JP2013110342A - Illumination optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は露光装置の照明光学系に関し、特に均一な照度分布を形成するための照明光学系に関する。 The present invention relates to an illumination optical system of an exposure apparatus, and more particularly to an illumination optical system for forming a uniform illuminance distribution.
従来の照明光学系の構成例を図４に示す。従来の照明光学系１００は、ランプ等の発光光源１０１と、フライアイレンズ又はロッドインテグレーター１０４で構成されるインテグレータ光学系と、コンデンサレンズ１０７とで構成される。この照明光学系が、照明光の強度分布が完全に均一である理想的な光学系である場合、被照明面での照度分布は一様である。 A configuration example of a conventional illumination optical system is shown in FIG. The conventional illumination optical system 100 includes a light emission source 101 such as a lamp, an integrator optical system including a fly-eye lens or rod integrator 104, and a condenser lens 107. When this illumination optical system is an ideal optical system in which the intensity distribution of illumination light is completely uniform, the illuminance distribution on the illuminated surface is uniform.
しかし、実際の照明光学系は、光源、例えばランプの放射特性が個体毎に異なることに起因して被照明面上の強度分布の不均一性（以下、「照度むら」という）を生ずる。この要因を取り除く為に設計検討・解析時にそれらの特性を取得し、反映する光学系を考案するが、それらデータの再現性や正確性は確約されたものではなく、結果が伴わないケースも発生する。 However, in an actual illumination optical system, nonuniformity in intensity distribution on an illuminated surface (hereinafter referred to as “illuminance unevenness”) is caused by the fact that the radiation characteristics of a light source, for example, a lamp, vary from individual to individual. In order to remove this factor, we have devised an optical system that acquires and reflects these characteristics during design examination and analysis, but the reproducibility and accuracy of these data are not guaranteed, and there are cases where results are not accompanied To do.
これらの発生した事象を、従来の照明光学系で解決するのは理論的に大変困難であり、その調整幅は小さく、かつ取りかかる労力も甚大なものとなる。 It is theoretically very difficult to solve these occurrences with the conventional illumination optical system, the adjustment range is small, and the labor required is also great.
そこで、照明光学系を構成する光学素子を調整することにより照度分布の調整を行う照明光学系が提案されている。例えば、コンデンサレンズを構成するレンズ間距離を調整することにより照明むらを補正できる光学系が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１によれば、光源１１からの光を被照明面へ導く照明光学系であって、L１、L2、L3、L4の4つのレンズ群でコンデンサレンズが構成され、レンズ群L2とL3とが一定の間隔で光軸ＡＸに沿って移動することで照明むらを調整する。 Therefore, an illumination optical system that adjusts the illuminance distribution by adjusting optical elements constituting the illumination optical system has been proposed. For example, an optical system that can correct illumination unevenness by adjusting a distance between lenses constituting a condenser lens has been proposed (see Patent Document 1). According to Patent Document 1, an illumination optical system that guides light from a light source 11 to a surface to be illuminated, a condenser lens is configured by four lens groups L1, L2, L3, and L4, and lens groups L2 and L3 Moves along the optical axis AX at regular intervals to adjust the illumination unevenness.
しかしながら、特許文献１の照明光学系では、コンデンサレンズ群を移動することによって歪曲収差が調整され、これによって照明むらの調整は可能であるが、照明光学系の特性が設計から外れて、結果的に結像性（照明エリア面積、デグリネーション角など）が悪くなる。 However, in the illumination optical system of Patent Document 1, the distortion aberration is adjusted by moving the condenser lens group, and thereby the illumination unevenness can be adjusted, but the characteristics of the illumination optical system deviate from the design. In addition, the image formation (illumination area, declination angle, etc.) deteriorates.
本発明は、以上のことに鑑みて被照明面での照明むらを容易に調整できる補正光学系を備える照明光学系を提供することを目的としている。特に、照明むらの調整に起因する結像性の悪化をできるだけ回避できる補正光学系を備える照明光学系を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an illumination optical system including a correction optical system that can easily adjust illumination unevenness on a surface to be illuminated. In particular, it is an object of the present invention to provide an illumination optical system including a correction optical system that can avoid deterioration in image formation due to adjustment of illumination unevenness as much as possible.
上記課題を解決するために、本発明の照明光学系は、光源からの照射光がインテグレータ光学系を経てコンデンサレンズに入射して被照明面に導かれる照明光学系において、２つ以上の屈折光学素子を有し、照度むらを補正する補正光学系がインテグレータ光学系の出射側に近接して配置される。 In order to solve the above-described problems, the illumination optical system of the present invention includes two or more refractive optical systems in an illumination optical system in which irradiation light from a light source enters the condenser lens through the integrator optical system and is guided to the surface to be illuminated. A correction optical system that includes an element and corrects unevenness in illuminance is disposed close to the output side of the integrator optical system.
ここで、屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸方向に移動可能であるように構成することができる。また、屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸中心に回転可能又は光軸に対して傾き調整可能又はその両方可能であるように構成することができる。 Here, at least one of the refractive optical elements can be configured to be movable in the optical axis direction. In addition, at least one of the refractive optical elements can be configured to be rotatable about the optical axis and / or to be adjustable with respect to the optical axis.
上記構成の本発明の補正光学系に用いられる屈折光学素子として、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズがある。 Examples of refractive optical elements used in the correction optical system of the present invention having the above configuration include a spherical lens, an aspheric lens, a cylindrical lens, and a toric lens.
本発明の照明光学系によれば、インテグレータ光学系の出射側に近接して補正光学系を挿入し、当該補正光学系を構成する屈折光学素子間距離や傾き等を調整するので、被照明面での照明むらを容易に調整することができる。更に、照明むらの調整に起因する結像性の悪化も抑制することができる。 According to the illumination optical system of the present invention, the correction optical system is inserted close to the exit side of the integrator optical system, and the distance between the refractive optical elements constituting the correction optical system, the inclination, and the like are adjusted. Uneven lighting can be easily adjusted. Furthermore, it is possible to suppress deterioration in image formation due to adjustment of illumination unevenness.
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の照明光学系の実施形態の概略構成を示す図である。照明光学系１では、集光鏡１２が設けられた光源１１からの照射光が平面鏡１３に入射し、平面鏡１３により入射光がインテグレータ１４の方向に反射する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an illumination optical system of the present invention. In the illumination optical system 1, the irradiation light from the light source 11 provided with the condenser mirror 12 is incident on the plane mirror 13, and the incident light is reflected in the direction of the integrator 14 by the plane mirror 13.
このインテグレータ１４は、フライアイレンズ又はロッドインテグレーターにより構成される。インテグレータ１４の光の入射側にはシャッタ１８が設けられ、被照明面２０に対する照射のオンとオフを行っている。 The integrator 14 is configured by a fly eye lens or a rod integrator. A shutter 18 is provided on the light incident side of the integrator 14 to turn on / off irradiation of the illuminated surface 20.
インテグレータ１４を通過した光は補正光学系１５に入射する。そして、補正光学系１５を透過した照明光は平面鏡１６により反射され、コンデンサレンズ１７に入射して、その後被照明面２０に照射される。 The light that has passed through the integrator 14 enters the correction optical system 15. The illumination light that has passed through the correction optical system 15 is reflected by the plane mirror 16, enters the condenser lens 17, and is then irradiated on the illumination target surface 20.
補正光学系１５は被照明面における照度むらを解消するために設けられ、屈折光学素子１５ａと屈折光学素子１５ｂとで構成されている。屈折光学素子１５ｂには光軸方向に移動させることができる調整機構が更に設置されている。 The correction optical system 15 is provided to eliminate uneven illuminance on the surface to be illuminated, and includes a refractive optical element 15a and a refractive optical element 15b. The refractive optical element 15b is further provided with an adjusting mechanism that can be moved in the optical axis direction.
屈折光学素子として、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ等を用いることができる。屈折光学素子１５ａ、１５ｂの組合せは、両方が同一の種類のレンズ又はそれぞれ異なるレンズでもよい。 As the refractive optical element, a spherical lens, an aspherical lens, a cylindrical lens, a toric lens, or the like can be used. The combination of the refractive optical elements 15a and 15b may be both the same type of lens or different lenses.
図面には屈折光学素子１５ｂを移動する調整機構を図示していないが、屈折光学素子を支持する支持部と光軸方向に移動させるリニアガイドとモータ等を備えている。また、屈折光学素子１５ａ、１５ｂがシリンドリカルレンズ又はトーリックレンズの場合、少なくともいずれか一方の屈折光学素子に、光軸中心に回転及び光軸に対して傾き調整できる調整機構を更に設置することができる。 Although an adjustment mechanism for moving the refractive optical element 15b is not shown in the drawing, a support portion for supporting the refractive optical element, a linear guide for moving in the optical axis direction, a motor, and the like are provided. When the refractive optical elements 15a and 15b are cylindrical lenses or toric lenses, at least one of the refractive optical elements can be further provided with an adjustment mechanism capable of rotating around the optical axis and adjusting the inclination with respect to the optical axis. .
シリンドリカルレンズの場合、照明面のＸ軸Ｙ軸方向を独立して分布補正が可能である。トーリックレンズの場合、照射面のＸ軸Ｙ軸の分布補正傾き量が異なる分布補正が可能である。 In the case of a cylindrical lens, distribution correction is possible independently for the X-axis and Y-axis directions of the illumination surface. In the case of a toric lens, it is possible to perform distribution correction with different distribution correction inclination amounts on the X-axis and Y-axis of the irradiation surface.
上記の実施の形態において、屈折光学素子１５ｂのみを移動させる構成としたが、屈折光学素子１５ａのみまたは屈折光学素子１５ａと１５ｂ両方に移動や傾きを調整する機構を設けてもよい。 In the above embodiment, only the refractive optical element 15b is moved. However, only the refractive optical element 15a or both the refractive optical elements 15a and 15b may be provided with a mechanism for adjusting movement and inclination.
次に、本願発明の照明光学系を用いた実施例を次に説明する。 Next, an embodiment using the illumination optical system of the present invention will be described below.
実施例１として、図１の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれ球面レンズとした場合について説明する。図２（ａ）は、図1中の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれ球面レンズとした場合の照度むら補正前後の被照明面での照明エリア面積のシミュレーション結果を示し、（ｂ）は補正前後のデグリネーション角のシミュレーション結果を示し、（ｃ）は補正前後の照度比のシミュレーション結果を示す。 As Example 1, a case where the refractive optical elements 15a and 15b in FIG. 1 are spherical lenses will be described. FIG. 2A shows a simulation result of the illumination area area on the illuminated surface before and after correction of illuminance unevenness when the refractive optical elements 15a and 15b in FIG. 1 are respectively spherical lenses, and FIG. (C) shows the simulation result of the illuminance ratio before and after correction.
図２（ａ）は、照度むら補正前後の照明エリア面積のシミュレーション結果である。照度むら補正後の照明エリア面積は１４７．１５×１４７．１５ｍｍ２で補正前の１５０．００×１５０．００ｍｍ２と比べるとその変動は３.８％であり、照度むら補正の影響はほぼ皆無である。 FIG. 2A is a simulation result of the illumination area area before and after correction of illuminance unevenness. The illumination area area after illuminance unevenness correction is 147.15 x 147.15 mm2, which is 3.8% compared to 150.00 x 150.00 mm2 before correction, and there is almost no effect of illuminance unevenness correction. .
図２（ｂ）は、照度むら補正前後のデグリネーション角のシミュレーション結果である。照度むら補正前のデグリネーション角は０．２２６度であり、補正後のデグリネーション角は０．２３０度である。従って、補正前後のデグリネーション角の変動率は１．７％であり、通常光学系の調整と比べると十分小さく、照度むらの補正の影響は殆どないといえる。 FIG. 2B shows a simulation result of the degreasing angle before and after correcting the illuminance unevenness. The declination angle before correction of illuminance unevenness is 0.226 degrees, and the declination angle after correction is 0.230 degrees. Therefore, the variation rate of the declination angle before and after correction is 1.7%, which is sufficiently smaller than the adjustment of the normal optical system, and it can be said that there is almost no influence of correction of uneven illuminance.
図２（ｃ）は、照度むら補正前後の照度比のシミュレーション結果である。照度むら補正のためにレンズ間距離を縮めた場合、照度比は９８．０％から９５．８％となり、その調整能力は２．２%である。この値は光源特性の個体差を十分補える範囲である。 FIG. 2C shows a simulation result of the illuminance ratio before and after correcting the illuminance unevenness. When the distance between the lenses is shortened for correcting the illuminance unevenness, the illuminance ratio is changed from 98.0% to 95.8%, and the adjustment capability is 2.2%. This value is a range that can sufficiently compensate for individual differences in light source characteristics.
以上図２（ａ）〜（ｃ）のシミュレーション結果に示したように、補正前後の結像性（照明エリア面積、デグリネーション角）がかなり保たれ、結像性への影響を最小限に抑えつつ補正能力も十分である。 As shown in the simulation results of FIGS. 2 (a) to 2 (c), the imageability (illumination area area, declination angle) before and after correction is considerably maintained, and the influence on the imageability is minimized. The correction capability is sufficient while suppressing.
次に、実施例２として、図１の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれシリンドリカルレンズとした場合について説明する。図３は、図1中の屈折光学素子１５a、１５bをそれぞれシリンドリカルレンズとした場合の被照明面での照度分布結果のシミュレーション結果である。この場合において、屈折光学素子１５ａ、１５ｂの少なくとも一方には更に光軸中心に回転及び光軸に対して傾き調整できる調整機構が更に設置されている。 Next, as Example 2, the case where the refractive optical elements 15a and 15b in FIG. 1 are respectively cylindrical lenses will be described. FIG. 3 is a simulation result of the illuminance distribution result on the illuminated surface when the refractive optical elements 15a and 15b in FIG. 1 are respectively cylindrical lenses. In this case, at least one of the refractive optical elements 15a and 15b is further provided with an adjusting mechanism capable of rotating around the optical axis and adjusting the tilt with respect to the optical axis.
図３に示すように、照度むら補正のためにシリンドリカルレンズ間距離を縮めた場合、照度比は基準値９６．２％から９４．２％となり、その調整能力は±２．０％である。この値は光源特性の個体差を十分補える範囲である。 As shown in FIG. 3, when the distance between the cylindrical lenses is shortened for correcting the illuminance unevenness, the illuminance ratio is changed from the reference value 96.2% to 94.2%, and the adjustment capability is ± 2.0%. This value is a range that can sufficiently compensate for individual differences in light source characteristics.
以上、本発明を図面に示した実施形態を用いて説明したが、これらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならば、本発明の範囲および趣旨から逸脱しない範囲で多様な変更および変形が可能なことは理解できるであろう。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められず、特許請求の範囲に記載された技術的趣旨により定められねばならない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment shown in drawing, these are only an illustration and those skilled in this technical field can variously be within the range which does not deviate from the range and the meaning of this invention. It will be understood that modifications and variations are possible. Accordingly, the scope of the invention should not be determined by the described embodiments, but by the technical spirit described in the claims.
1…照明光学系、１４…インテグレータ、１５…補正光学系、１５ａ、１５ｂ…屈折光学素子、１６…平面鏡、１７…コンデンサレンズ、被照射面…２０ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Illumination optical system, 14 ... Integrator, 15 ... Correction | amendment optical system, 15a, 15b ... Refraction optical element, 16 ... Plane mirror, 17 ... Condenser lens, Irradiated surface ... 20
Claims (7)
２つ以上の屈折光学素子を有し、照度むらを補正する補正光学系が、前記インテグレータ光学系の出射側に近接して配置されることを特徴とする照明光学系。 In the illumination optical system in which the irradiation light from the light source enters the condenser lens via the integrator optical system and is guided to the illuminated surface,
An illumination optical system comprising a correction optical system that includes two or more refractive optical elements and that corrects unevenness in illuminance, and is disposed close to an output side of the integrator optical system.
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Cited By (1)
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| JPWO2015019242A1 (en) * | 2013-08-09 | 2017-03-02 | 株式会社オーク製作所 | Lighting device |
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