TWI443473B - No mask exposure device - Google Patents

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Description

無光罩曝光裝置
本發明係關於一種不使用光罩而使圖案曝光於曝光基板之無光罩曝光裝置。
為於印刷基板形成配線圖案等，以往，將圖案預先形成於光罩，再使用光罩曝光機使該光罩圖案投影曝光，藉由密合或近接方式曝光使圖案曝光於曝光基板。近年來，開發了不使用光罩而直接曝光於曝光基板之技術，並開始產業上之應用(專利文獻1)。此外，藉由此種無光罩曝光裝置，例如，能製作圖案寬度為20μm之印刷基板。
(專利文獻1)日本特開2004-39871號公報
為進一步提昇電子零件等之構裝密度，期望將圖案寬度變細至10μm以下。然而，使10μm以下之圖案曝光時，由於焦點深度之寬度狹窄，若曝光基板有彎曲或厚度不均勻，則不易使圖案之寬度均一。
本發明之目的在於提供能解決該課題，且即使工件有彎曲或厚度不均勻時，亦能使均一寬度之圖案曝光於工件之表面的無光罩曝光裝置。
為解決該課題，本發明之無光罩曝光裝置，係具有由輸出曝光用照明光之曝光光源、2維空間調變器、第1投影透鏡、微透鏡陣列、第2投影透鏡、及保持曝光基板並移動於與該第2投影透鏡之光軸正交之方向之載台、板厚方 向之一面相對於板厚方向之另一面成角度θ之傾斜面之第1與第2的2個楔型玻璃、及使該楔型玻璃之至少1個移動的移動手段構成，將該第1楔型玻璃之該另一面配置成垂直於該第2投影透鏡之光軸，並組合該第2楔型玻璃之該一面，使其與該第1楔型玻璃之該一面之距離成為預定值，配置於該第2投影透鏡之入射側或出射側，其特徵在於，具備：複數個基板表面之高度檢測手段，係位於該第2投影透鏡在該曝光掃描方向之前側，排列於與該曝光掃描方向正交之方向；以及控制電路，以下述方式控制該移動手段，即根據該複數個高度檢測手段檢測出之複數個高度資訊，在該檢測出之基板上之位置因該基板之曝光掃描到達該第2投影透鏡之光軸之期間運算該第2投影透鏡之焦點位置，在該基板上之位置到達該第2投影透鏡之光軸時使該第2投影透鏡之焦點與該位置之基板之表面一致；該控制電路儲存該高度檢測手段檢測出之檢測結果，且預先表示超過該第2投影透鏡之焦點深度之可能性高之位置。
本發明之無光罩曝光裝置，係具有輸出曝光用照明光之曝光光源、2維空間調變器、第1投影透鏡、微透鏡陣列、第2投影透鏡、保持曝光基板並移動於與該第2投影透鏡之光軸正交之方向之載台、板厚方向之一面相對於板厚方向之另一面成角度θ之傾斜面之第1與第2的2個楔型玻 璃、及使該楔型玻璃之至少1個移動的移動手段，將該第1楔型玻璃之該另一面配置成垂直於該第2投影透鏡之光軸，並組合該第2楔型玻璃之該一面，使其與該第1楔型玻璃之該一面之距離成為預定值，配置於該第2投影透鏡之入射側或出射側，其特徵在於，具備：複數個基板表面之高度檢測手段，係位於該第2投影透鏡在該曝光掃描方向之前側，排列於與該曝光掃描方向正交之方向；以及控制電路，以下述方式控制該移動手段，即根據該複數個高度檢測手段檢測出之複數個高度資訊，在該檢測出之基板上之位置因該基板之曝光掃描到達該第2投影透鏡之光軸之期間運算該第2投影透鏡之焦點位置，在該基板上之位置到達該第2投影透鏡之光軸時使該第2投影透鏡之焦點與該位置之基板之表面一致；該控制電路儲存該高度檢測手段檢測出之檢測結果，且警告表示曝光後超過該第2投影透鏡之焦點深度之可能性高之位置的部分成為不良品之可能性高，並作為資料儲存。
即使工件有彎曲或厚度不均勻，亦能使均一寬度之圖案曝光於工件之表面。
以下，詳細說明本發明。
[實施例1]
圖1係本發明之第1無光罩曝光裝置的構成圖。
由7個光軸構成之曝光照明系統11～17係大致相同構造。此外，為避免圖式繁雜，在同圖7個光軸系統中，雖僅對容易表示的部分顯示號碼或訊號線(虛線)，但全部的光軸同樣皆有號碼或訊號線。以下，說明曝光照明系統11～17中之曝光照明系統17。
自曝光照明系統17射出之曝光用照明光係藉由返折鏡27照射於上方之2維空間調變器37。此處，作為2維空間調變器，使用數位微鏡元件(以下，稱為「DMD」)37。
於DMD37，在xy面內將多數可動微反射鏡配置成矩陣狀。自控制裝置9傳送ON/OFF訊號至各微反射鏡時，接受ON訊號之微反射鏡即傾斜一定角度，使入射之曝光用照明光反射並射入第1投影透鏡47。又，OFF狀態之微反射鏡所反射之曝光用照明光不射入第1投影透鏡47，無助於曝光。透射過投影透鏡47之曝光用照明光係射入微透鏡陣列57。於形成DMD37之微反射鏡之放大像(或縮小像)之微透鏡陣列57之位置分別配置微透鏡。
配置於微透鏡陣列57之各微透鏡係焦點距離為fM 之凸透鏡，與各微透鏡大致垂直射入之曝光用照明光(來自ON狀態之微反射鏡之曝光用照明光)係自各微透鏡於大致fM 之位置形成微小光點。
此外，亦可於此光點形成位置配置具有大致與光點直徑相同孔徑之針孔陣列。藉由配置針孔陣列，能遮擋多餘(不需要)光。
於微透鏡下方fM 位置產生之光點圖案射入第2投影透鏡67，自第2投影透鏡67射出之曝光用照明光透射過由楔型玻璃717與楔型玻璃727構成之楔型玻璃單元GU7，於曝光基板8上形成倍率M之光點圖案排列像。
接著，說明楔型玻璃單元GU7。
圖2係楔型玻璃單元GU7之主要部分立體圖，圖3係從圖2之箭號K方向的視圖。
楔型玻璃717，係板厚方向之一面717b相對於板厚方向之另一面717a成角度θ的傾斜面。又，楔型玻璃727， 係板厚方向之一面727b相對於板厚方向之另一面727a成角度θ的傾斜面。又，面717a係垂直配置於第2投影透鏡67之光軸。此外，組合並配置楔型玻璃727，以使面727b相對於面717b成為距離(間隔)δ。此外，於此實施形態，楔型玻璃727與楔型玻璃717之xy方向的大小皆相同，如圖3所示，自z方向觀察，兩者完全重疊時(以下，將此時兩者之位置稱為「楔型玻璃之基準位置」)之面717a至面727a為止的距離為t。以下，將距離t稱為楔型玻璃之「總厚度」。於基準位置之總厚度t設定為4～7mm。又，距離δ係0.01～0.3mm間之一定值。此外，雖可使距離δ之最小值小於0.01mm，但考慮後述之移動機構的製作容易度，在實用性上，將距離δ之最小值設為0.05mm程度。又，將距離δ之最大值設為0.3mm，係因距離δ若超出0.3mm則像差會變大。
省略圖示之移動機構，係使楔型玻璃727(或楔型玻璃717之任一個)沿著面727b(嚴密地說，沿著與斜面之法線正交且與斜面平行之向量方向)移動。該移動機構，係以控制電路9控制。
當使楔型玻璃727沿著該斜面往y方向移動＋△y時，與投影透鏡2之光軸平行方向之玻璃的總厚度變化△t，可以下列式1來表示。
△t＝－△y．tanθ………(式1)
此處，設楔型玻璃717、727之折射率為n。如此，因總厚度產生△t變化，第2投影透鏡727之焦點位置之變化 量△z，可以下列式2表示(又，上方為正)。
△z＝－△t．(n－1)/n＝△y．tanθ．(n－1)/n………(式2)
亦即，楔型玻璃單元GU7係對焦裝置。
因此，曝光基板8上之光阻面或載有光阻之面的高度h(x,y)已預先測定時，能以以下方式將光點之像定位於光阻面上。亦即，預先將高度h(x,y)之資料輸入控制電路9，且預先將楔型玻璃717、727配置於基準位置，使第2投影透鏡67之成像面與曝光基板8之設計表面高度一致。接著，根據儲存於控制電路9之資料求出投影透鏡所曝光區域之平均高度hm ，使楔型玻璃72移動△y，以使式2之△z為hm 之高度(△z＝hm )，並進行曝光。以此方式能進行優良精度之曝光。
習知無光罩曝光裝置，係假設曝光基板之表面平坦，並將第2投影透鏡61～67定位於z方向，以使第2投影透鏡61～67之成像面與假設之曝光基板之表面一致。
然而，例如多層印刷基板之情形，不僅板厚隨部位而不同，且由於伴隨基板之積層化之基板面的彎曲或扭曲等，幾乎沒有曝光面為平坦之情形。因此，例如，難以使圖案之寬度均一。
其次，說明即使曝光基板之表面有凹凸或彎曲之情形，亦可進行優良精度之曝光之無光罩曝光裝置。
此外，楔型玻璃單元GU7亦可配置於第2投影透鏡67之入口側(亦即，微透鏡陣列57與第2投影透鏡67間)。
[實施例2]
圖4係本發明之無光罩曝光裝置的構成圖，與圖1相同的元件附有相同符號，以省略重複說明。又，圖5係高度檢測器之構成圖。
配置於載台80上方之第2投影透鏡群(第2投影透鏡61～67)之y方向之一側(圖示之情形為前側)，設有於x方向排列配置多數高度檢測器600之多重高度檢測器600U。各高度檢測器600，係用以檢測曝光基板8之光阻表面或光阻下之曝光基板本身之表面高度。
其次，說明高度檢測器600之構造。
如圖5所示，高度檢測器600係由發光體601、透鏡602、透鏡603、位置感測器604構成。發光體601，係發光二極體(LED)或輸出不使光阻感光之紅光之半導體雷射(LD)。透鏡602，將自發光體601射出之光聚光於曝光基板8之表面。透鏡603，將基板表面所反射之光聚光，並成像於位置感測器604上以作為基板之反射部。
由以上之構成，曝光基板8之高度與設定於加工程式之高度(實際測量曝光基板8之複數處高度所獲得之平均高度或設計上高度。以下，稱為「設定高度」)不同時，位置感測器上之成像位置隨自設定高度偏移之大小而變化。因此，藉由讀取此變化量，能檢測出實際曝光基板8之高度。
其次，說明此實施形態之動作。
使裝載曝光基板8之載台80依照感光材料之感度，以一定速度v於y方向自圖4之前側往內側移動。各高度檢 測器600，於各固定時間檢測曝光基板8之表面高度。所檢測出之表面高度與曝光基板8之位置資訊(測定處之xy座標值)同時儲存於控制電路9之記憶部。檢測出高度的部位，當以速度v經過既定時間，即到達曝光位置87(與DMD37相似之矩形)。控制電路9，自記憶部讀取到達曝光位置87之曝光基板8之表面高度，並根據此資訊使楔型玻璃727於y方向移動，使第2投影透鏡67之成像面與曝光基板8之表面一致。
圖6係曝光基板8之截面圖，係以示意方式表示將曝光基板8於x方向剖開時之表面附近的圖。
該圖中，曝光基板8之表面以實線表示。又，面700(Σex0)為設定高度。如該圖所示，曝光位置87內之高度隨部位而分別不同。此處，由於檢測器600配置於各曝光位置之兩端，因此，將虛線所示之第2投影透鏡之成像面定位於各曝光位置之兩端高度的平均值。此外，藉縮小檢測器600之配置間隔，能縮小實際曝光基板8之表面與投影透鏡之成像面之差值的偏差。
又，在此雖已說明x方向之截面，但於y方向亦相同。是以，例如，設曝光位置87之y方向之長度為y1、x方向之長度為x1時，實際上為將第2投影透鏡之成像面的高度，設為與區域y1×x1內所測定之高度的平均值一致。此外，其他曝光位置81～86亦相同。
如以上說明，此實施形態，由於曝光時同時進行曝光基板之表面高度之測量與成像面高度方向之位置調整，因 此，能於曝光基板之全面使成像面大致對齊於曝光基板之表面。其結果，圖案寬度成為均一。
其次，說明進一步提昇檢測器600之曝光基板表面之高度檢測精度的方法。
將自圖5說明之發光體607所輸出之測定光作為P偏振，並將主光線B11之入射角作為配置於曝光基板8之表面之感光層之折射率所決定之布魯斯特角(Brewster angle)θB 入射。以此方式，如圖7所示，全部之入射光通過感光層81(亦即，在感光層表面未被反射)，到達底層之基板面。又，被底層之基板面反射並回到上方之光，幾乎保持P偏振之狀態，不被感光層之表面反射而回到上方，作為檢測光D11自感光層射出並射入位置感測器604。亦即，以圖中虛線表示之檢測時感光層表面所反射之成為雜訊之雜訊光D11n成為0。且，射入位置感測器604之入射光幾乎不衰減。是以，能進行優良精度之檢測(測定)。
又，由於將檢測器600U所測定之結果儲存於控制電路9，因此，例如即使有如超出第2投影光學系統之焦點深度之彎曲的情形，亦能容易特定出有彎曲的位置。是以，能預先表示此種基板上之位置，或警告表示曝光後該部分成為不良品之高危險性，並作為資料儲存。
8‧‧‧曝光基板
67‧‧‧第2投影透鏡
717‧‧‧第1楔型玻璃
727‧‧‧第2楔型玻璃
717u‧‧‧第1楔型玻璃之面
727u‧‧‧第2楔型玻璃之面
θ‧‧‧楔型玻璃717、727之傾斜面的角度
δ‧‧‧面717u及面727u之距離
圖1係本發明實施例1之無光罩曝光裝置的構成圖。
圖2係本發明之楔型玻璃單元的主要部分立體圖。
圖3係從圖2之箭號K方向觀察的圖。
圖4係本發明實施例2之無光罩曝光裝置的構成圖。
圖5係高度檢測器的構成圖。
圖6係曝光基板的截面圖。
圖7係本發明之測量光的說明圖。
GU7‧‧‧楔型玻璃單元
8‧‧‧曝光基板
9‧‧‧控制裝置
11～17‧‧‧曝光照明系統
27‧‧‧返折鏡
37‧‧‧2維空間調變器
47‧‧‧第1投影透鏡
57‧‧‧微透鏡陣列
67‧‧‧第2投影透鏡
80‧‧‧載台
717‧‧‧第1楔型玻璃
727‧‧‧第2楔型玻璃
82‧‧‧曝光位置
86‧‧‧曝光位置
87‧‧‧曝光位置

Claims (2)

  1. 一種無光罩曝光裝置，係具有輸出曝光用照明光之曝光光源、2維空間調變器、第1投影透鏡、微透鏡陣列、第2投影透鏡、保持曝光基板並移動於與該第2投影透鏡之光軸正交之方向之載台、板厚方向之一面相對於板厚方向之另一面成角度θ之傾斜面之第1與第2的2個楔型玻璃、及使該楔型玻璃之至少1個移動的移動手段，將該第1楔型玻璃之該另一面配置成垂直於該第2投影透鏡之光軸，並組合該第2楔型玻璃之該一面，使其與該第1楔型玻璃之該一面之距離成為預定值，配置於該第2投影透鏡之入射側或出射側，其特徵在於，具備：複數個基板表面之高度檢測手段，係位於該第2投影透鏡在該曝光掃描方向之前側，排列於與該曝光掃描方向正交之方向；以及控制電路，以下述方式控制該移動手段，即根據該複數個高度檢測手段檢測出之複數個高度資訊，在該檢測出之基板上之位置因該基板之曝光掃描到達該第2投影透鏡之光軸之期間運算該第2投影透鏡之焦點位置，在該基板上之位置到達該第2投影透鏡之光軸時使該第2投影透鏡之焦點與該位置之基板之表面一致；該控制電路儲存該高度檢測手段檢測出之檢測結果，且預先表示超過該第2投影透鏡之焦點深度之可能性高之位置。
  2. 一種無光罩曝光裝置，係具有輸出曝光用照明光之曝 光光源、2維空間調變器、第1投影透鏡、微透鏡陣列、第2投影透鏡、保持曝光基板並移動於與該第2投影透鏡之光軸正交之方向之載台、板厚方向之一面相對於板厚方向之另一面成角度θ之傾斜面之第1與第2的2個楔型玻璃、及使該楔型玻璃之至少1個移動的移動手段，將該第1楔型玻璃之該另一面配置成垂直於該第2投影透鏡之光軸，並組合該第2楔型玻璃之該一面，使其與該第1楔型玻璃之該一面之距離成為預定值，配置於該第2投影透鏡之入射側或出射側，其特徵在於，具備：複數個基板表面之高度檢測手段，係位於該第2投影透鏡在該曝光掃描方向之前側，排列於與該曝光掃描方向正交之方向；以及控制電路，以下述方式控制該移動手段，即根據該複數個高度檢測手段檢測出之複數個高度資訊，在該檢測出之基板上之位置因該基板之曝光掃描到達該第2投影透鏡之光軸之期間運算該第2投影透鏡之焦點位置，在該基板上之位置到達該第2投影透鏡之光軸時使該第2投影透鏡之焦點與該位置之基板之表面一致；該控制電路儲存該高度檢測手段檢測出之檢測結果，且警告表示曝光後超過該第2投影透鏡之焦點深度之可能性高之位置的部分成為不良品之可能性高，並作為資料儲存。
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