JP2012073298A

JP2012073298A - マイクロレンズアレイを使用した露光装置

Info

Publication number: JP2012073298A
Application number: JP2010216151A
Authority: JP
Inventors: Michinobu Mizumura; 通伸水村
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: JP5704527B2

Abstract

【課題】複数個のマイクロレンズアレイを使用する露光装置において、各マイクロレンズアレイの光軸を高精度で相互に一致させることができるマイクロレンズアレイを使用した露光装置を提供する。
【解決手段】複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成された複数個のマイクロレンズアレイ２が１個の支持板１に配置されている。３個の圧電素子３が支持板１の孔１ａの周辺部に設置され、マイクロレンズアレイ２は３点で圧電素子３に支持されている。これにより、圧電素子３の印加電圧を調節してこれを変形させることにより、マイクロレンズアレイ２の光軸を調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロレンズを２次元的に配列した複数個のマイクロレンズアレイによりマスクパターンを基板上に露光するマイクロレンズアレイを使用した露光装置に関する。

薄膜トランジスタ液晶基板及びカラーフィルタ基板等は、ガラス基板上に形成されたレジスト膜等を、数回、重ね合わせ露光して、所定のパターンを形成する。この露光装置として、マイクロレンズを２次元的に配置したマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置が提案されている（特許文献１）。このスキャン露光装置においては、複数個のマイクロレンズアレイを一方向に配列し、この配列方向に垂直の方向に基板及びマスクを、マイクロレンズアレイ及び露光光源に対して、相対的に移動させることにより、露光光がマスクをスキャンして、マスクの孔に形成された露光パターンを基板上に結像させる。

このマイクロレンズアレイを製造する場合、製造装置の制約により、製造できるマイクロレンズアレイの大きさには限界がある。このため、大型マスクを使用して、そのマスクパターンを基板上に露光する場合は、支持板上に複数枚のマイクロレンズアレイを並置して、これらの複数枚のマイクロレンズアレイにより１個のマスクに対応する露光処理を行う必要がある。

特開２００７−３８２９

しかしながら、マイクロレンズアレイを並べた状態で支持する支持板の平坦度が低い場合には、各マイクロレンズアレイ相互間の面の方向が一致せず、各マイクロレンズアレイの光軸が相互にずれてしまうことがあった。そうすると、マスクパターンの露光位置が基板上の所定位置からずれてしまうことになり、露光精度が劣化するか、又は大面積の露光が困難になるという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、複数個のマイクロレンズアレイを使用する露光装置において、マイクロレンズアレイを支持する支持板の平坦度が低い場合及び基板上の露光対象がずれている場合にも、各マイクロレンズアレイの光軸を高精度で相互に一致させることができるマイクロレンズアレイを使用した露光装置を提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロレンズアレイを使用した露光装置は、
露光すべき基板の上方に配置され、複数個のマイクロレンズが２次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、
これらのマイクロレンズアレイが配置される支持板と、
この支持板上に少なくとも１個のマイクロレンズアレイについて設けられた圧電素子と、
を有し、
前記圧電素子は、それが設けられたマイクロレンズアレイ毎に少なくとも３個配置され、夫々その基端が前記支持板上に固定され、その先端が前記マイクロレンズアレイに固定されて、前記マイクロレンズアレイを少なくとも３点で支持するものであり、
前記圧電素子への印加電圧を調整することにより、前記各マイクロレンズアレイの光軸を調整可能であることを特徴とする。

このマイクロレンズアレイを使用した露光装置は、例えば、露光光源と、この露光光源からの露光光を露光パターンにより遮光するマスクとを有し、
前記マイクロレンズは、前記マスクの露光パターンの正立等倍像を前記基板上に投影するものである。

本発明によれば、マイクロレンズアレイを使用した露光装置において、前記マイクロレンズアレイは、少なくとも３点で圧電素子により支持されているので、この圧電素子に印加する電圧を調整することにより、圧電素子が変形し、支持板に対するマイクロレンズアレイの支持点を上昇又は下降させることができる。従って、１個のマイクロレンズアレイを支持する少なくとも３個の圧電素子の変形の程度を、印加電圧の調整により調整することにより、マイクロレンズアレイの光軸を調整することができる。

よって、全てのマイクロレンズアレイに圧電素子が配置されている場合は、全てのマイクロレンズアレイの光軸を調整することにより、全てのマイクロレンズアレイの相互間の光軸を一致させることができ、一部のマイクロレンズアレイに圧電素子が配置されている場合は、その圧電素子が配置されたマイクロレンズアレイの光軸を、圧電素子が配置されていないマイクロレンズアレイの光軸に一致させるように、圧電素子に対する印加電圧を調整することにより、全てのマイクロレンズアレイの相互間の光軸を一致させることができる。これにより、マイクロレンズアレイを支持する支持板の平坦度が低くても、また基板上の露光対象がずれている場合にも、複数個のマイクロレンズアレイの光軸を一致させることができ、大面積の基板に対する高精度の露光が可能となる。

本発明の実施形態に係る露光装置を示す模式的斜視図である。本発明の実施形態に係る露光装置の１個のマイクロレンズアレイの部分を示す縦断面図である。同じくその動作を示す縦断面図である。マイクロレンズアレイとマスクとの関係を模式的に示す断面図である。同じくその斜視図である、１個のマイクロレンズの構造を示す図である。（ａ）、（ｂ）はマイクロレンズアレイの絞りを示す図である。マイクロレンズの６角視野絞りの配置を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る露光装置を示す模式的斜視図、図２は同じくその１個のマイクロレンズアレイの部分を示す縦断面図、図３は同じくその動作を示す縦断面図である。本実施形態の露光装置は、支持板１に複数個のマイクロレンズアレイ２（２ｂ、２ｃ）が支持されて配列されており、このマイクロレンズアレイ２の上方には、支持板５に支持された１個のマスク６が配置されている。マイクロレンズアレイ２は、複数個のマイクロレンズ２ａが２次元的に配置されている。このマスク６は、透明基板６ａの下面に遮光膜としてのＣｒ膜６ｂが形成されたものであり、このＣｒ膜６ｂに形成された孔に、基板２２に露光すべき露光パターンが形成されている。露光光源２０から出射された露光光は、マスク６を透過し、そのマスク６のＣｒ膜６ｂの孔に形成された露光パターンが、マイクロレンズアレイ２により基板２２上に結像する。例えば、マイクロレンズアレイ２は露光装置に固定されており、マスク６と露光対象の基板２２とが、マイクロレンズアレイ２に対して相対的にスキャン方向５０に移動することにより、基板２２の全域にマスク６の露光パターンが、マイクロレンズアレイ２を介して露光される。マイクロレンズアレイ２及び露光光源を、マスク６及び基板２２に対して移動させることにより、基板を露光光でスキャンすることも可能である。

図１に示すように、マイクロレンズアレイ２は、支持板１に、マイクロレンズアレイ２ｂ及びマイクロレンズアレイ２ｃの２列に分かれて配置されており、スキャン方向５０に垂直の方向に列をなすように、またマイクロレンズアレイ２ｂとマイクロレンズアレイ２ｃとがスキャン方向５０に相互にずれて配置されている。マイクロレンズアレイ２は、図２及び図３に示すように、支持板１に設けた孔１ａ内に嵌合して配置されており、各孔１ａは各マイクロレンズアレイ２の外形に見合う大きさを有している。マイクロレンズアレイ２は、そのスキャン方向５０に直交する方向については、隣接するマイクロレンズアレイ２同士（マイクロレンズアレイ２ｂとマイクロレンズアレイ２ｃ）が相互に接近するように連なって配置されている。そして、このスキャン方向５０に直交する方向に隣接するマイクロレンズアレイ２間の支持板１の部分は、極めて細く、また、マイクロレンズアレイ２におけるスキャン方向５０に直交する方向の端部はこの端部のマイクロレンズ２ａと端縁との間の間隔がマイクロレンズ２ａの配列ピッチの１／２未満に短くなっている。このため、各マイクロレンズアレイ２は、図１に示すように、スキャン方向５０に直交する方向に連なっていても、このスキャン方向５０に直交する方向の全てのマイクロレンズアレイ２のマイクロレンズ２ａ間の間隔を同一にすることができる。即ち、マイクロレンズ２ａのスキャン方向５０に直交する方向のピッチは、全てのマイクロレンズアレイ２について一定である。スキャン方向５０については、１個のマイクロレンズアレイ２が配置されており、そのマイクロレンズアレイ２内のマイクロレンズ２ａのピッチは一定である。

なお、マイクロレンズアレイ２は、支持板１に対し、図５に示すように、スキャン方向５０及びスキャン方向５０に直交する方向の双方に相互に離隔するように配置することもできる。この場合は、スキャン方向５０に見た場合に、マイクロレンズアレイ２をその端部同士が重なるように設けることができ、従って、スキャン方向５０に直交する方向に関し、各マイクロレンズアレイ２の端部におけるマイクロレンズ２ａと端縁との間隔をマイクロレンズ２ａのピッチの１／２未満になるように、短くする必要がなく、各マイクロレンズアレイ２の端部の幅を十分大きくとることができる。また、支持板１の孔１ａは、スキャン方向５０に直交する方向の相互間隔を、図１に示すような短いものにする必要がなく、十分広くとることができる。なお、図１及び図５は、マイクロレンズアレイ２をスキャン方向５０に直交する方向について、千鳥状に配置しているが、図１に示すように、マイクロレンズアレイ２が相互に近接している場合は、マイクロレンズアレイ２をスキャン方向５０に一直線状に整列させて配置することも可能である。

図１に示す実施形態では、各マイクロレンズアレイ２ｂは、例えば、スキャン方向５０に対向する２辺で、一方は２個の圧電素子３ａ，３ｂに支持され、他方は１個の圧電素子３ｃに支持されており、マイクロレンズアレイ２ｃは、例えば、スキャン方向５０に対向する２辺で、一方は１個の圧電素子３ｄに支持され、他方は２個の圧電素子３ｅ、３ｆに支持されている。

図２及び図３に示すように、支持板１におけるマイクロレンズアレイ２の配置位置には、前述のごとく、マイクロレンズアレイ２の形状に対応する形状の孔１ａが形成されており、マイクロレンズアレイ２はこの孔１ａ内に嵌合されている。また、この孔１ａの周囲は、支持板１の上面が切り欠かれて、段差１ｂが形成されており、この段落１ｂの低い部分、即ち、孔１ａの周辺部分に、圧電素子３が配置されている。そして、マイクロレンズアレイ２はその上方部分に水平方向に張り出すフランジ部２１が形成されており、このフランジ部２１が、支持板１の孔１ａの周囲部分の段差１ｂに位置する。

圧電素子３は、その基部３１が支持板１の段差１ｂの低い部分に固定されており、その先端３２がマイクロレンズアレイ２のフランジ部２１の下面に固定されている。そして、圧電素子３は引出線４により適宜の制御装置（図示せず）に接続されており、圧電素子３は、この引出線４を介して制御装置から駆動電圧を供給されて、図３に示すように，変形する。即ち、図２においては、圧電素子３が変形していないので、マイクロレンズアレイ２の光軸は垂直（支持板１の表面に垂直）方向を向いているが、図３においては、図示の左側の圧電素子３がその先端３２が上向くように変形しており、これにより、マイクロレンズアレイ２はその光軸が垂直方向に対し、傾斜する方向に向いている。このようにして、マイクロレンズアレイ２の光軸の方向を、圧電素子に対する印加電圧を調整することにより調整できるので、仮に、支持板１に平坦度が悪い箇所があり、その箇所に配置されたマイクロレンズアレイ２の光軸が基板に垂直ではない方向を向いている場合、圧電素子３に対する印加電圧を調整することにより、このマイクロレンズアレイ２の光軸を垂直方向にすることができる。なお、圧電素子３による支持点は、上述の３点に限らず、４点以上設けても良いことは勿論である。この場合、４点以上の圧電素子の変形量は、相互に規制する必要がある。

図６は各マイクロレンズアレイ２を構成する各マイクロレンズ２ａの構造を示す模式図である。各マイクロレンズアレイ２の各マイクロレンズ２ａは、例えば、４枚８レンズ構成であり、４枚のマイクロレンズアレイ２−１，２−２，２−３，２−４が積層された構造を有する。各マイクロレンズアレイ２−１等は２個のレンズから構成されている。これにより、露光光はマイクロレンズアレイ２−２とマイクロレンズアレイ２−３との間で一旦収束し、更にマイクロレンズアレイ２−４の下方の基板上で結像する。そして、マイクロレンズアレイ２−２とマイクロレンズアレイ２−３との間に６角視野絞り１２が配置され、マイクロレンズアレイ２−３とマイクロレンズアレイ２−４との間に開口絞り１１が配置されている。これらの６角視野絞り１２及び開口絞り１１はマイクロレンズ２ａ毎に設けられており、各マイクロレンズ２ａについて基板上の露光領域を６角に整形している。６角視野絞り１２は、例えば、図７（ａ）に示すように、マイクロレンズ２ａのレンズ視野領域１０の中に６角形状の開口として形成され、開口絞り１１は、図７（ｂ）に示すように、マイクロレンズ２ａのレンズ視野領域１０の中に円形の開口として形成されている。

図８は、各マイクロレンズアレイ２における各マイクロレンズ２ａの配置態様を示す平面図である。この図８においては、マイクロレンズ２ａの配置態様を、マイクロレンズ２ａの６角視野絞り１２の位置として示す。この図８に示すように、マイクロレンズ２ａは、スキャン方向５について、順次、若干横方向にずれて配置されている。６角視野絞り１２は、中央の矩形部分１２ａと、そのスキャン方向５に見て両側の三角形部分１２ｂ、１２ｃとに分かれる。そして、図８に示すように、スキャン方向５に垂直の方向の各列に関し、スキャン方向５について３列の６角視野絞り１２の列をみると、ある特定の１列目の６角視野絞り１２の右側の三角形部分１２ｃが、スキャン方向後方に隣接する２列目の６角視野絞り１２の左側の三角形部分１２ｂと重なり、１列目の６角絞り１２の左側の三角形部分１２ｂが、３列目の６角視野絞り１２の右側の三角形部分１２ｃと重なるように、これらのマイクロレンズ２ａが配置されている。このようにして、スキャン方向５に関し、３列のマイクロレンズ２ａが１セットとなって配置される。つまり、４列目のマイクロレンズ２ａは、スキャン方向５に垂直の方向に関し、１列目のマイクロレンズ２ａと同一位置に配置される。このとき、６角視野絞り１２の６角形の各角部をスキャン方向５に結ぶ線分（図中、破線にて示す）が例えば０．０３ｍｍの等間隔であるとすると、３列の６角視野絞り１２において、隣接する２列の６角視野絞り１２の三角形部分１２ｂの面積と三角形部分１２ｃの面積とを加算すると、このスキャン方向５に重なる２個の三角形部分１２ｂ、１２ｃの合計面積は、中央の矩形部分１２ａの面積と同一になる。このため、基板１が３列のマイクロレンズ２ａのスキャンを受けると、このスキャン方向５に垂直の方向に関し、その全域で均一な光量の露光を受けたことになる。従って、各マイクロレンズアレイ２は、スキャン方向５に関し、３の整数倍の列のマイクロレンズ２ａが配置されており、これにより、基板は、１回のスキャンによりその全域で均一な光量の露光を受けることになる。なお、６角視野絞り１２の６角形の各角部をスキャン方向５に結ぶ線分（図中、破線にて示す）は、必ずしも等間隔である必要はない。例えば、６角視野絞り１２の中央の矩形部分１２ａの幅が、三角形部分１２ｂ、１２ｃの高さと異なっていても良い。

次に、このように構成された露光装置の動作について説明する。複数個のマイクロレンズアレイ２を支持板１に設置する。このとき、図２に示すように、各マイクロレンズアレイ２を例えばスキャン方向５０に対向する２辺で、夫々２個の圧電素子３と１個の圧電素子３とで支持する。そして、マスク６を介して露光光を複数個のマイクロレンズアレイ２に入射させ、露光パターンを基板２２上に結像させ、基板上の露光後のパターンをカメラ又は顕微鏡等の手段により観察する。そして、支持板１の歪みがあるような場合で、特定のマイクロレンズアレイ２の露光像が所定の位置からずれていて、光軸が所定の方向（例えば，垂直方向）からずれている場合は、その特定のマイクロレンズアレイ２を支持している圧電素子３の印加電圧を調整して、その特定のマイクロレンズアレイ２の光軸を正しい方向に調整する。このとき、マイクロレンズアレイ２は３点で圧電素子３に支持されており、この３点の位置を夫々圧電素子３により相対的に調節することにより、マイクロレンズアレイ２を任意の方向に向かせることができる。よって、マイクロレンズアレイ２の光軸を任意の方向に調節することができる。このようにして、支持板１に配置されたマイクロレンズアレイ２の光軸の方向を、支持板１の平坦度等の歪み要因に拘わらず、全てのマイクロレンズアレイ２について同一方向に調整することができ、剛性が高くで平坦度が高いが、重量が重い支持板を使用しなくても、即ち、軽量の支持板を使用しても、複数のマイクロレンズアレイ２を組み合わせて大面積の基板を大面積のマスクにより、一度の処理で露光することができる。このマイクロレンズアレイの光軸の調整は、基板上の露光対象がずれている場合に、そのずれを吸収する際にも有効である。

なお、圧電素子によるマイクロレンズアレイ２の光軸の調整は、必ずしも、全てのマイクロレンズアレイに対して行う必要はなく、一部のマイクロレンズアレイ２に圧電素子３を設け、この圧電素子３を設けて光軸の調整が可能なマイクロレンズアレイ２について、支持板１に固定されたマイクロレンズアレイ２の光軸に一致するように、圧電素子３の印加電圧を調節して光軸を調整しても良い。

また、図２及び図３に示す実施形態においては、マイクロレンズアレイ２のフランジ部２１の下面を圧電素子３の先端３２で支持することにより、マイクロレンズアレイ２のフランジ部２１を持ち上げる高さを調節することにより、マイクロレンズアレイ２の光軸を調整している。しかし、支持板１の孔１ａの側面とマイクロレンズアレイ２の側面との間の間隙を大きくとり、フランジ部２１よりも孔１ａの大きさを大きくすることにより、圧電素子３の先端３２が基部３１よりも下方になるように圧電素子３が変形できるようにすることにより、マイクロレンズアレイ２のフランジ部２１の支持点を下降させることもできる。これにより、マイクロレンズアレイ２の光軸の調整の自由度がより一層高まる。

更に、図２及び図３の実施形態では、マイクロレンズアレイ２のフランジ部２１の各支持点に１個の圧電素子３が設定されているが、この圧電素子３を、各支持点につき、上下に重なるように２個設け、この２個の圧電素子で、その支持点のフランジ部２１を上下から挟み込むように固定することもできる。つまり、フランジ部２１を上面及び下面の双方で２個の圧電素子３に固定する。そして、マイクロレンズアレイ２における対向する２辺の圧電素子３について、いずれもマイクロレンズアレイ２の中央部が盛り上がる方向又は中央部が降下する方向に変形させることにより、マイクロレンズアレイ２を平面ではなく、湾曲させることができる。例えば、マイクロレンズアレイ２における対向する２辺に配置された各圧電素子２の先端３２を、いずれも上方に盛り上がる方向に変形させると、マイクロレンズアレイ２の中央部が端部よりも盛り上がるように変形し、マイクロレンズアレイ２は上に凸の状態に湾曲する。これにより、そのマイクロレンズアレイ２における各マイクロレンズ２ａの光軸の間隔を基板上でより小さくすることができる。逆に、マイクロレンズアレイ２における対向する２辺に配置された各圧電素子３の先端３２を、いずれも下降する方向に変形させると、マイクロレンズアレイ２の中央部が端部よりも下降するように変形し、マイクロレンズアレイ２は下に凸の状態に湾曲する。これにより、そのマイクロレンズアレイ２における各マイクロレンズ２ａの光軸の間隔を基板上でより大きくすることができる。このように、マイクロレンズアレイ２を湾曲させることにより、基板上における露光位置の間隔を大きくしたり、小さくしたりすることができ、露光装置の集束レンズの倍率を変更することを同様の処理を行うことができる。マイクロレンズ２ａは、前述のごとく、正立等倍増を結像させるので、倍率の変更はできない。このため、上述のごとく、マイクロレンズアレイ２を湾曲させることにより、擬似的に倍率を変更することができることは、極めて有益である。

以上のようにして、マイクロレンズアレイ２の光軸調整が終了した後、基板２２がマイクロレンズアレイ２の下方に搬入されてくる。そして、基板２２及びマスク６をスキャン方向５０に移動させつつ、露光光源２０から出射された露光光をマスク６に向けて照射することにより、マイクロレンズアレイ２とマスク６とがスキャン方向に相対的にスキャンされたことになり、大面積の基板２２上に大面積のマスク６の全域に形成された露光パターンが、一度のスキャンで、高精度で露光処理される。

１、５：支持板
２、２ｂ、２ｃ：マイクロレンズアレイ
２ａ：マイクロレンズ
２−１〜２−４：（構成）マイクロレンズアレイ
３：圧電素子
６：マスク
６ａ：透明基板
６ｂ：Ｃｒ膜
１１：開口絞り
１２：６角視野絞り
１２ａ：矩形部分
１２ｂ、１２ｃ：三角形部分
２０：露光光源
５０：スキャン方向

Claims

露光すべき基板の上方に配置され、複数個のマイクロレンズが２次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、
これらのマイクロレンズアレイが配置される支持板と、
この支持板上に少なくとも１個のマイクロレンズアレイについて設けられた圧電素子と、
を有し、
前記圧電素子は、それが設けられたマイクロレンズアレイ毎に少なくとも３個配置され、夫々その基端が前記支持板上に固定され、その先端が前記マイクロレンズアレイに固定されて、前記マイクロレンズアレイを少なくとも３点で支持するものであり、
前記圧電素子への印加電圧を調整することにより、前記各マイクロレンズアレイの光軸を調整可能であることを特徴とするマイクロレンズアレイを使用した露光装置。
露光光源と、
この露光光源からの露光光を露光パターンにより遮光するマスクとを有し、
前記マイクロレンズは、前記マスクの露光パターンの正立等倍像を前記基板上に投影することを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイを使用した露光装置。