CN1456904A - 用于照射敏化基片的曝光装置 - Google Patents

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Abstract

一种曝光装置(10)，用于将高强度、均匀偏振的UV照射作用于敏化表面，如LCD对准层。远心投影系统(20)向表面(28)投影均匀光用于照射。一个或多个单独的光源(12)可以被组合以提供表面(28)上的区域所需的强度。具有合成结构(42)的积分器(40)允许合成来自多个光源(12)的光。在曝光照射路径上的可选数目的位置之一提供偏光镜(18)。

Description

用于照射敏化基片的曝光装置
发明领域
本发明总体上涉及用于将曝光能量作用到敏化基片上的装置，更具体地涉及用于用均匀极化的高强度UV光照射敏化基片的曝光装置。
背景技术
照射光敏基片的传统方法的范围从熟化(cufing)处理到微刻。近来，发现偏振紫外(UV)光照射对于在制作液晶显示器(LCD)中有效准备对准层有好处。该方法现在广泛用来替代传统磨擦法来处理对准层。例如：
美国专利No.6,307,609和No.6,061,138公开了一种偏振光曝光系统，利用类似百叶窗的装置来获得作用于表面的光照射的局部偏振和局部准直。
美国专利No.5,934,780公开了一种偏振光曝光设备，用于使用传统的布儒斯特角偏光镜的UV照射。
美国专利No.6,190,016公开了一种偏振光曝光设备，用于使用可能是布儒斯特角偏光镜或类似设备的小型偏振组件的UV照射。同样，EP 1 020 739和EP 1 172 684公开了使用可选的V形布儒斯特角装置的设备。
美国专利No.6,300,991公开了一种特殊类型的用于对准的光对准材料和照射方法。专利No.WO 00/46634公开了一种用于使用非偏振或循环偏振源，在倾斜方向作用的光对准的方法。
美国专利No.5,389,698公开了线性偏振UV光用于光聚合物的用途。
美国专利No.6,292,296公开了使用在布儒斯特角布置的石英片的大规模偏光镜，用于使用UV光照射的系统。
美国专利No.5,604,615和EP 0 684 500 A2公开了通过引导准直UV穿过光掩膜中的切口形成对准层。
美国专利No.6,295,110(Ohe等)公开了用偏振激光源照射LCD对准表面。
尽管以上所列专利披露了一些使用UV光对准的可行设备和技术，但还有改进的余地。与用于对准层准备的设备有关的问题包括：
(1)要求重要的光强度。这对于有效处理和速度很重要。高强度曝光能量可以通过多种方式获得，如通过使用多个光源。但是，多个光源必须以某种方式组合，使得也满足如下所述的均匀性要求。
(2)必须照射相对较大的区域。与一般一次仅照射不大于几个英寸的表面的微刻装置相反，用于对准层处理的装置必须照射相当大的表面区域，如边长30英寸或更大。因为曝光能量是强度和面积的要素，所以，增加面积也增强了强度要求。
(3)在整个表面上必须作用均匀曝光能量。该要求在表面面积增加时更难以满足。
(4)需要均匀的照射角度。当表面面积增加时这也难以满足。
此外，可以理解，理想的解决方案应当使成本最小化，并最小化对高度专用发光元件的需求。
偏振UV光提供优化的光源，用于对准层照射。为了准备对准层，通常分两个阶段进行处理。第一阶段，对准基片被暴露在第一角度的偏振UV光下一段时间。然后，在第二阶段，作用具有相对于第一角度旋转90度的偏振的UV光。
现有UV照射系统的公知缺陷涉及偏振方法。高热要求排除了使用通过吸收来工作的传统偏振元件。但是，传统UV照射装置的偏振解决方案不能提供低成本的均匀性。例如，美国专利No.6,292,296中公开的置于基片表面之上的偏光镜很大，且制造成本高。同样，美国专利No.5,934,780中公开的方法由于大布儒斯特片置于曝光束的路径上而不实用且昂贵，要求增加的费用和平行光学器件的复杂性，如所述专利所公开的。美国专利No.6,307,609中公开的布儒斯特片方法要在大表面面积上实现对准将很困难且很昂贵。在美国专利No.6,190,016中公开的使用布儒斯特片偏振的替换方法由于布儒斯特片置于积分器和快门之前，将不能提供所需的均匀性，因为在整个场中光线以不同角度入射到偏光镜。EP 1 020 739 A2和EP 1 172 684不提供在整个场上必须的均匀性。在某些方向，这些V形结构已知存在阴影。
UV照射的传统装置，特别是微刻，使用准直或基本准直光。例如，细线(fine-line)UV曝光系统，如Tamarack Scientific Co.，Inc.，Corona，CA制造的该种系统，使用准直反射镜将准直光引导到曝光表面。美国专利No.6,190,016、No.6,061,138、和No.5,934,780以及专利公开EP 1 020 739 A2和EP 1 172 684公开了在曝光束路径上使用准直光学的曝光装置。当使用传统布儒斯特片偏光镜时，准直光特别有利。但是，这样做增加了成本且不易实现，特别是对于大型照射，因为只有当使用很小的光源时，理想的准直才是可行的。此外，准直光对正确对准处理不是必要的。如上所述，其目的是提供具有足够强度的偏振UV照射，其中，光在敏化表面区域内是空间均匀的。准直不会校正它自身的空间不均匀。
因此，可以看出需要一种改善的装置和方法，用于将均匀、高强度的UV曝光能量作用于敏化表面，特别是对于大型表面。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置和方法，用于大型基片的均匀照射，其有助于LCD制造中对准层的准备。为此，本发明提供了一种装置，用于基片的均匀照射，包括：
(a)用于提供源照射的光源；
(b)均匀化组件，用于使源照射均匀化，以提供在区域内具有均匀能量的均匀曝光束；
(c)偏光镜，用于调节该均匀曝光束，以提供偏振均匀曝光束；
(d)远心投影系统，用于将偏振均匀曝光束投影到基片上。
本发明的一个特征是它提供一个投影系统，用于提供远心形式的高强度照射。
本发明的一个优点是它允许照射强度与待曝光的表面区域成适当比例。附加的强度可以通过增加光源数量来提供，而不需要增加装置的总体大小。
本发明的另一个优点是它允许灵活调节所述装置，使其适应待照射表面的大小和角方向。
通过阅读下面的详细说明并参考附图，本领域的技术人员将清楚理解本发明的其它目的、特征、和优点，其中示出并描述了本发明的一个说明性实施例。
附图简述
尽管从说明书可以推断出具体指出和明确要求保护的本发明主题的权利要求，但是相信当结合附图时，通过阅读下面的说明，可以更好地理解本发明，其中：
图1是本发明的曝光装置的框图；
图2是表示曝光装置的照射路径上的关键光学组件的框图；
图3a-3d用透视图示出一个、三个、和六个光源的集成组件的可选排列方式；
图4是表示用作均匀器的集成棒的可选实施例的框图；
图5是表示本发明的装置的可选实施例的框图，其中，在投影光学器件之前布置一个偏光镜；
图6是表示本发明的装置的可选实施例的框图，其中，在被照射表面的附近布置偏光镜；
图7是表示本发明的装置的可选实施例的框图，其中，在被照射表面的附近布置布儒斯特片偏光镜；
图8是表示本发明的投影装置如何允许入射角的角度调节的框图；
图9是表示投影光学器件的可选布置方式的框图，其中没有曲面镜；和
图10是表示用于通过利用源光的两个正交偏振组件增加亮度的光学组件的一种布置方式的框图。
发明详述
本发明特别指向构成根据本发明的装置的一部分或更直接地与根据本发明的装置协调的元件。应当理解，没有具体表示或描述的元件可以采取本领域的技术人员熟知的各种形式。
参考图1，示出在表面28照射敏化基片的曝光装置10。光源12提供源照射，其方向由在优选实施例中是二向色性的UV-B反光镜的镜面14导向积分器40。积分器40起均匀器的作用，使输入的光均匀化，以提供整个区域上的均匀强度。均匀化或一致化的光线被引导通过远心投影透镜20，该投影镜包括一组透镜21，在优选实施例中是三元件带保险的石英透镜，和反射镜26。在一个优选实施例中，反射镜26是球面弯曲的。从而，远心照射被引导到表面28处的敏化基片上。提供散热器22用于消散通过镜面14发出的热量。
表面28具有用于敏化基片曝光的限定区域。在优选实施例中，敏化表面被可控地以固定速度牵引通过表面28，例如，允许一整卷敏化介质以连续方式曝光。
在优选实施例中，其中曝光装置10在表面28提供高强度UV照射，光源12是高强度8kW的UV灯泡。其中，表面28的面积要求比单个灯泡能够提供的更高的强度，光源12可以包括一个或多个单独灯泡，如图2所示，其中光学合成器24用于合成从光源12a、12b和12c发出的照射能量。
光学合成器24可以是成像领域公知的二向色的合成器。但是，本发明提供了一个更加鲁棒的选择作为光学合成器24，如下所述。
积分器40的配置
在其最简单的配置中，积分器40是向投影透镜20提供均匀光的积分器棒，如图3a所示.但是，在有一个以上光源12的情况下，积分器40既可以执行均匀化，也可以执行合成功能，如图3b、3c和3d所示。参考图3b，示出一种配置，允许积分器40合成来自多达3个光源12的光。合成基片42起棱镜的作用，引导光进入光通道44a和44c。参考图3b的方向，光源12用积分器40的上部和下部提供。第三光源12引导光通过光通道44b进入积分器40。参考图4，光通道44a、44b和44c由均匀器元件48组合，该均匀器元件可以是积分器棒，也可以是其它类型的均匀化组件，如微透镜阵列。
参考图3c，示出一种装置，允许积分器40组合来自多达六个分立光源12的光。如在图3b中的装置一样，图3c的装置使用光通道46a、46b、46c、46d、46e和46f引导光进入积分器40的积分棒。提供合成结构42用于光通道46a、46b、46e和46f，如图所示。
参考图3d，示出一种可选布置方式，通过它，积分器40可以组合来自多达六个独立光源12的光。合成结构42允许光从左到右进入光通道44b和44c。光通道44a允许光源12直接位于投影透镜20背后。垂直光通道44d、44e和44f包括合成结构42，允许在投影透镜20的后部和侧面附加光源12。片41a和41b组合来自分别由44a、44b、44c和44d、44e、44f组成的每组光通道的光。片41a上的斜面43按照沿投影路径对准的需要改变光通道44d、44e、和44f的方向。
偏光镜18的配置的选项
由于用于照射应用的光能量的高强度，传统的薄片偏光镜不适合用作曝光装置10中的偏光镜18。传统的布儒斯特片器件具有良好的热特性，但由于大小、成本、以及性能特征等的原因，不是最佳选择。
在优选实施例中，偏光镜18是线栅偏光镜，如由Moxtek Inc.ofOrem，UT制造或在美国专利No.6,122,103中描述的器件。线栅偏光镜表现出高消光比和高效率。这些器件具有良好的热性能并不表现作为以玻璃为基础的偏光器件特征的热应力双折射。线栅偏光镜已经示出可以经受高强度、温度、和振动的不良环境，并提供比使用传统玻璃偏光分光镜所能获得的更高的数字孔径。这允许与传统偏光器件相比较高级别的光输出。
线栅偏光镜提供特殊的优点，因为这些器件具有相对较低的空间外形，允许它们放置在沿曝光照射路径的多个合适的点。参考图1，偏光镜18位于曝光照射路径上积分器40的后面，在均匀化的光入射到投影透镜20之前使其偏振。可选地，偏光镜18可以置于投影透镜20内。参考图5，示出一种可选布置，其中偏光镜18位于远心投影透镜20内曲面镜26前。另一个可选布置使用位于表面28上面的大偏光镜18，如图6所示。
图7示出可以实现的不太理想的选择。此处，使用布儒斯特片偏光镜30代替线栅偏光镜。但是，由于大小、重量、和维护限制，图7所示布置方式一般不是传递在表面28的大面积上均匀的偏振UV照射的最优选择。
可以使偏光镜18能够绕光轴旋转。该特征可以用来允许同样的曝光装置10照射不同的偏振，例如。
偏振的一个固有问题涉及光能量损失。偏振在效果上浪费积分器40发出的一半光。参考图10，示出配置为再利用照射的偏振分量的组件的安排方式，否则，这些分量将被抛弃。图10中，圆圈符号表示s偏振光，短垂直线表示p偏振光，重叠线和圆圈表示非偏振光。非偏振光来自积分器40，并去了偏振分光镜50。P偏振光被传输，s偏振光被偏振分光镜50反射。S偏振光通常将被抛弃。但是，镜面52引导s偏振光通过四分之一波片54。四分之一波片54旋转入射s偏振光的偏振，以提供p偏振输出。这样，所有来自减法器40的光就都被提供了p偏振。必须指出，图10的例子假设需要p偏振输出。进行简单的改造，将四分之一波片54移到通过偏振分光镜50传输的p偏振光路径中，图10的装置提供完全的s偏振光。可选地，偏振分光镜50可以传输p偏振光而反射s偏振光。
远心照射
如上所述，传统的UV照射系统提供准直光到敏化基片。如以上指出，对轻微的角度变化敏感的布儒斯特片偏光镜用基本准直的光工作最好。但是，许多类敏化基片不要求准直光。相反，已经发现，已经足以在入射角的小范围上提供均匀光。为此，本发明的方法是使用投影透镜20提供远心而不是准直的照射。对于准直照射，所有射线都平行。另一方面，对于均匀远心照射，在整个区域上，主要射线是平行的，但边缘射线聚积在图像平面，所以，向后看投影光学器件，图像平面上的每一点都看到同样的汇聚光锥。远心成像具有广泛用途，例如，在机器视角应用中，其中它使得透视失真误差最小化。反射镜26，最好是球面部分反射镜，将远心光投影到表面28上。
反射镜26可以被提供倾斜排列的硬件，以调节入射到表面28上的曝光束的角度。比较图2中的入射角A与图8中的入射角A’，可以看出，反射镜26角度方向的微小变化可以影响曝光束入射角。
参考图9，投影透镜20没有反射镜26也可以实现，以便将照射直接投影到表面28上。但是，注意，该光不应当是远心的，照射的入射角不应当在整个表面28上是均匀的。该配置可以用于不要求入射角均匀的场合。

Claims (15)

1.一种装置，用于基片的均匀照射，包括：
提供源照射的光源；
用于使所述源照射均匀化，以提供在整个区域上具有均匀能量的均匀曝光束的均匀化组件；
用于调节所述均匀曝光束，以提供偏振均匀曝光束的偏光镜；以及
用于将所述偏振均匀曝光束投影到所述基片上的远心投影系统。
2.根据权利要求1的用于照射基片的装置，其中所述光源提供紫外光。
3.根据权利要求1的用于照射基片的装置，其中所述光源包括：
至少两个灯泡；和
一个光学合成器，用于合成从所述至少两个灯泡发出的光，以提供所述源照射。
4.根据权利要求3的用于照射基片的装置，其中一个积分棒作为所述光学合成器。
5.根据权利要求1的用于照射基片的装置，其中所述光源还包括一个散热器。
6.根据权利要求1的用于照射基片的装置，其中所述均匀化组件包括一个积分棒。
7.根据权利要求1的用于照射基片的装置，其中所述均匀化组件包括一个微透镜阵列。
8.根据权利要求1的用于照射基片的装置，其中所述偏光镜包括一个线栅偏光镜。
9.根据权利要求1的用于照射基片的装置，其中所述偏光镜可以被旋转，以改变照射到所述基片上的角。
10.根据权利要求1的用于照射基片的装置，其中所述偏光镜包括一个布儒斯特片偏光镜。
11.根据权利要求3的用于照射基片的装置，其中所述光学合成器是二向色的合成器。
12.根据权利要求1的用于照射基片的装置，还包括一个反射镜，用于引导所述偏振均匀曝光束到所述基片。
13.根据权利要求12的用于照射基片的装置，其中所述反射镜是基本为球面的片。
14.根据权利要求12的用于照射基片的装置，其中所述反射镜允许倾斜调节，以改变所述偏振均匀曝光束的入射角。
15.根据权利要求3的用于照射基片的装置，其中所述至少两个灯泡的数目由一次照射的基片的面积决定。
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