專利名稱：用于照射敏化基片的曝光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于將曝光能量作用到敏化基片上的裝置，更具體地涉及用于用均勻極化的高強(qiáng)度UV光照射敏化基片的曝光裝置。
背景技術(shù)：
照射光敏基片的傳統(tǒng)方法的范圍從熟化(cufing)處理到微刻。近來(lái)，發(fā)現(xiàn)偏振紫外(UV)光照射對(duì)于在制作液晶顯示器(LCD)中有效準(zhǔn)備對(duì)準(zhǔn)層有好處。該方法現(xiàn)在廣泛用來(lái)替代傳統(tǒng)磨擦法來(lái)處理對(duì)準(zhǔn)層。例如美國(guó)專利No.6,307,609和No.6,061,138公開了一種偏振光曝光系統(tǒng)，利用類似百葉窗的裝置來(lái)獲得作用于表面的光照射的局部偏振和局部準(zhǔn)直。
美國(guó)專利No.5,934,780公開了一種偏振光曝光設(shè)備，用于使用傳統(tǒng)的布儒斯特角偏光鏡的UV照射。
美國(guó)專利No.6,190,016公開了一種偏振光曝光設(shè)備，用于使用可能是布儒斯特角偏光鏡或類似設(shè)備的小型偏振組件的UV照射。同樣，EP 1 020 739和EP 1 172 684公開了使用可選的V形布儒斯特角裝置的設(shè)備。
美國(guó)專利No.6,300,991公開了一種特殊類型的用于對(duì)準(zhǔn)的光對(duì)準(zhǔn)材料和照射方法。專利No.WO 00/46634公開了一種用于使用非偏振或循環(huán)偏振源，在傾斜方向作用的光對(duì)準(zhǔn)的方法。
美國(guó)專利No.5,389,698公開了線性偏振UV光用于光聚合物的用途。
美國(guó)專利No.6,292,296公開了使用在布儒斯特角布置的石英片的大規(guī)模偏光鏡，用于使用UV光照射的系統(tǒng)。
美國(guó)專利No.5,604,615和EP 0 684 500 A2公開了通過(guò)引導(dǎo)準(zhǔn)直UV穿過(guò)光掩膜中的切口形成對(duì)準(zhǔn)層。
美國(guó)專利No.6,295,110(Ohe等)公開了用偏振激光源照射LCD對(duì)準(zhǔn)表面。
盡管以上所列專利披露了一些使用UV光對(duì)準(zhǔn)的可行設(shè)備和技術(shù)，但還有改進(jìn)的余地。與用于對(duì)準(zhǔn)層準(zhǔn)備的設(shè)備有關(guān)的問(wèn)題包括(1)要求重要的光強(qiáng)度。這對(duì)于有效處理和速度很重要。高強(qiáng)度曝光能量可以通過(guò)多種方式獲得，如通過(guò)使用多個(gè)光源。但是，多個(gè)光源必須以某種方式組合，使得也滿足如下所述的均勻性要求。
(2)必須照射相對(duì)較大的區(qū)域。與一般一次僅照射不大于幾個(gè)英寸的表面的微刻裝置相反，用于對(duì)準(zhǔn)層處理的裝置必須照射相當(dāng)大的表面區(qū)域，如邊長(zhǎng)30英寸或更大。因?yàn)槠毓饽芰渴菑?qiáng)度和面積的要素，所以，增加面積也增強(qiáng)了強(qiáng)度要求。
(3)在整個(gè)表面上必須作用均勻曝光能量。該要求在表面面積增加時(shí)更難以滿足。
(4)需要均勻的照射角度。當(dāng)表面面積增加時(shí)這也難以滿足。
此外，可以理解，理想的解決方案應(yīng)當(dāng)使成本最小化，并最小化對(duì)高度專用發(fā)光元件的需求。
偏振UV光提供優(yōu)化的光源，用于對(duì)準(zhǔn)層照射。為了準(zhǔn)備對(duì)準(zhǔn)層，通常分兩個(gè)階段進(jìn)行處理。第一階段，對(duì)準(zhǔn)基片被暴露在第一角度的偏振UV光下一段時(shí)間。然后，在第二階段，作用具有相對(duì)于第一角度旋轉(zhuǎn)90度的偏振的UV光。
現(xiàn)有UV照射系統(tǒng)的公知缺陷涉及偏振方法。高熱要求排除了使用通過(guò)吸收來(lái)工作的傳統(tǒng)偏振元件。但是，傳統(tǒng)UV照射裝置的偏振解決方案不能提供低成本的均勻性。例如，美國(guó)專利No.6,292,296中公開的置于基片表面之上的偏光鏡很大，且制造成本高。同樣，美國(guó)專利No.5,934,780中公開的方法由于大布儒斯特片置于曝光束的路徑上而不實(shí)用且昂貴，要求增加的費(fèi)用和平行光學(xué)器件的復(fù)雜性，如所述專利所公開的。美國(guó)專利No.6,307,609中公開的布儒斯特片方法要在大表面面積上實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)將很困難且很昂貴。在美國(guó)專利No.6,190,016中公開的使用布儒斯特片偏振的替換方法由于布儒斯特片置于積分器和快門之前，將不能提供所需的均勻性，因?yàn)樵谡麄€(gè)場(chǎng)中光線以不同角度入射到偏光鏡。EP 1 020 739 A2和EP 1 172 684不提供在整個(gè)場(chǎng)上必須的均勻性。在某些方向，這些V形結(jié)構(gòu)已知存在陰影。
UV照射的傳統(tǒng)裝置，特別是微刻，使用準(zhǔn)直或基本準(zhǔn)直光。例如，細(xì)線(fine-line)UV曝光系統(tǒng)，如Tamarack Scientific Co.，Inc.，Corona，CA制造的該種系統(tǒng)，使用準(zhǔn)直反射鏡將準(zhǔn)直光引導(dǎo)到曝光表面。美國(guó)專利No.6,190,016、No.6,061,138、和No.5,934,780以及專利公開EP 1 020 739 A2和EP 1 172 684公開了在曝光束路徑上使用準(zhǔn)直光學(xué)的曝光裝置。當(dāng)使用傳統(tǒng)布儒斯特片偏光鏡時(shí)，準(zhǔn)直光特別有利。但是，這樣做增加了成本且不易實(shí)現(xiàn)，特別是對(duì)于大型照射，因?yàn)橹挥挟?dāng)使用很小的光源時(shí)，理想的準(zhǔn)直才是可行的。此外，準(zhǔn)直光對(duì)正確對(duì)準(zhǔn)處理不是必要的。如上所述，其目的是提供具有足夠強(qiáng)度的偏振UV照射，其中，光在敏化表面區(qū)域內(nèi)是空間均勻的。準(zhǔn)直不會(huì)校正它自身的空間不均勻。
因此，可以看出需要一種改善的裝置和方法，用于將均勻、高強(qiáng)度的UV曝光能量作用于敏化表面，特別是對(duì)于大型表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種裝置和方法，用于大型基片的均勻照射，其有助于LCD制造中對(duì)準(zhǔn)層的準(zhǔn)備。為此，本發(fā)明提供了一種裝置，用于基片的均勻照射，包括(a)用于提供源照射的光源；(b)均勻化組件，用于使源照射均勻化，以提供在區(qū)域內(nèi)具有均勻能量的均勻曝光束；(c)偏光鏡，用于調(diào)節(jié)該均勻曝光束，以提供偏振均勻曝光束；(d)遠(yuǎn)心投影系統(tǒng)，用于將偏振均勻曝光束投影到基片上。
本發(fā)明的一個(gè)特征是它提供一個(gè)投影系統(tǒng)，用于提供遠(yuǎn)心形式的高強(qiáng)度照射。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它允許照射強(qiáng)度與待曝光的表面區(qū)域成適當(dāng)比例。附加的強(qiáng)度可以通過(guò)增加光源數(shù)量來(lái)提供，而不需要增加裝置的總體大小。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它允許靈活調(diào)節(jié)所述裝置，使其適應(yīng)待照射表面的大小和角方向。
通過(guò)閱讀下面的詳細(xì)說(shuō)明并參考附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚理解本發(fā)明的其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)，其中示出并描述了本發(fā)明的一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例。
附圖簡(jiǎn)述盡管從說(shuō)明書可以推斷出具體指出和明確要求保護(hù)的本發(fā)明主題的權(quán)利要求，但是相信當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，通過(guò)閱讀下面的說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明的曝光裝置的框圖；圖2是表示曝光裝置的照射路徑上的關(guān)鍵光學(xué)組件的框圖；圖3a-3d用透視圖示出一個(gè)、三個(gè)、和六個(gè)光源的集成組件的可選排列方式；圖4是表示用作均勻器的集成棒的可選實(shí)施例的框圖；圖5是表示本發(fā)明的裝置的可選實(shí)施例的框圖，其中，在投影光學(xué)器件之前布置一個(gè)偏光鏡；圖6是表示本發(fā)明的裝置的可選實(shí)施例的框圖，其中，在被照射表面的附近布置偏光鏡；圖7是表示本發(fā)明的裝置的可選實(shí)施例的框圖，其中，在被照射表面的附近布置布儒斯特片偏光鏡；圖8是表示本發(fā)明的投影裝置如何允許入射角的角度調(diào)節(jié)的框圖；圖9是表示投影光學(xué)器件的可選布置方式的框圖，其中沒(méi)有曲面鏡；和圖10是表示用于通過(guò)利用源光的兩個(gè)正交偏振組件增加亮度的光學(xué)組件的一種布置方式的框圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明特別指向構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分或更直接地與根據(jù)本發(fā)明的裝置協(xié)調(diào)的元件。應(yīng)當(dāng)理解，沒(méi)有具體表示或描述的元件可以采取本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的各種形式。
參考圖1，示出在表面28照射敏化基片的曝光裝置10。光源12提供源照射，其方向由在優(yōu)選實(shí)施例中是二向色性的UV-B反光鏡的鏡面14導(dǎo)向積分器40。積分器40起均勻器的作用，使輸入的光均勻化，以提供整個(gè)區(qū)域上的均勻強(qiáng)度。均勻化或一致化的光線被引導(dǎo)通過(guò)遠(yuǎn)心投影透鏡20，該投影鏡包括一組透鏡21，在優(yōu)選實(shí)施例中是三元件帶保險(xiǎn)的石英透鏡，和反射鏡26。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，反射鏡26是球面彎曲的。從而，遠(yuǎn)心照射被引導(dǎo)到表面28處的敏化基片上。提供散熱器22用于消散通過(guò)鏡面14發(fā)出的熱量。
表面28具有用于敏化基片曝光的限定區(qū)域。在優(yōu)選實(shí)施例中，敏化表面被可控地以固定速度牽引通過(guò)表面28，例如，允許一整卷敏化介質(zhì)以連續(xù)方式曝光。
在優(yōu)選實(shí)施例中，其中曝光裝置10在表面28提供高強(qiáng)度UV照射，光源12是高強(qiáng)度8kW的UV燈泡。其中，表面28的面積要求比單個(gè)燈泡能夠提供的更高的強(qiáng)度，光源12可以包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)燈泡，如圖2所示，其中光學(xué)合成器24用于合成從光源12a、12b和12c發(fā)出的照射能量。
光學(xué)合成器24可以是成像領(lǐng)域公知的二向色的合成器。但是，本發(fā)明提供了一個(gè)更加魯棒的選擇作為光學(xué)合成器24，如下所述。
積分器40的配置在其最簡(jiǎn)單的配置中，積分器40是向投影透鏡20提供均勻光的積分器棒，如圖3a所示.但是，在有一個(gè)以上光源12的情況下，積分器40既可以執(zhí)行均勻化，也可以執(zhí)行合成功能，如圖3b、3c和3d所示。參考圖3b，示出一種配置，允許積分器40合成來(lái)自多達(dá)3個(gè)光源12的光。合成基片42起棱鏡的作用，引導(dǎo)光進(jìn)入光通道44a和44c。參考圖3b的方向，光源12用積分器40的上部和下部提供。第三光源12引導(dǎo)光通過(guò)光通道44b進(jìn)入積分器40。參考圖4，光通道44a、44b和44c由均勻器元件48組合，該均勻器元件可以是積分器棒，也可以是其它類型的均勻化組件，如微透鏡陣列。
參考圖3c，示出一種裝置，允許積分器40組合來(lái)自多達(dá)六個(gè)分立光源12的光。如在圖3b中的裝置一樣，圖3c的裝置使用光通道46a、46b、46c、46d、46e和46f引導(dǎo)光進(jìn)入積分器40的積分棒。提供合成結(jié)構(gòu)42用于光通道46a、46b、46e和46f，如圖所示。
參考圖3d，示出一種可選布置方式，通過(guò)它，積分器40可以組合來(lái)自多達(dá)六個(gè)獨(dú)立光源12的光。合成結(jié)構(gòu)42允許光從左到右進(jìn)入光通道44b和44c。光通道44a允許光源12直接位于投影透鏡20背后。垂直光通道44d、44e和44f包括合成結(jié)構(gòu)42，允許在投影透鏡20的后部和側(cè)面附加光源12。片41a和41b組合來(lái)自分別由44a、44b、44c和44d、44e、44f組成的每組光通道的光。片41a上的斜面43按照沿投影路徑對(duì)準(zhǔn)的需要改變光通道44d、44e、和44f的方向。
偏光鏡18的配置的選項(xiàng)由于用于照射應(yīng)用的光能量的高強(qiáng)度，傳統(tǒng)的薄片偏光鏡不適合用作曝光裝置10中的偏光鏡18。傳統(tǒng)的布儒斯特片器件具有良好的熱特性，但由于大小、成本、以及性能特征等的原因，不是最佳選擇。
在優(yōu)選實(shí)施例中，偏光鏡18是線柵偏光鏡，如由Moxtek Inc.ofOrem，UT制造或在美國(guó)專利No.6,122,103中描述的器件。線柵偏光鏡表現(xiàn)出高消光比和高效率。這些器件具有良好的熱性能并不表現(xiàn)作為以玻璃為基礎(chǔ)的偏光器件特征的熱應(yīng)力雙折射。線柵偏光鏡已經(jīng)示出可以經(jīng)受高強(qiáng)度、溫度、和振動(dòng)的不良環(huán)境，并提供比使用傳統(tǒng)玻璃偏光分光鏡所能獲得的更高的數(shù)字孔徑。這允許與傳統(tǒng)偏光器件相比較高級(jí)別的光輸出。
線柵偏光鏡提供特殊的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@些器件具有相對(duì)較低的空間外形，允許它們放置在沿曝光照射路徑的多個(gè)合適的點(diǎn)。參考圖1，偏光鏡18位于曝光照射路徑上積分器40的后面，在均勻化的光入射到投影透鏡20之前使其偏振?？蛇x地，偏光鏡18可以置于投影透鏡20內(nèi)。參考圖5，示出一種可選布置，其中偏光鏡18位于遠(yuǎn)心投影透鏡20內(nèi)曲面鏡26前。另一個(gè)可選布置使用位于表面28上面的大偏光鏡18，如圖6所示。
圖7示出可以實(shí)現(xiàn)的不太理想的選擇。此處，使用布儒斯特片偏光鏡30代替線柵偏光鏡。但是，由于大小、重量、和維護(hù)限制，圖7所示布置方式一般不是傳遞在表面28的大面積上均勻的偏振UV照射的最優(yōu)選擇。
可以使偏光鏡18能夠繞光軸旋轉(zhuǎn)。該特征可以用來(lái)允許同樣的曝光裝置10照射不同的偏振，例如。
偏振的一個(gè)固有問(wèn)題涉及光能量損失。偏振在效果上浪費(fèi)積分器40發(fā)出的一半光。參考圖10，示出配置為再利用照射的偏振分量的組件的安排方式，否則，這些分量將被拋棄。圖10中，圓圈符號(hào)表示s偏振光，短垂直線表示p偏振光，重疊線和圓圈表示非偏振光。非偏振光來(lái)自積分器40，并去了偏振分光鏡50。P偏振光被傳輸，s偏振光被偏振分光鏡50反射。S偏振光通常將被拋棄。但是，鏡面52引導(dǎo)s偏振光通過(guò)四分之一波片54。四分之一波片54旋轉(zhuǎn)入射s偏振光的偏振，以提供p偏振輸出。這樣，所有來(lái)自減法器40的光就都被提供了p偏振。必須指出，圖10的例子假設(shè)需要p偏振輸出。進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造，將四分之一波片54移到通過(guò)偏振分光鏡50傳輸?shù)膒偏振光路徑中，圖10的裝置提供完全的s偏振光?？蛇x地，偏振分光鏡50可以傳輸p偏振光而反射s偏振光。
遠(yuǎn)心照射如上所述，傳統(tǒng)的UV照射系統(tǒng)提供準(zhǔn)直光到敏化基片。如以上指出，對(duì)輕微的角度變化敏感的布儒斯特片偏光鏡用基本準(zhǔn)直的光工作最好。但是，許多類敏化基片不要求準(zhǔn)直光。相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)足以在入射角的小范圍上提供均勻光。為此，本發(fā)明的方法是使用投影透鏡20提供遠(yuǎn)心而不是準(zhǔn)直的照射。對(duì)于準(zhǔn)直照射，所有射線都平行。另一方面，對(duì)于均勻遠(yuǎn)心照射，在整個(gè)區(qū)域上，主要射線是平行的，但邊緣射線聚積在圖像平面，所以，向后看投影光學(xué)器件，圖像平面上的每一點(diǎn)都看到同樣的匯聚光錐。遠(yuǎn)心成像具有廣泛用途，例如，在機(jī)器視角應(yīng)用中，其中它使得透視失真誤差最小化。反射鏡26，最好是球面部分反射鏡，將遠(yuǎn)心光投影到表面28上。
反射鏡26可以被提供傾斜排列的硬件，以調(diào)節(jié)入射到表面28上的曝光束的角度。比較圖2中的入射角A與圖8中的入射角A’，可以看出，反射鏡26角度方向的微小變化可以影響曝光束入射角。
參考圖9，投影透鏡20沒(méi)有反射鏡26也可以實(shí)現(xiàn)，以便將照射直接投影到表面28上。但是，注意，該光不應(yīng)當(dāng)是遠(yuǎn)心的，照射的入射角不應(yīng)當(dāng)在整個(gè)表面28上是均勻的。該配置可以用于不要求入射角均勻的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種裝置，用于基片的均勻照射，包括提供源照射的光源；用于使所述源照射均勻化，以提供在整個(gè)區(qū)域上具有均勻能量的均勻曝光束的均勻化組件；用于調(diào)節(jié)所述均勻曝光束，以提供偏振均勻曝光束的偏光鏡；以及用于將所述偏振均勻曝光束投影到所述基片上的遠(yuǎn)心投影系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，其中所述光源提供紫外光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，其中所述光源包括至少兩個(gè)燈泡；和一個(gè)光學(xué)合成器，用于合成從所述至少兩個(gè)燈泡發(fā)出的光，以提供所述源照射。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的用于照射基片的裝置，其中一個(gè)積分棒作為所述光學(xué)合成器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，其中所述光源還包括一個(gè)散熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，其中所述均勻化組件包括一個(gè)積分棒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，其中所述均勻化組件包括一個(gè)微透鏡陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，其中所述偏光鏡包括一個(gè)線柵偏光鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，其中所述偏光鏡可以被旋轉(zhuǎn)，以改變照射到所述基片上的角。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，其中所述偏光鏡包括一個(gè)布儒斯特片偏光鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求3的用于照射基片的裝置，其中所述光學(xué)合成器是二向色的合成器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的用于照射基片的裝置，還包括一個(gè)反射鏡，用于引導(dǎo)所述偏振均勻曝光束到所述基片。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的用于照射基片的裝置，其中所述反射鏡是基本為球面的片。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的用于照射基片的裝置，其中所述反射鏡允許傾斜調(diào)節(jié)，以改變所述偏振均勻曝光束的入射角。
15.根據(jù)權(quán)利要求3的用于照射基片的裝置，其中所述至少兩個(gè)燈泡的數(shù)目由一次照射的基片的面積決定。
全文摘要
一種曝光裝置(10)，用于將高強(qiáng)度、均勻偏振的UV照射作用于敏化表面，如LCD對(duì)準(zhǔn)層。遠(yuǎn)心投影系統(tǒng)(20)向表面(28)投影均勻光用于照射。一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的光源(12)可以被組合以提供表面(28)上的區(qū)域所需的強(qiáng)度。具有合成結(jié)構(gòu)(42)的積分器(40)允許合成來(lái)自多個(gè)光源(12)的光。在曝光照射路徑上的可選數(shù)目的位置之一提供偏光鏡(18)。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1456904SQ0312413
公開日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者梁榮光, D·凱斯勒 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司