CN101258447A - 曝光装置 - Google Patents

Abstract

本发明具有：台架13，其将滤色基板11装载在上表面13a上；掩模台架6，其配设在所述台架13的上方，而且能够平行于该台架13的上表面地保持长方形光掩模5；光源2，其向保持在所述掩模台架6的所述光掩模5照射曝光光；而且，将从所述光源2放射的曝光光通过所述光掩模5，照射到所述滤色基板11上，从而在规定位置形成规定曝光图案的曝光装置；并且，在所述光源2和掩模台架6之间的光路上配设有柱面透镜14，该柱面透镜14根据长方形光掩模5的形状，整形所述光源2放射的曝光光的光束的截面形状。由此，提高照射到长方形光掩模的曝光光的利用效率。

Description

曝光装置

技术领域

本发明涉及一种通过光掩模对被曝光体照射曝光光，从而形成曝光图案的曝光装置。更具体来说，涉及一种提高对长方形光掩模照射曝光光的利用效率的曝光装置。

背景技术

如图7所示，在现有曝光装置中，曝光光学系统具有：光源2，其由用于紫外线照射的例如超高压汞灯构成；凹面镜3，其对光源2的照射光进行聚光；圆柱状光学积分器(optical integrator)4，其配置在凹面镜3的焦点附近，用于使光线L在曝光面上的亮度分布均匀；曲面反射镜7，其配置在光学积分器4和保持光掩模5的掩模台架(mask stage)6之间，而且将入射的曝光光变成平行光束导向曝光面；一组平面反射镜8、8，其转换光路；而且，光源2所照射的光线L在曲面反射镜7成为相互平行的光束，即曝光光，该曝光光垂直照射于保持在掩模台架6上的光掩模5(例如，参照专利文献1)。此外，在该图中，附图标记9表示将被曝光体装载在上表面的工作台，附图标记10表示例如由滤色基板构成的被曝光体，附图标记11表示控制曝光光的光路的打开关闭的曝光控制用快门。

专利文献1：JP特开2004-347883号公报(图7)

发明内容

然而，在这种现有曝光装置中，由于从曲面反射镜7射出的光束12的截面形状如图8所示为圆形，所以例如在光掩模5形成为长方形情况下，如该图标注斜线所示的部分的光线L对曝光不起作用被白白浪费，而且照射到长方形光掩模5的曝光光的利用效率低。因此，存在如下问题，即照射被曝光体的曝光光的能量密度小，曝光处理时间长，生产节拍(Tact)慢。

因此，本发明的目的在于提供一种曝光装置，该曝光装置解决这种问题，并用于提高照射长方形光掩模的曝光光的利用效率。

用于解决问题的方法

为了解决上述问题，本发明的曝光装置具有：台架，其在上表面装载被曝光体，掩模台架，其配设在所述台架的上方，而且可与该台架的上表面平行地保持长方形光掩模；光源，其对保持在所述掩模台架上的光掩模放射曝光光；而且，将所述光源放射的曝光光通过所述光掩模照射到所述被曝光体上，从而在规定位置形成规定的曝光图案；其特征在于，在所述光源和掩模台架之间的光路上配设有光束截面形状整形装置，所述光束截面形状整形装置把从所述光源放射的曝光光的光束的截面形状，整形成与所述长方形光掩模的形状一致。

根据这种结构，从光源放射曝光光，用光束截面形状整形装置把从光源放射的曝光光的光束的截面形状整形成与长方形光掩模的形状一致，对保持在掩模台架的光掩模照射该已整形的曝光光，进一步地，将所述曝光光通过所述光掩模照射到装载在台架的上表面的所述被曝光体上，从而在规定位置形成规定的曝光图案。

而且，所述光束截面形状整形装置为柱面透镜，所述柱面透镜对平行光线的入射，仅在正交的两个轴中的一个轴方向起折射作用，并在焦点位置形成线状的射束。这样，用柱面透镜整形光束的截面形状，所述柱面透镜对平行光线的入射，仅在一个轴方向起折射作用，并在焦点位置形成线状的射束。

进一步地，所述光束截面形状整形装置为复眼透镜，所述复眼透镜对平行光线的入射，仅在正交的两个轴中的一个轴方向起折射作用，在焦点位置形成线状的多条射束。这样，用复眼透镜整形光束的截面形状，所述复眼透镜对平行光线的入射，仅在一个轴方向起折射作用，并在焦点位置形成多条射束。

而且，在所述光源和光束截面形状整形装置之间的光路上配设有万花筒，所述万花筒使对所述光掩模照射的曝光光的亮度分布均匀。这样，用配设在光源和光束截面形状整形装置之间光路上的万花筒，使对光掩模照射的曝光光的亮度分布均匀。

而且，在所述光束截面形状整形装置和掩模台架之间的光路上配设有聚光透镜，所述聚光透镜把入射的曝光光作为平行光射出。这样，用配设在光束截面形状整形装置和掩模台架之间光路上的聚光透镜，使入射的曝光光作为平行光射出。

进一步地，当将曝光光照射到装载在所述台架上面的被曝光体进行曝光时，所述台架以平行于所述长方形光掩模的面的方式，沿着与其长度方向正交的方向，输送所述被曝光体。由此，在台架上，当将曝光光照射到装载在其上表面的被曝光体进行曝光时，以平行于长方形光掩模的面的方式，沿着与其长度方向正交的方向，输送被曝光体。

而且，所述长方形光掩模将多个掩模图案沿其长度方向排成一列配置。由此，用长方形光掩模形成规定曝光图案，所述光掩模是将多个掩模图案沿长度方向排成一列配置。

发明效果

根据第一技术方案的发明，能够将曝光光汇聚到长方形光掩模上，因此能够提高向长方形光掩模照射曝光光的利用效率。从而，能够增加照射被曝光体的曝光光的能量密度。这样，能够减少被曝光体的曝光处理时间，加快生产节拍。

而且，根据第二技术方案的发明，将曝光光的光束的截面形状向正交的两个轴中的一个轴方向汇聚，从而能够易于整形成扁平形状。

进一步地，根据第三技术方案的发明，将曝光光的光束的截面形状向正交的两个轴中的一个轴方向汇聚，从而能够易于整形成扁平形状。而且，能够实现曝光光均匀照射光掩模。

而且，根据第四技术方案的发明，曝光光能够均匀照射光掩模。从而，能够均匀曝光被曝光体。

而且，根据第五技术方案的发明，尤其能够使沿光掩模长轴方向的光线变成相互平行。从而，能够提高沿长方形光掩模长度方向所形成的曝光图案的分辨率。

进一步地，根据第六技术方案的发明，能够输送被曝光体的同时形成曝光图案。从而，能够进一步缩短曝光处理时间。

而且，根据第七技术方案的发明，能够沿着长方形光掩模的长度方向形成多个曝光图案。

附图说明

图1是表示本发明的曝光装置的第一实施方式的主视图。

图2是表示图1的重要部的侧视图。

图3是表示用于上述曝光装置的滤色基板的俯视图。

图4是表示在上述曝光装置中，光束截面为椭圆形的曝光光对长方形光掩模的照射状态的说明图。

图5是表示本发明的曝光装置的第二实施方式的主视图。

图6是表示用于上述第二实施方式的复眼透镜的一个结构例子的图，(a)为主视图，(b)为右侧视图，(c)为俯视图。

图7是表示现有曝光装置的主视图。

图8是表示在现有曝光装置中，对于长方形光掩模的光束截面为圆形的曝光光的照射状态的说明图。

附图标记说明：

2光源

5光掩模

6掩模台架(mask stage)

10滤色基板(被曝光体)

12光束

13台架

13a台架的上表面

14柱面透镜

15万花筒(kaleidoscope)

16聚光(condenser)透镜(聚光用透镜)

19掩模图案

23曝光图案

24复眼透镜(fly eye lens)(光束截面形状成形方法)

具体实施方式

下面，根据附图详细说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的曝光装置的第一实施方式的主视图，图2是表示图1的重要部的侧视图。该曝光装置经由光掩模对被曝光体照射曝光光从而形成曝光图案，并且该曝光装置由台架13、掩模台架6、光源2、柱面透镜14、万花筒15以及聚光透镜16构成。此外，在此，对接近曝光装置的情况进行说明，该接近曝光装置使曝光装置接近于光掩模和被曝光体并进行曝光，而且对被曝光体为滤色基板的情况进行说明。

上述台架13是在上表面13a上装载涂敷有规定的彩色抗蚀剂的滤色基板10的部件，当对装载在上表面13a的上述滤色基板10照射曝光光进行曝光时，由输送装置27进行驱动，并以与后述的长方形光掩模5的面平行的方式向与其长度方向正交的方向(图1所示的箭头A方向)，以一定速度输送上述滤色基板10。

此外，如图3所示，将黑色矩阵18形成在上述滤色基板10上，其中该黑色矩阵18在曝光区域28中对应单位面积而设置有多个像素17。而且，在上述多个像素17中，事先将图3左端部的像素17a的左上端角部设定为基准位置S1，该基准位置S1用于与后述的光掩模5的基准位置S2(参照图4)进行对位。

在上述台架13的上方，以接近的方式配置掩模台架6。该掩模台架6是能够平行于上述台架13的上表面13a地保持长方形光掩模5的构件，而且其能够在平行于台架13的上表面13a的面内，沿着与箭头A方向正交的方向移动，还能够以上述光掩模5的面的中心轴作为中心旋转(θ)(参照图4)。

在此，如图4所示地，上述长方形光掩模5是沿着其长度方向将多个掩模图案19排成一列而配置的，其中该多个掩模图案19为沿着箭头A所示的输送方向长的矩形形状，如图2所示地，对例如Cr的不透明膜21进行蚀刻而形成上述长方形光掩模5，其中该不透明膜21覆盖在透明的玻璃基板20上，并将形成该不透明膜21的面朝向下，而且上述长方形光掩模5由上述掩模台架6保持。而且，例如在上述多个掩模图案19中，事先将图4所示的左端部的掩模图案19a的左边部设定为基准位置S2，该基准位置S2用于与上述滤色基板10的基准位置S1进行对位。

设置有光源2，该光源2可对保持在上述掩模台架6的光掩模5照射曝光光。该光源2为放射紫外线的部件，例如为超高压汞灯、氙灯、发射紫外线的激光器等。而且，在被凹面镜3反射的曝光光的放射方向前方，配置凸透镜22，从而能够聚光曝光光。

在上述光源2和掩模台架6之间的光路上，配设有柱面透镜14。该柱面透镜14对平行光线的入射，仅在正交的两个轴当中的一个轴方向起折射作用，并在焦点位置形成线状射束，而且具有利用与其中心轴平行的面分割圆柱的形状，而且还根据长方形光掩模5的形状整形光源2放射的曝光光的光束12的横截面(下面，仅记载为“截面”)形状，例如，如图4所示，该柱面透镜14为从圆形(如该图用虚线所示)整形成椭圆形(如该图实线所示)的光束截面形状整形装置。而且，如该图所示，以整形了的截面为椭圆形的光束12的长轴大致与上述长方形光掩模5的长度方向的中心轴吻合的方式，大致与光掩模5的上述中心轴吻合地配置其圆柱的中心轴。

在上述光源2和柱面透镜14之间的光路上，配设有万花筒15。该万花筒15使照射到光掩模5的曝光光的亮度分布均匀，并且以规定长度形成，而且将与其中心轴平行的侧面形成为多面且将它们分别作为反射面。而且，使该光源2侧的端部15a大致与上述凸透镜22的焦点一致，并使柱面透镜14侧的端部15b大致与后述的聚光透镜16的焦点一致。

在上述柱面透镜14和掩模台架6之间的光路上配设有聚光透镜16。该聚光透镜16为将入射到此的曝光光的光线L变成相互平行的平行光射出的聚光透镜。因而，从聚光透镜16射出的曝光光垂直照射光掩模5。而且，上述曝光光沿垂直方向通过上述光掩模5并垂直曝光滤色基板10上的彩色抗蚀剂。从而，形成在滤色基板10上的曝光图案23(参照图3)的分辨率提高，从而清晰地形成曝光图案23。

接着，对这种结构的曝光装置的动作进行说明。

首先，在将涂敷有彩色抗蚀剂的滤色基板10装载在台架13上的状态下，通过输送装置27，以一定速度移动台架13，从而沿着图1中箭头A所示的方向输送上述滤色基板10。

此时，根据省略图示的拍摄相机所拍摄的滤色基板10的黑色矩阵18的像素17的像，控制掩模台架6，并且在平行于上述台架13的上表面的面内，沿着与图1所示的箭头A方向正交的方向移动掩模台架6，而且以上述光掩模5的面的中心轴为中心旋转(θ)，从而相对事先设定在滤色基板10的基准位置S1(参照图3)，定位保持在掩模台架6上的光掩模5的基准位置S2(参照图4)。

同时，点亮光源2，从光源2放射曝光光，利用该曝光光照射保持在掩模台架6的光掩模5。然后，将形成在光掩模5上的掩模图案19复制到滤色基板10上，该滤色基板10是由输送装置27沿着图1所示的箭头A方向输送的。因而，如图3所示，在滤色基板10上的黑色矩阵18的规定像素17上，形成条纹状曝光图案23。

在这种情况下，从光源2放射的曝光光被凹面镜3反射到前方，并在设置于光源2前方的凸透镜22，聚光到其焦点。已聚光的曝光光入射到万花筒15在光源2侧的端部15a。然后，在与该万花筒15的长度方向的中心轴平行的侧面15c，进行多重反射而被混合，并从柱面透镜14侧的端部15b射出。

从万花筒15射出的曝光光入射到聚光透镜14。此时，在从万花筒15射出的曝光光中，如图1所示，在柱面透镜14的面14a内，沿着与其圆柱的中心轴正交的方向(该图中左右方向)放射的光线L，以汇聚的方式向内侧折射而射出上述柱面透镜14。

另一方面，在从万花筒15射出的曝光光中，如图2所示，在柱面透镜14的面14a内，沿着其圆柱的中心轴方向(该图中左右方向)放射的光线L，不改变放射角度从柱面透镜14射出。从而，如图4的虚线所示地，从万花筒15射出的截面为多边形(图中，用圆形表示)的光束12的曝光光如图中实线所示地，被柱面透镜14整形为如下形状的光束12，即，将与其圆柱的中心轴平行的轴设定为长轴，并将与该中心轴正交的轴设定为短轴的扁平形状(图中用椭圆表示)。

这样，光束12的截面形状例如从圆形整形为椭圆形的曝光光入射到聚光透镜16。在这种情况下，沿着截面为椭圆形的长轴方向的光线L，即沿着柱面透镜14的圆柱中心轴方向放射的光线L，如图2所示，通过聚光透镜16成为与其光轴平行的平行光射出。另一方面，沿着截面为椭圆形的短轴方向的光线L，如图1所示，由聚光透镜16进一步汇聚，从而以集中到光轴侧的方式射出。

在此，将上述柱面透镜14以使圆柱中心轴大致与保持在掩模台架6的长方形光掩模5的长度方向的中心轴一致的方式配置，因此从万花筒16射出的截面为椭圆形的曝光光，如图4所示地以其长轴与长方形光掩模5的长度方向的中心轴一致的状态，照射光掩模5。在此情况下，光源2放射的曝光光汇聚到光掩模5上，因此照射光掩模5的曝光光的能量密度提高。然后，沿着截面为椭圆形的曝光光的长度方向的光线L，垂直通过上述光掩模5，并垂直曝光滤色基板10上的彩色抗蚀剂。从而，在形成在滤色基板10上的曝光图案23中，沿着长方形光掩模5的长度方向的分辨率提高，且与图3所示箭头A正交的方向的曝光图案23的边缘部23a、23b变得清晰。

另一方面，沿着截面为椭圆形的曝光光的短轴方向的光线L，倾斜地通过上述光掩模5在光掩模5的下侧绕进，并以倾斜方向曝光滤色基板10上的彩色抗蚀剂。从而，在形成在滤色基板10上的曝光图案23中，与长方形光掩模5的长度方向正交的方向的分辨率降低，且图3所示箭头A方向的曝光图案23的边缘部23c、23d变得模糊。但是，在此情况下，上述曝光图案23如图3所示地具有向箭头A方向延伸的条纹状，曝光图案23的箭头A方向的边缘部23c、23d的模糊一点也不会给相邻不同颜色的滤色片带来影响。从而，可以容许上述曝光图案23的箭头A方向的边缘部23c、23d的模糊。

此外，在如上说明中，对从万花筒15放射的曝光光的光束截面形状为圆形的情况进行了叙述，但不仅限于此，也可以将万花筒15的截面形状形成为方形，使得放射的曝光光的光束截面形状成为大致方形。而且，也可以替换万花筒15而使用光纤。

图5是表示本发明的曝光装置的第二实施方式的主视图。该曝光装置在光源2和掩模台架6之间的光路上，配设有作为光束截面形状整形装置的复眼透镜24，该复眼透镜24对平行光线的入射，仅在正交的两个轴中的一个轴方向起到折射作用，并在焦点位置形成线状的多条射束，并且该复眼透镜24与聚光透镜16互相作用，其中该聚光透镜16配设在该复眼透镜24和掩模台架6之间的光路上，将曝光光汇聚到长方形光掩模5上的同时使亮度分布均匀。从而，在第二实施方式中，能够省略第一实施方式所具有的复眼透镜15。

上述复眼透镜24的具体的结构例如下述一样，即，如图6(a)所示，在聚光透镜16侧的端面24b形成了第一柱面透镜阵列25，所述第一柱面透镜阵列25将微小的凸面状的柱面透镜25a，如图6(c)中用虚线所示地，以使其圆柱的中心轴设定成与XY平面的Y轴平行，并沿着X轴方向例如排列四个而配置，如图6(b)所示，在光源2侧的端面24a形成第二柱面透镜阵列26，所述第二柱面透镜阵列26将微小的凹面状的柱面透镜26a，如图6(c)中用实线所示地，以使其圆柱的中心轴设定成与X轴平行的方式，沿着Y轴方向例如排列四个而配置。

接着，对沿着X轴及Y轴方向的光线的传播方向进行说明。在入射到复眼透镜24的光源2侧的端面24a的、曝光光的光线L中，向图6(c)所示X轴方向放射并入射到第二柱面透镜阵列26的光线L，在上述第二柱面透镜阵列26不发生折射(实际上，以稍向外侧扩散的方式进行折射)，并入射到形成在聚光透镜16侧的端面24b的第一柱面透镜阵列25。而且，此光线L，以通过上述第一柱面透镜阵列25汇聚的方式向内侧折射，并从聚光透镜16侧的端面24b经过复眼透镜24而射出。

另一方面，在入射到复眼透镜24的光源2侧的端面24a的、曝光光的光线L中，从图6(c)所示的Y轴方向放射并入射到第二柱面透镜阵列26的光线L，以在上述第二柱面透镜阵列26扩散更大的方式折射，再向外侧扩散，并入射到形成在聚光透镜16侧的端面24b的第一柱面透镜阵列25。而且，该光线L在上述第一柱面透镜阵列25不发生折射(实际上，以稍向内侧扩散的方式折射)，从聚光透镜16侧的端面24b射出复眼透镜24。从而，从上述复眼透镜24射出的曝光光的光束的截面形状设定成扁平形状，即，将图(c)所示的Y轴方向作为长轴，并将X轴方向作为短轴的扁平形状。而且，从上述第一柱面透镜阵列25的每个微小的柱面透镜25a射出的曝光光，在光掩模5上相互重叠而照射到光掩模5，从而使光掩模5上的曝光光的亮度分布均匀。

此外，在上述实施方式中，对接近曝光装置的情况进行了说明，其中该接近曝光装置是曝光装置使光掩模5和被曝光体接近并进行曝光的装置，但本发明不局限于此，也能够应用到使用长方形光掩模5的任何的曝光装置。而且，在上述说明中，对被曝光体为滤色基板10的情况进行了叙述，但是只要形成了条纹状的曝光图案23，则任意一个基板都可以。

Claims (7)

1.一种曝光装置，具有：

台架，其在上表面装载被曝光体，

掩模台架，其配设在所述台架的上方，而且可与该台架的上表面平行地保持长方形光掩模，

光源，其对保持在所述掩模台架上的光掩模放射曝光光；

而且，将所述光源放射的曝光光通过所述光掩模照射到所述被曝光体上，从而在规定位置形成规定的曝光图案；其特征在于，

在所述光源和掩模台架之间的光路上配设有光束截面形状整形装置，所述光束截面形状整形装置把从所述光源放射的曝光光的光束的截面形状，整形成与所述长方形光掩模的形状一致。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述光束截面形状整形装置为柱面透镜，所述柱面透镜对平行光线的入射，仅在正交的两个轴中的一个轴方向起折射作用，在焦点位置形成线状射束。

3.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述光束截面形状整形装置为复眼透镜，所述复眼透镜对平行光线的入射，仅在正交的两个轴中的一个轴方向起折射作用，在焦点位置形成线状的多条射束。

4.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，在所述光源和光束截面形状整形装置之间的光路上配设有万花筒，所述万花筒使对所述光掩模照射的曝光光的亮度分布均匀。

5.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，在所述光束截面形状整形装置和掩模台架之间的光路上配设有聚光透镜，所述聚光透镜把入射的曝光光作为平行光射出。

6.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，当将曝光光照射到装载在所述台架上面的被曝光体进行曝光时，所述台架以平行于所述长方形光掩模的面的方式，沿着与其长度方向正交的方向，输送所述被曝光体。

7.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述长方形光掩模将多个掩模图案沿其长度方向排成一列配置。

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