CN101154054B - 基板曝光装置及照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使在使二维光空间调制器的光调制面的横Hx和纵Hy(其中，纵向为曝光基板的移动方向)之比Hx/Hy为例如1.5以上的情况下也可进行品质优良的曝光且可提高作业速度的照明装置及曝光装置。使将来自积分器(13)的出射光导向二维光空间调制器(21)的第二光学系统(15)的x方向的焦距(fx)与y方向的焦距(fy)为不同的值，例如，使fx/fy为1.6。这样，使棒透镜131的横纵比dx∶dy为接近1的1.6∶1，使积分器(13)的数量横纵相同，且可使Hx/Hy的值为2.5。此外，在实用上，可使二维光空间调制器的照射区域的横纵比Hx/Hy的值为3.5以上。

Description

基板曝光装置及照明装置

技术领域

本发明涉及基板曝光装置及照明装置。

背景技术

为在印刷基板、液晶显示器的TFT基板或滤色器基板或等离子显示器的基板上曝光，以往，制作成为图案原版的掩模，并用使用该掩模原版的掩模曝光装置来将基板曝光。但是，在为每个基板制作掩模时，存在成为制品化所需的时间变长等问题。为解决该问题，近年来，使用可将液晶显示器和DMD(数字反射镜器件)等的光调制为二维状的二维光空间调制器而在基板上直接描画(曝光)期望图案的曝光装置(Direct Exposure Machine，以下称为“DE”)在开始普及(专利文献1“特开2004-039871号公报”)。在专利文献1中公开的曝光装置中，通过使从多个光源分别输出的光成为截面为圆形的光并入射到由多个棒透镜构成的积分器中，并在将从积分器出射的光照射到作为二维光空间调制器的DMD上的状态下调制DMD的同时使基板向一个方向移动，而在基板上曝光期望的图案。

图11是二维光空间调制器的俯视图。

在DMD中，将正方形的显示像素(微型反射镜，以下称为“反射镜”)在横向(x方向)排列Nx个，在纵向(y方向)排列Ny个。再有，Nx与Ny的比例通常为Nx∶Ny＝4∶3的程度。

以往，在光调制面(忽略相邻反射镜的间距，并使反射镜的单位长度为1的Nx×Ny的区域。以下，将光调制面也称为DMD)的整个区域上预先照射光，并根据将进行描画的图案来使反射镜动作(开关)。

近年来，从DMD的特性可知，在使供给的光的能量相同的情况下，与照射作为Nx∶Ny＝4∶3的DMD的整个区域相比，使照射区域成为将基板移动的方向作为短边的长方形(Hx×Hy)，且使Hx/Hy的值越大，则可使曝光速度越快。即，即使反射镜是Nx×Ny配置的DMD，则仅使图示的Hx×Hy区域的反射镜动作也可使曝光速度加快。再有，在采用Nx×Ny的DMD的情况下，由于是Hx＝Nx，所以在下面取代Nx而称为Hx。再有，为使向DMD照射的光的强度均匀，有时需要在积分器的一个边上配置至少5个(理想的是7个)棒透镜。

在使照射区域为Hx×Hy的情况下，例如，使棒透镜的纵横比为与照射区域相似的Hx/Hy且以积分器的截面成为与照射区域相似形状的方式预先捆扎棒透镜(即，x、y方向上捆扎相同数量)。在使入射到该积分器的光的截面大体为圆形，并将从各棒透镜出射的光由转动对称的聚光透镜会聚到DMD上时，虽然可均匀地照射区域Hx×Hy，但将需要很多棒透镜。

而且，由于照射到照射区域Hx×Hy上的光的发散角大不相同，所以，例如，即使是相同宽度的线，x方向的线和y方向的线中线宽度也不同，而不能品质优良地曝光。再有，现有的情况下，虽然可通过使入射到积分器的光为椭圆形状而使发散角为大体相同的值来应对，但几乎已是可调整范围的极限。

发明内容

本发明的目的是提供即使在使二维光空间调制器的光调制面的横Hx和纵Hy(其中，纵向为曝光基板的移动方向)的比Hx/Hy为例如1.5以上的情况下也可进行品质优良的曝光且可提高作业速度的照明装置及曝光装置。

为解决上述问题，本发明的第一措施是一种基板曝光装置，包括：曝光光源、将从该曝光光源出射的光形成为指向性高的光束的光束形成构件、将上述指向性高的光束导向积分器的第一光学系统、积分器、将该积分器出射光照射到二维光空间调制器的第二光学系统、二维光空间调制器、将经该二维光空间调制器反射或透射的光由投影光学系统投影曝光在曝光基板上的投影光学系统和装载曝光基板并在至少一个方向上扫描的台部，其特征在于，上述第二光学系统是与光轴正交的xy两个方向的焦距不同的光学系统。

此外，本发明的第二措施是一种照明装置，包括：光源、将从该光源出射的光形成为指向性高的光束的光束形成构件、将上述指向性高的光束导向积分器的第一光学系统、积分器和将该积分器出射光照射到被照射物上的第二光学系统，其特征在于，上述第二光学系统是与光轴正交的xy两个方向的焦距不同的光学系统。

根据本发明，即使是使二维光空间调制器的光调制面的横Hx和纵Hy(但是，纵向为曝光基板的移动方向)的比Hx/Hy为例如1.5以上的情况下，也可进行品质优良的曝光，且可提高作业速度。

附图说明

图1是根据本发明的曝光装置的构成图。

图2是根据本发明的光源部的立体图。

图3是积分器的入射面的俯视图。

图4是表示根据本发明的第二光学系统的前侧焦点和后侧焦点之间关系的图。

图5是投影系统的中心轴O方向的构成图。

图6是微型透镜阵列的构成图。

图7是针孔阵列的构成图。

图8是表示微型透镜阵列和针孔阵列之间关系的图。

图9是表示入射到微型透镜的光和针孔之间关系的图。

图10是表示在曝光基板上形成的针孔阵列的像的图。

图11是二维光空间调制器的俯视图。

图中：

2-二维光空间调制器，3-投影系统，4-台部，5-曝光基板，7-针孔阵列像，11-光束形成构件，12-光学系统，13-积分器，15-第二光学系统，16-反射镜，21-二维光空间调制器，21B-光调制面，13A-出射面，31-第一投影成像透镜，32-第二投影成像透镜，33-微型透镜单元，71-针孔像，100-光源部，111-半导体激光器阵列，112、113-圆柱体透镜阵列，131-棒透镜，151、156-球面透镜，152～155、1121、1131-圆柱体透镜，331-微型透镜阵列，332-针孔阵列，333-隔板，1111-半导体激光器，3311-微型透镜，3321-针孔，fx-第二光学系统15的x方向的焦距，fy-第二光学系统15的y方向的焦距，Hx-二维光空间调制器的照射区域的x方向的宽度，Hy-二维光空间调制器的照射区域的y方向的宽度。

具体实施方式

图1是根据本发明的曝光装置的构成图。

首先，说明整体构成。

从光源部100输出主光线与中心轴O平行的N条激光。这里，在将光源100假设为一个光源时，使从光源100输出的光的中心轴为中心轴O。在中心轴O上，配置了光学系统12、积分器13、第二光学系统15、反射镜16、二维光空间调制器2及投影系统3。在投影系统3的出射一侧，配置了在台部4上装载的曝光基板5。

其次，对各部依次进行说明。

首先，对光源部100进行说明。

图2是光源部100的立体图。光源部100由半导体激光器阵列111和光束形成构件11构成。在半导体激光器阵列111中，在x y方向上等间隔地排列了多个波长407nm(或者375nm)的半导体激光器(以下称为“LD”)1111。LD出射光的发散角在图2中的垂直方向为22°且在水平方向为8°。光束形成构件11由圆柱体透镜阵列112和圆柱体透镜阵列113构成。圆柱体透镜阵列112是将圆柱体透镜1121在垂直方向上排列的透镜阵列。圆柱体透镜1121其焦距短(7mm)，并使22°发散角的光束成为与垂直方向大体平行的光束。此外，圆柱体透镜阵列113是将圆柱体透镜1131在水平方向上排列的透镜阵列。圆柱体透镜1131其焦距长(23mm)，并使8°发散角的光束成为与水平方向大体平行的光束。由于是以上构成，所以从很多LD1111出射的激光形成为主光线大体互相平行的平行光束(即，指向性高)。

光学系统12由例如聚光透镜构成，且使从光束形成构件11输出的N条激光的主光线在积分器13的入射面的中心，且从各LD输出的光束分别成为积分器13的外形(例如，与积分器13外接的直径的光束)。

其次，对积分器13进行说明。

图3是积分器13的入射面的俯视图。

积分器13在x方向上排列J个棒透镜131，并在y方向上排列K个棒透镜131。各棒透镜131的x方向的尺寸为dx，y方向的尺寸为dy。因此，积分器的x及y方向的外形尺寸Dx及Dy分别为Jdx及Kdy。

在将棒透镜131的长度设为L、将折射率设为n时，棒透镜131的入射及出射侧的曲率R是(n-1)L/n。经过由此类棒透镜131构成的积分器13的出射面13A而出射的光无论从哪个棒透镜131输出的光其主光线均与中心轴O平行。从棒透镜131输出的光的xy方向的扩展角度(发散角)θx、θy由式1、2表示。

θx＝ndx/2L       式1

θy＝ndx/2L       式1

如式1、2所示，棒透镜131出射光的xy方向的发散角与棒透镜131的入出射端面的横向和纵向的长度成比例。

其次，对第二光学系统15进行说明。

如图1所示，第二光学系统15由球面透镜151、156和圆柱体透镜152～155构成。而且，通过球面透镜151和在x方向上具有焦度的圆柱体透镜153及球面透镜156，而使x方向的焦距为fx。此外，通过球面透镜151和在y方向上具有焦度的圆柱体透镜152、154、155及球面透镜156，而使y方向的焦距为fy。

图4是表示根据本发明的第二光学系统15的前侧焦点和后侧焦点的关系的图，(a)、(b)分别表示x方向、y方向。

如图(a)所示，积分器13的出射面13A配置在x方向的前侧焦点处，二维光空间调制器2的光调制面21B配置在后侧焦点处。此外，如图(b)所示，积分器13的出射面13A配置在y方向的前侧焦点处，二维光空间调制器2的光调制面21B配置在后侧焦点处。再有，图中的Pf是前侧主点的位置，Pb是后侧主点的位置。此外，WD是从第二光学系统15到二维光空间调制器2的距离WD。如同一图所示，焦距fx比焦距fy长。

在使从构成积分器13的各棒透镜131出射的光的x方向的发散角为θx，并使y方向的发散角为θy时，在二维光空间调制器2的光调制面21B上照射的照明光的展宽Wx及Wy由式3、4得到。

Wx＝fx·θx＝fx·ndx/2L    (式3)

Wy＝fy·θy＝fy·ndy/2L    (式4)

通过使该照明区域Wx×Wy尽可能接近二维光空间调制器的显示区域Hx×Hy而可增大光的利用效率。

其次，对投影系统3进行说明。

图5是投影系统3的中心轴O方向的构成图。此外，图6是微型透镜阵列的构成图，图7是针孔阵列的构成图，且(a)、(b)分别是侧视图、俯视图。另外，图8是表示微型透镜阵列331和针孔阵列332的关系的图。

该实施方式的投影成像透镜3的构成包括配置在光轴方向上的第一投影成像透镜31、微型透镜单元33、以及第二投影成像透镜32。微型透镜单元33的构成包括隔着隔板333而相对配置的微型透镜阵列331、以及形成了开口直径为w的针孔3321的针孔阵列332。

由二维光空间调制器2的光调制面21B调制的光(各显示像素)通过第一投影成像透镜31而在微型透镜阵列331上的各微型透镜3311上成像，并向针孔3321会聚。再有，通过各微型透镜3311的焦距为300μm，而使针孔3321在该焦点位置处开口。通过各微型透镜3311和针孔3321的光利用第二投影成像透镜32而在装载于台部4上的曝光基板5的曝光层上成像以作为针孔的像。

其次，说明使xy方向的照明指向性NAσx及NAσy大体相等的必要性。

图9是表示入射到微型透镜3311的光和针孔3321的关系的图。再有，图中，Lc是主光线的中心轴，Ld是最外周的入射光的中心轴。

如上所述，经积分器13出射的照明光以xy方向的指向性NAσx及NAσy来照明二维光空间调制器。现在，在将第一投影成像透镜31的成像倍率设为M1时，对于入射到图9所示的微型透镜3311中的主光线Lc，入射到微型透镜中的光线的最外周的光线Ld从主光线倾斜Δθ，Δθ的xy方向的值Δθx、Δθy由式5、6得到。

Δθx＝NAσx/M1        (式5)

Δθy＝NAσy/M1        (式6)

该最外周的光线束在通过微型透镜3311后在从针孔3321的中心远离Δw的位置处会聚。现在，在将Δw的x成分设为Δwx、将Δw的y成分设为Δwy时，对于微型透镜的焦距fML，Δwx、Δwy由式7、8表示。

Δwx＝fMLΔθx＝fMLNAσx/M1    (式7)

Δwy＝fMLΔθy＝fMLNAσy/M1    (式8)

在该会聚位置偏离针孔的开口外时，由于偏离针孔的光无助于曝光，所以将降低光利用效率。由于针孔3321是圆形，所以为使作为最外周光束分量的Δθx、Δθy倾斜的光束进入针孔3321而使NAσx及NAσy相等是理想的。

经微型透镜阵列331及针孔阵列332透射的光在经第二投影成像透镜32透射后如图10所示那样在曝光基板5上产生针孔阵列332的像。针孔阵列像71的展宽(大小)相对于针孔阵列像7的间距通常为1/10～1/2。所以，在针孔阵列7的排列方向上扫描台部4时，产生不能曝光的部分。于是，通过在图10中箭头所示的方向上扫描台部4，而使扫描方向与针孔阵列像7的排列方向倾斜ΔΦ。这样，71A和71B的像将通过扫描而重叠(即，使基本上的相同位置重叠并曝光)。此外，在图示的情况下，为在71A和71B之间插入18间距量的行，而能以针孔阵列像的1间距量间隔Pi的1/18间距即Pi/18的分辨率曝光。这样，与原来的二维光空间调制器2的开口的像比较而形成了较小的针孔像，所以不仅分辨率提高，而且将能以该针孔间距的1/18的分辨率进行曝光。

再有，即使分辨率过小实际上也没有效果，如果过大则在图案倾斜时图案边缘变得参差不齐，且圆滑度消失。因此，使分辨率为针孔阵列像的1间距量间隔Pi的1/60～1/7(ΔΦ＝0.5°～8°)较理想。

其次，对积分器13、棒透镜131、照射区域Hx×Hy的关系进行说明。

如上所述，积分器的x、y方向的尺寸为Dx及Dy。此外，棒透镜131的x、y方向的尺寸是dx及dy，从棒透镜131输出的光的xy方向地扩展角度(发散角)为θx、θy。另外，第二光学系统的焦距是fx、fy，二维光空间调制器的光调制面的x、y方向的尺寸是Hx及Hy。

现在，在将照明二维光空间调制器的(经第二光学系统出射的)光的x、y方向的指向性设为NAσx及NAσy时，NAσx及NAσy由式9、10表示。

NAσx＝Dx/2fx          (式9)

NAσy＝Dx/2fy          (式10)

这里，为使x、y方向的指向性相同(NAσx＝NAσy)，有时需要根据式9、式10而满足式11。

Dx/Dy＝fx/Fy            (式11)

此外，在棒透镜131的发散角为θx、θy的情况下，向二维光空间调制器2的光调制面21B照射的照明光的展宽Wx及Wy由式12、13获得。

Wx＝fx·θx＝fx·ndx/2L    (式12)

Wy＝fy·θy＝fy·ndy/2L    (式13)

根据上式来确定Wx＝Hx、Wy＝Hy、Hx/Hy，

(1)在确定θx、θy时，可从式12、13确定fy、fx；

(2)在fy、fx确定时，可从式11确定Dx、Dy。

其次，作为具体例，例如，对成为Hx/Hy＝2.5的情况进行说明。

现在，在θx∶θy＝1.6∶1时，根据式12、13，有fx/fy＝1.6。在将fx/fy＝1.6带入到式11时，有Dx/Dy＝1.6。

由于是Dx/Dy＝θx∶θy＝1.6，所以只要是棒透镜131在x、y方向上重叠相同数量的积分器即可。

即，如果是fx∶fy＝1.6∶1的第二光学系统15，则即使是Dx∶Dy＝1.6∶1的积分器13，也可使二维光空间调制器的光调制面21B为2.5∶1。此外，可成为使一个棒透镜的dx∶dy为1.6∶1的接近1的形状。

换言之，通过使第二光学系统的xy方向的焦距为fx∶fy＝1.6∶1，即使棒透镜131的开口比Kr为1.6∶1，也能使光调制面21B的开口比Kh为2.5∶1。

再有，在实际的装置中，并不限于该值，可在各关系中设置±25％左右的范围。即，例如，可使NAσx/NAσy为0.75～1.25。这样，例如，确认到可使Hx/Hy为3.5以上。

如上所述，根据本发明，由于可将经光源出射的光效率良好地均匀地照射在开口比大的二维光空间调制器上，从而可加快曝光速度。

再有，虽然在上述实施例中使用半导体激光器(LD)来作为光源，但也可取代LD而使用半导体激光器以外的激光器、水银灯、相对提高指向性的发光二极管。

此外，第二光学系统的圆柱体透镜可仅使用一个在x方向或y方向上具有焦度的圆柱体透镜，也可使用在xy方向上具有不同的焦度的环形透镜。另外，在上述实施例中说明的照明装置并不限于无掩模曝光，在正方形之外的横向较长的照明区域同样效率良好地照明的情况下也广泛应用。例如，在以图案检测装置高速扫描台部的同时在与扫描方向成直角的方向上在大范围内检测的情况下也可应用。

Claims (8)

1.一种基板曝光装置，包括：曝光光源、将从该曝光光源出射的光形成为指向性高的光束的光束形成构件、将上述指向性高的光束导向积分器的第一光学系统、积分器、将该积分器出射光照射到二维光空间调制器的第二光学系统、二维光空间调制器、将经该二维光空间调制器反射或透射的光由投影光学系统在曝光基板上投影曝光的投影光学系统和装载曝光基板并在至少一个方向上扫描的台部，其特征在于，

上述第二光学系统是与光轴正交的x y两个方向的焦距不同的光学系统，并且在上述x y两个方向的焦距中，x方向的焦距fx比y方向的焦距fy长；以及

所述积分器包括在x y方向上排列的棒透镜，所述棒透镜在x方向的尺寸dx比y方向的尺寸dy长。

2.根据权利要求1所述的基板曝光装置，其特征在于，

上述fx：上述fy＝1.6∶1。

3.根据权利要求1所述的基板曝光装置，其特征在于，

经上述积分器出射并照明上述二维光空间调制器的照明光的x方向的指向性NAσx和y方向的NAσy是NAσx/NAσy＝0.75～1.25的关系。

4.根据权利要求3所述的基板曝光装置，其特征在于，

上述x方向的指向性NAσx和上述y方向的指向性NAσy相等。

5.一种照明装置，包括：光源、将从该光源出射的光形成为指向性高的光束的光束形成构件、将上述指向性高的光束导向积分器的第一光学系统、积分器和将该积分器出射光照射到被照射物上的第二光学系统，其特征在于，

上述第二光学系统是与光轴正交的x y两个方向的焦距不同的光学系统，并且在上述x y两个方向的焦距中，x方向的焦距fx比y方向的焦距fy长；以及

所述积分器包括在xy方向上排列的棒透镜，所述棒透镜在x方向的尺寸dx比y方向的尺寸dy长。

6.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于，

上述fx：上述fy＝1.6∶1。

7.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于，

经上述积分器出射并照明上述被照射物的照明光的x方向的指向性NAσx和y方向的NAσy是NAσx/NAσy＝0.75～1.25的关系。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，

上述x方向的指向性NAσx和上述y方向的指向性NAσy相等。

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