專利名稱：調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及均勻而高效地把照明光照射到被照明區(qū)域上的照明方法和使用該照明方法的曝光方法，另外，本發(fā)明還涉及使用該曝光方法曝光圖形的曝光裝置。特別是涉及使用多個(gè)半導(dǎo)體激光器的照明方法、曝光方法和曝光裝置。
背景技術(shù)：
以往，對(duì)被照明物體進(jìn)行照明，或?yàn)榱藢?duì)被曝光物體進(jìn)行曝光而以水銀燈為光源，或使用激元激光器。這些光源為了驅(qū)動(dòng)而投入的能量絕大部分變成了熱量，是效率非常低的光源。
近年來(lái)，半導(dǎo)體激光器(LD)的短波長(zhǎng)化取得進(jìn)展，出現(xiàn)了400nm左右發(fā)光波長(zhǎng)的LD，因此出現(xiàn)了能代替水銀燈的用于曝光的光源的可能性。但一個(gè)LD的輸出是有限的，所以不得不使用多個(gè)LD。但即使排列多個(gè)LD來(lái)把從各個(gè)光源射出的光均勻地照射到被照明物體上，也會(huì)因?yàn)閺母鱾€(gè)光源射出的光的指向性接近于高斯分布而呈現(xiàn)照射區(qū)的中心附近強(qiáng)而周邊變?nèi)醯臓顟B(tài)。另外，雖然在垂直于LD的主射出光線的方向之內(nèi)，一個(gè)方向的發(fā)散角很小，但是與此垂直的方向的發(fā)散角變大，該發(fā)散角之比為從1∶3至1∶4左右。所以把這種來(lái)自各LD的光均勻而高效地照射到想要照射的被照明區(qū)域是不可能的。即產(chǎn)生了如果要均勻地進(jìn)行照明，則效率降低，如果要提高效率則均勻性惡化這樣矛盾的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題的存在，本發(fā)明的目的在于提供一種能使用多個(gè)光源來(lái)高效、均勻地照射被照射物，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高性能的照明的照明方法及其裝置，其中光源是每個(gè)半導(dǎo)體激光器等的發(fā)光能量小的光源。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種在襯底等上對(duì)圖形進(jìn)行曝光時(shí)，能以高處理能力來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的圖形曝光的曝光方法及其裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明其特征在于，從分離地一維或二維排列的多個(gè)LD等光源的各個(gè)出射光，利用光學(xué)積分器在空間上分解從該多個(gè)光源分別射出的光來(lái)生成多個(gè)疑似二次光源，利用聚光透鏡使來(lái)自該生成的多個(gè)疑似二次光源的光疊加在一起來(lái)照明被照明區(qū)域。作為光源陣列，使多個(gè)光源或從該光源得到的疑似二次光源在大致相似于被照明區(qū)域的形狀的區(qū)域內(nèi)均勻分布地排列。通過(guò)這樣的構(gòu)成來(lái)實(shí)現(xiàn)均勻而高效的照明。
另外，本發(fā)明由多個(gè)棒狀透鏡的排列而構(gòu)成上述光學(xué)積分器，各棒狀透鏡的剖面形狀的縱橫比幾乎等于被照明區(qū)域的縱橫比，據(jù)此可以把排列于二維平面上的光源或二次光源的出射光最高效地均勻照明于被照明區(qū)域，而且能夠比較小型地構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)。
如果使用以上說(shuō)明的構(gòu)成，則在被照明物體上幾乎能完全消除空間頻率的低不均勻。
但是，如果在光源中使用LD，從各LD射出的光通過(guò)由多個(gè)棒狀透鏡組成的光學(xué)積分器(integrator)則從一個(gè)LD出射，透射各棒狀透鏡的光在被照射物體上進(jìn)行干涉，形成干涉條紋。因此，在照明光中產(chǎn)生空間頻率的高不均勻。如果多個(gè)LD的數(shù)量變得非常大，則雖然該空間頻率的高不均勻減小，但是并不能完全消除。
因此，本發(fā)明在即將入射到上述光學(xué)積分器前的光路或剛從光學(xué)積分器射出后的光路中插入使波面變化的調(diào)制器，據(jù)此上述空間頻率的高不均勻變化，能使進(jìn)行了時(shí)間平均的照明光與空間頻率無(wú)關(guān)地幾乎完全均勻。
另外，本發(fā)明通過(guò)把光束發(fā)散角調(diào)整為從上述多個(gè)光源或從該光源得到的二次光源射出的光的發(fā)散角向垂直于出射光的光軸的面而對(duì)面內(nèi)任意的兩個(gè)方向成為1比1.5以內(nèi)，在通常具有圓形的有效直徑的光學(xué)積分器的入射面上把來(lái)自光源的出射光有效地用作照明光成為可能。即，上述光束發(fā)散角的調(diào)整，使用圓柱面透鏡來(lái)進(jìn)行。具體地說(shuō)，光束發(fā)散角的調(diào)整，根據(jù)LD的正交的兩個(gè)軸的發(fā)散角沿著光路前后排列焦距不同的兩種圓柱面透鏡而進(jìn)行。
另外，本發(fā)明進(jìn)而控制各個(gè)光源的能量以便從多個(gè)光源射出的各個(gè)光的能量成為所希望的一定值以內(nèi)。這樣，就能得到照明光的均勻性，并且使照明光強(qiáng)度保持恒定。
另外，本發(fā)明利用聚光光學(xué)系統(tǒng)使從上述多個(gè)光源或由該光源得到的二次光源射出的各個(gè)出射光入射到上述光學(xué)積分器上的對(duì)應(yīng)的位置，據(jù)此與照明場(chǎng)所無(wú)關(guān)地均勻地實(shí)現(xiàn)指向性均勻的照明成為可能。
如果使用以上說(shuō)明的照明方法，則從分離的多個(gè)光源得到均勻的照明光成為可能，掩?；蚨S光調(diào)制器等被照明區(qū)域內(nèi)的照度不勻?yàn)椤?0％以內(nèi)，從多個(gè)光源發(fā)出的光的能量的30％以上到達(dá)被照明區(qū)域內(nèi)第一次成為可能。
另外，本發(fā)明使用上述照明方法或照明裝置，把來(lái)自分離的多個(gè)光源，特別是排列多個(gè)半導(dǎo)體激光器的光源的出射光照射到作為被照明物的掩模、中間掩模(reticule)、或用于無(wú)掩模曝光的二維光調(diào)制器，也就是液晶型的二維光調(diào)制器或數(shù)字式反射鏡器件等，進(jìn)行曝光。這樣，就可以得到具備均勻的強(qiáng)度分布和所希望的指向性的良好的曝光照明光。
特別是，把多個(gè)光源排列為例如與方形形狀的被照明區(qū)域相似的形狀，使從這些光源得到的光以所希望的入射角入射到光學(xué)積分器，把出射光用作照射到被照明區(qū)域上的光，據(jù)此高效率地實(shí)現(xiàn)均勻的照明。如果在作為光源用半導(dǎo)體激光器的情況下在光學(xué)積分器之前或之后用使波面變化的調(diào)制器，則消除激光的干涉條紋不勻，可以得到均勻照明。通過(guò)把該照明用于襯底的曝光，可以處理能力高地曝光良好的圖形。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種照明方法，使光從一維或二維排列的多個(gè)半導(dǎo)體激光器光源中分別射出，利用光學(xué)積分器在空間上分解從該多個(gè)光源分別射出的光來(lái)生成多個(gè)疑似二次光源，利用聚光透鏡使來(lái)自該生成的多個(gè)疑似二次光源的光疊加在一起來(lái)照明被照明區(qū)域，所述照明方法的特征在于把從上述多個(gè)光源分別射出的光束中的發(fā)散角調(diào)整為向著垂直于該射出光束的光軸的面，對(duì)面內(nèi)任意的兩個(gè)方向?yàn)?比1.5以內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種曝光裝置，包括照明光學(xué)系統(tǒng)和投影光學(xué)系統(tǒng)，上述照明光學(xué)系統(tǒng)具有光源陣列，把多個(gè)半導(dǎo)體激光器光源排列成一維或二維；聚光光學(xué)系統(tǒng)，使從該光源陣列的各光源射出的光聚光；光學(xué)積分器，在空間上分解由該聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的光來(lái)生成多個(gè)疑似二次光源；以及聚光透鏡，使來(lái)自由該光學(xué)積分器生成的多個(gè)疑似二次光源的光疊加在一起來(lái)照明具有應(yīng)該曝光的圖形的被照明區(qū)域，上述投影光學(xué)系統(tǒng)把透射或反射了由該照明光學(xué)系統(tǒng)照明的應(yīng)該曝光的圖形的光投影、曝光到被曝光物上的被曝光區(qū)上，所述曝光裝置的特征在于在上述照明光學(xué)系統(tǒng)中，具有調(diào)整從上述光源陣列的各光源射出的光的發(fā)散角的發(fā)散角調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種使入射光的波面變化的調(diào)制器，其特征在于被加工成放射狀以使剖面大致呈正弦波狀的高度變化，并且被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的第1實(shí)施例的構(gòu)成透視圖。
圖2是表示半導(dǎo)體激光器光源與其光束成形與光學(xué)積分器部的關(guān)系的圖。
圖3是表示圓柱面透鏡引起的光束成形的透視圖。
圖4是用來(lái)說(shuō)明半導(dǎo)體激光器的排列的圖。
圖5是表示光學(xué)積分器中的棒狀透鏡的排列狀態(tài)的圖。
圖6(A)是用來(lái)說(shuō)明構(gòu)成光學(xué)積分器的棒狀透鏡的入射光與出射光的關(guān)系的主視圖，圖6(B)是(A)所示的A-A剖面圖，圖6(C)是側(cè)視圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的第2實(shí)施例的構(gòu)成透視圖。
圖8是用來(lái)說(shuō)明使波面變化的調(diào)制器與光學(xué)積分器的關(guān)系的圖。
圖9(A)是詳細(xì)表示使波面變化的調(diào)制的主視圖，圖9(B)是表示(A)所示的C-C剖面上的形狀的圖。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的第3實(shí)施例的構(gòu)成透視圖。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的第4實(shí)施例的構(gòu)成透視圖。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的第5實(shí)施例的構(gòu)成透視圖。
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的第6實(shí)施例的構(gòu)成透視圖。
圖14(A)(B)分別是用來(lái)說(shuō)明排列多個(gè)光源的不同的實(shí)施例的圖。
圖15是表示作為光源陣列用多個(gè)激光光源的情況下的圖。
圖16是表示用多種光源的情況下的排列的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的照明方法和曝光方法及其裝置。
首先，根據(jù)圖1說(shuō)明本發(fā)明的曝光裝置的第1實(shí)施例。作為一維或二維排列分離的多個(gè)光源的光源陣列，LD陣列1，在襯底上二維排列405nm附近(380～420nm)的波長(zhǎng)的光以30mW左右的輸出射出的藍(lán)(紫)色半導(dǎo)體激光器11而構(gòu)成。來(lái)自各個(gè)半導(dǎo)體激光器11的出射光利用聚光透鏡(聚光光學(xué)系統(tǒng))12入射到后面使用圖5和圖6進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明的光學(xué)積分器13。透射光學(xué)積分器13的光通過(guò)作為照射光學(xué)機(jī)構(gòu)的聚光透鏡(準(zhǔn)直透鏡)14，被反射鏡15反射照射到掩模2。掩模2可以是通常的鉻或氧化鉻掩模2a，也可以是具有掩模的功能的例如液晶或數(shù)字式反射鏡器件(Digital Mirror Device)等二維光調(diào)制器2b。光學(xué)積分器13是空間分解利用聚光透鏡(聚光光學(xué)系統(tǒng))12所聚光的來(lái)自二維排列的多個(gè)半導(dǎo)體激光器11的射出光束生成多個(gè)疑似二次光源使之疊加在一起來(lái)照明的光學(xué)系統(tǒng)。
透射或反射掩模2a或二維光調(diào)制器2b的圖形顯示部21(例如方形形狀形成)的光，通過(guò)投影透鏡3把圖形21投影于被曝光襯底5上的曝光區(qū)51。襯底5通過(guò)由襯底夾頭和xy載物臺(tái)組成的襯底移動(dòng)機(jī)構(gòu)4移動(dòng)，據(jù)此涉及襯底5上的所希望的區(qū)依次曝光圖形。在使用通常的掩模2a的情況下被掃描于掩模上的圖形重復(fù)地被曝光。另外，在使用二維光調(diào)制器2b的情況下，在襯底5的幾乎全體上所希望的圖形被曝光一組或數(shù)組。
控制電路6每一曝光的時(shí)刻使半導(dǎo)體激光器11點(diǎn)亮，如果所希望的曝光量在襯底5上形成就進(jìn)行熄滅控制。即，光檢測(cè)器17取入入射到設(shè)在光路中的分光鏡171的光的1％左右。通過(guò)光檢測(cè)器17所檢測(cè)的光強(qiáng)度利用控制電路6積分。由于該積分值成為曝光于襯底5的曝光照明光的累計(jì)曝光量，所以在該值達(dá)到預(yù)先儲(chǔ)存于控制電路6的所希望的設(shè)定值(最佳曝光量)的階段使半導(dǎo)體激光器11為OFF，結(jié)束曝光。
另外，控制電路6基于二維光調(diào)制器2b的顯示二維圖形信息發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制二維光調(diào)制器2b的信號(hào)。另外，控制電路6驅(qū)動(dòng)襯底移動(dòng)機(jī)構(gòu)4，一邊與二維光調(diào)制器2b的顯示信息同步一邊使襯底5移動(dòng)。
在連續(xù)移動(dòng)載物臺(tái)4掃描曝光于襯底5的情況下，控制電路6基于上述作為曝光監(jiān)視器的光檢測(cè)器17的信號(hào)強(qiáng)度控制載物臺(tái)的掃描速度。另外，在使用二維光調(diào)制器2b的情況下，控制電路6總體控制該驅(qū)動(dòng)，與上述光檢測(cè)器17的信號(hào)與載物臺(tái)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
多個(gè)半導(dǎo)體激光器11，由于可以單獨(dú)地進(jìn)行ON-OFF，所以使用圖1所示的光檢測(cè)器17依次監(jiān)視各個(gè)激光器輸出是可能的。因此，控制電路6向各個(gè)LD11送出依次明滅的信號(hào)，與此同步地，檢測(cè)光檢測(cè)器17的信號(hào)強(qiáng)度，據(jù)此可知伴隨LD11劣化的輸出降低。因此，控制電路6如果輸出降低，則把電流值提高到某個(gè)值以便輸出成為所希望的一定值以內(nèi)，控制各個(gè)光源的能量。這樣，可以得到照明光的均勻性，并且使照明光強(qiáng)度保持恒定成為可能。
圖1所示的多個(gè)半導(dǎo)體激光器11以等間距的均勻的密度分布排列。此外光源11的排列區(qū)，成為相似于掩模2a或二維光調(diào)制器2b的作為圖形顯示部的被照明區(qū)域21的形狀的區(qū)域。當(dāng)然，在被照明區(qū)域21為矩形形狀的情況下，光源11的排列區(qū)也成為相似的矩形區(qū)。
半導(dǎo)體激光器11通常其出射光的發(fā)散角在圖2的紙面內(nèi)的方向(x方向)與垂直于紙面的方向(y方向)上不同。半導(dǎo)體激光器11的出射光的發(fā)散角，在圖2的紙面內(nèi)的方向(x方向)上給出例如對(duì)最大值的半值的情況下的方向從光軸測(cè)量為28°左右，在垂直于紙面的方向(y方向)上成為8°左右。因此，有必要使這兩個(gè)方向(x方向和y方向)的發(fā)散角幾乎相等，或作為允許的最大值設(shè)定為1.5倍以內(nèi)。這樣，向后面說(shuō)明的那樣入射到光學(xué)積分器13的來(lái)自各半導(dǎo)體激光器的光的強(qiáng)度分布成為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地幾乎相等。
而且，如后所述，光學(xué)積分器入射光的強(qiáng)度分布變得與光學(xué)積分器出射光的強(qiáng)度分布相等。另外，光學(xué)積分器出射位置與投影曝光透鏡3的入射光瞳成為成像關(guān)系。因此，在投影曝光透鏡3的光瞳上實(shí)現(xiàn)成為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的強(qiáng)度分布的曝光照明。通過(guò)象這樣使在投影曝光透鏡3的光瞳上強(qiáng)度分布成為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，可以與掩模2a或二維光調(diào)制器2b的圖形的方向無(wú)關(guān)地得到幾乎相等的照明的指向性。結(jié)果得到不依存于圖形的方向的分辨率特性，成為在襯底上沒(méi)有變形(走型)地正確曝光。而且，103是設(shè)在光學(xué)積分器出射位置的視野孔。
如圖2所示的圓柱面透鏡112在11′的位置上成像半導(dǎo)體激光器(LD)光源的虛像，據(jù)此成為就好像從11′的點(diǎn)出射似的，在LD出射時(shí)在紙面內(nèi)(x方向)上具有離開(kāi)光軸28度左右的發(fā)散角的激光光束成為1度左右的發(fā)散角。同樣在垂直于紙面方向上排列的圓柱面透鏡113在11′的位置成像LD光源的虛像，據(jù)此成為就好像從11′的點(diǎn)光源出射似的，在LD出射時(shí)在垂直于紙面方向(y方向)上具有離開(kāi)光軸8度左右的發(fā)散角的激光光束成為1度左右的發(fā)散角。象這樣從任何LD11射出的激光光束都利用圓柱面透鏡112與113實(shí)現(xiàn)幾乎旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的強(qiáng)度分布。即，在圓柱面透鏡系統(tǒng)100中從二次光源11′射出的光的發(fā)散角向垂直于出射光的光軸的面對(duì)面內(nèi)任意兩個(gè)方向(例如x方向和y方向)，調(diào)整光束發(fā)散角以便成為1比1.5以內(nèi)，據(jù)此來(lái)自光源11的出射光用作對(duì)具有通常圓形的有效直徑的光學(xué)積分器13的入射面的照明光成為可能。結(jié)果，如前面說(shuō)明的那樣在投影曝光透鏡3的光瞳上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的強(qiáng)度分布，可以正確地曝光利用掩模2a或二維光調(diào)制器2b所表示的圖形。
而且，如圖3所示，通過(guò)根據(jù)LD的正交的兩個(gè)軸的發(fā)散角把焦距不同的兩種圓柱面透鏡112、113沿著光路前后排列調(diào)整光束發(fā)散角成為可能。
圖2所示的13是光學(xué)積分器，圖5是從光軸方向觀察光學(xué)積分器13的圖。光學(xué)積分器13可以大致分為玻璃棒式與透鏡陣列式。當(dāng)光學(xué)積分器13為玻璃棒式時(shí)，由多個(gè)棒狀透鏡131構(gòu)成。各棒狀透鏡131具有圖6所示的結(jié)構(gòu)。入射一側(cè)的端面1311是球凸面，出射一側(cè)的端面1312同樣也是球凸面。如果這兩個(gè)凸面的曲率半徑為R，圓柱面透鏡的折射率為n，則圓柱面透鏡的長(zhǎng)度L成為nR/(n-1)。如圖6(A)所示以對(duì)光軸θx′的角度入射到這種棒狀透鏡131的光束分量Bxy′，通過(guò)入射面1311的球凸透鏡的效應(yīng)，收束于出射端面。進(jìn)而收束后從該出射端1312射出的光束B(niǎo)xy，通過(guò)該出射面的球凸透鏡的效應(yīng)，不依存于入射光的入射角θx′，全都成為具有平行于光軸(平行于棒狀透鏡的軸)的主光線的出射光。
如前所述利用圓柱面透鏡112與113，從11′的虛像位置射出的發(fā)散角1度左右的激光光束，入射到聚光透鏡12。該聚光透鏡12的前側(cè)焦點(diǎn)處于虛像位置11′，后側(cè)焦點(diǎn)處于光學(xué)積分器13的入射端。因此，透射該聚光透鏡12的從各LD11發(fā)出的激光成為平行光束，入射到光學(xué)積分器13，而且入射到上述棒狀透鏡131的入射端的光束分量Bxy′對(duì)光學(xué)積分器13的入射的角度(θx′，θy′)對(duì)應(yīng)于圖3和圖4所示的半導(dǎo)體激光器11的排列位置(x，y)。即，LD陣列1，例如，例如圖4所示排列LD11。該排列，在一個(gè)LD的x方向的直徑為DLDx，y方向的直徑為DLDy，令x方向的間距為PLDx，令y方向的間距為PLDy，令x方向的個(gè)數(shù)為mx，令y方向的個(gè)數(shù)為ny時(shí)，可以使用以下所示的式(1)和式(2)表達(dá)x方向的長(zhǎng)度WLDAx和y方向的長(zhǎng)度HLDAy。
WLDAx＝(mx-1)PLDx(1)HLDAy＝(ny-1)PLDy(2)這樣，利用聚光透鏡(準(zhǔn)直透鏡)12，使LD11的間距(PLDx，PLDy)與構(gòu)成光學(xué)積分器13的棒狀透鏡131的間距(Wx，Hy)對(duì)應(yīng)，通過(guò)使從二次光源11′射出的各個(gè)出射光入射到光學(xué)積分器13上的同一位置，實(shí)現(xiàn)不依存照明場(chǎng)所均勻而指向性均勻的照明成為可能。
象這樣從各LD11照射到光學(xué)積分器13的光束B(niǎo)′是平行光束且接近于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱成為在光學(xué)積分器13的入射面的中心(光軸)上有中心的高斯分布。由于光學(xué)積分器13是多個(gè)棒狀透鏡131的集合，所以入射到一個(gè)棒狀透鏡131的光成為高斯分布的微小的一部分。因此，在一個(gè)棒狀透鏡131內(nèi)成為幾乎均勻的強(qiáng)度。另外，棒狀透鏡入射光的入射端面1311的位置與出射光的出射方向?qū)?yīng)。結(jié)果，出射光向以光軸為中心的任何發(fā)散角的光強(qiáng)度變得幾乎相等，因?yàn)樵摪l(fā)散角利用準(zhǔn)直透鏡14對(duì)應(yīng)掩模2a的面或二維光調(diào)制器2b的調(diào)制面的情況，所以不依存掩模2a的面或二維光調(diào)制器2b的調(diào)制面的情況下均勻地進(jìn)行照明成為可能。
而且，各棒狀透鏡的剖面形狀如圖6(B)所示，x、y方向上具有Wx，Hy的寬度。如上述入射光的棒狀透鏡端1311的位置與出射光的出射角度(θx，θy)對(duì)應(yīng)，即因?yàn)槌杀壤猿錾涔獾陌l(fā)散最大角度θxm，θym(離開(kāi)出射光的光軸的角度范圍)成比例于該棒狀透鏡剖面的尺寸(Wx，Hy)。即，如果嚴(yán)格地表達(dá)，則成為以下所示的式(3)和式(4)的關(guān)系。而且，n是棒狀透鏡玻璃的折射率，L是棒狀透鏡的長(zhǎng)度。
θxm＝nWx/2L(3)θym＝nHy/2L(4)
光學(xué)積分器出射面1312與掩模2a或二維光調(diào)制器2b，因?yàn)槭墙咕鄁c的準(zhǔn)直透鏡14的各個(gè)前側(cè)焦點(diǎn)面與后側(cè)焦點(diǎn)面，所以照射掩模2a或二維光調(diào)制器2b的光束的(x，y)坐標(biāo)范圍Wmx和Hmy由以下所示的式(5)和式(6)給出。
Wmx＝fc·θxm＝Wx·nfc/2L (5)Hmy＝fc·θym＝Hy·nfc/2L (6)即，通過(guò)把各棒狀透鏡的垂直于光軸的剖面形狀的縱橫比r1(＝Wx/Hy)，與被照明區(qū)域(21)的縱橫比r0(＝Wmx/Hmy)的比r1/r0取為1，僅在掩模2a或二維光調(diào)制器2b的必要的部分使用均勻的光進(jìn)行曝光成為可能。如果上述比r1/r0為大于或等于0.8且小于或等于1.2，則與現(xiàn)有的曝光照明方法相比實(shí)現(xiàn)十分有效的光利用效率。
在光學(xué)積分器13為透鏡陣列式的情況下，由利用近光源的第1透鏡陣列，遠(yuǎn)離光源的第2透鏡陣列組成的兩個(gè)透鏡陣列構(gòu)成。在第1透鏡陣列上二維排列透鏡元件空間地分割從LD陣列1得到的光束。第1透鏡陣列的各透鏡元件成為把光束聚光于對(duì)應(yīng)各個(gè)元件的第2透鏡陣列上，在第2透鏡陣列上形成與分割數(shù)同數(shù)的二次光源像。第2透鏡陣列的各透鏡元件使對(duì)應(yīng)的第1透鏡陣列的各透鏡元件開(kāi)口成像于被照明區(qū)域21。準(zhǔn)直透鏡14構(gòu)成為使各透鏡元件中心一致于被照明區(qū)域21的中心，第1透鏡陣列的各透鏡元件在被照明區(qū)域21上疊加在一起。結(jié)果，與玻璃棒式的情況同樣，幾乎旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地分布的照明光束其強(qiáng)度被積分，各自的強(qiáng)度差相互抵銷可以得到均勻的強(qiáng)度分布。
接著，根據(jù)圖7說(shuō)明本發(fā)明的曝光裝置的第2實(shí)施例。圖7所示的零件編號(hào)與圖1所示的零件編號(hào)相同時(shí)表示同一物。在第2實(shí)施例中，與第1實(shí)施例不同之處在于，為了不依存于空間頻率地使照明光成為完全均勻而防止干涉條紋的發(fā)生，設(shè)置作為使波面變化的調(diào)制器的漫射體16。通過(guò)這樣的構(gòu)成，從各LD光源11射出的光通過(guò)由圓柱面透鏡112、113組成的圓柱面透鏡系統(tǒng)100和聚光透鏡12，在作為具有接近旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的強(qiáng)度分布的平行光束B(niǎo)′入射到光學(xué)積分器13前通過(guò)漫射體16。
漫射體16是使波面變化的調(diào)制器，例如，如圖8所示，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)直接連接的電動(dòng)機(jī)161使玻璃圓板16旋轉(zhuǎn)構(gòu)成。玻璃圓板16放射狀地光學(xué)研磨，圖9(A)的CC剖面的玻璃表面的形狀，如圖9(B)所示成為大致正弦波狀的高度變化。這個(gè)高度(粗糙度)變化量為數(shù)μm?？墒?，163表示入射到漫射體16的光束，162表示上述光束163的中心在漫射體16上的旋轉(zhuǎn)軌跡。
一個(gè)周期的長(zhǎng)度取決于圓板16的轉(zhuǎn)速與曝光時(shí)間，大致在一步曝光期間進(jìn)行一個(gè)周期左右變化。另外，在進(jìn)行掃描曝光的情況下，在移動(dòng)一個(gè)像素量期間進(jìn)行一個(gè)～幾個(gè)周期左右變化。這些轉(zhuǎn)速的控制雖然利用控制電路6與二維光調(diào)制器2b的顯示控制、載物臺(tái)4的移動(dòng)控制同步控制，但是一旦開(kāi)始旋轉(zhuǎn)就以上述速度恒定旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，在對(duì)掩模2a或二維光調(diào)制器2b的照明光中，使空間頻率高不均勻變化通過(guò)進(jìn)行時(shí)間平均使得幾乎完全均勻而防止干涉條紋的發(fā)生成為可能。而且，圖7所示的使波面變化的調(diào)制器16雖然設(shè)在僅利用光學(xué)積分器13之前，但是設(shè)在僅利用光學(xué)積分器13之后也可以得到同樣的效果。
接著，根據(jù)圖10說(shuō)明本發(fā)明的第3實(shí)施例。在第3實(shí)施例中，與第1和第2實(shí)施例不同之處在于，設(shè)置多個(gè)LD陣列以增大曝光光量。因?yàn)榘雽?dǎo)體激光器11的出射光是直線偏振光，所以對(duì)準(zhǔn)方向地設(shè)置LD11以來(lái)自例如有N個(gè)的所有LD陣列1a的出射光是x方向的直線偏振光。另一方面設(shè)置有N個(gè)所有LD11以便LD陣列1b是y方向直線偏振光。從LD陣列1a射出的x方向的直線偏振光，在偏振分光鏡114處幾乎100％透射而成為P偏振光。另一方面從LD陣列1b射出的y方向的直線偏振光在偏振分光鏡114處幾乎100％反射成為S偏振光。結(jié)果，來(lái)自2N個(gè)LD11的偏振光毫無(wú)損失地引入曝光光學(xué)系統(tǒng)。
在上述說(shuō)明中，雖然LD陣列1b被設(shè)置為y方向是直線偏振光，但也可以與LD陣列1a同樣設(shè)置為x方向是直線偏振光。在這樣的情況下，在從LD陣列1b射出至入射到偏振分光鏡114的中途光路上設(shè)置1/2波長(zhǎng)板，也可以使透射了該1/2波長(zhǎng)板的光成為y方向的直線偏振光。
半導(dǎo)體激光器、LD通常封入具有透明窗口的小管內(nèi)，但是因?yàn)楣艿闹睆讲蛔?mm左右，所以二維排列的數(shù)量有限。因此，如果采用第3實(shí)施例，則通過(guò)設(shè)置多個(gè)LD陣列，就可以得到使該數(shù)量極限倍增的效果。
透射偏振分光鏡114的激光包括正交的兩個(gè)方向的偏振分量，通過(guò)聚光透鏡12、光學(xué)積分器13、準(zhǔn)直透鏡14、掩模2或二維光調(diào)制器2、投影曝光透鏡3，到達(dá)襯底。這些光路中途的零件因?yàn)榕c偏振光無(wú)關(guān)，使激光通過(guò)，所以可以使2倍的曝光量照射在襯底上。其結(jié)果，曝光時(shí)間只用了原來(lái)的二分之一，可以實(shí)現(xiàn)處理能力的高速化。
而且，根據(jù)從控制電路6曝光的圖形的信息，驅(qū)動(dòng)二維光調(diào)制器2b，與驅(qū)動(dòng)信息同步，驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)2和LD陣列1a和1b。來(lái)自控制電路6的LD 11的驅(qū)動(dòng)，控制點(diǎn)亮?xí)r間以使曝光光對(duì)襯底5的靈敏度成為最佳，按進(jìn)行曝光的定時(shí)LD熄滅。
接著，根據(jù)圖11說(shuō)明本發(fā)明的曝光裝置的第4實(shí)施例。在第4實(shí)施例中，與第1～第3實(shí)施例不同之處在于，作為掩模2的二維光調(diào)制器2b，不使用透射型而使用反射型?？傊?，二維光調(diào)制器2b可以是透射型也可以是反射型。在第4實(shí)施例中，使用反射型液晶二維光調(diào)制器等反射型的二維光調(diào)制器2bb。而且，從LD光源1射出的激光光束被分光鏡145分成兩股引入兩個(gè)曝光光學(xué)系統(tǒng)。144是與二維光調(diào)制器的顯示部處于共軛的位置關(guān)系的視野孔。視野孔的像利用透鏡142a、143a和142b、143b成像在二維光調(diào)制器2bba和2bbb的顯示部，顯示部利用投影曝光透鏡3a和3b，成像在襯底5上的曝光區(qū)151a和151b。
出射半導(dǎo)體激光器11的光是平行于圖的襯底面也就是水平面的直線偏振光。這里通過(guò)光學(xué)積分器13后利用1/4波長(zhǎng)板105成為圓偏振光。由于分光鏡145是偏振分光鏡，所以入射到分光鏡145的圓偏振光當(dāng)中的作為水平偏振光分量的P偏振光分量通過(guò)偏振分光鏡145，S偏振光分量被偏振分光鏡145反射。反射的S偏振光分量是垂直方向的直線偏振光，被反射鏡151b與152b反射，成為水平的直線偏振光。
象這樣被偏振分光鏡145分支的兩個(gè)曝光光束同時(shí)成為水平的直線偏振光，入射到偏振分光鏡153a和153b。由于利用這些偏振分光鏡153a和153b入射光是S偏振光，所以100％反射，垂直地入射到由反射型液晶組成的二維光調(diào)制器2bba和2bbb。如果根據(jù)顯示信息進(jìn)行對(duì)反射型液晶二維光調(diào)制器2bba和2bbb的各顯示像素電壓施加的ON、OFF，則反射光的偏振光據(jù)此原封不動(dòng)或直角地變化。因此，如果反射光再次通過(guò)偏振分光鏡153a和153b，則僅偏振光直角地變化的像素通過(guò)分光鏡153a和153b。
這樣得到的二維光信息，利用投影曝光透鏡3a和3b，作為曝光圖形成像于襯底5上的151a和151b上。
接著，根據(jù)圖12說(shuō)明本發(fā)明的曝光裝置的第5實(shí)施例。第5實(shí)施例，作為反射型二維光調(diào)制器使用數(shù)字式反射鏡器件(DigitalMirror Device)2bbc。數(shù)字式反射鏡器件2bbc在各像素上設(shè)置薄膜反射鏡而構(gòu)成。照射到各反射鏡的曝光光在信號(hào)ON的部分反射鏡按θ傾斜，在OFF的部分反射鏡不傾斜。例如雖然利用反射鏡154反射曝光光而照射，被傾斜的反射鏡反射的光入射到投影曝光透鏡3而通過(guò)透鏡3，但是不傾斜的像素被反射鏡正反射離開(kāi)投影曝光透鏡3的光瞳而不通過(guò)透鏡3。結(jié)果，在數(shù)字式反射鏡器件2bbc處利用數(shù)字式反射鏡器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)所顯示的圖形就由投影曝光透鏡3投影曝光于襯底5上。
接著，根據(jù)圖13說(shuō)明本發(fā)明的曝光裝置的第6實(shí)施例。第6實(shí)施例，作為光源陣列1，構(gòu)成為利用未圖示的導(dǎo)光光學(xué)系統(tǒng)接受從多個(gè)半導(dǎo)體激光器11射出的光，利用光纖1101引導(dǎo)從成為二次光源的出射端1102出射。從光纖1101的各纖維端射出的光利用光束成形光學(xué)系統(tǒng)1103，以所希望的發(fā)散角出射。成為二次光源的出射端1102具有與二維光調(diào)制器2b的顯示區(qū)域21幾乎相似的發(fā)光區(qū)域。由此象已經(jīng)說(shuō)明的那樣出射二次光源的光高效且均勻地照明二維光調(diào)制器2b。
接著，根據(jù)圖14對(duì)本發(fā)明的作為光源陣列的LD陣列具體進(jìn)行說(shuō)明。在這些LD陣列的實(shí)施例中，圖14(A)所示的LD陣列1A是迄今所說(shuō)明的，LD陣列沿xy方向按等間距排列。另一方面，圖14(B)所示的LD陣列1B最稠密排列。即LD11排列在正三角形的頂點(diǎn)。在本實(shí)施例的情況時(shí)對(duì)LD元件的圓的外徑D，如果排列間距為P，則P例如為1.07～1.1D左右是可能的。圖14(A)與(B)的112是描繪LD的安裝區(qū)域的相互完全相等的矩形。最稠密安裝的(B)一方成為高安裝密度。如果進(jìn)行具體的數(shù)值評(píng)價(jià)，則LD陣列1A的LD安裝密度成為1/P2，與此相對(duì)照，LD陣列1B中，成為1.154/P2，提高安裝密度，即把光源的輸出提高15％左右成為可能。
圖14所示的111是用來(lái)防止由于從所排列的多個(gè)LD產(chǎn)生的熱量而導(dǎo)致LD成為高溫，壽命縮短的冷卻機(jī)。具體地說(shuō)，冷卻機(jī)111由熱傳導(dǎo)良好的材料的銅等來(lái)構(gòu)成，在其上貫通孔，通入冷卻水，據(jù)此在25℃以下驅(qū)動(dòng)成為可能。此外即使用帕爾帖元件也同樣可以冷卻到25℃以下，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。
本發(fā)明并不局限于以上說(shuō)明的LD陣列的實(shí)施例。即，作為所用的光源，使用指向性比較高的光源，例如發(fā)光二極管(LED)或其他發(fā)光面積小的燈，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明也是可能的。另外，也可以使用半導(dǎo)體激光器以外的多個(gè)激光光源來(lái)實(shí)現(xiàn)。
接著，根據(jù)圖15對(duì)本發(fā)明的光源陣列進(jìn)行說(shuō)明。雖然光源陣列1是使用發(fā)散角比較小的，通常的氣體激光器光源，或固體激光器光源，但是激光器光源本身并不二維排列。即，沒(méi)有必要使任何激光器都向同一方向發(fā)射激光。在光軸方向的激光器剖面大的情況下，如圖15所示通過(guò)使用反射鏡115p、115q折返光路，使多個(gè)光束的密度高于激光器的安裝密度是可能的。
圖15的實(shí)線部(1P)是紙面內(nèi)的剖面處的激光光源11p的排列，虛線(1Q)是與紙面平行且處于一定的間隔的剖面處的激光光源11q的排列。實(shí)際上這種面存在著三個(gè)面以上。被反射鏡115p或115q等所折返的光束進(jìn)入圖的左側(cè)，二維分布著。1106是微透鏡。使各微透鏡的光軸一致于各光束的中心。通過(guò)微透鏡1106的光，各自的光束聚光于二次光源面1105。而且，二次光源面1105被配置成與圖1、圖2、圖7、圖10～圖12所示的聚光透鏡12的前側(cè)焦點(diǎn)面一致。
另外，通過(guò)同時(shí)排列多種光源，得到含有各種波長(zhǎng)的照明是可能的。把這種由各種波長(zhǎng)組成的照明用于曝光以外的照明也是可能的，在該情況也是，可以均勻地實(shí)現(xiàn)光的利用率高的照明。作為這種用途，有例如用于顯微鏡的細(xì)微圖形的觀察、檢查等的照明。
在作為光源陣列1A，使用多個(gè)波長(zhǎng)的LED或LD的情況下，如圖1～圖4或圖14所示構(gòu)成。而且，多個(gè)光源11，如圖16所示，例如由波長(zhǎng)不同的多種光源11A、11B、11C、11D組成。象這樣按種類來(lái)使用多種光源的情況下，如圖16所示最好是排列成沒(méi)有各種偏頗地進(jìn)行分布。
雖然以上說(shuō)明的光源陣列是呈二維排列分離的多個(gè)光源，但在照明區(qū)細(xì)長(zhǎng)的情況下顯然也可以一維排列。
另外，如果使用以上說(shuō)明的實(shí)施例，則排列多個(gè)半導(dǎo)體激光器，能把出射光高效地用作照明光，與現(xiàn)有的把水銀燈作為光源的情況相比，能有效地把投入的電能用于襯底的曝光，從而對(duì)節(jié)省能量作出貢獻(xiàn)。而且能使用固體光源，從而實(shí)現(xiàn)光源的長(zhǎng)壽命、易維修。
產(chǎn)業(yè)上的可應(yīng)用性如果使用本發(fā)明，則可以用多個(gè)半導(dǎo)體激光器等每一個(gè)發(fā)光能量小的光源，高效且均勻地照射被照射物，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能且高性能的照明。
另外，如果使用本發(fā)明，則通過(guò)實(shí)現(xiàn)節(jié)能且高性能的照明，在把圖形曝光于襯底上時(shí)，能以較高的處理能力來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的圖形曝光。
權(quán)利要求
1.一種使入射光的波面變化的調(diào)制器，其特征在于被加工成放射狀以使剖面大致呈正弦波狀的高度變化，并且被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
一種曝光裝置，特征在于包括照明光學(xué)系統(tǒng)和投影光學(xué)系統(tǒng)，該照明光學(xué)系統(tǒng)具有把分開(kāi)的多個(gè)光源以一維或二維排列的光源陣列；使從該光源陣列的各光源射出的光聚光的聚光光學(xué)系統(tǒng)；在空間上分解由該聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的光來(lái)生成多個(gè)疑似二次光源的、由棒狀透鏡的排列構(gòu)成且各棒狀透鏡的垂直于光軸的剖面形狀的縱橫比r
文檔編號(hào)G02B3/00GK101075099SQ20071011212
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者押田良忠, 丸山重信, 小林和夫, 內(nèi)藤芳達(dá), 大坂義久 申請(qǐng)人:日立比亞機(jī)械股份有限公司