JP4492772B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、ランプ、集光装置、光変調器、視野レンズおよび投影対物レンズを有する露光装置に関する。
【０００２】
紫外光によって印刷版を露光するために使用されるこのような露光装置は、例えばＤＥ１９５４５８２１Ａ１から既知である。この露光装置では、結像すべきサンプルはコンピュータによって部分画像に分解され、この部分画像が、電子制御可能な光変調器、例えば透過ビームＬＣＤスクリーンまたはマイクロミラー装置の上に移される。次に露光装置は、露光されるべき印刷版の上方で少しずつ移動され、この際に、常に光変調器が関連部分画像と共に制御される。
【０００３】
マイクロミラー装置（ＤＭＤ、デジタルミラー装置）では、電子チップの表面に配設された数ミクロンのエッジ長さを有する微小ミラーを電子制御によって個別に傾斜でき、この装置を用いてマイクロミラーの傾斜角度が制限される。マイクロミラーの制御により、入射ビームを投影対物レンズまたはこのレンズの次に案内するために、入射ビームと反射ビームとの間に鋭角が維持されなければならない。これらの条件のため、入射および出現ビーム束は同一の空間角度領域について競合する。かくして、この領域に配設された光学素子の断面、したがってビーム束の断面も制限される。
【０００４】
本発明の目的は、露光されるべき対象物の均一な照明によって、可能な限り高い露光強度を有する露光装置を特定することである。
【０００５】
上記目的の解決方法は、光変調器が反射マイクロミラー装置から構成され、ビーム経路が視野レンズを通してマイクロミラー装置の上に走って、鋭角での変調および反射後にもう１度視野レンズを通して走るように、前記マイクロミラー装置の前に視野レンズが配設されるという事実にある。
【０００６】
二重に働く視野レンズが、入射および出現ビーム束の断面を低減し、したがって低い空間角度の領域にもかかわらず、シェーディングのない高い光処理量を保証するので、マイクロミラー装置と視野レンズとを組み合わせることによって、マイクロミラー装置の利点、特に高い光処理量を最適に利用し得る。
【０００７】
光処理量は、マイクロミラー装置に入射かつ反射されるビーム束のビーム断面を楕円状に形成し、またビーム断面のより長い直交延長部を、入射および出現方向から展開される面に対して略垂直に配設することによって、なお改善することが可能である。かくして、ビーム束は、同一の空間角度についてビーム束が競合する方向においてより小さな延長方向を有し、またこのより小さな延長方向に直角に走る、競合が存在しない方向においてより大きな延長方向を有し、この結果光処理量が大きくなる。
【０００８】
本発明は、ビーム束が大きな収束レンズから小さな収束レンズに向かって収束して、再び発散し、その後の経過において視野レンズまで進行し、またマイクロミラー装置で反射して、視野レンズを新たに通過した後に、ビーム束全体が投影対物レンズから送られるべく補正されるように、集光レンズの後の入射ビーム束のビーム経路内に、大きな直径を有する収束レンズと、続いて小さな直径を有する収束レンズとを配設することによって、さらに改良することが可能である。同時に、より小さな収束レンズと視野レンズとの間の光路は、視野レンズと投影対物レンズとの間の光路に略等しいことが好ましい。この構成によって、小さな収束レンズは、入射ビームが同一の空間角度について反射ビームと競合するところの投影対物レンズの近傍に配置される。しかし、正確にこの領域では、より大きな収束レンズとより小さな収束レンズとの組合せの結果として、入射ビーム束の断面は好適に最も小さい。
【０００９】
露光されるべき部分画像は、簡単な別形態において長方形の形状を有する。しかし、この形状では、長方形の隅の照度がその中心よりも低くなるという恐れがある。しかし、不均一な露光は許容できない。長方形の横方向の長さは低減し得るが、このことは、大きな表面の対象物を露光するためにより多くの露光を個別的に実施しなければならないので、合計露出時間の増加を招くであろう。
【００１０】
したがって、最適露光強度の領域を可能な限り利用するために、他の好適な別形態では、表面部片を六角形として形成することが提案される。このような六角形は、ちょうど長方形のように隙間のない表面に共に組み込むことが可能である。これによって、六角形の隅は、表面の中心に対して、表面が等しい長方形の隅よりも小さな距離を有する。かくして、同一の数の個々の露光によって、露光されるべき対象物のより均一な照明を達成することができる。
【００１１】
印刷版用の公知のＣｔＰ−ＵＶ露光装置によって装置を全体としてよりコンパクトに形成するために、ランプからコレクタ背後の収束レンズまでの光学軸は、投影対物レンズの光学軸に対して略直角に位置合わせされ、この場合、投影対物レンズは、通常水平に配設される印刷版を露光するために鉛直に配設することが好ましい。このような露光装置によって、マイクロミラー装置に入射するビーム束と反射ビーム束との間の鋭角を維持すべく、ビームを案内するために２つの平面鏡が必要であり、この場合、大きな収束レンズの後のビーム経路内に第１の平面鏡が配設され、この平面鏡からビーム経路が小さな収束レンズを通して、また適切ならばさらなる平面鏡を通して、投影対物レンズの次に直接配設される最後の平面鏡の上に到達し、最後の平面鏡は、対物レンズの軸に鋭角に、視野レンズを通してマイクロミラー装置の上に光を案内し、そこから光が投影対物レンズ内に入る。
【００１２】
印刷版用のＵＶ露光装置と共にガスコンデンサ放電ランプが使用され、このランプは、技術的な理由のため、それらの縦軸が鉛直に位置合わせされるときにのみ機能する。これらのランプは、その縦軸が同様に鉛直に位置合わせされる楕円状の光点を生成する。しかし、このような鉛直の光点は、その縦軸が、競合状態に関して投影対物レンズの空間角度領域で不利に方向付けられるように、前述のミラー装置によって反射される。この不都合を避けるために、投影対物レンズ内の光点画像の縦軸が、マイクロミラー装置における入射方向および反射の出現方向から展開される面に対して垂直に方向付けられるように、第１の平面鏡と最後の平面鏡との間のビーム経路内に、さらなるミラーを配設することが提案される。このようにして、マイクロミラー装置によって引き起こされる鋭角の反射によって、関連する光学素子によるシェーディングを避けつつ、より高い光処理量が得られる。
【００１３】
露光されるべき印刷版は、しばしば平坦に完全に位置合わせされないので、通常、露光ヘッドに収容された露光装置が追跡され、この場合露光ヘッド全体を鉛直方向に変位しなければならない。変位の際に移動される質量を低減し、したがって迅速な変位を可能にするために、ランプと集光レンズとから成る第１の構成部分を、投影対物レンズまでの後続の光学素子から成る第２の構成部分から機械的に分離すること、および露光されるべき対象物への投影対物レンズの距離変化を補償するための第２の構成部分を、対象物の表面に対して垂直に変位可能に配設することが提案される。この処置によって、ランプおよび集光レンズの特に大きな質量は、第１のユニット内に共にグループ分けされ、移動される第２のユニットから分離される。
【００１４】
個々の表面部片の均一な露光は、集光レンズとマイクロミラー装置との間のビーム経路内に、マイクロミラー装置の光の斜め入射の結果としての不均一な照度を補償するためのプリズムを配設することによって、なおさらに改良し得る。ビーム束の斜め入射のため、露光ビーム束の歪みがマイクロミラー装置の面に生じる。例えば、歪みによる本来正方形の表面要素は、照明ビーム経路内に台形の形状を得る。次に、補償用に設けられるプリズムは、光の斜め入射の結果としての効果を補償する対抗する歪みを生成する。
【００１５】
他の実施形態では、マイクロミラー装置上の不均一な照度は、電子的に生成されるマスクによって補償される。同時にマイクロミラーは、高い照度を有する表面領域の一時的な平均反射率が、より低い照度を有する表面領域よりも小さくなるように制御される。
【００１６】
本発明のさらなる利点と詳細は、図面による実施例の引き続く説明から明らかとなる。
【００１７】
図１では、ランプ１と、集光装置２と、マイクロミラー装置３として形成された光変調器と、マイクロミラー装置の前に直接配設された視野レンズ４と、投影対物レンズ５とを有する本発明による露光装置が認識される。さらに、集光装置２の後のビーム経路内に、大きな収束レンズ６、第１の平面鏡７、小さな直径を有する収束レンズ８および第２の平面鏡９が配設される。
【００１８】
ランプの光点１０から分散ビーム束１１が出、このビーム束は、集光装置２の上に落ち、並列のビーム束１２として前記装置を離れる。並列のビーム束１２は、大きな収束レンズ６に当たり、このレンズは、収束レンズ８の前にビーム束の最も小さな断面を達成する収束ビーム束１３を形成する。ビーム束１３は、第１の平面鏡７によって下方に斜めに反射され、小さな収束レンズ８に到達する。小さな収束レンズ８から、ビーム束１４は、第２の平面鏡９のさらなる反射の後に斜め上方に進行し、視野レンズ４の上に衝突する。視野レンズ４を通して、詳細に説明していない並列のビーム束がマイクロミラー装置３の上に入り、そこでビーム束は鋭角に反射され、視野レンズ４を再び通過する。反射されたビームからの視野レンズ４は収束ビーム束１５を形成し、このビーム束は下方へ直角に投影対物レンズ５に入る。
【００１９】
図示したビーム経路は、当然、マイクロミラー装置による変調の後に結像に寄与するそれらのビームのみに関係する。画像内に輝点を生成するそれらのマイクロミラーは、対応して偏向される。次に、マイクロミラーは、斜めに入射するビーム１４を、反射ビーム１５として投影対物レンズ５に下方に反射する。残りのビームは他の角度に方向付けられ、投影対物レンズ５を通過して残される図１の入射ビーム１４を反射し、この結果対応する位置により暗い画像点が生じる。
【００２０】
マイクロミラーの偏向角が限定されているため、入射ビーム束１４と反射ビーム束１５との間の角度１６もまた小さな値に限定される。かくして、２つのビーム束１４、１５は、マイクロミラー装置３から見て、同一の空間角度領域について競合し、この結果投影対物レンズ５および第２の平面鏡９は、直接互いの近傍に配設されなければならない。これによって、投影対物レンズ５および第２の平面鏡９の寸法は、ビーム方向に対して垂直に制限され、このためビーム束１４、１５の断面は、この領域でかなり小さくしなければならない。
【００２１】
入射ビーム束１３の断面を適合するために、収束レンズ６、８が設けられ、これらのレンズは、ビーム束１４がマイクロミラー装置３の表面を直接照らすように配設される。次に、視野レンズ４は、反射ビーム束１５が投影対物レンズ５に完全に入るように、反射ビーム束の発散を防止する。
【００２２】
図２から最善に理解し得るように、入射ビーム束１４および反射ビーム束１５のビーム断面１７、１８は、楕円状に形成され、また縦軸１９、２０の方向に方向付けられたそれらのより長い直交延長部は、入射方向２１および出現方向２２（図１）から展開される面に直角に配設される。
【００２３】
図２から同様に理解し得るように、部分露光によって大きな表面の印刷版２３を連続露光するための互いに隣接する表面部片２４は、六角形の形状に形成される。しかし、それらは長方形であり得る。露光装置は、１つの表面部片２４から次の表面部片に連続して変位され、この場合マイクロミラー装置３で生成される部分画像は適切に電子的に入力される。上記のことにより、露光装置は、ランプ１、集光レンズ２、第１のミラー７までの大きな収束レンズ６の間に走る光学軸２５が、水平に位置合わせされ、また水平な印刷版２３の簡単な露光の観点における投影対物レンズ５の光学軸２２が鉛直に位置合わせされる点で、かなりコンパクトに形成される。
【００２４】
ランプ１の光点１０は、縦軸が鉛直に位置合わせされる楕円形状を有するので、投影対物レンズ５の光点画像の縦軸が、マイクロミラー装置３における入射方向２１と反射の出現方向２２とから展開される面に直角に位置合わせされるように、線影２８によって示された領域の第１の平面鏡７と第２の平面鏡９との間に、さらなるミラーを配設することが有効である。
【００２５】
対物レンズと印刷版２３との間の一般的な距離補正のため、鉛直方向における露光装置のより簡単かつ迅速な追跡を許容するために、露光装置は２つの構成部分２６、２７に分割される。第１の構成部分２６は、かなり重いコンポーネントであるランプ１と集光レンズ２とを含む。構成部分２６は構成部分２７と共に水平に移動されるが、鉛直方向には移動されない。第２の構成部分２７は、後続の光学素子、特に大きな収束レンズ６、第１の平面鏡７、小さな収束レンズ８、第２の平面鏡９、視野レンズ４、マイクロミラー装置３および投影対物レンズ５を具備する。多数の光学素子にもかかわらず、第２の構成部分２７はかなり軽く、したがって第１の構成部分２６から機械的に分離されているため、距離補正を実施するために、力を余り使わずに前後にかなり迅速に移動し得る。
【００２６】
マイクロミラー装置３に対する入射の斜角を補償するために、集光レンズ２とマイクロミラー装置３との間のビーム経路１３、１４内に、例えば線影２８の位置に、図示しないプリズムを配設し得る。しかし、不均一な照度の補償は、マイクロミラー装置３の電子制御によっても実施でき、この場合、より強く照明される表面部分は、例えば迅速な前後の傾斜により一時的に平均してそれほど強くなく反射するように、電子的に制御される。
【００２７】
説明してきた光学コンポーネントは、各々の場合に簡単な光学素子を示している。もちろん、本発明は、他の等しく動作する光学コンポーネント、特に２つ以上の光学素子の機能を前提とする組合せコンポーネントが応用される露光装置にも適用される。例えば、小さな収束レンズ８と第２の平面鏡９は、同時に両方の機能を果たす単一の凹面鏡に置き換えることが可能であるか、あるいは大きな収束レンズ６は集光装置２に一体化し得るであろう。さらに、小さな収束レンズ８の機能は、２つのレンズによって引き受けることが可能であり、その内の１つのレンズは、ビーム経路内の第２の平面鏡９の前に、１つはその後に配設される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による露光装置の概略部分図である。
【図２】 図１の線Ａ−Ａによる部分断面図である。
【符号の説明】
１ ランプ
２ 集光装置
３ マイクロミラー装置
４ 視野レンズ
５ 投影対物レンズ
６ 大きな収束レンズ
７ 第１の平面鏡
８ 小さな収束レンズ
９ 第２の平面鏡
１０ 光点
１１ ビーム束
１２ ビーム束
１３ ビーム束
１４ ビーム束
１５ ビーム束
１６ 角度
１７ ビーム断面
１８ ビーム断面
１９ 縦軸
２０ 縦軸
２１ 入射方向
２２ 出現方向、光学軸
２３ 対象物、印刷版
２４ 表面部片
２５ 光学軸
２６ 構成部分
２７ 構成部分
２８ 線影

Claims (5)

1. ランプ（１）と集光装置（２）と光変調器（３）と視野レンズ（４）と投影対物レンズ（５）とを有する露光装置であって、
   前記光変調器が反射マイクロミラー装置（３）から構成され、
   ビーム経路が視野レンズ（４）を通して前記マイクロミラー装置に入射し、変調および反射後にもう１度視野レンズ（４）を通るように、前記マイクロミラー装置の前に前記視野レンズが配設され、
   前記マイクロミラー装置（３）に入射（１４）かつ反射（１５）されるビーム束のビーム断面を楕円状に形成し、
   ビーム束は、マイクロミラー装置（３）に入射し、投影対物レンズ（５）に向けて入射（２１）とは異なる出現方向（２２）に反射し、
   前記ビーム断面のより長い直交延長部を、入射（２１）および出現（２２）方向を含む面に対して略垂直に配設する
   ことを特徴とする露光装置。
2. ビーム束（１３）が大きな収束レンズ（６）から小さな収束レンズ（８）に向かって収束し、再び発散し、その後視野レンズ（４）まで進行し、マイクロミラー装置（３）で反射して、視野レンズ（４）を通過した後に、ビーム束全体が投影対物レンズ（５）で送られるべく補正されるように、集光レンズ（２）の後の入射ビーム束（１２、１３、１４）のビーム経路内に、大きな直径を有する収束レンズ（６）と、続いて小さな直径を有する収束レンズ（８）とを配設することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 互いに隣接する表面部片（２４）の部分露光によって大きな表面の対象物（２３）を連続露光するために、横断可能に形成される、請求項２に記載の露光装置において、表面部片（２４）が長方形または六角形として形成されることを特徴とする露光装置。
4. ランプ（１）から集光レンズ（２）の背後の大きな収束レンズ（６）までの光学軸（２５）が、投影対物レンズ（５）の光学軸（２２）に対して略直角に位置合わせされる、請求項３に記載の露光装置において、前記大きな収束レンズ（６）の後のビーム経路（１３）内に第１の平面鏡（７）が配設され、該平面鏡からビーム経路（１３、１４）が小さな収束レンズ（８）を通して、最後の平面鏡（９）の上に到達し、該最後の平面鏡は、対物レンズの軸（２２）に鋭角（１６）に、視野レンズ（４）を通してマイクロミラー装置（３）の上に入射ビーム束（１４）を案内し、前記マイクロミラー装置から光が投影対物レンズ（５）内に入ることを特徴とする露光装置。
5. ランプ（１）と集光レンズ（２）とから成る第１の構成部分（２６）を、投影対物レンズ（５）までの後続光学素子（６、７、８、９、４、３）から成る第２の構成部分（２７）から機械的に分離し、露光されるべき対象物（２３）への投影対物レンズ（５）の距離変化を補償するための第２の構成部分（２７）を、対象物の表面に対して垂直に変位可能に配設することを特徴とする、請求項４に記載の露光装置。

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