TW201636738A - 曝光裝置及曝光方法 - Google Patents

Abstract

提供一種曝光裝置及曝光方法，可以達成空間光變調元件的高效率化和長壽命化。 曝光裝置(100)，是具備：將來自光源的光集光的微透鏡是被配列成陣列狀的微透鏡陣列(142)、及將藉由微透鏡陣列(142)被集光的光變調的畫素部被配列的空間光變調元件(數位微反射鏡裝置)(12)、及將藉由微透鏡陣列(142)被集光的光在空間光變調元件(12)成像的第一成像光學系(143)、及將藉由空間光變調元件(12)被變調的光在感光材料上成像的第二成像光學系(16)。

Description

曝光裝置及曝光方法

本發明，是有關於將由空間光變調元件被變調的光通過成像光學系，將由此光所產生的像在規定的面上成像的曝光裝置及曝光方法。

近年來已提案，將利用DMD(數位微反射鏡裝置、日本(註冊商標))等的空間光變調元件被變調的光通過投影光學系，將由此光所產生的像在感光層(光阻層)上成像地曝光的曝光裝置。如此，將利用空間光變調元件的曝光裝置，稱為DI(直接畫像：直描)曝光裝置。

這種DI曝光裝置，是具有例如專利文獻1的技術。此DI曝光裝置，是具備複數曝光頭，其設有：空間光變調元件(DMD)、第一投影光學系、微透鏡陣列(MLA)、及第二投影光學系。且，該DI曝光裝置，具有：將由DMD變調的光藉由第一投影透鏡投影在MLA上，將透過MLA的光藉由第二投影透鏡投影在規定的光照射面的構成。在此，MLA，是使各別與DMD的各畫素部對應的微透鏡，配合該DMD的各畫素的位置被配置成 陣列狀的透鏡。

[習知技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2001-305663號公報

上述專利文獻1的技術，是使來自光源的光照射在DMD的全面。DMD，是具有將微小鏡子(微反射鏡)呈二次元狀配列的構成，在相鄰接的微反射鏡間中存在微小的間隙。因此，光被照射在DMD全面的話，光也被照射在該間隙。但是，被照射在微反射鏡間的間隙的光，因為無助於空間變調，所以成為元件效率的下降的要因。且，來自光源的光，是例如使用紫外光(UV光)，這種UV光是從上述間隙被照射在DMD的基板的話，也成為元件的壽命下降的要因。

在此，本發明的課題，是提供一種曝光裝置及曝光方法，可以達成空間光變調元件的高效率化和長壽命化。

為了解決上述課題，本發明的曝光裝置的一態樣，是具備：將來自光源的光集光的微透鏡是被配列成陣列狀的微透鏡陣列、及將藉由前述微透鏡陣列被集光的 光變調的畫素部被配列的空間光變調部、及將藉由前述微透鏡陣列被集光的光在前述空間光變調部成像的第一成像光學系、及將藉由前述空間光變調部被變調的光在感光材料上成像的第二成像光學系。

由此，將來自光源的光藉由微透鏡陣列(MLA)被集光，就可以將藉由MLA被集光的光在空間光變調部成像。即，藉由MLA被集光的光可以無損失地入射至空間光變調部。因此，可以提高空間變調的效率。且，藉由MLA被集光的光，不會照射於無助於空間變調的例如空間光變調部的基板等。因此，可抑制元件的劣化，可謀求長壽命化。

且對於上述的曝光裝置，前述空間光變調部，是數位微反射鏡裝置，前述畫素部，是與前述微透鏡一對一對應的微反射鏡也可以。

如此，空間光變調部是藉由使用光利用效率高的數位微反射鏡裝置(DMD)，就可以將來自光源的光有效率地利用作為曝光光。且，因為將DMD的微反射鏡與MLA的微透鏡一對一對應，將藉由MLA集光的光在DMD的微反射鏡上成像，所以可以抑制畫素間的干擾，抑制消光比的下降。

進一步，對於上述的曝光裝置，前述第一成像光學系，是將藉由前述微透鏡陣列的各微透鏡被集光的束點狀的光，在各別對應的前述微反射鏡上，由比該微反射鏡的大小更小的束點尺寸成像也可以。如此，因為在微 反射鏡上，將比該微反射鏡的大小更小的束點尺寸的光成像，所以可以確實地防止光入射至微反射鏡間的間隙。

進一步，對於上述的曝光裝置，前述第二成像光學系，是擴大成像光學系也可以。如此，藉由作成將藉由空間光變調部被變調的光擴大地在感光材料上成像的構成，就可以藉由擴大倍率的調整使適切地滿足解像度要求。且，可以保持被投影在感光材料上的像的高鮮銳度，且可以擴大像。

且對於上述的曝光裝置，前述第一成像光學系，是縮小成像光學系也可以。如此，藉由作成將藉由MLA被集光的光縮小並在空間光變調部成像的構成，就可以採用聚光點的尺寸比較大的MLA。因此，MLA的製造成為容易。

進一步，本發明的這種曝光方法的一態樣，是將來自光源的光，藉由使微透鏡呈陣列狀被配列的微透鏡陣列被集光，將藉由該微透鏡陣列被集光的光在配列有畫素部的空間光變調部成像，將藉由該空間光變調部被變調的光在感光材料上成像。

由此，可以將藉由MLA被集光的光不損失地入射至空間光變調部，可以提高空間變調的效率。且，藉由MLA被集光的光，因為不會照射至無助於空間變調的例如空間光變調部的基板等，所以可抑制元件的劣化，可謀求長壽命化。

依據本發明的話，藉由微透鏡陣列被集光的光可以不損失地入射至空間光變調部。因此，可以達成空間光變調部的高效率化及長壽命化。

W‧‧‧工件

10‧‧‧曝光頭單元

11‧‧‧曝光頭

12‧‧‧DMD

13‧‧‧光源部

14‧‧‧入射光學系

15‧‧‧鏡子

16‧‧‧第二成像光學系

20‧‧‧搬運系

21‧‧‧載台

22‧‧‧導引

23‧‧‧電磁鐵

30‧‧‧設置台

31‧‧‧閘門(龍門)

32‧‧‧腳部

40‧‧‧感測器

51‧‧‧曝光區域

52‧‧‧曝光完成區域

100‧‧‧曝光裝置

111‧‧‧曝光頭

113‧‧‧光源部

114‧‧‧光學系

115‧‧‧鏡子

116‧‧‧成像透鏡

117a‧‧‧遮光構件

118‧‧‧成像透鏡

121‧‧‧SRAM單元(記憶體單元)

122‧‧‧微反射鏡

131‧‧‧雷射射出部

141‧‧‧照明光學系

142‧‧‧微透鏡陣列(MLA)

143‧‧‧第一成像光學系

[第1圖]顯示本實施例的曝光裝置的概略構成圖。

[第2圖]顯示曝光頭單元的主要部分的圖。

[第3圖]顯示DMD的構成的部分放大圖。

[第4圖]顯示曝光頭的概略構成的立體圖。

[第5圖]顯示曝光頭的構成的光學配置圖。

[第6圖]顯示被照射在DMD面的束點的狀態的圖。

[第7圖]顯示習知的曝光頭的構成的光學配置圖。

[第8圖]顯示被照射在習知的DMD面的光的狀態的圖。

[第9圖]顯示習知的MLA面的構成的圖。

以下，依據圖面說明本發明的實施例。

第1圖，是顯示本實施例的曝光裝置的概略構成圖。

曝光裝置100，是將由空間光變調部(空間光變調元件)變調的光通過成像光學系，將由此光所產生的像在感光材料(光阻層)上成像使曝光者。這種曝光裝置，因為 是由空間光變調元件將畫像直接形成，所以不需要遮罩(或是光柵)，被稱為DI(直接畫像：直描)曝光裝置。

曝光裝置100，是具備：曝光頭單元10、及將成為曝光對象的基板(工件)W搬運的搬運系20、及設置曝光頭單元10及搬運系20的厚板狀的設置台30。在此，工件W，是例如塗抹了光阻層的樹脂製的印刷電路基板。

曝光頭單元10，是被固定於將設置台30橫跨設置的門狀的閘門(龍門)31，閘門31的各端部，是各別被固定於設置台30的側面。且，設置台30，是藉由複數(例如4根)的腳部32被支撐。

搬運系20，是具備：藉由真空吸附等的方法將工件W吸附保持的平板狀的載台21、及沿著載台21的移動方向延伸的2條的導引22、及將載台21的移動機構其中一例構成的電磁鐵23。在此，上述移動機構，是採用線性馬達載台。線性馬達載台，是在呈格子狀設有強磁性體的凸極的平面狀的壓板(壓筒)上將移動體(載台)藉由空氣浮上，在移動體外加磁力，藉由將移動體及壓板(壓筒)的凸極之間的磁力變化而將移動體(載台)移動的機構。又，上述移動機構，是採用例如使用滾珠螺桿的機構也可以。

載台21，是使其長度方向朝向載台移動方向地配置，並且在藉由導引22補償正直度的狀態下可往復移動地被支撐。

在本說明書中，將載台21的移動方向設成X方向，將與X方向垂直的水平方向設成Y方向，將垂直方向設成Z方向。工件W是方形，由一邊的方向朝向X方向，另一方的邊朝向Y方向的姿勢被保持於載台21上。又，在以下的說明中也有，X方向為工件W的長度方向，Y方向為工件W的寬度方向的情況。

載台21的移動路徑，是通過曝光頭單元10的正下方的方式被設計，搬運系20，是將工件W朝由曝光頭單元10所產生的光的照射位置搬運，且通過該照射位置。在此通過的過程，藉由曝光頭單元10形成的像的圖型是被曝光在工件W。

在閘門31的X方向中的一方的側設有上述曝光頭單元10，在另一方的側設有將工件W的先端及後端檢出的複數(例如2個)感測器40。即，設有曝光頭單元10及感測器40的閘門31，是被固定配置在載台21的移動路徑的上游。又，曝光頭單元10及感測器40，是與將這些控制的無圖示的控制器連接。

曝光頭單元10，是如第2圖所示，具備呈m行n列的大致陣列狀被配列的複數(在第2圖中14個)曝光頭11。各曝光頭11，是內藏上述的空間光變調元件，由預先被設定的圖型將光照射。由各曝光頭11所產生的曝光區域51，是將副掃描方向作成短邊的矩形狀。因此，伴隨載台21的移動，在工件W中在各曝光頭11形成有帶狀的曝光完成區域52。

空間光變調元件，是使用例如第3圖所示的數位微反射鏡裝置(DMD)12。DMD12，是具有：在記憶體單元(例如SRAM單元)121上，將構成各畫素(像素)的13μm角程度的微小鏡子(微反射鏡)122呈二次元狀配列的構成。微反射鏡122的配列數，是例如1024個×768個。在各像素中，在最上部中設有被支撐在支柱的矩形的微反射鏡122，在微反射鏡122的表面中，被蒸鍍例如鋁等的反射率的較高的材料。又，1μm以下的微小的間隙是存在於相鄰接的微反射鏡122間。

數位訊號被寫入DMD12的SRAM單元121的話，被支撐在支柱的各微反射鏡122，是對於以對角線為中心使DMD12被配置的基板側朝±α度的其中任一傾斜。如此，藉由使各微反射鏡122的傾斜被控制，入射至DMD12的光是朝各微反射鏡122的傾斜方向被反射。

各微反射鏡122的導通斷開控制，是藉由被連接在DMD12的無圖示的控制器被進行。該控制器，是使在工件W上形成所期的圖型的方式，將DMD12的各微反射鏡122的角度控制。即，DMD12的各微反射鏡122的角度，是對應應形成的畫像的圖型被選擇性地控制。

曝光頭11，是如第4圖所示，在DMD12的光入射側，具備：光源部13、及入射光學系14、及鏡子15。

光源部13，是具備將例如波長400nm的雷射光射出的燈泡或半導體雷射(雷射二極管)等的光源。此光源部 13，是具備將上述光源的輸出光導引的光纖。在此，光纖，是可以使用例如石英的纖維。該光纖的射出端部(發光點)，是沿著與曝光區域51的長邊方向對應的方向被一列地配列，而構成雷射射出部131。

入射光學系14，是將從光源部13被射出的雷射光入射至DMD12上用的光學系。又，在第4圖中，將入射光學系14概略地顯示。

鏡子15，是將從入射光學系14射出的雷射光朝向DMD12反射。

入射光學系14，是如第5圖所示，具備：照明光學系141、及微透鏡陣列(MLA)142、及第一成像光學系143。

照明光學系141，是由積分器透鏡和準直透鏡、稜鏡等所構成，將從光源部13的雷射射出部131射出的雷射光作為平行光入射至MLA142。MLA142，是使微小的凸透鏡(微透鏡元件)呈二次元狀多數配列的光學零件。各微透鏡元件，是與DMD12的各微反射鏡122由1對1對應。第一成像光學系143，是將藉由MLA142呈束點狀集光的光，例如縮小地在DMD12成像的縮小成像光學系。即，DMD12及MLA142，是使從一個微透鏡元件射出的光，通過第一成像光學系143將在特定的一個的微反射鏡122上集光的方式被對位地配置。

且曝光頭11，是如第4圖及第5圖所示，在DMD12的光射出側具備第二成像光學系16。第二成像光 學系16，是將來自DMD12的像，例如5倍擴大地投影在工件W上的擴大成像光學系。

曝光裝置100的未圖示的控制器，是將應形成的畫像(曝光圖型)的數位資料(原資料)記憶，朝搬運系20將控制訊號送出，將載置有工件W的載台21由規定速度移動。且，同時，控制器是朝DMD12將控制訊號送出，使在工件W上形成依據原資料的曝光圖型的方式由規定的時間點及次序控制各微反射鏡122的角度。此結果，塗抹了光阻層的工件W通過曝光區域51的話，會在工件W，形成依據原資料的曝光圖型。

如以上，本實施例中的曝光裝置100，是具有：將MLA142配置在DMD12的前段(光入射側)，透過第一成像光學系143，在DMD12的微反射鏡122上將束點狀的光集光的構成。MLA142，是將來自被作成平行光的光源部13的光藉由各微透鏡區分地集光，第一成像光學系143，是如第6圖所示，將藉由MLA142被集光的束點狀的光(雷射光束B)在DMD12的各微反射鏡122成像。此時，雷射光束B，是由例如13μm角的微反射鏡122上被集光成直徑2.4μm程度。如此，因為將束點狀的光集光在DMD12的微反射鏡122上，所以可以抑制光的損失，可以提高元件效率。以下，詳細說明此點。

第7圖，是顯示在DMD的光射出側配置了MLA的習知構成的曝光頭111的圖。如此第7圖所示，曝光頭111，是在DMD112的光入射側，具備：光源部 113、及照明光學系114、及鏡子115。且，曝光頭111，是在DMD112的光射出側，具備：第一成像透鏡116、及MLA117、及第二成像透鏡118。在此，光源部113、照明光學系114及鏡子115，是具有與第5圖所示的光源部13、照明光學系141及鏡子15同樣的構成。且，第一成像透鏡116及第二成像透鏡118，是例如擴大投影透鏡。又，第一成像透鏡116，是等倍投影透鏡或縮小投影透鏡也可以。

在此曝光頭111中，照明光學系114是將來自光源部113的光成為平行光，將此入射至DMD112。即，如第8圖所示，來自光源的光(雷射光束B)是照射在DMD112的全面。如上述，在相鄰接的微反射鏡122之間因為存在微小的間隙，所以入射至此間隙的雷射光束B，是被DMD112的基板材料吸收而成為光損失。且也有可能，DMD112的基板材料會藉由吸收雷射光束B使元件劣化，DMD112的溫度上昇會促進元件的劣化。

對於此，在本實施例中，如第6圖所示，因為將束點狀的光集光在DMD12的微反射鏡122上，所以雷射光束B不會照射在形成於微反射鏡122之間的間隙。因此，可以抑制由朝微反射鏡122面以外的光照射所產生的損失，可以提高由該部分的DMD12所產生的光輸出。如此，可以提高DMD12的元件效率。

進一步，因為可以抑制DMD12的基板材料吸收雷射光束B，所以可以抑制元件的劣化。因此，可謀求 DMD12的長壽命化。其結果，可以減少DMD12的交換頻率，可以提高處理能力。

且如第7圖所示的曝光頭111，將MLA117配置在DMD112的光射出側的構成的情況，在DMD112及MLA117的位置對合中被要求較高的精度。這是因為，構成DMD112的微反射鏡及構成MLA117的微透鏡是一對一的關係，所以有必要將1個微反射鏡的反射光朝對應的1個微透鏡正確地入射。來自1個微反射鏡的光入射至複數微透鏡的話，解像性能會下降，消光比會下降。

對於此，在本實施例中，如上述通過了1個微透鏡的光是被集光成直徑2.4μm程度並在13μm角的微反射鏡122上被成像。因此，DMD12及MLA142的位置對合中的要求精度，與上述的習知構成相比較較低，定位作業成為容易。且，因為不會如上述的習知構成讓來自1個微反射鏡的光入射至複數微透鏡，所以可以防止解像性能的下降，提高消光比。

但是MLA雖是具有配列了複數微透鏡的構成，但是入射至與相鄰接的微透鏡的接合部的光會成為迷光。因此，為了防止此，如第9圖所示，考慮在MLA117的光入射側設置遮光構件117a，將朝上述接合部的光的入射遮斷。在此，遮光構件117a，可以使用包含例如鉻系材料的遮光膜。即，只有讓通過了藉由遮光構件117a形成的開口部的光入射至MLA117，有助於曝光。此情況，為了不使光學系的效率下降，有必要只有將上述的接 合部等的MLA117的集光性能不充分的範圍遮光，將該開口部儘可能較大地設定。

但是如第7圖所示的曝光頭111，將來自DMD112的各微反射鏡的光入射至MLA117的對應的微透鏡的構成的情況，加大上述開口部的話，相鄰接的畫素間干擾有可能發生。在DMD112及MLA117的位置對合精度中因為具有上限，所以該開口部無法加大至某程度以上。即，如第9圖所示，通過藉由遮光構件117a形成的開口部，透過微透鏡的光的領域也就是光有效領域A，不得不比微透鏡的光可透過領域B更窄。因此，在MLA117中光的損失會發生。例如，微透鏡的單元尺寸是39.73μm角，開口部的大小是37μm角的情況，由面積比30%以上的光是被遮光構件吸收，這是直接成為光的損失。

對於此，在本實施例中，因為將藉由MLA142被集光的束點狀的光在DMD12的微反射鏡上成像，所以可以抑制相鄰接的畫素間發生干擾。且，在MLA142中，來自光源的光是被入射至全面。即，不是選擇性地使光入射至MLA142的各微透鏡的構成。因此，不需要將對應上述的遮光構件117a的遮光構件設在MLA142，或是只有將MLA142的集光性能不充分的範圍遮光，可以使用將開口部儘可能加大地設定的遮光構件。將遮光構件取消的情況，可謀求約40%的輸出的提高。

如以上，在將MLA117配置於DMD112的光射出側的習知構成中，成為由MLA117及DMD112各別 使光被踢開，成為大幅度的光的損失。對於此，在本實施例中，藉由將MLA142配置於DMD12的光入射側，就可防止由被踢開所產生的光的損失，可以提高光學系的效率。因此，可以強化曝光面中的光強度，可以提高處理能力。

且在本實施例中，因為可以減少光的損失，所以將曝光面中的光強度與第7圖所示的習知裝置為同等的情況，與該習知裝置相比較可以減弱來自光源的光強度。即，入射至DMD的光的強度，可以比習知裝置更弱。因此，可以減少朝DMD面和DMD鉸鏈等的負荷，緩和DMD部的溫度上昇。因此，可以抑制DMD的劣化。其結果，可以減少DMD的交換頻率，減少維修成本。

且本實施例中的曝光裝置100，因為是將藉由MLA142集光的光在DMD12上成像，所以具備第一成像光學系143。此第一成像光學系143因為是縮小成像光學系，所以藉由MLA142集光的光是被縮小並在DMD12上被成像。因此，可採用聚光點尺寸比較大的MLA142，MLA142的製造容易。

進一步，本實施例中的曝光裝置100，是為了將藉由DMD12變調的光在曝光面成像，而具備第二成像光學系16。此第二成像光學系16因為是擴大成像光學系，所以藉由DMD12被變調的光是被擴大地在曝光面上被成像。在DMD12的微反射鏡122上被集光成例如直徑2.4μm程度 的光，是藉由DMD12被變調之後，藉由第二成像光學系16被擴大例如5倍，在曝光面成為直徑12μm的束點。此時，藉由調整第二成像光學系的擴大倍率，就可以調整曝光面中的束點尺寸。因此，可以適切地滿足解像度要求。

(變形例)

在上述實施例中，空間光變調元件，雖說明了使用反射型的空間光變調元件也就是DMD12的情況，但是使用例如液晶的透過型的空間光變調元件也可以。但是，因為藉由將光利用效率高的DMD作為空間光變調元件使用，可以將來自光源的光有效率地利用作為曝光光所以較佳。

且在上述實施例中，第一成像光學系雖說明了使用縮小成像光學系的情況，但是第一成像光學系是等倍成像光學系也可以，擴大成像光學系也可以。且，第二成像光學系雖說明了使用擴大成像光學系的情況，但是第二成像光學系是等倍成像光學系也可以，縮小成像光學系也可以。

W‧‧‧工件

11‧‧‧曝光頭

12‧‧‧DMD

13‧‧‧光源部

14‧‧‧入射光學系

15‧‧‧鏡子

16‧‧‧第二成像光學系

141‧‧‧照明光學系

142‧‧‧微透鏡陣列(MLA)

143‧‧‧第一成像光學系

Claims (6)

1. 一種曝光裝置，其特徵為，具備：將來自光源的光集光的微透鏡是被配列成陣列狀的微透鏡陣列、及將藉由前述微透鏡陣列被集光的光變調的畫素部被配列的空間光變調部、及將藉由前述微透鏡陣列被集光的光在前述空間光變調部成像的第一成像光學系、及將藉由前述空間光變調部被變調的光在感光材料上成像的第二成像光學系。
2. 如申請專利範圍第1項的曝光裝置，其中，前述空間光變調部，是數位微反射鏡裝置，前述畫素部，是和前述微透鏡一對一對應的微反射鏡。
3. 如申請專利範圍第2項的曝光裝置，其中，前述第一成像光學系，是將藉由前述微透鏡陣列的各微透鏡被集光的束點狀的光，在各別對應的前述微反射鏡上，由比該微反射鏡的大小更小的束點尺寸成像。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的曝光裝置，其中，前述第二成像光學系，是擴大成像光學系。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的曝光裝置，其中，前述第一成像光學系，是縮小成像光學系。
6. 一種曝光方法，其特徵為：將來自光源的光，藉由使微透鏡呈陣列狀被配列的微透鏡陣列集光，將藉由該微透鏡陣列被集光的光在配列有畫素部的空間光變調部成像，將藉由該空間光變調部被變調的光在感光材料上成像。