TWI275822B - Projection optical system and pattern writing apparatus - Google Patents

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TWI275822B TW094112013A TW94112013A TWI275822B TW I275822 B TWI275822 B TW I275822B TW 094112013 A TW094112013 A TW 094112013A TW 94112013 A TW94112013 A TW 94112013A TW I275822 B TWI275822 B TW I275822B
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Description

1275822 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於在凹面鏡與凸面鏡間反射三次來自 體側的光的投影光學系統，以及利用此系統之圖案描繪 置。 【先前技術】 習知，藉由照射光線在形成於半導體基板或印刷基板 者電漿顯示裝置、液晶顯示裝置、光罩用玻璃基板等（下 「基板」）上的感光材料描繪圖案的方法，已知有諸如鄰 曝光方式或步進曝光方式等轉寫光罩圖案的描繪方法。 種轉寫光罩圖案的描繪方式難以有彈性地應付所描繪圖 的間距或寬度的變更。 且，日本專利特公昭5 7 — 5 1 0 8 3號公報提議具有相向 凸面鏡及凹面鏡，在以凹面鏡反射自物體側射入的光 後，以凸面鏡反射，進一步以凹面鏡反射，導向既定位置 形成物體像的方法。 在採用照射光線於光罩，藉投影光學系統6形成光罩 像（光照射區域）於基板的感光材料上，同時相對於基板 動光罩的像，高效率描繪條狀圖案於感光材料的方法之 況，為實現高速圖案描繪，需要可取得甚多通過光罩的 的物體側開口數（N A )大的投影光學系統。然而，一般而t 由於若N A變大，像差即亦變大，故解析度會降低（亦即 圖案描繪控制的最小單位會變大），即使複雜組合透鏡， 難以建構滿足要求精度的投影光學系統。雖然如文獻 1 326\專利說明書(補件)\94· 10\94112013 6 物 裝 或 稱 近 此 案 的 之 的 移 情 光 5 仍
1275822 藉由使用利用凹面鏡及凸面鏡的投影光學系統，可抑 差，但仍難以抑制其他諸像差。又由於文獻1的投影 系統無法變更投影倍率，故無法改變光罩的像的大小 由於無法調整成像位置，故不易應付基板的凹凸。 【發明内容】 本發明的主要目的在於對反射三次來自物體側的光 面鏡與凸面鏡間的投影光學系統，變更投影倍率。又 一目的在於抑制像差，此外，另一目的在於調整成像七 於本發明之一形態中，投影光學系統具備：凹面鏡 配置於既定中心軸上，以中心軸上的基準點為中心； 鏡，其配置於基準點與凹面鏡間，中心軸上，大致以 點為中心；第1透鏡，其配置於一面使來自物體側的 離中心軸，一面平行於中心軸導向凹面鏡的光路上； 透鏡，其於射入凹面鏡，依序為凹面鏡、凸面鏡、凹 反射後，將偏離中心軸平行於中心軸導出的光導向像 以及透鏡移動機構，其沿光軸移動第1透鏡及第2透 藉由本發明，可在反射三次來自物體側的光於凹面 凸面鏡間的投影光學系統中，變更投影倍率。 於本發明另一形態中，投影光學系統具備：第1鏡相 其配置在既定中心軸上，具有彎月形透鏡，此透鏡形 以中心軸上的基準點為中心，作為背面鏡的凹面鏡； 第2鏡構件，其配置於基準點與凹面鏡間，中心軸上 有彎月形透鏡，此透鏡形成有大致以基準點為中心， 背面鏡的凸面鏡；來自物體側的光一面偏離中心軸一 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 7 制色 光學 ，更 於凹 ，另 置。 ，其 凸面 基準 光偏 第2 面鏡 側； 鏡。 鏡與 :件， 成有 以及 ，具 作為 面平 1275822 行於中心軸，射入第1鏡構件，依序為凹面鏡、凸面鏡、 凹面鏡反射，一面偏離中心軸一面平行於中心軸導出。 藉由本發明，可利用二個背面鏡，一面抑制像差，一面 形成物體的像。 以第1鏡構件的彎月形透鏡具有負焦度（power )，第2 鏡構件的彎月形透鏡具有正焦度較佳。此外，以第1鏡構 件的彎月形透鏡的中心軸上厚度為二透鏡面的曲率半徑差 的大約一半較佳。
於本發明再另一形態中，投影光學系統具備：凹面鏡， 其配置於既定中心軸上，以中心軸上的基準點為中心；凸 面鏡，其配置於基準點與凹面鏡間，中心軸上，大致以基 準點為中心；第1折返鏡，其於中心軸前反射自物體側朝 向中心軸的光，一面偏離中心軸，一面平行於中心軸導向 凹面鏡；第2折返鏡，其將射入凹面鏡，依序為凹面鏡、 凸面鏡、凹面鏡反射後，一面偏離中心軸一面平行於中心 軸導出的光反射，朝偏離中心軸的方向導引；以及鏡移動 機構，其藉由移動第1折返鏡或第2折返鏡，變更中心軸 與成像位置間的距離。 根據本發明，在反射三次來自物體側的光於凹面鏡與凸 面鏡間的投影光學系統中，可調整成像位置。且為了高效 率地變更中心轴與成像位置間的距離，鏡移動機構以一體 移動第1折返鏡及第2折返鏡較佳。 本發明又具備上述投影光學系統，其亦適用描繪圖案的 圖案描繪裝置於基板上的感光材料。 8 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 1275822 由參照圖式於以下所進行的本發明詳細說明，可明白上 述目的及其他目的、特徵、態樣及優點。 【實施方式】 圖1係顯示本發明一實施形態的圖案描繪裝置1的構造 的圖式。圖案描繪裝置1係藉由照射光線於液晶顯示裝置 用玻璃基板9 (以下單稱「基板9」），描繪複數條紋狀圖案 於基板9的感光材料（於本實施形態中為彩色抗蝕劑）的裝 置。描繪圖案的基板9構成歷經後續其他程序，最後成為 液晶顯不裝置的裝配零件的滤·色器。 - 於圖案描繪裝置1中，在基座1 1上設置載台移動裝置 2，保持基板9的載台單元3可藉載台移動機構2，沿基板 9的主面，朝圖1中的Y方向移動。框架1 2跨過載台單元 3，固定於基座1 1上，光罩變換器4及頭部5安裝於框架 1 2上。 載台移動機構2形成螺桿2 2連接於馬達2 1，固定於載 台單元3的螺帽2 3安裝螺桿2 2上的構造。導執2 4固定於
螺桿2 2的上方，若馬達21旋轉，載台單元3即與螺帽2 3 一起沿導執2 4朝Y方向平滑移動。 載台單元3具有直接保持基板9的載台3 1、以垂直於 基板 9 的主面的轴為中心旋轉載台 31的載台旋轉機構 3 2、能旋轉支持載台31的支持板3 3以及保持支持板3 3 的底板3 4，上述螺帽2 3直接固定於底板3 4上。又，於支 持板3 3上設置以二次元排列，屬於光接收元件群的攝影裝 置接收自頭部5照射的光的攝影機3 5。且，攝影機3 5的 9 32 6\專利說明書(補件)\94-10\94112013 1275822 攝影面預先調整成與基板9上的感光材料的表面同高。
頭部5具有：頭部支持部5 0，其支持頭部5 ;頭部移動 機構5 01，其朝圖1中的X方向（亦即，與頭部5相對於載 台單元3移動的方向正交的方向）移動；光射出部51，其 朝基板9射出光；光罩部5 2，其具有排列複數開口形成的 二個光罩（以下，自接近光射出部51側起，稱為第1光罩 5 3、第2光罩5 4 );輔助光學系統5 1 a，其將來自光射出部 5 1的光導向光罩部5 2 ;以及投影光學系統6，其將通過光 罩部5 2的光導向基板9上。 光射出部5 1透過光纖5 1 1及進行對感光材料的光照射的 Ο N / 0 F F (啟/閉）的快門5 1 2連接於水銀燈5 1 3。於來自水 銀燈5 1 3的光自光射出部5 1射出，通經輔助光學系統5 1 a 後，依序通過配置於光路上的第1光罩53及第2光罩54(以 下稱第1光罩及第2光罩指的是二片一組的情況為「光罩 組」）的開口 。如此，頭部5藉光射出部51、輔助光學系 統5 1 a及光罩部5 2，以既定光源圖案射出光，藉投影光學 系統6，光罩部5 2的像形成於基板9上，作為通過光罩部 5 2的光於基板9上的複數照射區域。此時，相當於圖案描 繪控制的最小單位的投影光學系統6的解析度於X方向及 Y方向不同，實際上，形成光照射區域沿X方向具有高解 析度。又，投影光學系統 6可調整對焦位置（亦即成像位 置），進一步可微幅擴大或縮小基板9上的光照射區域。於 圖案描繪裝置1的全體說明後，對投影光學系統6詳加說 明。 10 3 26\專利說明書(補件)\94-10\94112013 1275822 頭部移動機構5 Ο 1藉由馬達5 Ο 2驅動螺桿機構，沿導軌 5 0 3朝X方向移動頭部5。又，鄰接頭部5設置的光罩變換 器4貯存複數光罩，光罩部5 2的光罩須藉光罩變換器4， 依需要變換。
載台移動機構2、載台單元3、攝影機3 5、快門5 1 2、頭 部移動機構5 Ο 1、光罩部5 2、投影光學系統6及光罩變換 器4連接於控制部7，此等構造藉控制部7控制，進行利 用圖案描繪裝置1於基板9上所作之圖案描繪。又，輸入 部8連接於控制部7，操作者透過輸入部8，將基板9上複 數光照射區域中各區域的X方向的寬度（係第1光罩5 3的 開口排列的方向的寬度，以下單稱「寬度」）以及複數光照 射區域的間隔（係自各光照射區域的中心至相鄰光照射區 域的距離，下稱「間距」）的設定值輸入控制部7。 圖2係顯示第1光罩53，圖3係顯示第2光罩54的圖 式。通過光的複數個屬於光通過區域的第1開口 5 31，沿 圖2中的X方向排列形成於第1光罩5 3。分別對應複數第 1開口 5 3 1的複數個屬於光通過區域的第2開口 5 4 1，排列 形成於第2光罩5 4。第1開口 5 31及第2開口 5 41的形狀 呈矩形，第1開口 5 31的開口的長度（亦即與第1開口 5 31 及第 2開口 5 4 1的排列方向正交的方向的尺寸）以及寬度 (亦即第1開口 5 31及第2開口 5 41的排列方向的寬度）較 第2開口 541大。又。第1開口 531的寬度相同，且屬於 自第1開口 5 31的中心至相鄰第1開口 5 31的中心間距離 的間距固定。同樣地，各第2開口 5 4 1的寬度及間距相等， 11 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013
1275822 第2開口 5 41的間距與第1開口 5 3 1的間距相等。 2的第1光罩5 3及圖3的第2光罩5 4的開口長度 寬度長，不過，開口的長度可較寬度短。 圖4係顯示光罩部5 2的構造的圖式，具有：第1 持部5 5，其保持第1光罩5 3 ;第2光罩保持部5 6 持第2光罩5 4 ;以及光罩滑動機構5 7，其朝圖4 方向（亦即第1開口 5 3 1及第2開口 5 41排列的方卢 第1光罩5 3。且於圖4中以粗線顯示第1光罩保4 # 及第1開口 531 。 - 第2光罩5 4以各第2開口 5 41與對應的第1開 重疊的方式抵接於第1光罩5 3。藉此，使第1開口 第2開口 5 41的重疊區域（於圖4中以平行斜線標 的寬度相同，以與第1開口 5 31及第2開口 5 41相 定間距排列。來自光射出部5 1 (參照圖1 )的光依序 1開口 5 31及第2開口 5 41，導向基板9上的感光材 射於具有對應於區域 5 2 0的形狀及間距的複數光 域。於以下說明中，稱屬於實際光通過區域的區域 「光罩組開口」。 第2光罩5 4並不一定物理抵接第1光罩5 3，亦 光學重疊。例如，第1光罩5 3及第2光罩5 4可僅 慮焦點深度之分量（例如數// m左右），亦可個別配 學共軛位置。 光罩滑動機構5 7具有保持第1光罩保持部5 5的 5 7 1、滑動用馬達5 7 2以及連接於滑動用馬達5 7 2的 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 12 且，圖 雖然較 光罩保 ，其保 中的X J )移動 字部5 5 口 531 531與 示）520 等的固 通過第 料，照 照射區 5 2 0為 可僅為 隔離考 置於光 滑動框 螺桿機 1275822 構5 7 3，若滑動用馬達5 7 2藉由控制部7的控制驅動螺桿 機構5 7 3，第1光罩保持部5 5即沿滑動框5 71朝X方向移 動。結果，保持於第1光罩保持部5 5的第1光罩5 3亦朝 X方向移動，第1開口 5 31與第2開口 5 41的重疊狀態變 化，光罩組開口 5 2 0的寬度變化，基板9上的光照射區域 的寬度亦變化。由於此時光罩組開口 5 2 0的間距不變化， 故僅有光罩組開口 5 2 0的寬度相對於光罩組開口 5 2 0間的 (光未通過區域的）寬度的比變化。
雖然圖示省略，不過，於第1光罩保持部5 5與第2光罩 保持部5 6間設置離合機構，於第1光罩保持部5 5移動期 間内，第2光罩保持部56略微下降，第1光罩53與第2 光罩54隔開。藉此，防止第1光罩53與第2光罩54間的 損傷或生塵。 圖5係顯示形成於基板9的感光材料上的複數光照射區 域9 0的一部分的圖式。複數光照射區域9 0分別對應光罩 組開口 5 2 0 (參照圖4 )，複數光照射區域9 0的寬度相同， 且間距亦固定。如前述，光照射區域9 0的寬度及間距可藉 圖1中所示投影光學系統6可略微擴大及縮小。 圖6係顯示控制部7的構造及有關控制的資訊的流程的 方塊圖。控制部7中的各種構造顯示功能，實際上藉根據 程式進行運算處理的 CPU、記憶體、專用運算電路、介面 等實現。控制部7的主要構造具有控制光照射區域9 0的寬 度及間距的照射區域控制部7 1，以及控制對基板9上的感 光材料的光照射區域9 0的掃瞄的掃瞄控制部7 2。 13 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 1275822 照射區域控制部7 1具有：寬度檢測部7 1 1，其根據來自 攝影機3 5的影像信號，檢測複數光照射區域9 0的個別寬 度；間距檢測部7 1 2，其檢測間距；寬度控制部71 3，其控 制光照射區域9 0的寬度；間距控制部71 4，其控制間距； 以及記憶部7 1 5，其記憶光照射區域9 0的寬度及調整間距 所需資訊。
安裝於光罩部 5 2的光罩組以及顯示可藉光罩組和投影 光學系統6實現的光照射區域9 0的寬度與間距的對應關係 的光罩表7 1 6預先製成並記憶於記憶部7 1 5。又，用於投 影光學系統6的成像位置的調整的焦點表7 1 7、自輸入部8 輸入的光照射區域 9 0的寬度的設定值（下稱「設定寬 度」）7 1 8以及間距的設定值（下稱「設定間距」）7 1 9記憶 於記憶部7 1 5。 載台移動機構2、攝影機3 5、快門5 1 2、光罩滑動機構 5 7、投影光學系統6、光罩變換器4以及輸入部8連接於 照射區域控制部7 1，藉由照射區域控制部7 1，根據來自攝 影機3 5及輸入部8的資訊控制此等構造，調整光照射區域 90的寬度及間距。 載台移動機構2、載台旋轉機構3 2、頭部移動機構5 0 1 及快門5 1 2連接於掃瞄控制部7 2，藉由掃瞄控制部7 2控 制此等構造，進行光照射區域9 0的掃瞄。 圖7係顯示利用圖案描繪裝置1對感光材料的圖案描繪 動作的流程的圖式。首先，設定寬度7 1 8及設定間距7 1 9 由操作者自輸入部8輸入，照射區域控制部7 1收到記憶於 14 326\專利說明書(補件)\94· 10\94112013 1275822 記憶部7 1 5 (步驟S 1 1 )。接著，藉由控制部7的控制調整， 使光照射區域9 0的寬度及間距與設定寬度7 1 8及設定間距 7 1 9相等（步驟S 1 2 )。
具體而言，藉由為了照射區域控制部7 1所控制的攝影機 3 5拍攝複數光照射區域9 0，經由間距檢測部7 1 2中的運算 處理，檢測光照射區域9 0的間距。接著，根據檢測結果， 藉間距控制部7 1 4變更投影光學系統6的倍率，使光照射 區域9 0的間距與設定間距7 1 9相等。此時，藉由根據焦點 表7 1 7等控制投影光學系統6，使投影光學系統6的成像 位置與攝影機 3 5的拍攝面（基板9上的感光材料的表面） 一致。另外，可不使用焦點表 71 7，反覆進行攝影及投影 光學系統6的控制，調整成像位置。 若間距調整及成像位置的調整結束，便藉寬度檢測部 7 1 1檢測複數光照射區域9 0的個別寬度，藉由寬度控制部 7 1 3，根據檢測結果，控制光罩滑動機構 5 7，變更光罩組 開口 5 2 0的寬度。結果，調整光照射區域9 0的寬度，使之 與設定寬度7 1 8相等。另，若僅藉由投影光學系統6的倍 率變更無法進行光照射區域9 0的寬度或間距，即根據光罩 表7 1 6判斷之情況，藉光罩變換器4更換光罩部5 2的光罩。 於此，雖然對圖案描繪裝置1具有一頭部5的情況加以 說明，不過，圖案描繪裝置1可具有複數頭部，於此之情 況，對各頭部進行光照射區域的寬度及間距的調整。亦即， 攝影機3 5相對於複數頭部的個別下方依序移動，調整各頭 部的光照射區域的寬度及間距。此時，亦藉由檢測攝影機 15 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 1275822 3 5相對於各頭部的移動量，取得頭部間的距離，進一步調 整各自獨立，可朝X方向移動的複數頭部的位置（於各頭部 中光罩部全體朝X方向移動之情況，該光罩部的位置）。
若光照射區域9 0的寬度及間距的調整結束，則藉掃瞄控 制部7 2控制載台移動機構2及頭部移動機構5 0 1，頭部5 相對於载台3 1，朝既定描繪開始位置移動（步驟S 1 3 )。具 體而言，載台3 1朝（+ Y)移動，頭部5朝（一X)移動。開始 自頭部5射出光（步驟S1 4 )，照射光線於基板9的感光材 料上的光照射區域9 0。 此後，開始圖1中載台 31朝（一 Y方向）的移動（步驟 S15)，藉由朝圖1中的（+Y)方向，相對地以固定速度，對 感光材料掃猫光照射區域9 0 ^描繪具有設定寬度及設定間 距的複數個條紋狀圖案於基板9上的感光材料。若光照射 區域9 0的掃瞄到達既定結束位置，載台31的移動即停止 (步驟S 1 6 )，並停止光的照射（步驟S 1 7 )。 若對感光材料的第1次掃瞄結束，即確認是否反覆對基 板9進行朝同方向延伸的條紋狀圖案的描繪（亦即，有無下 一掃瞄）（步驟 S1 8 )，於有下一掃瞄之情況，即返回步驟 S 1 3，載台3 1朝下一掃瞄開始位置移動，光的照射及載台 3 1的移動（步驟S 1 3〜S 1 7 )僅反覆進行必要次數。光照射區 域90的掃瞄時的載台31的移動交互朝（+Y)方向及（一 Y) 方向進行，於第2次以後的步驟S1 3中，頭部移動機構5 0 1 朝（+ X )方向僅移動頭部5既定距離，頭部5朝掃瞄開始位 置移動。 16 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013
1275822 若描繪條紋狀圖案於基板9上的感光材料全體，圖案 繪裝置1的描繪動作即結束。另，於感光材料為彩色抗 劑之情況，不執行圖7中的步驟S1 9。 描繪圖案的基板9自圖案描繪裝置1運出，另外顯影 殘留於基板9上的感光材料構成濾色器的次晝素。於此 情況，感光材料一般使用顯影時曝光部分（亦即，光照射 分）殘留的負型彩色抗#劑。此後，反覆進行彩色抗#劑 塗布、圖案描繪裝置 1的描繪以及顯影，形成 R (紅） G (綠）、B (藍）三畫素。進一步歷經透明電極的形成等程；! 基板9成為用於液晶顯示裝置的濾色器。 圖7中的步驟S1 9在描繪格子狀圖案於基板9上進行 作為具體例，在圖案描繪裝置1用於濾色器的黑色矩陣 描繪進行。 於描繪格子狀圖案之情況，若藉由步驟S 1 1〜S 1 8所進 一方向的條紋狀圖案的描繪結束，即確認有無與描繪完 圖案正交的方向的圖案描繪（步驟S 1 9 )，藉控制部7驅 載台旋轉機構3 2，以垂直於保持在載台單元3的基板9 主面的軸為中心，成9 0 °旋轉載台3 1 (步驟S 1 9 1 )。藉Λ 對基板9上的感光材料，光照射區域9 0的掃目苗方向相對 變更90 °。 於掃瞄方向變更後，朝攝影位置移動載台單元 3，調 光照射區域9 0的寬度及間距（步驟S 1 2 )，以下，朝描繪 始位置移動載台3 1，描繪條紋狀圖案的動作僅反覆進行 要次數（步驟S 1 3〜S 1 8 )。如此，圖案描繪裝置1亦可藉 3 26\專利說明書(補件)\94-10\94112013 17 描 I虫 而 之 部 的 的 行 的 動 的 ’ 地 整 開 必 由 1275822 旋轉載台3 1，描繪格子狀圖案於基板9上的感光材料。 如以上所述，於圖1之圖案描繪裝置1中，藉光射出部 5 1、輔助光學系統5 1 a及光罩部5 2，以既定光源圖案射出 光，藉後述光學系統6，以高解析度朝X方向形成光罩部 5 2的像於（光照射區域9 0 )基板9上。而且，藉由於基板9 上相對掃瞄光罩部5 2的像，可適當描繪條紋狀（或格子狀） 圖案於基板9的感光材料上。 另，相對於基板9，朝Y方向對基板9上光罩部5 2的像 φ 的掃瞄可藉由頭部5相對於基板9移動實現。又，藉由於 . 光罩部5 2中準備朝X方向隔既定間距排列所形成具有相同 寬度及長度的矩形開口群（下稱「開口列」）朝Y方向（亦即 光照射區域的掃瞄區域的掃瞄方向）排列複數個的二個光 罩，進行所用開口率的選擇，可實現具有不同寬度及間距 的圖案的描繪。更進一步，以既定光源圖案射出光的作為 光源部的功能除了光射出部5 1及光罩部5 2的組合外，亦 可藉例如以既定間距排列的複數光源實現。
又，圖案描繪裝置1雖然特別適於平板顯示裝置（液晶顯 示裝置、電漿顯示裝置、有機 EL (電場發光）顯示裝置等） 種種面板的製造，不過，亦適於半導體基板或印刷配線基 板，或者對光罩用玻璃基板等的規則微細圖案的描繪。 其次，對用於圖1的圖案描繪裝置1的投影光學系統6 詳加說明。圖8及圖9係顯示投影光學系統6的内部構造 的圖式，圖8係顯示自圖1中的（一 X)側朝（+ X )方向觀看 投影光學系統6内部情況的圖式，圖9係顯示自（+ Y)側朝 18 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 1275822 (—Υ )方向觀看情況的圖式。且，圖9省略第1鏡構件6 1、 第2鏡構件6 2、第1透鏡6 3、第2透鏡6 6、第1折返鏡 6 4及第2折返鏡6 5以外的圖示。 圖8所示投影光學系統6具有平行於Y方向的既定中心 軸J1，具備：第1鏡構件61，其具有彎月形透鏡61 2，此 透鏡形成有以假設位於中心軸J 1上投影光學系統6的（+ Y )側的基準點P 1為中心，作為背面鏡的凹面鏡6 1 1 ; 以及第2鏡構件6 2，其具有彎月形透鏡6 2 2，此透鏡形成 % 有配置在基準點P1與第1鏡構件61間中心軸J1上，大致 * 以基準點P1為中心，作為背面鏡的凸面鏡6 2 1。第1鏡構 件6 1的彎月形透鏡6 1 2作成具有負焦度的透鏡，於彎月形 透鏡6 1 2中，中心軸J 1上的厚度為二透鏡面的曲率半徑差 的大致一半。又，第2鏡構件6 2的彎月形透鏡6 2 2作成具 有正焦度的透鏡。且，如圖 9所示，切除第1鏡構件 61 的（+ X )侧及（一X )侧的部位，謀得投影光學系統6的小型 化〇
投影光學系統6進一步具備配置於第2鏡構件6 2的（+ Z)側（亦即圖1中的光罩5 2側，於圖8及圖9所示投影光 學系統6中以符號91標示的物體側）的第1透鏡6 3和第1 折返鏡6 4，以及配置於第2鏡構件6 2的（一 Z)側（亦即基 板9側，於圖8及圖9所示投影光學系統6中以符號9 2 標示的像側）的第2折返鏡6 5和第2透鏡6 6。第1透鏡6 3 朝光軸J 2自物體91起依序具有凸面朝向中心軸J 1的正彎 月形透鏡6 31及負彎月形透鏡6 3 2，第2透鏡6 6亦同樣具 19 3 26\專利說明書(補件)\94-10\94112〇 13 1275822 有凸面 6 6 2 ° 如圖 構6 72 透鏡移 同樣連 透鏡移 2折返 # 螺桿機 691 ， j 方向移 自物 6的光 於中心 心軸 J 面鏡6
導向第 而且 ， 再度導 面鏡6 月形透 此時 及凸面 鏡61 1 朝向中心軸J 1的負彎月形透鏡6 6 1及正彎月形透鏡 8所示，第1透鏡6 3連接於具有馬達6 71、螺桿機 以及導件（例如橫輥導件，其於圖8中省略）的第1 動機構6 7，能朝光軸J 2移動。又，第2透鏡6 6亦 接於具有馬達6 8 1、螺桿機構6 8 2以及導件的第2 動機構6 8，能朝光軸J 2移動。第1折返鏡6 4及第 晚6 5以鏡支持部6 9 1 —體支持，藉由具有馬達6 9 2、 構 6 9 3以及導件的鏡移動機構 6 9移動鏡支持部 ξ 1折返鏡64及第2折返鏡65 —體朝圖8中的Y 動。 體9 1側（圖1中的光罩部5 2側）射入投影光學系統 經由第1透鏡63，朝向中心軸J1，藉第1折返鏡64 軸 J1前反射，一面偏離中心軸 J1，一面平行於中 1，導向第1鏡構件6 1。通過彎月形透鏡6 1 2射入凹 11的光為凹面鏡611所反射，透過彎月形透鏡612 2鏡構件6 2，通過彎月形透鏡6 2 2射入凸面鏡6 2 1。 凸面鏡 621 所反射的光透過彎月形透鏡 622、612 向凹面鏡611，為凹面鏡611所反射。如此，依凹 1 1、凸面鏡6 2 1、凹面鏡6 1 1的順序反射的光透過彎 鏡61 2偏離中心軸J1，平行於中心軸J1導出。 ，藉彎月形透鏡612、622的透鏡面修正凹面鏡611 鏡6 2 1所產生的像差（例如歪曲像差等）。來自凹面 的光藉第2折返鏡6 5朝位於偏離中心軸J 1的方向 20 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 1275822 位置的像9 2側（圖1中基板9側）反射，藉第2透鏡6 6導 向基板9的感光材料上，形成光罩部5 2的像9 2。又，藉 由第1透鏡移動機構6 7及第2透鏡移動機構6 8朝光軸J 2 移動第1透鏡63及第2透鏡66，實線基板9上光罩部52 的像的擴大或縮小。
投影光學系統6為了獲得Y方向低X方向高的解析度， 配置第1鏡構件61及第2鏡構件6 2。因此，於上述圖案 描繪裝置1中，藉由光罩部5 2的像相對於基板9朝Y方向 移動，可形成X方向的高精度條狀圖案。且於圖案描繪裝 置1的投影光學系統6中，在來自第2鏡構件6 2的光為第 2折返鏡6 5朝X方向反射之情況，主面的法線朝向X方向， 相對於基板9，光罩部5 2的像朝Z方向移動，於省略第2 折返鏡6 5之情況，主面的法線朝向Y方向，相對於基板9， 光罩部5 2的像朝Z方向移動。亦即，光罩部5 2的像一面 藉載台移動機構2朝基板9的主面，一面朝平行於凹面鏡 611與凸面鏡621間包含光軸J2的面的方向移動。 投影光學系統6進一步藉由第1透鏡移動機構6 9朝Y 方向一體移動第1折返鏡64及第2折返鏡65，變更自物 體9 1側至像9 2側的光路長度，一面保持物體9 1與投影光 學系統6間的距離固定，一面高效率變更中心軸J 1與成像 位置間的距離。換言之，成像位置藉第1透鏡移動機構6 9 至少朝Z方向移動，實現可容易調整成像位置的成像位置 調整機構。且雖然隨著調整，成像位置亦朝Y方向移動， 不過由於投影光學系統6的Y方向解析度低，故圖案描繪 21 32 6\專利說明書(補件)\94· 10\94112013
1275822 裝置1的圖案描繪不成問題。 如以上所述，藉由投影光學系統6設置：第1鏡構件 其具有彎月形透鏡 6 1 2，此透鏡形成有作為背面鏡的 鏡6 1 1 ;以及第2鏡構件6 2，其具有彎月形透鏡6 2 2 透鏡形成有作為背面鏡的凸面鏡 6 2 1，實現一面利用 構件6 1、6 2的折射面抑制像差，一面形成物體像。藉 於投影光學系統6中，可一面增大物體側開口數（N A) 面朝X方向確保固定解析度。結果，於利用圖8的投 學系統6的圖案描繪裝置1中，不會降低解析度，可 甚多來自光罩5 2的光量，可於基板9上高速描繪圖案 高產能。 又，藉由移動第1折返鏡6 4及第2折返鏡6 5，可 凹面鏡6 1 1側，在凹面鏡6 1 1與凸面鏡6 2 1間來回三 射從物體側射入的光的投影光學系統 6中，調整成 置。藉此，於基板9的主面上出現凹凸或翹曲之情況 者，即使在處理厚度不同的基板9之情況，仍可實現 9上感光材料表面的成像位置一致，在基板9上高精 繪圖案。且，投影光學系統6可藉由第1折返鏡6 4及 折返鏡6 5之一朝X方向或Y方向移動，實現成像位置 整。 進一步藉由沿光軸J 2移動第1透鏡6 3及第2透鏡 於投影光學系統6中實現投影倍率變更，結果，可容 更於圖案描繪裝置1中描繪的圖案的寬度及間距，可 板9上適當描繪圖案。 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 22 61， 凹面 ，此 二鏡 此， ? — 影光 取得 ，提 於自 次反 像位 ，或 基板 度描 第2 的調 66， 易變 於基
1275822 且，投影光學系統6雖然特別適於描繪條紋狀圖案 案描繪裝置，不過，亦可用於其他用途。 又，即使於圖1的圖案描繪裝置1的輔助光學系統 中，仍使用與從投影光學系統6除去第1透鏡6 3及 透鏡 6 6 的配置相同者。於此之情況，可省略彎月形 612' 622 〇 其次，對投影光學系統6的具體例加以說明。 例1的投影光學系統6的規格如以下。 •光照射區域尺寸（X方向）：4 7 mm •光照射區域尺寸（Y方向）：4 mm •倍率：0.98-1.02 •物體側開口數：0 . 2 0 •解析度（X方向）：5//m •解析度（X方向）：50//m 且由於光學系統即使按比例擴大或縮小，仍獲得同 質，故上述規格的數值並不絕對。 表1顯示投影光學系統6的設計例，表2顯示投影 系統6的倍率1 . 0 2倍、1 . 0 0倍、0 . 9 8倍之情況表1 變數A1、B1、C1、D1。且，表1中的inf表示曲率半 限大，η ( 3 6 5 )表示對所用玻璃材料的波長3 6 5 n m的光 射率。 32 6\專利說明書(補件)\94-10\94112013 23 的圖 51a 第2 透鏡 等性 光學 中的 徑無 的折 1275822
表1 面號碼 曲率半徑 間隔 n(365) 開口 0 A1 1 -173· 507 9. 000 1.58013 68 2 -64.138 1· 200 68 3 -64·270 7. 000 1. 62741 68 4 -187· 513 B1 73 5 inf 0. 000 6 inf 0. 000 鏡 90x70 7 inf -166·736 8 264.146 -17.000 1.47454 160x260 9 295.873 17. 000 鏡 160x260 10 264.146 131.736 160x260 11 140.288 8. 000 1.47454 74 12 164.837 -8.000 鏡 66 13 140.288 -131.736 74 14 264.146 -17.000 1.47454 160x260 15 295.873 17.000 鏡 160x260 16 264.146 166.736 160x260 17 inf 0. 000 18 inf 0. 000 鏡 90x70 19 inf Cl 20 -187.513 -7. 000 1. 62741 73 21 -64·270 -1.200 68 22 -64.138 -9·000 1.58013 68 23 -173· 507 D1 68 24 inf 表2 倍率 1. 02 1. 00 0. 98 A1 12. 000 19.746 47. 345 B1 65. 350 57.604 30.005 C1 -30.000 -57. 604 -65.351 D1 -47.350 -19. 746 -11.999 3 26\專利說明書(補件)\94-10\94112013 24
1275822 圖1 Ο . A及圖1 Ο . B顯示倍率1 . Ο 2的 度0 mm及2 3. 5 mm的像面橫像差，右側對 應子午面。圖1 1顯示1 . 0 2倍的失真， 比，縱軸係最大高度規格化的物體高度 例2的投影光學系統6的規格如以下 •光照射區域尺寸（X方向）：4 0 mm •光照射區域尺寸（Y方向）：1 _ •倍率：0.99- 1.01 •物體側開口數：0 . 2 0 且由於光學系統即使按比例擴大或縮 質，故上述規格的數值並不絕對。 表3顯示投影光學系統6的設計例，； 系統6的倍率1 . 0 1倍、1 · 0 0倍、0 . 9 9 > 變數A2、B2、 C2、D2。且，表3中的in 限大，η ( 3 6 5 )表示對所用玻璃材料的波 射率。 離光軸的物體高 應弧矢面，左側對 軸的單位為百分 ，最大比例為1。 丨、，仍獲得同等性 ^ 4顯示投影光學 &之情況表3中的 f表示曲率半徑無 I： 3 6 5 n m的光的折
326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 25 1275822
表3 面號碼 曲率半徑 間隔 n(365) 開口 0 A2 1 -110.000 5.000 1.61262 62 2 -81.000 4. 340 62 3 -80.600 4. 000 1.53575 64 4 -127· 000 B2 66 5 inf 0.000 6 inf 0. 000 鏡 78x54 7 inf -159. 970 8 245. 000 -14. 000 1.47454 143x222 9 274. 000 14. 000 鏡 143x222 10 245. 000 124.270 143x222 11 124. 600 6.000 1.47454 62 12 146. 500 -6.000 鏡 56 13 124. 600 -124·270 62 14 245. 000 -14.000 1.47454 143x222 15 274. 000 14. 000 鏡 143x222 16 245. 000 159.970 143x222 17 inf 0. 000 18 inf 0. 000 鏡 78x54 19 inf C2 20 -127·000 -4. 000 1.53575 66 21 -80·600 -4.340 64 22 -81. 000 -5. 000 1.61262 62 23 -110.000 D2 62 24 inf 表4 倍率 1. 01 1.00 0. 99 A2 12. 000 25. 489 49.571 B2 62. 571 49. 082 25.000 C2 -25. 000 -49.082 -62.571 D2 -49. 571 -25·489 -12.000 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 26 1275822
雖然詳細描述並說明本發明，不過，前 本發明不限於此。因此，可理解，在不悖離 可為多數變形或態樣。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示圖案描繪裝置的構造的圖式 圖2係顯示第1光罩的圖式。 圖3係顯示第2光罩的圖式。 圖4係顯示光罩部的構造的圖式。 圖5係顯示形成於基板上的複數光照射 面說明係例示， 本發明範圍下， 圖式。 圖6係顯示控制部的構造以及有關控制 方塊圖。 圖7係顯示對感光材料的圖案描繪動作 圖8及圖9係顯示投影光學系統的圖式 圖1 0 . A及圖1 0 . B係顯示倍率1. 0 2的i 圖1 1係顯示倍率1 . 0 2的失真的圖式。 區域的一部分的 白勺貧訊的流程的 的流程的圖式。 〇 :像差的圖式。
【主要元件符號說明】 1 圖案描繪裝置 2 載台移動裝置 3 載台單元 4 光罩變換器 5 頭部 6 投影光學系統 7 控制部 3 26\專利說明書(補件)\94-10\94112013 27 1275822 8 9 11 12 2 1 22 23 24 • 31 . 3 2 33 34 35 50 5 1 5 1a
5 2 53 54 55 56 5 7 6 1 62 輸入部 基板 基座 框架 馬達 螺桿 螺帽 導軌 載台 載台旋轉機構 支持板 底板 攝影機 頭部支持部 光射出部 輔助光學系統 光罩部 第1光罩 第2光罩 第1光罩保持部 第2光罩保持部 光罩滑動機構 第1鏡構件 第2鏡構件 3 26\專利說明書(補件)\94-10\94112013 28 1275822 63 64 65 66 67 68 6 9 7 1 Φ ' 72 ” 90 91 92 50 1 502 503 51 1
5 12 5 13 520 531 541 57 1 572 573 第1透鏡 第1折返鏡 第2折返鏡 第2透鏡 第1透鏡移動機構 第2透鏡移動機構 鏡移動機構 照射區域控制部 掃瞄控制部 光照射區域 物體 像 頭部移動機構 馬達 導軌 光纖 快門 水銀燈 光罩組開口 第1開口 第2開口 滑動框 滑動用馬達 螺桿機構 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 29 1275822
61 1 凹 面 鏡 61 2 彎 月 形 透 鏡 62 1 凸 面 鏡 622 彎 月 形 透 鏡 63 1 正 彎 月 形 透 鏡 632 負 彎 月 形 透 鏡 66 1 負 彎 月 形 透 鏡 662 正 彎 月 形 透 鏡 67 1 馬 達 672 螺 桿 機 構 68 1 馬 達 682 螺 桿 機 構 69 1 鏡 支 持 部 692 馬 達 693 螺 桿 機 構 71 1 寬 度 檢 測部 71 2 間 距 檢 測 部 71 3 寬 度 控 制 部 714 間 距 控 制 部 715 ί己 憶 部 71 6 光 罩 表 71 7 焦 點 表 71 8 設 定 寬 度 71 9 設 定 間 距 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 30 1275822
J1 既 定 J2 光 轴 P1 基 準 中心軸 點 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 31

Claims (1)

1275822 十、申請專利範圍： 1 . 一種投影光學系統，其特徵為具備： 凹面鏡，其配置於既定中心軸上，以上述中心軸上的基 準點為中心； 凸面鏡，其於上述基準點與上述凹面鏡間配置在上述中 心軸上，大致以上述基準點為中心； 第 1 透鏡，其配置於使來自物體側的光偏離上述中心 軸，同時平行於上述中心軸地導向上述凹面鏡的光路上；
第 2透鏡，其射入上述凹面鏡，依序於上述凹面鏡、上 述凸面鏡、上述凹面鏡被反射後，將偏離上述中心軸同時 平行地於上述中心軸導出的光，導向像側；以及 透鏡移動機構，其沿光軸移動上述第1透鏡及上述第2 透鏡。 2 .如申請專利範圍第1項之投影光學系統，其中，上述 凹面鏡係形成於彎月形透鏡的背面鏡，上述凸面鏡係形成 於另一彎月形透鏡的背面鏡。 3 .如申請專利範圍第1項之投影光學系統，其中，進一 步具備： 第1折返鏡，其於自物體側朝向上述中心軸的光行經上 述第1透鏡後，在上述中心軸前方反射此光，導向上述凹 面鏡； 第2折返鏡，其反射自上述凹面鏡平行於上述中心軸地 導出的光，導向位於偏離上述中心軸方向的位置的上述第 2透鏡；以及 32 3 2 6\專利說明書(補件)\94-10\94112013 1275822 鏡移動機構，其藉由移動上述第1折返鏡或上述第2折 返鏡，變更上述中心軸與成像位置間的距離。 4 . 一種投影光學系統，其特徵為具備： 第1鏡構件，其配置在既定中心軸上，屬於彎月形透鏡， 此透鏡形成有以上述中心軸上的基準點為中心的凹面鏡， 作為背面鏡；以及 第2鏡構件，其於上述基準點與上述第1鏡構件間，配 置於上述中心軸上，屬於彎月形透鏡，此透鏡形成有大致 Φ 以上述基準點為中心的凸面鏡，作為背面鏡； - 來自物體側的光偏離上述中心軸，同時平行於上述中心 軸地射入上述第1鏡構件，依序於上述凹面鏡、上述凸面 鏡、上述凹面鏡被反射，並偏離上述中心軸，同時平行於 上述中心軸地被導出。 5 .如申請專利範圍第4項之投影光學系統，其中，上述 第1鏡構件的彎月形透鏡具有負焦度（P 〇 w e r )，上述第 2 鏡構件的彎月形透鏡具有正焦度。
6 .如申請專利範圍第4項之投影光學系統，其中，上述 第1鏡構件的彎月形透鏡的上述中心軸上之厚度，為二個 透鏡面的曲率半徑差的大約一半。 7 . —種投影光學系統，其特徵為具備： 凹面鏡，其配置於既定中心軸上，以上述中心軸上的基 準點為中心； 凸面鏡，其於上述基準點與上述凹面鏡間配置於上述中 心軸上，大致以上述基準點為中心； 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 33 1275822 第1折返鏡，其於中心軸前反射自物體側朝向上述中心 轴的光’偏離上述中心轴同時平行於上述中心車由地導向上 述凹面鏡； 第2折返鏡，其將射入上述凹面鏡，且依序於上述凹面 鏡、上述凸面鏡、上述凹面鏡被反射後，偏離上述中心軸 同時平行於上述中心軸地導出的光予以反射，朝偏離上述 中心軸的方向導引；以及 鏡移動機構，其藉由移動上述第1折返鏡或上述第2折 返鏡，變更上述中心軸與成像位置間的距離。 • 8.如申請專利範圍第7項之投影光學系統，其中，上述 鏡移動機構一體地移動上述第1折返鏡及上述第2折返鏡。 9 .如申請專利範圍第7項之投影光學系統，其中，上述 凹面鏡係形成於彎月形透鏡的背面鏡，上述凸面鏡係形成 於另一彎月形透鏡的背面鏡。
1 0 . —種圖案描繪裝置，係描繪圖案於基板上的感光材料 者，其特徵為具備： 光源部，其以既定光源圖案射出光； 保持部，其保持基板； 投影光學系統，其形成上述光源部的像於上述基板上； 以及 像移動機構，其相對於上述基板移動上述光源部的像； 上述投影光學系統具備： 凹面鏡，其配置於既定中心軸上，以上述中心軸上的基 準點為中心； 34 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013
1275822 凸面鏡，其於上述基準點與上述凹面鏡間配置於 心軸上，大致以上述基準點為中心； 第1透鏡，其配置於來自物體側的光偏離上述中 同時平行於上述中心軸地導向上述凹面鏡的光路上 第2透鏡，其將射入上述凹面鏡，依序於上述凹 上述凸面鏡、上述凹面鏡被反射後，偏離上述中心 平行於上述中心軸地導出的光，導向像側；以及 透鏡移動機構，其沿光軸移動上述第1透鏡及上 嫌透鏡； •上述像移動機構沿上述基板的主面，同時朝平行 凹面鏡與上述凸面鏡間包含光軸的面的方向，對於 板，相對地移動上述像。 11 . 一種圖案描繪裝置，係描繪圖案於基板上的感 者，其特徵為具備： 光源部，其以既定光源圖案射出光； 保持部，其保持基板； 投影光學系統，其形成上述光源部的像於上述基 以及 像移動機構，其對於上述基板相對地移動上述光 像； 上述投影光學系統具備： 第1鏡構件，其配置在既定中心軸上，屬於彎月开 此透鏡形成有以上述中心軸上的基準點為中心的凹 作為背面鏡；以及 3 26\專利說明書(補件)\94-10\94112013 35 上述中 心轴， 面鏡、 軸同時 述第2 於上述 上述基 光材料 板上， 源部的 透鏡， 面鏡， 1275822 第2鏡構件，其於上述基準點與上述凹面鏡間配置於上 述中心軸上，屬於彎月形透鏡，此透鏡形成有大致以上述 基準點為中心的凸面鏡，作為背面鏡； 來自物體側的光偏離上述中心軸，同時平行於上述中心 軸地射入上述第1鏡構件，依序於上述凹面鏡、上述凸面 鏡、上述凹面鏡被反射，偏離上述中心軸，同時平行於上 述中心軸地被導出； 上述像移動機構沿上述基板的主面，同時朝平行於上述 'Φ 凹面鏡與上述凸面鏡間包含光軸的面的方向，對於上述基 - 板，相對地移動上述像。 1 2 . —種圖案描繪裝置，係描繪圖案於基板上的感光材料 者，其特徵為具備： 光源部，其以既定光源圖案射出光； 保持部，其保持基板； 投影光學系統，其形成上述光源部的像於上述基板上； 以及
像移動機構，其對於上述基板，相對地移動上述光源部 的像； 上述投影光學系統具備： 凹面鏡，其配置於既定中心軸上，以上述中心軸上的基 準點為中心； 凸面鏡，其於上述基準點與上述凹面鏡間配置於上述中 心軸上，大致以上述基準點為中心； 第1折返鏡，其於上述中心軸前反射自物體側朝向上述 36 326\專利說明書(補件)\94-10\94112013
1275822 中心轴的光，偏離上述中心軸，同時平行於上述中 導向上述凹面鏡； 第2折返鏡，其將射入上述凹面鏡，依序於上述E 上述凸面鏡、上述凹面鏡被反射後，偏離上述中心 時平行於上述中心軸地被導出的光予以反射，朝偏 中心軸的方向導引；以及 鏡移動機構，其藉由移動上述第1折返鏡或上述 返鏡，變更上述中心軸與成像位置間的距離； 上述像移動機構沿上述基板的主面，同時朝平行 凹面鏡與上述凸面鏡間包含光軸的面的方向，對於 板，相對地移動上述像。 心軸地 面鏡、 幸由，同 離上述 第2折 於上述 上述基
326\專利說明書(補件)\94-10\94112013 37
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