するための紫外光ＬＥＤ２と同数の貫通孔５１１が設けられており、当該貫通孔５１１には小径となる段部５１１ａが設けてあり、第２レンズ３をその段部５１１ａで係止されるまで挿入することにより、第２レンズ３が、この保持部材５１に対し、光軸方向にも光軸直交方向にも位置決めされるように構成してある。また、保持部材５１には、図３に示すように、その上端面から突出している突起５１２と突状壁５１３が設けられており、当該突起５１２や突状壁５１３の間に第２レンズの基端部をがたなく嵌め込むことにより、第２レンズが、この保持部材５１に対し、光軸方向にも光軸直交方向にも位置決めされるように構成してある。
【００２６】
押え部材５２にも、紫外光ＬＥＤ２と同数の貫通孔が設けられているが、当該貫通孔の径は第１レンズ４の基端部の径より小さく、当該貫通孔には第１レンズ４の先端部のみが突出して嵌め込まれている。
【００２７】
本実施形態では、第２レンズ３と第１レンズ４とはいずれも、それぞれ等間隔に保持されているが、第２レンズ３相互の間隔は紫外光ＬＥＤ２相互の間隔より狭く、第１レンズ４相互の間隔は第２レンズ３相互の間隔より狭く配置されている。
【００２８】
本実施形態に係る露光機用光源装置１は、更に、取付基板６と、枠体７とを備えている。
【００２９】
取付基板６は、矩形状をなすものであり、その上に、複数の紫外光ＬＥＤ２が設けられたプリント配線基板２１と、レンズ３、４を保持するレンズ保持部材５とを固定するものである。
【００３０】
複数の紫外光ＬＥＤ２が設けられたプリント配線基板２１と、レンズ３、４を保持するレンズ保持部材５とを、取付基板６に固定するには、それぞれの４角に設けられたネジ穴（図示しない。）を重ね合わせ、重なり合ったネジ穴にネジ８を回転しながら挿入してネジ止めする。これにより、第２レンズ３は紫外光ＬＥＤ２の上面と段部５１１ａの下端面とで押圧されて固定され、第１レンズ４は保持部材５１の上端面と押え部材５２の底面とで押圧されて固定される。
【００３１】
枠体７は、平面視矩形状の筒状をなすものであり、複数の紫外光ＬＥＤ２が設けられたプリント配線基板２１と、レンズ３、４を保持するレンズ保持部材５とが固定された取付基板６を、その内部に嵌入して、これらを収容するものである。枠体７と、枠体７に嵌め込まれた取付基板６とを固定するには、枠体７の各外側面の基端部中央に設けられたネジ穴（図示しない。）と取付基板６の各側面中央に設けられたネジ穴（図示しない。）とを重ね合わせ、重なり合ったネジ穴にネジ９を回転しながら挿入してネジ止めする。
【００３２】
本実施形態に係る露光機用光源装置１は、このように、保持部材５１に形成された貫通孔にがたなく第２レンズ３を嵌め込んで第２レンズ３の光軸Ｃの位置決めをし、保持部材５１の上端面に形成された突起５１２や突状壁５１３の間に第１レンズ４の基端部を嵌め込んで第１レンズ４の光軸Ｂの位置決めをする構造を備えている。
【００３３】
本実施形態においては、紫外光ＬＥＤ２の光軸Ａと、第２レンズ３の光軸Ｃと、第１レンズ４の光軸Ｂとは、図４に示すように、互いに平行であって、かつ、光軸Ｃが光軸Ａと光軸Ｂとの間に位置するよう各光軸はずらして設定されている。本実施形態では、複数の紫外光ＬＥＤ２の中心と、複数の第２レンズ３の中心と、複数の第１レンズ４の中心とが、いずれもプリント配線基板２１上の点Ｐを通ってプリント配線基板２１の表面と直交する線Ｌ上に位置しており、点Ｐから遠い紫外光ＬＥＤ２ほど、光軸Ａと光軸Ｃとの間、及び、光軸Ｃと光軸Ｂとの間を広げて、偏芯量（光軸のずれ量）が増大するように調整されている。これにより、図５に示すように、各紫外光ＬＥＤ２から射出された光は、対応して設けられたレンズ３、４によりその進行方向が線Ｌの方向に曲げられて、線Ｌ上にその中心が位置する所定領域に集光される。
【００３４】
このように構成した露光機用光源装置１を組み立てるには、例えば、取付基板６上に、複数の紫外光ＬＥＤ２を設けたプリント配線基板２１と、第２レンズ３及び第１レンズ４を保持した保持部材５１と、押え部材５２とを、それぞれの４角に設けられたネジ穴（図示しない。）が重なり合うように積み重ね、重なり合ったネジ穴にネジ８を回転しながら挿入してネジ止めして、積層構造体を作製する。次いで、枠体７の各外側面の基端部中央に設けられたネジ穴（図示しない。）と、取付基板６の各側面中央に設けられたネジ穴（図示しない。）とが重なり合うように、枠体７内部に前記積層構造体を嵌入し、重なり合ったネジ穴にネジ９を回転しながら挿入してネジ止めする。
【００３５】
このような本実施形態に係る露光機用光源装置１によれば、各紫外光ＬＥＤ２から射出された光を２個のレンズ３、４で集光するので、高い効率で集光することができる。更に、本実施形態では、点Ｐから遠い紫外光ＬＥＤ２ほど、すなわち、光軸Ａと線Ｌとが離れているほど、光軸Ａと光軸Ｃとの間、及び、光軸Ｃと光軸Ｂとの間を広げて、偏芯量（光軸のずれ量）が増大するように調整されているので、複数の紫外光ＬＥＤ２から射出された光を、略同一位置に集光することができ、高い放射強度を確保することができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る露光機用光源装置１は、消費電力が低く、寿命が長く、発熱が少ないという優れた特徴を有する紫外光ＬＥＤ２を備えているので、本露光機用光源装置１を水銀灯に代えて用いることにより、環境への負荷を減らすことができるとともに、コスト面でも有利となり、また、従来の水銀灯を用いたステッパーに比べて露光効率を向上することも可能となる。
【００３７】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３８】
例えば、前記実施形態では点Ｐはプリント配線基板２１の表面上の中央に位置していたが、点Ｐの位置はプリント配線基板２１の表面と同一平面上であれば特に限定されず、点Ｐの位置をどこに設定するかによって、紫外光ＬＥＤ２から発した光の集光位置を任意に設定することができる。
【００３９】
本発明は第２レンズ３と第１レンズ４とが上下に積み重なっているものに限られず、図６に示すように、第２レンズ３と第１レンズ４とが左右に配置されていてもよいし、図７に示すように、第２レンズ３と第１レンズ４とが斜めに重なり合って配置されていてもよい。
【００４０】
また、本発明に係る露光機用光源装置は、平面視円形状のものであってもよく、複数の紫外光ＬＥＤが複数の同心円上に敷設されていてもよい。
【００４１】
前記実施形態では、シリコーン樹脂等からなる第２レンズ３及び第１レンズ４を上下２段に積み重ねて使用しているが、屈折率の高いガラスを用いてレンズを作製した場合は、１段からなるレンズであっても、２段に積み重ねたシリコーン樹脂製レンズと同等の集光性を得ることができる。また、同等な集光性を有するガラス製のレンズアレイを製造するのは非常に難しく、仮に実現できたとしてもきわめて高価になる。これに対して、上述のように小型のガラス製レンズを１段に複数個敷設すれば、ガラス製レンズアレイと同程度の集光性をより簡単かつ安価に実現することができる。
【００４２】
その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…光照射装置
２…紫外光ＬＥＤ
３…下側の第２レンズ
４…上側の第１レンズ
５…レンズ保持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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