DE102007038704A1

DE102007038704A1 - Substratbelichtungsvorrichtung und Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007038704A1
Application number: DE102007038704A
Authority: DE
Inventors: Yoshitada Ebina Oshida; Kazuo Ebina Kobayashi
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Adtec Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-09-30
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: CN101154054A; US7755741B2; HK1121536A1; US20080079921A1; DE102007038704B4; JP4511502B2; JP2008089935A; CN101154054B

Abstract

Es sind eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Belichtungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Belichtung höherer Qualität und eine höhere Betriebsgeschwindigkeit selbst dort erreichen, wo das Verhältnis Hx/Hy zwischen der Querdimension Hy und der Längsdimension Hy der Ebene der optischen Modulation eines zweidimensionalen optischen Raummodulators beispielsweise 1,5 oder mehr beträgt. Die Brennweite fx in x-Richtung und die Brennweite fy in y-Richtung eines zweiten optischen Systems, das Licht, das von einem Integrator emittiert wird, zu einem zweidimensionalen optischen Raummodulator führt, werden unterschiedlich gemacht, zum Beispiel in einem Verhältnis fx/fy = 1,6. Auf diese Weise kann die Anzahl der Stablinsen im Integrator zwischen Quer- und Längsrichtungen gleich gemacht werden und der Wert Hx/Hy kann zu 2,5 gemacht werden, indem das Längenverhältnis dx:dy von Stablinsen auf 1,6:1, nahe 1, gebracht wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Substratbelichtungsvorrichtung und eine Beleuchtungsvorrichtung.
Das vorherige Vorgehen zur Aufbringung eines Musters auf eine gedruckte Leiterplatte, das TFT-Substrat oder Farbfiltersubstrat einer Flüssigkristallanzeige oder das Substrat einer Plasmaanzeige durch Belichtung bestand darin, eine Maske herzustellen, die die Druckvorlage bzw. den Master des Musters bildet, und das Substrat mit der Maskenbelichtungsvorrichtung unter Verwendung dieser Mastermaske zu belichten. Jedoch verursachte die Herstellung einer Maske für jedes Substrat Probleme, zum Beispiel, dass es lange Zeit dauerte, um das beabsichtigte Produkt zu erhalten. Als Lösung für diese Probleme wird jetzt immer mehr das angewandt, was als die Direktbeleuchtungsmaschine (DE) bekannt ist, die ein gewünschtes Muster (durch Belichtung) direkt aufzeichnen kann, indem ein zweidimensionaler optischer Raummodulator, der zu einer zweidimensionalen Lichtmodulation imstande ist, eingesetzt wird, wie etwa eine Flüssigkristallanzeige oder eine Digitalspiegelvorrichtung (DMD) (siehe Patentdokumente 1). Der Arbeitsprozess der im Patentdokument 1 offenbarten Belichtungsvorrichtung beginnt, indem Licht, das aus mehreren Lichtquellen emittiert wird, zu Strahlen geformt wird, die eine kreisrunde Querschnittsform aufweisen, und diese dann auf einem Integrator mit mehreren Stablinsen zum Einfallen gebracht werden und ein Substrat zum Aufbringen eines Musters belichtet wird, indem es in eine Richtung bewegt wird, während eine DMD, die ein zweidimensionaler optischer Raummodulator ist, mit Licht bestrahlt wird, das aus dem Integrator austritt, während die Modulation mit der DMD erreicht wird.
Patentdokument 1: JP-A-039871/2004
Zusammenfassung der Erfindung
11 zeigt eine Draufsicht auf einen zweidimensionalen optischen Raummodulator.
In einer DMD sind quadratische Anzeigebildelemente (Mikrospiegel; nachstehend einfach als „Spiegel" bezeichnet) in einer Anordnung von Nx Säulen in Querrichtung (der x-Richtung) bzw. Ny Reihen in Längsrichtung (der y-Richtung) angeordnet. Normalerweise beträgt das Verhältnis zwischen Nx und Ny ungefähr 4:3.
Die vorherige Praxis bestand darin, die gesamte Ebene der optischen Modulation (die Fläche Nx × Ny, wenn die Lücken zwischen benachbarten Spiegeln unbeachtet gelassen und die Länge des Spiegels als Einheit verwendet wird; nachstehend wird die Ebene der optischen Modulation auch als DMD bezeichnet) mit Licht zu bestrahlen und die Spiegel entsprechend dem zu zeichnenden Muster ein- und auszuschalten.
In den letzten Jahren wurde entdeckt, dass dort, wo die zugeführte optische Energie dieselbe ist, die Belichtungsgeschwindigkeit erhöht werden konnte, indem eine bestrahlte Fläche zu einem Rechteck gemacht wurde (Hx × Hy), dessen kürzere Seiten sich in Bewegungsrichtung des Substrats befinden, und der Wert Hx/Hy dann durch Bestrahlen der gesamten DMD-Fläche erhöht wurde, deren Verhältnis Nx/Ny aufgrund der Eigenschaften der DMD 4:3 beträgt. Somit kann selbst in der DMD, in der Nx × Ny Spiegel angeordnet sind, die Belichtungsgeschwindigkeit beschleunigt werden, indem nur die Spiegel in der Fläche Hx × Hy in der Veranschaulichung bewegt werden. In der folgenden Beschreibung wird, da Hx = Nx, wobei eine DMD von Nx × Ny verwendet wird, die Anzahl der Spiegel in x-Richtung als Hx anstatt Nx bezeichnet. Außerdem ist es zur Vereinheitlichung der Lichtintensität zur Bestrahlung der DMD bevorzugt, mindestens fünf (bevorzugter sieben) Stablinsen auf jeder Seite des Integrators anzuordnen.
Dort, wo die Fläche Hx × Hy zu bestrahlen ist, kann durch Bündelung von Stablinsen im Voraus so, dass das Längenverhältnis der Stablinsen Hx/Hy, ähnlich der bestrahlten Fläche, gemacht wird und der Abschnitt des Integrators zur bestrahlten Fläche (das heißt in denselben Zahlen in den xy-Richtungen) gemacht wird, Formen des Lichts, das auf diesen Integrator einfallen gelassen werden soll, im Wesentlichen zu einem Kreis und Verdichten des Lichts, das aus den Stablinsen ausgetreten ist, mit einer drehsymmetrischen Kondensorlinse, die Fläche Hx × Hy gleichmäßig bestrahlt werden, aber auf diese Weise ist eine große Anzahl von Stablinsen notwendig.
Da weiterhin der Divergenzwinkel in dem Licht, das die Fläche Hx × Hy bestrahlt, in weitem Umfang unterschiedlich ist, unterscheidet sich die Linienbreite zwischen Linien in x-Richtung und Linien in y-Richtung, was es unmöglich macht, eine Belichtung höherer Qualität zu erreichen. Konventionellerweise konnte dieses Problem gelöst werden, indem das Licht, das auf dem Integrator zum Einfallen gebracht wird, im Wesentlichen oval geformt wurde und dadurch die Divergenzwinkel im Wesentlichen ausgeglichen wurden, aber dies war in etwa die Grenze des einstellbaren Bereichs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung und einer Belichtungsvorrichtung, die eine Belichtung höherer Qualität und eine höhere Betriebsgeschwindigkeit erlauben, selbst wenn das Verhältnis Hx/Hy zwischen der Querdimension Hx und der Längsdimension Hy (wobei die Längsrichtung die Bewegungsrichtung des zu belichtenden Substrats ist) der Ebene der optischen Modulation eines zweidimensionalen optischen Raummodulators beispielsweise 1,5 oder mehr beträgt.
Zur Lösung der vorstehend angegebenen Probleme stellt die Erfindung in ihrem ersten Aspekt eine Substratbeleuchtungsvorrichtung bereit, mit einer Belichtungslichtquelle; einer Strahlformungsvorrichtung, die aus der Belichtungslichtquelle emittiertes Licht zu hoch gerichteten Lichtstrahlen formt; einem ersten optischen System, das die gerichteten Strahlen zu einem Integrator führt; dem Integrator; einem zweiten optischen System, das einen zweidimensionalen optischen Raummodulator mit Licht bestrahlt, das aus dem Integrator austritt; dem zweidimensionalen optischen Raummodulator; einem optischen Projektionssystem, das das Licht, das von dem zweidimensionalen optischen Raummodulator reflektiert oder übertragen wird, auf ein Belichtungssubstrat projiziert und dieses belichtet; und einem Tisch, auf dem das Belichtungssubstrat angeordnet ist und der das Belichtungssubstrat in mindestens einer Richtung abtastet, wobei das zweite optische System ein optisches System mit unterschiedlichen Brennweiten in zwei Richtungen x und y ist, die senkrecht zur optischen Achse sind.
Zur Lösung der vorstehend angegebenen Probleme stellt die Erfindung in ihrem zweiten Aspekt eine Beleuchtungsvorrichtung bereit, mit einer Lichtquelle; einer Strahlformungsvorrichtung, die aus der Lichtquelle emittiertes Licht zu hoch gerichteten Lichtstrahlen formt; einem ersten optischen System, das die hoch gerichteten Strahlen zu einem Integrator führt; dem Integrator; und einem zweiten optischen System, das ein Bestrahlungsobjekt mit Licht bestrahlt, das aus dem Integrator austritt; wobei das zweite optische System ein optisches System mit unterschiedlichen Brennweiten in zwei Richtungen x und y ist, die senkrecht zur optischen Achse sind.
Gemäß der Erfindung können eine Belichtung höherer Qualität und eine höhere Betriebsgeschwindigkeit selbst dort erreicht werden, wo das Verhältnis Hx/Hy zwischen der Querdimension Hx und der Längsdimension Hy (wobei die Längsrichtung die Bewegungsrichtung des zu belichtenden Substrats ist) der Ebene der optischen Modulation eines zweidimensionalen optischen Raummodulators beispielsweise 1,5 oder mehr beträgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Konfiguration einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelleneinheit gemäß der Erfindung;
3 zeigt eine Draufsicht auf die Einfallsebene eines Integrators;
4A und 4B zeigen die Beziehung zwischen dem vorderen Objektivbrennpunkt und dem hinteren Objektivbrennpunkt eines zweiten optischen Systems gemäß der Erfindung;
5 zeigt die Konfiguration eines Projektionssystems längs der Mittelachse in O-Richtung;
6A und 6B zeigen die Konfiguration einer Mikrolinsenanordnung;
7A und 7B zeigen die Konfiguration einer Lochanordnung;
8 zeigt die Beziehung zwischen der Mikrolinsenanordnung und der Lochanordnung;
9 zeigt die Beziehung zwischen Licht, das auf eine Mikrolinse fällt und das auf ein Loch fällt;
10 zeigt ein Bild der Lochanordnung, die auf einem Belichtungssubstrat ausgebildet ist; und
11 zeigt eine Draufsicht eines zweidimensionalen optischen Raummodulators.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt die Konfiguration einer Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Zuerst wird die Gesamtkonfiguration beschrieben.
N Laserstrahlen, deren Hauptsstrahlen parallel zur Mittelachse O sind, werden von einer Lichtquelleneinheit 100 ausgegeben. Wenn die Lichtquelleneinheit 100 vorliegend als einzelne bzw. einzige Lichtquelle angenommen wird, wird die Mittelachse der Lichtausgabe von der Lichtquelleneinheit 100 als Mittelachse O bezeichnet. Auf der Mittelachse O sind ein optisches System 12, ein Integrator 13, ein zweites optisches System 15, ein Spiegel 16, ein zweidimensionaler optischer Raummodulator 2 und ein Projektionssystem 3 angeordnet. Ein auf einem Tisch 4 angebrachtes Belichtungssubstrat 5 ist auf der Emissionsseite des Projektionssystems 3 angeordnet.
Als Nächstes wird jedes einzelne Element in entsprechender Reihenfolge beschrieben.
Zuerst wird die Lichtquelleneinheit 100 beschrieben.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Lichtquelleneinheit 100. Die Lichtquelleneinheit 100 beinhaltet eine Halbleiterlaseranordnung 111 und eine Strahlformungsvorrichtung 11. In der Halbleiterlaseranordnung 111 sind mehrere Halbleiterlaser (nachstehend als LDs abgekürzt) 1111 mit einer Wellenlänge von 407 nm (oder 375 nm) in gleichen Abständen bzw. Pitches in den xy-Richtungen angeordnet. Die Divergenzwinkel der LD-emittierten Strahlen in 2 betragen 22° in Vertikalrichtung und 8° in Horizontalrichtung. Die Strahlformungsvorrichtung 11 ist aus einer Zylinderlinsenanordnung 112 und einer Zylinderlinsenanordnung 113 ausgebildet. Die Zylinderlinsenanordnung 112 beinhaltet Zylinderlinsen 1121, die in Vertikalrichtung angeordnet sind. Die Zylinderlinsen 1121, deren Brennweite kurz ist (7 mm), erzeugen Strahlen von 22° im Divergenzwinkel, der im Wesentlichen parallel zur Vertikalrichtung ist. Die Zylinderlinsenanordnung 113 beinhaltet Zylinderlinsen 1131, die in Horizontalrichtung angeordnet sind. Die Zylinderlinsen 1131, deren Brennweite lang ist (23 mm), erzeugen Strahlen von 8° im Divergenzwinkel, der im Wesentlichen parallel zur Horizontalrichtung ist. Die vorstehend beschriebene Konfiguration lässt die Hauptstrahlen der aus der großen Anzahl von LDs 1111 emittierten Laserstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander (d. h. hoch gerichtet) werden.
Das optische System 12, das zum Beispiel aus einer Kondensorlinse zusammengesetzt ist, richtet die hauptsächlichen der aus der Strahlformungsvorrichtung 11 ausgegebenen N Laserstrahlen auf die Mitte der Einfallsebene des Integrators 13 und die aus den LDs emittierten Strahlen auf die äußere Form des Integrators 13 (formt sie beispielsweise zu einem Strahl mit einem Durchmesser, der den Integrator 13 umschreibt).
Als Nächstes wird der Integrator 13 beschrieben.
3 zeigt eine Draufsicht auf die Einfallsebene des Integrators 13.
Der Integrator 13 beinhaltet J und K Stablinsen 131, die in x-Richtung bzw. y-Richtung angeordnet sind. Jede der Stablinsen 131 misst dx in x-Richtung und dy in y-Richtung. Daher sind die äußeren Dimensionen Dx und Dy des Integrators in den xy-Richtungen Jdx bzw. Kdy.
Mit der Länge und dem Brechungsindex von jeder Stablinse 131, die durch L bzw. n dargestellt sind, sind die Krümmungen R der Stablinse 131 auf den Einfalls- und Austrittsseiten (n – 1)L/n. Die Hauptstrahlen der Strahlen, die aus der Austrittsebene 13A des aus solchen Stablinsen 131 zusammengesetzten Integrators 13 emittiert werden, sind, von welcher Stablinse 131 sie auch immer kommen mögen, ebenfalls parallel zur Mittelachse O. Die Divergenzwinkel θx und θy in den xy-Richtungen der aus den Stablinsen 131 in xy-Richtungen austretenden Strahlen sind durch die Gleichungen 1 und 2 dargestellt. θx = ndx/2L Gleichung 1 θy = ndy/2L Gleichung 2
Wie durch die Gleichungen 1 und 2 angegeben ist, sind die Divergenzwinkel in den xy-Richtungen der aus den Stablinsen 131 austretenden Strahlen proportional zu den Quer- und Längslängen der Endeinfalls- und -austrittsebenen der Stablinsen 131.
Als Nächstes wird das zweite optische System 15 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet das zweite optische System 15 sphärische Linsen 151 und 156 und zylindrische Linsen 152 bis 155. Die sphärische Linse 151, die zylindrische Linse 153 mit Leistung in x-Richtung und die sphärische Linse 156 bilden die Brennweite in der x-Richtung fx, während die sphärische Linse 151, die zylindrischen Linsen 152, 154 und 155 mit Leistung in y-Richtung und die sphärische Linse 156 die Brennweite in der y-Richtung fy bilden.
4A und 4B zeigen die Beziehung zwischen dem vorderen Objektivbrennpunkt und dem hinteren Objektivbrennpunkt des zweiten optischen Systems 15 gemäß der Erfindung, wobei 4A die x-Richtung und 4B die y-Richtung zeigt.
Wie in 4A gezeigt ist, ist die Austrittsebene 13A des Integrators 13 am vorderen Objektivbrennpunkt und die Ebene der optischen Modulation 21B des zweidimensionalen optischen Raummodulators 2 am hinteren Objektivbrennpunkt, in x-Richtung, angeordnet. Des Weiteren ist, wie in 4B gezeigt, die Austrittsebene 13A des Integrators 13 am vorderen Objektivbrennpunkt und die Ebene der optischen Modulation 21B des zweidimensionalen optischen Raummodulators 21 am hinteren Objektivbrennpunkt, in y-Richtung, angeordnet. Pf in den 4A und 4B gibt die Position der vorderen Hauptebene an und Pb gibt diejenige der hinteren Hauptebene an. WD steht für den Abstand von dem zweiten optischen System 15 zu dem zweidimensionalen optischen Raummodulator 2. Wie darin gezeigt ist, ist die Brennweite fx länger als die Brennweite fy.
Da die Divergenzwinkel in x-Richtung und in y-Richtung von Strahlen, die aus den Stablinsen 131 austreten, welche den Integrator 13 bilden, durch θx bzw. θy dargestellt sind, sind die Breiten Wx und Wy der Beleuchtungsstrahlen, die hauptsächlich die Ebene der optischen Modulation 21B des zweidimensionalen optischen Raummodulators 2 bestrahlen, durch die Gleichungen 3 bzw. 4 angegeben. Wx = fx·θx = fx·ndx/2L Gleichung 3 Wy = fy·θy = fy·ndy/2L Gleichung 4
Indem diese beleuchtete Fläche Wx × Wy so nahe wie möglich an die Anzeigefläche Hx × Hy des zweidimensionalen optischen Raummodulators gebracht wird, kann die Effizienz der Lichtverwendung verbessert werden.
Als Nächstes wird das Projektionssystem 3 beschrieben.
5 zeigt die Konfiguration des Projektionssystems 3 längs der Mittelachse in O-Richtung. 6A und 6B zeigen die Konfiguration einer Mikrolinsenanordnung und 7A und 7B zeigen die Konfiguration einer Lochanordnung, wobei in jeder A ein Profil und B eine Draufsicht zeigt. 8 zeigt die Beziehung zwischen einer Mikrolinsenanordnung 331 und einer Lochanordnung 332.
Das Projektions-/Bildformungslinsensystem 3 in dieser Ausführungsform beinhaltet eine erste Projektions-/Bildformungslinse 31, die in Richtung der optischen Achse angeordnet ist, eine Mikrolinseneinheit 33 und eine zweite Projektions-/Bildformungslinse 32. Die Mikrolinseneinheit 33 beinhaltet die Mikrolinsenanordnung 331 und die Lochanordnung 332, in der Löcher 3321 mit der Bohrung w gebohrt sind, wobei die Anordnungen einander mit einem Abstandhalter 333 dazwischen gegenüberliegen.
Licht (Anzeigebildelemente), das durch die Ebene der optischen Modulation 21B des zweidimensionalen optischen Raummodulators 2 moduliert wird, wird veranlasst, ein Bild auf den Mikrolinsen 3311 der Mikrolinsenanordnung 331 durch die erste Projektions-/Bildformungslinse 31 zu formen, und wird in den Löchern 3321 verdichtet. Die Brennweite der Mikrolinsen 3331 beträgt 300 μm und die Löcher 3321 öffnen sich in den Fokalpositionen dieser Mikrolinsen. Licht, das durch die Mikrolinsen 3311 und die Löcher 3321 hindurchgegangen ist, wird durch die zweite Projektions-/Bildformungslinse 32 veranlasst, ein Lochbild auf der lichtempfindlichen Schicht des auf dem Tisch 4 angebrachten Belichtungssubstrats 5 zu formen.
Als Nächstes wird die Notwendigkeit beschrieben, die Beleuchtungsbündelungen NAσx und NAσy in den xy-Richtungen im Wesentlichen gleich zu machen, wobei NA die numerische Apertur der Projektions-/Bildformungslinse 3 ist bzw. σx, σy die Sigmawerte in den xy-Richtungen sind.
9 zeigt die Beziehung zwischen Licht, das auf eine Mikrolinse 3311 und ein Loch 3321 fällt. In dieser Zeichnung steht Lc für die Mittelachse des Hauptlichtstrahls und Ld steht für diejenige des auf den äußersten Umfang einfallenden Strahls.
Wie vorstehend beschrieben, beleuchten die aus dem Integrator 13 austretenden Beleuchtungsstrahlen den zweidimensionalen optischen Raummodulator mit den Bündelungen NAσx und NAσy in den xy-Richtungen. Da die Vergrößerung der Bildformation durch die erste Projektions-/Bildformungslinse 31 durch M1 dargestellt ist, wird nun der Strahl Ld auf den äußersten Umfang von den Strahlen, die auf die Mikrolinsen einfallen, um Δθ von dem Hauptstrahl Lc, der auf die in 9 gezeigte Mikrolinse 3311 einfällt, geneigt und die Werte Δθx und Δθy in den xy-Richtungen von Δθ sind durch die Gleichungen 5 bzw. 6 gegeben. Δθx = NAσx/M1 Gleichung 5 Δθy = NAσy/M1 Gleichung 6
Dieses Schmalbündel von Lichtstrahlen auf dem äußersten Umfang wird, nachdem es die Mikrolinse 3311 passiert hat, in einer von der Mitte des Lochs 3321 um Δw entfernten Position verdichtet. Da die x-Komponente und die y-Komponente von Δw durch Δwx bzw. Δwy dargestellt werden, sind Δwx und Δwy durch die Gleichungen 7 und 8 in Bezug zur Brennweite fML dargestellt. Δwx = fMLΔθx = fMLNAσx/M1 Gleichung 7 Δwy = fMLΔθy = fMLNAσy/M1 Gleichung 8
Wenn sich diese Lichtverdichtungsposition aus der Apertur der Löcher herausbewegt, wird die Effizienz der Lichtverwendung verringert, da von den Löchern entfernte Strahlen nicht zur Belichtung beitragen. Da die Löcher 3321 kreisförmig sind, ist es wünschenswert, dass NAσx und NAσy gleich sind, damit die Schmalbündel von Lichtstrahlen, die durch Δθx und Δθy, die die äußerste Umfangskomponente darstellen, geneigt sind, in die Löcher 3321 eintreten.
Das durch die Mikrolinsenanordnung 331 und die Lochanordnung 332 übertragende Licht bildet, nachdem es durch die zweite Projektions-/Bildformungslinse 32 übertragen worden ist, ein Bild auf dem Belichtungssubstrat 5 der Lochanordnung 332 aus, wie in 10 gezeigt. Die Breite (Größe) des Lochbilds 71 relativ zu der Steigung des Lochanordnungsbilds 7 ist normalerweise 1/10 bis 1/2. Daher würde ein Abtasten des Tischs 4 in der Anordnungsrichtung der Lochanordnung 7 Teile unbelichtet lassen. Zur Lösung dieses Pro blems sind die Abtastrichtung und die Anordnungsrichtung des Lochanordnungsbilds 7 um ΔΦ geneigt, indem der Tisch 4 in die durch einen Pfeil in 10 angegebene Richtung abgetastet wird. Dies führt zu einem Überlappen der Bilder 71A und 71B durch das Abtasten (das heißt, dieselbe Position auf dem Substrat wird wieder belichtet). Des Weiteren ist es in dem veranschaulichten Fall möglich, da Reihen, die der Steigung 18 entsprechen, zwischen 71A und 71B liegen, eine Belichtung bei 1/18 der Entsprechung Pi der Steigung eins des Lochanordnungsbilds zu erreichen, das heißt mit einer Auflösung von Pi/18. Da ein kleineres Lochbild als das Bild der Apertur des zweidimensionalen optischen Raummodulators 2 im Wesentlichen ausgebildet wird, ist nicht nur die Definitionsauflösung verbessert, sondern eine Belichtung bei dieser Auflösung von 1/18 der Lochsteigung wird möglich.
Die Hinzufügung einer zu feinen Auflösung hätte eine geringe praktische Wirkung, während eine zu grobe Auflösung die Glätte durch Neigen des Musters oder Ausbilden des Rands im Zickzack beeinträchtigen würde. Daher ist es wünschenswert, die Auflösung zwischen 1/60 und 1/7 der Entsprechung Pi der Steigung eins des Lochanordnungsbilds (Δδ = 0,5° bis 8°) zu wählen.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen dem Integrator 13, den Stablinsen 131 und der bestrahlten Fläche Hx × Hy beschrieben.
Wie vorstehend angegeben ist, sind die Dimensionen des Integrators in den x- und y-Richtungen Dx bzw. Dy. Des Weiteren sind die Dimensionen der Stablinsen 131 in den x- und y-Richtungen dx und dy, die Expansionswinkel (Divergenzwinkel) des Lichts, das aus den Stablinsen 131 in den x- und y-Richtungen austritt, sind θx bzw. θy. Die Brennweiten des zweiten optischen Systems sind fx und fy und die Dimensionen des zweidimensionalen optischen Raummodulators in den x- und y-Richtungen sind Hx bzw. Hy.
Da die x- und y-Bündelungen der (aus dem zweiten optischen System emittierten) Strahlen, die den zweidimensionalen optischen Raummodulator beleuchten, durch NAσx und NAσy dargestellt sind, werden NAσx und NAσy durch die Gleichungen 9 und 10 dargestellt. NAσx = Dx/2fx Gleichung 9 NAσy = Dy/2fy Gleichung 10
Vorliegend muss, um die x- und y-Bündelungen anzugleichen (NAσx = NAσy) die Gleichung 11 auf der Grundlage der Gleichungen 9 und 10 erfüllt werden. Dx/Dy = fx/fy Gleichung 11
Weiterhin sind, wo die Divergenzwinkel der Stablinsen 131 θx und θy sind, die Breiten Wx und Wy des Lichts, das die Ebene der optischen Modulation 21B des zweidimensionalen optischen Raummodulators 2 beleuchtet, durch die Gleichungen 12 und 13 gegeben. Wx = fx·θx = fx·ndx/2L Gleichung 12 Wy = fy·θy = fy·ndy/2L Gleichung 13
Daher wird, wenn Wx = Hx und Wy = Hy angenommen wird, Hx/Hy bestimmt, wobei

(1) die Bestimmung von θx und θy fy und fx auf der Basis der Gleichungen 12 und 13 ergibt, und
(2) die Bestimmung von fy und fx Dx und Dy auf der Basis der Gleichung 11 ergibt.

Als Nächstes wird ein bestimmter Fall von zum Beispiel Hx/Hy = 2,5 beschrieben.
Nun ist unter der Annahme, dass θx:θy = 1,6:1, aus den Gleichungen 12 und 13 fx/fy = 1,6 gegeben. Das Einsetzen von fx/fy = 1,6 in Gleichung 11 ergibt Dx/Dy = 1,6.
Da Dx/Dy = θx/θy = 1,6, kann ein Integrator einschließlich Stablinsen 131, die in gleicher Anzahl in den x- und y-Richtungen gestapelt sind, verwendet werden.
Das heißt, ein zweites optisches System 15 mit fx:fy = 1,6:1 kann, selbst wenn ein Integrator 13 mit Dx:Dy = 1,6:1 verwendet wird, das Verhältnis der Ebene der optischen Modulation 21B des zweidimensionalen optischen Raummodulators zu 2,5:1 machen. Die Form jeder einzelnen Stablinse kann nahe an dx:dy = 1,6:1, ausreichend nahe an 1, gebracht werden.
Mit anderen Worten kann, indem die Brennweiten des zweiten optischen Systems in den xy-Richtungen fx:fy = 1,6:1 gemacht werden, das Aperturverhältnis Kh der Ebene der optischen Modulation 21B zu 2,5:1 gemacht werden, selbst wenn das Aperturverhältnis Kr der Stablinsen 131 1,6:1 beträgt.
Im Übrigen ist in tatsächlichen Vorrichtungen die Wahl nicht auf diese Werte beschränkt und jede Beziehung kann eine Toleranz von ungefähr ±25% aufweisen. Somit kann NAσx/NAσy beispielsweise zu 0,75 bis 1,25 gemacht werden. Es wurde bestätigt, dass Hx/Hy auf diese Weise zum Beispiel zu 3,5 oder mehr gemacht werden kann.
Wie bisher beschrieben wurde, kann die Belichtungsgeschwindigkeit beschleunigt werden, da die Erfindung es ermöglicht, dass aus der Lichtquelle emittiertes Licht einen zweidimensionalen optischen Raummodulator von hohem Aperturverhältnis effizient und gleichmäßig beleuchtet.
Zusätzlich können, obwohl die oben beschriebene Ausführungsform Halbleiterlaser (LDs) als Lichtquelle verwendet, andere Laser als Halbleiterlaser, Quecksilberlampen, lichtemittierende Dioden, die in ihrer Bündelung relativ erhöht sind, oder dergleichen genauso gut anstelle von LDs verwendet werden.
Das zweite optische System kann entweder nur eine Zylinderlinse mit Leistung in x-Richtung oder y-Richtung oder eine Toroidlinse mit verschiedenen Leistungen in den xy-Richtungen verwenden.
Des Weiteren kann die Beleuchtungsvorrichtung, die unter Bezugnahme auf die Ausführungsform beschrieben worden ist, nicht nur auf maskenfreie Belichtung angewendet werden, sondern extensiv auch dort, wo eine nicht-quadratische, im Querbereich längere Fläche gleichmäßig und effizient zu beleuchten ist. Beispielsweise ist sie auf eine Musterprüfvorrichtung anwendbar, die eine Erfassung in einem breiten Umfang nahe einer Richtung im rechten Winkel zur Abtastrichtung versuchen soll, während sie einen Tisch mit hoher Geschwindigkeit abtastet.

Claims

Substratbelichtungsvorrichtung mit: einer Belichtungslichtquelle; einer Strahlformungsvorrichtung, die aus der Belichtungslichtquelle emittiertes Licht zu hoch gerichteten Lichtstrahlen formt; einem ersten optischen System, das die gerichteten Strahlen zu einem Integrator führt; dem Integrator; einem zweiten optischen System, das einen zweidimensionalen optischen Raummodulator mit Licht bestrahlt, das aus dem Integrator austritt; dem zweidimensionalen optischen Raummodulator; einem optischen Projektionssystem, das das Licht, das von dem zweidimensionalen optischen Raummodulator reflektiert oder übertragen wird, auf ein Belichtungssubstrat projiziert und dieses belichtet; und einem Tisch, auf dem das Belichtungssubstrat angeordnet ist und der das Belichtungssubstrat in mindestens einer Richtung abtastet, wobei das zweite optische System ein optisches System mit unterschiedlichen Brennweiten in zwei Richtungen x und y ist, die senkrecht zur optischen Achse sind.
Substratbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen den Brennweiten in die zwei Richtungen x und y die Brennweite fx in x-Richtung länger als die Brennweite fy in y-Richtung ist.
Substratbelichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Verhältnis zwischen der fx und der fy 1,6:1 beträgt.
Substratbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Bündelung NAσx in x-Richtung und eine Bündelung NAσy in y-Richtung des Beleuchtungslichts, das aus dem Integrator austritt und den zweidimensionalen optischen Raummodulator beleuchtet, in einer Beziehung NAσx/NAσy = 0,75 bis 1,25 stehen.
Substratbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Bündelung NAσx in x-Richtung und die Bündelung NAσy in y-Richtung gleich sind.
Beleuchtungsvorrichtung mit: einer Lichtquelle; einer Strahlformungsvorrichtung, die aus der Lichtquelle emittiertes Licht zu hoch gerichteten Lichtstrahlen formt; einem ersten optischen System, das die hoch gerichteten Strahlen zu einem Integrator führt; dem Integrator; und einem zweiten optischen System, das ein Bestrahlungsobjekt mit Licht bestrahlt, das aus dem Integrator austritt; wobei das zweite optische System ein optisches System mit unterschiedlichen Brennweiten in zwei Richtungen x und y ist, die senkrecht zur optischen Achse sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei zwischen den Brennweiten in den zwei Richtungen x und y die Brennweite fx in x-Richtung länger als die Brennweite fy in y-Richtung ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Verhältnis zwischen der fx und der fy 1,6:1 beträgt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Bündelung NAσx in x-Richtung und eine Bündelung NAσy in y-Rich tung des Beleuchtungslichts, das aus dem Integrator austritt und den zweidimensionalen optischen Raummodulator beleuchtet, in einer Beziehung NAσx/NAσy = 0,75 bis 1,25 stehen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Bündelung NAσx in x-Richtung und die Bündelung NAσy in y-Richtung gleich sind.