TW201736901A - 照明裝置、光學裝置、壓印裝置、投影裝置、以及製造該物件的方法 - Google Patents

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松本□宏
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Abstract

本發明提供執行傾斜照射的照射裝置，該照射裝置包括：第一光學元件，其由多個光學部件的陣列形成，各個光學部件經組構以產生點光源；以及第二光學元件，經組構以接收來自所述第一光學元件的光並形成照射區域，所述第二光學元件在一個方向上的屈光力不同於所述第二光學元件在與所述一個方向垂直的方向上的屈光力，其中，所述第一光學元件和所述第二光學元件中的至少一個具有圍繞光學元件的光軸的旋轉角度，以對由所述傾斜照射而引起的所述照射區域的失真進行補償。

Description

照明裝置、光學裝置、壓印裝置、投影裝置、以及製造該物件的方法
本發明關於照射裝置、光學裝置、壓印裝置、投影裝置和物品的製造方法。
對半導體器件、MEMS等加以小型化的需求不斷增加。因此，除了傳統的光刻技術之外，通過使用模具對基板上的壓印材料進行成型並固化而在基板上形成圖案(結構)的微加工技術也受到了關注。這種技術被稱為壓印技術，其能夠以幾納米量級在基板上形成精細圖案。
在使模具與基板上的壓印材料接觸的步驟中，壓印裝置需要使預先形成在基板上的圖案區域(壓射區域)的形狀與模具的圖案區域的形狀相匹配。為了提高這種重疊精度，日本專利第5686779號公報提出了一種壓印裝置，其包括用於通過向模具施加力而使模具的圖案區域變形的機構和用於通過加熱基板使基板上的圖案區域變形的機構。 例如，將微鏡設備併入這種使基板上的圖案區域變形的機構中，以調節加熱基板的光的強度分佈。
作為一種類型的MEMS的微鏡設備用於廣泛的領域，包括顯示設備、投影儀裝置和曝光裝置。微鏡設備是通過二維配置矩形反射鏡而形成的。反射鏡的配置方向與各個反射鏡的驅動軸的方向不同。較佳的是從與各個鏡的驅動軸的方向垂直的方向來照射微鏡設備。因此，從與反射鏡的配置方向不同的方向(角度)來照射微鏡設備。由於各個反射鏡的驅動軸通常相對於反射鏡的配置方向傾斜45°，因此從相對於反射鏡的配置方向呈45°的方向來照射微鏡設備。
根據諸多因素(例如各個鏡子的尺寸和解析度以及光學系統的配置和成本)來選擇要用於光學系統的微鏡設備。通常，在使用微鏡設備的光學系統中，較佳的是在驅動反射鏡的同時，從反射鏡配置在垂直方向的陣列面反射光。為此，需要從與反射鏡的配置方向不同的方向傾斜地照射微鏡設備。在這種情況下，使用防閃光(shine-proof)光學系統來防止微鏡設備的陣列面上的照射形狀由於散焦而失真。
如上所述，當執行傾斜照射時，使用防閃光光學系統以預定照射形狀對照射面進行照射。然而，形成防閃光光學系統會導致裝置的成本和尺寸隨著光學系統中的透鏡數量的增加而增加。
本發明提供了例如，一種有利於傾斜照射的照射裝置。
根據本發明的一方面，提供了一種執行傾斜照射的照射裝置，所述照射裝置包括：第一光學元件，其由多個光學部件的陣列形成，各個光學部件經組構以產生點光源；以及第二光學元件，其經組構以接收來自所述第一光學元件的光並形成照射區域，所述第二光學元件在一個方向上的屈光力不同於所述第二光學元件在與所述一個方向垂直的方向上的屈光力，其中，所述第一光學元件和所述第二光學元件中的至少一個具有圍繞光學元件的光軸的旋轉角度，以對由所述傾斜照射而引起的所述照射區域的失真進行補償。
通過以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發明的其他特徵將變得清楚。
1‧‧‧壓印裝置
2‧‧‧照射單元
3‧‧‧對準測量單元
4‧‧‧模具保持單元
5‧‧‧基板載台
6‧‧‧供給單元
7‧‧‧紫外光照射模具
7a‧‧‧圖案區域
9‧‧‧壓印材料
10‧‧‧對準標記
11‧‧‧對準標記
12‧‧‧基板加熱單元
20‧‧‧加熱光源
21‧‧‧調節單元
22‧‧‧控制單元
23‧‧‧光
25‧‧‧圖案區域
26‧‧‧反射板
30‧‧‧照射量分佈
31‧‧‧溫度分佈
32‧‧‧變形量分佈
40‧‧‧變形量
50‧‧‧光纖
52‧‧‧MLA
54‧‧‧傅立葉轉換光學系統
54a‧‧‧透鏡
55a‧‧‧柱面透鏡
55b‧‧‧柱面透鏡
56‧‧‧傅立葉轉換面
61‧‧‧防光光學系統
62‧‧‧激光光源
62‧‧‧激光光源
63‧‧‧光吸收體
70‧‧‧反射鏡區域
71‧‧‧反射鏡
72‧‧‧驅動軸
77‧‧‧光軸
79‧‧‧坐標系
80‧‧‧軸
81‧‧‧角度
83‧‧‧角度
90‧‧‧照射形狀
91‧‧‧照射形狀
92‧‧‧目標形狀
93‧‧‧照射形狀
94‧‧‧照射形狀
99‧‧‧照射形狀
110‧‧‧視點
111‧‧‧平面投影線
112‧‧‧平面投影線
113‧‧‧平面投影線
114‧‧‧角度
115‧‧‧角度
120‧‧‧目標形狀
121‧‧‧照射形狀
122‧‧‧照射形狀
123‧‧‧照射形狀
200‧‧‧投影儀裝置
201‧‧‧光源
202‧‧‧色輪
203‧‧‧MLA
204‧‧‧柱面透鏡
205‧‧‧反射板
206‧‧‧數字反射鏡設備
207‧‧‧投影透鏡
208‧‧‧屏幕
220‧‧‧坐標系
221‧‧‧坐標系
222‧‧‧軸
223‧‧‧軸
圖1是示出作為本發明一層面的壓印裝置的配置示意圖。
圖2是示出圖1所示的壓印裝置的基板加熱單元的配置的示意圖。
圖3是用於說明對基板上的圖案區域的形狀進行校正的處理的流程圖。
圖4A至4E是用於具體說明對基板上的圖案區域的 形狀進行校正的處理的圖。
圖5是用於具體說明對基板上的圖案區域的形狀進行校正的處理的曲線圖。
圖6是示出數字反射鏡設備的配置的示例的圖。
圖7是示出包括防閃光光學系統的基板加熱單元的光學系統的配置的示意圖。
圖8是用於說明針對數字反射鏡設備(反射鏡區域)的傾斜照射的圖。
圖9是示出根據實施例的基板加熱單元的光學系統的配置示意圖。
圖10是示出根據該實施例的MLA、柱面透鏡和反射鏡區域之間的配置關係的圖。
圖11A和11B是示出根據該實施例的反射鏡區域中的照射形狀的變化的示例的圖。
圖12是用於說明圖10所示的兩個坐標系之間的關係的圖。
圖13A至圖13C是示出根據該實施例的MLA和柱面透鏡的配置以及照射形狀的圖。
圖14是示出作為本發明的一方面的投影儀裝置的配置示意圖。
以下將參照附圖描述本發明的較佳實施例。注意，在所有圖式中，相同的元件符號表示相同的構件，並且將不 重複描述。
<第一實施例>
圖1是作為本發明一個方面的壓印裝置1的配置示意圖。壓印裝置1是用於製造諸如半導體器件的器件的光刻裝置。該裝置通過使用模具對基板上的未固化的壓印材料進行成型，並在基板上形成壓印材料的圖案。本實施例使用通過用光(例如，紫外光)照射壓印材料使其固化的光固化方法作為壓印材料固化方法。
如圖1所示，壓印裝置1包括照射單元2、對準測量單元3、模具保持單元4、基板載台5、供給單元6、基板加熱單元12和控制單元22。在下面的描述中，在與模具和基板平行的面內彼此正交的方向分別被定義為X軸和Y軸，垂直於X軸和Y軸的方向被定義為Z軸。
照射單元2用紫外光照射模具7以在模具7與壓印材料9接觸的同時使基板上的壓印材料9固化。照射單元2包括光源和多個光學元件，用從光源發射的具有預定形狀的紫外光均勻地照射壓印材料9。照射單元2用紫外光照射的照射區域(照射範圍)幾乎等於或略大於模具7的圖案區域7a的面積。這是因為照射了紫外光的照射區域被最小化，以抑制在由紫外線照射產生的熱量引起模具7和基板8熱膨脹時，轉印到基板8上的壓印材料9上的圖案發生位置偏移或失真。另一個原因是抑制當供給單元6中的壓印材料9被經基板8反射並到達供給單元6的紫外光 固化時，供給單元6的操作中發生異常。在這種情況下，要使用的光源包括例如高壓汞燈、各種類型的准分子燈、准分子激光器和發光二極管。根據壓印材料的性質適當地選擇光源，要使用的光源的類型、數量和波長沒有特別限制。
模具7是具有圖案區域7a的模具，其中在面向基板8的表面上形成有預定的三維圖案(例如，諸如電路圖案等的凹凸圖案)。模具7由能夠透射紫外光的材料形成，例如石英。
模具保持單元4利用真空吸力或靜電力來吸引並保持模具7。模具保持單元4包括例如模具卡盤和模具驅動單元，模具驅動單元驅動模具卡盤以使模具7與基板上的壓印材料接觸。模具保持單元4還包括倍率校正單元，其通過使模具7在X軸方向和Y軸方向上變形來校正轉印到壓印材料9上的圖案的形狀(失真)。壓印裝置1中的成型和釋放操作均可以通過沿Z軸方向移動由模具保持單元4保持的模具7或通過沿Z軸方向移動由基板載台5保持的基板8來實現。或者，成型和釋放操作均可以通過在Z軸方向上移動模具7和基板8來實現。
基板載台5是通過例如真空吸附來保持基板8並且可以在X-Y平面內移動的載台。基板8包括例如單晶矽基板，經模具7成型的壓印材料9被供給到該單晶矽基板。
對準測量單元3對模具7和基板8之間的相對對準進行測量。對準測量單元3光學地檢測分別設置在模具7和 基板8上的對準標記10和11，以測量它們的相對位置。對準測量單元3配置為使得其測量軸(光軸)垂直於模具7或基板8。對準測量單元3經組構以根據對準標記10和11的位置在X軸方向和Y軸方向上被驅動，並且還沿Z軸方向被驅動，以調整對準標記10和11的位置處的聚焦。基於由對準測量單元3測量的模具7與基板8的相對位置來控制基板載台5和模具保持單元4(倍率校正單元)。
供給單元6將未固化的壓印材料9供給到基板上。在本實施例中，壓印材料9是具有通過照射紫外線而固化的性質的紫外線固化樹脂材料。然而，壓印材料可以根據半導體器件等的類型來適當地選擇。另外，在本實施例中，供給單元6設置在壓印裝置1內部。然而，供給單元6可以設置在壓印裝置1的外部，以便將預先提供了壓印材料9的基板8引入到壓印裝置1中。這消除了在壓印裝置1內部提供壓印材料9的步驟，因此可以加快壓印裝置1中的處理。另外，由於不需要供應單元6，因此可以減小壓印裝置1的總成本。
圖2是示出壓印裝置1中的基板加熱單元12的配置示意圖。基板加熱單元12通過加熱加載到壓印裝置1中的基板8來使預先形成在基板8上的圖案區域(壓射區域)25變形。基板加熱單元12包括：加熱光源20，其用光23照射基板8以加熱基板8；調節單元21，其調節光23的照射量(照射量分佈)；以及反射板26，其限定了 將光24從調節單元21引導至基板8的光路。
加熱光源20發射具有對於作為紫外線固化樹脂材料的壓印材料9而言不感光(固化)的波長的光，例如，波段為400nm至2,000nm的光。從加熱效率的觀點出發，加熱光源20優選發出500nm至800nm波段的光。然而，要注意，從加熱光源20發射的光不限於上述波段。例如，加熱光源20可以發射對於壓印材料9而言感光的200nm至400nm波段中的壓印材料9難以感光的波段中的光。
調整單元21僅允許光23中的特定光照射到基板8，以在基板上形成預定的照射量分佈。調整單元21例如包括具有均包括驅動軸的多個反射鏡的陣列的反射鏡陣列，所謂的數字反射鏡設備(數字微鏡設備)。數字反射鏡設備可以通過單獨調整各個反射鏡的面方向來控制(改變)照射量分佈。
控制單元22由包括CPU和存儲器的計算機形成，並且控制整個壓印裝置1。控制單元22通過根據程序等控制壓印裝置1的各個單元來執行壓印處理。在本實施例中，控制單元22控制基板加熱單元12，以將預先形成在基板8上的圖案區域25形成為預定形狀。控制單元22可以與壓印裝置1的另一部分一體形成(在公共殼體內部)，或者可以與壓印裝置1的另一部分分開形成(在另一殼體中)。
將描述壓印裝置1中的壓印處理。首先，基板轉送單 元(未示出)將基板8轉送到基板載台5上以使其保持(固定)基板8。然後將基板載台5移動到供給單元6下方的位置(壓印材料9的供給位置)，並且將壓印材料9供給到與基板上的壓射區域相對應的圖案區域25上。然後移動基板載台5以將基板8上的圖案區域25定位在模具7下方的位置。隨後，在Z軸方向上驅動(降低)模具保持單元4以使模具7接觸基板上的壓印材料9。當模具7與壓印材料9接觸時，壓印材料9被填充到模具7的圖案區域7a(圖案的凹部)中。此外，在模具7與壓印材料9接觸的同時，對準測量單元3檢測對準標記10和11，以執行模具7與基板8之間的對準，並且通過使用倍率校正機構對模具7進行倍率校正。
在用壓印材料9填充模具7的圖案區域7a、模具7與基板8之間的對準以及對於模具7的倍率校正這些操作都符合要求後，照射單元2經由模具7對壓印材料9照射紫外光，以固化壓印材料9。在這種情況下，驅動對準測量單元3使其退回，以便不阻擋紫外光的光路。然後，在Z軸方向上驅動(升高)模具保持單元4，以從固化在基板上的壓印材料9釋放模具7。通過該操作，模具7的圖案被轉印到基板上。
在壓印裝置1中進行了壓印處理的基板8在設備製造過程中經歷例如諸如濺射的薄膜沉積步驟，即包括熱處理的步驟，並且被裝載到壓印裝置1中。結果，裝載到壓印裝置1中的基板8已經膨脹或收縮，因此圖案區域25有 時在XY平面中彼此正交的兩個方向上變形(圖案區域25的形狀或尺寸有時改變)。圖案區域25的這種變形主要分為倍率分量、平行四邊形分量和梯形分量。這些分量有時相互組合。
當使模具7與基板上的壓印材料9接觸時，壓印裝置1需要校正基板8上的圖案區域25的形狀，使之與模具7上的圖案區域7a的形狀相匹配。更具體地，在控制單元22的控制下，根據對準測量單元3所獲得的測量結果來獲得對於基板8上的圖案區域25的形狀的校正量。然後，該裝置通過使基板加熱單元12基於校正量加熱基板8而使圖案區域25熱變形。
將參照圖3描述對壓印裝置1中的基板8上的圖案區域25的形狀進行校正的處理。控制單元22通過綜合控制壓印裝置1的各個單元來執行這種處理。另外，在本實施例中，形成用於獲得圖案區域25內部和外部的預定校正量的溫度分佈，以校正基板8上的圖案區域25的形狀，即變形分量。
在步驟S302中，對準測量單元3檢測設置在基板8上的對準標記11，以測量基板8上的圖案區域25的形狀。在本實施例中，對準測量單元3測量圖案區域25的形狀。但是，這不是窮盡性的。可以使用外部測量設備來測量圖案區域25的形狀。在步驟S304中，基於在步驟S304中測量的基板8上的圖案區域25的形狀來分析包括在圖案區域25中的變形分量S302，並且獲得用於校正變 形分量的校正量。在步驟S306中，基於代表在步驟S304中獲得的校正量、用於校正包括在圖案區域25中的變形分量的校正量，以及照射基板8的光的照射量(照射量分佈)之間的關係的信息，獲得應當從基板加熱單元12施加到基板8的光的照射量。在步驟S308中，以在步驟S306中獲得的照射量為指標來控制基板加熱單元12(調整單元21)，以從基板加熱單元12對基板8照射光。通過該操作，利用照射量被調節的光24照射基板8上的圖案區域25的內部和外部，從而形成照射量分佈。
下面將詳細描述對如圖4A所示僅包括梯形分量作為變形分量的圖案區域25的形狀進行校正的情形。假設圖案區域25僅包括Y軸方向(Y坐標)上的梯形分量，而在X軸方向上沒有變形。如圖4A所示，包括在圖案區域25中的梯形分量在Y軸方向正側上的邊(上底)比Y軸方向負側上的邊(下底)要短。因此，獲得用於使上底與下底匹配(恢復正常狀態)的校正量。基於該校正量獲得要從基板加熱單元12施加到基板8的光的照射量。然後，以所獲得的照射量為指標，從基板加熱單元12向基板8照射光，以僅在Y軸方向上形成照射量分佈30，如圖4B所示。照射量分佈30在上底處具有最大校正量，並且從上底到下底校正量逐漸減小，因此具有如圖4B所示的線性形狀。注意，由於圖案區域25在X軸方向上不包括梯形分量，因此可以設置均勻的照射量。
當用形成照射量分佈30的光來照射圖案區域25時， 在基板8的區域上形成了類似於圖4C所示的溫度分佈31。在這種情況下，溫度分佈31在上底附近下降而不是從下底到上底均勻上升的原因在於，圖案區域25外部的區域未被光照射(即，未被加熱)，並且圖案區域25外部的溫度由於散熱而下降。形成在基板上的溫度分佈31使圖案區域25以圖4D所示的變形量分佈32的形式熱變形。這使得可以將圖案區域25校正為類似於圖4E所示的形狀。參照圖4E，雖然在圖案區域25的上底的兩端留有變形，但是圖案區域25被校正為與模具7的圖案區域7a的形狀接近的形狀。然而，注意對圖案區域25外部也進行加熱可以在圖案區域25中提供線性變形量，並且使圖案區域25的形狀更接近圖案區域7a的形狀。
在校正圖4A至4E所示的圖案區域25的形狀時，從基板加熱單元12施加到基板8的光的照射量在時間上是恒定的。因此，圖案區域25隨著加熱時間的變形量40從加熱開始起發生變化，但是在經過預定時間之後穩定下來，如圖5所示。為此，當圖案區域25的變形量40穩定時，圖案區域25的形狀與模具7的圖案區域7a的形狀匹配。壓印裝置1在以這種方式校正基板8上的圖案區域25的形狀後在圖案區域25上形成了壓印材料9的圖案，從而可以使圖案區域25的形狀與圖案區域7a的形狀精確匹配。
如上所述，壓印裝置1包括倍率校正單元，其通過向模具7的側表面施加外力或位移來校正模具7的圖案區域 7a的形狀。可以通過組合由倍率校正單元對圖案區域7a的形狀進行的校正和由基板加熱單元12對圖案區域25的形狀進行的校正，來使圖案區域25的形狀與圖案區域7a的形狀更精確地匹配。這使得能夠在新形成的壓印材料9的圖案上精確地疊加圖案區域25。
該實施例已經描述了僅包括梯形分量作為變形分量的圖案區域25的形狀的校正。但是，這不是窮盡性的。例如，當校正包括倍率分量作為變形分量的圖案區域25的形狀時，優選地用來自基板加熱單元12的光照射基板8，以在圖案區域25的內部和外部形成均勻的溫度分佈。類似地，當例如校正包括桶形或枕形失真作為變形分量的圖案區域25的形狀時，優選地用來自基板加熱單元12的光照射基板8以便在圖案區域25上形成適當的溫度分佈。此外，在本實施例中，僅在圖案區域25的Y軸方向上形成照射量分佈。然而，根據圖案區域25中的變形分量，可以在X軸方向上形成照射量分佈，或者可以在X軸方向和Y軸方向上都形成照射量分佈。
下面將詳細描述基板加熱單元12的加熱光源20和調整單元21的配置。調整單元21具有對照射基板8的光的照射量分佈進行控制的功能。該功能在本實施例中被實施為數字反射鏡設備。圖6是示出作為調整單元21的數字反射鏡設備的配置圖。調整單元21是通過以陣列的形式在反射鏡區域(配置有多個反射鏡71的區域)70中配置多個矩形反射鏡71而形成的。反射鏡71在各個反射鏡 71的對角線方向上包括驅動軸72，並且可以圍繞驅動軸72旋轉。各個反射鏡71都可以選擇光沿預定方向反射的狀態和光不沿該預定方向反射的狀態。在本實施例中，各個反射鏡71傾斜+12°的狀態是光沿預定方向反射的狀態(ON狀態)，而各個反射鏡71傾斜-12°的狀態是光不沿預定方向反射的狀態(OFF狀態)。
照射到反射鏡區域70(調節單元21)的光優選地從垂直於各個反射鏡71的驅動軸72的方向73進入。因此，反射鏡區域70被來自與多個反射鏡71的配置方向不同的方向(角度)的光所照射。在該實施例中，多個反射鏡71的第一和第二配置方向分別被設置為0°和90°。另外，各個反射鏡71的驅動軸72都從第一配置方向傾斜45°。因此，反射鏡區域70被從相對於第一配置方向呈-45°的方向(角度)73傾斜地照射。
將描述包括數字反射鏡設備作為調整單元21的基板加熱單元12的配置。圖7是示出加熱光源20和調整單元21的光學系統的配置的示意圖。圖7所示的坐標系指示基板表面上的坐標系。需要大量的熱通過加熱使基板8熱變形。為了通過用光照射基板8來獲得這樣的熱量，必須增大加熱光源20的強度。此外，壓印裝置1的生產能力具有期望的值。為此，需要在短時間內獲得目標熱變形，因此需要增大加熱光源20的強度並提高光學系統的照射效率。
本實施例使用高功率激光光源62作為加熱光源20。 然而，由於激光光源62產生大量的熱，所以存在熱量對於壓印裝置1中的疊加精度有影響的顧慮。為此，激光光源62配置成遠離包括光學系統的壓印空間，並且經由光纖50對來自激光光源62的光進行路由。
來自光纖50的光的強度分佈和角度分佈都是不均勻的。如果照射到反射鏡區域70的光表現出照度不均勻，則對基板表面上的預定強度分佈的形成施加一些約束。例如，為了在基板表面上形成均勻的強度分佈，需要使反射鏡區域70與最低照度匹配，從而導致照射效率的降低。因此，照射到反射鏡區域70的光需要具有均勻的強度分佈。為了使照射到反射鏡區域70的光具有均勻的強度分佈，例如，使用諸如MLA(微透鏡陣列)和積分器光學系統的均化器光學元件。MLA是一種具有多個光學元件的陣列的光學元件，各個光學元件都產生點光源。
MLA 52被來自光纖50的光照射。在該實施例中，透鏡51用於在MLA 52上執行Kohler照射。MLA 52包括MLA 52a和MLA 52b。MLA 52a和52b各自具有作為微凸透鏡的組件的一個表面和作為平坦表面的另一個表面。然而注意，在兩個表面上具有曲率的MLA可以單獨用作MLA 52。或者，可以使用蠅眼透鏡或許多圓柱型柱面透鏡的組合來代替MLA。
傅立葉轉換光學系統54形成傅立葉轉換面56，以對來自形成在MLA 52的出射面53上的多個點光源(亮點)的光進行光學積分。傅立葉轉換光學系統54包括透 鏡54a和柱面透鏡55。柱面透鏡55是接收來自MLA 52的光並形成照射區域的光學元件，其中一個方向的屈光力不同於與該方向垂直的方向的屈光力。在本實施例中，柱面透鏡55由兩個透鏡構成，即柱面透鏡55a和55b。然而，柱面透鏡55也可以由一個透鏡或三個以上透鏡構成。
當MLA 52的各個微透鏡元件都為正方形時，傅立葉轉換面56是正方形照射形狀。基板8上的各個壓射區域通常都為26mm×33mm大小的矩形。從照射效率的觀點來看，照射到反射鏡區域70的光優選具有與各個壓射區域的尺寸類似的形狀。可以想到兩種技術來改變傅立葉轉換面56的照射形狀。第一種技術是使MLA 52的各個微透鏡元件都為矩形。然而這增加了MLA 52的製造難度，因此傾向於導致成本的增加。第二種技術是通過在傅立葉轉換光學系統54中使用具有一個方向上的曲率(屈光力)的光學元件(諸如柱面透鏡)來改變光的縱橫比。雖然本實施例使用了柱面透鏡，但是也可以使用變形透鏡或複曲面透鏡。
如圖7所示，反射鏡區域70被來自傅立葉轉換面56的光照射，該傅立葉轉換面56由MLA 52和傅立葉轉換光學系統54光學地集成。為了通過控制配置在反射鏡區域70中的多個反射鏡71中各個反射鏡的驅動來可變地改變基板表面上的強度分佈，反射鏡區域70和基板8被設置為幾乎共軛的關係。反射鏡區域70被傾斜地照射，以 用由配置在反射鏡區域70中的多個反射鏡71反射的光來照射基板8。
圖8是用於說明反射鏡區域70的傾斜照射的圖。如上所述，配置在反射鏡區域70中的多個反射鏡71中的各個在反射鏡71的對角線方向上具有驅動軸72。反射鏡區域70被從在XY平面中自多個反射鏡71的配置方向(Y軸)轉過的角度θ的方向照射。在該實施例中，角度θ為45°。另外，反射鏡區域70被從相對於Z軸(反射鏡區域70的法線)呈角度的方向73傾斜地照射。在該實施例中，角度為24°。換句話說，該實施例具有相對於反射鏡區域70的矩形的一條邊的方位角為45°並且相對於反射鏡區域70的法線(照射面)的仰角為24°的光軸。相對於Z軸以角度傾斜的光軸77是包括用於傾斜地照射反射鏡區域70的多個光學元件的光學系統的光軸。配置在反射鏡區域70中的多個反射鏡71中的各個反射的光74沿著Z軸行進。光74與圖8中的Z軸一致。
將再次參照圖7描述位於傅立葉轉換面56後面的光學系統。成像光學系統59將反射鏡區域70和基板8設置為幾乎共軛的關係。為了傾斜地照射反射鏡區域70，例如必須將傅立葉轉換面56和反射鏡區域70設置為防閃光關係。在這種情況下，使用簡單的成像光學系統將在照射區域的周邊部分處引起散焦，導致反射鏡區域70中的照射形狀的失真。結果，照射形狀偏離矩形。偏離矩形的光降低了光學系統的照射效率。
防閃光光學系統61包括透鏡57和反射鏡58。透鏡57配置為相對於光學系統的光軸傾斜以執行圖像形成，而傅立葉轉換面56的物體面和成像面60的像面是傾斜的。在這種情況下，反射鏡區域70與成像面60齊平(flush)。如圖8所示，反射鏡58用於傾斜地照射反射鏡區域70。由於反射鏡區域70和基板8處於幾乎共軛的關係，因此可以通過控制配置在反射鏡區域70中的多個反射鏡71中的各個的驅動，在基板上形成預定的強度分佈。
形成防閃光光學系統61使得能夠以矩形的照射形狀照射反射鏡區域70。另一方面，形成防閃光光學系統61將增大基板加熱單元12的光學系統的透鏡的數量，導致裝置的成本增加。另外，由於反射鏡區域70從傅立葉轉換面56的圖像形成需要光學系統，所以裝置的尺寸增大了。
因此，本實施例提供了一種照射裝置，其在不形成防閃光光學系統61的情況下以高照射效率實現了傾斜照射，同時避免了裝置的成本和尺寸的增加。
圖9是示出加熱光源20和調整單元21中的根據本實施例的光學系統的配置的示意圖。如圖9所示，根據該實施例的光學系統不包括防閃光光學系統61。另外，參照圖9，光吸收體63配置成當反射鏡71被設置為OFF狀態時吸收不必要的光。本實施例中，在傅立葉轉換光學系統54中，反射鏡區域70被來自MLA 52的出射面53的光照 射。因此，反射鏡區域70與傅立葉轉換面56齊平。然而，如上所述，僅用來自傅立葉轉換面56的光傾斜地照射反射鏡區域70將導致照射區域的周邊部分處的散焦和反射鏡區域70中的照射形狀的失真，從而導致照射效率的降低。
為此，在包括在調整單元21的光學系統中的多個光學元件中，MLA 52和柱面透鏡55在垂直於光軸的面中圍繞光學系統的光軸旋轉。圖10示出了MLA 52、柱面透鏡55和反射鏡區域70之間的配置關係。圖10示出了從Z軸的正向觀察時圖8的X-Y平面投影圖。參照圖10，坐標系78指示反射鏡區域70中的坐標系，坐標系79指示光軸77上的坐標系。光軸77與坐標系79的Z軸一致。注意，在圖10中省略了包括在光學系統中的多個光學元件中在垂直於光的行進方向的面中旋轉對稱的光學元件的圖示。
MLA 52由多個微凸透鏡的組件形成。在反射鏡區域70中，多個透鏡沿著坐標系79的X軸和Y軸配置。配置在反射鏡區域70中的多個透鏡的配置方向之一被定義為軸80。軸80與光軸77上的坐標系79中X軸方向之間所形成的角度被定義為角度81。MLA 52配置為在XY平面中圍繞光軸77轉過角度81。
在柱面透鏡55中，柱面透鏡55的非曲率面方向(透鏡無屈光力的方向)被定義為軸82。軸82與光軸77上的坐標系79中X軸方向之間所形成的角度被定義為角度 83。柱面透鏡55配置為在坐標系79中的XY平面中圍繞光軸77轉過角度83。圖10將柱面透鏡55示出為一個。然而，也可以配置兩個或更多個透鏡，例如柱面透鏡55a和55b，各個透鏡都獨立地配置以便旋轉。或者，柱面透鏡55a和55b可以轉過相同的角度，並且被認為是單個柱面透鏡55。
同樣，圖10將MLA 52示出為一個MLA。然而，MLA 52可以由兩個MLA，例如MLA 52a和52b構成。或者，可以單獨使用在兩個表面上具有曲率的MLA。當MLA 52由多個MLA構成時，各個MLA優選地轉過與一個MLA相同的角度。如果多個MLA的旋轉角相對偏移，則分佈會模糊，導致照射效率的降低。
圖11A和11B是各自示出當圖10所示的MLA 52和柱面透鏡55旋轉時反射鏡區域70中的照射形狀的變化的示例的圖。圖11A示出當柱面透鏡55的角度83固定且MLA 52的角度81改變時反射鏡區域70中的照射形狀的變化的示例。參照圖11A，由虛線指示的照射形狀99指示要在反射鏡區域70中形成的照射形狀，其與目標形狀92相匹配。在這個實施例中，目標形狀92具有與基板8上的壓射區域的尺寸(26毫米×33mm)相似的尺寸。MLA 52的角度81相對於目標形狀92在正/負方向上改變。很明顯，當MLA 52的角度81改變時，反射鏡區域70中的照射形狀被形成為菱形並在由照射形狀90、91、93和94所指示的XY平面內旋轉。在MLA 52的角度81 與目標形狀92一致的條件下，照射效率高。然而要注意，隨著MLA 52的角度81偏離使照射形狀與目標形狀92匹配的條件，反射鏡區域70不能被目標形狀92照射，從而導致照射效率的劣化。
圖11B示出了當MLA 52的角度81固定且柱面透鏡55的角度83改變時反射鏡區域70中的照射形狀的變化的示例。參照圖11B，柱面透鏡55的角度83相對於目標形狀92沿正/負方向變化。當柱面透鏡55的角度83改變時，反射鏡區域70中的照射形狀變為由照射形狀95、96、97和98指示的菱形和平行四邊形的組合。在圓柱透鏡55的角度83與目標形狀92一致的條件下，照射效率高。如果柱面透鏡55的角度83偏離使照射形狀與目標形狀92匹配的條件，則反射鏡區域70不能被目標形狀92照射。
MLA 52的角度81和柱面透鏡55的角度83的最佳值(最佳旋轉角度)由於以下因素而改變。第一個因素是要在反射鏡區域70中形成的照射形狀。在本實施例中，照射形狀類似於基板8上的壓射區域的尺寸。第二個因素是光相對於反射鏡區域70的入射角，即角度θ和。在本實施例中，角度θ為45°，角度為24°。第三個因素是柱面透鏡55在曲率方向(透鏡具有屈光力的方向)上的屈光力。第一個因素是反射鏡區域70中的照射區域的尺寸，因此從光學設計獲得。第二個因素是由配置在照射面上的光學元件的類型，在該實施例中是數字鏡器件的類 型，決定的數值。第三個因素是光學設計值。MLA 52和柱面透鏡55的最佳旋轉角度由這三個參數決定。
將描述目標形狀類似於基板8上的壓射區域的尺寸(26mm×33mm)的具體示例。圖12是用於說明圖10所示的兩個坐標系，即坐標系78和坐標系79之間的關係的圖。坐標系78對應於圖12所示的XYZ坐標系，坐標系79對應於圖12所示的X'Y'Z'坐標系。X'Y'Z'坐標系的角度相對於XYZ坐標系傾斜14°，而角度θ轉過45°。在這種情況下，平面投影線111是X-Y平面內在Z'軸上的投影線。Y軸和平面投影線111在X-Y平面內轉過45°。另外，平面投影線112是X-Z平面內在Z'軸上的投影線。平面投影線113是Y-Z平面內在Z'軸上的投影線。X-Z平面中在Z軸和平面投影線112之間形成的角度114為17.5°。另外，Y-Z平面中在Z軸和平面投影線112之間形成的角度115為17.5°。
圖13A至圖13C是示出根據本實施例的MLA 52和柱面透鏡55的配置以及沿著Z'軸從視點110看到X'-Y'面時的反射鏡區域70的照射形狀的圖。圖13A至13C的上部都示出了MLA 52和柱面透鏡55在X'Y'坐標系中的配置，圖13A至圖13C的下部都示出了目標形狀120和照射形狀121至123之一。參照圖13A，從X'軸的正側開始的逆時針旋轉被定義為正(+)角，順時針旋轉被定義為負(-)角。柱面透鏡55在橫向(曲率面方向)上具有屈光力，但在縱向(非曲率面方向)上沒有屈光力。
圖13A示出了MLA 52和柱面透鏡55不旋轉的狀態，即MLA 52的透鏡元件的配置方向(軸80)與柱面透鏡55在X'-Y'平面中屈光力方向(軸82)一致的基準狀態。MLA 52的軸80與X'軸之間所形成的角度為0°。柱面透鏡55的軸82與X'軸之間所形成的角度為90°。在該狀態下，照射形狀121變成了平行四邊形照射形狀。也就是說，無法實現目標形狀120。
圖13B示出了只有柱面透鏡55從圖13A所示的基準狀態旋轉的狀態。柱面透鏡55的軸82與X'軸之間所形成的角度為80°。由於MLA 52不旋轉，因此MLA 52的軸80與X'軸之間所形成的角度為0°。在該狀態下，照射形狀122為旋轉矩形的形狀。也就是說，不能實現目標形狀120。
圖13C示出了MLA 52和柱面透鏡55從圖13B所示的狀態旋轉的狀態，即MLA 52和柱面透鏡55都以Z'軸作為旋轉軸從圖13A所示的基準狀態旋轉的旋轉狀態。MLA52的軸80與X'軸之間所形成的角度(圍繞光軸的旋轉角)為-2.8°。柱面透鏡55的軸82與X'軸之間所形成的角度(圍繞光軸的旋轉角)為77.2°。在這種狀態下，照射形狀123是與目標形狀120匹配的矩形照射形狀。換句話說，在圖13C所示的旋轉狀態下在反射鏡區域70中形成的照射形狀相比在圖13A所示的基準狀態下在反射鏡區域70中形成的照射形狀更接近矩形。
在本實施例中，MLA 52是通過在X軸方向和Y軸方 向上以0.3mm的間距配置微透鏡而形成的。各個微透鏡的曲率半徑被設置為2.2mm。另外，在跨度從MLA 52的出射面到反射鏡區域70的傅立葉轉換光學系統中，柱面透鏡55在曲率面方向上的焦距被設置為103.9mm，在非曲率面方向上的焦距被設置為133.5mm。
顯然，隨著要在反射鏡區域70中形成的照射形狀，即目標形狀，和光學系統的條件的改變，MLA 52和柱面透鏡55的配置條件也發生了改變。如本實施例中，可以通過使柱面透鏡55和MLA 52中的各個圍繞光軸旋轉來控制要形成在照射面上的照射形狀。
本實施例示例了在將與基板8上的壓射區域的尺寸(26mm×33mm)類似的形狀設置為目標形狀並且使用上述光學系統的情況下的MLA 52和柱面透鏡55。考慮到光學系統中的組裝誤差，優選設置大於目標形狀的照射形狀，或者目標形狀優選包括容限(margin)。因此，在本實施例中，要形成的照射形狀被設置為矩形，但不要求為嚴格限定的形狀。使照射形狀與目標形狀類似能夠以簡單的配置實現具有高照射效率的傾斜照射。
在本實施例中，為了補償由傾斜照射引起的照射區域中的失真，MLA 52和柱面透鏡55中的至少一個具有圍繞光軸的旋轉角度。另外，通過補償照射區域中的失真，將照射形狀成形為矩形。這使得可以將形成在反射鏡區域70中的照射形狀成形為目標形狀。
如上所述，根據本實施例的基板加熱單元12的光學 系統可以實現具有高照射效率的傾斜照射，而無需形成防閃光光學系統61，同時避免了裝置的成本和尺寸的增加。
<第二實施例>
圖14是示出作為本發明一個方面的投影儀裝置(投影裝置)200的配置的示意圖。投影儀裝置200包括光源201、色輪202、MLA 203、柱面透鏡204、反射板205、數字反射鏡設備206和投影透鏡(投影單元)207。
光源201是諸如高壓汞燈的高強度光源。來自光源201的光被聚光透鏡(未示出)聚集並且進入色輪202。色輪202被分成R、G、B區域，並且經組構以可旋轉。穿過色輪202的光經由MLA 203、柱面透鏡204和積分器光學系統(未示出)被光學地集成。MLA 203和積分器光學系統降低了來自光源201的光的照度不均勻性。
穿過積分器光學系統的光經由限定了光路的反射板205傾斜地照射數字反射鏡設備206。數字反射鏡設備206是通過將具有驅動軸的多個反射鏡配置成陣列而形成的。在該實施例中，多個反射鏡中的各個可以被驅動到它傾斜了±12°的狀態。在ON狀態下，以24°的角度進入數字反射鏡設備206的光被反射鏡朝向投影透鏡207反射。在OFF狀態下，光被朝向配置在遠離投影透鏡207的位置的光吸收器209反射。來自數字反射鏡設備206的光(其產生圖像)經由投影透鏡207投影到屏幕(顯示表 面)208上。
在這種情況下，坐標系221指示數字反射鏡設備206中的坐標系。如上所述，構成數字反射鏡設備206的各個微反射鏡可以傾斜±12°。參考坐標系221的Z軸相對於數字反射鏡設備206的入射角θ為24°。另外，數字反射鏡設備206被從作為配置多個反射鏡的表面的X-Y平面中的角度θ的方向被照射。在該實施例中，角度θ為45°。
在本實施例中，MLA 203和柱面透鏡204經組構以可在坐標系220中繞Z軸旋轉。坐標系220指示從光源201到反射板205的坐標系。在MLA 203和柱面透鏡204中，軸222指示X軸，軸223指示Y軸。在本實施例中，構成MLA 203的多個微透鏡元件的配置方向之一被定義為軸210，MLA 203在X-Y平面內轉過軸210與Y軸223之間所形成的角度212。此外，當柱面透鏡204沒有屈光力的方向(母線)被定義為軸211時，柱面透鏡204在X-Y平面內轉過軸211與Y軸223之間所形成的角度213。通過改變MLA 203的角度212和柱面透鏡204的角度213，能夠改變設置在照射面上的數字反射鏡設備206上的照射形狀。確定角度212和213以在數字反射鏡設備206或屏幕208上形成預定的照射形狀。可以通過在一幀內分時地投影R、G、B顏色，同時使色輪202的旋轉與數字反射鏡設備206的ON/OFF控制同步，在屏幕208上顯示圖像(視頻)。
在投影儀裝置200中，傅立葉轉換光學系統可以利用 來自MLA 203的出射面的光來照射數字反射鏡設備206，因此可以減小照射數字反射鏡設備206的光學系統的尺寸。此外，由於可以減少光學系統的透鏡數量，所以可以避免裝置的成本和尺寸的增加，並且實現高照射效率的傾斜照射。本實施例例示了單面板投影裝置。然而，本實施例也可以應用於三面板投影儀裝置或使用LED作為光源的投影儀裝置。
<第三實施例>
將描述製造作為物品的裝置(半導體器件、磁存儲介質、液晶顯示元件等)的方法。該製造方法包括通過使用壓印裝置1在基板(晶片、玻璃板、膜狀基板等)上形成圖案的步驟。該製造方法還包括對形成有圖案的基板進行處理的步驟。該處理步驟可以包括去除圖案的殘留膜的步驟。此外，該方法還可以包括其它已知的步驟，例如使用圖案作為掩模來蝕刻基板的步驟。根據本實施例的物品的製造方法較之現有技術至少在物品的性能、質量、生產率或生產成本方面是有利的。
另外，第一和第二實施例已經例示了使用數字反射鏡設備的壓印裝置和投影儀裝置。然而，很明顯，本發明也可以應用於不使用數字反射鏡設備的裝置。本發明可以應用於以下情況：在照射面上形成矩形照射形狀，並且照射面被來自除了與照射面的一條邊垂直的方向之外的方向的經由MLA光學集成的光傾斜照射。通過在光學系統中配 置MLA和柱面透鏡並在垂直於光的行進方向的面內旋轉MLA和柱面透鏡，能夠在照射面上形成矩形照射形狀。
儘管已經參考示例性實施例描述了本發明，但是應當理解，本發明不限於所公開的示例性實施例。所附申請專利範圍的範疇符合最寬廣的解釋，以便包括所有此種修改以及等效的結構和功能。
52‧‧‧MLA
55‧‧‧柱面透鏡
70‧‧‧反射鏡區域
71‧‧‧反射鏡
72‧‧‧驅動軸
73‧‧‧方向
77‧‧‧光軸
78‧‧‧坐標系
79‧‧‧坐標系
80‧‧‧軸
81‧‧‧角度
82‧‧‧軸
83‧‧‧角度

Claims (14)

  1. 一種執行傾斜照射的照射裝置，所述照射裝置包括：第一光學元件，其由多個光學部件的陣列形成，各個光學部件經組構以產生點光源；以及第二光學元件，經組構以接收來自所述第一光學元件的光並形成照射區域，所述第二光學元件在一個方向上的屈光力不同於所述第二光學元件在與所述一個方向垂直的方向上的屈光力，其中，所述第一光學元件和所述第二光學元件中的至少一個具有圍繞所述光學元件的光軸的旋轉角度，以對由所述傾斜照射而引起的所述照射區域的失真進行補償。
  2. 根據請求項1所述的照射裝置，其中，通過所述補償使所述照射區域呈矩形。
  3. 根據請求項1所述的照射裝置，其中，所述第一光學元件的旋轉角度不同於所述第二光學元件的旋轉角度。
  4. 根據請求項3所述的照射裝置，其中，與所述第一光學元件的旋轉角度等於所述第二光學元件的旋轉角度的情況相比，所述照射區域的形狀更接近矩形。
  5. 根據請求項2所述的照射裝置，其中，所述光軸具有相對於所述矩形的一條邊的45°的方位角、以及相對於待照射面的法線的24°的仰角。
  6. 根據請求項1所述的照射裝置，其中，待照射面是相對於所述第一光學元件的出射面的傅立葉轉換面。
  7. 根據請求項1所述的照射裝置，其中，所述第一光學元件的旋轉角度為2.8°，並且所述第二光學元件的旋轉角度為77.2°。
  8. 根據請求項1所述的照射裝置，其中，所述陣列包括微透鏡陣列。
  9. 根據請求項1所述的照射裝置，其中，所述第二光學元件包括柱面透鏡、變形透鏡和複曲面透鏡中的至少一個。
  10. 一種光學裝置，其包括：反射鏡陣列，其由多個反射鏡的陣列形成，各個反射鏡具有驅動軸，所述多個反射鏡的配置方向不同於所述驅動軸的方向；以及如請求項1定義的經組構以照射所述反射鏡陣列的照射裝置。
  11. 一種壓印裝置，其對基板上的壓印材料進行成型，以在所述基板上形成圖案，所述壓印裝置包括：加熱設備，經組構以通過照射所述基板來加熱所述基板，以使所述基板變形，其中，所述加熱設備包括請求項1定義的照射裝置，並經組構以經由所述照射裝置照射所述基板來加熱所述基板。
  12. 一種壓印裝置，其對基板上的壓印材料進行成型，以在所述基板上形成圖案，所述壓印裝置包括：加熱設備，其經組構以通過照射所述基板來加熱所述 基板，以使所述基板變形，其中，所述加熱設備包括光學裝置，並經組構以經由所述光學裝置照射所述基板來加熱所述基板，其中，所述光學裝置包括：反射鏡陣列，其由多個反射鏡的陣列形成，各個反射鏡具有驅動軸，所述多個反射鏡的配置方向不同於所述驅動軸的方向；以及請求項1定義的經組構以照射所述反射鏡陣列的照射裝置。
  13. 一種投影裝置，其包括：投影設備，經組構以投影圖像，其中，所述投影設備包括請求項1定義的照射裝置，並經組構以經由所述照射裝置投影所述圖像。
  14. 一種製造物品的方法，所述方法包括以下步驟：使用壓印裝置在基板上形成圖案；以及對形成有圖案的基板進行處理以製造所述物品，其中，所述壓印裝置對所述基板上的壓印材料進行成型，以在所述基板上形成圖案，並且包括：加熱設備，經組構以通過照射所述基板來加熱所述基板，以使所述基板變形，其中，所述加熱設備包括照射裝置，並且經組構以經由所述照射裝置照射所述基板來加熱所述基板，其中，所述照射裝置執行傾斜照射，並且包括：第一光學元件，其由多個光學部件的陣列形成，各個光學部件經組構以產生點光源；以及第二光學元件，經組構以接收來自所述第一光學 元件的光並形成照射區域，所述第二光學元件在一個方向上的屈光力不同於所述第二光學元件在與所述一個方向垂直的方向上的屈光力，其中，所述第一光學元件和所述第二光學元件中的至少一個具有圍繞光學元件的光軸的旋轉角度，以對由傾斜照射而引起的所述照射區域的失真進行補償。
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