TW200306462A - Exposure apparatus for irradiating a sensitized substrate - Google Patents

Description

200306462 ⑴ 玖、發明說明 内容、實施方式及圖式簡單說明) (發明說明應敘明.發日靖屬之技術領域、先前技術、 技術領域 本七明大上係有關於—種施加曝光能量至—感光基材 上的裝置：且更明確地係一種藉均句的極化高強度紫外線 來照射一感光基材之曝光裝置。 先前技術 照射-光阻材料之習知方法制在硬化製程至微影術之 間的範圍中。近年來，極化紫外線（uv)照射已在製造液晶 顯示器（-LCD)中之有效製備對正層方面展現眾多優點。目前 這種方法已廣泛地作為習知用於處理對正層之拓印 (rubbing)方法的一變型，譬如： 美國專利案第6,3〇7,6〇9及6,〇61，138號係揭露一種極 化光曝光系統，其運用一百葉窗式配置來獲致部份極 化且部份準直之光線輻射而後施加至一表面。 美國專利案第5,943,780號係揭露一種用於紫外線照 射之極化光線曝光構件，其中係使用習知布魯司特 (Brewster)角偏振器。 美國專利案第6，190,016號係揭露一種用於紫外線照 射之極化光線曝光構件，其中係運用可為一布魯司特 角偏振器或相似構件的一較小極化組件。相似地，歐 洲專利案第EP 1 020 739 A2及Ep i _號係揭露 一種使用變型之V型布魯司特角配置的構件。 美國專利案第6,3〇〇,991號係揭露一種用於對正之特 殊型式光對正材料及照射方法。國際專利案第w〇〇〇 (2)200306462

M6634旒係一種光對正方法，且其中係使用沿傾斜方 向施加之一非極化或圓形極化源。 :國專利案第5,389,698號係揭露一種關於光聚合物 照射之線性極化紫外線的使用。 使用設置於布魯司 且其中該偏振器係 美國專利案第6,292,296號係揭露， 特角處之一大型石英節段偏振器， 用於藉紫外線來照射之系統中。 美國專利案第5,604,615及歐洲專利案第Ep 〇 684 5〇〇 A2號係揭露，藉導引準直紫外線通過一光罩中之狹縫 而形成一對正層。 美國專利案第6,295, i i 0(Ohe等)係揭露藉一極化雷射 光源來照射一液晶顯示器對正表面。 儘管以上列出之專利案已顯示出—些關於利用紫外線來 =的可運轉構件及技術，然而仍存在有改善空間。關於 衣備對正層用之構件的特殊問題，包括： ⑴需要高量的光線強度。這對於有效處理及速度非常 重要。可藉由譬如使用多重光源等多種方法來達成高

強度的曝光能量。缺而，iv/> IL …向义須糟由亦可符合均勻需求 之一方式來結合該多重光源，如下所述。 U㈣照射一相對較大之面積。不同於典型上一次 照射不超過數平方封之—表㈣微影裝置，用於 正層製程之—裝置必須照射譬如在-側上3〇英对或 大之一相當大的表面區域。由於曝光能量係強度及 積之一因數，因此可認識到，增大面積將增大對強 (3) (3)200306462 之需求。 (3) 必須將均勻之曝光能量施加一整個表面。當表面之 面積增大時，將愈難滿足這種需求。 (4) 需要一均勻的照射角度。這將隨著表面面積之增大 而變得愈為困難。 、此外二可理解到，一理想解決方案將可降低成本，且可 減低對高度地專用之發光組件的需求。 極化紫外線係提供用於對正層照射之_最佳化光源。為 了製備對正層，典型地可在兩階段中完成製程。在一第一 中，對正基材係在一第一角度處藉極化紫外線曝光一 又T門接著，在一第二步驟中，將施加紫外線且該紫外 線具有關於該第一角度旋轉90度之一極化。 現存之紫外線照射系統的某些已為人所熟知之缺點在於 其極化方法。由於對高熱能之需I，因此將不使用藉吸收 來作動之習知極化組件。然而，習知紫外線照射裝置之極 化解决方案將法以低成本來提供均句性。譬如，美國專 =案第6,292,296中揭露之設於基材表面上方的偏振器係非 常大且製造成本昂貴。相似地’ ^國專利案第5,934，·號 中所揭露之具有設於一曝光光束路徑中之大型布魯司特： 板的方法，將因該專利案中所揭露之準直光學裝置所增加 的成本及複雜性而變得龐大且昂貴。美國專利案胃第 6,307,609號中揭露之布魯司特角板方法在實施一大表面區 域上方的對正時，將顯得困難且昂貴。美國專利案第 6，190,016號中揭露之使用布魯司特角板極化且布魯司特角 200306462

(4) 板係設置於-整合器及光閘前方的變型方法中，由於入射 至偏振器之光線在整個範圍上可具有各種不同之角度，因 此將热法提供所需之均勻性。歐洲專利案第Ep工〇2〇咖 A2及EP 1 172 684號中之變型的v型布魯司特角板配置無法 在整個範圍上提供必要之均勻性。已知該V型架構將在某些 方位中顯現出陰影。 特別用於微影技術中之習知紫外線照射設備係使用準直 或大致準直之紫外線。譬如，由T_raek心此仏c〇·， Inc·’ Corona，CA所製造之微細線曝光系統係使用準直反射 σσ以將準直光線導引至曝光表面上。美國專利案第 6，190,016、6，G61，138、及5,934,78G號，以及歐洲專利案第 EP 1 020 739 A2與EP 1 172 684號，係揭露一種在曝光光束 路控中運用準直光學裝置的曝光裝置。當使用習知布魯司 特角板偏振器時，準直光線將特別有利。然而，如此將提 高費用，且由於理想的準直僅可能在使用一非常小之光源 時存在，目此這將難以達成，而在大尺寸照射中尤然。此 外，準直光線·並非適當之對正製程所必須。如上所述，其 目標係提供具有足夠強度之極化紫外線照射，其中光線係 在感光表面區域上呈空間性均勻。就其本身而言，準直無 法修正空間中之非均勻性。 是以，可發現到，亟需一種可施加一均勻、高強度之紫 外線曝光能量至特別為大尺寸表面之一感光表面的改良裝 置及方法。 發明内容 (5) (5)200306462

本發明之一目的係提供一種均勻照射一大尺寸基材之裝 置及方法，其可用於製備液晶顯示器製造中之一對正層。 本發明係基於上述目的，提供一種均勻照射一基材之裝置 ，其包括： U)—光源，用於提供光源輻射； (b)均勻化組件，使該光源輻射均等化，以在整個範 圍中提供具有均勻能量的一均勻曝光光束； (0 —偏振器，調節該均勻曝光光束，以提供一極化的 均勻曝光光束；及 (d)—焦闌投射系、统，將該極化的均勾冑光光束投射至 該基材上。 本發明之特徵係提供一種投射系統，以提供焦鬧型式之 高強度輻射。 本發明之一優點係其允許照明強度根據待曝光之表面面 積來適當地調整大小。可藉由增加該光源之數量來提供額 外之強度，而無須增加該裝置之總尺寸。 本發明之更-優點係其允許彈性地適應該裝置，以配合 待照射表面之大小尺寸及角度方位。 热知此項技藝之人士在閱讀結合了圖式之以下詳細說明 後’將可明白本發明之這些及其他㈣、特徵、及優點， 其中該詳細說明係顯示且描述本發明之—說明用具體實施 例。 實施方式 本發明特別係指形成為依據本發明之裝置一部份、或更 -10- 200306462

直接地與該裝·置一同作動的複數元件。可了解到，並未特 別描述或顯示出之it件可呈現熟知此項技藝之人士所熟知 的各種型式。 谷月參考圖1，其顯不出用於照射一表面28處之一感光基材 的曝光裝置10。一光源12係提供光源照明，且該光源照 明係藉由在較佳具體實施例中為二向色UV_B反射鏡之一 反射鐃14而導引至一整合器4〇。整合器4〇係作為一均勻化 益，以將入射光線均等化而在整個範圍上提供均勻的強度 。接著再將已均等化或均勻化之光線導引通過一焦闌投射 透鏡20，該焦闌投射透鏡包括一組透鏡21、在一較佳具體 實施例中之一三元件熔成氧化矽透鏡、及一反射鏡26。在 一較佳具體貫施例中，反射鏡26係呈球形彎曲。因此，焦 闌照明將可導引至表面28處之感光基材上。一吸熱裝置22 係用於消散透射通過反射鏡14的熱。 表面28具有用於曝光感光基材的一既定區域。在一較佳 具體貫施例中，一感光基材係以一固定速度可控制地拉曳 通過表面28，以允許譬如藉一連續方式來曝光一整捲感光 介質。 在一較佳具體實施例中，其中曝光裝置1〇係在表面28處 提供高強度之紫外線照射，且光源12係一高強度之8仟瓦特 紫外線燈。當表面28之面積需要超過一單一燈所能提供之 強度時，光源12將可包括一個或更多燈，如圖2中所示，其 中一光學組合器24係用於組合來自光源12a、12b、及12c之 照明能量。 -11- 200306462 ⑺ 先干組合态24可為成像 。妒π ^ ^ 战扒技藝中已熟知的一二向色組合器 。然而，本發明係提供 ^ 竿乂九學組合器24更強健之一變型， 以下將對此作說明。 整合器4〇之宰辑 正合為、40之最簡ψ jjp y 木構係可提供均等化之光線至投射 透鏡20的一整合桿條 ^如圖3a所示。然而，當具有超過一 個光源12時，整合哭4n脸π +立 一 σσ 40將可在譬如圖3b、圖3c、及圖3d 所顯示之配置中f # & π 貝她均勻化及組合等兩種功能。請參考圖 3b其“不出可允终整合器4〇組合來自三個光源η之光線 、、且a、·Ό構42係作用如稜鏡，而可將光線導引入光通道“a 及44c中。關於圖3b之方位，光源12可設於整合器4〇之上 方及下方。第二光源12係經由光通道44b將光線導引入整 合裔40中。請參考圖4，接著可藉由一均勻化器元件48來 組合光通這44a、44b '及44c，其中該均勻化器元件可為 一整合桿條或可為譬如一小透鏡陣列等某些其他型式之 均勻化組件。 請參考圖3c_，其顯示出允許整合器4〇組合來自六個分離 光源12之光線的一配置。如同圖3b之配置，圖3c之配置係 使用光通道46a、46b、46c、46d、46e、及46f，以將光線導 引入整合器40之整合桿條中。組合結構42係如圖式顯示者 ’設於光通道46a、46b、46e、及46f處。 請參考圖3d，其顯示出一變型配置，整合器40可藉此將 來自六個分離光源12之光線組合。組合結構42允許來自左 及右侧之光線進入光通道44b及44c中。光通道44a允許光源 -12- 200306462 ⑻ 12定位於投射透鏡20之正後方。垂直之光通道44d、44 e、 及44f包括組合結構42，以允許額外之光源丨2到達投射透鏡 20之後側及旁側。節段41a與41b係組合來自每一組光通道 44&、441^、44(：與44(1、446、44!'之光線。節段413上之一對 角線表面43可改變來自光通道44d、44e、及44f之光線的光 線方向，以達成沿投射路徑對正之需求。 偏振器1 8組成結構之撰擇 基於照射應用中之高強度光能量，習知的薄板偏振器並 不適合作為曝光裝置10中之偏振器18。習知的布魯司特板 構件具有良好的熱性能，但因為其大小尺寸、及效能特性 而無法最佳化。 車父佳具體實施例中，偏振器1 8係一 琛栅偏振器 I為譬如由Moxtek Inc. of 0rem，υτ製造或如美國專利案 弟6，122，1G3中所描述之構件。線柵偏振器可表現出高消光 比及高效率。該等構件具有良好的熱效能，且不致表現出 以玻璃為基礎之極化構件所具有的熱應力雙折射特性。已 證明線栅偏振器能夠抵檔光強度、溫度、及振動之惡劣條 ^ ’且提供較使用習知玻璃極化分束器時可取得者更高的 =值孔徑。這將允許較習知極化構件者更高水準的光線 通1 〇 絲m㈣較低之尺寸料，因此群 =提供特殊優點，即允許其放置於沿㈣光照明路控 回顧圖p偏振器18係正好放置於曝 正合益40之後方’以在業已均勻化之光線 -13- 200306462 (9) 射至投射透鏡2〇之前將其極化。另一選擇為，偏振器18可 設置於投射透鏡20内。請參考圖5，其顯示一變型配置，而 其中偏振器1 8係定位於焦闌投射透鏡20内、彎曲型反射鏡 26之前。又一變型配置係使用正好定位於表面以上之一大 型偏振器18，如圖6所示。 圖7中係顯示一種較不建議實施之選擇。在此係使用一布 魯司特板偏振器30來取代一線柵偏振器。然而，基於大小 尺寸、重量、及保養之限制，圖7中之配置大體上比較無法 在一大面積表面28上輸送均勻的極化紫外線輻射。 偏振器1 8係製成為可環繞著光學軸旋轉。譬如，可利用 這種特徵來允許相同之曝光裝置1〇以不同的極化照射。 極化之一固有問題在於其光能量之損失。極化實際上需 浪費一半的整合器4〇射出光線。請參考圖1〇，其顯示出佈 设成可重複使用在其他情況下已需丟棄之極化照明組件的 一種組件配置。圖丨〇中，一圓圈符號係指示s極化光、一短 垂直線係指示p極化光、且_重疊之直線及圓圈係指示非極 化光。非極化-光係自整合器4〇射出且到達一極化分束器5〇 。p極化光將透射，而s極化光將由極化分束器5〇反射。通 第可棄置s極化光。然而，一反射鏡52可將s極化光導引通 過一四分之一波板54。四分之一波板54可旋轉入射s極化光 之極化，以提供一 P極化輪出。是以，所有來自整合器4〇 之光線白具有P極化。必須注意到，圖1 〇之範例係假設需要 P極化輸出。藉由略作重新配置，將四分之一波板54移動至 P極化光透射通過極化分束器5〇之路徑中，則圖1〇之配置將 •14- 200306462

可提供完全S極化之光線。另一選擇為，極化分束器5〇可使 p極化光透射且使S極化光反射。 焦闌照射 如上所述之習知紫外線照射系統係提供準直光線至基材 。如上所提及者，對微小的角度變異敏感之布魯司特板偏 振器，可在大致準直光線下最佳地工作。然而，許多型態 之感光基材並不需要準直光線。反而，已發現只要能夠在 一小入射角度範圍上提供均勻化之光線即已足夠。為此， 本發明之方法係使用投射透鏡20來提供焦闌而非準直的照 射。藉由準直照射，全部的射線皆呈平行。另一方面，藉 由均勻的焦闌照射，整個範圍上之主射線係呈平行，但邊 、味之射線將會聚於成像平面處，使得當向回看投射光學裝 置日π成像平面上之每一點皆可實際看到相同之會聚光錐 。焦闌成像係廣泛地用於譬如機器視覺應用中，其可使透 視扭曲誤差最小化。較佳地為一球面區段反射鏡的反射鏡 2 6 了將焦闌光線投射至表面2 8上。 反射鏡26可-具有偏斜配置裝備，以調整入射至表面“上 之曝光光束的角度。比較圖2中之入射角Α與圖8中之入射角 A，可發現到，將反射鏡26之角度方位作略微改變，即可 影響曝光光束之入射角。 明參考圖9，無需反射鏡26即可實施投射透鏡2〇，而將照 月直接投射至表面28上。然而，請注意到，光線並非焦闌 "正们表面2 8上的照射入射角並非均勻。這種架構可用於 热需規範入射角均勻性之應用中。 -15· 00 200306462

圖式簡單說明 儘官說明書中係以特別指明 >月走主張本發明主題之 申請專利範圍作為結論’然而咸相信，可由結合了隨附圈 式之以上說明而更清楚地了解本發明。其中·· 圖1係顯示本發明之一曝光裝置的方塊圖；

圖2係顯示在該曝光裝置照明路徑中之關鍵光學組件的 方塊圖； 圖3a至圖3d係分別以視圖來顯示具有一、三、及六個光 源之整合組件的變型配置； 圖4係顯示用作為一均勻化器之一整合桿條的—變型具 體實施例方塊圖； 圖5係顯示本發明之裝置的一變型配置方塊圖，其中一偏 振器係設置於投射光學裝置前方； 圖6係顯示本發明之裝置的一變型配置方塊圖，其中一偏 振器係設置於接近待照射表面處； 圖7係顯示本發明之裝置的一變型配置方塊圖，其中一布 甘司特板偏振_器係設置於接近待照射表面處； 圖8係顯示本發明之投射裝置如何允許入射角作角度調 整的方塊圖； 圖9係顯示不具有一彎曲型反射鏡之一投射光學裝置變 型配置的方塊圖；及 圖1〇係顯示利用光源之兩個正交極化成份來增加亮度的 一光學組件配置方塊圖。 圖式代表符號說明 •16- 200306462 (12) 10 曝光裝置 12 、 12a 、 12b 光源 、12c 14 、 26 、 52 反射鏡 18 偏振器 20 (焦闌）投射透鏡 21 透鏡 22 吸熱裝置 24 光學組合器 28 表面 30 布魯司特板偏振器 40 整合器 41a、41b 節段 42 組合結構 43 對角線表面 44a〜f、46a〜f 光通道 48 均勻化器元件 50 分束器 54 四分之一波板 A、A, 入射角

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Claims (1)

1. 200306462 拾、申請專利範圓 1· 一種用以均勻照射一基材之裝置，其包括： (a) —光源，用於提供光源輻射； (b) —均勻化組件，使該光源輻射均等化，以在整個範 圍中提供具有均勻能量的一均勻曝光光束； (c) 偏振态’調節該均勻曝光光束，以提供一極化的 均勻曝光光束；及 (d) —焦闌投射系統’將該極化的均句曝光光束投射至 該基材上。 2·如申請專利範圍第1項之用以照射基材之裝置，其中該光 源係提供紫外線（UV)。 3 ·如申睛專利範圍第1項之用以照射基材之裝置，其中該光 源包括： (a) 至少兩燈；及 (b) —光學組合’用於組合來自該至少兩燈之光線， 以提供該光源輻射。 ，其中一整 ，其中該光 ，其中該均 ，其中該均 4.如申請專利範圍第3項之用以照射基材之裝置 合桿條係作為該光學組合器。 5·如申請專利範圍第1項之用以照射基材之裝置 源尚包括一吸熱裝置。 6. 如申請專利範圍第i項之用以照射基材之裝置 勻化組件包括一整合桿條。 7. 如申請專利範圍第1項之用以照射基材之裳置 勻化組件包括一小透鏡陣列。 200306462

   8. 如申請專利範圍第1項之用以照射基材之裝置，其中該偏 振器包括一線栅偏振器。 9. 如申請專利範圍第1項之用以照射基材之裝置，其中該偏 振器係可旋轉，以改變該基材上之極化角度。 1〇·如申請專利範圍第1項之用以照射基材之裝置，其中該偏 振器包括一布魯司特（Brewster)板偏振器。 1 1 _如申請專利範圍第3項之用以照射基材之裝置，其中該光 學組合器係一二向色組合器。 12·如申請專利範—圍第丨項之用以照射基材之裝置，其尚包 括用於將該極化的均勻曝光光束導引至該基材的一反 射鏡。 13·如申請專利範圍第12項之用以照射基材之裝置，其中該 反射鏡係一大致球面區段。 14·如申請專利範圍第12項之用以照射基材之裝置，其中該 反射鏡允許一偏斜調整，以改變該極化的均勻曝光光束 之入射角。 15·如申凊專利範圍第3項之用以照射基材之裝置，其中該至 少兩燈之數1係根據每次需照射之該基材面積而定。