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図面 (13)

課題

長方形領域を効率よく均一に照射する手段を提供すること。

解決手段

光源10と、集光手段20と、光均一化手段30から成る照射光学系において、光均一化手段30を第1のロッド群31と、偏平な第2のロッド33と、第2のロッド33の出射面と照射面を共役にするレンズ34から構成する。

概要

背景

従来の照射光学系の構成は図12に示したような構成であった。超高圧水銀灯キセノンランプ等の光源10から出た光は、楕円鏡等の集光手段20によってロッド41等の光均一化手段40の入射端面42に集光される。ロッド41はその内面で光が何度も全反射するためその出射端面43では光線入射角に対応して光が重畳する。このためロッドの出射端面43は均一な光強度分布になる。そこで、この端面を歪曲収差のないレンズ34で照射面に投影すれば、照射面50は均一に照射される。以上のような構成によって照射面50は均一に照射され、これを画像取り込み用照明紫外線を用いた露光に用いていた。

概要

長方形領域を効率よく均一に照射する手段を提供すること。

光源10と、集光手段20と、光均一化手段30から成る照射光学系において、光均一化手段30を第1のロッド群31と、偏平な第2のロッド33と、第2のロッド33の出射面と照射面を共役にするレンズ34から構成する。

目的

近年の画像処理技術やフォトリソグラフィー技術の進展に伴い、長方形の領域を均一に効率よく照射する需要が増大してきた。特に次のような場合に長方形領域の照射が必要とされる。第1は1次元CCDで画像を取り込む場合である。画像を取り込む領域が細長い長方形であるため、原稿の照射領域も細長い長方形領域が望ましい。画像取り込み領域だけを照射すればそれだけ照度が上昇するからである。第2は大面積を露光する場合である。大面積を一度に露光しようとすると、光学素子が大型化してコストと設置床面積の増大をもたらすが、被照射物を搬送しながら長方形領域を露光する方式(以下走査露光方式という)をとれば光学素子を小さくできる。特に偏光露光を行う際は大型の偏光素子の製造が困難なため、走査露光方式にしなければ大面積の露光が難しい。ところが、従来の照射光学系は正方形状の照射を行うのには適していたが、図2のような細長い長方形状の照射には適していなかった。その理由は次の通りである。長方形状に照射するにはロッドの出射端面43を照射形状相似形状にする必要がある。しかし、図3のように入射面42を長方形状にすると次のような問題が生じる。すなわち、集光手段20で集められる光は図4の21で表されるような円形状であるため、ロッドを図4の42のようなサイズにすると著しい光量損失が生じ、光の利用効率が低下する。一方、ロッドを図5の42のようなサイズにするとロッドの出射端が均一になるのに必要なロッド長さが長大になり、現実的でない。ここで、ロッド形状を図6のように入射面42は正方形、出射面43は長方形にする手段も考えられる。しかし、このような形状にすると、図7のように短辺内での反射角が増大し、全反射しなくなる。このため大幅な光量ロスが生じて光の利用効率が低下する。以上のような理由で従来は長方形の領域を照射する場合光の利用効率が低下するという問題があった。そこで本発明は長方形の領域を効率よく均一に照射する手段を提供するすることを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

光源10と、集光手段20と、光均一化手段30から成る照射光学系において、光均一化手段30を第1のロッド群31と、偏平な第2のロッド33と、第2のロッド33の出射面と照射面を共役にするレンズ34から構成したことを特徴とする照射光学系。

技術分野

0001

本発明は光を長方形状の特定領域に均一に照射する光学系に関する。特に液晶半導体製造露光工程に使用する露光装置検査工程に使用する照明装置に関する。

背景技術

0002

従来の照射光学系の構成は図12に示したような構成であった。超高圧水銀灯キセノンランプ等の光源10から出た光は、楕円鏡等の集光手段20によってロッド41等の光均一化手段40の入射端面42に集光される。ロッド41はその内面で光が何度も全反射するためその出射端面43では光線入射角に対応して光が重畳する。このためロッドの出射端面43は均一な光強度分布になる。そこで、この端面を歪曲収差のないレンズ34で照射面に投影すれば、照射面50は均一に照射される。以上のような構成によって照射面50は均一に照射され、これを画像取り込み用照明紫外線を用いた露光に用いていた。

発明が解決しようとする課題

0003

近年の画像処理技術やフォトリソグラフィー技術の進展に伴い、長方形の領域を均一に効率よく照射する需要が増大してきた。特に次のような場合に長方形領域の照射が必要とされる。第1は1次元CCDで画像を取り込む場合である。画像を取り込む領域が細長い長方形であるため、原稿の照射領域も細長い長方形領域が望ましい。画像取り込み領域だけを照射すればそれだけ照度が上昇するからである。第2は大面積を露光する場合である。大面積を一度に露光しようとすると、光学素子が大型化してコストと設置床面積の増大をもたらすが、被照射物を搬送しながら長方形領域を露光する方式(以下走査露光方式という)をとれば光学素子を小さくできる。特に偏光露光を行う際は大型の偏光素子の製造が困難なため、走査露光方式にしなければ大面積の露光が難しい。ところが、従来の照射光学系は正方形状の照射を行うのには適していたが、図2のような細長い長方形状の照射には適していなかった。その理由は次の通りである。長方形状に照射するにはロッドの出射端面43を照射形状相似形状にする必要がある。しかし、図3のように入射面42を長方形状にすると次のような問題が生じる。すなわち、集光手段20で集められる光は図4の21で表されるような円形状であるため、ロッドを図4の42のようなサイズにすると著しい光量損失が生じ、光の利用効率が低下する。一方、ロッドを図5の42のようなサイズにするとロッドの出射端が均一になるのに必要なロッド長さが長大になり、現実的でない。ここで、ロッド形状図6のように入射面42は正方形、出射面43は長方形にする手段も考えられる。しかし、このような形状にすると、図7のように短辺内での反射角が増大し、全反射しなくなる。このため大幅な光量ロスが生じて光の利用効率が低下する。以上のような理由で従来は長方形の領域を照射する場合光の利用効率が低下するという問題があった。そこで本発明は長方形の領域を効率よく均一に照射する手段を提供するすることを課題とする。

課題を解決するための手段

0004

光源10と、集光手段20と、光均一化手段30から成る照射光学系において、光均一化手段30を第1のロッド群31と、偏平な第2のロッド33と、第2のロッド33の出射面と照射面を共役にするレンズ34から構成する。

発明を実施するための最良の形態

0005

図1に本発明の実施の形態を示す。10は光源で超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプハロゲンランプなどの光源が含まれる。20は集光手段で、図示した楕円鏡のほか、コンデンサーレンズ放物面鏡球面鏡などの光学素子が含まれる。61は平面鏡で光を90度折り返す。31は第1のロッド群である。図8は第1のロッドレンズ群31と、偏平な第2のロッド33を詳細に表したもので、上図は平面図、下図はその側面図である。本実施形態では第1のロッド群として4本のロッド31a〜31dが使用されている。本発明では、第1のロッド群は2本以上のロッドから構成されれば課題を達成できるが、第1のロッドの数が増えるほど照射面上の照射形状を細長くできる。本実施形態では、4本のロッド31a〜31dの入射側が1個所に集められ、第1のロッド群の入射側は図9のような正方形になっている。これによって集光手段20によって集められた光は効率よく各ロッド31a〜31dに入射する。各ロッド31a〜31dの入射端面は、図8上の平面図に表されているように斜めにカットされている。これによって入射した主光線Pは屈折してロッドの長手方向と平行に進む。図10は各ロッド31a〜31dの出射側端面と偏平な第2のロッド33の入射側端面配置関係を示している。第2のロッド33を第1のロッド群31に外接させることによって、第2のロッドは最も偏平な形状にすることができる。このため第2のロッドは第1のロッド群に対して、光軸を中心とした回転が与えられた配置となる。この配置によって各ロッドに入射した光束はNAを変化させることなく、細長い断面形状に変換される。なお、第2のロッドから出る光のNAを大きくしないために、第1のロッド群31と第2のロッド33の間には主光線Pを第2のロッドと平行にする素子を配置するのが望ましい。本実施形態ではシリンドリカルレンズ32の前側焦点を第1のロッド群31の入射面に合致させることによって主光線Pを第2のロッドと平行にしている。この素子にはシリンドリカルレンズの他、球面レンズプリズムなども利用できる。また、第1のロッド群31の出射端を斜めにカットして、主光線Pが第2のロッドと平行になるようにしてもよい。偏平な第2のロッドの中で光は何度も全反射を繰り返し、出射端面は均一な光量分布になる。第2のロッドの偏平で均一に光る出射端面を、レンズ34で照射面50に投影することによって、照射面50の細長い長方形領域が均一に照射される。なお、途中に凹面鏡63を配置することによって平行光に変換することができる。

0006

ところで、液晶に使用する配向膜を製造する際に、ポリイミドラビングするのに替えて光を照射するいわゆる光配光が近年注目されている。この際、大きな面積に直線偏光を照射する要求がある。しかし、従来の照射装置でこれを実現するのは困難であった。大きな面積の偏光素子は製造が困難だからである。ところが、本実施形態を利用すると容易に大面積の偏光露光が実現できる。照射領域が長方形であるため偏光素子を小さくでき、長方形の短辺方向に被照射物を搬送することによって大面積を照射できるからである。図11の70は偏光素子を示しており、照射領域が長方形であるため、短辺方向の偏光素子の長さがきわめて小さくてすむ様子を表している。

発明の効果

0007

本発明によれば長方形領域を効率よく均一に照射できる。

図面の簡単な説明

0008

図1本発明にかかる照射光学系の全体構成図である。
図2長方形の照射領域を表す図である。
図3偏平なロッドを表す図である。
図4小さくて偏平なロッドと集光径の関係を表す図である。
図5大きくて偏平なロッドと集光径の関係を表す図である。
図6くさび形状のロッドを表す図である。
図7くさび形状のロッドに入射した光線がロッド外部に漏れ出すことを説明する図である。
図8本発明による第1のロッド群と偏平な第2のロッドを表した平面図と側面図である。
図9第1のロッド群31の入射面を表す図である。
図10第1のロッド群31と第2のロッド33の位置関係を表す図である。
図11偏光素子70の配置を表す図である。
図12従来の照射光学系を表す図である。

--

0009

10光源
20集光手段
30 光均一化手段
31 第1のロッド群
32主光線を屈折させる光学素子
33偏平な第2のロッド
34レンズ
41 従来のロッド
50照射領域
61ミラー
62 ミラー
63 凹面鏡

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