TWI463270B - 雷射曝光裝置 - Google Patents

Description

雷射曝光裝置

本發明係關於一種雷射曝光裝置，其具有於與雷射光的光軸略呈直交之面內併排地配置有複數個聚光透鏡之蠅眼透鏡，詳而言之，係關於一種可使蠅眼透鏡所產生之雷射光的干涉條紋均勻化，並減少雷射光的照度不均勻以均勻地進行曝光之雷射曝光裝置。

習知的雷射曝光裝置為了將雷射光均勻地照射在被曝光體上，而利用可擴大雷射光徑之擴束器及用以使光徑擴大後的雷射光強度分佈均勻化之蠅眼透鏡等光學積分器等。再者，亦有為了將因雷射光之同調性(可干涉性)而使得蠅眼透鏡的透過光互相干涉所產生之干涉條紋降低，而在擴束器與蠅眼透鏡之間設置光線路徑差調整組件(例如參照日本特開2004-12757號公報)。

然而，此種習知的雷射曝光裝置，由於光線路徑差調整組件只設置在擴束器與蠅眼透鏡之間，故無法完全去除因蠅眼透鏡的透過光所產生之干涉條紋，且會因些微殘存的干涉條紋而使得被曝光體上發生照度不均勻的情況，而難以形成微細圖樣。

因此，本發明鑑於上述問題點，其目的在於提供一種可使因蠅眼透鏡所產生之雷射光的干涉條紋均勻化，並減少雷射光的照度不均勻以均勻地進行曝光之雷射曝光裝置。

為達成上述目的，本發明之雷射曝光裝置，係具備：雷射光源，係用以放射雷射光；第1蠅眼透鏡，係於與該雷射光的光軸略呈直交之面內併排地配置有複數個透鏡，將射出光暫時聚集後呈放射狀地散射以擴大雷射光的剖面形狀；第1相位差產生機構，係設置於該第1蠅眼透鏡之雷射光入射側處，以使分別射入至該第1蠅眼透鏡的各聚光透鏡之雷射光產生相位差；聚光透鏡，係使從該第1蠅眼透鏡射出而擴大剖面形狀之雷射光成為平行光；第2蠅眼透鏡，係於與該聚光透鏡的光軸略呈直交之面內併排地配置有複數個透鏡，以使利用雷射光所照射之光罩照射區域內的光強度分佈均勻化；以及第2相位差產生機構，係設置於該第2蠅眼透鏡之雷射光入射側處，以使分別射入至該第2蠅眼透鏡的各聚光透鏡之雷射光產生相位差。

藉由此種結構，從雷射光源放射出雷射光，並在不擴大其光束徑的狀態下使其入射至設置於第1蠅眼透鏡的雷射光入射側之第1相位差產生機構，以利用該第1相位差產生機構，來使分別射入至與第1蠅眼透鏡的光軸略呈直交之面內併排配置的複數個聚光透鏡之雷射光產生相位差，並降低從第1蠅眼透鏡所射出之雷射光的同調性，再利用第1蠅眼透鏡將各聚光鏡的射出光暫時聚光後，使其呈放射狀地散射以擴大雷射光的剖面形狀，利用聚光鏡來使剖面形狀擴大後之雷射光成為平行光，並利用設置於第2蠅眼透鏡的雷射光入射側之第2相位差產生機構，來使分別射入至與第2蠅眼透鏡的光軸略呈直交之面內併排配置的複數個聚光透鏡之雷射光產生相位差後，再次降低從第2蠅眼透鏡所射出之雷射光的同調性，以利用第2蠅眼透鏡來使光強度分佈均勻化而照射在光罩上。藉此，由於利用第1及第2兩個相位差產生機構來使分別射入至第1及第2蠅眼透鏡的各聚光鏡之複數道雷射光產生相位差，可減少從第1及第2蠅眼透鏡所射出之雷射光的同調性，故可較習知技術更加減少產生於照射區域之干涉條紋。又，和使用一個蠅眼透鏡的情況相比，可使雷射光之強度分佈更加均勻化，並更加減少照度的不均勻。因此，可均勻地照射在光罩上以均勻地進行曝光，並易於對被曝光體進行微細圖樣的曝光。又，第1蠅眼透鏡係同時具有可使雷射光均勻化與擴大光束徑之功能，故不需另外具備擴束器，而可減少零件數量。

又，該聚光透鏡之雷射光入射側處係設置有相對於光軸呈傾斜並以光軸為中心而進行迴轉之透明的平行平面迴轉板。藉此，可使設置於聚光透鏡之雷射光入射側處且相對於光軸傾斜地配置之透明的平行平面迴轉板以光軸為中心而進行迴轉，以改變入射至第2蠅眼透鏡之雷射光的入射角度。因此，可使利用從第2蠅眼透鏡之各聚光鏡射出的雷射光所照射之光罩上的照射區域隨著平行平面迴轉板的迴轉而微動，以使產生於光罩上的照射區域之雷射光的干涉條紋均勻化且變得不明顯。藉此，可更加減少雷射光的照度不均勻，並將被曝光體更均勻地曝光。

以下，根據添附圖式詳細說明本發明實施形態。圖1係顯示本發明之雷射曝光裝置的第1實施形態之前視圖。該雷射曝光裝置係透過光罩來將雷射光照射在被曝光體上並加以曝光，其具有雷射光源1、第1蠅眼透鏡2、第1光線路徑差調整組件3、第1聚光鏡4、平行平面迴轉板5、第2蠅眼透鏡6、第2光線路徑差調整組件7及第2聚光鏡8。

上述雷射光源1為紫外線脈衝式雷射發振器，可使用準分子雷射或YAG(yttrium aluminium garnet；釔鋁石榴石)雷射等。

上述雷射光源1之雷射光放射方向前方處設置有第1蠅眼透鏡2。該第1蠅眼透鏡2係可將從雷射光源1所放射之雷射光暫時聚光後，使其呈放射狀地散射而發揮擴大雷射光剖面形狀之擴束器功能，並使後述第2蠅眼透鏡6之入射側面內的光強度分佈均勻化，而於與雷射光的光軸略呈直交之面內陣列式(例如縱3個×橫3個)地併排配置有複數個聚光鏡2a者。

上述第1蠅眼透鏡2之雷射光入射側處設置有第1光線路徑差調整組件3。該第1光線路徑差調整組件3係用以減少從第1蠅眼透鏡2射出之雷射光的同調性，並抑制從第1蠅眼透鏡2的各聚光鏡2a射出之複數道雷射光在第2蠅眼透鏡6的入射側面上互相干涉的情況，而為用以使分別射入至第1蠅眼透鏡2的各聚光鏡2a之複數道雷射光產生相位差之第1相位差產生機構。

具體來說，第1光線路徑差調整組件3設置有對應於第1蠅眼透鏡2的各聚光鏡2a，其係平行於光軸之軸方向的長度各自相異且折射率大於1之細長狀透明組件3a(例如石英玻璃或透明玻璃等)，而具有可改變分別射入至第1蠅眼透鏡2的各聚光鏡2a之複數道雷射光的光學路徑長度之功能。

於上述雷射光的進行方向，在第1蠅眼透鏡2的下游側設置有第1聚光鏡4。該第1聚光鏡4係用以使從第1蠅眼透鏡2射出的放射狀雷射光成為平行光，而係於光的入射側處為平坦的平凸透鏡，以使其前焦點位置約略與第1蠅眼透鏡2的後焦點位置一致。

上述第1蠅眼透鏡2與第1聚光鏡4之間的光線路徑上設置有平行平面迴轉板5。該平行平面迴轉板5係用以改變入射至後述第2蠅眼透鏡6之雷射光的入射角度，而設置有相對於光軸呈傾斜的透明圓板(例如玻璃)，其係以光軸為中心而進行迴轉。藉以使光罩9上之雷射光的照射區域微動，以使產生於光罩9上之第2蠅眼透鏡6所產生之雷射光的干涉條紋均勻化且變得不明顯。又，可減少經由第1光線路徑差調整組件3而從第1蠅眼透鏡2所放射出之雷射光的照度不均勻。

圖2係顯示平行平面迴轉板5的位置與入射至第2蠅眼透鏡6之雷射光的入射角度及光罩9上照射區域變化的關係之說明圖。

當平行平面迴轉板5以光軸為中心而進行迴轉時，平行平面迴轉板5係如圖2(a)之前視圖中以箭頭所示般地來回移動。此時，當平行平面迴轉板5位於同圖(a)中以實線所示之位置時，雷射光會因該平行平面迴轉板5而如實線所示般地折射，並以一定的入射角度入射至第2蠅眼透鏡6的聚光鏡6a。

另一方面，當平行平面迴轉板5迴轉而達到圖2(a)中以虛線所示之位置時，雷射光會因該平行平面迴轉板5而如虛線所示般地折射，並以與上述相異之入射角度入射至上述聚光鏡6a。其結果為，利用從第2蠅眼透鏡6射出的雷射光所照射之光罩9上的照射區域10，會從同圖(b)中實線所示之區域移動至虛線所示之區域。如此地，藉由迴轉平行平面迴轉板5來改變入射至第2蠅眼透鏡6之雷射光的入射角度，可將第1蠅眼透鏡2所射出之雷射光的強度不均勻加以均勻化，並使光罩9上的照射區域10微動，則可使因從第2蠅眼透鏡6射出的複數道雷射光的干涉，而導致產生於光罩9上之干涉條紋的明暗模様及照度不均勻加以均勻化且變得不明顯。

於上述雷射光的進行方向，在第1聚光鏡4的下游側設置有第2蠅眼透鏡6。該第2蠅眼透鏡6係用以使光罩9之照射區域10內的光強度分佈均勻化，而於與雷射光的光軸略呈直交之面內陣列式(例如縱12個×橫4個)地併排配置有複數個聚光鏡6a，其係將相同的二個蠅眼透鏡加以組合所形成之雙蠅眼透鏡。

上述第2蠅眼透鏡6之雷射光入射側處設置有第2光線路徑差調整組件7。該第2光線路徑差調整組件7係用以減少從第2蠅眼透鏡6射出之雷射光的同調性，並抑制從第2蠅眼透鏡6的各聚光鏡6a射出之複數道雷射光在光罩9上互相干涉，而為用以使分別射入至第2蠅眼透鏡6的各聚光鏡6a之複數道雷射光產生相位差之第2相位差產生機構。

具體來說，第2光線路徑差調整組件7係分別對應於第2蠅眼透鏡6的縱4列聚光鏡6a，將平行於光軸之軸方向的長度各自相異且折射率大於1之板狀透明組件7a(例如石英玻璃或透明玻璃等)横向地重疊所形成，而具有可改變分別射入至第2蠅眼透鏡6的各聚光鏡6a之縱4列雷射光於横向方向相鄰之列與列之間的光學路徑長度之功能。

於上述雷射光的進行方向，在第2蠅眼透鏡6的下游側設置有第2聚光鏡8。該第2聚光鏡8係用以使從第2蠅眼透鏡6射出的雷射光成為平行光而垂直入射至光罩9，其係將光的入射側為平坦的二片平凸透鏡加以組合所構成，以使其前焦點位置約略與第1蠅眼透鏡2的後焦點位置一致。此外，圖1中，符號11、12、13為用以使光線路徑產生折射之平面反射鏡。

接下來，針對上述結構之雷射曝光裝置的動作加以說明。

從雷射光源1所放射之雷射光會在二個反射鏡11、12反射而入射至第1光線路徑差調整組件3。該第1光線路徑差調整組件3係對應於第1蠅眼透鏡2的各聚光鏡2a，將平行於光軸之軸方向的長度各自相異且折射率大於1之複數個透明組件3a加以組合所構成，故從第1光線路徑差調整組件3的複數個透明組件3a射出的複數道雷射光，其彼此間的相位會有所差異。

從第1光線路徑差調整組件3的複數個透明組件3a射出的複數道雷射光，會分別射入至與1蠅眼透鏡2相對應之聚光鏡2a。然後，從第1蠅眼透鏡2的各聚光鏡2a射出的複數道雷射光分別聚光在各聚光鏡3a的後焦點後，會呈放射狀地散射。此時，由於入射至第1蠅眼透鏡2的各聚光鏡2a之各雷射光，其彼此間的相位會有差異，故可減少從第1蠅眼透鏡2所射出之雷射光的同調性。因此，利用從各聚光鏡2a射出的複數道雷射光所照射之第2蠅眼透鏡6上，各雷射光的干涉會被抑制且干涉條紋的產生會被抑制，而可略均勻地照射在第2蠅眼透鏡6上。

從第1蠅眼透鏡3射出的放射狀雷射光藉由第1聚光鏡4成為平行光後，會經由第2光線路徑差調整組件7而入射至第2蠅眼透鏡6。此時，第1聚光鏡4之雷射光入射側處係設置有將透明圓板(例如玻璃)相對於光軸呈傾斜地配置之平行平面迴轉板5，由於其係以光軸為中心而進行迴轉，故會在平行平面迴轉板5被折射，而使得其射出之雷射光的主光線之入射至第1聚光鏡4的位置會如圖2(a)所示般地在第1聚光鏡4的半徑方向發生變化。藉此，如同圖(a)所示，入射至第2蠅眼透鏡6之雷射光的入射角度會發生變化。同時，入射至第2蠅眼透鏡6之雷射光的照度不均勻會被均勻化。

另一方面，從第1聚光鏡4射出的雷射光，在將平行於光軸之軸方向的長度各自相異且折射率大於1之複數個透明組件7a加以組合所構成第2光線路徑差調整組件7處，會被分割為複數道雷射光而照射在第2蠅眼透鏡6上。此時，由於通過第2光線路徑差調整組件7的各透明組件7a之各雷射光的光學路徑長度各自相異，故從第2光線路徑差調整組件7射出的雷射光彼此之間處會發生相位差。因此，可減少從第2蠅眼透鏡6所射出之雷射光的同調性，且可抑制從第2蠅眼透鏡6的各聚光鏡6a射出而照射在光罩9上之各雷射光的干涉。

從第2蠅眼透鏡6的各聚光鏡6a射出之雷射光分別暫時地聚光在各聚光鏡6a的焦點後，會呈放射狀地散射而入射至平面反射鏡13。然後，雷射光以平面反射鏡13被反射後，藉由第2聚光鏡8而成為平行光並略垂直地入射至光罩9，而均勻地照射在光罩9上。

此處，上述第1實施形態中，第2光線路徑差調整組件7係將光軸方向的長度相異且縱方向呈長板狀之透明組件7a横向地重疊所構成，相對於縱向地併排於第2蠅眼透鏡6之各聚光鏡6a，會入射有同相位的雷射光，而相對於横向地併排之各聚光鏡6a，會入射有相位相異之雷射光，故於光罩9上的照射區域10處，雖然是非常些微但仍會有產生從縱向地併排於第2蠅眼透鏡6的各聚光鏡6a射出之同相位雷射光所造成的干涉條紋之虞。然而，上述第1實施形態中，第1聚光鏡4入射側處係設置有平行平面迴轉板5，並將其以光軸為中心而進行迴轉，故入射至第2蠅眼透鏡6之雷射光的入射角度會發生變化。因此，如圖2(b)所示，可使利用光罩9上之雷射光所照射的照射區域10微動，來將上述干涉條紋的明暗模様加以均勻化且變得不明顯，並將雷射光的照度不均勻加以均勻化以均勻地進行曝光。

圖3係顯示本發明之雷射曝光裝置的第2實施形態之前視圖。該第2實施形態中，與第1實施形態之相異點為，係取代第2聚光鏡8而於平面反射鏡13之位置設置有準直透鏡14。此時，使準直透鏡14的前焦點位置約略與第2蠅眼透鏡6的後焦點位置一致。藉以使從第2蠅眼透鏡6射出的雷射光成為平行光而垂直入射至光罩9。

此外，上述第1及第2實施形態中，係針對第2光線路徑差調整組件7為將分別對應於第2蠅眼透鏡6的縱4列聚光鏡6a而在其平行於光軸之軸方向的長度各自相異之板狀透明組件7a横向地重疊所形成的情況加以說明，但本發明不限定於此，而亦可為將對應於第2蠅眼透鏡6之各聚光鏡6a而在其平行於光軸之軸方向的長度各自相異之細長狀透明組件加以組合所形成。此時，由於從第2蠅眼透鏡6的各聚光鏡6a所射出之各雷射光的相位係完全不同，故可降低各雷射光在光罩9上發生干涉之虞。

又，上述實施形態中，係針對相位差產生機構為光線路徑差調整組件的情況加以說明，但本發明不限定於此，而亦可為對應於蠅眼透鏡之各聚光鏡所設置之相位板。

1．．．雷射光源

2．．．第1蠅眼透鏡

2a．．．聚光鏡

3．．．第1光線路徑差調整組件

3a．．．透明組件

4．．．第1聚光鏡

5．．．平行平面迴轉板

6．．．第2蠅眼透鏡

6a．．．聚光鏡

7．．．第2光線路徑差調整組件

7a．．．透明組件

8．．．第2聚光鏡

9．．．光罩

10．．．照射區域

11、12、13．．．平面反射鏡

14．．．準直透鏡

圖1係顯示本發明之雷射曝光裝置的第1實施形態之前視圖。

圖2(a)、2(b)係顯示上述雷射曝光裝置之平行平面迴轉板的位置與入射至第2蠅眼透鏡之雷射光的入射角度及光罩上照射區域變化的關係之說明圖。

圖3係顯示本發明之雷射曝光裝置的第2實施形態之前視圖。

1．．．雷射光源

2a．．．聚光鏡

3．．．第1光線路徑差調整組件

3a．．．透明組件

4．．．第1聚光鏡

5．．．平行平面迴轉板

6．．．第2蠅眼透鏡

6a．．．聚光鏡

7．．．第2光線路徑差調整組件

7a．．．透明組件

9．．．光罩

10．．．照射區域

11、12、13．．．平面反射鏡

2a、6a．．．聚光鏡

3a、7a．．．透明組件

Claims (2)

1. 一種雷射曝光裝置，係具備：雷射光源，係用以放射雷射光；第1蠅眼透鏡，係於與該雷射光的光軸略呈直交之面內併排地配置有複數個透鏡，將射出光暫時聚集後呈放射狀地散射以擴大雷射光的剖面形狀；第1相位差產生機構，係設置於該第1蠅眼透鏡之雷射光入射側處，以使分別射入至該第1蠅眼透鏡的各聚光透鏡之雷射光產生相位差；聚光透鏡，係使從該第1蠅眼透鏡射出而擴大剖面形狀之雷射光成為平行光；第2蠅眼透鏡，係於與該聚光透鏡的光軸略呈直交之面內併排地配置有複數個透鏡，以使利用雷射光的光罩之照射區域內的光強度分佈均勻化；第2相位差產生機構，係設置於該第2蠅眼透鏡之雷射光入射側處，以使分別射入至該第2蠅眼透鏡的各聚光透鏡之雷射光產生相位差；以及透明的平行平面迴轉板，係以相對於光軸呈傾斜地被配置於該聚光透鏡之雷射光之入射側，並以光軸為中心進行旋轉而使該照射區域微動。
2. 如申請專利範圍第1項之雷射曝光裝置，其中該第2相位差產生機構，是將光軸方向的長度各自相異，且在與光軸直交之面內中的第1方向較長之複 數個板狀透明組件，沿著與該第1方向直交之第2方向重疊所構成。