(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光を被照射面に投射するインテグレータレンズとを含む光学素子を備えた光照射装置において、
上記インテグレータレンズは、入射する光の光軸に対して垂直方向の断面形状が矩形であるレンズを縦横方向に複数個配列することにより構成した複合レンズであり、
上記インテグレータレンズの光入射側に、金属線材を直線状に張ったフィルタが挿入され、上記金属線材がインテグレータレンズに入射する光を遮光するために生じる影が、上記インテグレータレンズを構成するレンズの境界線に投影される
ことを特徴とする照度分布均一化フィルタを備えた光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路や液晶表示素子などの製造に用いられる露光装置の光源装置として用いられ、良好な照度分布均一度が要求される光照射装置に関し、特に、矩形状の照射領域を有する光照射装置において、照射領域の周辺部の照度が高い場合であっても、簡便な方法で該周辺部の照度のみを低下させ照射領域の照度分布を均一化することができる照度分布均一化フィルタを備えた光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に、従来の露光装置等の光源装置として用いられる光照射装置の構成例を示す。
同図において、ランプ１から出射した光は、集光鏡２によって集光され、第１の反射鏡３により光路を折り返し、インテグレータレンズ４に入射する。
インテグレータレンズ４は、該レンズ４に入射した光の照度分布を被照射面において均一にする機能を有する。そして該インテグレータレンズ４から出射した光は、第２の反射鏡５により反射され、コリメータレンズ６に入射する。コリメータレンズ６から出射する光は平行光となり、被照射面に照射される。
図９の場合、被照射面にはマスクＭが置かれ、マスクＭに形成されたマスクパターンが、投影レンズ７を介して、基板Ｗ上に投影され露光される。なお、投影レンズ７を用いず、マスクＭと基板Ｗとを密着または近接し、マスクパターンを基板上に露光する装置についても、光照射装置の構成は同様である。
また、被照射面に、マスクＭではなく被処理物（以下ワークと呼ぶ場合もある）を配置し、光を照射して、光化学反応により被処理物の表面改質等を行なう場合もある。例えば、液晶表示素子用の光配向膜を配置し、光配向処理等を行なっている。
【０００３】
インテグレータレンズ４（フライアイレンズとも言う）は、十数〜数十のレンズを縦横方向に並列配置したものである。該各レンズが入射光を分割し、分割された光が照射面で重ね合わされることにより、照度分布を均一にする。即ち、インテグレータレンズ４に入射する光の照度分布が不均一であり、各レンズに入射する光の強さが異なっても、その出射光が同一照射面を重ねて照射することにより、均一な照度分布となる。
上記のようなインテグレータレンズ４を用いることにより、被照射面の照度分布を±５％程度にすることができる。
図１０にインテグレータレンズによる上記照度分布の均一化の様子を示す。なお、同図では説明を容易にするため、３つのレンズから構成されるインテグレータレンズを示しているが、実際には十数〜数十のレンズが設けられている。
図１０において、図示しないランプからの光が集光され、同図の上方からインテグレータレンズ４に入射し、コリメータレンズ６を介して、同図下方の被照射面の照射領域に照射される。
インテグレータレンズ４は、第１のレンズ４ａ、第２のレンズ４ｂ、第３のレンズ４ｃから構成され、インテグレータレンズ４に入射する光の、図面左右方向の照度分布は、図中グラフ１に示すような形状であるとする。
インテグレータレンズ４は、個々のレンズに入射した光を、照射領域全体に投影する。第１のレンズ４ａには、グラフ１のＡの照度分布を有する光が入射し、照射領域全体に、グラフ２のＡ’のような照度分布を有する光として投影される。
【０００４】
同様に、第２のレンズ４ｂには、グラフ１のＢの照度分布を有する光が入射し、照射領域全体に、グラフ２のＢ’のような照度分布を有する光として投影される。第３のレンズ４ｃには、グラフ１のＣの照度分布を有する光が入射し、照射領域全体に、グラフ２のＣ’のような照度分布を有する光として投影される。
照射領域において、上記Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の照度分布が足し合わされる。これにより照射領域の照度分布は、グラフ３に示すようになる。グラフ１に比べ、グラフ３は照度分布が均一化されている。
インテグレータレンズを構成するレンズの数を増やせば、このような照度分布の均一の効果があがる。インテグレータレンズにより、光照射領域の照度分布を±５％以下にすることができる。
しかし、最近は、被処理物の加工精度の微細化や、処理プロセスを安定に保つ等の理由により、より均一な照度分布、例えば±３％以下が要望されている。
【０００５】
液晶基板やプリント基板などの矩形状のワークを露光する場合、光照射装置から照射される光の形状を、ワークの形状に合わせて矩形状にする。上記インテグレータレンズ４を構成する個々のレンズの、光軸に対し垂直方向の断面形状を矩形状にすれば、照射領域の形状が矩形状になる。
上記のような矩形状の照射領域において、照度が、照射領域の周辺部ほど高くなり、要求される照度均一度を満たさないことがある。その原因は、光学系の設計・組み立て条件や、光照射装置内のレンズやミラー表面に設けられた、各種蒸着膜の膜厚等のばらつきによる反射率や透過率の違いなどである。
照射領域の照度分布を改善するために、光照射装置の光路内に、図９の点線に示すように照度分布補正フィルタ８を設けることが知られている。
【０００６】
例えば、特開昭５６−５５０４３号公報には、照度分布補正フィルタをインテグレータレンズと被照射面との間に設けることが記載されている。
照度分布補正フィルタは、部分的に光の透過率が異なるフィルタであり、例えば、石英板に、照射される波長の光を反射もしくは吸収する物質を蒸着して製作される。
さらに、例えば特開平７−２０３１２号公報には、上記のような照度分布補正フィルタの構造について詳しく書かれている。
上記特開平７−２０３１２号公報の段落〔０００３〕〜〔０００４〕に示されるように、照度分布補正フィルタは、光照射装置を組み立てた後、被照射面における照度分布を測定し、この照度分布に対応した、即ち、例えば照射領域の周辺部の照度が高ければ、周辺部の光透過率が小さくなるように製作する。これを光照射装置の光路に挿入し、照射領域の照度分布を均一にする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
照度分布補正フィルタは、上記特開平７−２０３１２号公報に示されるように、光を反射もしくは吸収する物質や反射防止膜などを、石英板に蒸着して製作する。石英の購入費用、蒸着費用、製作時間がかかることなどから高価になる。例えば２００×２００ｍｍの照度分布補正フィルタの製作費用は、簡単な補正をする場合でも約２０万円程度になる。
また、石英板に設けられる蒸着膜の透過率によって、本来低下させたくない部分の照度も低下し、照射領域全体として照度が低くなる。
例えば、照射領域が矩形状で周辺部の照度が大きい場合、できれば照射領域中央部の照度を低下させることなく周辺部のみの照度を低くし、照度分布を均一にしたい。しかし、従来の照度分布補正フィルタを使うと、照度分布は均一化されるが、石英板を透過することにより照射領域中央部の照度も低下してしまい、照射領域全体として照度が低くなる。これにより被処理物の処理時間が長くなりスループットが低下する。
本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、本発明の目的は、照度分布補正フィルタの製作工数、製作コストを低減化するとともに、照射領域が矩形状で周辺部の照度が大きい場合、照射領域中央部の照度を低下させることなく周辺部のみの照度を低くし、照度分布の調整を行うことができる光照射装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
照度分布補正フィルタをフィルタ枠に張った金属線材で構成し、該金属線材をインテグレータレンズに入射する光の光芒中に挿入する。
インテグレータレンズを構成する個々のレンズは、本発明においては光軸に対して垂直方向の断面形状が矩形状であり、上記金属線材は、その入射光による影が、個々のレンズの境界線上に投影されるように設け、該影を被照射面に投影して、被照射面における照度分布を調整する。
図１０で説明したインテグレータレンズの作用により、個々のレンズの境界線上に投影された影は、上記境界線に対応した被照射面の周辺部に投影されるので、例えば、フィルタ枠に上記金属線材を１本張れば、被照射面の周囲の対向する２辺の照度を低下させることができ、また、フィルタ枠に上記金属線材を直交させて２本張れば、被照射面の周囲の４辺の照度を低下させることができる。
すなわち、インテグレータレンズの光入射側に、少なくとも１本または２本の金属線材を直線状に張ったフィルタを挿入し、上記金属線材がインテグレータレンズに入射する光を遮光することにより生じる影が、上記インテグレータレンズを構成するレンズの境界線に投影されるようにすれば、被照射面の周囲の対向する２辺、または周囲の４辺の照度を低下させることができる。
また、被照射面の周囲の照度が低下するだけで、被照射面の中央部の照度は低下しない。
以上のように本発明によれば、フィルタ枠に１本または２本の金属線材を張るだけで、中央部の照度を低下させることなく、照射領域の周辺部の照度を低くすることができる。また、従来技術のように石英板も蒸着作業も必要とせず、製作コスト及び工数を大幅に低減化することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施例の照度分布均一化フィルタを設けた光照射装置の構成例を示す。
図１において、ランプ１から出射した光は、集光鏡２によって集光され、第１の反射鏡３により光路を折り返し、インテグレータレンズ４に入射する。インテグレータレンズ４の光入射側には、金属線材が張り渡された本発明の照度分布均一化フィルタ１０が設けられている。
インテグレータレンズ４を構成する個々のレンズは、光軸に対して垂直方向の断面形状が矩形状であり、上記照度分布均一化フィルタ１０に張り渡された金属線材は、その入射光による影が、インテグレータレンズ４の個々のレンズの境界線上に投影されるように設けられている。
上記照度分布均一化フィルタ１０により照度分布が調整されインテグレータレンズ４から出射した光は、第２の反射鏡５により反射されコリメータレンズ６に入射して平行光となり、被照射面に照射される。
【００１０】
図２に、インテグレータレンズの入射面に影を投影する本発明の実施例の照度分布均一化フィルタの具体的な構成例を示す。
同図に示すように、照度分布均一化フィルタ１０は、フィルタ枠１１と、枠に張られた金属線材１２とから構成される。
フィルタ枠１１には、インテグレータレンズ４に入射する光の光芒が通過する開口１１ａが設けられている。また、フィルタ枠１１には、金属線材１２を通し固定する貫通孔１１ｂが多数設けられている。
金属線材１２は、例えば０．３ｍｍのニッケル線であり、撚り線にしてフィルタ枠１１に張り渡し、貫通孔１１ｂに固定される。金属線材１２は、集光された強い光が照射され高温になる。そのため、酸化しにくく、また膨張してたるみが生じないように、膨張率が比較的小さい材質として、ニッケル線を選択した。また、張り渡した時、蛇行したり、たるんだりしないように撚り線とした。
上記金属線材１２は、前記したようにその入射光による影が、インテグレータレンズ４の個々のレンズの境界線上に投影されるような位置に張り渡される。
【００１１】
金属線材１２の設け方は、照度分布を測定しながら適宜行なう。図２に示すように１本の金属線材をフィルタ枠に設け、その影が、インテグレータレンズ４のレンズの境界線上に投影されるような位置に張り渡たした場合には、後述するように被照射面の対向する２辺の照度を低下させることができる。
上記金属線材１２は、図２に示すように縦または横の一方向に１本のみ設けてもよいし、また、図３に示すように縦横１本ずつ十字に設けてもよい。このようにすれば、被照射面の周囲の４辺の照度を低下させることができる。
さらに、微妙な照度調整を行なう場合には、図４に示すように金属線材を１個所に複数本設けたり、図５に示すように２ケ所に設けてもよい。また、図６に示すように複数個所に十字に設けてもよい。
その他、金属線材の太さを変えたり、金属線材からインテグレータレンズまでの距離を変える等いくつかの手段により照度分布を調整することができる。
【００１２】
次に本発明の実施例の照度分布均一化フィルタの作用について説明する。
インテグレータレンズは、前記したように、個々のレンズに入射した光を、照射領域全体に投影する。
以下図７を用いて説明する。
図７上方から光がインテグレータレンズ４に入射する。インテグレータレンズ４は、ここでは入射する光の光軸に対して垂直方向の断面形状が矩形状であるレンズを縦横方向に複数個配列することにより構成した複合レンズである。
インテグレータレンズ４より出射した光は、被照射面に投影され、その照射領域の形状はＡＢＣＤで示される矩形状になる。
照射領域の頂点ＡＢＣＤに投影される光は、インテグレータレンズ４を構成する個々のレンズの、ＡＢＣＤの位置に入射する光である。煩雑になるため、個々のレンズに関するＡＢＣＤの表記は、中央部の４つのレンズに関してしか示していないが、他のレンズについても同様である。
【００１３】
ここで、照射領域ＡＢＣＤの照度が、照度分布を示す曲線で示すように、中央部が低く、周辺部に向かうにしたがって高くなっているとする。このような照度分布を、改善する場合、次のようにする。
図８に示すように、インテグレータレンズ４の入射側に金属線材１２ａ，１２ｂを設け、入射する光を遮光する。インテグレータレンズ４に入射する光の入射角度は、光学系にもよるが、例えば０度から±８度の角度範囲を有するので、これによって生じる影は広がり、インテグレータレンズを構成する個々のレンズの境界線を中心に拡大投影される。
ところで、この影は、個々の境界線において最も濃く、境界線から離れるに従って薄くなる。また、金属線材１２ａをインテグレータレンズ４から遠ざけると影の幅は広がり、全体的に薄くなり、近づけると影の幅は狭まり、全体的に濃くなる。そしてこれは、照射領域の中心よりも周辺の照度が高い場合に照度分布を均一化する上で都合が良い。すなわち、金属線材１２ａは、レンズのＡＤ、ＢＣ方向の境界線に影を拡大投影する。この影により、照射領域のＡＤ周辺部、及びＢＣ周辺部の照度は低くなり、照射領域中央の照度と同じになる。また、金属線材１２ｂは、レンズのＡＢ、ＤＣ方向の境界線に影を拡大投影する。そしてこの影により、照射領域のＡＢ周辺部、及びＤＣ周辺部の照度が低くなり、照射領域中央の照度と同じになる。
ここで、金属線材１２ａ、１２ｂが交差する部分の影は他に比べて濃くなる。したがって、交差する部分に相当する照射領域の頂点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの照度は、最も照度が高くなっている部分であるが、他に比べて大きく低下し、照射領域中央の照度と同じになる。
【００１４】
以上のように、金属線材１２ａ，１２ｂを、その影がインテグレータレンズ４を構成するレンズの境界線に投影されるように配置することにより、照射領域ＡＢＣＤの中央部の照度を低下することなく、周辺部の照度を低くすることができ、照度分布を均一にすることができる。
同様に、例えば金属線１２ａのみを設け、レンズのＡＤ、ＢＣ方向の境界線に影を投影すれば、照射領域のＡＤ周辺部、及びＢＣ周辺部の照度を低くすることができる。
金属線材１２の設け方は、前記したように、照度分布を測定しながら適宜行なうが、１か所に金属線材を複数本設けたり、複数か所に複数本の金属線材を設けたり、また、金属線材の太さを変えたり、金属線材からインテグレータレンズまでの距離を変える等により、影の幅や濃さを変更できるので、所望の照度分布になるように調整することができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
（１）本発明の照度分布均一化フィルタは、金属性の枠に金属線材を取りつけたものであり、製作費用は極めて安く数万円である。従来の蒸着膜によるフィルタに比べ、製作コストを１／１０以下にすることができる。
（２）フィルタ枠に金属線材を取りつけたりはずしたりするだけで、微妙な照度調整が可能であり、カットアンドトライにより、照度分布の均一度をより改善することができる。
（３）金属線材を設けない部分は何もないので、光は減衰しない。したがって、照射領域中央部の照度を低下させることなく、周辺部のみの照度を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光照射装置の構成例を示す図である。
【図２】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例（１）を示す図である。
【図３】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例（２）を示す図である。
【図４】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例（３）を示す図である。
【図５】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例（４）を示す図である。
【図６】照度分布均一化フィルタの具体的な構成例（５）を示す図である。
【図７】本発明の実施例の照度分布均一化フィルタの作用を説明する図（１）である。
【図８】本発明の実施例の照度分布均一化フィルタの作用を説明する図（２）である。
【図９】従来の露光装置等の光源装置として用いられる光照射装置の構成例を示す図である。
【図１０】インテグレータレンズによる上記照度分布の均一化の様子を示す図である。
【符号の説明】
１  ランプ
２  集光鏡
３  第１の反射鏡
４  インテグレータレンズ
５    第２の反射鏡
６    コリメータレンズ
１０  照度分布均一化フィルタ
１１  フィルタ枠
１１ａ開口
１１ｂ貫通孔
１２  金属線材
【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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【図８】
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【図９】
0003918440.tif 000010
【図１０】
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