JP2014003086A - 光照射装置、露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のLEDからなる光源からの出射光をインテグレータに効率良く取り込ませることのできる光学系を提供し、高効率の光照射装置を実現する。
【解決手段】 本装置1は、複数のLED21を含む光源部11と、複数のLED21から出射された光をそれぞれコリメートする第1光学系13と、第1光学系13から出射された光が入射する第2光学系15と、第2光学系15から出射された光が入射する第3光学系17と、第3光学系17から出射された光が入射するレンズアレイ・インテグレータ19と、を有する。第3光学系17は、第2光学系15から出射された光をレンズアレイ・インテグレータ19の光の入射面19Sに投影する像側テレセントリックな光学系であり、入射面19Sが第3光学系17の結像位置に配置され、第2光学系15の第3光学系17側の焦点位置が、第3光学系17の第2光学系15側の焦点位置と一致している。
【選択図】 図2
【解決手段】 本装置1は、複数のLED21を含む光源部11と、複数のLED21から出射された光をそれぞれコリメートする第1光学系13と、第1光学系13から出射された光が入射する第2光学系15と、第2光学系15から出射された光が入射する第3光学系17と、第3光学系17から出射された光が入射するレンズアレイ・インテグレータ19と、を有する。第3光学系17は、第2光学系15から出射された光をレンズアレイ・インテグレータ19の光の入射面19Sに投影する像側テレセントリックな光学系であり、入射面19Sが第3光学系17の結像位置に配置され、第2光学系15の第3光学系17側の焦点位置が、第3光学系17の第2光学系15側の焦点位置と一致している。
【選択図】 図2
Description
本発明は複数のLEDを備えた光照射装置に関し、特に露光装置の光源として利用可能な光照射装置に関する。また本発明は、このような光照射装置を備えた露光装置に関する。
従来、光を用いた微細加工に露光装置が利用されている。近年では、露光技術は種々の分野で展開されており、微細加工の中でも比較的大きなパターンの作製や3次元的な微細加工に利用されている。より具体的には、例えばLEDの電極パターンの作製や、加速度センサーに代表されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の製造工程などに露光技術が利用されている。
これらの露光技術において、光源としては、以前から輝度の高い放電ランプが用いられていた。しかし、近年の固体光源技術の進歩に伴い、複数のLEDをマトリックス配置したものを光源として利用することが検討されている。このような技術として、例えば下記特許文献1が知られている。特許文献1には、複数の固体光源からなる固体光源ユニットを光源とし、この光源とマスクの間に配置された照明光学系にフライアイレンズ(レンズアレイ・インテグレータの一種)が配置された露光装置が開示されている。なお、以下では、レンズアレイ・インテグレータを適宜「インテグレータ」と略記する。
LEDは、露光用の光源としては1チップ当たりの放射光束が少ない。このため、露光用の光照射装置に使用するためには複数個のLEDからの出射光を集めて、インテグレータの光の入射面に入射させる必要がある。更に光量を増やすためには、光源として配置されるLEDの個数を増やす必要がある。
ところが、LEDの配置個数を増大すると光源面積も増大し、この面積がインテグレータの光入射可能な面積より大きくなる場合がある。インテグレータは、光を入射できるエタンデュ(光束面積Sと光束立体角Ωの積)が決まっている。この結果、光源側の光源面積S1と拡がり角Ω1の積が照射対象たるインテグレータの光入射面積S2と取り込み角Ω2より大きくなると、大きくなった部分に出射される光はインテグレータに取り込めなくなる。つまり、光源側において出射光量を多くすべく多くのLEDを配置しても、そのLEDからの出射光のうちの一部しかインテグレータに取り込むことができないという光学原理上の限界がある。
加えて、インテグレータ自体にも取り込み角度に関する限界を有している。すなわち、インテグレータは複数のレンズを有して構成されるが、これら個々のレンズに関し、同じ大きさで光を取り込むことのできる入射角度に関する限界(有効利用角度)が存在する。
図13は、入射角度を変えながら同一のインテグレータに対して同一量の光を入射させた場合におけるインテグレータの光の入射面における照度変化を示すグラフである。同グラフにおいて、横軸はインテグレータの光の入射面に対する光の入射角度を、縦軸はインテグレータの光の入射面での照度を示している。
これによれば、入射角度が15°を超えるとインテグレータの光の入射面での照度が急激に減少し始めることが分かる。つまり、図13のグラフ算定のために用いられたインテグレータは、有効利用角度が15°以内であり、15°を超える角度で入射された光については取り込むことができない。
光源が点光源に近いショートアーク放電ランプの場合、小さな面積の光源から十分な量の光束が出射されるため、インテグレータのエタンデュよりも十分小さなエタンデュ内に光束を収めることが可能となる。そのため、光源からの放射光をインテグレータの取り込み可能な入射角に合わせて設計された光学系を用いなくても、十分な量の光束をインテグレータのエタンデュ内に収めることが可能であった。しかし、光源がLEDである場合、前述したように1チップ当たりの出射光束が低いため、複数個のLEDが必要となる。この結果、光源面積が広くなり、更には出射光の広がり角度も大きくなる。インテグレータへの必要光束を確保するためには、角度を有して入射される光についてもできる限りインテグレータに取り込む必要がある。しかしながら、上述した2つの限界、すなわち光学原理上の限界とインテグレータの有効利用角度の限界に由来して、取り込み可能な光量には限界がある。
このような事情により、光源を複数のLEDで構成した場合、光源からの出射光をインテグレータの取り込み可能な角度範囲内で効率良く集光することは困難であるため、効率の良い光源が実現できないという課題がある。
このような課題に鑑み、本発明は、複数のLEDからなる光源からの出射光をインテグレータに効率良く取り込ませることのできる光学系を提供し、高効率の光照射装置を実現することを目的とする。
本発明の光照射装置は、複数のLEDを含む光源部と、前記複数のLEDから出射された光をそれぞれコリメートする第1光学系と、前記第1光学系から出射された光が入射する第2光学系と、前記第2光学系から出射された光が入射する第3光学系と、前記第3光学系から出射された光が入射するインテグレータと、を有する。
この構成において、前記第3光学系は、前記第2光学系から出射された光を前記インテグレータの光の入射面に投影(結像)する像側テレセントリックな光学系である。そして、前記インテグレータの光の入射面が前記第3光学系の結像位置に配置され、前記第2光学系の前記第3光学系側の焦点位置が、前記第3光学系の前記第2光学系側の焦点位置と一致している。
LEDの中央部及びその近傍から出射した光は、第1光学系によって光軸と平行光となり、第2光学系と第3光学系の間の瞳位置に集光される。その後、第3光学系を介して再び光軸と平行光となり、インテグレータの光の入射面に入射される。前述したように、LEDは出射光の広がり角度が大きいが、このように角度を有して出射した光においても、第1光学系によってコリメートされるので、前記瞳位置に集光される。よって、広がり角度を有するLEDからの出射光を光軸に平行な光としてインテグレータに取り込むことができる。
また、LEDの中央部から外れた位置から出射した光は、第1光学系を介して、光軸から一定の角度を有して出射される。各LEDにつき、中央部から同一の方向に同一の距離だけずれた位置より出射した光は、第2光学系と第3光学系の間の瞳位置において集光される。つまり、この瞳位置においてLEDの像が現れることとなる。光軸から外れた瞳位置に集光された光は、光軸と非平行の光として第3光学系を介してインテグレータに入射される。
図1は、LEDの中央部から出射した光と中央部から外れた位置から出射した光が第1光学系を通過する場合の光束の様子を示す模式図である。LED21の中央部Aを出射した光3は、第1光学系13を介して光軸10と平行な光として出射される。一方、LED21の中央部から外れた位置Bから出射した光4は、第1光学系13を介して光軸10と所定の角度θを有した光として出射される。この角度θは、光3と光4のなす角度と同じであり、出射元であるLED21上の位置Bと中央部Aとの距離d(光軸10に垂直な方向の距離)に応じた角度となる。
そして、第1光学系13より出射された光は、テレセントリックな光学系(第2光学系、第3光学系)を介してインテグレータの光の入射面に入射される。つまり、第1光学系13より光軸10に平行に出射された光、言い換えればLED21の中央部Aから出射した光は、インテグレータの光の入射面に垂直に入射される。また、第1光学系13より光軸10に対して角度を有して出射された光、言い換えればLED21の中央部Aから外れた位置Bから出射した光は、当該中央部Aからの距離dに応じた角度θを有してインテグレータの光の入射面に入射される。このことより、インテグレータの有効利用角度内の領域一杯に光を入射させることができる。つまり、中央部から出射した光は、第3光学系より光軸に平行な光としてインテグレータの光の入射面に入射される。また、同LEDの端部から出射した光についても、第3光学系より光軸に対して角度を有した光として同一の入射面に入射される。更に、LEDの端部から出射した光が持つ光軸に対する入射角が、インテグレータの取り込み可能な有効利用角と同じ大きさになるように配置することで、LEDからの光を最大限に利用することが可能となる。
複数のLEDを光源部とした場合も、それぞれのLEDの中央部からの距離に応じた角度をもって、インテグレータの光の入射面に入射させることができる。
これにより、複数のLEDからなる光源からの出射光をインテグレータに効率良く取り込ませることのできる光学系が実現できる。
前記第1光学系が、前記複数のLEDそれぞれに対向して配置された凸レンズ又はパラボラミラーを有するものとしても構わない。この場合において、前記複数のLEDそれぞれを、前記凸レンズ又はパラボラミラーのそれぞれの焦点位置に配置するのが好適である。
上記構成により、複数のLEDそれぞれの中央部及びその近傍から出射した光を、コリメートして第2光学系に入射させることができる。なお、第1光学系として凸レンズとパラボラミラーの両者を同時に備える構成としても構わない。
上記構成において、前記第1光学系を構成する凸レンズ又はパラボラミラーを前記第2光学系側に平面部を有する構成とし、前記第2光学系を前記第1光学系側に平面部を有した平凸レンズで構成するのが好適である。
前述したように、LEDの中央部及びその近傍からの出射光は、第1光学系によって光軸と平行光になるが、中央部から大きく外れた端部からの出射光は、光軸に対して角度を有して第1光学系から出射する。このため、第1光学系からの出射光をできるだけ第2光学系で取り込むためには、第1光学系と第2光学系との距離をなるべく接近させることが好ましい。
上記のような構成とした場合、第1光学系を構成する凸レンズ又はパラボラミラーの平面部と、第2光学系を構成する平凸レンズの平面部が対向する。平面部同士が対向することにより、両者を十分に接近させることができる。これにより、第1光学系からの出射光を効率良く第2光学系に取り込むことができる。
また、上記の特徴を有した光照射装置と、インテグレータの照射面からの光をマスクに照射してマスクのパターン像を感光性基板上に投影する投影光学系を有する露光装置によって、LEDを光源とする露光装置が実現される。
本発明の光照射装置によれば、複数のLEDからなる光源からの出射光をインテグレータに効率良く取り込ませることのできる光学系を実現することができる。
本発明の光照射装置(以下、適宜「本装置」と略記する。)につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
[全体の光学系]
図2は、本装置の光学系の構成を示す模式図である。本装置1は、光源部11、第1光学系13、第2光学系15、第3光学系17、及びレンズアレイ・インテグレータ19を備える。レンズアレイ・インテグレータ19については、以下で適宜「インテグレータ19」と略記する。
図2は、本装置の光学系の構成を示す模式図である。本装置1は、光源部11、第1光学系13、第2光学系15、第3光学系17、及びレンズアレイ・インテグレータ19を備える。レンズアレイ・インテグレータ19については、以下で適宜「インテグレータ19」と略記する。
なお、インテグレータ19の後段(光源部11と反対側)には、光源部11からの光を照射させる対象物(図2において不図示)が設置される。この対象物とインテグレータ19の間には、必要に応じて投影レンズなどの光学系を設置する。
本装置1において、第2光学系15、第3光学系17及びインテグレータ19は、以下の関係を満たすように配置されている。第3光学系17は、第2光学系15からの出射光をインテグレータ19の光の入射面19Sに投影する像側テレセントリックな光学系である。第2光学系15の第3光学系17側の焦点位置が、第3光学系17の第2光学系15側の焦点位置と一致している。そして、インテグレータ19の光の入射面19Sが第3光学系17の結像位置に配置されている。
なお、ここで「焦点位置の一致」とは、焦点位置同士が完全に一致する場合の他、いくらかのずれを有する場合を含む概念である。ここで使用される第2光学系15を構成するレンズ(図1の実施形態ではレンズ31に対応)は概ね球面レンズでよく、球面レンズには球面収差が存在する。第2光学系15の焦点位置とはレンズの周縁部を通る光が作るビームのウエスト位置とする。実際的には第2光学系で形成されるウエスト位置が、第3光学系17の瞳位置に対して、光軸方向にウエスト径の±10%に相当する距離の範囲にあればよい(図3参照)。図3において、第3光学系17の瞳位置が、第2光学系15のウエスト位置に対して光軸10に平行な方向にウエスト径W2の10%の距離W2’だけ前後する領域T2内に収まるような範囲となればよい。またレンズ中心部の焦点(カタログに掲載される焦点)位置は瞳位置から第2光学系15までの距離の20%から瞳位置から第3光学系17までの距離の50%になるように第2光学系15の設置位置、曲率を選択することが好ましい。第3光学系17の第2光学系15側の焦点位置とは瞳位置に中央部焦点位置から外径部焦点位置の間の位置になるように第3光学系17の設置位置、曲率を選択することが好ましい。
同様に、「結像位置に配置される」とは、インテグレータ19の光の入射面19Sと第3光学系17の結像位置とが完全に一致する場合の他、いくらかのずれを有する場合を含む概念である。より詳細には、第3光学系17からインテグレータ19への光路において、レンズ33の周縁部を通る光が作るビームのウエスト位置が、インテグレータ19の光の入射面19Sに対して、光軸方向にウエスト径の±10%に相当する距離の範囲にあることが好ましい(図4参照)。図4において、インテグレータ19の光の入射面19Sの位置が、第3光学系17のウエスト位置に対して光軸10に平行な方向にウエスト径W3の10%の距離W3’だけ前後する領域T3内に収まるような範囲となればよい。
[光源部]
光源部11は、LED21を複数配列して構成されている。配列方法は円形状、楕円形状、矩形状、六角形状など多様な方法を採用してよく、インテグレータ19に備えられる複数のレンズの配列態様に応じてLED21の配列態様を選択してもよい。
光源部11は、LED21を複数配列して構成されている。配列方法は円形状、楕円形状、矩形状、六角形状など多様な方法を採用してよく、インテグレータ19に備えられる複数のレンズの配列態様に応じてLED21の配列態様を選択してもよい。
[第1光学系]
図2に示す本実施形態の構成において、第1光学系13は複数の平凸レンズ23及び25を備えている。なお、後述するように、第1光学系13の構成はこの形態に限られない。
図2に示す本実施形態の構成において、第1光学系13は複数の平凸レンズ23及び25を備えている。なお、後述するように、第1光学系13の構成はこの形態に限られない。
平凸レンズ23は、各LED21に対向する位置において、平面をLED21側に向けて配置される。また、平凸レンズ25は、各平凸レンズ23に対向する位置において、凸面を平凸レンズ23側に向けて配置される。
図5は、一のLED21から出射された光が第1光学系13を通過する際の光束の様子を模式的に示したものである。なお、図5では、第1光学系13を模式的なブロック図で表示している。
図5に示すように、第1光学系13は、LED21からの出射光のうち、LED21の中心部から出射された光を光軸と平行な方向に出射させる。一方、LED21の端部から出射された光については、光軸に対して所定の角度を有した方向に出射させる。この角度は、LED21のどの箇所から出射された光であるかによって決定され、中心部より離れた位置であるほど大きくなる。
上述したように、本装置1は光源部11として複数のLED21を有すると共に、第1光学系13として、それぞれのLED21に対向して複数のレンズ(平凸レンズ23や25)を備える。このため、第1光学系13は、それぞれのLED21の中心部から出射された光を光軸と平行方向に出射させる役目を有している。平凸レンズ23及び25によって第1光学系13を構成する場合、2つのレンズの合成された焦点位置にLED21が配置される。
図6は、第1光学系13の一部を模式的に示す斜視図である。なお、図6には、平凸レンズ23に近接配置されたLED基板22が併せて図示されている。この基板22上(奥まった位置)にはLED21が形成されている。
図7は、第1光学系13の別構成例を模式的に示す斜視図である。また、図8は、この別構成例にて第1光学系13を構成した場合の、LED21からの出射光の光束の様子を模式的に示したものである。
図7に示す第1光学系13の別構成は、パラボラミラー27及びレンズ29を備える。LED21は、パラボラミラー27及びレンズ29の双方の焦点位置に配置される。この結果、LED21の中心部からの出射光は、パラボラミラー27又はレンズ29を介して光軸に平行な光路を進行することになる。
なお、パラボラミラー27とレンズ29の一方を備える構成としても構わない。
前述したように、LED21からの出射光は広がり角度を有し、出射光束が低いLED21を光源部11に用いる本装置1においては、LED21からの出射光をできる限り多く取り込むことが好ましい。つまり、第1光学系13の焦点位置(本実施例では2つのレンズの合成された焦点位置)から見たレンズの取り込み角(開口)をLED21からの出射光の広がり角度と一致させるのが好ましい。
図5及び図6に示すように、第1光学系13を平凸レンズで構成した場合、平凸レンズ23の平面を平凸レンズ25側に向けて配置する場合と比較して、平凸レンズ23の平面をLED21側に向けて配置した方が、合成された焦点位置での開口を大きくすることができる。
平凸レンズ25は平面を第2光学系15に向けて配置される。前述のように、LED21の中央から外れた位置から出射された光は平凸レンズ25から出射されるときには光軸に対して所定の角度を有している。このことは平凸レンズ25から光路に沿って離れれば離れるほど、広い面積から光束が出射されることと同等である。つまり、輝度(エタンデュ当たりの光束)が低くなることを意味する。
[第2光学系]
本実施形態において、第2光学系15は平凸レンズ31によって構成される(図2参照)。なお、平凸レンズ31は、平面を第1光学系13側に向けて配置される。前述したように、第1光学系13が平凸レンズ25を有する構成である場合、この平凸レンズ25は平面を第2光学系15に向けて配置される。このため、平凸レンズ25及び31を十分に接近させることができる。第1光学系13から出射される光は、LED21の中心部からの光については光軸と平行に進行するものの、LED21の端部からの光は光軸に対して角度を有して進行する。つまり、第1光学系13からの出射光も、広がり角度を有して第2光学系15に向けて出射される。従って、第2光学系15と第1光学系13をなるべく接近させて、第1光学系13からの出射光をできるだけ第2光学系15に取り込むことのできる構成とするのが好ましい。
本実施形態において、第2光学系15は平凸レンズ31によって構成される(図2参照)。なお、平凸レンズ31は、平面を第1光学系13側に向けて配置される。前述したように、第1光学系13が平凸レンズ25を有する構成である場合、この平凸レンズ25は平面を第2光学系15に向けて配置される。このため、平凸レンズ25及び31を十分に接近させることができる。第1光学系13から出射される光は、LED21の中心部からの光については光軸と平行に進行するものの、LED21の端部からの光は光軸に対して角度を有して進行する。つまり、第1光学系13からの出射光も、広がり角度を有して第2光学系15に向けて出射される。従って、第2光学系15と第1光学系13をなるべく接近させて、第1光学系13からの出射光をできるだけ第2光学系15に取り込むことのできる構成とするのが好ましい。
図9は、第2光学系15と第3光学系17の関係を示す模式図である。図9に示すように、第2光学系15に対して光軸に平行に入射された光は、焦点F2の位置に集光される。そして、この焦点F2が第3光学系17の第2光学系15側の焦点F3Aと一致するように、第2光学系15と第3光学系17が配置される。なお、第2光学系15に対して、光軸に角度を有して入射された光は、焦点F2から外れた位置に集光される。この点については図10及び図11を参照して後述される。
[第3光学系、インテグレータ]
本実施形態において、第3光学系17は両凸レンズ33によって構成される(図2参照)。前述したように、第3光学系17の第2光学系15側の焦点F3Aは、第2光学系15の第3光学系17側の焦点F2と一致する。本実施形態の構成においては、平凸レンズ31の焦点F2と両凸レンズ33の第2光学系15側の焦点F3Aが一致する。この結果、第2光学系15に光軸に平行に入射された光は出射され、焦点F2に集光された光は、第3光学系17において平行光とされる。
本実施形態において、第3光学系17は両凸レンズ33によって構成される(図2参照)。前述したように、第3光学系17の第2光学系15側の焦点F3Aは、第2光学系15の第3光学系17側の焦点F2と一致する。本実施形態の構成においては、平凸レンズ31の焦点F2と両凸レンズ33の第2光学系15側の焦点F3Aが一致する。この結果、第2光学系15に光軸に平行に入射された光は出射され、焦点F2に集光された光は、第3光学系17において平行光とされる。
そして、インテグレータ19の光の入射面19Sは、第2光学系15から出射された光が第3光学系17により結像される位置となるように配置される。つまり、第3光学系17は、像側テレセントリックな光学系である。
前述したように、LED21の中心部からの出射光については、第1光学系13により光軸と平行光となる。また、中心部から外れた箇所からの出射光については、第1光学系13により、光軸に対して角度を持つ。ここで、第2光学系15は、第2光学系15と第3光学系17の間の瞳の位置に焦点を持つレンズであり、光軸上においてはLED21の中心部の像が結像し、それより離れた箇所においてはLED21の中心部から離れた箇所の像が結像する。すなわち、LED21の像が瞳の位置に結像される。
図10及び図11は、各LED21(21A,21B,21C)から出射された光がインテグレータ19の光の入射面19Sに入射するまでの光束の様子を模式的に示したものである。光軸上に結像されたLED21の中心部の像は、第3光学系17から光軸に平行な光として出射される(図10(b))。一方、光軸より離れた箇所に結像されたLED21の中心部から離れた箇所の像は、第3光学系17から光軸と非平行な光として出射される(図10(c))。インテグレータ19の光の入射面19Sを第3光学系17により、第2光学系15の入射面の結像位置となるように配置することで、第3光学系17から出射された光が全てインテグレータ19の光の入射面19Sに結像する(図11(a)、(b))。
各LEDの中心部から出射された光41A、41B、41Cは、点41(焦点に相当する)にて集光された後、いずれも第3光学系17から光軸に対する平行光としてインテグレータ19に入射される(図10(b))。また、各LEDの端部から出射された光のうち、中心部から一の方向にずれた位置の端部42(図10(a)参照)から出射された光42A、42B、42Cは、別の点42にて集光された後、第3光学系17から同一角度にてインテグレータ19に入射される(図10(c))。また、中心部から別の一の方向にずれた位置の端部から出射された光については、別の位置43(図10(a)参照)にて集光された後、第3光学系17から別の方向から同一角度にてインテグレータ19に入射される(図示せず)。つまり、第2光学系15と第3光学系17の間の瞳位置において、各LED21を重ねた像40が現れる。
本装置によれば、同一のLED21からの出射光につき、中心部からの出射光については光軸と平行に、また、端部からの出射光については光軸に対して一定の角度を有した状態でインテグレータ19における同一の光の入射面に入射させることができる。これにより、LED21の端部からの出射光についても、有効にインテグレータ19に対して入射させることができる。その角度がインテグレータ19の有効角内であれば、第1光学系13から出射された以後は光学的なロスはなく、効率良く光束を取り込むことが可能となる。
図11(a)、(b)は第3光学系17により第2光学系15の入射面がインテグレータ19の光の入射面19Sに結像される様子を示したものである。すなわち、図11(a)に示すように、第2光学系15の入射面45Aからの光はインテグレータ19の光の入射面19Sの領域45A’に、第2光学系15の入射面45Bからの光は領域45B’に、第2光学系15の入射面45Cからの光は領域45C’にそれぞれ結像する。また、図11(b)においても同様に第2光学系15の入射面46A、46B、及び46Cからの光は、それぞれインテグレータ19の光の入射面19S上の領域46A’、46B’、46C’に結像する。第2光学系15の入射面には第1光学系13によりコリメートされた光が入射するので、その光は余すことなくインテグレータ19の光の入射面19Sに結像されるため、高い取り込み効率を実現することができる。
インテグレータ19は、入射面19Sに入射された光を照射面での照度分布を均一にして後段に照射する。
[インテグレータの後段]
図12は、本装置1を含む露光装置の光学系の構成を示す模式図である。インテグレータ19の後段に、投影光学系12としての照射レンズ51、マスク53を備え、必要に応じて投影レンズ55を備える。照射レンズ51の照射位置にマスク53を設置し、マスク53の後段にマスク53のパターン像を焼き付ける対象となる感光性基板57を設置する。この状態で、光源部11から光が出射されると、この光がインテグレータ19を介して集光され、照度分布が均一化されて投影光学系12に照射される。そして、投影光学系12はマスク53のパターン像を直接又は投影レンズ55を介して感光性基板57上に投影する。
図12は、本装置1を含む露光装置の光学系の構成を示す模式図である。インテグレータ19の後段に、投影光学系12としての照射レンズ51、マスク53を備え、必要に応じて投影レンズ55を備える。照射レンズ51の照射位置にマスク53を設置し、マスク53の後段にマスク53のパターン像を焼き付ける対象となる感光性基板57を設置する。この状態で、光源部11から光が出射されると、この光がインテグレータ19を介して集光され、照度分布が均一化されて投影光学系12に照射される。そして、投影光学系12はマスク53のパターン像を直接又は投影レンズ55を介して感光性基板57上に投影する。
以上説明したように、本装置によれば、広がり角度を有して出射される各LED21からの光を有効にインテグレータ19に取り込むことができる。よって、露光装置用の光源としてLEDを用いることが可能となる。
[別実施形態]
以下、別実施形態について説明する。
以下、別実施形態について説明する。
〈1〉 図2で表示した第1光学系13、第2光学系15、第3光学系17の具体的構成はあくまで一例である。例えば第2光学系15や第3光学系17を複数のレンズで構成しても構わない。
〈2〉 本装置1を備えた露光装置として、マスク53と感光性基板57が接触しないプロジェクション露光方式やプロキシミティ露光方式の他、マスク53と感光性基板57が接触するコンタクト露光方式でも利用可能である。
1 : 光照射装置
3 : LEDの中央部からの出射光
4 : LEDの中央部から外れた位置からの出射光
10 : 光軸
11 : 光源部
12 : 投影光学系
13 : 第1光学系
15 : 第2光学系
17 : 第3光学系
19 : レンズアレイ・インテグレータ
19S : レンズアレイ・インテグレータの光の入射面
21 : LED
21A、21B、21C : LED
22 : LED基板
23 : 平凸レンズ
25 : 平凸レンズ
27 : パラボラミラー
29 : レンズ
31 : 平凸レンズ
33 : 両凸レンズ
40 : LEDの像
41 : 集光点
42 : 集光点
41A、41B、41C : LEDの中央部から出射した光束
42A、42B、42C : LEDの端部から出射した光束
43A、43B、43C : LEDの端部から出射した光束
45A、45B、45C : 第2光学系の入射面
45A’、45B’、45C’ : インテグレータの光の入射面の結像領域
46A、46B、46C : 第2光学系の入射面
46A’、46B’、46C’ : インテグレータの光の入射面の結像領域
51 : 照射レンズ
53 : マスク
55 : 投影レンズ
57 : 感光性基板
A : LEDの中央部
B : LEDの中央部から外れた位置
d : AB間の距離
F2 : 第2光学系の焦点
F3A : 第3光学系の第2光学系側焦点
T2 : 領域
T3 : 領域
W2 : 第2光学系のウエスト径
W2’ : 第2光学系のウエスト径の10%の距離
W3 : 第3光学系のウエスト径
W3’ : 第2光学系のウエスト径の10%の距離
3 : LEDの中央部からの出射光
4 : LEDの中央部から外れた位置からの出射光
10 : 光軸
11 : 光源部
12 : 投影光学系
13 : 第1光学系
15 : 第2光学系
17 : 第3光学系
19 : レンズアレイ・インテグレータ
19S : レンズアレイ・インテグレータの光の入射面
21 : LED
21A、21B、21C : LED
22 : LED基板
23 : 平凸レンズ
25 : 平凸レンズ
27 : パラボラミラー
29 : レンズ
31 : 平凸レンズ
33 : 両凸レンズ
40 : LEDの像
41 : 集光点
42 : 集光点
41A、41B、41C : LEDの中央部から出射した光束
42A、42B、42C : LEDの端部から出射した光束
43A、43B、43C : LEDの端部から出射した光束
45A、45B、45C : 第2光学系の入射面
45A’、45B’、45C’ : インテグレータの光の入射面の結像領域
46A、46B、46C : 第2光学系の入射面
46A’、46B’、46C’ : インテグレータの光の入射面の結像領域
51 : 照射レンズ
53 : マスク
55 : 投影レンズ
57 : 感光性基板
A : LEDの中央部
B : LEDの中央部から外れた位置
d : AB間の距離
F2 : 第2光学系の焦点
F3A : 第3光学系の第2光学系側焦点
T2 : 領域
T3 : 領域
W2 : 第2光学系のウエスト径
W2’ : 第2光学系のウエスト径の10%の距離
W3 : 第3光学系のウエスト径
W3’ : 第2光学系のウエスト径の10%の距離
Claims (4)
- 複数のLEDを含む光源部と、
前記複数のLEDから出射された光をそれぞれコリメートする第1光学系と、
前記第1光学系から出射された光が入射する第2光学系と、
前記第2光学系から出射された光が入射する第3光学系と、
前記第3光学系から出射された光が入射するレンズアレイ・インテグレータと、を有し、
前記第3光学系は、前記第2光学系から出射された光を前記レンズアレイ・インテグレータの光の入射面に投影する像側テレセントリックな光学系であり、
前記レンズアレイ・インテグレータの光の入射面が前記第3光学系の結像位置に配置され、
前記第2光学系の前記第3光学系側の焦点位置が、前記第3光学系の前記第2光学系側の焦点位置と一致していることを特徴とする光照射装置。 - 前記第1光学系は、前記複数のLEDそれぞれに対向して配置された凸レンズ又はパラボラミラーを有し、
前記複数のLEDそれぞれが、前記凸レンズ又はパラボラミラーのそれぞれの焦点位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。 - 前記第1光学系を構成する凸レンズ又はパラボラミラーは、前記第2光学系側に平面部を有し、
前記第2光学系は、前記第1光学系側に平面部を有した平凸レンズで構成されることを特徴とする請求項2に記載の光照射装置。 - マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置であって、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光照射装置と、
前記レンズアレイ・インテグレータの照射面からの光を前記マスクに照射して、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に投影する投影光学系と、を有することを特徴とする露光装置。
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