JP2008501997A - 偏光ｕｖ露光システム - Google Patents

Abstract

露光システムを用いて異方吸収分子で形成された配向層（３０４）を露光して、後で塗布される液晶高分子（ＬＣＰ）の配向を可能にする。配向層に入射する光は偏光される。単一の偏光子（３１８ａ）を用いる場合、方位偏光方向は配向層を担持する基板にわたり変化する。様々なタイプの偏光回転低減素子（３１８ｂ）の導入および光源に対して適当なチルト角を選択することを始めとする、方位偏光変化を低減する様々な手法を採用し得る。さらにまた反射構造を光源と配向層との間に挿入し得る。反射構造の使用は配向層に入射する全光量を増加させるとともに、光源と偏光子との間に挿入した場合には偏光回転も低減し得る。

Description

本発明は光学露光システムに関し、特に大きな領域を偏光で光学的に露光するシステムに関する。

本発明は光学配向層および液晶を光で配向する光学露光システムおよび光学プロセスに関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は機器制御装置、時計、携帯用コンピュータ、デスクトップコンピュータモニタ、ＬＣＤテレビジョンおよびＬＣＤプロジェクタを始めとする情報ディスプレイの多くの領域で用途がある。ほとんどのＬＣＤ装置は一対の基板間に配置された液晶材料層を有するＬＣＤパネルを用いている。基板のうちの少なくとも一方の内面は印加電界のない状態で液晶分子を配向する配向面である。一般に配向面は高分子配向層である。いくつかのディスプレイにおいて配向層の配向方向は機械的バフ研磨プロセスで確立され、高分子層は布または他の繊維性材料でバフ研磨される。バフ研磨面に接する液晶媒体は通例機械的バフ研磨方向に平行に配向している。

代替的には異方性吸収分子を備える配向層を偏光ＵＶ光に露光することができる。このような露光は配向層の分子を配向し、その後その層を用いて液晶媒体を配向することができる。このタイプの配向層は本明細書で露光配向層と称する。

多くのＬＣＤでは配向層は液晶（ＬＣ）分子を配向するだけではなく、分子にプレチルトも付加する。プレチルトを有する配向層と接するＬＣ分子は特定の方向、例えばバフ研磨配向層を用いる場合バフ研磨方向に平行な方向に配向されるが、ＬＣ分子は基板と平行に配向されなくてもよい。例えばＬＣ分子を基板の面から数度傾斜し得る。多くのタイプのＬＣＤは配向層が最適性能のためにプレチルトを含むことを必要とする。配向層を露光する場合、ＵＶ光の入射角を変更することにより露光配向層にプレチルトを与えることができる。

上記の説明に鑑みると配向層を露光するための効率的な露光システムの必要性がある。露光システムは所望の偏光状態で偏光された光を可能な限り多く送出しなければならない。またこの露光システムはプレチルトを有する配向層の露光を可能にするように非法線入射角で配向層を照明するのに適応可能である。

本発明の一実施形態は目標領域の光学配向層を露光する光学露光システムを対象とする。このシステムは目標領域を照明する第１の軸に平行な方向に細長い光源を含む。第１の偏光子が光源から目標領域へ通過する光の少なくとも一部を偏光するように配置されている。偏光回転補償素子が第１の偏光子から目標領域に向けられた光の偏光の方位回転を制御するように配置されている。

本発明の他の実施形態は光学配向層を配向する方法を対象とする。この方法は細長い光源を有する照明ユニットで光を生成するステップと、第１の偏光子を用いて細長い光源からの光を偏光するステップとを含む。光学配向層が偏光で照明されるとともに、光学配向層に入射する偏光の方位偏光回転が補償される。

本発明の他の実施形態は目標領域の光学配向層を露光する光学露光システムを対象とする。このシステムは第１の軸に平行な方向に細長い光源を備える照明ユニットと、光源から目標領域へ通過する照明光の少なくとも一部を偏光するように配置された第１の偏光子とを備え、照明光の照明軸が非垂直チルト角で目標領域に入射し、非垂直チルト角が、第１の軸に平行な方向の目標領域にわたり光の偏光の方位回転を低減するように選択されている。

本発明の他の実施形態は目標領域の光学配向層を露光する光学露光システムを対象とする。このシステムは第１の軸に平行な方向に細長い光源と、光源から目標領域へ通過する光の少なくとも一部を偏光するように配置された第１の偏光子とを備える。偏光回転補償素子が第１の偏光子のそばに配置され、目標領域に到達するとともに第１の偏光子に入射しない光源からの光の少なくとも一部が偏光回転補償素子に入射する。第１の偏光子を介して目標領域に入射する光が目標領域にわたり第１の方位偏光回転プロファイルを有するとともに、偏光補償素子を介して目標領域に入射する光が、第１の方位偏光回転プロファイルを少なくとも部分的に補償する第２の方位偏光回転プロファイルを有する。

本発明の他の実施形態は目標領域の光学配向層を露光する光学露光システムを対象とする。このシステムは第１の軸に平行な方向に細長い光源を備える。光源により第１の軸に垂直である第２の軸に平行な方向に発光された光は目標領域に入射する。第１の偏光子が光源から目標領域へ通過する光の少なくとも一部を偏光するように配置されている。反射アセンブリが光源と目標領域との間に配置されている。反射アセンブリが第２の軸に非平行な少なくとも１つの第１の反射面を有し、光源から目標領域へ第２の軸に非平行な方向に伝播する光の少なくとも一部が、少なくとも１つの第１の反射面により方向転換されて、少なくとも１つの反射面により方向転換される前より第２の軸に平行になる。

本発明の他の実施形態は目標領域を照明する方法を対象とする。この方法は第１の軸に平行な方向に細長い光源から光を発光するステップを含む。光源により第１の軸に垂直である第２の軸に平行な方向に発光された光は目標領域に入射する。光源から目標領域に向けて発光された光の少なくとも一部が偏光される。光源により第２の軸に非平行な方向に発光された光は、第１および第２の軸に非平行な少なくとも１つの第１の反射面を用いて反射的に方向転換され、方向転換された光は少なくとも１つの反射面により方向転換される前より第２の軸に平行な方向に伝播する。

本発明の上記の概要は本発明の各開示実施形態またはすべての実施を説明しようとするものではない。図および以下の詳細な説明がこれらの実施形態をより具体的に例示する。

添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を考慮することで本発明をより完全に理解できよう。

本発明は様々な変更例および代替形状が可能であるが、その具体例は一例として既に図面に示すとともに詳細に説明する。しかし本発明を説明する特定の実施形態に限定しようとするものではないことは理解されよう。反対に添付の特許請求の範囲により規定される本発明の要旨および範囲内にあるすべての変更例、同等物および代替物を網羅しようとするものである。

本発明は光学露光システムに適用可能であり、特に偏光への露光に対して異方性応答を有する物質を用いて配向層を形成するのに用いられる露光システムに適用可能である。このような物質には異方性吸収物質および直線偏光高分子がある。

従来のＵＶ露光システム１００の概略図が図１Ａに示されており、対応する側面図が図１Ｂに示されている。直線ＵＶ光源１０２が基板１０４の上方に配置されている。基板１０４はＵＶ光に露光される高分子層１０５を備えている。

一組のデカルト座標をシステム１００を説明するのに役立つように画定し得る。基板の面はｘ−ｙ面として画定され、基板の法線はｚ軸に平行である。基板１０４を光源に対して、例えばｘ方向に並進し得る。場合によっては基板１０４はｘ方向に連続供給される高分子ウェブである。このような場合直線ＵＶ光源１０２の軸に平行なｙ方向はクロスウェブ方向と称されることが多い。

光源１０２はＵＶ光１０６を生成し、その一部は基板１０４に直接入射する。反射板１０８はＵＶ光源１０２に近接配置されてＵＶ光を基板１０４に向けて反射するため、ＵＶ光源１０２から基板１０４に入射するＵＶ光１０６の量が増加する。第１の開口１１０が第１の組の翼１１２間に形成されている。第２の開口１１４が第２の組の翼１１６間に形成されている。この２つの開口１１０および１１４は基板１０４に入射するｘ−ｚ面内の光１０６の発散角を画定する。直線ＵＶ光源１０２の軸に平行なｙ−ｚ面内には光１０６の発散を制限するように存在する開口も翼もない。

偏光子１１８が基板１０４に入射する光１０６を偏光するように一組の翼１１２と１１６との間に配置されている。偏光子１１８はブルースター効果に依存して入射光を偏光する。ｐ偏光がある層にブルースター角で入射する場合、光は実質的に損失なく透過する。ｓ偏光がある層にブルースター角で入射する場合、ｓ偏光の実質的に僅かな部分が反射されるが大きく透過される。光１０６が偏光子１１８の数層を通過することはｐ偏光に僅かな影響しか及ぼさないが、ｓ偏光の強度は偏光子１１８の各層における反射の相加的作用のため大幅に低下する。このため偏光子１１８は主にｐ偏光されたビームを透過するとともに、主にｓ偏光されたビームを反射する。図１Ａおよび１Ｂに図示した特定の配置の場合、および光源１０２から基板１０４に法線入射する光の場合、ｐ偏光はｘ−ｚ面に平行に偏光されており、実際にはｘ方向の電気ベクトルで偏光される。偏光子１１８から反射されたｓ偏光は基板１０４への入射が妨げられるため、ｐ偏光のみが基板１０４に到達する。

システム１００は基板１０４を露光するのに用いられるｐ偏光のみで動作する必要はない。他の実施形態では偏光子１１８から反射されたｓ偏光は基板１０４に入射してもよいが、ｐ偏光は遮断される。また偏光子１１８または偏光子１１８の一部を、ｐ偏光がｙ−ｚ面に位置するようにｚ軸を中心に９０°回転してもよい。

しかし基板１０４に入射するｐ偏光ＵＶ光１０６の偏光は、システム１００を用いた場合基板１０４の幅にわたって均一ではない。これを図２Ａ〜Ｃを参照してここで説明する。まず図２Ａに概略的に図示するようなマクニール偏光子（ＭａｃＮｅｉｌｌｅ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）に斜め入射する作用を検討されたい。偏光子表面２５０は角θ_pで傾斜している。図示の目的のため平行破線２５２を表面２５０上に示している。表面２５０上の破線２５４は線２５２に垂直である。線２５６は表面２５０の法線である。光線２５８は表面に入射するとともに法線２５６および線２５２を含む面に平行である。したがって入射面に平行なｐ偏光２６０の面は線２５２に平行である。斜光線２６２は表面に入射するが法線２５６および線２５２を含む面に平行ではない。したがって入射面に平行なｐ偏光２６４の面は線２５２に平行に位置しない。このように斜光線の偏光面は、入射面が偏光面に垂直に位置する光線と比べて方位が回転している。

ここでＵＶ露光システム２０２が基板２０４にわたって位置するように概略的に示されている図２Ｂを検討されたい。光の偏光が基板２０４にわたって変化することが分かる。基板２０４の中心における光の偏光方向２０６が要望どおりに実質的にｘ方向に平行に向いている。しかし基板の縁部において偏光方向が回転している。例えば基板２０４の右手側縁部では光の偏光方向２０８は中心偏光２０６に対して時計回りに回転している。基板２０４の左手側縁部では光の偏光方向２１０は中心偏光２０６に対して反時計回りに回転している。

基板にわたる偏光の回転は以下の理由のため生じると考えられている。第１に図２Ｂに関して、基板にわたる任意の特定点は法線入射光によって照明されるのみならず、基板のその点の真上ではない光源２１２の一部から発した光によっても照明されることに留意することが重要である。例えば基板２０４の中心点２１４は法線入射光２１６ならびに右側からの斜め入射光２１８および左側からの斜め入射光２２０により照明される。しかし基板の縁部は一方側からの光により斜め照明されるだけである。例えば基板２０４の右側の点２２４は法線入射光２２６と点２２４の左側から発した斜め入射光２３０とにより照明される。また基板２０４の左側の点２３４は法線入射光２３６と点２３４の右側から発した斜め入射光２３８とにより照明される。基板２０４の中心の照明に比べて基板２０４の縁部の照明における対象性の欠如は、基板に入射する光の偏光の方位回転によるものであると考えられる。

光線２１８、２２０、２３０および２３８などの基板２０４に斜め入射する光が偏光子１１８に入射すると、入射面は光線２１６、２２６および２３６などの基板２０４に法線入射する光の入射面とは異なる。その結果ｐ偏光およびｓ偏光斜光線の偏光面はｐ偏光およびｓ偏光法線入射光線の偏光面に対して回転している。この作用は米国特許第６，４８６，９９７号明細書により詳細に記載されている。したがって左側から基板２０４に斜め入射する光線、例えば光線２２０および２３０の偏光方向はｘ方向に対して時計回りに回転している。回転量は光線が法線入射方向、すなわちｚ軸に対してなす角度に依存する。同様に右側から基板２０４に斜め入射する光線、例えば光線２１８および２３８の偏光方向はｘ方向に対して反時計回りに回転している。ｘ−ｙ面内の偏光の回転は方位回転と称される。

基板２０４の中心における点２１４は光線２１８および２２０などの右側および左側からの斜光線、ならびに法線入射光線２１６により対称的に照明される。正味の作用は点２１４における露光配向層の偏光がｘ方向に平行であるということである。一方基板２０４の右側縁部における点２２４は、法線入射光２２６および左側からの斜め入射光２３０により照明されるため、露光配向層への正味の作用はｘ方向に対して時計回りに回転される偏光方向になる。基板の左側縁部における点２３４は、法線入射光２３６および右側からの斜め入射光２３８により照明されるため、露光配向層への正味の作用はｘ方向に対して反時計回りに回転される偏光方向になる。

長さ２５ｃｍの単一の光源を有し、３０ｃｍの幅を有する基板を露光するＵＶ照明システムの場合、露光配向層の偏光方向は約１５°まで変化する場合があるが、これは多くの配向層用途には容認できない。基板の縁部における偏光の回転を低減させる一手法は、縁部が右側および左側からの斜光により均一に照明されるように、基板の縁部を十分に超えて光源を延ばすことである。しかしこれは光およびエネルギーの両方が無駄であり、そのため非効率的である。他の手法は斜光を遮断して基板の縁部に到達しないようにすることである。この手法も光が無駄である。

基板の縁部における偏光の回転を低減する他の手法は縁部反射板を含むことである。しかし多くの反射板は完全とはほど遠く、反射面で強度損失が生じる。露光配向層の偏光方向はなお数度まで変化する場合があり、それも多くの配向層用途には容認できない。

高い光効率を維持しつつ偏光方向の方位回転を低減する異なる手法を以下に説明する。

ここで偏光の方位回転を低減する一手法を図３Ａおよび３Ｂを参照して説明する。この手法では露光システム３００は直列配置した２つの偏光子３１８ａおよび３１８ｂを含む。偏光子はブルースター角の多数誘電体層に依存する偏光子（マクニール偏光子とも称される）、「パイル・オブ・オプレート（ｐｉｌｅ ｏｆ ｐｌａｔｅｓ）」偏光子またはワイヤグリッド偏光子を始めとする任意のタイプの偏光子であり得る。

直線光源３０２により生成された光３０６は、各組の翼３１２および３１６により画定される開口３１０および３１４を通過する。また直線光源３０２は実質的に単一の軸に沿って位置する複数の光源を備える。この説明の目的のため、光源１０２とは単一光源または実質的に単一の軸に沿って位置する２個以上の光源を指す。湾曲反射板３０８はＵＶ光源３０２に近接配置されて光を基板３０４に向けて反射し得る。光３０６は第１の偏光子３１８ａを通過して、その後第２の偏光子３１８ｂを通過した後基板３０４に入射する。光源３０２により生成された光は化学線であり、換言すれば基板３０４上の配向層内で化学反応を生じる波長を有する。一般的なタイプの配向層に適した光源３０２の一例はＵＶランプである。

光３０６は偏光回転が低減した状態で基板３０４に入射する。２つの偏光子３１８ａおよび３１８ｂは、第２の偏光子３１８ｂにより生じた方位回転が第１の偏光子３１８ａにより生じた方位回転を補償するように選択された異なるコントラスト比を有し得る。基板３０４にわたる異なる点における正味の偏光は図３Ｂに図示されている。中心３２６、右側縁部３２８および左側縁部３３０における光の偏光状態は実質的に同じであるとともにｘ軸に平行である。偏光子３１８ａおよび３１８ｂのコントラスト比の有用な値を決定する一手法は、各界面におけるフレスネル反射および透過係数を算出すること、および光源３０２から基板３０４へ伝播する異なる光線の偏光状態を算出することである。

ここで他の手法を図４Ａおよび４Ｂを参照して説明する。この手法では露光システム４００は並列配置されるとともに互いに反対方向に傾斜した２つの偏光子４１８ａおよび４１８ｂを含む。ＵＶ光源などの直線光源４０２により生成された光４０６は、翼４１２および４１６により画定される開口４１０および４１４を通過する。反射板４０８は光源４０２に近接配置されて光を基板４０４に向けて反射し得る。光の一部４０６ａは第１の偏光子４１８ａを基板４０４へと通過するとともに、他の光４０６ｂは第２の偏光子４１８ｂを基板４０４へと通過する。

２つの偏光子４１８ａおよび４１８ｂが反対方向に傾斜しているため、第１の偏光子４１８ａにより生じた方位偏光回転の方向は、第２の偏光子４１８ｂにより生じた方位偏光回転の方向とは異なる。このように第１の偏光子４１８ａを通過する第１の斜光線は、時計周りに回転した偏光方向を有するが、第２の偏光子４１８ｂを通過する同じ斜光線は、同じ量ではあるが反時計周りに回転した偏光方向を有する。このように第１の偏光子４１８ａを通過する光４０６ａは、偏光方向４２６ａ、４２８ａおよび４３０ａにより示される基板４０４にわたる方位偏光回転プロファイルで基板４０４に入射する。基板４０４の中心では光４０６ａはｘ軸に平行に偏光される。基板４０４の右側縁部では、光４０６ａは概してｘ方向に対して反時計回りの回転４２８ａで偏光される。同様に基板４０４の左側縁部において光４０６ａは概してｘ方向に対して時計周り回転４３０ａで偏光される。

さらに第２の偏光子４１８ｂを通過する光４０６ｂは、偏光方向４２６ｂ、４２８ｂおよび４３０ｂにより示される基板４０４にわたる方位偏光回転プロファイルで基板４０４に入射する。基板４０４の中心では光４０６ｂはｘ軸に平行に偏光される。基板４０４の右側縁部では、光４０６ｂは概してｘ方向に対して時計回りの回転４２８ｂで偏光される。同様に基板４０４の左側縁部において光４０６ｂは概してｘ方向に対して反時計周り回転４３０ｂで偏光される。

基板４０４はｘ方向に移動するため、基板４０４上の同じ点が第１の偏光子４１８ａを通過する光４０６ａと第２の偏光子４１８ｂを通過する光４０６ｂとに露光される。このように縁部において基板４０４は時計周りの方位偏光回転を有する光と反時計周りの方位偏光回転を有する光とに露光される。第１の偏光子４１８ａを通過する光４０６ａの量が第２の偏光子４１８ｂを通過する光４０６ｂの量と同等である場合には、正味の作用は基板４０４の縁部に入射する光がｘ方向と平行に偏向されることである。このように第１の偏光子４１８ａから生じる方位偏光回転プロファイルは、第２の偏光子４１８ｂから生じる方位偏光回転プロファイルを補償する、またはその逆であると言える。

基板にわたる異なる点に対する光の偏光の方位回転は、ｐ偏光に限ったことではなくｓ偏光を用いたときにも生じる。上記の図３Ａおよび４Ａの説明は基板に入射すｐ偏光の方位偏光回転を低減する様々な手法を述べたが、ｓ偏光の方位偏光も補償され得ることは理解できよう。例えば図３Ｃに概略的に示された露光システム３３０において、２つのマクニール偏光子３１８ａおよび３１８ｂでの連続反射によりｓ偏光を基板に向け得る。ここで第１の偏光子３１８ａの反射角の方向は第２の偏光子３１８ｂの反射角の方向とは反対である。他の例では図４Ｃに概略的に図示された露光システム４３０において、２つの偏光子４１８ａおよび４１８ｂを用いて方位偏光回転を低減し得る。ここで偏光子４１８ａおよび４１８ｂにより反射されたｓ偏光４０６ａおよび４０６ｂは基板４０４に入射するとともに、ｐ偏光は翼４１６により遮断される。

露光システムと基板との間に相対的チルトを、例えば図５を参照してここで説明するように導入し得る。相対的チルトを導入する１つの利点は配向層を、後続の配向層にプレチルトを導入するように露光することである。基板または露光システムを回転させることにより相対的チルトを導入し得る。基板がフィルムの連続移動ウェブにより形成されている多くの製造システムにおいて、露光システムを傾斜させることがより容易であることが多い。しかし傾斜を本明細書で検討する場合、露光システムまたは基板のいずれか、もしくは両方を傾斜させることによりその傾斜を導入し得ることは理解されよう。

従来技術の傾斜露光システム５００は基板５０４をＵＶ光５０６で照明する直線ＵＶ源５０２を含む。反射板５０８を用いて光を基板５０４に向けて反射し得る。光５０６は各対の翼５１２および５１６により画定される開口５１０および５１４を通過する。単一の偏光子５１８が各対の翼５１２と５１６間に配置されている。角θが露光システム５００の軸５２０と基板５０４の法線との間の角度として画定される。

ここで図６Ａおよび６Ｂを参照して説明するように、偏光方向の方位回転が露光システムと露光対象の基板との間のチルト角に依存していることが分かっている。以下の手順を用いてエルシコン・オプトアライン（Ｅｌｓｉｃｏｎ ＯｐｔｏＡｌｉｇｎ）（登録商標）システムの偏光の方位回転を測定した。ガラススライドに直線偏光可能高分子（スイス国バーゼルのハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ（Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）により製造されたスターアライン（Ｓｔａｒａｌｉｇｎ）２１１０）を、配向層としてスピンコートした後、１８０℃で１０分間オーブンでアニールした。ガラススライドの一部をマスクした後、基板にわたる異なる位置に対応する様々な位置で様々なチルト角で露光した。そして液晶高分子（ＬＣＰ）（ＣＢ４８３、これもハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ（Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）により製造）を露光配向層上にスピンコートして５０℃で５分間アニールした。その後ＬＣＰ層を紫外光によるフラッド露光により架橋した。そしてガラススライド上のＬＣＰ層の向きを偏光解析器を用いて測定した。この測定の精度は方位偏光回転角度が±１°内であることが予想される。

この手順を用いて決定したＬＣＰ層の方位向きが図６Ａに示され、０°、１０°、２５°、４５°および５５°のチルト角の場合の基板にわたる効果的位置に対してプロットされている。法線入射、曲線６０２において方位回転が最も顕著である基板にわたって約＋１２°から約−１２°に進む。チルト角が増すにつれて方位回転量が低減する。２５°までのチルト角の場合、方位偏光回転の方向は法線入射と同じであり、基板の中心の左側の位置の場合正であり、中心の右側の位置の場合負である。しかし４５°以上のチルト角の場合、方位偏光回転の方向は変わり、基板の中心の左側の位置の場合負であり、中心の右側の位置の場合正である。これは約３５°のチルト角で方位偏光回転は基板の幅にわたってゼロに近いということを意味する。

これは基板にわたる異なる位置の場合の傾斜角に対する回転の方位角をプロットした図６Ｂにより容易に見られる。図に示すように方位回転の広がりは約３５°のチルト角で最小限になる。したがってチルト角を慎重に選択することにより方位偏光回転の影響を排除するまでいかなくても低減し得る。

ＵＶ露光システムを傾斜させることにより方位偏光回転の補償は、基板が非効率的なものであるが第２のマクニール偏光子として動作することによるものであると考えられる。入射光と基板との間の角θが偏光子と入射光との間の角θ１と反対方向を有するため、基板の屈折は図３Ａに示したシステムの第２の偏光子と同様に動作する。

方位偏光回転が補償されるチルト角は、偏光子の配向層の屈折率および角θ１を始めとする様々な要因に依存しているがこれらに限定されない。従って最小方位偏光回転を与えるように図６Ｂに対して説明した３５°のチルト角の値は、露光システムの動作条件に依存する値であることは理解されよう。

しかしこの方位偏光回転を補償する手法は１つの特定なチルト角に対する補償を提供するに過ぎない。光源を基板に対して傾斜したときの方位偏光回転を補償する他の手法を、ここで図７Ａおよび７Ｂを参照して説明する。露光システム７００においてランプ７０２からの光７０６は第１の偏光子７１８を介して基板７０４に入射する。中心光線７０６ａは基板７０４に入射する光の平均方向として画定される。２組の翼７１０および７１４を随意に用いて基板７０４に入射する光７０６の発散を低減し得る。

２つの角が図に画定されている。第１の角θ１は基板７０４に対する露光システム７００のチルト角であるとともに、光源７０２からの中心光線７０６ａと基板７０４の法線７２０との間の角として画定されている。図７Ａにおいてチルト角θ１＝０°であるとともに、図７Ｂにおいて照明システム７００は非ゼロチルト角θ１をなすように回転されている。

光学的透明素子７２２が、少なくとも１つの表面７２４が第２の角θ２、つまり表面７２４の法線と中心光線７０６ａとの間の角を形成した状態で配置されている。光学的透明素子７２２は光７０６を基板７０４に透過させる任意の好適な透明素子であり得る。光学的透明素子７２２は例えば水晶または溶融シリカプレートなどの１つまたは複数のプレートのスタックであり得る。また光学的透明素子７２２は偏光子、例えばマクニール偏光子またはワイヤグリッド偏光子でもよい。光学的透明素子７２２を第１の偏光子７１８と開口プレート７１４との間、または開口プレート７１４と基板７０４との間に配置し得る。

また光学的透明素子７２２を他の実施形態、例えば図７Ｃに概略的に図示するように第１の偏光子７１８を用いてｓ偏光を基板７０４に反射するように用い得る。このような場合、光学的透明素子７２２をｓ偏光７０６ｂの経路内で、第１の偏光子７１８と基板７０４との間に配置し得る。

光学的透明素子７２２が第２の偏光子である図３Ａおよび３Ｂを参照した上記の説明においてθ１＝０°である場合、第２の偏光子を適切に選択すると方位偏光回転が補償され得ることを思い出されたい。第２の偏光子７２２の適切な選択はコンラスト比および角θ２の選択を含む。チルト角θ１を増加させるように露光システム７００全体が基板７０４に対して傾斜している場合、θ１およびθ２の両方が一定に保たれている場合にはシステムは基板にわたる方位偏光回転を補償しなくなることが分かる。しかしθ２を方位偏光回転が補償される位置に変えるように第２の偏光子を回転し得る。チルト角θ１を、第２の偏光子の付随回転が方位偏光回転の補償を実質的に維持する異なる値に変えてもよい。表Ｉは実質的にゼロ方位偏光回転を維持するためのチルト角θ１および第２の偏光子角θ２の算出値を表わす。第２の偏光子角θ２はチルト角がゼロであるときの方位偏光回転を補償するその値に対して与えられる。

しかし光学的透明素子７２２は第２のマクニール偏光子である必要はなく、他の要素、例えば１つまたは複数の水晶板またはワイヤグリッド偏光子を用いてもよい。

実施例１
図８は光学透明素子７２２がワイヤグリッド（ＷＧ）偏光子である場合のクロスウェブ位置の関数として方位偏光回転を示すグラフを表わす。図６Ａおよび６Ｂに関して前述した技術を用いて方位偏光回転の値を測定した。チルト角および第２の角の値が図８に示した曲線毎に表ＩＩに提供されている。

図８はチルト角θ１がゼロでありＷＧ偏光子がθ２＝１５°に設定されている時、偏光の方位回転が基板の幅にわたって１°未満であるということを示す。これらの結果の内挿は、チルト角θ１が２°〜１０°の範囲である時に方位回転が補償されるということを示唆している。異なるチルト角での方位偏光回転に対して補償を提供するようにＷＧ偏光子をθ２の他の値に傾斜し得ることは理解できよう。

実施例２
図９Ａおよび９Ｂは光学透明素子７２２が各々３．２ｍｍの厚さの５枚の水晶板のスタックである場合のクロスウェブ位置に対して測定した方位偏光回転を示すグラフを表わす。図６Ａおよび６Ｂに関して前述した技術を用いて方位偏光回転の値を測定した。チルト角および第２の角の値が示した曲線毎に表ＩＩＩに提供されている。

図９Ａはチルト角θ１がゼロであり水晶板がθ２＝−３０°に設定されている時、偏光の方位回転が基板の幅にわたって±１°未満であるということを示す。これらの結果の外挿は第２の角θ２が−３０°〜−４０°の範囲である時に方位回転が法線入射に対して補償されるということを示唆している。

図９Ｂはチルト角θ１が４５°であり水晶板がθ２＝−３０°に設定されている時、偏光の方位回転が基板の幅にわたって±２°未満であるということを示す。これらの結果の内挿は、チルト角が４５°であって第２の角θ２が−５°〜−１５°の範囲の値を有する時に方位回転が補償されるということを示唆している。異なるチルト角での方位偏光回転に対して補償を提供するように水晶板のスタックをθ２の他の値に傾斜し得る。

このように透明光学素子７２２を、異なるチルト角で照明源の方位偏光回転を補償する補償素子として効果的に用い得る。さらにまたここで実施例３および４に説明するように、マクニールおよびＷＧ偏光子および水晶板のスタックを始めとする異なるタイプの光学素子を補償素子として用い得る。

実施例３
ＵＶ露光システムの他の構成が図１０Ａに概略的に示されている。露光システム１０００は、基板１００６に入射する光の発散を画定するようにコリメータスリット１００４の配列を有するランプアセンブリ１００２を備える。単一のワイヤグリッド偏光子１００８がランプアセンブリ１００２と基板１００６との間に配置されている。ランプアセンブリ１００２が法線入射（θ１＝０°）から離れるように傾斜している場合、異なる偏光子角θ２を用い得ることが、米国特許出願第２００４／０００８３１０Ａ１号明細書に提案されている。多数の異なるチルト角θ１および偏光子角θ２に対して基板１００６に入射する光の方位偏光を測定することによりこの可能性を調べた。

図１０Ｂは４０°のチルト角θ１ならびに、−３０°（曲線１０１０）、０°（曲線１０１２）および＋３０°（曲線１０１４）の偏光子角θ２に対して、基板１００６にわたる偏光の測定方位回転を示す。データから分かるように、ＷＧ偏光子１００８が０°から＋３０°まで回転すると方位偏光回転は若干低減しているが、基板にわたってなお大きな偏光回転がある。ＷＧ偏光子１００８を−３０°に回転することで方位偏光回転が増加する。

図１０ＣはＷＧ偏光子１００８を０°の偏光子角に設定した時であってチルト角θ１が０°（曲線１０２０）、２０°（曲線１０２２）および４０°（曲線１０２４）の値を有する場合の、基板１００６にわたる偏光の方位回転を示す。チルト角θ１がゼロの時、方位偏光回転は小さく、基板にわたっておよそ±０．５°変化する。基板１００６にわたる偏光回転の変化はチルト角θ１が増加するにつれて増加する。

実施例４
ＵＶ露光システムの他の構成が図１１Ａに概略的に示されている。露光システム１１００は、基板１１０６に入射する光の発散を画定するようにコリメータスリット１１０４の配列を有するランプアセンブリ１１０２を備える。水晶板（ＱＰ）のスタック１１０８がランプアセンブリ１１０２と基板１１０６との間に配置されている。各水晶板は３．２ｍｍの厚さであった。基板１１０６に入射する光の方位偏光を多数の異なるチルト角θ１およびプレート角θ２に対して測定した。プレート角θ２は光アセンブリからの中心光線が水晶板に法線入射するときにゼロである。ワイヤグリッド偏光子１１０９をランプアセンブリ１１０２からの光の中心光線に対して垂直に維持した。

図１１Ｂはチルト角θ１が４０°であり、スタックが５枚の水晶板を含むとともに＋３０°（曲線１１１０）および−３０°（曲線１１１２）のプレート角θ２で配置されている時の基板１１０６にわたる偏光の方位回転を示す。比較のため水晶板のないとき（曲線１１１４）の方位偏光回転も示している。図に示したように水晶板がない場合に対して水晶板が−３０°回転されたときに偏光回転が低減している。しかし＋３０°の水晶板は方位偏光回転を増加する。

図１１Ｃは異なる数のプレートに対してチルト角θ１が４０°であるとともに角θ２が−３０°である時の基板１１０６にわたる偏光の方位回転を示す。曲線１１２２は水晶板がない場合を表わし、曲線１１２４は２枚のプレートを用いた場合を表わし、曲線１１２６は５枚のプレートの使用に対応し、曲線１１２８は８枚のプレートを含むスタックに対応している。−３０°の水晶板の配置が方位偏光回転を低減するとともに、スタック１１０８が８枚のプレートを含む場合、方位偏光回転は基板１１０６にわたって±１°未満の値に制限される。プレート角と水晶板数との他の組み合わせを用いて方位偏光回転を制御し得ることは理解できよう。例えば−３０°より大きい角度に設定されたより少ない数のプレートを用いても方位偏光回転を補償し得る。

図１に示した従来技術のＵＶ露光システムは、ｘ方向に平行な基板に沿った方向の基板を照明する光の発散を制御するように、基板にわたって位置合わせされた２つの開口しか有していない。ｙ方向に平行な基板にわたる方向の光の発散に制約はない。バッフルをＵＶ光源の長さに沿って配置して基板にわたる光の発散を制限し得るが、これらは非常に斜めの光線を遮断することによりシステムの全体の照明効率を単純に低減する。

反射型コリメータを用いて基板にわたるおよび／または基板に沿った光の発散を制限し得る。このような装置を用いて基板に入射する光量を増加するとともに、偏光子に入射する光の斜度を低減することにより方位偏光回転量を低減もし得る。一般にはこのようなコリメータは１つまたは複数の開口を有する反射構造を備え得る。この開口を介してランプからの光はそれぞれ１つまたは複数の先細部分へ通過する。先細部分は入射した光を基板の法線により近接した方向に向ける傾斜反射壁を備える。

ここで図１２Ａ〜１２Ｄを参照して反射型コリメータの具体的な一実施形態を説明する。照明システム１２００の側面図が図１２Ａに示されている。湾曲反射板１２０８が直線光源１２０２の一部の周囲に配置されている。反射板１２０８は放物線または楕円を始めとする異なる形状を取り得るがこれに限定されない。一部の光１２０６ａは光源１２０２から直接基板１２０４に入射する。他の光１２０６ｂは反射板１２０８により基板１２０４へ反射され得る。反射アセンブリ１２１０は光源１２０２と基板１２０４との間に配置されている。反射アセンブリ１２１０は光を反射して光源１２０２および反射板１２０８に戻す上部反射面１２１２を有し得る。

また反射アセンブリ１２１０はｚ方向に先細になっている多数の開口１２１４も画定する。開口壁１２１６は反射性があるため、壁１２１６に入射した光１２０６ｂは基板１２０４に向けて反射される。さらにまた壁１２１６は先細になっているため、基板１２０４への光１２０６ｂの入射角は反射壁１２１６がない場合より小さい。したがって基板１２０４に入射する光の発散はｘ−ｚ面内で低減する。反射板１２０８が楕円である場合、光源１２０２が楕円の一焦点に配置されるとともに楕円の第２の焦点が開口１２１４にわたるほぼ途中であり且つ反射面１２１２の面内の「Ｆ」と印された点に近接配置されていると集光効率が上昇し得る。

偏光子１２１８をコリメータアセンブリ１２１２と基板１２０４との間に配置し得る。偏光子１２１８はワイヤグリッドタイプ偏光子（図示のように）であってもよく、もしくはマクニールタイプ偏光子または他のタイプの偏光であってもよい。

基板にわたる照明システム１２００の図が図１２Ｂに示されている。反射アセンブリ１２１０は、平坦且つ光源１２０２に平行であり得る反射上面１２１２と、傾斜反射面１２２４とを有する。光源１２０２からの一部の光１２２６ａは、反射面１２２４間の開口１２２８を介して基板１２０４に直接入射する。一部の他の光１２２６ｂは傾斜反射面１２２４により反射された後基板に入射する。反射面１２２４がｚ方向に対して傾斜しているため光１２２６ｂは、反射アセンブリ１２１０がなければ有したであろう角度より傾斜が少ない角度で基板に入射する。光１２２６ｃの一部は反射面１２１２によって反射されて反射板１２０８に戻り、その後再度反射されて基板１２０４に向かう。端部反射板１２３０を露光システム１２００の端部に設けることにより光１２２６ｄを反射し得るが、そうでなければシステム１２００の端部から通過して出てしまう。

反射アセンブリ１２１０の上下面が図１２Ｃおよび１２Ｄに示されている。反射アセンブリ１２１０の上面は図１２Ｃに図示されており、開口１２１４および反射上面１２１２を示している。反射アセンブリの下面は図１２Ｄに示されており、開口１２１４ならびに反射面１２１６および１２２４を示している。開口数は８個に限定されず、さらに多いまたは少ない開口があり得ることは理解できよう。

反射面１２１６および１２２４は平坦である必要はないとともに異なる輪郭を取り得る。例えば反射面１２２４は図１２Ｅに示すように湾曲していてもよい。他の湾曲形状、たとえば凸状または凹状湾曲を用いてもよい。また反射面１２２４はすべて同じ輪郭を有する必要はない。例えば反射面１２２４の１つは第１の輪郭を有し得るとともに、他の反射面１２２４は第１の輪郭とは異なる第２の外形を有し得る。

実施例５
反射アセンブリ１２１０を、ドイツ国エナペタルのアラノッド株式会社（Ａｌａｎｏｄ ＧｍｂＨ，Ｅｎｎｅｐｅｔａｌ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能なミロシルバ（Ｍｉｒｏ−Ｓｉｌｖｅｒ）（登録商標）で形成された反射面１２１２、１２１６および１２２４を有するステンレス鋼基部で製造した。ミロシルバ（Ｍｉｒｏ−Ｓｉｌｖｅｒ）（登録商標）材料を当初シート状で提供し、アルミニウムの層を基にして一方の面に高純度の銀の層および反射酸化層を設けた。反射アセンブリは、各々ｘ方向が４．３ｃｍおよびｙ方向が１．２５ｃｍである８個の開口を含んでいた。開口を３．４ｃｍの中心間のピッチで設定した。反射壁１２１６および１２２４をｚ方向から１５°の角度で設定した。

実験を行って光をランプから基板に効率的に向ける反射アセンブリの能力を評価した。１０インチの長さのＵＶランプを有する改良エルシコン・オプトアライン（Ｅｌｓｉｃｏｎ ＯｐｔｏＡｌｉｇｎ）（登録商標）照明システムを用いてこれらの実験を行った。ＵＶランプを６００Ｗのマイクロ波電力で動作させるとともに、ｙ方向の基板にわたる異なる位置に対して積算ＵＶエネルギーを測定した。紫外放射計（バージニア州スターリングのＥＩＴインコーポレーション（ＥＩＴ Ｉｎｃ．，Ｓｔｅｒｌｉｎｇ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ）により生産されたＵＶパワーパック（Ｐｏｗｅｒ Ｐｕｃｋ））を基板の代わりに配置することによりＵＶエネルギーを測定した。紫外放射計をランプからの照明の後にｘ方向に並進させた台の上に配置した。すべての実験において台の並進速度は２５．４ｍｍ／秒であった。ｚ方向のランプから放射計までの距離は変化させることもできる。ランプを０°のチルト角度で動作させた。ｙ方向にわたり一定間隔で測定を繰り返して基板上の照明プロファイルを決定した。ワイヤグリッド偏光子を反射アセンブリと放射計との間に配置した。

測定ＵＶ放射照射度は図１３にランプの長軸に平行な方向に沿ったｙ位置の関数として示されている。ランプを測定面から３１．６ｃｍの高さに設定した。三角形１３０２として示される一組の点は３２０ｎｍ〜３９０ｎｍの波長範囲のＵＶＡ光の場合の放射照度をｍＪｃｍ^-2で示すとともに、円形１３０４として示される一組の点は２８０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長範囲を有するＵＶＢ光の場合の放射照度を示す。異なる波長範囲を紫外放射計を設けたフィルタにより決定した。図に示すように照明領域の中心においてピークを有するように光を測定した。

実施例６
実施例５の測定を繰り返したが、ランプを測定面から４８．３ｃｍの高さに設定した。これらの測定による結果は図１４に表わされており、ＵＶＡ光に対する曲線１４０２と、ＵＶＢ光に対する曲線１４０４とを示している。図に示すように合計放射照度は低下しているが、ｙ方向に沿った照明プロファイルは図１３より滑らかである。

実施例７
比較のため非改良エルシコン・オプトアライン（Ｅｌｓｉｃｏｎ ＯｐｔｏＡｌｉｇｎ）（登録商標）システムを用いて同様な測定を行った。ここでランプからの光の発散は単に２つの開口プレートによって図１Ａおよび１Ｂに示したものと同様に画定され、ランプは測定面から３１．６ｃｍに設定している。反射アセンブリは用いなかった。その結果が図１５に表わされており、ＵＶＡ光に対する曲線１５０２と、ＵＶＢに対する曲線１５０４とを示している。ｙ方向に沿った照明プロファイルは比較的滑らかであるが、合計放射照度は図１３または１４に示したものより小さい。これは反射アセンブリが単純な開口プレートよりも光を基板へ向ける点で効果的であるということを意味する。

実施例８
他の実験を行って反射アセンブリ１２１０のステンレス鋼基部の反射率をテストした。反射アセンブリ１２１０の上面のミロシルバ（Ｍｉｒｏ−Ｓｉｌｖｅｒ）（登録商標）を除去して、反射面１２１２を研磨ステンレス鋼表面にした。ＵＶ放射照度測定を大部分のｙ位置にわたって繰り返した。その結果が図１３にＵＶＡ光１３０６とＵＶＢ光１３０８とを表わす一連の点として表わされている。図に示すようにミロシルバ（Ｍｉｒｏ−Ｓｉｌｖｅｒ）（登録商標）反射板およびステンレス鋼反射板を有して測定した放射照度間に若干の差があった。

放射測定の精度を決定しようとする試みにおいて中心位置０ｃｍにおける放射照度を、ＵＶＡ光およびＵＶＢ光の両方に対して何回も測定した。点１３０６ａおよび１３０８ａはスチール反射表面１２１２を有して測定した結果における広がりを示す。測定毎の誤差は比較的小さい５％未満であると結論付けられた。

異なるタイプの反射アセンブリ１６１０を用いるＵＶ露光システム１６００の他の実施形態が図１６Ａおよび１６Ｂに概略的に示されている。この実施形態では基板１６０４に向いて開口した傾斜反射壁１６２４を有する１つの開口１６１４がある。反射アセンブリの上面１６１２の少なくとも一部が傾斜してｙ軸と非平行になっている。

ランプ１６０２は長軸がｙ軸に平行に配置されている。ランプ１６０２により発光された光の一部１６２６ａはランプ１６０２から基板１６０４に直接入射する。光の他の部分１６２６ｂはランプ１６０２から反射壁１６２４からの１つまたは複数の反射により基板１６０４に入射する。さらにランプ１６０２から発光された光の一部は反射板１６０８により基板に向かって反射され得る。例えば反射面１６１２に入射する光１６２６ｃは上部反射板１６０８に向けて反射された後基板１６０４に向けられ得る。光は基板１６０４に入射する前に偏光子１６１８により偏光される。ｘ−ｚ面内の反射板を通る断面が図１６Ｂに概略的に表わされており、反射壁１６１６による光１６２６ｄの反射を示している。

反射アセンブリ１６１０を用いた基板の照明を数値的にモデル化して、図１Ａに示した２つのスリット配列を有する反射アセンブリの性能を比較した。数値的モデル化の結果を図１７〜１９を参照してここで説明する。図１７の曲線１７０２は、反射アセンブリ１６１０を用いて光を基板に向けたときの基板にわたる異なる位置に対して算出した基板上の強度を示す。曲線１７０４は２つのスリット配列を用いて光を基板に向けたときに算出した基板上の強度を示す。強度プロファイルは反射アセンブリを用いたときに基板のより多くにわたってより平坦である。さらに基板に入射する光の強度は反射アセンブリを用いたときに大幅に高く、２つのスリット配列を用いて達成される強度のほぼ２倍である。

図１８の曲線１８０２および１８０４は、それぞれダウンウェブ方向（ｘ−ｚ面内）およびクロスウェブ方向（ｙ−ｚ面内）の光の角度依存性を示す。ダウンウェブ方向の光の半値全角の発散はクロスウェブ方向に約５４°および約３４°である。基板に入射する光の発散は、反射アセンブリの反射壁１６１６および１６２４の角度に依存している。数値的モデル化した場合、壁１６２４はｚ軸に平行から１５°の角度であった。壁１６１６はｚ軸に平行であると思われた。

図１９は基板の１点に達する光の算出角度分布を示す。反射アセンブリを用いた基板に入射する光のクロスウェブ角度依存性が曲線１９０２として示されているとともに、２つのスリット手法を用いたものが曲線１９０４として示されている。各場合において基板の中心から１００ｍｍに横方向に位置する位置に対して光分布を算出した。反射アセンブリを用いたシステムに対する半値全角発散はおよそ２２°であり、２つのスリット手法を用いた場合およそ４０°である。どちらの分布、曲線１９０２または１９０４もゼロに中心がなく、これは光の正味の入射方向が基板の偏心位置に対して斜めであるということを示す。しかし反射アセンブリを用いた場合光はより小さい角度範囲にわたって基板に入射する（曲線１９０２）。このように反射アセンブリを用いると偏光の方位回転は低減する。

図１８に示された曲線１８０２および１８０４は各々、それぞれウェブにわたる異なる点からの図１９に示したタイプの多くの曲線を足した結果である。

本発明の他の実施形態を図２０Ａを参照してここで説明するが、図２０Ａは露光システム２０００（システムＡ）の側面図を概略的に図示しており、湾曲反射板２００８は放物線状であるとともに、ランプ２００２は放物線反射板２００８の焦点にまたは近接して配置されている。したがって光２００６は反射板２００８により反射された後に実質的に平行にされる。一対の開口２０１２および２０１６を用いて、目標基板２００４に入射する光のダウンウェブ範囲を画定し得る。反射構造（図示せず）を用いてクロスウェブ光発散を低減し得る。

例えば図１Ａおよび１Ｂに図示するような他のタイプの露光システムは、楕円曲線反射板ならびに楕円反射板の焦点に近接または上に位置する第１のスリットおよび第１のスリットの後の第２のスリットを用いて、光のダウンウェブ角拡散を制限する。このようなシステムにおける目標基板に入射する光の角度範囲は、スリットの大きさによってのみ決定され、ダウンウェブ角拡散を低減するためのスリットの開口サイズの低減は目標基板に入射する光量の低減につながる。

図２１Ａおよび２１Ｂは図２０Ａの露光システム（システムＡ）に対する目標基板に入射する光の算出プロファイルを、それぞれ図２０Ｂおよび２０Ｃに図示したサンプル照明システム２０５０および２０７０のものと比較している。システム２０５０（システムＢ）は図１Ａおよび１Ｂに図示されたものと同様であり、楕円反射板２０５８ならびに一対のスリット２０１２および２０１６を用いて、目標基板２００４に入射する光２０５６の範囲を画定している。スリット開口は３８ｍｍであった。システム２１７０（システムＣ）は楕円反射板２０７８を担うが、反射アセンブリ２０７２を用いて光２０７６を目標基板２００４に向けている。反射アセンブリ２０７２は軸２０８２に対して１５°の角度をなす壁２０７８を有する。各場合のランプは同じであると仮定し、ランプと目標基板との間の距離間隔も同様であった。これらの算出は偏光子からのいかなる影響も除外した。各システムに対するランプから目標基板への光の伝達効率が表ＩＶにまとめられている。

表から分かるようにシステムＢが最低の効率を示す。

図２１ＡはシステムＡ〜Ｃの各々に対して標識付けされたウェブに沿った位置の関数として任意の単位の光のダウンウェブ強度を示す。照明領域の幅はシステムＡおよびＣの場合より大きく、およそ１５０ｍｍの半値全幅である。

図２１Ｂは度の単位の入射角の関数として目標基板に入射する光のダウンウェブ強度を示す。システムＡはゼロ入射（法線入射）に近接する角度で最大強度を提供するとともにシステムＣ、約２６°の半値全角（ＦＡＨＭ）より狭い角拡散、約１８°のＦＡＨＭを有する。

システムＢを用いた光の角度範囲は約１０°（ＦＡＨＭ）であった。計算を行って異なる幅のスリットに対するシステムＡ内の光の強度の増加および角拡散を分析した。その結果が入射光強度に対してダウンウェブ位置（ｍｍ）の関数として図２２Ａに、およびダウンウェブ角拡散（度）の関数として図２２Ｂに示されている。図２２Ａおよび２２Ｂに示された結果が表Ｖにまとめられている。またこの表は照明効率を一覧にしている。予想されるように照明効率はスリット開口が増すにつれて増加する。

７０ｍｍの開口ではシステムＢは１８°のＦＡＨＭを有するが照明効率は２１．７％しかない。これは同様に１８°のＦＡＨＭを有するが３３．４％の照明効率を有するシステムＡと対称的である。このように同じ角拡散に対してシステムＡはシステムＢより５０％多くの光を目標基板に入射させる。開口が９０°まで開口されてもシステムＢの照明効率はシステムＡより低いが角拡散はより大きい。

図２１および２２に対して説明された計算は特定の外形に適しているとともに異なる外形に対して他の結果を達成可能であり得ることは理解できよう。しかしこれらの計算は一定の条件下で放物線反射板およびスリットの配列（システムＡ）が比較的小さい角拡散で入射光強度の比較的高い値を提供するということを少なくとも質的に示す。

したがって本発明は上述した特定の実施例に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲に正しく記載されたように本発明のすべての態様を網羅するものと考えるべきものである。本明細書を検討すれば本発明を適用可能な様々な変更例、同等物および多数の構造は本発明が対象とする技術の当業者には容易に明らかになろう。特許請求の範囲はこのような変更例および装置を網羅しようとするものである。

配向層を露光する従来技術の偏光露光システムの一実施形態を概略的に図示する。 偏光子に斜め入射する光に対する偏光面の方位回転を概略的に図示する。 露光領域の縁部における偏光回転を示す、図１Ａおよび１Ｂに図示したシステムの平面図を概略的に示す。 基板の縁部の非対称照明を示す、図１Ａおよび１Ｂに図示したシステム真横図を概略的に図示する。 本発明の原理によるＵＶ露光システムの一実施形態を概略的に図示する。 露光基板にわたる異なる点における光に対する偏光状態を示す、図３Ａに図示したシステムの平面図を概略的に図示する。 本発明の原理によるＵＶ露光システムの他の実施形態を概略的に図示する。 本発明の原理によるＵＶ露光システムの他の実施形態を概略的に図示する。 露光基板にわたる異なる点における光に対する偏光状態を示す、図４Ａに図示したシステムの平面図を概略的に図示する。 本発明の原理によるＵＶ露光システムの他の実施形態を概略的に図示する。 露光対象基板に対して傾斜した従来技術のＵＶ露光システムを概略的に図示する。 露光対象基板にわたる位置およびチルト角への、方位偏光回転の依存性を示すグラフを表わす。 本発明の原理による傾斜ＵＶ露光システムの実施形態を概略的に図示する。 様々なチルト角に対して基板にわたる位置の関数として方位偏光回転を示すグラフを表わす。 様々なチルト角および補償板角に対して基板にわたる位置の関数として方位偏光回転を示すグラフを表わす。 本発明の原理によるＵＶ露光システムの異なる実施形態を概略的に図示する。 図１０Ａに図示した露光システムの場合の、様々なチルト角および偏光子角に対して基板にわたる位置の関数として方位偏光回転を示すグラフを表わす。 図１１Ａに図示した露光システムの場合の、様々なチルト角およびプレート角に対して基板にわたる位置の関数として方位偏光回転を示すグラフを表わす。 本発明の原理による、反射光集光器を含むＵＶ露光システムの一実施形態を概略的に図示する。 本発明の原理による、反射光集光器の一実施形態を概略的に図示する。 本発明の原理による、反射光集光器を含むＵＶ露光システムの他の実施形態を概略的に図示する。 図１２Ａよび１２Ｂに図示したＵＶ露光システムにより生成された測定照明プロファイルを図示するグラフである。 図１Ａおよび１Ｂに図示したようなＵＶ露光システムにより生成された測定照明ウィプロファイルを図示するグラフである。 本発明の原理による、反射光集光器を含むＵＶ露光システムの他の実施形態を概略的に図示する。 図１Ａおよび１Ｂに図示した露光システムの照明プロファイルとの、図１６Ａおよび１６Ｂに図示した露光システムの照明プロファイルの算出比較を示すグラフである。 図１６Ａおよび１６Ｂに図示したシステムにより生成された露光光の算出角度依存性を示すグラフである。 図１Ａおよび１Ｂに図示したシステムのものと比較した、図１６Ａおよび１６Ｂに図示したシステムにより生成された露光光の算出クロスウェブ角度依存性を示すグラフである。 照明光のダウンウェブ発散を抑制するための異なる方法を用いた３つの異なるタイプの露光システムを概略的に図示する。 位置の関数として図２０Ａ〜２０Ｃに図示した露光システムに対するダウンウェブ照明プロファイルを図示するグラフを表わす。 入射角の関数として図２０Ａ〜２０Ｃに図示した露光システムに対するダウンウェブ照明プロファイルを図示するグラフを表わす。 異なるスリット開口サイズに対して、位置の関数として図２０Ｂの露光システムに対するダウンウェブ照明プロファイルを図示するグラフを表わす。 異なるスリット開口サイズに対して、入射角の関数として図２０Ｂの露光システムに対するダウンウェブ照明プロファイルを図示するグラフを表わす。

Claims (74)

1. 目標領域の光学配向層を露光する光学露光システムであって、
   第１の軸に平行な方向に細長い光源と、
   前記光源から前記目標領域へ通過する光の少なくとも一部を偏光するように配置された第１の偏光子と、
   前記第１の偏光子から前記目標領域に向けられた光の偏光の方位回転を制御するように、前記第１の偏光子と前記目標領域との間に配置された偏光回転補償素子と、を備える光学露光システム。
2. 前記光源がＵＶランプである、請求項１に記載の光学露光システム。
3. 前記第１の軸に実質的に平行な方向に細長い第１の開口を画定するように、前記光源と前記目標領域との間に配置された少なくとも一対の開口プレートをさらに備える、請求項１に記載の光学露光システム。
4. 前記第１の軸に実質的に平行な方向に細長い第２の開口を画定する第２の対の開口プレートをさらに備える、請求項３に記載の光学露光システム。
5. 湾曲反射板をさらに備え、前記光源が前記湾曲反射板と前記目標領域との間に配置され、前記湾曲反射板が、前記目標領域から離れる方向に前記光源により発光された光の少なくとも一部を前記目標領域に向けて反射するように配置されている、請求項３に記載の光学露光システム。
6. 前記湾曲反射板が楕円状に湾曲している、請求項５に記載の光学露光システム。
7. 前記湾曲反射板が放物状に湾曲している、請求項５に記載の光学露光システム。
8. 前記第１の軸に平行な面内の光を偏向するとともに前記第１の軸に垂直な面内の光を偏向するように、前記光源と前記目標領域との間に配置された反射構造をさらに備える、請求項１に記載の光学露光システム。
9. 前記第１の偏光子から前記目標領域へ通過する前記光が前記第１の偏光子を透過する、請求項１に記載の光学露光システム。
10. 前記第１の偏光子から前記目標領域へ通過する光が前記第１の偏光子により反射される、請求項１に記載の光学露光システム。
11. 前記第１の偏光子がワイヤグリッド偏光子である、請求項１に記載の光学露光システム。
12. 前記偏光回転補償素子が前記第１の偏光子と前記目標領域との間に配置された実質的に透明な素子であり、前記第１の偏光子から前記目標領域へ通過する光が前記目標領域に到達する前に前記実質的に透明な素子を通過する、請求項１に記載の光学露光システム。
13. 前記実質的に透明な素子が第２の偏光子である、請求項１２に記載の光学露光システム。
14. 前記第２の偏光子がマクニール偏光子である、請求項１３に記載の光学露光システム。
15. 前記第２の偏光子がワイヤグリッド偏光子である、請求項１３に記載の光学露光システム。
16. 前記偏光回転補償素子が２つ以上の透過プレートのスタックである、請求項１２に記載の光学露光システム。
17. 前記目標領域に入射する前記光が照明軸を画定し、該照明軸が前記目標領域に対して非垂直であり、前記実質的に透明な素子が、前記照明軸に対して、前記目標領域に入射する前記光の偏光の方位回転を低減するように、選択されたある角度で配置されている、請求項１２に記載の光学露光システム。
18. 前記偏光回転補償素子が前記第１の偏光子と前記目標領域との間に配置された反射素子であり、前記第１の偏光子から前記目標領域へ通過する光が前記目標領域に到達する前に前記反射素子により反射される、請求項１に記載の光学露光システム。
19. 前記反射素子が第２の偏光子である、請求項１８に記載の光学露光システム。
20. 前記第１および第２の偏光子がマクニール偏光子である、請求項１９に記載の光学露光システム。
21. 前記目標領域に入射する前記光が照明軸を画定し、前記照明軸が前記目標領域に対して非垂直である、請求項１に記載の光学露光システム。
22. 前記照明軸と前記目標領域との間の角度が前記目標領域に入射する光の方位偏光回転を実質的に最小限に抑えるように選択されている、請求項２１に記載の光学露光システム。
23. 光学配向層の配向方法であって、
    細長い光源を有する照明ユニットで光を生成することと、
    第１の偏光子を用いて前記細長い光源からの光を偏光することと、
    光学配向層を前記偏光で照明することと、
    前記光学配向層に入射する前記偏光の方位偏光回転を補償することと、を含む配向方法。
24. 前記光を生成することがＵＶ光を生成することである、請求項２３に記載の配向方法。
25. 少なくとも一方向で前記光学配向層に入射する前記光の発散を低減することをさらに含む、請求項２３に記載の配向方法。
26. 前記光の発散を低減することが、前記光を少なくとも１つの開口を通過させることである、請求項２５に記載の配向方法。
27. 前記光の発散を低減することが、前記光の発散を反射的に低減することである、請求項２５に記載の配向方法。
28. 前記細長い光源からの前記光を偏光することが、光を前記第１の偏光子を介して前記目標領域に透過させることである、請求項２３に記載の配向方法。
29. 前記細長い光源からの光を偏光するステップが、光を前記第１の偏光子により前記目標領域に反射するステップを含む、請求項２３に記載の配向方法。
30. 前記方位偏光回転を補償することが、前記光源から前記光学配向層に向けられた光内に偏光回転補償素子を配置することである、請求項２３に記載の配向方法。
31. 前記方位偏光回転を補償することが、前記第１の偏光子と前記光学配向層との間に光学的透明素子を配置することであり、該光学的透明素子が前記方位偏光回転を補償するように、選択された角度で前記光内に配置されている、請求項２３に記載の配向方法。
32. 前記光学的透明素子が第２の偏光子である、請求項３１に記載の配向方法。
33. 前記光学的透明素子が２つ以上の透過プレートのスタックである、請求項３１に記載の配向方法。
34. 前記方位偏光回転を補償することが、前記第１の偏光子と前記光学配向層との間に光学的反射素子を配置することであり、前記光学的反射素子が前記方位偏光回転を補償するように、選択された角度で前記光内に配置されている、請求項２３に記載の配向方法。
35. 前記照明ユニットからの光が前記光学配向層に非垂直に入射するように、前記照明ユニットおよび前記光学配向層のうちの１つを傾斜させることをさらに含み、前記方位偏光回転を補償することが、前記光学配向層を横切る光の方位偏光回転を実質的に最小限に抑えるように、チルト角を選択することである、請求項２３に記載の配向方法。
36. 前記照明ユニットからの光が前記光学配向層に非垂直に入射するように、前記照明ユニットおよび前記光学配向層のうちの１つを傾斜させることをさらに含み、前記方位偏光回転を補償することが、前記第１の偏光素子と前記光学配向層との間に補償素子を配置することと、前記光学配向層を横切る光の方位偏光回転を低減するために所望の角度で前記光が前記補償素子に入射するように前記補償素子を向けることとを含む、請求項２３に記載の配向方法。
37. 前記方位偏光回転を補償することが、前記第１の偏光子を通過せずに前記光学配向層へ通過する前記光の少なくとも一部が前記光源から前記偏光回転補償素子まで通過するように、前記第１の偏光子のそばに偏光回転補償素子を配置することを含む、請求項２３に記載の配向方法。
38. 前記第１の偏光子が第１の方向の照明軸に対して傾斜しているとともに、前記偏光回転補償素子が前記第１の方向と反対の第２の方向の前記照明軸に対して傾斜している、請求項３７に記載の配向方法。
39. 目標領域で光学配向層を露光する光学露光システムであって、
    第１の軸に平行な方向に細長い光源と、
    前記光源から前記目標領域へ通過する前記光の少なくとも一部を偏光するように配置された第１の偏光子と、
    前記第１の偏光子のそばに配置された偏光回転補償素子と、を備え、前記目標領域に到達するとともに前記第１の偏光子に入射しない前記光源からの前記光の少なくとも一部が前記偏光回転補償素子に入射し、前記第１の偏光子を介して前記目標領域に入射する光が前記目標領域を横切る第１の方位偏光回転プロファイルを有するとともに、前記偏光補償素子を介して前記目標領域に入射する光が、前記第１の方位偏光回転プロファイルを実質的に補償する第２の方位偏光回転プロファイルを有する光学露光システム。
40. 前記偏光回転補償素子が第２の偏光子である、請求項３９に記載の光学露光システム。
41. 前記第１の偏光子が第１の方向のシステム軸に対して傾斜しているとともに、前記偏光回転補償素子が前記第１の方向と反対の第２の方向の前記システム軸に対して傾斜した面を有する、請求項３９に記載の光学露光システム。
42. 前記光源がＵＶランプである、請求項３９に記載の光学露光システム。
43. 前記第１の軸に実質的に平行な方向に細長い第１の開口を画定するように、前記光源と前記目標領域との間に配置された少なくとも一対の開口プレートをさらに備える、請求項３９に記載の光学露光システム。
44. 前記第１の軸に平行な面内の光を偏向するとともに前記第１の軸に垂直な面内の光を偏向するように、前記光源と前記目標領域との間に配置された反射構造をさらに備える、請求項３９に記載の光学露光システム。
45. 前記第１の偏光子から前記目標領域へ通過する前記光が前記第１の偏光子を透過する、請求項３９に記載の光学露光システム。
46. 前記第１の偏光子から前記目標領域へ通過する光が前記第１の偏光子により反射される、請求項３９に記載の光学露光システム。
47. 前記目標領域に入射する前記光が照明軸を画定し、前記照明軸が前記目標領域に対して非垂直である、請求項３９に記載の光学露光システム。
48. 前記照明軸と前記目標領域との間の角度が前記目標領域に入射する光の方位偏光回転を実質的に最小限に抑えるように選択されている、請求項４７に記載の光学露光システム。
49. 目標領域で光学配向層を露光する光学露光システムであって、
    第１の軸に平行な方向に細長い光源を有する照明ユニットと、前記光源から前記目標領域へ通過する照明光の少なくとも一部を偏光するように配置された第１の偏光子とを備え、前記照明光の照明軸が非垂直チルト角で目標領域に入射し、前記非垂直チルト角が、前記第１の軸に平行な方向で前記目標領域を横切る前記光の偏光の方位回転を低減するように選択されている、光学露光システム。
50. 前記光源がＵＶランプである、請求項４９に記載の光学露光システム。
51. 前記照明ユニットが、前記目標領域の前記光の発散を低減するように１つ以上のビーム調整素子をさらに備える、請求項４９に記載の光学露光システム。
52. 前記１つ以上のビーム調整素子が、前記光源から前記目標領域へ通過する光を反射するように配置された反射構造を備える、請求項５１に記載の光学露光システム。
53. 目標領域で光学配向層を露光する光学露光システムであって、
    第１の軸に平行な方向に細長い光源であって、前記第１の軸に垂直である第２の軸に平行な方向に発光された光を前記目標領域に入射させる光源と、
    前記光源から前記目標領域へ通過する光の少なくとも一部を偏光するように配置された第１の偏光子と、
    前記光源と前記目標領域との間に配置された反射アセンブリであって、前記第２の軸に非平行な少なくとも１つの第１の反射面を有し、前記光源から前記目標領域へ前記第２の軸に非平行な方向に伝播する光の少なくとも一部を、前記少なくとも１つの第１の反射面により方向転換して、前記少なくとも１つの反射面により方向転換される前より前記第２の軸に平行にする反射アセンブリと、を備えた光学露光システム。
54. 湾曲反射板をさらに備え、前記光源が前記湾曲反射板と前記反射アセンブリとの間に配置され、前記光源から前記湾曲反射板へ伝播する光が前記湾曲反射板により前記反射アセンブリに向かって反射される、請求項５３に記載の光学露光システム。
55. 前記湾曲反射板が放物状である、請求項５４に記載の光学露光システム。
56. 前記反射アセンブリが、前記光源から受け取った光を前記湾曲反射板へ反射するように配置された第２の反射面を備える、請求項５４に記載の光学露光システム。
57. 前記第２の反射面が光を前記光源から前記少なくとも１つの第１の反射面へ通過させる少なくとも１つの開口を画定する、請求項５６に記載の光学露光システム。
58. 前記第２の反射面が前記第１の軸に非平行である、請求項５６に記載の光学露光システム。
59. 前記第２の反射面が前記第１の軸に平行である、請求項５６に記載の光学露光システム。
60. 前記少なくとも１つの開口が前記湾曲反射板の焦点に近接している、請求項５７に記載の光学露光システム。
61. 前記少なくとも１つの第１の反射面が前記第２の軸に対して少なくとも１０°の角度で配置されている、請求項５３に記載の光学露光システム。
62. 前記反射アセンブリが前記第２の軸に非平行な少なくとも２つの第１の表面を備える、請求項５３に記載の光学露光システム。
63. 前記反射アセンブリが前記光源に面する表面を備え、該表面が１つ以上の開口を有し、各開口が１つ以上のそれぞれの第１の反射面に関連し、光が前記光源から前記１つ以上の開口を介して前記それぞれの第１の反射面へ通過する、請求項５３に記載の光学露光システム。
64. 前記表面が２つ以上の開口を有し、前記２つ以上の開口が前記第１の軸に平行な線を画定するように前記表面に沿って配置されている、請求項６３に記載の光学露光システム。
65. 第１の軸に平行な方向に細長い光源から光を発光することであって、前記光源により前記第１の軸に垂直である第２の軸に平行な方向に発光された光を目標領域に入射することと、
    前記光源から前記目標領域に向けて発光された前記光の少なくとも一部を偏光することと、
    前記光源により前記第２の軸に非平行な方向に発光された光を、前記第１および第２の軸に非平行な少なくとも１つの第１の反射面を用いて、反射的に方向転換することであって、前記方向転換された光が前記少なくとも１つの反射面により方向転換される前より前記第２の軸に平行な方向に伝播することとを含む、目標領域の照明方法。
66. 湾曲反射板を用いて、前記光源から前記目標領域を離れる方向に発光された光を前記目標領域に向かって戻るように反射することをさらに含む、請求項６５に記載の照明方法。
67. 前記第１の軸に平行な第２の反射面に入射する前記光の一部を、前記光源および前記湾曲反射板のうちの少なくとも１つに反射することをさらに含む、請求項６６に記載の照明方法。
68. 光を前記第２の反射面内の少なくとも１つの開口を透過させ、前記少なくとも１つの開口を透過した光を前記少なくとも１つの第１の反射面に入射することを含む請求項６７に記載の照明方法。
69. 前記湾曲反射板を用いて前記第２の反射面内に光の焦点を合わせることをさらに含む、請求項６７に記載の照明方法。
70. 前記少なくとも１つの第１の反射面が前記第２の軸に対して少なくとも１０°の角度に配置されている、請求項６５に記載の照明方法。
71. 少なくとも２つの第１の反射面を用いて光を反射的に方向転換することをさらに含む、請求項６５に記載の照明方法。
72. 目標領域で光学配向層を露光する光学露光システムであって、
    第１の軸に平行な方向に細長い紫外光源であって、前記第１の軸に垂直である第２の軸に平行な方向に発光された光を前記目標領域に入射する紫外光源と、
    前記紫外光源から前記目標領域へ通過する光の少なくとも一部を偏光するように配置された第１の偏光子と、
    前記光源と前記目標領域との間に配置された少なくとも第１の対の翼であって、前記第１の軸に平行な方向に細長い開口を画定し、前記開口が光を前記光源から前記目標領域へ通過させる翼と、
    実質的に放物状断面を有するとともに前記第１の軸に平行な方向に細長い反射板であって、焦点を前記光源上にほぼ位置させるとともに、反射した前記光源からの光を前記開口を介して前記目標領域へ通過させるように配置されている反射板と、を備えている光学露光システム。
73. 前記反射アセンブリが前記光源から受け取った光を前記湾曲反射板へ反射するように配置された第２の反射面を備える、請求項７２に記載の光学露光システム。
74. 前記第１の対の翼と前記目標領域との間に配置された第２の対の翼をさらに備え、前記第２の対の翼が前記第１の軸に平行な方向で細長い第２の開口を画定し、前記第２の開口が光を前記光源から前記目標領域へ通過させる、請求項７２に記載の光学露光システム。

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