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JP6529809B2 - Light irradiation apparatus and exposure apparatus - Google Patents
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Description

本発明は、フォトリソグラフィ技術を利用する露光装置の照明に好適な光照射装置に関し、特に、複数の発光素子を平面上に配列したLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)アレイ光源を備えた光照明装置、これを搭載した露光装置、及び光照明装置に好適なLEDアレイ光源に関する。   The present invention relates to a light irradiation apparatus suitable for illumination of an exposure apparatus using photolithography technology, and in particular, a light illumination provided with an LED (Light Emitting Diode) array light source in which a plurality of light emitting elements are arranged on a plane. The present invention relates to an apparatus, an exposure apparatus equipped with the same, and an LED array light source suitable for a light illumination apparatus.

従来から露光装置を用いて、半導体、レンズ等の光学素子、アクチュエータ、センサー、導波路、プリンタヘッド、各種MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などの微細加工が行われている。露光装置は、基板上に塗布されたレジスト膜に照明光を照射して、フォトマスクに描画されたパターンを基板上に転写し、様々なパターンを形成する。   2. Description of the Related Art Conventionally, fine processing such as semiconductors, optical elements such as lenses, actuators, sensors, waveguides, printer heads, various kinds of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), etc. has been performed using an exposure apparatus. The exposure apparatus irradiates illumination light to the resist film applied on the substrate to transfer the pattern drawn on the photomask onto the substrate to form various patterns.

露光装置の光源として、従来から超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度の放電ランプが用いられていた。しかし、放電ランプは、長時間使用すると、口金の金属疲労や石英ガラスの腐食・劣化が進行し、破損や破裂の可能性が高くなる。このため、従来の露光装置では、予め定められた寿命時間内に、高価な放電ランプを交換しなければならず、光源に多大なるコストを要していた。そこで、近年のLED技術の進歩に伴い、複数のLEDを露光装置の光源に用いることが検討されている。   Conventionally, high-intensity discharge lamps such as ultra-high pressure mercury lamps and metal halide lamps have been used as light sources for exposure apparatuses. However, when the discharge lamp is used for a long time, metal fatigue of the die and corrosion / deterioration of the quartz glass progress, and the possibility of breakage or rupture becomes high. For this reason, in the conventional exposure apparatus, the expensive discharge lamp has to be replaced within a predetermined life time, and the cost for the light source is increased. Therefore, with the recent development of LED technology, it is considered to use a plurality of LEDs as a light source of an exposure apparatus.

例えば、特開2014−2212号公報(特許文献1)には、複数のLEDと、ロッド・インテグレータと、レンズアレイ・インテグレータ(フライアイ・インテグレータと同じ)とを備えた露光装置用の光照射装置が提案されている。ロッド・インテグレータは、複数のLEDから出射された光を、その内部で繰り返し反射して照度分布を均一化する。レンズアレイ・インテグレータは、レンズアレイを構成する複数のレンズを備える。レンズアレイ・インテグレータは、ロッド・インテグレータから出射された光を、各レンズの入射面から入射して出射面で重ね合せ、照度分布を均一化する。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-2212 (Patent Document 1) discloses a light irradiation apparatus for an exposure apparatus provided with a plurality of LEDs, a rod integrator, and a lens array integrator (same as a fly eye integrator). Has been proposed. The rod integrator repeatedly reflects the light emitted from the plurality of LEDs internally to make the illuminance distribution uniform. The lens array integrator comprises a plurality of lenses constituting a lens array. The lens array integrator causes the light emitted from the rod integrator to be incident from the incident surface of each lens and superimposed on the output surface to make the illuminance distribution uniform.

また、特開2014−3086号公報(特許文献2)には、複数のLEDと、第1〜第3光学系と、レンズアレイ・インテグレータ(フライアイ・インテグレータと同じ)とを備えた露光装置用の光照射装置が提案されている。第1光学系は、複数の平凸レンズをマトリックス配置した構成となっており、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2光学系は、第1光学系から出射された光を、第3光学系の瞳位置に集光させる。第3光学系は、第2光学系の焦点位置に瞳位置を有し、第2光学系の焦点位置に形成された第1光学系の瞳像を、レンズアレイ・インテグレータの入射面に入射させる。レンズアレイ・インテグレータは、第3光学系から出射された光を、各レンズの入射面から入射して出射面で重ね合せ、照度分布を均一化する。   Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-3086 (Patent Document 2) is directed to an exposure apparatus provided with a plurality of LEDs, first to third optical systems, and a lens array integrator (same as a fly's eye integrator). A light irradiator has been proposed. The first optical system has a configuration in which a plurality of plano-convex lenses are arranged in a matrix, and collimates light emitted from a plurality of LEDs. The second optical system condenses the light emitted from the first optical system at the pupil position of the third optical system. The third optical system has a pupil position at the focal position of the second optical system, and causes the pupil image of the first optical system formed at the focal position of the second optical system to be incident on the incident surface of the lens array integrator . The lens array integrator causes the light emitted from the third optical system to be incident from the incident surface of each lens and superimposed on the output surface to make the illuminance distribution uniform.

特開2014−2212号公報JP, 2014-2212, A 特開2014−3086号公報JP, 2014-3086, A

上述したように、放電ランプを用いた従来の露光装置は、光源の定期的な交換に多大なるコストが掛かるという問題があった。一方、特許文献1、2のような複数のLEDを用いた露光装置が提案されているが、産業用機器である露光装置は、極めて高価であり、可能であれば既存の露光装置を継続的に使用することが望まれる。そこで、本発明者らは、従来の露光装置の光源を、放電ランプからLEDアレイ光源に交換することを試みた。   As described above, the conventional exposure apparatus using the discharge lamp has a problem that the periodic replacement of the light source is expensive. On the other hand, although exposure apparatuses using a plurality of LEDs as in Patent Documents 1 and 2 have been proposed, exposure apparatuses which are industrial equipment are extremely expensive, and if possible, continue existing exposure apparatuses. It is desirable to use it. Therefore, the present inventors attempted to replace the light source of the conventional exposure apparatus from the discharge lamp to the LED array light source.

しかし、LEDの発光素子は光の放射角度が極めて広く、かつ平面上に配列された各発光素子どうしが間隔をおいて点在している。このため、特許文献1の光照射装置では、LEDアレイ光源の全ての発光素子から出射された光を、単一のロッド・インテグレータの入射面に損失なく入射させることができない。また、ロッド・インテグレータの入射面における光の反射も光量の損失をまねく。結局、特許文献1の光照射装置では、放電ランプの代替となる十分な光量は得られない。   However, in the light emitting elements of the LED, the emission angle of light is extremely wide, and the light emitting elements arranged on a plane are dotted at intervals. Therefore, in the light irradiation device of Patent Document 1, the light emitted from all the light emitting elements of the LED array light source can not be incident on the incident surface of the single rod integrator without loss. Also, the reflection of light at the entrance surface of the rod integrator leads to a loss of light quantity. After all, the light irradiation device of Patent Document 1 can not obtain a sufficient amount of light to replace the discharge lamp.

一方、特許文献2の光照射装置では、その図10及び図11に示されるように、第3光学系の入射瞳における瞳像が、マトリックス配置された複数のLEDが一つに重なった像である。第3光学系は、この瞳像をコリメートしてレンズアレイ・インテグレータの入射面に入射させる。つまり、第3光学系は、第2光学系の入射面を、レンズアレイ・インテグレータの入射面に入射させるのである。このため、特許文献2の光照射装置では、LEDアレイ光源を構成する複数の発光素子のうちのいずれか一つでも欠損した場合に、照明光に部分的な欠損が生じてしまい、照度分布の均一性を保持することができない。また、このような欠損が生じた場合は、照明光の開口数NA内に欠損が生じるために、開口数NA内の照明光の斑が生じてしまう。開口数NA内の照明光の斑は、発光素子の欠損の前後において、露光装置の解像力を異ならせてしまう。   On the other hand, in the light irradiation device of Patent Document 2, as shown in FIGS. 10 and 11, the pupil image at the entrance pupil of the third optical system is an image in which a plurality of LEDs arranged in a matrix overlap one. is there. The third optical system collimates this pupil image to be incident on the entrance surface of the lens array integrator. That is, the third optical system causes the incident surface of the second optical system to be incident on the incident surface of the lens array integrator. For this reason, in the light irradiation apparatus of Patent Document 2, when any one of the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source is lost, a partial loss occurs in the illumination light, and the illumination distribution It is not possible to maintain uniformity. In addition, when such a defect occurs, a defect occurs in the numerical aperture NA of the illumination light, so that spots of the illumination light in the numerical aperture NA are generated. The unevenness of the illumination light within the numerical aperture NA makes the resolving power of the exposure apparatus different before and after the defect of the light emitting element.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、放電ランプの代替となる十分な光量を得ることができ、照度分布の均一性を保持しつつ、照明光の波長及び光量を調整することができる光照射装置及び露光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and can obtain a sufficient amount of light as a substitute for a discharge lamp, and adjust the wavelength and the amount of illumination light while maintaining the uniformity of the illuminance distribution. It is an object of the present invention to provide a light irradiation apparatus and an exposure apparatus that can

(1)上記目的を達成するために、本発明の第1の光照射装置は、複数の発光素子を平面上に配列したLEDアレイ光源と、各発光素子から出射された光をそれぞれコリメートする第1照明光学系と、前記第1照明光学系から出射された光を焦点位置に集光させる第2照明光学系と、平面上に配列した複数のレンズを有し、前記第2照明光学系から出射された光を各レンズの入射面で入射して照度の均一性を高めるフライアイ・インテグレータと、を備え、前記フライアイ・インテグレータの入射面は、前記第2照明光学系の焦点位置に配置され、各発光素子の発光面は、前記フライアイ・インテグレータの入射面と共役関係にあり、各発光素子の像が、前記フライアイ・インテグレータの入射面に結像される構成としてある。 (1) In order to achieve the above object, according to a first light irradiation apparatus of the present invention, an LED array light source in which a plurality of light emitting elements are arranged on a plane and a light beam emitted from each light emitting element are collimated. 1) An illumination optical system, a second illumination optical system for condensing light emitted from the first illumination optical system at a focal position, and a plurality of lenses arrayed on a plane, from the second illumination optical system And a fly eye integrator for enhancing the uniformity of the illuminance by causing the emitted light to be incident on the incident surface of each lens, wherein the incident surface of the fly eye integrator is disposed at the focal position of the second illumination optical system. The light emitting surface of each light emitting element is in a conjugate relationship with the light incident surface of the fly's eye integrator, and the image of each light emitting element is formed on the light incident surface of the fly's eye integrator.

(2)また、上記目的を達成するために、本発明の第2の光照射装置は、複数の発光素子を平面上に配列したLEDアレイ光源と、各発光素子から出射された光をそれぞれコリメートする第1照明光学系と、前記第1照明光学系から出射された光を焦点位置に集光させる第2照明光学系と、前記第2照明光学系から出射された光を平行光にする第3照明光学系と、柱状のレンズであり、前記第3照明光学系から出射された光を入射して照度の均一性を高めるロッド・インテグレータと、を備え、前記第3照明光学系の入射瞳の位置は、前記第2照明光学系の焦点位置にあり、前記ロッド・インテグレータの入射面は、第3照明光学系の焦点位置に配置され、各発光素子の瞳像が、前記ロッド・インテグレータの入射面に結像される構成としてある。 (2) In addition, in order to achieve the above object, the second light irradiation device of the present invention collimates the light emitted from each light emitting element and an LED array light source in which a plurality of light emitting elements are arranged on a plane. A second illumination optical system for focusing the light emitted from the first illumination optical system at a focal position, and a second illumination optical system for converting the light emitted from the second illumination optical system into parallel light An illumination pupil of the third illumination optical system, comprising: a third illumination optical system; and a rod integrator which is a columnar lens and which receives the light emitted from the third illumination optical system to improve the uniformity of the illuminance; Is located at the focal position of the second illumination optical system, the incident surface of the rod integrator is disposed at the focal position of the third illumination optical system, and the pupil image of each light emitting element is the one of the rod integrator. As a configuration to be imaged on the incident surface That.

(3)好ましくは、上記(1)又は(2)の光照射装置において、前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子には、一の発光波長を有する複数の第1発光素子と、他の発光波長を有する複数の第2発光素子とが含まれ、前記第1又は第2発光素子を選択的に発光させることで、前記LEDアレイ光源の発光波長を変更可能とした構成にする。 (3) Preferably, in the light irradiation device according to (1) or (2), the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source include a plurality of first light emitting elements having one light emission wavelength, and the like The light emitting wavelength of the LED array light source can be changed by selectively emitting light from the first or second light emitting element.

(4)好ましくは、上記(1)〜(3)のいずれかの光照射装置において、前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の発光波長が、g線、h線、i線のうちのいずれか一以上である構成にする。 (4) Preferably, in the light irradiation device according to any one of the above (1) to (3), the light emission wavelength of the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source is g line, h line, i line One or more of the above.

(5)好ましくは、上記(1)〜(4)のいずれかの光照射装置において、前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の全部又は一部をON又はOFFにする点灯制御手段を備えた構成にする。 (5) Preferably, in the light irradiation device according to any one of the above (1) to (4), a lighting control means for turning on or off all or part of the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source. Make the configuration provided.

(6)好ましくは、上記(1)〜(5)のいずれかの光照射装置において、前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の向きが、各発光素子の発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に異なる構成にする。 (6) Preferably, in the light irradiation device according to any one of the above (1) to (5), the direction of the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source is an axis perpendicular to the light emitting surface of each light emitting element. The center is different in the direction of rotation.

(7)好ましくは、上記(1)〜(6)のいずれかの光照射装置において、前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の全部又は一部に流れる電流値を制御する電流制御手段を備えた構成にする。 (7) Preferably, in the light irradiation device according to any one of the above (1) to (6), a current control means for controlling a current value flowing to all or part of the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source. Configuration.

(8)好ましくは、上記(1)〜(7)のいずれかの光照射装置において、前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子から出射された光を、光軸上のいずれかの位置で遮断する機械式のシャッターを備えた構成にする。 (8) Preferably, in the light irradiation device according to any one of the above (1) to (7), the light emitted from the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source is at any position on the optical axis With a mechanical shutter that shuts off the

(9)上記目的を達成するために、本発明の露光装置は、フライアイ・インテグレータ又はロッド・インテグレータから出射された照明光をマスクに照射し、前記マスクのパターン像を感光性基板上に露光する露光装置であって、上記(1)〜(8)のいずれかの光照射装置を備えた構成としてある。 (9) In order to achieve the above object, the exposure apparatus of the present invention irradiates a mask with illumination light emitted from a fly's eye integrator or a rod integrator, and exposes a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate An exposure apparatus comprising the light irradiation device according to any one of the above (1) to (8).

(10)上記目的を達成するために、本発明のLEDアレイ光源は、複数の発光素子を平面上に配列したLEDアレイ光源であって、前記複数の発光素子の向きが、各発光素子の発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に異なる構成としてある。 (10) In order to achieve the above object, the LED array light source of the present invention is an LED array light source in which a plurality of light emitting elements are arranged on a plane, and the direction of the plurality of light emitting elements is light emission of each light emitting element The arrangement is different in the direction of rotation about an axis perpendicular to the plane.

本発明の光照射装置及び露光装置によれば、放電ランプの代替となる十分な光量を得ることができ、照度分布の均一性を保持しつつ、照明光の波長及び光量を調整することができる。   According to the light irradiation apparatus and the exposure apparatus of the present invention, it is possible to obtain a sufficient amount of light alternative to the discharge lamp, and it is possible to adjust the wavelength and the light amount of the illumination light while maintaining the uniformity of the illuminance distribution. .

本発明のLEDアレイ光源によれば、発光素子の向きに依存する発光面の輝度斑を軽減することができ、光源から出射される光の均一性を向上させることが可能となる。   According to the LED array light source of the present invention, it is possible to reduce the brightness unevenness of the light emitting surface depending on the direction of the light emitting element, and it is possible to improve the uniformity of the light emitted from the light source.

図1は、本発明の第1実施形態に係る光照射装置を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a light irradiation apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2(a)は、図1に示すLEDアレイ光源の平面図である。図2(b)は、図1に示すフライアイ・インテグレータの入射面の像を示す説明図である。図2(c)は、図1に示す絞り面の像を示す説明図である。FIG. 2 (a) is a plan view of the LED array light source shown in FIG. FIG. 2B is an explanatory view showing an image of the incident surface of the fly's eye integrator shown in FIG. FIG. 2C is an explanatory view showing an image of the diaphragm surface shown in FIG. 図3(a)は、従来の光照射装置のLEDアレイ光源の平面図である。図3(b)は、従来の光照射装置のフライアイ・インテグレータの入射面を示す説明図である。図3(c)は、従来の光照射装置の絞り面の像を示す説明図である。FIG. 3A is a plan view of the LED array light source of the conventional light irradiation device. FIG. 3B is an explanatory view showing the incident surface of the fly's-eye integrator of the conventional light irradiation device. FIG. 3C is an explanatory view showing an image of the diaphragm surface of the conventional light irradiation device. 図4(a)は、本実施形態におけるLEDアレイ光源の光学素子が欠損した場合の絞り面の像を示す説明図である。図4(b)は、従来の光照射装置のLEDアレイ光源の光学素子が欠損した場合の絞り面の像を示す説明図である。FIG. 4A is an explanatory view showing an image of the diaphragm surface in the case where the optical element of the LED array light source in the present embodiment is lost. FIG. 4 (b) is an explanatory view showing an image of the diaphragm surface when the optical element of the LED array light source of the conventional light irradiation device is lost. 図5は、本発明の第2実施形態に係る光照射装置を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic view showing a light irradiation apparatus according to a second embodiment of the present invention. 図6(a)は、本発明の第3実施形態に係る光照射装置のLEDアレイ光源を示す平面図である。図6(b)は、図6(a)のLEDアレイ光源がi線を出射したときの絞り面の像を示す説明図である。図6(b)は、図6(a)のLEDアレイ光源がh線を出射したときの絞り面の像を示す説明図である。Fig.6 (a) is a top view which shows the LED array light source of the light irradiation apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. FIG. 6B is an explanatory view showing an image of the diaphragm surface when the LED array light source of FIG. 6A emits the i-line. FIG. 6B is an explanatory view showing an image of the diaphragm surface when the LED array light source of FIG. 6A emits the h-line. 図7は、本発明の第4実施形態に係る光照射装置のLEDアレイ光源を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing an LED array light source of the light irradiation device according to the fourth embodiment of the present invention.

<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る光照射装置について、図1〜図4を参照しつつ説明する。なお、本発明の露光装置は、本発明の光照射装置を備えた点に特徴があり、本実施形態の光照射装置1を公知の露光装置に適用したものが、本発明の露光装置の実施形態である。このため、本発明の露光装置の実施形態については、詳細な説明を省略する。
First Embodiment
First, a light irradiation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. The exposure apparatus of the present invention is characterized by including the light irradiation apparatus of the present invention, and the application of the light irradiation apparatus 1 of the present embodiment to a known exposure apparatus implements the exposure apparatus of the present invention. It is a form. Therefore, detailed description of the embodiment of the exposure apparatus of the present invention is omitted.

図1において、本実施形態の光照射装置1は、LEDアレイ光源11と、第1照明光学系12と、第2照明光学系13と、フライアイ・インテグレータ14と、絞り15と、投影光学系16とを備えている。本実施形態の光照射装置1は、図示しない投影式、接触式又は近接式の露光装置に設けられ、パターン像が描画されたマスク100に照明光を照射する。   In FIG. 1, the light irradiation apparatus 1 of the present embodiment includes an LED array light source 11, a first illumination optical system 12, a second illumination optical system 13, a fly's eye integrator 14, a diaphragm 15, and a projection optical system. It has 16 and. The light irradiation apparatus 1 of the present embodiment is provided in a projection-type, contact-type or proximity-type exposure apparatus (not shown), and emits illumination light to the mask 100 on which a pattern image is drawn.

<<LEDアレイ光源>>
図1及び図2(a)に示すように、LEDアレイ光源11は、LED基板上に複数のLEDチップ11a、11a、11a・・・をアレイ状に配列した構成となっている。複数のLEDチップ11aは、それぞれが発光素子11bを有している。LEDアレイ光源11は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度の放電ランプの代替となるものである。LEDアレイ光源11に搭載されるLEDチップ11aの数は、放電ランプと同等の光量を得ることが可能な相当数であれば、特に限定されるものではない。LEDアレイ光源11は、例えば、2mm×2mmの発光面を有する面発光素子を備え、140個のLEDチップ11aをアレイ状に配列した構成とすることができる。但し、本実施形態では、説明及び図面を単純化するために、ごく少数の21個のLEDチップ11aを備えた構成を図示するが、これは実際のLEDアレイ光源11の構成ではない。また、LEDチップ11aの配列方法は、図2(a)に示すような正方格子状に限らず、例えば、千鳥格子状に配列した構成とすることができる。
<< LED array light source >>
As shown in FIGS. 1 and 2A, the LED array light source 11 has a configuration in which a plurality of LED chips 11a, 11a, 11a,... Are arrayed on an LED substrate. Each of the plurality of LED chips 11 a has a light emitting element 11 b. The LED array light source 11 is an alternative to a high-intensity discharge lamp such as an extra-high pressure mercury lamp and a metal halide lamp. The number of LED chips 11 a mounted on the LED array light source 11 is not particularly limited as long as it is a considerable number that can obtain the same amount of light as the discharge lamp. The LED array light source 11 can include, for example, a surface light emitting element having a light emitting surface of 2 mm × 2 mm, and can have a configuration in which 140 LED chips 11 a are arrayed. However, in the present embodiment, in order to simplify the description and the drawings, a configuration provided with a very small number of 21 LED chips 11 a is illustrated, but this is not the configuration of the actual LED array light source 11. Further, the arrangement method of the LED chips 11a is not limited to the square lattice shape as shown in FIG. 2A, and for example, the LED chips 11a may be arranged in a staggered lattice shape.

<<第1照明光学系>>
図1及び図2(a)に示すように、第1照明光学系12は、各LEDチップ11aに個別に対応する複数のコリメートレンズをアレイ状に配列した構成となっている。第1照明光学系12を構成する各コリメートレンズは、LEDアレイ光源11の各発光素子11bから出射された光をそれぞれコリメートする。なお、本実施形態の第1照明光学系12は例示であり、各発光素子11bから出射された光をそれぞれコリメートすることが可能な他の光学系に変更することができる。
<< First Illumination Optical System >>
As shown in FIGS. 1 and 2A, the first illumination optical system 12 has a configuration in which a plurality of collimating lenses individually corresponding to the LED chips 11a are arranged in an array. The respective collimating lenses constituting the first illumination optical system 12 collimate the light emitted from the respective light emitting elements 11 b of the LED array light source 11. In addition, the 1st illumination optical system 12 of this embodiment is an illustration, and can be changed into the other optical system which can collimate the light radiate | emitted from each light emitting element 11b, respectively.

<<第2照明光学系>>
図1に示すように、第2照明光学系13は、第1照明光学系12の各コリメートレンズから出射された光を出射側の焦点位置f2に集光させる。ここで、第2照明光学系13の入射側の焦点位置f1には、第1照明光学系12の各コリメートレンズの出射面Aが配置されている。一方、第2照明光学系13の出射側の焦点位置f2には、フライアイ・インテグレータ14の入射面Bが配置されている。したがって、本実施形態では、各発光素子11bの発光面Aが、フライアイ・インテグレータ14の入射面Bと共役関係にあり、各発光素子11bの像が、フライアイ・インテグレータ14の入射面Bに結像される。
<< Second illumination optical system >>
As shown in FIG. 1, the second illumination optical system 13 condenses the light emitted from each of the collimator lenses of the first illumination optical system 12 at a focal position f2 on the emission side. Here, the exit surface A of each collimator lens of the first illumination optical system 12 is disposed at the focal position f1 on the incident side of the second illumination optical system 13. On the other hand, the incident surface B of the fly's eye integrator 14 is disposed at the focal position f2 on the exit side of the second illumination optical system 13. Therefore, in the present embodiment, the light emitting surface A of each light emitting element 11 b is in a conjugate relationship with the incident surface B of the fly eye integrator 14, and the image of each light emitting element 11 b is on the incident surface B of the fly eye integrator 14. It is imaged.

フライアイ・インテグレータ14の入射面Bにおける結像の状態を、図2(b)に模式的に示す。各発光素子11bの発光面Aの像は、第2照明光学系13によって集光され、1つに重なった像として、フライアイ・インテグレータ14の入射面Bに結像される(図2(b)左図を参照)。さらに、本実施形態の第2照明光学系13は拡大レンズであり、各発光素子11bの1つに重なった像は、所定の倍率に拡大されてフライアイ・インテグレータ14の入射面Bに結像される(図2(b)右図を参照)。   The state of image formation on the incident surface B of the fly's eye integrator 14 is schematically shown in FIG. The image of the light emitting surface A of each light emitting element 11 b is collected by the second illumination optical system 13 and formed on the incident surface B of the fly's eye integrator 14 as an image overlapping one (FIG. 2 (b ) See the left)). Furthermore, the second illumination optical system 13 of the present embodiment is a magnifying lens, and an image superimposed on one of the light emitting elements 11 b is magnified to a predetermined magnification to form an image on the incident surface B of the fly eye integrator 14. (See Figure 2 (b) right).

<<フライアイ・インテグレータ>>
フライアイ・インテグレータ14は、複数のレンズを縦横マトリクス状に配列した構成となっている。本実施形態の場合は、図2(b)に示すような、1つに重なった各発光素子11bの像が、フライアイ・インテグレータ14を構成する各レンズの入射面Bに結像される。フライアイ・インテグレータ14は、これを構成するレンズの数だけ多重像を生じさせる。フライアイ・インテグレータ14の出射面よりも後段の絞り面Dにおける多重像を図2(c)に示す。同図に示すように、フライアイ・インテグレータ14は、入射面Bに結像された各発光素子11bの像の多重像を生じさせ、光の照度分布を均一化する。
<< Flyeye Integrator >>
The fly's eye integrator 14 has a configuration in which a plurality of lenses are arranged in a matrix form. In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 2B, an image of each light emitting element 11b overlapping one is formed on the incident surface B of each lens constituting the fly's eye integrator 14. The fly's eye integrator 14 produces multiple images as many as the number of lenses constituting it. A multiple image on the stop plane D downstream of the exit surface of the fly eye integrator 14 is shown in FIG. As shown in the figure, the fly's eye integrator 14 produces a multiple image of the image of each light emitting element 11 b formed on the incident surface B, and makes the illuminance distribution of light uniform.

<<絞り、投影光学系>>
図1に示すように、絞り15は、フライアイ・インテグレータ14から出射された光の一部を遮って光量を調整する。投影光学系16は、フライアイ・インテグレータ14から出射され、絞り15を通過した光をマスク100に照射する。マスク100には、図示しないパターン像が描画されている。投影光学系16から出射された光により、マスク100のパターン像が、図示しない感光性基板上に投影される。すなわち、感光性基板上に塗布されたレジスト膜が、光照射装置1からの照明光によって露光される。
<< stop, projection optics >>
As shown in FIG. 1, the diaphragm 15 intercepts part of the light emitted from the fly's eye integrator 14 to adjust the light amount. The projection optical system 16 irradiates the light that has been emitted from the fly's eye integrator 14 and has passed through the diaphragm 15 onto the mask 100. A pattern image (not shown) is drawn on the mask 100. The pattern image of the mask 100 is projected on a photosensitive substrate (not shown) by the light emitted from the projection optical system 16. That is, the resist film applied on the photosensitive substrate is exposed by the illumination light from the light irradiation device 1.

<<点灯制御手段>>
本実施形態の光照射装置1は、LEDアレイ光源11を構成する複数の発光素子11bの全部又は一部をON又はOFFにする、図示しない点灯制御手段を備えている。この点灯制御手段によって、複数の発光素子11bのうちのいくつかを点灯させ、いくつかを消灯させることにより、照明光の光量を調整することができる。
<< Lighting control means >>
The light irradiation apparatus 1 according to the present embodiment includes a lighting control unit (not shown) that turns all or part of the plurality of light emitting elements 11 b constituting the LED array light source 11 ON or OFF. The light quantity of the illumination light can be adjusted by turning on some of the plurality of light emitting elements 11 b and turning off some of them by the lighting control means.

<<作用効果>>
上述した本実施形態の光照射装置1では、フライアイ・インテグレータ14の入射面Bが、第2照明光学系の焦点位置f2に配置され、各発光素子11bの発光面Aが、フライアイ・インテグレータ14の入射面Bと共役関係にあり、各発光素子の像11bが、フライアイ・インテグレータ14の入射面Bに結像される構成となっている(図1を参照)。この構成により、フライアイ・インテグレータ14が、入射面Bに結像された各発光素子11bの像の多重像を生じさせ、照明光の照度分布を均一化する(図2(c)を参照)。
<< Operation effect >>
In the light irradiation apparatus 1 of the present embodiment described above, the incident surface B of the fly's eye integrator 14 is disposed at the focal position f2 of the second illumination optical system, and the light emitting surface A of each light emitting element 11 b is the fly's eye integrator There is a conjugate relationship with the incident surface B of 14, and the image 11b of each light emitting element is configured to be imaged on the incident surface B of the fly's-eye integrator 14 (see FIG. 1). According to this configuration, the fly's eye integrator 14 produces a multiple image of the image of each light emitting element 11b formed on the incident surface B, and makes the illuminance distribution of the illumination light uniform (see FIG. 2C). .

ここで、本実施形態の光照明装置1と比較するために、特許文献2の光照明装置の光学的作用について、図3(a)〜(c)を参照しつつ説明する。図3(a)〜(c)は、本実施形態の図2(a)〜(c)にそれぞれ対応している。但し、図3(a)において、特許文献2の光照明装置の光源は、本実施形態と同一のLEDアレイ光源11を用いるものと仮定する。   Here, in order to compare with the light illuminating device 1 of this embodiment, the optical action of the light illuminating device of patent document 2 is demonstrated, referring FIG. 3 (a)-(c). FIGS. 3A to 3C respectively correspond to FIGS. 2A to 2C of the present embodiment. However, in FIG. 3A, it is assumed that the light source of the light illumination device of Patent Document 2 uses the same LED array light source 11 as this embodiment.

上述したように、特許文献2の光照明装置は、第3光学系が、第2光学系の入射面を、レンズアレイ・インテグレータ(フライアイ・インテグレータと同じ)の入射面に入射させる構成となっている。第2光学系の入射面には、第1光学系によってコリメートされた各発光素子11bの光が入射される。第2光学系の入射面に入射された各発光素子11bの光は、レンズアレイ・インテグレータを構成する複数のレンズのうち、対応するレンズの入射面にそれぞれ入射されるのである。レンズアレイ・インテグレータの入射面の状態を図3(b)に示す。そして、レンズアレイ・インテグレータは、その出射面よりも後段の絞り面において、図3(c)に示すような、各発光素子11bがそのまま配列された多重像を生じさせる。図2(c)と図3(c)とを比較すると、本実施形態の光照明装置1と、特許文献2の光照明装置と光学的作用の相違が明らかになる。   As described above, in the light illumination device of Patent Document 2, the third optical system has a configuration in which the incident surface of the second optical system is incident on the incident surface of the lens array integrator (same as the fly's eye integrator). ing. The light of each light emitting element 11 b collimated by the first optical system is incident on the incident surface of the second optical system. The light of each light emitting element 11b incident on the incident surface of the second optical system is respectively incident on the incident surface of the corresponding lens among the plurality of lenses constituting the lens array integrator. The state of the entrance surface of the lens array integrator is shown in FIG. 3 (b). Then, the lens array integrator produces a multiple image in which the respective light emitting elements 11b are arranged as it is as shown in FIG. 3 (c) on the stop surface on the rear side of the exit surface. If FIG.2 (c) and FIG.3 (c) are compared, the difference of the light illumination device 1 of this embodiment, and the light illumination device of patent document 2 and an optical effect becomes clear.

すなわち、本実施形態の光照明装置1では、フライアイ・インテグレータ14が、入射面Bに結像された各発光素子11bの像の多重像を生じさせるので、図4(a)に示すように、複数の発光素子11bのいずれかが欠損した場合でも、照明光全体の照度分布の均一性は保持される。   That is, in the light illumination device 1 according to the present embodiment, the fly's eye integrator 14 produces a multiple image of the image of each light emitting element 11 b formed on the incident surface B, as shown in FIG. Even when any one of the plurality of light emitting elements 11b is lost, the uniformity of the illuminance distribution of the entire illumination light is maintained.

一方、特許文献2の光照明装置では、各発光素子11bがそのまま配列された多重像を生じさせるので、図4(b)に示すように、複数の発光素子11bのいずれかが欠損した場合には、照明光に部分的な欠損が生じてしまい、照度分布の均一性を保持することができない。また、このような欠損が生じた場合は、照明光の開口数NA内に欠損が生じるために、開口数NA内の照明光の斑が生じてしまう。開口数NA内の照明光の斑は、発光素子11bの欠損の前後において、露光装置の解像力を異ならせてしまう。   On the other hand, the light illumination device of Patent Document 2 produces a multiplexed image in which each light emitting element 11b is arranged as it is, so as shown in FIG. 4B, when any of the plurality of light emitting elements 11b is lost. In this case, partial loss occurs in the illumination light, and the uniformity of the illuminance distribution can not be maintained. In addition, when such a defect occurs, a defect occurs in the numerical aperture NA of the illumination light, so that spots of the illumination light in the numerical aperture NA are generated. The unevenness of the illumination light within the numerical aperture NA makes the resolving power of the exposure apparatus different before and after the defect of the light emitting element 11b.

また、本実施形態の光照射装置1では、複数の発光素子11bのうちのいくつかを点灯させ、いくつかを消灯させることにより、照明光の光量を調整することができる。このように、複数の発光素子11bを部分的に点灯及び消灯させた場合でも、照明光の照度分布の均一性は維持される。さらに、本実施形態の光照射装置1では、LEDアレイ光源11に印加される電圧値を変えないで、照明光の光量を調整できるので、照明光の発光波長がそのまま維持される。   Moreover, in the light irradiation device 1 of the present embodiment, the light amount of the illumination light can be adjusted by turning on some of the plurality of light emitting elements 11 b and turning off some of the light emitting elements 11 b. As described above, even when the plurality of light emitting elements 11b are partially turned on and off, the uniformity of the illuminance distribution of the illumination light is maintained. Furthermore, in the light irradiation device 1 of the present embodiment, the light amount of the illumination light can be adjusted without changing the voltage value applied to the LED array light source 11, so the emission wavelength of the illumination light is maintained as it is.

これに加え、本実施形態の光照射装置1では、LEDアレイ光源11を構成する複数の発光素子11bの全部又は一部に流れる電流値を制御することにより、照明光のピーク発光波長を微調整することができる。これにより、本実施形態の光照射装置1を露光装置に適用した場合に、感光性基板上に塗布されたレジスト膜の感度に応じて、照明光のピーク発光波長を微調整することが可能となる。   In addition to this, in the light irradiation device 1 of the present embodiment, the peak emission wavelength of the illumination light is finely adjusted by controlling the current value flowing through all or part of the plurality of light emitting elements 11 b constituting the LED array light source 11 can do. Thereby, when the light irradiation apparatus 1 of the present embodiment is applied to an exposure apparatus, it is possible to finely adjust the peak emission wavelength of the illumination light according to the sensitivity of the resist film applied on the photosensitive substrate. Become.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る光照射装置について、図5を参照しつつ説明する。なお、本発明の露光装置は、本発明の光照射装置を備えた点に特徴があり、本実施形態の光照射装置2を公知の露光装置に適用したものが、本発明の露光装置の実施形態である。このため、本発明の露光装置の実施形態については、詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a light irradiation apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The exposure apparatus of the present invention is characterized by including the light irradiation apparatus of the present invention, and the application of the light irradiation apparatus 2 of the present embodiment to a known exposure apparatus implements the exposure apparatus of the present invention. It is a form. Therefore, detailed description of the embodiment of the exposure apparatus of the present invention is omitted.

図5において、本実施形態の光照射装置2は、主として、上述した第1実施形態の光照射装置1(図1を参照)のフライアイ・インテグレータ14の代わりに、ロッド・インテグレータ22を採用した構成に相違がある。   In FIG. 5, the light irradiation device 2 of the present embodiment mainly employs a rod integrator 22 instead of the fly's eye integrator 14 of the light irradiation device 1 (see FIG. 1) of the first embodiment described above. There is a difference in the configuration.

本実施形態の光照射装置2は、LEDアレイ光源11と、第1照明光学系12と、第2照明光学系13と、第3照明光学系21と、ロッド・インテグレータ22と、第1投影光学系23と、絞り24と、第2投影光学系25とを備えている。第1実施形態と同様に、本実施形態の光照射装置2は、図示しない投影式、接触式又は近接式の露光装置に設けられ、パターン像が描画されたマスク100に照明光を照射する。   The light irradiation device 2 of this embodiment includes an LED array light source 11, a first illumination optical system 12, a second illumination optical system 13, a third illumination optical system 21, a rod integrator 22, and a first projection optical system. The system 23, the stop 24, and the second projection optical system 25 are provided. As in the first embodiment, the light irradiation device 2 of this embodiment is provided in a projection-type, contact-type or proximity-type exposure device (not shown), and emits illumination light to the mask 100 on which a pattern image is drawn.

図5に示す本実施形態の光照射装置2の構成要素うち、第1照明光学系12及び第2照明光学系13は、上述した第1実施形態と同様の構成である。第3照明光学系21は、第2照明光学系13から出射された光を平行光にする。第3照明光学系21の入射瞳Cの位置は、第2照明光学系13の出射側の焦点位置f2に配置されている。また、第3照明光学系21の出射側の焦点位置f4には、ロッド・インテグレータ22の入射面Eが配置されている。この構成により、本実施形態の光照射装置2では、各発光素子11bの瞳像が、ロッド・インテグレータ22の入射面Eに結像される。   Among the components of the light irradiation apparatus 2 of the present embodiment shown in FIG. 5, the first illumination optical system 12 and the second illumination optical system 13 have the same configuration as that of the first embodiment described above. The third illumination optical system 21 converts the light emitted from the second illumination optical system 13 into parallel light. The position of the entrance pupil C of the third illumination optical system 21 is disposed at the focal position f 2 on the exit side of the second illumination optical system 13. Further, the incident surface E of the rod integrator 22 is disposed at the focal position f4 on the exit side of the third illumination optical system 21. With this configuration, in the light irradiation device 2 of the present embodiment, the pupil image of each light emitting element 11 b is formed on the incident surface E of the rod integrator 22.

ロッド・インテグレータ22は、単一の入射面及び出射面を有する柱状のレンズであり、入射面Eから入射した光を内面で多重反射させる。この多重反射により、ロッド・インテグレータ22に入射された光は、ロッド・インテグレータ22の出射面上の複数の点に到達する。この結果、ロッド・インテグレータ22は、その出射面よりも後段の絞り面Dにおいて、図2(c)に示すものと同じ多重像を生じさせ、光の照度分布を均一化する。   The rod integrator 22 is a columnar lens having a single incident surface and an exit surface, and multiple-reflects light incident from the incident surface E on the inner surface. Due to this multiple reflection, the light incident on the rod integrator 22 reaches a plurality of points on the exit surface of the rod integrator 22. As a result, the rod integrator 22 produces the same multiple image as that shown in FIG. 2C on the diaphragm surface D subsequent to the exit surface, and makes the illuminance distribution of the light uniform.

第1投影光学系23は、ロッド・インテグレータ22から出射された光を、出射側の焦点位置に集光させる。絞り24は、第1投影光学系23の出射側の焦点位置に配置され、第1投影光学系23から出射された光の一部を遮って光量を調整する。第2投影光学系25は、絞り24を通過した光をマスク100に照射する。マスク100には、図示しないパターン像が描画されている。投影光学系16から出射された光により、マスク100のパターン像が、図示しない感光性基板上に投影される。すなわち、感光性基板上に塗布されたレジスト膜が、光照射装置2からの照明光によって露光される。   The first projection optical system 23 condenses the light emitted from the rod integrator 22 at a focal position on the emission side. The stop 24 is disposed at a focal position on the exit side of the first projection optical system 23, and intercepts part of the light emitted from the first projection optical system 23 to adjust the light amount. The second projection optical system 25 irradiates the light that has passed through the stop 24 onto the mask 100. A pattern image (not shown) is drawn on the mask 100. The pattern image of the mask 100 is projected on a photosensitive substrate (not shown) by the light emitted from the projection optical system 16. That is, the resist film applied on the photosensitive substrate is exposed by the illumination light from the light irradiation device 2.

このように、図5に示す本実施形態の光照射装置2によれば、ロッド・インテグレータ22が、入射面Cに結像された各発光素子11bの像の多重像(図2(c)を参照)を生じさせるので、上述した第1実施形態と全く同様の作用効果を奏することができる。   As described above, according to the light irradiation device 2 of the present embodiment shown in FIG. 5, the rod integrator 22 is configured to generate a multiplexed image (FIG. 2C) of the image of each light emitting element 11b formed on the incident surface C. (See Reference 1), so that the same operation and effect as those of the first embodiment described above can be obtained.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る光照射装置について、図6(a)〜(c)を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の光照射装置は、LEDアレイ光源30に特徴があり、その他の構成は、上述した第1及び第2実施形態(図1及び図5を参照)の構成をそのまま適用することが可能である。このため、本実施形態の光照射装置を構成するLEDアレイ光源30以外の構成については、詳細な説明を省略する。
Third Embodiment
Next, a light irradiation apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (c). In addition, the light irradiation apparatus of this embodiment is characterized by the LED array light source 30, and the structure of the other applies the structure of 1st and 2nd embodiment (refer FIG.1 and FIG.5) mentioned above as it is. Is possible. For this reason, detailed description is abbreviate | omitted about structures other than LED array light source 30 which comprises the light irradiation apparatus of this embodiment.

図6(a)は、本実施形態の光照射装置を構成するLEDアレイ光源30を示すものである。同図において、LEDアレイ光源30は、発光波長が異なる発光素子31a又は32aを有する2種のLEDチップ31及び32を備えている。発光素子31a、32aの発光波長としては、例えば、g線、h線、i線のうちのいずれか2つを選択することができる。本実施形態では、LEDチップ31の発光素子31aの発光波長をi線とし、LEDチップ32の発光素子32aの発光波長をh線として説明する。図6(a)に示すように、LEDチップ31とLEDチップ32とは、基板上に交互に配置され、異なる発光波長のLEDチップ31、32どうしが隣接するように配列してある。   FIG. 6A shows an LED array light source 30 which constitutes the light irradiation device of the present embodiment. In the figure, the LED array light source 30 is provided with two types of LED chips 31 and 32 having light emitting elements 31 a or 32 a having different emission wavelengths. As the light emission wavelength of the light emitting elements 31a and 32a, for example, any two of g-line, h-line and i-line can be selected. In the present embodiment, the light emission wavelength of the light emitting element 31 a of the LED chip 31 is i-line, and the light emission wavelength of the light emitting element 32 a of the LED chip 32 is h-line. As shown in FIG. 6A, the LED chips 31 and the LED chips 32 are alternately arranged on the substrate, and the LED chips 31 and 32 having different emission wavelengths are arranged to be adjacent to each other.

このようなLEDアレイ光源30を採用した本実施形態の光照射装置によれば、LEDチップ31又は32のいずれか一方を点灯させ、他方を消灯させることで、照明光の波長をi線又はg線の2種類に切り替えることが可能となる。   According to the light irradiation apparatus of the present embodiment employing such an LED array light source 30, one of the LED chips 31 or 32 is turned on, and the other is turned off, whereby the wavelength of the illumination light is i-line or g It becomes possible to switch to two types of lines.

LEDチップ31のみを点灯させた状態(i線のみ)の絞り面における多重像を図6(b)に示す。また、LEDチップ32のみを点灯させた状態(h線のみ)の絞り面における多重像を図6(c)に示す。本実施形態では、LEDチップ31とLEDチップ32とが、基板上に交互に配置され、異なる発光波長のLEDチップ31、32どうしが隣接するように配列してある。この結果、図6(b)、(c)に示すように、LEDチップ31又は32のいずれか一方を点灯させた場合でも、照明光の照度分布の均一性は保たれる。   FIG. 6 (b) shows a multiplexed image on the stop surface with only the LED chip 31 lit (i line only). Further, FIG. 6C shows a multiplexed image on the stop surface in a state where only the LED chip 32 is lit (only the h line). In the present embodiment, the LED chips 31 and the LED chips 32 are alternately arranged on the substrate, and the LED chips 31 and 32 having different emission wavelengths are arranged to be adjacent to each other. As a result, as shown in FIGS. 6B and 6C, even when one of the LED chips 31 or 32 is turned on, the uniformity of the illuminance distribution of the illumination light is maintained.

また、本実施形態の光照射装置は、LEDアレイ光源30以外の構成が、図1又は図5と同一であるので、上述した第1及び第2実施形態と全く同様の作用効果を奏する。   Further, the light irradiation apparatus of the present embodiment has the same configuration as that of FIG. 1 or 5 except for the LED array light source 30, and therefore, the same effects as those of the first and second embodiments described above are exhibited.

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る光照射装置について、図7を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の光照射装置は、LEDアレイ光源40に特徴があり、その他の構成は、上述した第1及び第2実施形態(図1及び図5を参照)の構成をそのまま適用することが可能である。このため、本実施形態の光照射装置を構成するLEDアレイ光源40以外の構成については、詳細な説明を省略する。
Fourth Embodiment
Next, a light irradiation apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the light irradiation apparatus of this embodiment is characterized by the LED array light source 40, and the other structure applies the structure of 1st and 2nd embodiment (refer FIG.1 and FIG.5) mentioned above as it is. Is possible. For this reason, detailed description is abbreviate | omitted about structures other than LED array light source 40 which comprises the light irradiation apparatus of this embodiment.

図7において、LEDアレイ光源40は、隣接するLEDチップ41A、41Bどうしの向きを異ならせた構成となっている。具体的には、隣接するLEDチップ41A、41Bどうしの向きを、各発光素子41aの発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に45°異ならせてある。この構成により、隣接する発光素子41a、41aどうしの向きが互いに異なることになる。   In FIG. 7, the LED array light source 40 has a configuration in which the directions of the adjacent LED chips 41A and 41B are different. Specifically, the directions of the adjacent LED chips 41A and 41B are made different by 45 ° in the rotational direction around an axis perpendicular to the light emitting surface of each light emitting element 41a. By this configuration, the directions of the adjacent light emitting elements 41a and 41a are different from each other.

本実施形態の光照射装置によれば、発光素子41aの向きに依存する発光面の輝度斑を軽減することができ、LEDアレイ光源40から出射される光の均一性を向上させることが可能となる。すなわち、LEDアレイ光源40の発光素子41aは、発光面に輝度斑があり、輝度斑には、発光素子41aの向きに依存する成分が含まれる。本実施形態のように、LEDアレイ光源40を構成する複数の発光素子41aの向きを、各発光素子41aの発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に異ならせることで、各発光素子41aの輝度斑の向きがランダムになり、全体として輝度斑が軽減される。   According to the light irradiation device of the present embodiment, it is possible to reduce the brightness unevenness of the light emitting surface depending on the direction of the light emitting element 41a, and to improve the uniformity of the light emitted from the LED array light source 40 Become. That is, the light emitting element 41a of the LED array light source 40 has luminance unevenness on the light emitting surface, and the luminance unevenness includes a component depending on the direction of the light emitting element 41a. As in the present embodiment, the directions of the plurality of light emitting elements 41 a constituting the LED array light source 40 are made different in the rotational direction around the axis perpendicular to the light emitting surface of each light emitting element 41 a, whereby each light emitting element 41 a The direction of the brightness spots is random, and the brightness spots are reduced as a whole.

また、本実施形態の光照射装置は、LEDアレイ光源40以外の構成が、図1又は図5と同一であるので、上述した第1及び第2実施形態と全く同様の作用効果を奏する。   Moreover, since the light irradiation apparatus of this embodiment is the same as that of FIG. 1 or FIG. 5 except for the configuration of the LED array light source 40, the same effects as those of the first and second embodiments described above are exhibited.

<その他の変更>
本発明の光照射装置、露光装置及びLEDアレイ光源は、上述した実施形態の構成に限定されるものではない。
<Other changes>
The light irradiation apparatus, the exposure apparatus, and the LED array light source according to the present invention are not limited to the configurations of the embodiments described above.

例えば、図1及び図5に示す光照射装置1、2は、LEDアレイ光源11を構成する複数の発光素子11bから出射された光を、光軸上のいずれかの位置で遮断する機械式のシャッターを備えた構成としてもよい。例えば、露光装置の光源を、放電ランプからLEDアレイ光源11に変更した場合は、LEDアレイ光源11を消灯させる電気式シャッターを採用することが可能であるが、このような電気式シャッターと機械式のシャッターとを併用する構成にしてもよい。例えば、LEDアレイ光源11は、ONにした直後の立ち上がり特性が良好でないため、ONにしたLEDアレイ光源11が安定するまでの間、機械式シャッターによって、LEDアレイ光源11から出射された光を遮断する構成にしてもよい。   For example, the light irradiation devices 1 and 2 shown in FIG. 1 and FIG. 5 are mechanical types that block light emitted from the plurality of light emitting elements 11 b constituting the LED array light source 11 at any position on the optical axis. The shutter may be provided. For example, when the light source of the exposure apparatus is changed from the discharge lamp to the LED array light source 11, it is possible to adopt an electric shutter for turning off the LED array light source 11, but such an electric shutter and mechanical type You may make it the structure which uses together with the shutter. For example, since the LED array light source 11 does not have a good rising characteristic immediately after being turned on, the mechanical shutter blocks light emitted from the LED array light source 11 until the turned on LED array light source 11 is stabilized. It may be configured to

1、2 光照射装置
11、30、40 LEDアレイ光源
11a、31、32、41A、41B LEDチップ
11b、31a、32a、41a 発光素子
12 第1照明光学系
13 第2照明光学系
14 フライアイ・インテグレータ
15 絞り
16 投影光学系
21 第3照明光学系
22 ロッド・インテグレータ
23 第1投影光学系
24 絞り
25 第2投影光学系
100 マスク
A 第1照明光学系の出射面
B フライアイ・インテグレータの入射面
C 第3照明光学系の入射瞳
E ロッド・インテグレータの入射面
D 絞り面
G 欠損
f1〜f4 焦点距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Light irradiation apparatus 11, 30, 40 LED array light source 11a, 31, 32, 41A, 41B LED chip 11b, 31a, 32a, 41a Light emitting element 12 1st illumination optical system 13 2nd illumination optical system 14 fly eye ・. Integrator 15 aperture 16 projection optical system 21 third illumination optical system 22 rod integrator 23 first projection optical system 24 aperture 25 second projection optical system 100 mask A exit surface of first illumination optical system B entrance surface of fly eye integrator C Incident pupil of third illumination optical system E Incident surface of rod integrator D Aperture surface G Missing f1 to f4 Focal length

Claims (9)

複数の発光素子を平面上に配列したLEDアレイ光源と、
各発光素子から出射された光をそれぞれコリメートする第1照明光学系と、
前記第1照明光学系から出射された光を焦点位置に集光させる第2照明光学系と、
平面上に配列した複数のレンズを有し、前記第2照明光学系から出射された光を各レンズの入射面で入射して照度の均一性を高めるフライアイ・インテグレータと、を備え、
前記フライアイ・インテグレータの入射面は、前記第2照明光学系の焦点位置に配置され、各発光素子の発光面は、前記フライアイ・インテグレータの入射面と共役関係にあり、各発光素子の像が、前記フライアイ・インテグレータの入射面に結像されることを特徴とする光照射装置。
An LED array light source in which a plurality of light emitting elements are arranged on a plane;
A first illumination optical system for collimating light emitted from each light emitting element;
A second illumination optical system for condensing light emitted from the first illumination optical system at a focal position;
And a fly's eye integrator having a plurality of lenses arranged on a plane, and having the light emitted from the second illumination optical system incident on the incident surface of each lens to improve the uniformity of illuminance.
The incident surface of the fly's eye integrator is disposed at the focal position of the second illumination optical system, and the light emitting surface of each light emitting element is in a conjugate relationship with the incident surface of the fly's eye integrator. The light irradiation device is characterized in that the light is imaged on the incident surface of the fly's eye integrator.
複数の発光素子を平面上に配列したLEDアレイ光源と、
各発光素子から出射された光をそれぞれコリメートする第1照明光学系と、
前記第1照明光学系から出射された光を焦点位置に集光させる第2照明光学系と、
前記第2照明光学系から出射された光を平行光にする第3照明光学系と、
柱状のレンズであり、前記第3照明光学系から出射された光を入射して照度の均一性を高めるロッド・インテグレータと、を備え、
前記第3照明光学系の入射瞳の位置は、前記第2照明光学系の焦点位置にあり、前記ロッド・インテグレータの入射面は、第3照明光学系の焦点位置に配置され、各発光素子の瞳像が、前記ロッド・インテグレータの入射面に結像されることを特徴とする光照射装置。
An LED array light source in which a plurality of light emitting elements are arranged on a plane;
A first illumination optical system for collimating light emitted from each light emitting element;
A second illumination optical system for condensing light emitted from the first illumination optical system at a focal position;
A third illumination optical system that collimates the light emitted from the second illumination optical system;
A rod-shaped lens, and a rod integrator that increases the uniformity of illuminance by entering the light emitted from the third illumination optical system;
The position of the entrance pupil of the third illumination optical system is at the focal position of the second illumination optical system, and the entrance surface of the rod integrator is disposed at the focal position of the third illumination optical system. A light irradiator characterized in that a pupil image is formed on the incident surface of the rod integrator.
前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子には、一の発光波長を有する複数の第1発光素子と、他の発光波長を有する複数の第2発光素子とが含まれ、前記第1又は第2発光素子を選択的に発光させることで、前記LEDアレイ光源の発光波長を変更可能とした請求項1又は2に記載の光照射装置。   The plurality of light emitting elements constituting the LED array light source include a plurality of first light emitting elements having one light emitting wavelength, and a plurality of second light emitting elements having another light emitting wavelength, The light irradiation device according to claim 1 or 2, wherein the emission wavelength of the LED array light source can be changed by selectively emitting light from the second light emitting element. 前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の発光波長が、g線、h線、i線のうちのいずれか一以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の光照射装置。   The light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light emission wavelength of the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source is any one or more of g line, h line and i line. . 前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の全部又は一部をON又はOFFにする点灯制御手段を備えた請求項1〜4のいずれか1項に記載の光照射装置。   The light irradiation apparatus of any one of Claims 1-4 provided with the lighting control means which makes all or one part of these light emitting elements which comprise the said LED array light source ON or OFF. 前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の向きが、各発光素子の発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に異なることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光照射装置。   The direction of the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source is different in the rotational direction around an axis perpendicular to the light emitting surface of each light emitting element. The light irradiation device described. 前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の全部又は一部に流れる電流値を制御する電流制御手段を備えた請求項1〜6のいずれか1項に記載の光照射装置。   The light irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising current control means for controlling a current value flowing through all or part of the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source. 前記LEDアレイ光源を構成する前記複数の発光素子から出射された光を、光軸上のいずれかの位置で遮断する機械式のシャッターを備えた請求項1〜7のいずれか1項に記載の光照射装置。   The mechanical shutter according to any one of claims 1 to 7, further comprising a mechanical shutter for blocking the light emitted from the plurality of light emitting elements constituting the LED array light source at any position on the optical axis. Light irradiation device. 前記フライアイ・インテグレータ又は前記ロッド・インテグレータから出射された照明光をマスクに照射し、前記マスクのパターン像を感光性基板上に露光する露光装置であって、請求項1〜8のいずれか1項に記載した光照射装置を備えたことを特徴とする露光装置。   9. An exposure apparatus for irradiating a mask with illumination light emitted from the fly's eye integrator or the rod integrator, and exposing a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate, the exposure apparatus according to any one of claims 1 to 8, An exposure apparatus comprising the light irradiation device described in the above item.
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