照明光学系
【課題】 結像性への影響を最小限に抑えつつ被照明面での照明むらを容易に調整できる補正光学系を備える照明光学系を提供する。
【解決手段】 照明光学系１は光源１１からの照射光がインテグレータ光学系１４を経てコンデンサレンズ１７に入射して被照明面２０に導かれる。この照明光学系１に、照度むらを補正するために、インテグレータ光学系１４の出射側に補正光学系１５を配置する。補正光学系１５は、２つの屈折光学素子１５ａ、１５ｂを有していて、屈折光学素子１５ｂは光軸に対して移動可能である。
【解決手段】 照明光学系１は光源１１からの照射光がインテグレータ光学系１４を経てコンデンサレンズ１７に入射して被照明面２０に導かれる。この照明光学系１に、照度むらを補正するために、インテグレータ光学系１４の出射側に補正光学系１５を配置する。補正光学系１５は、２つの屈折光学素子１５ａ、１５ｂを有していて、屈折光学素子１５ｂは光軸に対して移動可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光装置の照明光学系に関し、特に均一な照度分布を形成するための照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の照明光学系の構成例を図４に示す。従来の照明光学系１００は、ランプ等の発光光源１０１と、フライアイレンズ又はロッドインテグレーター１０４で構成されるインテグレータ光学系と、コンデンサレンズ１０７とで構成される。この照明光学系が、照明光の強度分布が完全に均一である理想的な光学系である場合、被照明面での照度分布は一様である。
【０００３】
しかし、実際の照明光学系は、光源、例えばランプの放射特性が個体毎に異なることに起因して被照明面上の強度分布の不均一性（以下、「照度むら」という）を生ずる。この要因を取り除く為に設計検討・解析時にそれらの特性を取得し、反映する光学系を考案するが、それらデータの再現性や正確性は確約されたものではなく、結果が伴わないケースも発生する。
【０００４】
これらの発生した事象を、従来の照明光学系で解決するのは理論的に大変困難であり、その調整幅は小さく、かつ取りかかる労力も甚大なものとなる。
【０００５】
そこで、照明光学系を構成する光学素子を調整することにより照度分布の調整を行う照明光学系が提案されている。例えば、コンデンサレンズを構成するレンズ間距離を調整することにより照明むらを補正できる光学系が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１によれば、光源１１からの光を被照明面へ導く照明光学系であって、L１、L2、L3、L4の4つのレンズ群でコンデンサレンズが構成され、レンズ群L2とL3とが一定の間隔で光軸ＡＸに沿って移動することで照明むらを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１４５２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の照明光学系では、コンデンサレンズ群を移動することによって歪曲収差が調整され、これによって照明むらの調整は可能であるが、照明光学系の特性が設計から外れて、結果的に結像性（照明エリア面積、デグリネーション角など）が悪くなる。
【０００８】
本発明は、以上のことに鑑みて被照明面での照明むらを容易に調整できる補正光学系を備える照明光学系を提供することを目的としている。特に、照明むらの調整に起因する結像性の悪化をできるだけ回避できる補正光学系を備える照明光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の照明光学系は、光源からの照射光がインテグレータ光学系を経てコンデンサレンズに入射して被照明面に導かれる照明光学系において、２つ以上の屈折光学素子を有し、照度むらを補正する補正光学系がインテグレータ光学系の出射側に近接して配置される。
【００１０】
ここで、屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸方向に移動可能であるように構成することができる。また、屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸中心に回転可能又は光軸に対して傾き調整可能又はその両方可能であるように構成することができる。
【００１１】
上記構成の本発明の補正光学系に用いられる屈折光学素子として、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズがある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の照明光学系によれば、インテグレータ光学系の出射側に近接して補正光学系を挿入し、当該補正光学系を構成する屈折光学素子間距離や傾き等を調整するので、被照明面での照明むらを容易に調整することができる。更に、照明むらの調整に起因する結像性の悪化も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の照明光学系の実施の形態を示す概略図である。
【図２】図１の実施の形態の照明光学系の実施例１のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】図１の実施の形態の照明光学系の実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】従来の照明光学系を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の照明光学系の実施形態の概略構成を示す図である。照明光学系１では、集光鏡１２が設けられた光源１１からの照射光が平面鏡１３に入射し、平面鏡１３により入射光がインテグレータ１４の方向に反射する。
【００１５】
このインテグレータ１４は、フライアイレンズ又はロッドインテグレーターにより構成される。インテグレータ１４の光の入射側にはシャッタ１８が設けられ、被照明面２０に対する照射のオンとオフを行っている。
【００１６】
インテグレータ１４を通過した光は補正光学系１５に入射する。そして、補正光学系１５を透過した照明光は平面鏡１６により反射され、コンデンサレンズ１７に入射して、その後被照明面２０に照射される。
【００１７】
補正光学系１５は被照明面における照度むらを解消するために設けられ、屈折光学素子１５ａと屈折光学素子１５ｂとで構成されている。屈折光学素子１５ｂには光軸方向に移動させることができる調整機構が更に設置されている。
【００１８】
屈折光学素子として、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ等を用いることができる。屈折光学素子１５ａ、１５ｂの組合せは、両方が同一の種類のレンズ又はそれぞれ異なるレンズでもよい。
【００１９】
図面には屈折光学素子１５ｂを移動する調整機構を図示していないが、屈折光学素子を支持する支持部と光軸方向に移動させるリニアガイドとモータ等を備えている。また、屈折光学素子１５ａ、１５ｂがシリンドリカルレンズ又はトーリックレンズの場合、少なくともいずれか一方の屈折光学素子に、光軸中心に回転及び光軸に対して傾き調整できる調整機構を更に設置することができる。
【００２０】
シリンドリカルレンズの場合、照明面のＸ軸Ｙ軸方向を独立して分布補正が可能である。トーリックレンズの場合、照射面のＸ軸Ｙ軸の分布補正傾き量が異なる分布補正が可能である。
【００２１】
上記の実施の形態において、屈折光学素子１５ｂのみを移動させる構成としたが、屈折光学素子１５ａのみまたは屈折光学素子１５ａと１５ｂ両方に移動や傾きを調整する機構を設けてもよい。
【００２２】
次に、本願発明の照明光学系を用いた実施例を次に説明する。
【実施例】
【００２３】
実施例１として、図１の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれ球面レンズとした場合について説明する。図２（ａ）は、図1中の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれ球面レンズとした場合の照度むら補正前後の被照明面での照明エリア面積のシミュレーション結果を示し、（ｂ）は補正前後のデグリネーション角のシミュレーション結果を示し、（ｃ）は補正前後の照度比のシミュレーション結果を示す。
【００２４】
図２（ａ）は、照度むら補正前後の照明エリア面積のシミュレーション結果である。照度むら補正後の照明エリア面積は１４７．１５×１４７．１５ｍｍ２で補正前の１５０．００×１５０．００ｍｍ２と比べるとその変動は３.８％であり、照度むら補正の影響はほぼ皆無である。
【００２５】
図２（ｂ）は、照度むら補正前後のデグリネーション角のシミュレーション結果である。照度むら補正前のデグリネーション角は０．２２６度であり、補正後のデグリネーション角は０．２３０度である。従って、補正前後のデグリネーション角の変動率は１．７％であり、通常光学系の調整と比べると十分小さく、照度むらの補正の影響は殆どないといえる。
【００２６】
図２（ｃ）は、照度むら補正前後の照度比のシミュレーション結果である。照度むら補正のためにレンズ間距離を縮めた場合、照度比は９８．０％から９５．８％となり、その調整能力は２．２%である。この値は光源特性の個体差を十分補える範囲である。
【００２７】
以上図２（ａ）〜（ｃ）のシミュレーション結果に示したように、補正前後の結像性（照明エリア面積、デグリネーション角）がかなり保たれ、結像性への影響を最小限に抑えつつ補正能力も十分である。
【００２８】
次に、実施例２として、図１の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれシリンドリカルレンズとした場合について説明する。図３は、図1中の屈折光学素子１５a、１５bをそれぞれシリンドリカルレンズとした場合の被照明面での照度分布結果のシミュレーション結果である。この場合において、屈折光学素子１５ａ、１５ｂの少なくとも一方には更に光軸中心に回転及び光軸に対して傾き調整できる調整機構が更に設置されている。
【００２９】
図３に示すように、照度むら補正のためにシリンドリカルレンズ間距離を縮めた場合、照度比は基準値９６．２％から９４．２％となり、その調整能力は±２．０％である。この値は光源特性の個体差を十分補える範囲である。
【００３０】
以上、本発明を図面に示した実施形態を用いて説明したが、これらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならば、本発明の範囲および趣旨から逸脱しない範囲で多様な変更および変形が可能なことは理解できるであろう。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められず、特許請求の範囲に記載された技術的趣旨により定められねばならない。
【符号の説明】
【００３１】
1…照明光学系、１４…インテグレータ、１５…補正光学系、１５ａ、１５ｂ…屈折光学素子、１６…平面鏡、１７…コンデンサレンズ、被照射面…２０
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光装置の照明光学系に関し、特に均一な照度分布を形成するための照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の照明光学系の構成例を図４に示す。従来の照明光学系１００は、ランプ等の発光光源１０１と、フライアイレンズ又はロッドインテグレーター１０４で構成されるインテグレータ光学系と、コンデンサレンズ１０７とで構成される。この照明光学系が、照明光の強度分布が完全に均一である理想的な光学系である場合、被照明面での照度分布は一様である。
【０００３】
しかし、実際の照明光学系は、光源、例えばランプの放射特性が個体毎に異なることに起因して被照明面上の強度分布の不均一性（以下、「照度むら」という）を生ずる。この要因を取り除く為に設計検討・解析時にそれらの特性を取得し、反映する光学系を考案するが、それらデータの再現性や正確性は確約されたものではなく、結果が伴わないケースも発生する。
【０００４】
これらの発生した事象を、従来の照明光学系で解決するのは理論的に大変困難であり、その調整幅は小さく、かつ取りかかる労力も甚大なものとなる。
【０００５】
そこで、照明光学系を構成する光学素子を調整することにより照度分布の調整を行う照明光学系が提案されている。例えば、コンデンサレンズを構成するレンズ間距離を調整することにより照明むらを補正できる光学系が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１によれば、光源１１からの光を被照明面へ導く照明光学系であって、L１、L2、L3、L4の4つのレンズ群でコンデンサレンズが構成され、レンズ群L2とL3とが一定の間隔で光軸ＡＸに沿って移動することで照明むらを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１４５２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の照明光学系では、コンデンサレンズ群を移動することによって歪曲収差が調整され、これによって照明むらの調整は可能であるが、照明光学系の特性が設計から外れて、結果的に結像性（照明エリア面積、デグリネーション角など）が悪くなる。
【０００８】
本発明は、以上のことに鑑みて被照明面での照明むらを容易に調整できる補正光学系を備える照明光学系を提供することを目的としている。特に、照明むらの調整に起因する結像性の悪化をできるだけ回避できる補正光学系を備える照明光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の照明光学系は、光源からの照射光がインテグレータ光学系を経てコンデンサレンズに入射して被照明面に導かれる照明光学系において、２つ以上の屈折光学素子を有し、照度むらを補正する補正光学系がインテグレータ光学系の出射側に近接して配置される。
【００１０】
ここで、屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸方向に移動可能であるように構成することができる。また、屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸中心に回転可能又は光軸に対して傾き調整可能又はその両方可能であるように構成することができる。
【００１１】
上記構成の本発明の補正光学系に用いられる屈折光学素子として、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズがある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の照明光学系によれば、インテグレータ光学系の出射側に近接して補正光学系を挿入し、当該補正光学系を構成する屈折光学素子間距離や傾き等を調整するので、被照明面での照明むらを容易に調整することができる。更に、照明むらの調整に起因する結像性の悪化も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の照明光学系の実施の形態を示す概略図である。
【図２】図１の実施の形態の照明光学系の実施例１のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】図１の実施の形態の照明光学系の実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】従来の照明光学系を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の照明光学系の実施形態の概略構成を示す図である。照明光学系１では、集光鏡１２が設けられた光源１１からの照射光が平面鏡１３に入射し、平面鏡１３により入射光がインテグレータ１４の方向に反射する。
【００１５】
このインテグレータ１４は、フライアイレンズ又はロッドインテグレーターにより構成される。インテグレータ１４の光の入射側にはシャッタ１８が設けられ、被照明面２０に対する照射のオンとオフを行っている。
【００１６】
インテグレータ１４を通過した光は補正光学系１５に入射する。そして、補正光学系１５を透過した照明光は平面鏡１６により反射され、コンデンサレンズ１７に入射して、その後被照明面２０に照射される。
【００１７】
補正光学系１５は被照明面における照度むらを解消するために設けられ、屈折光学素子１５ａと屈折光学素子１５ｂとで構成されている。屈折光学素子１５ｂには光軸方向に移動させることができる調整機構が更に設置されている。
【００１８】
屈折光学素子として、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ等を用いることができる。屈折光学素子１５ａ、１５ｂの組合せは、両方が同一の種類のレンズ又はそれぞれ異なるレンズでもよい。
【００１９】
図面には屈折光学素子１５ｂを移動する調整機構を図示していないが、屈折光学素子を支持する支持部と光軸方向に移動させるリニアガイドとモータ等を備えている。また、屈折光学素子１５ａ、１５ｂがシリンドリカルレンズ又はトーリックレンズの場合、少なくともいずれか一方の屈折光学素子に、光軸中心に回転及び光軸に対して傾き調整できる調整機構を更に設置することができる。
【００２０】
シリンドリカルレンズの場合、照明面のＸ軸Ｙ軸方向を独立して分布補正が可能である。トーリックレンズの場合、照射面のＸ軸Ｙ軸の分布補正傾き量が異なる分布補正が可能である。
【００２１】
上記の実施の形態において、屈折光学素子１５ｂのみを移動させる構成としたが、屈折光学素子１５ａのみまたは屈折光学素子１５ａと１５ｂ両方に移動や傾きを調整する機構を設けてもよい。
【００２２】
次に、本願発明の照明光学系を用いた実施例を次に説明する。
【実施例】
【００２３】
実施例１として、図１の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれ球面レンズとした場合について説明する。図２（ａ）は、図1中の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれ球面レンズとした場合の照度むら補正前後の被照明面での照明エリア面積のシミュレーション結果を示し、（ｂ）は補正前後のデグリネーション角のシミュレーション結果を示し、（ｃ）は補正前後の照度比のシミュレーション結果を示す。
【００２４】
図２（ａ）は、照度むら補正前後の照明エリア面積のシミュレーション結果である。照度むら補正後の照明エリア面積は１４７．１５×１４７．１５ｍｍ２で補正前の１５０．００×１５０．００ｍｍ２と比べるとその変動は３.８％であり、照度むら補正の影響はほぼ皆無である。
【００２５】
図２（ｂ）は、照度むら補正前後のデグリネーション角のシミュレーション結果である。照度むら補正前のデグリネーション角は０．２２６度であり、補正後のデグリネーション角は０．２３０度である。従って、補正前後のデグリネーション角の変動率は１．７％であり、通常光学系の調整と比べると十分小さく、照度むらの補正の影響は殆どないといえる。
【００２６】
図２（ｃ）は、照度むら補正前後の照度比のシミュレーション結果である。照度むら補正のためにレンズ間距離を縮めた場合、照度比は９８．０％から９５．８％となり、その調整能力は２．２%である。この値は光源特性の個体差を十分補える範囲である。
【００２７】
以上図２（ａ）〜（ｃ）のシミュレーション結果に示したように、補正前後の結像性（照明エリア面積、デグリネーション角）がかなり保たれ、結像性への影響を最小限に抑えつつ補正能力も十分である。
【００２８】
次に、実施例２として、図１の屈折光学素子１５ａ、１５ｂをそれぞれシリンドリカルレンズとした場合について説明する。図３は、図1中の屈折光学素子１５a、１５bをそれぞれシリンドリカルレンズとした場合の被照明面での照度分布結果のシミュレーション結果である。この場合において、屈折光学素子１５ａ、１５ｂの少なくとも一方には更に光軸中心に回転及び光軸に対して傾き調整できる調整機構が更に設置されている。
【００２９】
図３に示すように、照度むら補正のためにシリンドリカルレンズ間距離を縮めた場合、照度比は基準値９６．２％から９４．２％となり、その調整能力は±２．０％である。この値は光源特性の個体差を十分補える範囲である。
【００３０】
以上、本発明を図面に示した実施形態を用いて説明したが、これらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならば、本発明の範囲および趣旨から逸脱しない範囲で多様な変更および変形が可能なことは理解できるであろう。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められず、特許請求の範囲に記載された技術的趣旨により定められねばならない。
【符号の説明】
【００３１】
1…照明光学系、１４…インテグレータ、１５…補正光学系、１５ａ、１５ｂ…屈折光学素子、１６…平面鏡、１７…コンデンサレンズ、被照射面…２０
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照射光がインテグレータ光学系を経てコンデンサレンズに入射して被照明面に導かれる照明光学系において、
２つ以上の屈折光学素子を有し、照度むらを補正する補正光学系が、前記インテグレータ光学系の出射側に近接して配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
前記屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸中心に回転可能又は光軸に対して傾き調整可能又はその両方であることを特徴とする請求項1又は請求項２記載の照明光学系。
【請求項４】
前記屈折光学素子は球面レンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照明光学系。
【請求項５】
前記屈折光学素子は非球面レンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照明光学系。
【請求項６】
前記屈折光学素子はシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照明光学系。
【請求項７】
前記屈折光学素子はトーリックレンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照明光学系。
【請求項１】
光源からの照射光がインテグレータ光学系を経てコンデンサレンズに入射して被照明面に導かれる照明光学系において、
２つ以上の屈折光学素子を有し、照度むらを補正する補正光学系が、前記インテグレータ光学系の出射側に近接して配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
前記屈折光学素子の少なくとも１つは、光軸中心に回転可能又は光軸に対して傾き調整可能又はその両方であることを特徴とする請求項1又は請求項２記載の照明光学系。
【請求項４】
前記屈折光学素子は球面レンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照明光学系。
【請求項５】
前記屈折光学素子は非球面レンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照明光学系。
【請求項６】
前記屈折光学素子はシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照明光学系。
【請求項７】
前記屈折光学素子はトーリックレンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照明光学系。
【図１】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１１０３４２（Ｐ２０１３−１１０３４２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５８８７（Ｐ２０１１−２５５８８７）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００１２８４９６）株式会社オーク製作所 (175)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００１２８４９６）株式会社オーク製作所 (175)
【Ｆターム（参考）】
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