專利名稱：光束的軸間間距轉換裝置及基板曝光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將光束的間距轉換為所希望的間距的光束的軸間間距轉換裝置以及將從矩陣狀配置的多個光源輸出的光作為光源并具備上述光束的軸間間距轉換裝置的無掩?；迤毓庋b置。
背景技術：
為了在印刷基板、液晶顯示器的TFT基板或濾色器基板或等離子顯示器的基板上曝光圖形，在現(xiàn)有技術中，制作作為圖形的底版的掩模，并用掩模曝光裝置將該掩模底版曝光在上述基板上。
但是，近年來基板的尺寸越來越大，并且要求這些基板的設計、制作的時間越來越短。因此，不使用掩模的所謂無掩模曝光方法已被實用化，例如使用液晶或DMD(Digital Mirror Device)等二維場調制器產生二維圖形并用投影透鏡將它曝光在基板上的方法、在使用輸出大的激光器和多面反射鏡進行掃描的同時使用EO調制器或AO調制器將激光描繪曝光在基板上的方法等。但是，前一種方法雖然可以進行較細微的圖形的描繪，但是裝置價格高，而后一種方法雖然可以將粗糙的圖形描繪在寬廣的區(qū)域且結構簡單并可較廉價地生產，但難以高精細地描繪較大的面積，而且若要縮短總處理時間需要大輸出的激光器，裝置成本提高，運行成本也提高。
由于這種情況，通過將多個半導體激光器作為光源而使用，縮短總處理時間，廉價且降低運行成本的圖形曝光裝置已為所知(專利文獻1日本特開2005-316349號公報)。
但是，專利文獻1所記載的光束直徑不變光束間距縮小機構不僅零件件數(shù)多，而且若要使光束的平行度優(yōu)良，則只能成為高價品。而且，由于棱鏡的板厚薄，因此使用需要注意。

發(fā)明內容
本發(fā)明鑒于這種問題而作出，所要解決的課題是加工及使用容易，且光束的平行度優(yōu)良。
為解決上述課題，本發(fā)明的第一方案是一種光束的軸間間距轉換裝置，其特征在于，使xy方向的斷面為平行四邊形的四角柱的第一透明部件和xy方向的斷面為平行四邊形的四角柱且在與xy方向成直角的z方向的一方表面上具有槽的至少一個第二透明部件以上述槽為內側的方式貼緊重疊，通過上述槽，使要進入上述槽內的光全反射。
另外，本發(fā)明的第二方案是一種基板曝光裝置，利用光束的軸間間距轉換裝置改變從矩陣狀配置的多個光源輸出且光軸的間隔為等間隔的平行光束的一側光軸的間隔，使從上述光源輸出的光照射在被曝光基板上，其特征在于，上述光束的軸間間距轉換裝置是根據(jù)上述第一方案的光束的軸間間距轉換裝置。
根據(jù)本發(fā)明，即使第一透明部件和第二透明部件各有一個，也可以在板厚方向上配置多組光束，所以可減少零件件數(shù)并提高加工性，而且可以提高射出光的平行度。另外，由于板厚變厚，所以提高使用操作性。


圖1是本發(fā)明的曝光裝置的整體結構圖。
圖2是本發(fā)明的光源光學系統(tǒng)的說明圖。
圖3是本發(fā)明的平行玻璃一體單元的結構說明圖。
圖4是本發(fā)明的平行玻璃一體單元的動作說明圖。
圖5是本發(fā)明的平行玻璃一體單元的其它配置例圖。
圖6是表示光束在曝光面上的配置的圖。
圖7是本發(fā)明的其它曝光裝置的整體結構圖。
圖中10-射出光束；10A-入射光束；14L-平行玻璃一體單元；1418-平行玻璃；1411～1417-平行玻璃；G-槽；Px-入射光束的間距；Px′-射出光束的間距。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明的曝光裝置的整體結構圖，圖2是本發(fā)明的光源光學系統(tǒng)的說明圖，圖3是本發(fā)明的平行玻璃一體單元14L的結構說明圖，圖4是本發(fā)明的平行玻璃一體單元的動作說明圖，圖5是本發(fā)明的平行玻璃一體單元的其它配置例圖，圖6是表示光束在曝光面上的配置的圖，圖7是本發(fā)明的其它曝光裝置的整體結構圖。
曝光裝置200由以下部件構成，即光源光學系統(tǒng)1、反射鏡100、長焦距透鏡3、反射鏡4、多面反射鏡5、fθ透鏡6、折疊反射鏡62、圓柱形透鏡61、載物臺7以及控制電路9。光源光學系統(tǒng)1由多個平行光束發(fā)生單元11和平行玻璃一體單元14構成。曝光基板8固定在載物臺7上。
圖2(A)是光源光學系統(tǒng)1的主視圖(從反射鏡100側所見的圖，圖的左側為上側)，圖2(B)是從側面所見光源光學系統(tǒng)1的模式的平面剖視圖。
多個平行光束發(fā)生單元11由用銅材料形成的支架110、半導體激光器(以下稱之為“LD”)12以及非球面透鏡13構成。在支架11上以13mm的間距配置有安裝在外徑為5～6mm的殼中的LD12，該LD12在x方向上為16個(左右各8個)，在y方向上為8個共計配置有128個。而且，如圖2(A)中用虛線表示地那樣，LD12與鄰接的列的LD12各錯開13/8mm而配置。另外，在射出光的LD12的光軸上分別配置有非球面透鏡13。LD12輸出x方向發(fā)散角的半幅值全寬度約為22度、y方向的半幅值約為8度的激光。
接著，說明平行玻璃一體單元14。
如圖2(B)所示，平行玻璃一體單元14由斷面為平行四邊形的平行玻璃1401～1408(以下，將該組稱之為“平行玻璃一體單元14R”)和平行玻璃1411～1418(以下，將該組稱之為“平行玻璃一體單元14L”)構成。
圖3是表示平行玻璃一體單元14的圖示左側的單元的結構的說明圖，圖3(A)表示平行玻璃一體單元14L整體，圖3(B)是圖3(A)的K向視圖。各平行玻璃是一個頂角為45度的平行四邊形。如圖3(B)所示，在平行玻璃1411的右側面上形成有コ字形的槽G。在該實施方式的情況下，槽G的寬度W為1.6mm。平行玻璃1411的其它面是平坦的。平行玻璃1412～1417也是在右側面上形成有槽G(但是，在高度方向上錯開13/8mm)。與此相對，平行玻璃1418所有的面是平坦的。
平行玻璃1401～1408及1411～1418通過所謂光學接觸而貼緊。如果使用光學接觸則與使用粘接劑的情況相比較，可使平行光束10的平行度明顯變好，并且消除伴隨粘接劑和玻璃的折射率不一致而產生的反射損失。再有，也不用擔心在平行光束10A為紫外線或接近紫外線的紫色光的場合產生的粘接劑的惡化。
接著，說明平行玻璃一體單元14的動作。
如圖4所示，從圖下方入射到平行玻璃1411的左端激光10A即激光10A1在與空氣的交接處AL1進行全反射而向圖的右方前進，接著，通過平行玻璃1412～1418的內部，在與空氣的交接處BL1進行全反射而向圖的上方前進，從平行玻璃1418的上方射出。另外，從圖的下方入射到平行玻璃1412的從左起第二個平行光束10A2在與設置于平行玻璃1411上的槽對應的AL2進行全反射而向圖的右方前進，接著，通過平行玻璃1413～1418的內部，在與空氣的交接處BL2進行全反射而向圖的上方前進，從平行玻璃1418的上方射出。其它平行光束10A也同樣在要穿透平行玻璃時由于在下一個平行玻璃上設有槽G，所以在該地點進行全反射。即，以間距Px為13mm入射的平行光束10A作為間距Px′(在此為1mm)的平行光束10從平行玻璃1418射出。平行玻璃一體單元14R側也同樣，以間距Px為13mm入射的平行光束10A作為間距Px′(1mm)的平行光束10從平行玻璃1408射出。而且，如圖2(A)所示，由于將平行玻璃1408和平行玻璃1418重疊的部分做成嵌套形狀(將各個做成梳齒狀并進行組合的形狀)，因此平行光束10A的光路不會紊亂。
另外，雖然在該實施方式中將槽G做成コ字形，但只要使要進入槽G內的光束全反射就行，所以只要能形成寬度W以上的空氣層，則也可以是V形、U形或其它形狀。
接著，說明平行玻璃的間隔dp(即，平行玻璃的板厚)。
如圖4所示，間隔dp可以從入射的平行光束10A的間距Px和射出的平行光束10的間距Px′中并根據(jù)下式求出。
dp＝(Px-Px′)/因此，在入射的平行光束10的間距Px為13mm、射出的平行光束10的間距Px′為1mm的場合，將dp設為8.5mm即可。
另外，為了將平行光束10保持為平行，入射透射面和射出透射面平行比較重要(鄰接反射面之間的平行度在30秒以內比較實用。優(yōu)選為10秒。)，而將平行玻璃的平行度加工為1秒左右是比較容易做到的。而且，在進行單元化后，將入射端面及射出端面加工成平行也比較容易做到。另外，由于是全反射，因此反射時的損失為0。而且，由于若在入射透射面及射出透射面上施加防止反射涂層，則成為垂直射入反射，因此在此的損失可以在0.2％以下。
此外，如圖5所示，也可以將平行玻璃一體單元14R和平行玻璃一體單元14L在z方向上錯開配置。
另外，取代用光學接觸貼緊平行玻璃1401～1408及1411～1418，也可以使用透明的粘接材料。
另外，若作為玻璃使用石英玻璃，則熱膨脹與其他玻璃材料比較非常小，因此在使用光學接觸時，光學接觸由于熱變化而剝離的情況幾乎不存在，可以做成穩(wěn)定的高性能的平行玻璃單元。
另外，也可以將平行玻璃1401～1408及1411～1418用玻璃以外的透明材料制作。
長焦距透鏡3由球面系透鏡31、32、33和在x方向具有放大率的焦距fc的圓柱形透鏡34構成。透鏡31、32、33分別用多個透鏡構成，作為整體的焦距為fo。
接著，說明動作。
從LD12輸出并入射到非球面透鏡13的激光利用通過非球面透鏡13，作為x方向的間距(Px)為13mm、y方向的間距(Py)為13mm的互相平行的平行光束10A并呈矩陣狀射出。用非球面透鏡13被平行化的各激光具有x方向的直徑大約4mm、y方向的直徑大約1.5mm的橢圓狀強度分布。
入射到平行玻璃一體單元14的平行光束10A作為Py(y方向的間距)為13mm、x方向的間距(Px′)為1mm的矩陣狀的多個光束10從平行玻璃一體單元14射出，入射到焦距約為20m的長焦距透鏡3。
入射到長焦距透鏡3的Px′為1mm、Py為13mm的平行光束10從長焦距透鏡射出后，在y方向上各光束的主光線被反射鏡4反射而集中在多面反射鏡5的鏡面上。但是由于焦距為20m比較長，因此通過光的衍射各光束的光束直徑擴展到10mm左右。另一方面，在x方向，通過圓柱形透鏡34，相對x方向的長焦距透鏡入射光束的排列間距Px＝1mm，在多面反射鏡上以x方向的聚光光束間距Pxp(Pxp＝Pxfc/fo)進行聚光。
多面反射鏡5沿箭頭方向以5000rpm左右的旋轉速度(以角速度為ωrad·s秒-1)旋轉，反射光入射到fθ透鏡6，在用折疊反射鏡62反射后，穿透焦距fθC的圓柱形透鏡61，在搭載于載物臺7上的曝光基板8的曝光面上如圖6所示成像由從各LD12射出的光束所形成的光點80。
若將fθ透鏡6的焦距設為fθ(mm)，則基板上的光點通過多面反射鏡5的旋轉而在圖1的載物臺上向坐標的-y方向以2fθω(mm/s)的速度進行掃描。與該掃描同步在-x方向掃描載物臺7，并且基于預先保存在控制電路9中的描繪數(shù)據(jù)，對各LD12進行ON-OFF控制，從而可以在曝光基板8上曝光所希望的圖形。
另外，若將光源光學系統(tǒng)的各平行光束的xy方向光束直徑分別設為Dx、Dy，則曝光基板8上的xy方向的光束直徑dx、dy可分別由下式求出。
dx＝Dxfcfθc/(fofθ)dy＝Dyfθ/fo如上所述，Dx、Dy分別為4、1.5mm(e-2)，決定上述各透鏡的焦距以使dx、dy為20μm左右。
另外，若將入射到長焦距透鏡3的二維排列光束的掃描方向及副掃描方向的排列間距分別設為Px、Py，則曝光基板上的排列間距PEx、PEy可分別用下式表示。
PEx＝Pxfθ/foPEy＝Pyfθcfc/(fofθ)圖7是本發(fā)明的其它曝光裝置的結構圖。
多個平行光束發(fā)生單元11搭載有藍紫光半導體激光器(407nm)LD。另一方面，多個平行光束發(fā)生單元11′搭載有紫外線半導體激光器(375nm)LD。間距為13mm的平行激光從各自的多個平行光束發(fā)生單元11、11′向xy方向互相平行地射出。375nm的紫外LD多光束用反射鏡15進行反射，透射合成波長反射鏡16。另一方面，407nm的藍紫LD多光束用合成波長反射鏡進行反射后，通過與375nm的多光束幾乎完全一致的光程。圖7的407nm和375nm的LD光源的配置相反設置也可以。在該場合，當然合成波長反射鏡16對407nm進行透射，對375nm進行反射。
兩波長的多光束共同入射到之前已詳細說明的平行玻璃單元14。在x方向以13mm的間距入射的多光束在通過平行玻璃單元14時，x方向的間距壓縮到1mm而射出。由于口徑為120mm左右的長焦距透鏡對375nm和407nm的兩個波長補色，因此穿透長焦距透鏡3的兩波長的多光束在多面反射鏡5上y方向(水平方向)其主光線一致。由于在x方向上也補色，因此如之前已說明，以1mm間距排列的光束以用長焦點透鏡3的球面透鏡系統(tǒng)的焦距fo和前端第四群的補色后的圓柱形透鏡的焦距fc所決定的放大率fc/fo，對兩波長均在多面反射鏡上的相同位置進行縮小聚光。
用多面反射鏡5反射的兩波長的光束穿透fθ透鏡6，y方向以使用fθ透鏡6的焦距fθ、入射光的y方向光束直徑Dy和波長λ并用下式規(guī)定的光點直徑dy在基板上分別聚光。
dy＝4fθλ/(πDy)另一方面，關于x方向，利用fθ透鏡6的球面系統(tǒng)的焦距和fθ透鏡后的已補色的圓柱形透鏡61，對應長焦距透鏡入射光的x方向光束直徑Dx用下式dx＝Dxfcfθc/(fofθ)規(guī)定的光束直徑dx在基板上分別聚光。在這里，dx、dy是大致相同的大小。
這樣，兩波長的多光束同時在相同位置以光點直徑約為20μm聚光，所以與多面反射鏡5的旋轉速度同步，使搭載有曝光基板8的載物臺7向圖6的箭頭方向移動。再有，與多面反射鏡5的旋轉同步，由控制器9以由各個LD的排列位置和所希望的描繪信息決定的定時對各LD12進行ON-OFF點燈，從而在基板8上用兩個波長同時曝光所希望的描繪圖形。
該實施方式的曝光裝置，可以使用與在現(xiàn)有的掩模曝光裝置終所使用的水銀燈的h線及i線接近的波長的LD同時進行無掩模曝光，可以使用以往所使用的廉價的光致抗蝕劑進行良好的曝光。
權利要求
1.一種光束的軸間間距轉換裝置，其特征在于，使xy方向的斷面為平行四邊形的四角柱的第一透明部件和xy方向的斷面為平行四邊形的四角柱且在與xy方向成直角的z方向的一方表面上具有槽的至少一個的第二透明部件以上述槽為內側的方式貼緊重疊，通過上述槽，使要進入上述槽內的光全反射。
2.根據(jù)權利要求1所述的光束的軸間間距轉換裝置，其特征在于，上述平行四邊形的一個內角是45度。
3.根據(jù)權利要求1所述的光束的軸間間距轉換裝置，其特征在于，上述第一透明部件和第二透明部件由玻璃構成。
4.根據(jù)權利要求3所述的光束的軸間間距轉換裝置，其特征在于，上述第一及第二透明部件通過光學接觸而貼緊著。
5.根據(jù)權利要求3所述的光束的軸間間距轉換裝置，其特征在于，上述玻璃以石英為主要成分。
6.一種基板曝光裝置，利用光束的軸間間距轉換裝置改變從矩陣狀配置的多個光源輸出且光軸的間隔為等間隔的平行光束的一側的光軸的間隔，使從上述光源輸出的光照射在被曝光基板上，其特征在于，具有權利要求1～5中任何一項所述的光束的軸間間距轉換裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種加工及使用容易且可使光束的平行度優(yōu)良的光束的軸間間距轉換裝置及曝光位置精度優(yōu)良的基板曝光裝置。本發(fā)明的技術方案是，使xy方向的斷面為平行四邊形的四角柱的平行玻璃(1418)和xy方向的斷面為平行四邊形的四角柱且在與xy方向成直角的z方向的一個表面上具有槽(G)的平行玻璃(1411～1417)以槽(G)為內側的方式貼緊重疊，使要進入槽(G)內的光全反射，從而將以13mm的間距(Px)入射的平行光束(10A)的光軸為以1mm的間距(Px′)射出的平行光束(10)。
文檔編號G03F7/20GK101082780SQ20071010467
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月28日 優(yōu)先權日2006年5月30日
發(fā)明者押田良忠, 內藤芳達, 鈴木光弘, 山口剛, 丸山重信 申請人:日立比亞機械股份有限公司