CN1837962A - 图形曝光方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种通过方向性高的照明光可高效进行无掩模曝光的无掩模曝光方法及无掩模曝光装置，同时，提供一种可使阻焊膜的曝光效率提高的无掩模曝光方法及无掩模曝光装置。设有出射波长为405nm的激光(1a)的蓝紫半导体激光器(12A)和出射波长为375nm的激光(1b)的紫外线半导体激光器(12B)，使激光(1a)、(1b)的光轴同轴，照射到基板(8)上。这时，用激光(1a)、(1b)多次照射基板(8)上的同一地点，使激光(1a)、(1b)的强度偏差平均化。

Description

图形曝光方法及装置

技术领域

本发明涉及使激光器在要曝光的基板上聚光扫描而描绘图形的图形曝光方法及图形曝光装置，特别涉及将从多个激光器输出的多束激光照射到基本上，同时曝光多个地点的图形曝光方法及装置。

背景技术

为了在印刷基板、液晶显示的TFT基板、滤色器基板或等离子显示等的基板(下称基板)上曝光图形，一直以来是，制作成为图形底板的掩模，通过使用该掩模的掩模曝光装置来曝光基板。

但是，在基板尺寸近年来逐渐增大的同时，基板的设计、制作所要求的时间逐渐变短。而且，在设计基板时，由于使设计失误为零非常困难，所以，因重新设计必须再次制作掩模的情况多。此外，根据基板种类，多品种数量少生产的情况多，对于多数的品种，屡次制作该掩模导致了成本提高和交货期延迟。因此，强烈需要不需掩模的无掩模曝光。

作为进行无掩模曝光的第一方法，有使用液晶或DMD(Digital MirrorDevice)等二维空间调制器来产生二维图形，用投影镜头将其曝光于基板上的方法(专利文献1特开平11-320968号公报)。根据该方法，可进行比较细微的图形的描绘。

此外，作为第二方法，有在使用输出大的激光器和多角棱镜来扫描激光的同时使用EO调制器或AO调制器来将激光在基板上描绘曝光的方法。根据该方法，可在广阔区域内描绘粗略图形，且构成简单而成为比较廉价的装置。

但是，上述第一方法其装置价格高，增加了运行成本。

此外，上述第二方法难以在大面积内高精密地描绘。而且，如果减小处理量(スル一プツト)则需要大输出的激光器，从而装置价格增高、运行成本增高。

再有，在使用现有掩模的曝光装置中使用水银灯作为光源。在水银灯的情况下，在365nm(近紫外线的i线)、405nm(紫的h线)、436nm(g线)上有很强的波长频谱分布。于是，制作图形形成所使用的光致抗蚀剂以在用这些波长曝光时可进行良好的图形形成，特别是对波长365nm或405nm的光反应的光致抗蚀剂较多。

在进行无掩模曝光的情况下，使用水银灯作为光源不是不可能。但是，难以从水银灯得到高效且方向性高的曝光照明光。

此外，在印刷基板的情况下，虽然有使阻焊膜曝光的工序，但是阻焊膜的敏感度通常较低，曝光的处理量低。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过方向性高的照明光可高效地进行无掩模曝光的无掩模曝光方法及无掩模曝光装置，同时，提供一种可提高阻焊膜的曝光效率的无掩模曝光方法及无掩模曝光装置。

为解决上述问题，本发明的第一方案是，在使从光源出射的出射光和工件相对移动，通过上述出射光使上述工件的规定位置曝光的图形曝光方法中，准备出射光的波长为不同的多个光源，通过打开关闭上述光源，将波长不同的多束光照射到上述工件的同一点上。

此外，本发明的第二方案是，图形曝光装置由出射波长为不同的光的至少两色光源、将从上述光源出射的出射光分别投影到工件上的光学系统、打开关闭上述光源的开闭单元、使投影光斑和上述工件相对移动的移动单元和使该相对移动和上述光源的打开关闭同步而进行控制的控制单元来构成。

通过方向性高的照明光，可高效进行无掩模曝光。此外，可使阻焊膜的曝光效率提高。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的无掩模曝光装置的构成图。

图2是本发明的光源光学系统的构成图。

图3是表示波长选择分光器的光透射特性的特性图。

图4是在基板上成像的光斑的俯视图。

图5是在基板上成像的光斑的俯视图。

图6是蓝紫半导体激光器和紫外线半导体激光器的配置说明图。

图7是本发明第二实施方式的无掩模曝光装置的构成图。

图8是本发明的光源光学系统的构成图。

图9是本发明第三实施方式的无掩模曝光装置的构成图。

图10是本发明第四实施方式的无掩模曝光装置的构成图。

图中：

1a-激光                1b-激光                8-基板

12A-蓝紫半导体激光器        12B-紫外线半导体激光器

具体实施方式

下面将根据图示的实施方式来详细说明本发明。

(实施例1)

图1是本发明第一实施方式的无掩模曝光装置的构成图。

光源光学系统1A由输出波长为405nm的激光的多个(这里为128个)蓝紫半导体激光器12A等构成，输出128束激光1a。再有，从蓝紫半导体激光器12A输出的激光1a的波长在405nm±7nm的范围内波动。

接着，参照图2来更详细说明光源光学系统1A。

图2是光源光学系统1A的构成图，(a)是从激光1a的前进方向观察的图，(b)是从激光1a的前进方向与纸面平行的方向观察的图。

光源光学系统1A由在2个方向上排列配置的128个蓝紫半导体激光器12A及非球面透镜13构成。蓝紫半导体激光器12A保持于半导体激光器支架基板90。

蓝紫半导体激光器12A出射波长405nm、输出60mW的激光1a。由于出射的激光1a是发散光(x方向发散角的半幅值(半值全幅)约22度，y方向的半幅值约8度。再有，该图(a)的上下方向为x，左右方向为y)，所以由焦距短的非球面透镜13使之收敛而成为平行光束。

由于在使从128个蓝紫半导体激光器12A出射的激光1a成为各自平行光束的同时需要成为互相平行，所以通过省略图示的微调整机构来在xyz方向上微动调整非球面透镜13。而且，在使非球面透镜13在光轴方向上移动并使各光束成为平行光束的同时，通过在相对于光轴成直角2个方向上移动而使各光束互相平行。

但是，仅靠非球面透镜13的微调整机构不能完全将128束激光1a调整为平行光束。于是，在各蓝紫半导体激光器12A的光轴上设置楔状的楔形玻璃2，对于不能将光轴调整为平行的光，通过楔形玻璃2使激光1a的光轴微小地倾斜，使全部激光1a容纳于数十秒以内的平行度中。

互相平行的激光1a垂直入射到光束直径不变光束间距缩小单元14中。

光束直径光束间距缩小单元14是重叠多个截面为平行四边形的棱镜141且关于半导体激光器支架基板90的中心左右对称地配置的单元。再有，构成为：中心部形成于所谓的嵌套(将每个做成梳齿状而组合的形状)上，激光1a仅通过棱镜141内部。

由于是以上构成，所以如果着眼于该图(b)的最下方的激光1a，则激光1a由棱镜141的A1面反射而向上前进并由棱镜141c的左端B面反射而向右前进。从倒数第二的激光1a由从倒数第二的棱镜141反射而向上前进并由棱镜141c的左端B面反射而向右前进。

其结果，在蓝紫半导体激光12A在半导体激光器支架基板90上以例如在xy方向上都为12mm间距排列的情况下，由非球面透镜13准直的激光1a(具有x方向的直径约4mm、y方向的直径约1.5mm的椭圆状强度分布)以在xy方向上都为12mm间距排列的状态入射到光束直径不变光束间距缩小单元54，通过经光束直径不变光束间距缩小单元54后，形状不变地在x方向上以1mm间距排列。即，如该图(a)所示，相对于蓝紫半导体激光器12A的间隔为12mm，通过光束直径不变光束间距缩小单元54的激光1a的x方向的间隔为1mm。

从光源光学系统1A输出的激光1a的光轴上配置了波长选择分光器110、反射镜100、长焦点透镜3、反射镜4、多面反射镜5、fθ透镜6、反射镜62及柱面透镜61。

图3是表示波长选择分光器110的光透射特性的特性图，横轴是波长，竖轴是透射率。如该图所示，波长选择分光器110虽然几乎100％地透射波长400nm或以上的光，但是几乎完全反射波长不满390nm的光。

长焦点透镜3的焦距f是20m，由四组透镜构成。即，球面系统由第一组31、第二组32及第三组33构成，第四组34由柱面透镜构成。再有，虽然图中只表示各组透镜中的一个，但由于进行色差的修正及球差等的像差修正，所以实际上由四枚中以上玻璃材料不同的透镜球构成。

由于是以上构成，所以从光源光学系统1A输出的波长405nm的激光1a以几乎无损失的状态透射波长选择分光器110，经反射镜100入射到长焦点透镜3。从长焦点透镜3出射的激光1a经反射镜4及多面反射镜5入射到fθ透镜6。从fθ透镜6出射的激光1a经反射镜62及柱面透镜61入射(照射)到基板8上。

光源光学系统1B的构成实质上与光源光学系统一样，不配置蓝紫半导体激光器12A，而是配置输出波长为375nm的激光的紫外线(UV)半导体12B。于是，从光源光学系统1B输出x方向的间隔为1mm相互平行的128束的激光1b。并且，紫外线半导体激光器12B输出的激光的波长在375nm±7nm的范围内波动。

定位光源光学系统1B，使得输出的激光1b的各自的光轴与透射过波长选择分光器110的激光1a的光轴一致。

其结果，由波长选择分光器110以几乎无损失状态反射的激光1b的各个光轴与经波长选择分光器110透射的激光1a的光轴一致，接着，通过与激光1a相同的路径入射到基板8上。

控制装置9控制蓝紫半导体激光器12A及紫外线半导体激光器12B的打开关闭、多面反射镜5及基板8的省略图示的移动单元。

这里，对各个激光的大小(光斑直径)进行说明。

虽然经长焦点透镜3透射的128束激光1a和激光1b成为在y方向(扫描方向)具有约10mm展宽的平行光，但是根据出射上述激光的蓝紫半导体激光器12A或紫外线半导体激光器12B的半导体激光器支架基板90上的位置，相对于光斑排列的中心(与长焦点透镜3的光轴同轴)具有Δθ的角度(再有，Δθ是微小角度)。

此外，x方向(副扫描方向)上，通过图1的凸柱面透镜34的会聚作用，在由反射镜4反射后在多面反射镜5上会聚，会聚位置与波长分离分光器110上的x方向的光斑位置成比例。

在将从波长分离分光器110上的光斑排列的中心到各光斑的y方向的距离设为L时，使用长焦点透镜3的焦距f，上述Δθ可由公式1表示。

Δθ＝L/f                           (公式1)

在多面反射镜5上与扫描方向(y方向)平行的激光1a、1b由fθ透镜6会聚到基板8上。

此外，经fθ透镜6和柱面透镜61，多面反射镜5的反射面和基板表面存在成像关系。因此，多面反射镜5上在副扫描方向(x方向)上会聚的激光1a、1b在由多面反射镜5反射后，经具备色差修正特性的fθ透镜6透射，并通过在x方向上具备凸透镜作用的柱面棱镜61的会聚作用而会聚到基板8上。

其结果，如图4及图5所示，基板8上，直径数十μm以下且大体为圆形的多个光斑以图示的排列成像。

这里，对蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B的配置方法进行说明。

图6是蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B的配置说明图。

在上述图1的情况下，如该图(a)所示，经波长选择分光器110透射的激光1a和由波长选择分光器110反射的激光1b的光轴同轴。

因此，在蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B全部为打开的情况下(即，在使蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B以同一信号打开关闭的情况下)，激光1a和激光1b分别入射到基板8上的同一地点。

再有，图中的x方向是副扫描方向(基板8的移动方向)，激光1a的排列间距Px与分辨率Δ相等。此外，图中的y方向是扫描方向(多面反射镜5的扫描方向)，排列间距Py是描绘图形的分辨率Δ的整数倍。

再有，该图(b)中，激光1a和激光1b在波长选择分光器110上在x方向上只错开距离k地被配置。这里，距离k与多面反射镜进行一次扫描期间基板8在x方向上移动的量相等。该情况下，虽然激光1a和激光1b照射到同一地点，但却是相差多面反射镜的一次扫描周期的量而曝光。

如果如此般错开时间曝光，则具有如下所示的效果。即，波长短的曝光光中被感光剂吸收的比率高。因此，在例如感光剂的厚度大的情况下，存在波长短的曝光光被感光剂吸收而不能到达底部的情况。此类情况下，如果先通过用波长长的曝光光进行曝光而曝光到感光剂的底，再随后用波长短的曝光光曝光感光剂的表面，则可使感光剂从表面到底无遗漏地曝光。

再有，如该图(c)所示，可使该图(b)所示的距离k扩大为基板8在多面反射镜的一次扫描周期在x方向移动的量的n倍(其中，n≥2)。

如此使用波长不同的两个以上曝光波长可在最适当的时刻在感光剂上曝光。

再有，如上所述，为使两个波长的激光的排列位置一致或错开，可使例如光源光学系统1A整体的位置上下移动，也可通过在波长分离分光器110之间配置两个反射镜并调整反射镜的角度和间隔来实现期望的偏移量。

此外，也可以通过按每波长使多个波长的各强度根据感光剂比达到最合适地调整(包括熄灭)蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B的强度，来以最适合的分光强度比曝光。

(实施例2)

图7是本发明第二实施方式的无掩模曝光装置的构成图，图8是光源光学系统1C的构成图，(a)是从激光的前进方向观察的图，(b)是从激光的前进方向与纸面平行的方向观察的图，与图1、2相同或相同功能的部件标以相同标记并省略重复说明。

在上述实施例1中，虽然一个半导体激光器支架基板90上仅保持蓝紫半导体激光器12A或紫外线半导体激光器12B，但是，在该实施例中，在一个半导体激光器支架基板90上共同保持80个蓝紫半导体激光器12A(图中的白圆)和48个紫外线半导体激光器12B(图中的带斜线圆)。

这样，由于不需要波长分离分光器110，所以可使装置构成简单。

该实施例的情况下，在y方向上扫描的同时，各蓝紫半导体激光器12A或紫外线半导体激光器12B闪烁。其结果，在基板的任意地方将由5束激光1a和3束激光1b曝光。

再有，在一个半导体激光器支架基板90上保持的蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B的比率可根据要感光的部件来最适宜地确定。

此外，根据感光剂的分光敏感度特性和曝光图形的宽度、感光剂的厚度等条件，在某范围内确定激光1a和激光1b的曝光强度。在此类情况下，期望根据使用条件以最合适的曝光强度比曝光。因此，如果在预先确定蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B的数量而使得最适宜地满足使用条件的范围的同时，通过改变蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B的强度来将曝光强度比确定成最适宜，则更为有效。

(实施例3)

图9是本发明第三实施方式的无掩模曝光装置的构成图，与图1、2相同或相同功能的部件标以相同标记并省略重复说明。

红外线光源7的内部安装有高输出的半导体红外线激光器。红外线光源7上连接有由多个纤维束构成的光纤71的一侧。多个光纤在横向较长地排列地(例如横向一列)构成光纤71的另一侧端部72，且定位在相对用多面反射镜5扫描的范围内的位置上。

由于是以上构成，从红外线光源7内部的半导体激光器出射的红外光入射到光纤71中，从出射端面72出射且照亮用多面反射镜5扫描的范围。

通过采用此类构成，由于能与图形形成的曝光光同时或前后地照射红外光，所以，通过红外光的作用，可实现敏感度高的曝光。

此外，通过调整出射端面72的位置，可在曝光后0.数秒到数秒后进行照射地构成。

(实施例4)

图10是本发明第四实施方式的无掩模曝光装置的构成图，与图1、2相同或相同功能的部件标以相同标记并省略重复说明。

光源光学系统1A与实施例1的情况相同，由2个方向排列而配置的多个蓝紫半导体激光器12A和省略图示的后述柱面透镜构成。但是，在半导体激光器支架基板90上保持的蓝紫半导体激光器12A的排列方向与实施例1的情况不同，为棋盘状排列。

光源光学系统1B与实施例1的情况相同，配置有2个方向排列而配置的多个紫外线半导体激光器12B。但是，在半导体激光器支架基板90上保持的紫外线半导体激光器12B的排列方向与实施例1的情况不同，为棋盘状排列。

从蓝紫半导体激光器12A输出的激光1a的光轴上配置有光学系统101A、会聚透镜120A、波长选择分光器110、积分器130、会聚透镜140、反射镜301、DMD200及投影透镜301。

此外，从紫外线半导体激光器12B输出的激光1b的光轴上配置有光学系统101、会聚透镜120B。

光源光学系统101A及101B是将短焦点的柱面透镜阵列和长焦点柱面透镜阵列配置为格子状的光源光学系统，配置蓝紫半导体激光器12A和紫外线半导体激光器12B的光轴，使得各柱面透镜阵列的棱线以直角相交。

接着，说明该实施方式的动作。

从蓝紫半导体激光器12A输出的激光1a通过光源光学系统101A成为各光轴互相平行的光束并入射到透镜120A。而且，通过透镜120A，激光1a的各光轴会聚于积分器130的入口端部地弯曲，经波长选择分光器110透射。

另一方面，从紫外线半导体激光器12B输出的激光1b通过光源光学系统101B成为各光轴互相平行的光束并入射到透镜120B。而且，通过透镜120B，激光1b的各光轴会聚于积分器130的入口端部地弯曲，并由波长选择分光器110反射。

随后，激光1a和激光1b同轴，入射到积分器130中。经积分器130出射的激光1a和激光1b经透镜140透射，并在由反射镜301反射后以同样的强度分布照亮DMD200。在DMD反射的光通过对于曝光光进行色修正的投影透镜301将DMD上显示的图形投影曝光到基板8上的区域151上。

在该实施方式中也与上述实施例同样，使用感光剂通过将两波长的光的平衡最优化对于期望图形可实现良好的图形形成。

而且，在该实施方式的情况下，通过从光纤71的另一侧端部72出射红外线，也可实质提高曝光敏感度，可实现处理量的提高。

再有，从端部72出射的红外线的照射区域可以是比曝光区域151稍宽的区域152。

而且，上述实施例3、4中采用的红外光若是不使感光剂感光的波长的光，则也可换成其他波长的光。

再有，在上述各实施例中，虽然激光的波长为两种，但也可增加种类。

此外，激光波长可为其他波长。

Claims (6)

1.一种图形曝光方法，使从光源出射的出射光和工件相对移动，通过上述出射光使上述工件的规定位置曝光，其特征在于，

准备出射光的波长为不同的多个光源，通过打开关闭上述光源，将波长为不同的多束光照射到上述工件的同一点上。

2.根据权利要求1所述的图形曝光方法，其特征在于，

上述光源是半导体激光器。

3.根据权利要求2所述的图形曝光方法，其特征在于，

通过四个或以上的不同的半导体激光器曝光上述工件的同一点。

4.根据权利要求1所述的图形曝光方法，其特征在于，

在上述出射光照射的点上，在上述出射光照射时刻的前后数秒以内照射上述工件不曝光的波长的光。

5.一种图形曝光装置，其特征在于，

具有：出射波长为不同的光的至少两色光源；将从上述光源出射的出射光分别投影到工件上的光学系统；打开关闭上述光源的开闭单元；使投影光斑和上述工件相对移动的移动单元；以及使该相对移动和上述光源的打开关闭同步而进行控制的控制单元。

6.根据权利要求5所述的图形曝光装置，其特征在于，

具备出射上述工件不曝光的波长的光。

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