专利名称：光束的轴间间距转换装置及基板曝光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将光束的间距转换为所希望的间距的光束的轴间间距转换装置以及将从矩阵状配置的多个光源输出的光作为光源并具备上述光束的轴间间距转换装置的无掩模基板曝光装置。
背景技术：
为了在印刷基板、液晶显示器的TFT基板或滤色器基板或等离子显示器的基板上曝光图形，在现有技术中，制作作为图形的底版的掩模，并用掩模曝光装置将该掩模底版曝光在上述基板上。
但是，近年来基板的尺寸越来越大，并且要求这些基板的设计、制作的时间越来越短。因此，不使用掩模的所谓无掩模曝光方法已被实用化，例如使用液晶或DMD(Digital Mirror Device)等二维场调制器产生二维图形并用投影透镜将它曝光在基板上的方法、在使用输出大的激光器和多面反射镜进行扫描的同时使用EO调制器或AO调制器将激光描绘曝光在基板上的方法等。但是，前一种方法虽然可以进行较细微的图形的描绘，但是装置价格高，而后一种方法虽然可以将粗糙的图形描绘在宽广的区域且结构简单并可较廉价地生产，但难以高精细地描绘较大的面积，而且若要缩短总处理时间需要大输出的激光器，装置成本提高，运行成本也提高。
由于这种情况，通过将多个半导体激光器作为光源而使用，缩短总处理时间，廉价且降低运行成本的图形曝光装置已为所知(专利文献1日本特开2005-316349号公报)。
但是，专利文献1所记载的光束直径不变光束间距缩小机构不仅零件件数多，而且若要使光束的平行度优良，则只能成为高价品。而且，由于棱镜的板厚薄，因此使用需要注意。
发明内容
本发明鉴于这种问题而作出，所要解决的课题是加工及使用容易，且光束的平行度优良。
为解决上述课题，本发明的第一方案是一种光束的轴间间距转换装置，其特征在于，使xy方向的断面为平行四边形的四角柱的第一透明部件和xy方向的断面为平行四边形的四角柱且在与xy方向成直角的z方向的一方表面上具有槽的至少一个第二透明部件以上述槽为内侧的方式贴紧重叠，通过上述槽，使要进入上述槽内的光全反射。
另外，本发明的第二方案是一种基板曝光装置，利用光束的轴间间距转换装置改变从矩阵状配置的多个光源输出且光轴的间隔为等间隔的平行光束的一侧光轴的间隔，使从上述光源输出的光照射在被曝光基板上，其特征在于，上述光束的轴间间距转换装置是根据上述第一方案的光束的轴间间距转换装置。
根据本发明，即使第一透明部件和第二透明部件各有一个，也可以在板厚方向上配置多组光束，所以可减少零件件数并提高加工性，而且可以提高射出光的平行度。另外，由于板厚变厚，所以提高使用操作性。
图1是本发明的曝光装置的整体结构图。
图2是本发明的光源光学系统的说明图。
图3是本发明的平行玻璃一体单元的结构说明图。
图4是本发明的平行玻璃一体单元的动作说明图。
图5是本发明的平行玻璃一体单元的其它配置例图。
图6是表示光束在曝光面上的配置的图。
图7是本发明的其它曝光装置的整体结构图。
图中10-射出光束；10A-入射光束；14L-平行玻璃一体单元；1418-平行玻璃；1411～1417-平行玻璃；G-槽；Px-入射光束的间距；Px′-射出光束的间距。
具体实施例方式
图1是本发明的曝光装置的整体结构图，图2是本发明的光源光学系统的说明图，图3是本发明的平行玻璃一体单元14L的结构说明图，图4是本发明的平行玻璃一体单元的动作说明图，图5是本发明的平行玻璃一体单元的其它配置例图，图6是表示光束在曝光面上的配置的图，图7是本发明的其它曝光装置的整体结构图。
曝光装置200由以下部件构成，即光源光学系统1、反射镜100、长焦距透镜3、反射镜4、多面反射镜5、fθ透镜6、折叠反射镜62、圆柱形透镜61、载物台7以及控制电路9。光源光学系统1由多个平行光束发生单元11和平行玻璃一体单元14构成。曝光基板8固定在载物台7上。
图2(A)是光源光学系统1的主视图(从反射镜100侧所见的图，图的左侧为上侧)，图2(B)是从侧面所见光源光学系统1的模式的平面剖视图。
多个平行光束发生单元11由用铜材料形成的支架110、半导体激光器(以下称之为“LD”)12以及非球面透镜13构成。在支架11上以13mm的间距配置有安装在外径为5～6mm的壳中的LD12，该LD12在x方向上为16个(左右各8个)，在y方向上为8个共计配置有128个。而且，如图2(A)中用虚线表示地那样，LD12与邻接的列的LD12各错开13/8mm而配置。另外，在射出光的LD12的光轴上分别配置有非球面透镜13。LD12输出x方向发散角的半幅值全宽度约为22度、y方向的半幅值约为8度的激光。
接着，说明平行玻璃一体单元14。
如图2(B)所示，平行玻璃一体单元14由断面为平行四边形的平行玻璃1401～1408(以下，将该组称之为“平行玻璃一体单元14R”)和平行玻璃1411～1418(以下，将该组称之为“平行玻璃一体单元14L”)构成。
图3是表示平行玻璃一体单元14的图示左侧的单元的结构的说明图，图3(A)表示平行玻璃一体单元14L整体，图3(B)是图3(A)的K向视图。各平行玻璃是一个顶角为45度的平行四边形。如图3(B)所示，在平行玻璃1411的右侧面上形成有コ字形的槽G。在该实施方式的情况下，槽G的宽度W为1.6mm。平行玻璃1411的其它面是平坦的。平行玻璃1412～1417也是在右侧面上形成有槽G(但是，在高度方向上错开13/8mm)。与此相对，平行玻璃1418所有的面是平坦的。
平行玻璃1401～1408及1411～1418通过所谓光学接触而贴紧。如果使用光学接触则与使用粘接剂的情况相比较，可使平行光束10的平行度明显变好，并且消除伴随粘接剂和玻璃的折射率不一致而产生的反射损失。再有，也不用担心在平行光束10A为紫外线或接近紫外线的紫色光的场合产生的粘接剂的恶化。
接着，说明平行玻璃一体单元14的动作。
如图4所示，从图下方入射到平行玻璃1411的左端激光10A即激光10A1在与空气的交接处AL1进行全反射而向图的右方前进，接着，通过平行玻璃1412～1418的内部，在与空气的交接处BL1进行全反射而向图的上方前进，从平行玻璃1418的上方射出。另外，从图的下方入射到平行玻璃1412的从左起第二个平行光束10A2在与设置于平行玻璃1411上的槽对应的AL2进行全反射而向图的右方前进，接着，通过平行玻璃1413～1418的内部，在与空气的交接处BL2进行全反射而向图的上方前进，从平行玻璃1418的上方射出。其它平行光束10A也同样在要穿透平行玻璃时由于在下一个平行玻璃上设有槽G，所以在该地点进行全反射。即，以间距Px为13mm入射的平行光束10A作为间距Px′(在此为1mm)的平行光束10从平行玻璃1418射出。平行玻璃一体单元14R侧也同样，以间距Px为13mm入射的平行光束10A作为间距Px′(1mm)的平行光束10从平行玻璃1408射出。而且，如图2(A)所示，由于将平行玻璃1408和平行玻璃1418重叠的部分做成嵌套形状(将各个做成梳齿状并进行组合的形状)，因此平行光束10A的光路不会紊乱。
另外，虽然在该实施方式中将槽G做成コ字形，但只要使要进入槽G内的光束全反射就行，所以只要能形成宽度W以上的空气层，则也可以是V形、U形或其它形状。
接着，说明平行玻璃的间隔dp(即，平行玻璃的板厚)。
如图4所示，间隔dp可以从入射的平行光束10A的间距Px和射出的平行光束10的间距Px′中并根据下式求出。
dp＝(Px-Px′)/因此，在入射的平行光束10的间距Px为13mm、射出的平行光束10的间距Px′为1mm的场合，将dp设为8.5mm即可。
另外，为了将平行光束10保持为平行，入射透射面和射出透射面平行比较重要(邻接反射面之间的平行度在30秒以内比较实用。优选为10秒。)，而将平行玻璃的平行度加工为1秒左右是比较容易做到的。而且，在进行单元化后，将入射端面及射出端面加工成平行也比较容易做到。另外，由于是全反射，因此反射时的损失为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层，则成为垂直射入反射，因此在此的损失可以在0.2％以下。
此外，如图5所示，也可以将平行玻璃一体单元14R和平行玻璃一体单元14L在z方向上错开配置。
另外，取代用光学接触贴紧平行玻璃1401～1408及1411～1418，也可以使用透明的粘接材料。
另外，若作为玻璃使用石英玻璃，则热膨胀与其他玻璃材料比较非常小，因此在使用光学接触时，光学接触由于热变化而剥离的情况几乎不存在，可以做成稳定的高性能的平行玻璃单元。
另外，也可以将平行玻璃1401～1408及1411～1418用玻璃以外的透明材料制作。
长焦距透镜3由球面系透镜31、32、33和在x方向具有放大率的焦距fc的圆柱形透镜34构成。透镜31、32、33分别用多个透镜构成，作为整体的焦距为fo。
接着，说明动作。
从LD12输出并入射到非球面透镜13的激光利用通过非球面透镜13，作为x方向的间距(Px)为13mm、y方向的间距(Py)为13mm的互相平行的平行光束10A并呈矩阵状射出。用非球面透镜13被平行化的各激光具有x方向的直径大约4mm、y方向的直径大约1.5mm的椭圆状强度分布。
入射到平行玻璃一体单元14的平行光束10A作为Py(y方向的间距)为13mm、x方向的间距(Px′)为1mm的矩阵状的多个光束10从平行玻璃一体单元14射出，入射到焦距约为20m的长焦距透镜3。
入射到长焦距透镜3的Px′为1mm、Py为13mm的平行光束10从长焦距透镜射出后，在y方向上各光束的主光线被反射镜4反射而集中在多面反射镜5的镜面上。但是由于焦距为20m比较长，因此通过光的衍射各光束的光束直径扩展到10mm左右。另一方面，在x方向，通过圆柱形透镜34，相对x方向的长焦距透镜入射光束的排列间距Px＝1mm，在多面反射镜上以x方向的聚光光束间距Pxp(Pxp＝Pxfc/fo)进行聚光。
多面反射镜5沿箭头方向以5000rpm左右的旋转速度(以角速度为ωrad·s秒-1)旋转，反射光入射到fθ透镜6，在用折叠反射镜62反射后，穿透焦距fθC的圆柱形透镜61，在搭载于载物台7上的曝光基板8的曝光面上如图6所示成像由从各LD12射出的光束所形成的光点80。
若将fθ透镜6的焦距设为fθ(mm)，则基板上的光点通过多面反射镜5的旋转而在图1的载物台上向坐标的-y方向以2fθω(mm/s)的速度进行扫描。与该扫描同步在-x方向扫描载物台7，并且基于预先保存在控制电路9中的描绘数据，对各LD12进行ON-OFF控制，从而可以在曝光基板8上曝光所希望的图形。
另外，若将光源光学系统的各平行光束的xy方向光束直径分别设为Dx、Dy，则曝光基板8上的xy方向的光束直径dx、dy可分别由下式求出。
dx＝Dxfcfθc/(fofθ)dy＝Dyfθ/fo如上所述，Dx、Dy分别为4、1.5mm(e-2)，决定上述各透镜的焦距以使dx、dy为20μm左右。
另外，若将入射到长焦距透镜3的二维排列光束的扫描方向及副扫描方向的排列间距分别设为Px、Py，则曝光基板上的排列间距PEx、PEy可分别用下式表示。
PEx＝Pxfθ/foPEy＝Pyfθcfc/(fofθ)图7是本发明的其它曝光装置的结构图。
多个平行光束发生单元11搭载有蓝紫光半导体激光器(407nm)LD。另一方面，多个平行光束发生单元11′搭载有紫外线半导体激光器(375nm)LD。间距为13mm的平行激光从各自的多个平行光束发生单元11、11′向xy方向互相平行地射出。375nm的紫外LD多光束用反射镜15进行反射，透射合成波长反射镜16。另一方面，407nm的蓝紫LD多光束用合成波长反射镜进行反射后，通过与375nm的多光束几乎完全一致的光程。图7的407nm和375nm的LD光源的配置相反设置也可以。在该场合，当然合成波长反射镜16对407nm进行透射，对375nm进行反射。
两波长的多光束共同入射到之前已详细说明的平行玻璃单元14。在x方向以13mm的间距入射的多光束在通过平行玻璃单元14时，x方向的间距压缩到1mm而射出。由于口径为120mm左右的长焦距透镜对375nm和407nm的两个波长补色，因此穿透长焦距透镜3的两波长的多光束在多面反射镜5上y方向(水平方向)其主光线一致。由于在x方向上也补色，因此如之前已说明，以1mm间距排列的光束以用长焦点透镜3的球面透镜系统的焦距fo和前端第四群的补色后的圆柱形透镜的焦距fc所决定的放大率fc/fo，对两波长均在多面反射镜上的相同位置进行缩小聚光。
用多面反射镜5反射的两波长的光束穿透fθ透镜6，y方向以使用fθ透镜6的焦距fθ、入射光的y方向光束直径Dy和波长λ并用下式规定的光点直径dy在基板上分别聚光。
dy＝4fθλ/(πDy)另一方面，关于x方向，利用fθ透镜6的球面系统的焦距和fθ透镜后的已补色的圆柱形透镜61，对应长焦距透镜入射光的x方向光束直径Dx用下式dx＝Dxfcfθc/(fofθ)规定的光束直径dx在基板上分别聚光。在这里，dx、dy是大致相同的大小。
这样，两波长的多光束同时在相同位置以光点直径约为20μm聚光，所以与多面反射镜5的旋转速度同步，使搭载有曝光基板8的载物台7向图6的箭头方向移动。再有，与多面反射镜5的旋转同步，由控制器9以由各个LD的排列位置和所希望的描绘信息决定的定时对各LD12进行ON-OFF点灯，从而在基板8上用两个波长同时曝光所希望的描绘图形。
该实施方式的曝光装置，可以使用与在现有的掩模曝光装置终所使用的水银灯的h线及i线接近的波长的LD同时进行无掩模曝光，可以使用以往所使用的廉价的光致抗蚀剂进行良好的曝光。
权利要求
1.一种光束的轴间间距转换装置，其特征在于，使xy方向的断面为平行四边形的四角柱的第一透明部件和xy方向的断面为平行四边形的四角柱且在与xy方向成直角的z方向的一方表面上具有槽的至少一个的第二透明部件以上述槽为内侧的方式贴紧重叠，通过上述槽，使要进入上述槽内的光全反射。
2.根据权利要求1所述的光束的轴间间距转换装置，其特征在于，上述平行四边形的一个内角是45度。
3.根据权利要求1所述的光束的轴间间距转换装置，其特征在于，上述第一透明部件和第二透明部件由玻璃构成。
4.根据权利要求3所述的光束的轴间间距转换装置，其特征在于，上述第一及第二透明部件通过光学接触而贴紧着。
5.根据权利要求3所述的光束的轴间间距转换装置，其特征在于，上述玻璃以石英为主要成分。
6.一种基板曝光装置，利用光束的轴间间距转换装置改变从矩阵状配置的多个光源输出且光轴的间隔为等间隔的平行光束的一侧的光轴的间隔，使从上述光源输出的光照射在被曝光基板上，其特征在于，具有权利要求1～5中任何一项所述的光束的轴间间距转换装置。
全文摘要
本发明提供一种加工及使用容易且可使光束的平行度优良的光束的轴间间距转换装置及曝光位置精度优良的基板曝光装置。本发明的技术方案是，使xy方向的断面为平行四边形的四角柱的平行玻璃(1418)和xy方向的断面为平行四边形的四角柱且在与xy方向成直角的z方向的一个表面上具有槽(G)的平行玻璃(1411～1417)以槽(G)为内侧的方式贴紧重叠，使要进入槽(G)内的光全反射，从而将以13mm的间距(Px)入射的平行光束(10A)的光轴为以1mm的间距(Px′)射出的平行光束(10)。
文档编号G03F7/20GK101082780SQ20071010467
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月28日 优先权日2006年5月30日
发明者押田良忠, 内藤芳达, 铃木光弘, 山口刚, 丸山重信 申请人:日立比亚机械股份有限公司