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JP2022050812A - Light source device and exposure device - Google Patents
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JP2022050812A - Light source device and exposure device - Google Patents

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Abstract

Figure 2022050812000001

【課題】ランプ点灯状況に関わらず、照明効率の低下を抑制したインテグレータ入射面への照明光入射を可能にする。
【解決手段】インテグレータ13に照明光を入射させる光源装置20を備えた露光装置10において、光源装置20は、放電ランプ30と凹面反射鏡40とを備えたランプユニットで構成される。そして、放電ランプ30は、凹面反射鏡40に対し鉛直方向に沿ったY軸および反射鏡中心軸Zの底部側に沿って、その電極中心Cが焦点C0からオフセットされる。
【選択図】図2

Figure 2022050812000001

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable illumination light to be incident on an integrator incident surface in which a decrease in illumination efficiency is suppressed regardless of a lamp lighting condition.
SOLUTION: In an exposure device 10 provided with a light source device 20 for incidenting illumination light on an integrator 13, the light source device 20 is composed of a lamp unit including a discharge lamp 30 and a concave reflector 40. Then, the electrode center C of the discharge lamp 30 is offset from the focal point C0 along the Y axis along the vertical direction with respect to the concave reflector 40 and the bottom side of the reflector center axis Z.
[Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、光源装置に関し、特に、インテグレータ等の光学素子に対する照明光の入射に関する。 The present invention relates to a light source device, and more particularly to an incident of illumination light on an optical element such as an integrator.

プロジェクタや露光装置などに使用される光源装置として、放電ランプとリフレクタから成るランプユニットで構成される光源装置が知られている。放電ランプから放射された光は、リフレクタに反射し、光学素子(集光レンズ、ロッドレンズ、フライアイレンズなどのインテグレータ)を含む照明光学系へ導かれる。照明光は、インテグレータによって照度均一化され、コリメータレンズによって平行光となり、DMDなどの光変調素子アレイ、ワークなどに照射される。 As a light source device used for a projector, an exposure device, or the like, a light source device composed of a lamp unit including a discharge lamp and a reflector is known. The light emitted from the discharge lamp is reflected by the reflector and guided to the illumination optical system including the optical element (integrator such as a condenser lens, a rod lens, and a fly-eye lens). The illumination light is equalized by an integrator, becomes parallel light by a collimator lens, and is applied to a light modulation element array such as a DMD, a work, or the like.

放電ランプは経年変化によって電極先端が摩耗し、点灯時間の経過とともにインテグレータに入射する光の割合が減少することで照度の低下が生じる。これを防ぐため、複数のランプユニットを備えた多灯式光源装置において、インテグレータ入射面よりも広い照射エリアをもつ光を、インテグレータに入射させる(特許文献1参照)。 The tip of the electrode of the discharge lamp wears due to aging, and the proportion of light incident on the integrator decreases with the lapse of lighting time, resulting in a decrease in illuminance. In order to prevent this, in a multi-lamp type light source device provided with a plurality of lamp units, light having an irradiation area wider than the incident surface of the integrator is incident on the integrator (see Patent Document 1).

特開2009-302218号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-302218

プロジェクタ、露光装置などに設置される光源装置では、ハロゲンサイクルの良好な発現、交流型放電ランプを使用した場合の電極消耗の抑制などの理由により、ランプ軸が略水平方向に沿うように光源装置を設置することが要求される。そのため、リフレクタは、その開口端が略鉛直方向に沿うように保持される。 In the light source device installed in projectors, exposure devices, etc., the light source device so that the lamp axis is substantially horizontal along the lamp axis for reasons such as good expression of halogen cycle and suppression of electrode wear when an AC type discharge lamp is used. Is required to be installed. Therefore, the reflector is held so that its open end is substantially in the vertical direction.

ランプ点灯中、リフレクタが熱膨張すると、リフレクタの保持構造などに起因して、リフレクタ中心軸が鉛直方向に沿って変動する。その結果、ランプ点灯直後と、ランプ安定点灯時などの温度環境の相違によって、インテグレータへ入射する光の光束断面(照射パターン)が変化し、照明光の一部がインテグレータ入射面に入射せず、照明効率が低下してしまう。 When the reflector thermally expands while the lamp is lit, the central axis of the reflector fluctuates along the vertical direction due to the holding structure of the reflector and the like. As a result, the luminous flux cross section (irradiation pattern) of the light incident on the integrator changes due to the difference in temperature environment between immediately after the lamp is turned on and when the lamp is stably turned on, and a part of the illumination light does not enter the integrator incident surface. Lighting efficiency is reduced.

したがって、ランプ点灯状況に関わらず、照明効率の低下を抑制したインテグレータ入射面への照明光入射を可能にする光源装置が求められる。 Therefore, there is a need for a light source device that enables illumination light to be incident on an integrator incident surface that suppresses a decrease in lighting efficiency regardless of the lamp lighting condition.

本発明の一態様である光源装置は、ランプと、その開口端が鉛直方向に沿うように位置合わせされ、ランプから放射された照明光を反射する凹面反射鏡とを備える。凹面反射鏡は、例えば楕円面や放物面の反射鏡で構成可能である。単一のランプで構成することや、ランプと凹面反射鏡とによってそれぞれ構成される複数のランプユニットを列状に並んで配置することも可能である。 A light source device according to an aspect of the present invention includes a lamp and a concave reflector whose opening end is aligned along the vertical direction and reflects the illumination light emitted from the lamp. The concave reflector can be composed of, for example, an ellipsoidal or parabolic reflector. It is also possible to configure a single lamp, or to arrange a plurality of lamp units each composed of a lamp and a concave reflector side by side in a row.

照明光は、凹面反射鏡の中心軸に沿って進行し、照明光の進行方向に配置される光学素子に入射する。光学素子は、例えばインテグレータなどによって構成可能である。また、照明光は、入射面のサイズに応じた光束で入射するように構成されている。すなわち、照明光が光学素子入射面よりはるかに大きい照射エリアや、照明光が入射面のごく一部にだけ入射するような照射エリアをもつのでなく、光源からの照明光をできる限りロスしないように、光学素子入射面サイズに合わせた光束の照明光が光学素子に入射する。 The illumination light travels along the central axis of the concave reflector and is incident on an optical element arranged in the traveling direction of the illumination light. The optical element can be configured by, for example, an integrator. Further, the illumination light is configured to be incident with a luminous flux corresponding to the size of the incident surface. That is, it does not have an irradiation area in which the illumination light is much larger than the incident surface of the optical element or an irradiation area in which the illumination light is incident on only a small part of the incident surface, and the illumination light from the light source is not lost as much as possible. In addition, the illumination light of the light beam according to the size of the incident surface of the optical element is incident on the optical element.

本発明では、光学素子の入射面において、照明光の光束断面が、鉛直方向に応じたラインに沿って照射エリアが拡がるように、円状から歪んだ形になっている。歪みの程度、方向などは様々に構成可能であり、例えば、ラインの一方向側へ照射エリアが拡がるように、歪ませることができる。また、ラインの一方向側へ照射エリア端が延びるように、歪ませることができる。 In the present invention, the luminous flux cross section of the illumination light is distorted from a circular shape on the incident surface of the optical element so that the irradiation area expands along the line corresponding to the vertical direction. The degree and direction of distortion can be variously configured, and for example, the irradiation area can be distorted so as to expand to one direction side of the line. Further, it can be distorted so that the end of the irradiation area extends to one direction side of the line.

例えば、ランプが、一対の電極を備えた放電ランプであり、凹面反射鏡が、楕円面または放物面の反射鏡である場合、電極間中心が、凹面反射鏡の焦点に対し、一方の軸に沿った方向にオフセットするとともに、凹面反射鏡の開口端とは反対側の底部側に反射鏡中心軸に沿ってオフセットするように、放電ランプが配置されている。一方の軸に沿ったオフセット量ΔYと、反射鏡中心軸に沿ったオフセット量ΔZは、0.2≦ΔY/ΔZ≦4を満たすように定めることができる。 For example, if the lamp is a discharge lamp with a pair of electrodes and the concave reflector is an elliptical or parabolic reflector, the center between the electrodes is one axis with respect to the focal point of the concave reflector. A discharge lamp is arranged so as to be offset in the direction along the direction of the mirror and offset along the central axis of the reflector on the bottom side opposite to the opening end of the concave reflector. The offset amount ΔY along one axis and the offset amount ΔZ along the central axis of the reflector can be determined so as to satisfy 0.2 ≦ ΔY / ΔZ ≦ 4.

一方、本発明の他の態様である光源装置は、ランプと、円状の開口端を形成し、ランプから放射された照明光を、反射鏡中心に沿った方向へ導く凹面反射鏡とを備え、照明光は、光学素子の入射面に対し、入射面のサイズに応じた光束で入射する。そして、反射鏡中心軸に垂直な光学素子の入射面において、照明光の光束断面が、照明光の進行方向に沿った反射鏡中心軸との交点を通る所定のラインに沿って照射エリアが拡がるように、歪んでいる。 On the other hand, the light source device according to another aspect of the present invention includes a lamp and a concave reflector that forms a circular opening end and guides the illumination light emitted from the lamp in a direction along the center of the reflector. The illumination light is incident on the incident surface of the optical element with a luminous flux corresponding to the size of the incident surface. Then, on the incident surface of the optical element perpendicular to the central axis of the reflector, the irradiation area expands along a predetermined line through which the light beam cross section of the illumination light passes through the intersection with the central axis of the reflector along the traveling direction of the illumination light. It's distorted.

本発明の一態様である露光装置は、上記光源装置と、上記光学素子を含む照明光学系とを備え、反射鏡中心軸が、水平方向に沿うように、または水平方向に対し所定角度の範囲内で傾斜するように、光源装置が設置されている。 The exposure device according to one aspect of the present invention includes the light source device and an illumination optical system including the optical element, so that the central axis of the reflector is along the horizontal direction or in a range of a predetermined angle with respect to the horizontal direction. The light source device is installed so as to incline inside.

本発明によれば、ランプ点灯状況に関わらず、照明効率の低下を抑制したインテグレータ入射面への照明光入射を可能にすることができる。 According to the present invention, it is possible to allow the illumination light to be incident on the integrator incident surface in which the decrease in the illumination efficiency is suppressed regardless of the lamp lighting condition.

第1の実施形態である光源装置を備えた露光装置の概略的ブロック図である。It is a schematic block diagram of the exposure apparatus provided with the light source apparatus which is 1st Embodiment. 光源装置の概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of a light source device. 図2の放電ランプ付近を部分的に拡大した図である。It is the figure which partially enlarged the vicinity of the discharge lamp of FIG. インテグレータの入射面に入射する照明光の照射パターンを示した図である。It is a figure which showed the irradiation pattern of the illumination light incident on the incident surface of an integrator. 図4とは異なる照射パターンを示した図である。It is a figure which showed the irradiation pattern different from FIG. 放電ランプをオフセット配置しない場合の照射パターンを示した図である。It is a figure which showed the irradiation pattern when the discharge lamp is not offset arrangement. 第2の実施形態である露光装置を示した図である。It is a figure which showed the exposure apparatus which is a 2nd Embodiment.

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、第1の実施形態である光源装置を備えた露光装置の概略的ブロック図である。 FIG. 1 is a schematic block diagram of an exposure apparatus including the light source apparatus according to the first embodiment.

露光装置10は、ここでは、フォトマスク14を用いてパターン光を基板Wに投影するコンタクト露光装置として構成されている。露光装置10は、光源装置20と、露光ヘッド11を備え、コントローラ15によって制御される光源駆動部19によって点灯する。露光ヘッド11は、照度を均一化するインテグレータ13を含む照明光学系12と、フォトマスク14とを備える。 Here, the exposure apparatus 10 is configured as a contact exposure apparatus that projects pattern light onto the substrate W using a photomask 14. The exposure device 10 includes a light source device 20 and an exposure head 11, and is lit by a light source drive unit 19 controlled by a controller 15. The exposure head 11 includes an illumination optical system 12 including an integrator 13 for equalizing the illuminance, and a photomask 14.

光源装置20から出射した光は、照明光学系12を通り、フォトマスク14に入射する。フォトマスク14を通った光は、露光ステージ18の基板Wに投影される。これによって、基板Wに所定のパターンが形成される。 The light emitted from the light source device 20 passes through the illumination optical system 12 and is incident on the photomask 14. The light that has passed through the photomask 14 is projected onto the substrate W of the exposure stage 18. As a result, a predetermined pattern is formed on the substrate W.

露光装置10では、高照度モード、低照度モードを設定可能であり、ユーザによって高照度モードが設定されると、放電ランプ30に対して高電力が入力され、低照度モードが設定されると、低電力が入力させる。なお、露光装置10は、マスクレス露光装置、投影露光装置として構成することも可能である。 In the exposure apparatus 10, high illuminance mode and low illuminance mode can be set. When the high illuminance mode is set by the user, high power is input to the discharge lamp 30, and when the low illuminance mode is set, the exposure lamp 30 is set. Low power input. The exposure apparatus 10 can also be configured as a maskless exposure apparatus or a projection exposure apparatus.

図2は、光源装置20の概略的断面図である。図3は、図2の放電ランプ30付近を部分的に拡大した図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the light source device 20. FIG. 3 is a partially enlarged view of the vicinity of the discharge lamp 30 of FIG.

光源装置20は、放電ランプ30、凹面反射鏡40から成るランプユニットで構成され、ここでは1つのランプユニットで構成されている。放電ランプ30は、例えば交流型の高圧もしくは超高圧水銀ランプであり、発光管33内に一対の電極32、34を備えている。放電ランプ30の発光管33両端には、封止管36、38が一体的に形成され、封止管38が保持部材60によって軸支または保持されている。 The light source device 20 is composed of a lamp unit including a discharge lamp 30 and a concave reflector 40, and here, it is composed of one lamp unit. The discharge lamp 30 is, for example, an AC type high-pressure or ultra-high pressure mercury lamp, and includes a pair of electrodes 32 and 34 in the arc tube 33. Sealing tubes 36, 38 are integrally formed at both ends of the arc tube 33 of the discharge lamp 30, and the sealing tube 38 is supported or held by a holding member 60.

凹面反射鏡40は、放電ランプから放射された光(以下、照明光という)を、反射鏡中心軸Zに沿って照明光学系12側へ導くリフレクタであり、ここでは断面楕円状の楕円反射鏡として構成されている。円状の開口端40Aから出射した照明光は、照明光学系12のインテグレータの入射面13Aに入射する。 The concave reflector 40 is a reflector that guides the light radiated from the discharge lamp (hereinafter referred to as illumination light) to the illumination optical system 12 side along the central axis Z of the reflector, and here, an elliptical reflector having an elliptical cross section. It is configured as. The illumination light emitted from the circular opening end 40A is incident on the incident surface 13A of the integrator of the illumination optical system 12.

反射鏡中心軸Zは、照明光の光軸としてインテグレータ13の入射面13Aに対し垂直であり、照明光は、入射面13Aに対してそのエリアサイズに相当する光束で入射する。なお、凹面反射鏡40とインテグレータ13との間に折り返しミラーなどを設けてもよい。また、凹面反射鏡40は、放物面反射鏡として構成することもできる。 The reflector central axis Z is perpendicular to the incident surface 13A of the integrator 13 as the optical axis of the illumination light, and the illumination light is incident on the incident surface 13A with a luminous flux corresponding to the area size. A folded mirror or the like may be provided between the concave reflecting mirror 40 and the integrator 13. Further, the concave reflector 40 can also be configured as a parabolic reflector.

凹面反射鏡40は、放電ランプ30におけるハロゲンサイクルの良好な発現、交流型放電ランプ30の電極消耗防止などの理由により、凹面反射鏡40の中心軸(以下、反射鏡中心軸という)Zが水平方向に沿うようにホルダ50に固定されている。ホルダ50は、開口端40A側に応じた開口部50Aを有し、開口端40A側を向く表面(ここでは、基準面という)50Sが鉛直方向に沿うように、装置内で固定されている。 In the concave reflector 40, the central axis (hereinafter referred to as the reflector central axis) Z of the concave reflector 40 is horizontal because of the good expression of the halogen cycle in the discharge lamp 30 and the prevention of electrode wear of the AC type discharge lamp 30. It is fixed to the holder 50 along the direction. The holder 50 has an opening 50A corresponding to the opening end 40A side, and is fixed in the apparatus so that the surface (here, referred to as a reference surface) 50S facing the opening end 40A side is along the vertical direction.

凹面反射鏡40は、その開口端40Aが基準面50Sと当接し、基準面50Sに設けられた環状凸部52に対して嵌合し、反射鏡底部側から基準面50S側へ作用する力を受けて固定されている。その結果、凹面反射鏡40の開口端40Aは、鉛直方向に沿っている。 The concave reflecting mirror 40 has an open end 40A that abuts on the reference surface 50S, fits into the annular convex portion 52 provided on the reference surface 50S, and exerts a force acting from the bottom of the reflecting mirror to the reference surface 50S side. It is received and fixed. As a result, the open end 40A of the concave reflector 40 is along the vertical direction.

ランプ点灯時に凹面反射鏡40が熱膨張するため、環状の凸部52の径サイズは、凹面反射鏡40の開口端40Aのサイズより大きく定められている。そのため、凹面反射鏡40をホルダ50に嵌合したとき、開口端40Aは凸部52の下側端部52Bと当接する一方、凸部52の上側端部52Aとの間に隙間SBが生じている。 Since the concave reflector 40 thermally expands when the lamp is lit, the diameter size of the annular convex portion 52 is set to be larger than the size of the open end 40A of the concave reflector 40. Therefore, when the concave reflector 40 is fitted to the holder 50, the open end 40A abuts on the lower end 52B of the convex portion 52, while a gap SB is generated between the concave reflector 40 and the upper end 52A of the convex portion 52. There is.

本実施形態では、放電ランプ30の電極間中心Cは、凹面反射鏡40の焦点C0に位置せず、反射鏡中心軸Zと、焦点C0を通る鉛直方向(基準面50S)に沿った軸(以下、垂直方向軸という)Yとに対して、オフセットしている。 In the present embodiment, the center C between the electrodes of the discharge lamp 30 is not located at the focal point C0 of the concave reflecting mirror 40, but the center axis Z of the reflecting mirror and the axis along the vertical direction (reference plane 50S) passing through the focal point C0 (reference plane 50S). Hereinafter, it is offset with respect to Y (referred to as the vertical axis).

具体的には、垂直方向軸Yに沿って下方側へΔY分だけオフセットするとともに、凹面反射鏡40の開口端40Aとは逆側(底部側)に反射鏡中心軸Zに沿ってΔZ分だけオフセットしている。そのため、放電ランプ30のランプ軸Eは、反射鏡中心軸Zより下方に位置する。焦点C0を通り、垂直方向軸Yに垂直な(紙面に垂直な)X軸に関しては、オフセットしていない。 Specifically, it is offset downward by ΔY along the vertical axis Y, and is offset by ΔZ along the reflector central axis Z on the opposite side (bottom side) of the open end 40A of the concave reflector 40. It is offset. Therefore, the lamp axis E of the discharge lamp 30 is located below the reflector central axis Z. There is no offset for the X-axis (perpendicular to the paper) that passes through the focal point C0 and is perpendicular to the vertical axis Y.

オフセット量ΔY、ΔZは、凹面反射鏡40の材質、サイズなどに応じて定められる。ここでは、0.2≦ΔY/ΔZ≦4を満たすようにΔY、ΔZが定められている。例えばΔY、ΔZは、ΔY/ΔZ=1を満たす、すなわち同じオフセット量に設定される。 The offset amounts ΔY and ΔZ are determined according to the material, size, and the like of the concave reflector 40. Here, ΔY and ΔZ are defined so as to satisfy 0.2 ≦ ΔY / ΔZ ≦ 4. For example, ΔY and ΔZ satisfy ΔY / ΔZ = 1, that is, they are set to the same offset amount.

このような凹面反射鏡40に対する放電ランプ30のオフセット配置により、インテグレータ13の入射面13Aに入射する照明光の光量を、高照度モード、低照度モードいずれにおいても低下させず、照度低下を抑制可能としている。以下、これについて詳述する。 By such an offset arrangement of the discharge lamp 30 with respect to the concave reflector 40, the amount of illumination light incident on the incident surface 13A of the integrator 13 is not reduced in either the high illuminance mode or the low illuminance mode, and the decrease in illuminance can be suppressed. It is supposed to be. This will be described in detail below.

図4は、インテグレータ13の入射面13Aに入射する照明光の光束断面の形状(以下では、照射パターンともいう)を示した図である。図5は、図4とは異なる照射パターンを示した図である。図6は、放電ランプ30をオフセット配置しない(電極間中心Cを焦点C0に一致させる)場合の照射パターンを示した図である。まず、図6の従来の放電ランプ30の配置に基づくランプ点灯時の凹面反射鏡40の熱膨張、および照明光の光束の歪みについて説明する。 FIG. 4 is a diagram showing the shape of the light flux cross section of the illumination light incident on the incident surface 13A of the integrator 13 (hereinafter, also referred to as an irradiation pattern). FIG. 5 is a diagram showing an irradiation pattern different from that of FIG. FIG. 6 is a diagram showing an irradiation pattern when the discharge lamp 30 is not offset-arranged (the center C between the electrodes coincides with the focal point C0). First, the thermal expansion of the concave reflector 40 when the lamp is lit and the distortion of the luminous flux of the illumination light will be described based on the arrangement of the conventional discharge lamp 30 in FIG.

インテグレータ13はロッドレンズなどで構成され、ここでは入射面13Aが方形状に形成されている。光源装置20の円状開口端40Aから出射した照明光は、光束断面円状の光束としてインテグレータ13の入射面13Aに入射する。したがって、インテグレータ13の入射面13Aのエリア全体に対して照明光を入射させる場合、入射面13Aのエリア四隅13K1~13K4付近を含む照射パターンを形成する必要がある。 The integrator 13 is composed of a rod lens or the like, and here, the incident surface 13A is formed in a rectangular shape. The illumination light emitted from the circular opening end 40A of the light source device 20 is incident on the incident surface 13A of the integrator 13 as a luminous flux having a circular luminous flux cross section. Therefore, when the illumination light is incident on the entire area of the incident surface 13A of the integrator 13, it is necessary to form an irradiation pattern including the vicinity of the four corners 13K1 to 13K4 of the incident surface 13A.

その一方で、インテグレータ13の入射面13Aから外れて入射しない照明光の光量が多いと、照明効率が低下し、無駄な電力消費を伴う。そのため、入射面13Aの中心A0からエリア四隅13K1~13K4までを径とする光束サイズの照明光を、インテグレータ13の入射面13Aに入射させるのが望ましい。したがって、凹面反射鏡40などは、照明がインテグレータ13の入射面13Aに応じたサイズの光束で入射するように設計されている。 On the other hand, if the amount of illumination light that deviates from the incident surface 13A of the integrator 13 and does not enter is large, the illumination efficiency is lowered and wasteful power consumption is accompanied. Therefore, it is desirable that an illumination light having a luminous flux size having a diameter from the center A0 of the incident surface 13A to the four corners 13K1 to 13K4 of the area is incident on the incident surface 13A of the integrator 13. Therefore, the concave reflector 40 and the like are designed so that the illumination is incident with a light flux having a size corresponding to the incident surface 13A of the integrator 13.

ところで、ランプ点灯中、凹面反射鏡40は熱膨張するが、開口端40Aが凸部52の下端52Bと当接しているため、反射鏡中心軸Zが上方に移動するように凹面反射鏡40全体が全体的に変形し、開口端40Aは凸部52の上端52Aと当接して隙間SB(図1参照)がなくなる。これは、放電ランプ30のランプ点灯直後からランプ安定点灯時への移行時においても、同様の変形が生じる。その結果、インテグレータ13の入射面13Aに入射する照明光の照射パターンも変化する。 By the way, while the lamp is lit, the concave reflector 40 thermally expands, but since the opening end 40A is in contact with the lower end 52B of the convex portion 52, the entire concave reflector 40 is moved upward so that the reflector central axis Z moves upward. Is totally deformed, and the open end 40A comes into contact with the upper end 52A of the convex portion 52, and the gap SB (see FIG. 1) disappears. This causes the same deformation even at the time of transition from immediately after the lamp of the discharge lamp 30 is turned on to the time of stable lighting of the lamp. As a result, the irradiation pattern of the illumination light incident on the incident surface 13A of the integrator 13 also changes.

一般的に、高照度モード、ランプ安定点灯時に合わせて照明効率を最も高めるように、凹面反射鏡40などが設計される。その場合、ランプ点灯直後、あるいは低照度モードでは、照明光の一部がインテグレータ13の入射面13Aに入射せず、照度低下が生じる。 Generally, the concave reflector 40 and the like are designed so as to maximize the lighting efficiency in accordance with the high illuminance mode and the stable lighting of the lamp. In that case, immediately after the lamp is turned on, or in the low illuminance mode, a part of the illumination light does not enter the incident surface 13A of the integrator 13, and the illuminance decreases.

図6では、入射面13Aにおける低照度モード(ランプ点灯直後)の照射パターンC1と、高照度モード(ランプ安定点灯時)の照射パターンC2とを示している。ここでは、入射面13Aのエリア中心A0を通り、凹面反射鏡40の開口端40Aの鉛直方向に沿った軸をy軸とし、また、エリア中心A0を通りy軸に垂直な軸をx軸としている。 FIG. 6 shows the irradiation pattern C1 in the low illuminance mode (immediately after the lamp is lit) and the irradiation pattern C2 in the high illuminance mode (when the lamp is stably lit) on the incident surface 13A. Here, the axis that passes through the area center A0 of the incident surface 13A and is along the vertical direction of the opening end 40A of the concave reflector 40 is the y-axis, and the axis that passes through the area center A0 and is perpendicular to the y-axis is the x-axis. There is.

y軸は、凹面反射鏡40の焦点C0を通る鉛直方向に沿ったY軸に対応し、x軸はX軸に対応する。高照度モード(ランプ安定点灯時)では、反射鏡中心軸Zの入射面13Aと交差する位置cが、エリア中心A0の位置と略一致する。すなわち、円状の照射パターンC2の中心位置が、エリア中心A0と略一致する。 The y-axis corresponds to the Y-axis along the vertical direction passing through the focal point C0 of the concave reflector 40, and the x-axis corresponds to the X-axis. In the high illuminance mode (when the lamp is stably lit), the position c intersecting the incident surface 13A of the reflector center axis Z substantially coincides with the position of the area center A0. That is, the center position of the circular irradiation pattern C2 substantially coincides with the area center A0.

一方、低照度モード(ランプ点灯直後)では、凹面反射鏡40の熱膨張の影響が少ないため、反射鏡中心軸Zの入射面13Aでの交点となる位置c’を中心とした照射パターンC1が形成される。照射パターンC1の中心は、y軸に沿ってエリア中心A0よりもΔyだけ下方にシフトしている。 On the other hand, in the low illuminance mode (immediately after the lamp is turned on), the influence of the thermal expansion of the concave reflector 40 is small, so that the irradiation pattern C1 centered on the position c'which is the intersection of the incident surface 13A of the reflector center axis Z is formed. It is formed. The center of the irradiation pattern C1 is shifted downward by Δy from the area center A0 along the y-axis.

低照度モード(ランプ点灯直後)では、入射面13Aの一部(特に2つの隅13K1、13K4付近)において、照明光が入射しない。そのため、基板Wに対して必要な露光量を得るためには、低照度モードあるいはランプ点灯直後において、過度な電力供給を行って照度を挙げる必要がある。 In the low illuminance mode (immediately after the lamp is turned on), no illumination light is incident on a part of the incident surface 13A (particularly near the two corners 13K1 and 13K4). Therefore, in order to obtain the required exposure amount for the substrate W, it is necessary to increase the illuminance by supplying excessive power immediately after the low illuminance mode or the lamp is lit.

一方で、これを防ぐために照射パターンC1、C2の照射エリアサイズをあらかじめ拡大するように設計した場合、入射面13Aのエリア全体に照明光が入射するが、入射面13Aエリアから外れる照明光の光量が多くなり、照明効率の低下となる。 On the other hand, when the irradiation area size of the irradiation patterns C1 and C2 is designed to be enlarged in advance to prevent this, the illumination light is incident on the entire area of the incident surface 13A, but the amount of illumination light deviating from the incident surface 13A area. Will increase, and the lighting efficiency will decrease.

図4では、本実施形態における放電ランプ30のオフセット配置をした場合の照射パターンを示している。図4に示すように、低照度モード(ランプ点灯直後)、高照度モード(ランプ安定点灯時)いずれにおいても、照射パターンC’1、C’2は、入射面13Aのエリア全体を含むパターンとなっている。 FIG. 4 shows an irradiation pattern when the discharge lamp 30 in the present embodiment is offset. As shown in FIG. 4, in both the low illuminance mode (immediately after the lamp is lit) and the high illuminance mode (when the lamp is stably lit), the irradiation patterns C'1 and C'2 are patterns including the entire area of the incident surface 13A. It has become.

照射パターンC’1、C’2は、図6の照射パターンC1、C2と比較すると、y軸の正方向に向けてその照射エリア端が拡がるように、すなわちパターン形状が+y方向へ延びるように歪んでいる。y軸正方向は、凹面反射鏡40におけるY軸正方向、すなわち鉛直方向に対応する。一方、x軸に関し、照射パターンC’1、C’2に歪はなく、y軸に関して対称的なパターン形状となっている。図4では、照射パターンC’1、C’2は卵型に近いパターン形状になっている。 Compared with the irradiation patterns C1 and C2 in FIG. 6, the irradiation patterns C'1 and C'2 are arranged so that the end of the irradiation area expands in the positive direction of the y-axis, that is, the pattern shape extends in the + y direction. It's distorted. The y-axis positive direction corresponds to the Y-axis positive direction in the concave reflector 40, that is, the vertical direction. On the other hand, with respect to the x-axis, the irradiation patterns C'1 and C'2 are not distorted and have a symmetrical pattern shape with respect to the y-axis. In FIG. 4, the irradiation patterns C'1 and C'2 have a pattern shape close to an egg shape.

図5は、別の照射パターンC”1、C”2を示した図である。図4とは異なり、低照度モード(ランプ点灯直後)では、照射パターンC”1が入射面13Aの隅13K1、13K4付近の領域を含まず、照明光が入射しない。しかしながら、図6と比較すれば明らかなように、入射しない照明光の光量は抑制されている。一方で、照射パターンC”2は、入射面13Aの隅13K1~13K4を含む照射パターンとして形成されている。なお、照射パターンC”2に関しても、入射面13Aの隅13K1、13K4付近のエリアに照明光が入射しない場合でも、放電ランプ30をオフセット配置しない場合に比べて照明効率の低下は抑制される。 FIG. 5 is a diagram showing another irradiation pattern C "1 and C" 2. Unlike FIG. 4, in the low illuminance mode (immediately after the lamp is lit), the irradiation pattern C "1 does not include the region near the corners 13K1 and 13K4 of the incident surface 13A, and the illumination light is not incident. As is clear, the amount of non-incident illumination light is suppressed. On the other hand, the irradiation pattern C "2 is formed as an irradiation pattern including the corners 13K1 to 13K4 of the incident surface 13A. Regarding the irradiation pattern C "2, even when the illumination light is not incident on the areas near the corners 13K1 and 13K4 of the incident surface 13A, the decrease in the illumination efficiency is suppressed as compared with the case where the discharge lamp 30 is not offset.

このように本実施形態によれば、インテグレータ13に照明光を入射させる光源装置20を備えた露光装置10において、光源装置20は、放電ランプ30と凹面反射鏡40とを備えたランプユニットで構成される。そして、放電ランプ30は、凹面反射鏡40に対し鉛直方向に沿ったY軸および反射鏡中心軸Zの底部側に沿って、その電極間中心Cが焦点C0からオフセットされている。 As described above, according to the present embodiment, in the exposure device 10 provided with the light source device 20 for incident the illumination light on the integrator 13, the light source device 20 includes a lamp unit including a discharge lamp 30 and a concave reflecting mirror 40. Will be done. The center C between the electrodes of the discharge lamp 30 is offset from the focal point C0 along the Y-axis along the vertical direction with respect to the concave reflector 40 and the bottom side of the central axis Z of the reflector.

これにより、インテグレータ13の入射面13Aに入射する照射パターンC’1、C’2は、鉛直方向(装置上方向)に応じたy軸の+方向に向けてその照射エリアが拡がるように、円状パターンに対し歪みをもつ照射パターンとなる。このような照射パターンによって、低照度モード(ランプ点灯直後)、高照度モード(ランプ安定点灯時)いずれにおいても、照明効率を低下させることなく、照明光を効果的にインテグレータ13へ入射させることができる。 As a result, the irradiation patterns C'1 and C'2 incident on the incident surface 13A of the integrator 13 are circular so that the irradiation area expands in the + direction of the y-axis according to the vertical direction (upward direction of the device). The irradiation pattern has distortion with respect to the shape pattern. With such an irradiation pattern, the illumination light can be effectively incident on the integrator 13 without deteriorating the illumination efficiency in both the low illuminance mode (immediately after the lamp is lit) and the high illuminance mode (when the lamp is stably lit). can.

上述したように、オフセット量ΔY、ΔZは、0.2≦ΔY/ΔZ≦4を満たすように定められている。これは、ΔYに対してΔZが大きすぎると、照射パターン自体が変形するだけで歪みが小さく、ΔYに対してΔZが小さすぎると、極端に歪んだ照射パターンになるためである。 As described above, the offset amounts ΔY and ΔZ are set so as to satisfy 0.2 ≦ ΔY / ΔZ ≦ 4. This is because if ΔZ is too large with respect to ΔY, the irradiation pattern itself is only deformed and the distortion is small, and if ΔZ is too small with respect to ΔY, the irradiation pattern becomes extremely distorted.

図4~図6では、インテグレータ13の入射面13Aが方形状に形成されているが、代わりに矩形状、円形状にすることも可能である。その場合でも、照射パターンがy軸の正方向に向けて歪むことで、同様の効果を得ることができる。 In FIGS. 4 to 6, the incident surface 13A of the integrator 13 is formed in a rectangular shape, but it is also possible to make it a rectangular shape or a circular shape instead. Even in that case, the same effect can be obtained by distorting the irradiation pattern in the positive direction of the y-axis.

照射パターンの歪みは、放電ランプ30のオフセット配置以外によって実現してもよい。例えば、凹面反射鏡の開口端形状を円状でなく変形することによって、照射パターンを歪ませることも可能である。また、照射パターンが楕円状となるような凹面反射鏡を構成してもよい。 The distortion of the irradiation pattern may be realized by an arrangement other than the offset arrangement of the discharge lamp 30. For example, it is possible to distort the irradiation pattern by deforming the shape of the open end of the concave reflector instead of the circular shape. Further, a concave reflecting mirror having an elliptical irradiation pattern may be configured.

したがって、照射パターンの歪みを、y軸の±両方向へ歪ませて楕円状にすることも可能である。また、y軸に関して非対称な歪を持たせた照射パターンにすることも可能である。 Therefore, it is also possible to distort the irradiation pattern in both ± directions of the y-axis to form an ellipse. It is also possible to make an irradiation pattern having an asymmetrical distortion with respect to the y-axis.

図7は、第2の実施形態である露光装置を示した図である。 FIG. 7 is a diagram showing an exposure apparatus according to a second embodiment.

露光装置10’は、多灯式の光源装置20’を備え、光源装置20’は、凹面反射鏡40と放電ランプ30から成るランプユニット20Nを複数備えている。複数のランプユニット20Nは、鉛直方向に沿って列状に配置され、各ランプユニット20Nは、第1の実施形態と同様、その開口端が鉛直方向に沿うように、ホルダによって保持されている。 The exposure device 10'includes a multi-lamp type light source device 20', and the light source device 20' includes a plurality of lamp units 20N including a concave reflector 40 and a discharge lamp 30. The plurality of lamp units 20N are arranged in a row along the vertical direction, and each lamp unit 20N is held by a holder so that its open end is along the vertical direction, as in the first embodiment.

光源装置20’からの照明光は、ミラーM1、M2によって反射し、インテグレータ13の入射面13Aに入射する。このとき、各ランプユニットの照明光がインテグレータ13の入射面13Aに入射する。 The illumination light from the light source device 20'is reflected by the mirrors M1 and M2 and is incident on the incident surface 13A of the integrator 13. At this time, the illumination light of each lamp unit is incident on the incident surface 13A of the integrator 13.

このような多灯式光源装置20’であっても、照度モード(ランプ点灯直後)、高照度モード(ランプ安定点灯時)において、照射パターンの上端、下端付近のずれが生じる。そのため、第1の実施形態と同様に各放電ランプの電極間中心を凹面反射鏡の焦点に対してオフセットし、照射パターンを鉛直方向に応じた方向に歪ませた照射パターンを各ランプユニットで形成することによって、照明効率の低下を抑制しながらインテグレータ13の入射面13Aに入射させることができる。なお、複数のランプユニット20Nを鉛直方向に並べる代わりに、所定の角度(例えば±20°の範囲)で傾斜させて固定配置させてもよい。 Even with such a multi-lamp type light source device 20', deviations near the upper and lower ends of the irradiation pattern occur in the illuminance mode (immediately after the lamp is lit) and the high illuminance mode (when the lamp is stably lit). Therefore, as in the first embodiment, the center between the electrodes of each discharge lamp is offset with respect to the focal point of the concave reflector, and the irradiation pattern is distorted in the direction corresponding to the vertical direction in each lamp unit. By doing so, it is possible to make the light incident on the incident surface 13A of the integrator 13 while suppressing the decrease in the lighting efficiency. Instead of arranging the plurality of lamp units 20N in the vertical direction, they may be tilted at a predetermined angle (for example, within a range of ± 20 °) and fixedly arranged.

第1、第2の実施形態で示した光源装置は、露光装置以外の装置、例えばプロジェクタに適用することも可能である。この場合、放電ランプ30のオフセット配置方向に合わせて凹面反射鏡40の開口端の位置決めを行い、固定すればよい。 The light source device shown in the first and second embodiments can be applied to a device other than the exposure device, for example, a projector. In this case, the open end of the concave reflector 40 may be positioned and fixed according to the offset arrangement direction of the discharge lamp 30.

10 露光装置
13 インテグレータ
20 光源装置
30 放電ランプ
40 凹面反射鏡
10 Exposure device 13 Integrator 20 Light source device 30 Discharge lamp 40 Concave reflector

Claims (8)

ランプと、
その開口端が鉛直方向に沿うように位置合わせされ、前記ランプから放射された照明光を反射する凹面反射鏡とを備え、
前記照明光は、光学素子の入射面に対し、前記入射面のサイズに応じた光束で入射し、
前記光学素子の入射面において、照明光の光束断面が、鉛直方向に応じたラインに沿って照射エリアが拡がるように、円状から歪んでいることを特徴とする光源装置。
With a lamp
It is equipped with a concave reflector whose opening end is aligned along the vertical direction and reflects the illumination light emitted from the lamp.
The illumination light is incident on the incident surface of the optical element with a luminous flux corresponding to the size of the incident surface.
A light source device characterized in that, on the incident surface of the optical element, the light flux cross section of the illumination light is distorted from a circular shape so that the irradiation area expands along a line corresponding to the vertical direction.
ランプと、
円状の開口端を形成し、前記ランプから放射された照明光を、反射鏡中心に沿った方向へ導く凹面反射鏡とを備え、
前記照明光が、光学素子の入射面に対し、前記入射面のサイズに応じた光束で入射し、
反射鏡中心軸に垂直な前記光学素子の入射面において、照明光の光束断面が、反射鏡中心軸との交点を通る所定のラインに沿って照射エリアが拡がるように、歪んでいることを特徴とする光源装置。
With a lamp
It is provided with a concave reflector that forms a circular end and guides the illumination light emitted from the lamp in a direction along the center of the reflector.
The illumination light is incident on the incident surface of the optical element with a luminous flux corresponding to the size of the incident surface.
On the incident surface of the optical element perpendicular to the central axis of the reflector, the light source cross section is distorted so that the irradiation area expands along a predetermined line passing through the intersection with the central axis of the reflector. Light source device.
前記照明光が、前記ラインの一方向側へ照射エリアが拡がるように、歪んでいることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1 or 2, wherein the illumination light is distorted so that the irradiation area expands in one direction of the line. 前記照明光が、前記ラインの一方向側へ照射エリア端が延びるように、歪んでいることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 3, wherein the illumination light is distorted so that the end of the irradiation area extends in one direction of the line. 前記ランプが、一対の電極を備えた放電ランプであり、
前記凹面反射鏡が、楕円面または放物面の反射鏡であり、
電極間中心が、前記凹面反射鏡の焦点に対し、前記一方の軸に沿った方向にオフセットするとともに、前記凹面反射鏡の開口端とは反対側の底部側に前記反射鏡中心軸に沿ってオフセットするように、前記放電ランプが配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光源装置。
The lamp is a discharge lamp provided with a pair of electrodes.
The concave reflector is an ellipsoidal or parabolic reflector.
The center between the electrodes is offset in the direction along the one axis with respect to the focal point of the concave reflector, and along the central axis of the reflector on the bottom side opposite to the open end of the concave reflector. The light source device according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharge lamp is arranged so as to be offset.
一方の軸に沿ったオフセット量ΔYと、反射鏡中心軸に沿ったオフセット量ΔZは、0.2≦ΔY/ΔZ≦4を満たすように定められていることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。 The fifth aspect of claim 5 is characterized in that the offset amount ΔY along one axis and the offset amount ΔZ along the central axis of the reflector are set to satisfy 0.2 ≦ ΔY / ΔZ ≦ 4. Light source device. 前記ランプと前記凹面反射鏡とによってそれぞれ構成される複数のランプユニットが列状に並んで配置され、
前記複数のランプユニットからの照明光が、前記光学素子の入射面に入射することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光源装置。
A plurality of lamp units each composed of the lamp and the concave reflector are arranged side by side in a row.
The light source device according to any one of claims 1 to 6, wherein the illumination light from the plurality of lamp units is incident on the incident surface of the optical element.
請求項1乃至7のいずれか記載の光源装置と、
前記光学素子を含む照明光学系とを備え、
前記反射鏡中心軸が、水平方向に沿うように、または水平方向に対し所定角度の範囲内で傾斜するように、前記光源装置が設置されていることを特徴とする露光装置。
The light source device according to any one of claims 1 to 7.
It is equipped with an illumination optical system including the optical element.
An exposure device characterized in that the light source device is installed so that the central axis of the reflector is tilted along the horizontal direction or within a range of a predetermined angle with respect to the horizontal direction.
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