特開 2023-139483 光照射装置、およびそれを用いたフォトマスク描画装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023139483

(43)【公開日】2023-10-04

(54)【発明の名称】光照射装置、およびそれを用いたフォトマスク描画装置

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20230927BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20230927BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20230927BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

G03F7/20 521

F21S2/00 330

F21Y115:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022045041

(22)【出願日】2022-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】510138741

【氏名又は名称】フェニックス電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147706

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 裕司

(72)【発明者】

【氏名】山下 健一

【テーマコード（参考）】

2H197

【Ｆターム（参考）】

2H197BA09

2H197CA03

2H197CA06

2H197CA14

2H197CA15

2H197CA17

2H197HA03

2H197HA08

2H197HA10

(57)【要約】

【課題】インテグレータレンズを使用することなく、照射面における高い照度と均一性とを実現できる光照射装置を提供する。
【解決手段】光照射装置１０を、複数のＬＥＤ１２と、各ＬＥＤ１２に対応し、各ＬＥＤ１２からの光Ｌを平行化する複数のコリメートレンズ１４と、各コリメートレンズ１４からの光Ｌを照射面Ａに向けて集光するコンデンサーレンズ１６と、ＬＥＤ１２に対するコリメートレンズ１４の位置を調整する位置調整機構１８とで構成する。そして、各ＬＥＤ１２に幾何学的形状の外形を有する発光部２２を形成し、一部のＬＥＤ１２の配置角度を残部における少なくとも一部のＬＥＤ１２の配置角度に比べて当該幾何学的形状に対応した角度で回転した状態とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＬＥＤと、
前記各ＬＥＤに対応し、前記各ＬＥＤからの光を平行化する複数のコリメートレンズと、
前記各コリメートレンズからの光を照射面に向けて集光するコンデンサーレンズと、
前記ＬＥＤに対する前記コリメートレンズの位置を調整する位置調整機構とを備えており、
前記各ＬＥＤは、幾何学的形状の外形を有する発光部を有しており、
一部の前記ＬＥＤの配置角度は、残部における少なくとも一部の配置角度に比べて、前記幾何学的形状に対応した角度で回転した状態となっている
光照射装置。

【請求項2】

前記各ＬＥＤは、複数のモジュールに分けて配置されており、
ひとつの前記モジュールに配置された前記ＬＥＤは、すべて同じ前記配置角度となっており、
異なる前記モジュールに配置された前記ＬＥＤで前記配置角度が回転した状態となっている
請求項１に記載の光照射装置。

【請求項3】

前記各ＬＥＤは、複数のモジュールに分けて配置されており、
ひとつの前記モジュールに配置された前記ＬＥＤで前記配置角度が回転した状態となっている
請求項１に記載の光照射装置。

【請求項4】

前記幾何学的形状は、長方形であり、
前記配置角度は、９０°である
請求項１から３のいずれか１項に記載の光照射装置。

【請求項5】

前記位置調整機構は、前記ＬＥＤと前記コリメートレンズとの間の距離を調整する
請求項１から４のいずれか１項に記載の光照射装置。

【請求項6】

前記位置調整機構は、前記ＬＥＤの光軸に直交する平面における前記コリメートレンズの位置を調整する
請求項１から４のいずれか１項に記載の光照射装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の光照射装置を備えるフォトマスク描画装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、半導体露光用のフォトマスクの製造（描画）に使用される光照射装置、およびそれを用いたフォトマスク描画装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従前より、集積密度の高い半導体を製造する際に、回路パターンの原版であるフォトマスクを用いてステッパー露光を行う方法が開発されている。

【0003】

このフォトマスクを製造（描画）する際、従前から電子ビームやレーザー光が使用されてきたが、フォトマスク製造（描画）用の光照射装置のコストダウンを目的として、ＬＥＤ（発光ダイオード）を使用することが検討されている。

【0004】

例えば、半導体露光装置用の光源であれば、ＬＥＤを使用するものが多数開発されているが（特許文献１）、このような光源をそのままフォトマスク描画装置に適用することは困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－８６３９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

なぜならば、フォトマスク描画装置に使用される光照射装置には、照射面における高い照度と均一性とが求められるからである。

【0007】

一般的に、ＬＥＤを用いた光照射装置１は、図７に示すように、複数のＬＥＤ２と、当該ＬＥＤ２から放射された光を平行光にするコリメートレンズ３と、コリメートレンズ３からの光を所定の照射面に向けて集光するコンデンサーレンズ４と、各ＬＥＤ２からの光を照射面に重ね合わせるインテグレータレンズ５とを有している。

【0008】

照射面における照度をできるだけ高めようとすると、コリメートレンズ３およびコンデンサーレンズ４をそれぞれ焦点位置にできるだけ近づけて配置する必要がある。そうすると、ＬＥＤ２の発光部内に配置されている電極やＬＥＤ２に付着している異物等が照射面にそのまま投影され、照射面に暗部が形成されてしまうので、当該照射面における照度のムラが出てしまうという問題があった。このようなムラを解消するために、インテグレータレンズ５が使用されている。

【0009】

しかしながら、インテグレータレンズ５を使用すると別の問題が生じることがわかってきた。すなわち、インテグレータレンズ５を使用すると、レンズの製作精度の問題や２枚のレンズを組み合わせる場合のレンズ位置ずれによる光のロスが発生する。また、インテグレータレンズ５を構成する各レンズ同士の継目でも光のロスが発生する。さらに、そもそもインテグレータレンズ５の製作には高度な技術が必要であり、高額になってしまう。

【0010】

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インテグレータレンズを使用することなく、照射面における高い照度と均一性とを実現できる光照射装置、およびそれを用いたフォトマスク描画装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一局面によれば、
複数のＬＥＤと、
前記各ＬＥＤに対応し、前記各ＬＥＤからの光を平行化する複数のコリメートレンズと、
前記各コリメートレンズからの光を照射面に向けて集光するコンデンサーレンズと、
前記ＬＥＤに対する前記コリメートレンズの位置を調整する位置調整機構とを備えており、
前記各ＬＥＤは、幾何学的形状の外形を有する発光部を有しており、
一部の前記ＬＥＤの配置角度は、残部における少なくとも一部の前記ＬＥＤの配置角度に比べて、前記幾何学的形状に対応した角度で回転した状態となっている
光照射装置が提供される。

【0012】

好適には、
前記各ＬＥＤは、複数のモジュールに分けて配置されており、
ひとつの前記モジュールに配置された前記ＬＥＤは、すべて同じ前記配置角度となっており、
異なる前記モジュールに配置された前記ＬＥＤで前記配置角度が回転した状態となっている。

【0013】

好適には、
前記各ＬＥＤは、複数のモジュールに分けて配置されており、
ひとつの前記モジュールに配置された前記ＬＥＤで前記配置角度が回転した状態となっている。

【0014】

好適には、
前記幾何学的形状は、長方形であり、
前記配置角度は、９０°である。

【0015】

好適には、
前記位置調整機構は、前記ＬＥＤと前記コリメートレンズとの間の距離を調整する。

【0016】

好適には、
前記位置調整機構は、前記ＬＥＤの光軸に直交する平面における前記コリメートレンズの位置を調整する。

【0017】

本発明の他の局面によれば、
上述した光照射装置を備えるフォトマスク描画装置が提供される。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係る光照射装置によれば、各ＬＥＤは幾何学的形状の外形を有する発光部を有しており、一部のＬＥＤの配置角度は、残部のＬＥＤの配置角度に比べて、この幾何学的形状に対応した角度で回転した状態となっている。これにより、コリメートレンズおよびコンデンサーレンズをそれぞれ焦点位置にできるだけ近づけて配置したとき、ひとつのＬＥＤの発光部内に配置されている電極や当該ＬＥＤに付着している異物等が照射面にそのまま投影され、照射面に暗部が形成されるが、ひとつのＬＥＤとは異なる配置角度で配置された別のＬＥＤにおける上記暗部を含む発光部が少しずれた位置で照射面に投影されるので、結果として、インテグレータレンズを使用することなく、照射面における照度のムラを低減できる。

【0019】

加えて、本発明に係る光照射装置は、ＬＥＤに対するコリメートレンズの位置を調整する位置調整機構を備えているので、光照射装置に求められる照度と均一性との関係に応じてＬＥＤに対するコリメートレンズの位置を調整することにより、照度を少し犠牲にしてその分だけ均一性を向上させたり、逆に、均一性を少し犠牲にしてその分だけ照度を向上させたりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明が適用された実施形態に係る光照射装置１０を示す図である。

【図2】本発明が適用された実施形態に係るＬＥＤ１２およびモジュール２０を示す図である。

【図3】ＬＥＤ１２における発光部２２を示す図である。

【図4】図２の中央部分（Ｚ部分）を拡大した図である。

【図5】ひとつのＬＥＤ１２から照射面Ａに投影された発光部２２および暗部Ｘを示す図である。

【図6】ひとつのＬＥＤ１２、および、このＬＥＤ１２とは異なる配置角度で配置された別のＬＥＤ１２から照射面Ａにそれぞれ投影された発光部２２および暗部Ｘを示す図である。

【図7】従来技術に係る光照射装置１を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（光照射装置１０の構成）
本発明が適用された実施形態に係る光照射装置１０について以下に説明する。一例としてフォトマスク描画装置に使用される光照射装置１０は、図１に示すように、大略、ＬＥＤ１２と、コリメートレンズ１４と、コンデンサーレンズ１６と、位置調整機構１８とを備えている。

【0022】

ＬＥＤ１２は、所定の照度および波長の光（本実施形態では、フォトマスク描画用の光）Ｌを放射する部材である。図２に示すように、本実施形態では、ＬＥＤ１２は、ひとつのモジュール２０において２２個が配置されている。また、本実施形態では、４つのモジュール２０が使用されている。ひとつのモジュール２０に配置されているＬＥＤ１２の数、および、光照射装置１０に使用されるモジュール２０の数については、特に限定されるものではない。

【0023】

なお、本実施形態では、ＬＥＤ１２から放射される光Ｌの主波長を３６５ｎｍ以下にするのが好適である。３６５ｎｍよりも長い波長の光であれば、レンズ類を石英以外の安価な材料で形成することができ、かつ、インテグレータレンズが製作し易く、インテグレータレンズを用いる方がよいからである。

【0024】

また、各モジュール２０の表面には、上述のように複数のＬＥＤ１２が配置されているとともに、これらＬＥＤ１２に給電するための回路等（図示せず）が形成されている。

【0025】

さらに、各モジュール２０には、複数のコリメートレンズ１４が配置されたコリメートレンズ基板１５から突出された位置決めピン２４が挿通される位置決めピン挿通孔２６が２箇所ずつ形成されている。この位置決めピン２４は、各ＬＥＤ１２の光軸に対して平行となるように延びるので、位置調整機構１８がＬＥＤ１２とコリメートレンズ１４との間の距離を調整する際、ＬＥＤ１２の光軸に直交する平面におけるコリメートレンズ１４の位置がずれるのを防止できる。

【0026】

各ＬＥＤ１２は、図３に示すように、幾何学的形状の外形を有する発光部２２を有している。この発光部２２は、電力の供給を受けて光Ｌを放射する部分であり、本実施形態に係るＬＥＤ１２では、外形が長方形状（幾何学的形状）に形成されている。

【0027】

また、各ＬＥＤ１２は、所定の配置角度で各モジュール２０に配置されている。例えば、４つのモジュール２０が集まる図２の中央部分（Ｚ部分）に着目すると、図４に示すように、図中右上にあるモジュール２０ａに配置されたＬＥＤ１２は、それぞれのＬＥＤ１２における発光部２２の長方形状の配置形状が図中左右方向に延びるようにして配置されている。次に、図中右下にあるモジュール２０ｂのＬＥＤ１２は、図中右上にあるモジュール２０ａに配置されたＬＥＤ１２と比べて９０°回転した配置角度で配置されている。また、図中左下にあるモジュール２０ｃのＬＥＤ１２は、図中右下にあるモジュール２０ｂに配置されたＬＥＤ１２と比べて９０°回転した配置角度で配置されている。つまり、図中右上にあるモジュール２０ａに配置されたＬＥＤ１２と比べて１８０°回転した配置角度で配置されている。さらに、図中左上にあるモジュール２０ｄのＬＥＤ１２は、図中左下にあるモジュール２０ｃに配置されたＬＥＤ１２と比べて９０°回転した配置角度で配置されている。つまり、図中右上にあるモジュール２０ａに配置されたＬＥＤ１２と比べて２７０°、図中右下にあるモジュール２０ｂに配置されたＬＥＤ１２と比べて１８０°回転した配置角度で配置されている。

【0028】

図１に戻り、コリメートレンズ１４は、ＬＥＤ１２から放射された光Ｌを平行化する役割を有するレンズであり、各ＬＥＤ１２に一対一で対応するように複数のコリメートレンズ１４が配置されている。また、各コリメートレンズ１４の焦点が照射面Ａにできるだけ近づくようにして、各コリメートレンズ１４が配置されている。

【0029】

コンデンサーレンズ１６は、各コリメートレンズ１４からの光Ｌを照射面Ａに向けて集光するレンズであり、本実施形態では、ひとつの光照射装置１０においてひとつのコンデンサーレンズ１６が使用されている。なお、これに変えて、各ＬＥＤ１２およびコリメートレンズ１４に一対一で対応するように複数のコンデンサーレンズ１６を配置してもよい。また、コンデンサーレンズ１６の焦点が照射面Ａにできるだけ近づくようにして、当該コンデンサーレンズ１６が配置されている。

【0030】

なお、本実施形態では、コリメートレンズ１４およびコンデンサーレンズ１６により、ＬＥＤ１２における各発光部２２の形状が５倍から１００倍の拡大率で照射面Ａに投影されるのが好適である。５倍未満の投影率を実現するのは技術的に難しく、逆に、１００倍よりも大きな拡大率であれば、インテグレータレンズのセル数が少なくてすむので、インテグレータレンズを用いる方がよいからである。

【0031】

位置調整機構１８は、ＬＥＤ１２に対するコリメートレンズ１４の位置を調整する役割を有する機構である。本実施形態に係る位置調整機構１８は、各コリメートレンズ１４を各ＬＥＤ１２の光軸に対して平行に移動させる、つまり、各ＬＥＤ１２と各コリメートレンズ１４との間の距離を調整することができるようになっている。

【0032】

（光照射装置１０の特徴）
本実施形態に係る光照射装置１０によれば、各ＬＥＤ１２は幾何学的形状の外形を有する発光部２２を有しており、一部のＬＥＤ１２の配置角度は、残部のＬＥＤ１２の配置角度に比べて、この幾何学的形状に対応した角度である９０°単位で回転した状態となっている。これにより、コリメートレンズ１４およびコンデンサーレンズ１６をそれぞれ焦点位置にできるだけ近づけて配置したとき、図５に示すように、ひとつのＬＥＤ１２の発光部２２内に配置されている電極や当該ＬＥＤ１２に付着している異物等が照射面Ａにそのまま投影され、照射面Ａに暗部Ｘが形成されるが、ひとつのＬＥＤ１２とは異なる配置角度で配置された別のＬＥＤ１２における上記暗部Ｘを含む発光部２２が少しずれた位置で照射面Ａに投影されるので、結果として図６に示すように、インテグレータレンズを使用することなく、照射面における照度のムラを低減できる。

【0033】

加えて、本実施形態に係る光照射装置１０は、ＬＥＤ１２とコリメートレンズ１４との間の距離を調整する位置調整機構１８を備えているので、光照射装置１０に求められる照度と均一性との関係に応じてＬＥＤ１２とコリメートレンズ１４との間の距離を調整することにより、照度を少し犠牲にしてその分だけ均一性を向上させたり、逆に、均一性を少し犠牲にしてその分だけ照度を向上させたりすることができる。

【0034】

また、各ＬＥＤ１２は、複数のモジュール２０に分けて配置されており、ひとつのモジュール２０に配置されたＬＥＤ１２は、すべて同じ配置角度となっており、異なるモジュール２０に配置されたＬＥＤ１２で配置角度が回転した状態となっている。これにより、モジュール２０単位でＬＥＤ１２の交換を行うことができるので、ＬＥＤ１２の交換作業が容易になる。

【0035】

（変形例１）
上述した実施形態に係る光照射装置１０において、位置調整機構１８はＬＥＤ１２とコリメートレンズ１４との間の距離を調整するようになっていたが、これに変えて、ＬＥＤ１２の光軸に直交する平面におけるコリメートレンズ１４の位置を位置調整機構１８で調整してもよい。このように、ＬＥＤ１２の光軸に直交する平面におけるコリメートレンズ１４の位置を移動調整させた場合も、照度を少し犠牲にしてその分だけ均一性を向上させたり、逆に、均一性を少し犠牲にしてその分だけ照度を向上させたりすることができる。

【0036】

もちろん、位置調整機構１８で、ＬＥＤ１２とコリメートレンズ１４との間の距離、および、ＬＥＤ１２の光軸に直交する平面におけるコリメートレンズ１４の位置を調整してもよい。

【0037】

（変形例２）
上述した実施形態に係る光照射装置１０では、ＬＥＤ１２を複数のモジュール２０に分けて配置していたが、これに変えて、モジュール２０をひとつだけ用意し、そのモジュール２０にすべてのＬＥＤ１２を配置してもよい。この場合も、一部のＬＥＤ１２の配置角度は、残部のＬＥＤ１２の配置角度に比べて、幾何学的形状に対応した角度で回転した状態となっていることに代わりはない。

【0038】

（変形例３）
発光部２２の配置に係る幾何学的形状は、上述した「長方形状」に限定されるものではなく、例えば「正方形状」であってもよい。「正方形状」である場合、配置角度を９０°にすると、ひとつのＬＥＤ１２における発光部２２と、ひとつのＬＥＤ１２とは９０°異なる配置角度で配置された別のＬＥＤ１２における発光部２２とが照射面Ａにおいて互いに同じ位置に重なってしまうが、各ＬＥＤ１２の発光部２２に含まれる暗部Ｘが互いに同じ位置に重ならないのでれば、配置角度が９０°でも問題ない。

【0039】

もし、各ＬＥＤ１２の発光部２２に含まれる暗部Ｘが互いに同じ位置に重なるのであれば、９０°の倍数以外の配置角度を設定するのが好適である。

【0040】

また、幾何学的形状が「正六角形」である場合は、同様の理由により、６０°の倍数でも問題ない場合があるものの、６０°の倍数以外の配置角度を設定するのが好適である。さらに、幾何学的形状が「正八角形」である場合は、同様の理由により、４５°の倍数でも問題ない場合があるものの、４５°の倍数以外の配置角度を設定するのが好適である。

【0041】

つまり、ひとつのＬＥＤ１２における発光部２２およびそれに含まれる暗部Ｘと、ひとつのＬＥＤ１２とは異なる配置角度で配置された別のＬＥＤ１２における発光部２２およびそれに含まれる暗部Ｘとが照射面Ａにおいて互いに同じ位置に重なることを避けられる配置角度が、「幾何学的形状に対応した角度」ということになる。

【0042】

本実施例に係るＬＥＤ１２の配置角度は上述の通りであるが、これに限定されることなく、一部のＬＥＤ１２の配置角度が、残部における少なくとも一部のＬＥＤ１２の配置角度に比べて、発光部２２の配置形状に係る幾何学的形状に対応した角度で回転した状態となっていればよい。

【0043】

（変形例４）
さらに、照射面Ａにおける照度の均一性を高める方法として、各ＬＥＤ１２に供給する電流値を調整してもよい。

【0044】

具体的には、個々のＬＥＤ１２に供給する電流値をそれぞれ調整することのできる電流調整手段（図示せず）を設ける。そして、例えば、ひとつのＬＥＤ１２に異物混入等があり、その異物が照射面Ａに投影されることが原因で照度の均一性を損ねているような場合、そのＬＥＤ１２への電流値を電流調整手段で低下させる（あるいはゼロする）ことにより、照度の均一性を維持できる。

【0045】

電流値の調整は、個々のＬＥＤ１２単位で行ってもよいし、ひとつのモジュール２０に配置されている全ＬＥＤ１２単位でもよく、さらには、モジュール２０に配置されているＬＥＤ１２のうち、電気的に直列に接続された一組のＬＥＤ１２ごとに調整を行ってもよい。

【0046】

（変形例５）
上述した実施形態に係る光照射装置１０は、一例としてフォトマスク描画装置において使用されるが、照射面における高い照度と均一性とが求められる用途であれば、フォトマスク描画装置以外の用途に当該光照射装置１０を使用してもよい。

【0047】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0048】

１０…光照射装置、１２…ＬＥＤ、１４…コリメートレンズ、１５…コリメートレンズ基板、１６…コンデンサーレンズ、１８…位置調整機構
２０…モジュール、２２…発光部、２４…位置決めピン、２６…位置決めピン挿通孔
Ｌ…光、Ａ…照射面、Ｘ…暗部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】