TWI514002B - 光學投影陣列曝光系統與其方法 - Google Patents

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Description

光學投影陣列曝光系統與其方法
本發明係關於微影製作之領域。詳言之，本發明係關於一種無光罩之數位投影曝光系統。
本申請案主張2013年6月4日提出申請之第13/909,076號美國專利正式申請案「光學投影陣列曝光系統」之優先權，該正式申請案則主張2012年6月4日提出申請之第61/655,475號美國專利臨時申請案「光學投影陣列曝光系統」之優先權。上列美國專利申請案之全文在此以引用之方式併入本文。
本說明書描述一無光罩數位投影曝光系統之多種實施例。在一實施例中，該系統包含一照明模組、一投影模組及一照明-投影光束分離器。該照明模組可提供照明光，俾使該照明光呈現由該空間光調變器成像系統所成像之資料圖案。該投影模組可將該照明光投射至一基板而成像。該照明-投影光束分離器係連接於該照明模組與該投影模組之間，且可沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸實質平行。
在另一實施例中，一種形成一空間光調變器成像系統之方法 包含下列步驟：提供一照明模組，藉以提供照明光，俾使該照明光呈現由該空間光調變器成像系統所成像之資料圖案；提供一投影模組，藉以將該照明光投射至一基板；及提供一照明-投影光束分離器，其係連接於該照明模組與該投影模組之間，且可沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸實質平行。
100‧‧‧SLM成像單元
102‧‧‧照明模組
104‧‧‧照明-投影光束分離器
106‧‧‧投影模組
108‧‧‧攝影模組
202、204、302、304‧‧‧稜鏡
206、306‧‧‧空氣間隙
208、308‧‧‧光束定向調整器
210、310‧‧‧微鏡陣列(數位微鏡裝置)
212、214、216、218、220、222、312、314、316、318、320、322‧‧‧表面
402、404、406、408、410、412、602、604、606、608、610、612、802、804、806、808、810、812‧‧‧曲線
在一併參閱本發明實施例之詳細說明及下列附圖後，當可對本發明之上述特徵與優點及其他特徵與優點有更清楚之瞭解。
第1A圖繪示本發明實施例中一空間光調變器(SLM)成像單元之範例。
第1B圖係本發明實施例中如第1A圖所示空間光調變器(SLM)成像單元之光徑概覽圖範例。
第2A圖係本發明實施例中一照明-投影光束分離器之二維圖式範例。
第2B圖係本發明實施例中如第2A圖所示照明-投影光束分離器之三維圖式範例。
第2C圖係本發明實施例中如第2A圖所示照明-投影光束分離器之另一三維圖式範例。
第3圖繪示本發明實施例中另一照明-投影光束分離器之範例。
第4圖係本發明實施例中一1X(或1倍成像微縮倍率)投影光學系統於+Y場之均方根波前誤差圖。
第5圖係本發明實施例中一6X(或6倍成像微縮倍率)投影光學系統之剖 面圖範例。
第6圖係本發明實施例中如第5圖所示之6X投影光學系統於+Y場之均方根波前誤差圖。
第7圖繪示本發明實施例中一6X攝影機光學系統之範例。
第8圖係本發明實施例中如第7圖所示之6X攝影機光學系統於+Y場之均方根波前誤差圖。
第9圖繪示本發明實施例中一種形成一空間光調變器成像系統之方法
以下說明旨在使熟習此項技藝之人士得以製作並使用本發明，其中針對特定實施例及應用所作之說明僅為範例。上述人士可輕易思及本文所述範例之各種修改及組合方式，且本文所界定之一般原理或可用於其他範例及應用而不脫離本發明之精神與範圍。因此，本發明並不限於本說明書所描述及繪示之範例，而係涵蓋符合本文所揭示之原理及特徵之最大範圍。
就用於生產用之無光罩投影曝光系統而言，其單位時間產能量至少應與光罩式微影系統相當方有量產之價值。一如前述，SLM成像單元之尺寸偏小，因而限縮各曝光區之面積。若欲構成完整之光罩圖案，必須搭配使用一掃描系統，其掃描速度可視多種因素而定，包括SLM成像單元圖案資料輸入網路之頻寬、反射鏡像素之傾角與穩定時間、曝光方式及照明強度等。無論SLM成像單元之曝光方式為何，單一SLM成像單元可能均無法達到光罩式微影系統之單位時間處理量。但若將複數個SLM成像單元排成一陣列，並使其平行分攤所需提供之總曝光量，則此系統之單位時 間處理量當可數倍於傳統之光罩式曝光系統。之所以能將複數個SLM成像單元組成一無光罩曝光系統，實因無光罩曝光所需之投影及照明光學系統尺寸甚小。在習知光罩式曝光系統中，光學視野之尺寸須根據光罩總面積而設計，導致光學系統之體積甚大，其中僅光學系統之材料成本便較SLM柱陣列之材料成本高出10倍數量級以上。
為能將複數個SLM成像單元組成一陣列，各單元均須具有小巧之設計，以形成緊密排列之陣列構造。但此一小巧設計使吾人難以利用傳統之汞弧燈作為照明光源，其原因在於傳統汞弧燈不但尺寸甚大，且需散熱。一較佳之替代設計係使用固態二極體雷射。將光纖附著於二極體雷射之雷射端，即可透過光纖有效率地傳導脈衝雷射光。若將複數條此種雷射光纖聚集成束，並於操作時使用10瓦之總雷射功率，則此設計將具有一小巧但可於SLM成像單元之成像平面提供足夠照明強度之照明光源。倘若改用汞弧燈，則電弧之固有亮度將大幅限縮有效功率。
除了使用小巧之高效率照明光源外，SLM成像單元之設計尚可配合一反射式空間光調變器，並將雷射二極體至基板之光損耗降至最低。其原理在於，令照明-投影光束分離器內之光徑產生折曲，致使光線入射於用以形成空氣間隙之表面時，其入射角係大於臨界角，因而形成全反射；或者遠小於臨界角，故可有效率地穿過該空氣間隙。
為將複數個SLM成像單元組成一可提供同步曝光之緊密陣列，各單元可具有小巧之覆蓋面積(footprint)，使其設置位置得以靠近相鄰之SLM成像單元。在一投影陣列曝光系統中，各SLM成像單元之曝光可以彼此獨立但相互協同之方式進行，俾在基板上構成完整圖案。圖案資料可 根據複數個SLM成像單元而分割，然後分別輸入各SLM成像單元以進行曝光。在某一做法中，各SLM成像單元之光徑可經過設計，使其可輕易達成所需構形，並成為一包括複數個SLM成像單元之緊密曝光系統陣列之一部分。
第1A圖繪示本發明實施例中一空間光調變器(SLM)成像單元之範例。根據本發明之實施例，各SLM成像單元須使用複數個光學模組方能獨立運作。如第1A圖所示，SLM成像單元100包括照明模組102、照明-投影光束分離器104、投影模組106，及非必要之攝影模組108。照明模組102包括一強度足以提供所需曝光波長之曝光光源，以及一可於SLM成像區產生均勻照明效果之導光筒(kaleido)或光管。投影模組106可將圖案資料成像於基板上。投影模組106之光徑可與照明模組102之主光徑共線(又稱平行)，藉以縮小單元之覆蓋面積；換言之，照明模組102與投影模組106可製成細長垂直之形態。攝影模組108可監測SLM成像單元100成像品質之各種面向(包括但不限於透鏡之對焦及對準狀況)，並檢查SLM反射鏡之啟動-關閉行為。因此，攝影模組108可用於SLM成像單元之維修，並針對曝光變異提供有用之診斷。在一實施例中，攝影模組108可位於後端並朝向各SLM成像單元之側邊，如此一來，SLM成像單元便可從左至右呈狹長狀，使複數個柱體得以輕易組設成小巧之單排構形。若有必要，次一列SLM成像單元可與前一列保持一預定間距，以提供攝影模組108所需之額外空間。
第1B圖繪示從光管至基板之路徑中、通過各個不同部分之光徑。光徑之不同段落分別如小圖131、132、133、134及135所示。各小圖亦分別繪示其主要元件。第1表為表面/元件之詳細清單。第1表中之元件 即為形成第1A圖及第1B圖所示SLM成像單元所需之元件。
在本發明之實施例中，若欲控制成像/製印之解析度，可令投影物鏡具有適當之縮小係數。但提高縮小係數後，曝光區將隨縮小係數之增加而以二次方之比率縮小，進而對單位時間之曝光處理量造成負面影響；此外，可能必須大幅提高待操控之像素數，否則無法完整形成已輸入數位微鏡裝置(DMD)之資料。就印刷電路板(PCB)之微影製程而言，微影製印之解析度可能高於20微米，因此，在原始DMD反射鏡像素之尺寸為約10.8微米之情況下，下文中物鏡無縮小功能之1X SLM成單元可能足堪使 用。此一縮放係數亦有助於確保吾人在單位時間內可達所需之曝光處理量。另就發光二極體(LED)及直通矽晶穿孔(TSV)等應用而言，設計規則中之最小關鍵尺寸(CD)大多在3至5微米之範圍內，因此，該等應用或可使用下文所述之6X投影光學設計，其中DMD反射鏡之製印尺寸可能在3微米左右。上述應用可將複數個SLM成像單元排成一陣列構形，藉以滿足所需之單位時間處理量。
本發明之若干態樣可使用1X物鏡之設計及6X(縮小)物鏡之設計。但請注意，本發明亦可使用多種大於或小於1X或6X之微縮倍率。上述兩種設計可使用相同之照明模組102。為方便對焦及對準，投影物鏡可針對各種光化曝光波長及所選定之非光化波長(其通常位於光譜之可見光波段，有時則位於紅外光波段)設計出一共用焦點。此外，可於各SLM成像單元之本體上安裝一可程式對焦平台以便自動對焦，使DMD影像可於曝光過程中隨基板表面而移動。
在本發明之若干態樣中，所述系統係設計為可監測DMD陣列中每一微鏡之照明填充係數。換言之，該系統可檢查各微鏡之傾角(可在開啟與關閉位置之間變化，或在-12度與+12度之間變化)，俾確保位於開啟位置之微鏡可將入射於微鏡之光線傳送至投影系統光瞳之標稱中心，並確保位於關閉位置之微鏡可將絕大部分入射於微鏡之光線自投影系統之光瞳中移除。製造商之產品規範中載明微鏡傾角可在±1度之範圍內變化。換言之，自微鏡反射之光束最多可有2度之角度變化。此一角度變化可使反射後之照明光束朝投影系統光瞳之邊緣偏移，但大部分光線仍將穿過投影系統。因此，使用相對較小之照明填充係數可確保所述設計對此微鏡傾角變 化具有調適力。若欲降低對微鏡傾角變化之敏感度，另一做法係令照明模組102過填充(over-fill)投影透鏡之光瞳。一更有效率之做法係令照明之數值孔徑(NA)小於投影之數值孔徑，並以此照明對投影光瞳進行低度填充(under filling)，此種照明通常稱為部分同調照明。同調照明係數(σ)可以下式表示：σ=照明之數值/成像物鏡之數值孔徑當照明之數值孔徑等於物鏡之數值孔徑時，σ為1。過填充意指σ大於1。當σ等於或大於1時，此照明為非同調照明，其所產生之影像較寬，且第一零點外之光環效應較不顯著。在某些微影成像應用中可令σ0.5，其原因在於，當吾人使用高對比之光阻系統時，往往希望產生某種程度之光環效應。影像之特徵曲線(image profile)在接近曝光低限處愈陡峭，則線寬控制之效果愈佳。較顯著之光環效應係出現在曝光量遠低於曝光低限之部位，且此等光環在影像顯影後即不可見。本文所揭示之SLM成像單元係選用偏小之σ係數(0.25至0.27)，俾能在複數個幾乎隨機分布之像素相互重疊之情況下，形成較佳之空中影像特徵曲線。此做法可能有違一般認知，尤其在吾人以二極體雷射作為照明光源之情況下則更顯如此。不同於習知汞弧燈或LED光源，雷射光源可能本質上即具有高度同調性，因而易產生雷射光斑，使成像平面上之光線分布不均。當照明之同調性愈高，或σ值愈小時，光線分布不均之情形則愈明顯。根據本發明之若干態樣，具有較小σ係數之照明系統可與像素融合法搭配使用，其中像素融合法係一種可將相互重疊之像素合併成像以形成圖徵之方法。此做法不僅可形成較佳之影像邊緣輪廓，更 可減少微鏡傾角誤差之不良影響。本發明實施例之一解決方案係以雷射二極體照明光源搭配σ值較小之照明設計，並採用可令多個像素相互重疊之曝光成像法，藉以將所需曝光量平均由多個不同像素曝光合成。
照明模組102包括複數個雷射二極體，每個雷射二極體與單一光纖耦合，而形成一束光纖，該束光纖再耦合至一導光筒之一端，而該導光筒則使幾乎所有輸入光均得以傳遞至其另一端。雷射照明光束於導光筒內歷經十數次全內反射後輸出，此時，該雷射照明光束業經多次折曲，因而在導光筒之輸出面形成均勻之光量強度分布。該導光筒係安裝於一夾具之中心，但仍保有其全內反射(TIR)之特性，故可防止光線自導光筒之側壁漏出。為避免漏光，須減少有可能碰觸導光筒側璧之物體，因為該等物體可能導致明顯漏光。
可碰觸導光筒側璧之物質須選擇可滿足下列全內反射公式者。在此公式中，NA係指進光光纖輸出端之數值孔徑，其值大多在0.22左右。N1係指導光筒之折射率，其中該導光筒可以熔融矽石製成，而熔融矽石針對約405奈米波長之折射率接近1.47。根據該公式，所選物質(即可安全碰觸導光筒之物質)之折射率N2可小於1.45(針對約405奈米之波長)。諸如氟化乙丙烯(FEP)之鐵氟龍薄膜及一無機MgF2 塗料均具有上述特性，故適作此用。NA值可依下列數學式計算：
本發明若干態樣之做法係使用一夾座，其可利用一對具有凹槽之金屬爪將一導光筒夾持於兩片厚約5密耳之FEP(鐵氟龍)薄膜之間，另以螺絲將該對金屬爪旋緊，從而固定該導光筒。之所以能使用此FEP薄膜 「包覆層」，係因其折射率甚低，可維持導光筒全內反射之特性。其他實施例則可包括：先將一低折射率之材料塗於導光筒上以確保內反射，然後以不損壞塗層底面之方式夾持該導光筒。該塗料可為FEP鐵氟龍或MgF2 。該塗料可具有足以容許些許誤差但又不致大幅降低反射率之厚度。例如，該塗層之厚度可設為大於曝光波長之至少10倍。若不對導光筒進行塗裝，可改為在夾具側面塗布數微米厚之鐵氟龍薄膜。
以下段落將描述投影模組106之兩種設計，其中一種係採用微縮倍率為1X(1倍)之投影系統，另一種則採用微縮倍率為6X(6倍)之投影系統，後者可將約10.8微米之反射鏡像素縮小為六分之一，使基板上之像素尺寸為約1.8微米。第1A圖及上開第1表即說明如何實施此一包括照明模組102及投影模組106之1X光學系統。該6X系統可與該1X系統使用相同之照明模組102。投影模組106詳如第5圖及第2表所示。至於攝影模組108之範例可參見第7圖及第3表之圖示及表列內容。以下為設計數據概要。
基本光學光學系統參數摘錄如下：
兩種設計均可具有雙重遠心，並於視野內具有極低之失真率 (亦即遠小於0.1%)，且可針對約400奈米、405奈米、410奈米及633奈米之波長進行妥善校正。該1X設計亦可針對約550奈米之波長進行校正，其中550奈米係該系統之預定對準校正用之波長，至於該6X系統則利用約940奈米之波長進行對準校正。曝光輻射光譜可採用400-410奈米之波段，此亦說明為何共有三種待校正波長位於此波段。在製造及調整透鏡時，可使用以6328埃氦氖雷射波長操作之測相干涉儀。請注意，在某些情況下，校正後之波長範圍上界為下界之2倍以上，且所用玻璃可根據特定之設計準則而加以選擇。舉例而言，在放大倍率為1X之情況下，波前校正量可為約0.05波長均方根(RMS)，亦即校正後之波長範圍為380奈米至1050奈米，其範圍上界為下界之約3倍。以上說明可對照第4、6及8圖。請注意，上述兩種設計之技術特徵在於，兩者均於成像平面與第一透鏡元件之間設置一全透光無光學倍率的保護鏡。由於光阻曝光過程中所釋放之蒸氣可能殘留並覆蓋該等保護鏡，吾人可更換該等保護鏡或予以維修。
根據本發明之若干態樣，本發明之設計係令透鏡之影像側具有遠心性，以免放大倍率隨焦點位置而微幅變化。雖然接物側可能不須具備遠心性，但若接物側具有遠心性，將可減化照明裝置之設計，並改善數位微鏡裝置之效能及照明均勻度。
請注意，在某些微影應用中可能須將多個不同圖案以實質精準之方式疊加，其中該等圖案通常係由不同微影工具成像。由於此重疊精度可能小於最小圖徵尺寸，各微影工具之失真偏差經累加後，可能已用盡整體之重疊誤差容許值，導致對準誤差容許值為零。因此，除了在曝光波段內將視野中之失真度維持在極低水準外，本發明亦可經過設計，俾壓低 對準波長之成像失真度，此對準波長大多位於光譜之另一端。本發明採用低失真設計之另一原因，係為使相鄰SLM成像單元之影像可無縫接合。根據本發明之實施例，1X與6X設計可共用一照明模組，以及一鄰近微鏡陣列(又稱為數位微鏡裝置(DMD))之照明-投影光束分離器。
第2A圖繪示本發明實施例中一照明-投影光束分離器內之光徑範例。如第2A圖所示，照明-投影光束分離器104可由兩稜鏡202與204形成，該兩稜鏡之斜邊所在表面係彼此相對，並於其間形成一極小之空氣間隙206，例如0.005至0.015公厘之間隙。稜鏡202之一表面可附著於一光束定向調整器208，此光束定向調整器可為一反射光柵表面。以45度入射於空氣間隙表面之光線將垂直於其原方向而反射。以接近正入射之角度入射於空氣間隙表面之光線則將穿過空氣間隙206而不被反射。在本發明之一做法中，照明-投影光束分離器104之排列方式可產生以下光徑：來自照明模組102之光線在空氣中以偏離微鏡陣列210(又稱為數位微鏡裝置)之正入射角約24度之角度射向微鏡陣列210時，將以一小於玻璃材質S-BSL7間隙表面臨界角(40.81°)之入射角入射於該等間隙表面，從而穿過該間隙而無任何偏離；此光線由微鏡陣列210以接近正入射之角度反射後，係以約45度之角度入射於空氣間隙表面，然後沿著投影模組之光軸反射而出。如此一來，照明-投影光束分離器104便將入射照明光束與反射之投影系統光束分離，此分離作業不僅效率甚高，且亦無需佔用太大空間。
根據本發明之若干態樣，若令照明模組之光軸與投影模組之光軸實質平行，即可縮小成像單元之覆蓋面積。在一實施例中係將一光束定向調整器208設於與數位微鏡裝置相對之表面上，其中該光束定向調整器 可為一反射光柵表面。如此一來，照明-投影光束分離器104便可折曲照明模組之光軸，使其實質平行於投影模組之光軸。此外，照明-投影光束分離器104尚可矯正數位微鏡裝置焦平面之傾角。在數位微鏡裝置210之一實施例中，光柵周期及繞射級均可經過篩選，俾於空氣中產生約24°之入射角。數位微鏡裝置上之微反射鏡可於一方位面中樞轉，此方位面係相對於圖示剖面及數位微鏡裝置表面上成行成列之反射鏡而旋轉約45°。此設計可令光柵表面繞Y軸旋轉，致使因反射鏡光柵而繞射之光線可在該反射光柵與數位微鏡裝置210之間以一複合角繞射。在另一實施例中，數位微鏡裝置210亦可為一轉動後之光柵，藉以復原光軸之方向。請注意，在又一實施例中，光束定向調整器208可適應以不同入射角(例如22°、26°、28°等)入射於數位微鏡裝置210之光線。
第2B圖係本發明實施例中如第2A圖所示照明-投影光束分離器之三維圖式範例。如第2B圖所示，入射之照明光束係正入射於表面212，並直接到達表面214。表面214係與入射光束呈45°角，且其背面即為空氣間隙206。此入射光束經空氣間隙206全反射後，正入射於表面216。表面216係與光束定向調整器208(圖未示)結合，其中光束定向調整器208可為表面216上之一炫耀反射光柵，其柵線係與X或Z軸呈45°角，且其光柵周期及炫耀方向使大部分之入射光可在與數位微鏡裝置210之傾角相同之入射平面內，以相對於法線且兩倍於數位微鏡裝置210傾角之角度繞射。光束因表面216上之光柵而繞射後，再度入射於表面214(即斜邊所在之表面)，但此次之入射角將小於臨界角，因此，光束將穿過表面214及表面218，並由表面220離開稜鏡204，然後入射於數位微鏡裝置210。由於光束係以正確 之入射角(例如約24°)入射於數位微鏡裝置210，且與微鏡之開啟傾角共面，此光束將沿數位微鏡裝置210之法線反射，並進入表面220。穿過表面220之光束將入射於表面218，但入射角大於臨界角，因此，光束將由表面218反射，並沿投影模組106之光軸穿過表面222。第2C圖係本發明實施例中如第2A圖所示照明-投影光束分離器之另一三維圖式範例。
第3圖所示之替選構形亦可達成第2A圖所示設計之類似效果。如第3圖所示，入射之照明光束係正入射於稜鏡302之表面312，並直接到達表面314。表面314係與入射光束呈45°角，且其背面即為空氣間隙306。此入射光束經空氣間隙306全反射後，正入射於表面316。表面316係與光束定向調整器308結合，其中光束定向調整器308可為一楔形鏡。該楔形鏡具有與X或Z軸呈45°之線條，且該楔形鏡之方向使大部分之入射光可在與數位微鏡裝置310之傾角相同之入射平面內，以相對於法線且兩倍於數位微鏡裝置310傾角之角度繞射。光束經表面316上之楔形鏡反射後，再度入射於表面314(即斜邊所在之表面)，但此次之入射角將小於臨界角，因此，光束將穿過表面314及表面318，並由表面320離開稜鏡304，然後入射於數位微鏡裝置310。由於光束係以正確之入射角(例如約24°)入射於數位微鏡裝置310，且與微鏡之開啟傾角共面，此光束將沿數位微鏡裝置310之法線反射，並進入表面320。穿過表面320之光束將入射於表面318，但入射角大於臨界角，因此，光束將由表面318反射，並沿投影模組106之光軸穿過表面322。
在第3圖所示範例中係以楔形鏡308取代光束定向調整器208(亦即表面216上之炫耀反射光柵)，且楔形鏡308之方位可使其最陡斜邊與 第3圖之X與Z軸呈45°角。如此一來，光束路徑便與第2A與2B圖所示者實質類似，且光束係以相同之複合角入射於數位微鏡裝置310。
在其他實施例中，表面316上之反射鏡表面可與形成稜鏡302之元件結合，或將一薄楔形鏡308以附加方式附著於稜鏡302，如第3圖之虛線所示。請注意，熟習此項技藝之人士當可瞭解，第2A-2C圖及第3圖僅為示意圖，其目的係為說明設計之範例，因此，該等圖式可能並未精確繪示光線通過該複數個空氣-玻璃介面之路徑。某些圖式可能並未繪出光束在空氣-玻璃介面之角度變化。
上述技術雖可用於追蹤光線自光導管之一端至投影模組成像平面之路徑，所述光學設計方案亦可設定為一次處理單一波長光色。或許有需要改變波長，使光柵周期亦隨之改變。數位微鏡裝置210及反射光柵208均可改為一炫耀式平坦菲涅耳反射鏡，其中該菲涅耳鏡各刻面之大小均與陣列中之單一微鏡相同，亦即10.8微米。實施此設計之一方式係以一平坦之反射鏡面取代前述轉動後之反射光柵，且令該平坦反射鏡面之方位呈現一複合角，使該平坦反射鏡面得以與數位微鏡裝置之傾斜反射鏡相容之方位角及入射角反射照明光。
請注意，照明-投影光束分離器104可於投影側導入約40公厘之玻璃，並於系統之照明側導入約80公厘之玻璃。此空間內之數值孔徑可能偏低，故或可藉此修正因會聚光束及厚片玻璃而產生之光色。
根據本發明之若干態樣，該1X系統可設計為一實質對稱之系統，並令其光瞳位於兩對稱雙透鏡單元之間。此系統因具有對稱性，故幾無彗形像差或失真等現象。倘若導入照明-投影光束分離器104有可能破 壞對稱性，可利用一光束分離器擷取光線作為對準之用，並以此視窗保護其他光學元件串之對稱性。在一實施例中，上述設計形態之工作距離可達約77公厘。
1X及6X投影模組106所用之照明模組102可實質類似。照明模組102包括一小型10X物鏡及一場鏡，俾於數位微鏡裝置處產生一數值孔徑為0.011之遠心照明場。該數值孔徑可遠小於1X及6X投影系統之數值孔徑(0.04)，並使部分同調係數達0.275，從而改善影像特徵曲線之斜率，同時改善景深。微鏡陣列傾角之誤差容許範圍也可望因此擴大，該誤差有可能使照明光束之中心偏離投影系統光瞳之中心。為解決上述問題，可令投射之照明光瞳小於投影光瞳，如此一來，即可在暈邊現象降低影像照明均勻度之前提高偏差之容許度。照明模組102亦包括兩摺鏡，其可將光管輸入端至照明-投影光束分離器104之總長度大幅縮短至約148公厘。
請注意，照明中繼裝置之光管端可為連接光纖之雷射二極體提供前述約0.22之數值孔徑。此數值孔徑或可使光線在光導管內壁產生合理次數之全反射式彈跳，因而將輸出端之光線均勻化。透過此一方式，中繼裝置之高放大倍率將光管剖面尺寸設定為約2.1公厘×1.2公厘。
至於攝影模組108，其校正波長可保持與投影模組106之校正波長實質相同，其視野直徑可為約6公厘，其數值孔徑可為約0.16。請注意，在某些實施例中，1X SLM成像單元可以單列方式緊密堆疊，並橫跨基板之寬度。此排列方式使攝影模組108之光徑可沿著垂直於投影模組光軸之方向依所需幅度延伸而無需額外折曲。在另些實施例中，6X SLM成像單元可堆疊成一二維陣列，且吾人可約束攝影模組108之光徑。方法之一係將另一折 曲稜鏡設於用以分離攝影模組108光徑與投影模組106光徑之光束分離器下游。為此，可將該光束分離器置於準直光徑中，以免影響軸向之波長光色。針對6X之設計，特定波長之校正量可達約0.03波長均方根。
第4圖為本發明實施例中一1X投影光學系統於+Y場之均方根波前誤差圖。在第4圖所示範例中，水平軸代表+Y場(單位為公厘)，其範圍為0至12公厘；縱軸則代表均方根波前誤差(以波長為位)，其數值範圍為0至0.020。不同波長光色之均方根波前誤差如圖所示。例如，曲線402代表藍色，曲線404代表紅色，曲線406代表靛色，曲線408代表綠色，曲線410代表橙色，曲線412代表紫色。
第5圖係本發明實施例中一6X投影光學系統之剖面圖範例。第5圖中繪示多種光學元件，其詳細清單如下列第2表所示。第2表描述本發明實施例中如第5圖所示6X投影光學系統之元件。
第6圖為本發明實施例中如第5圖所示之6X投影光學系統於+Y場之均方根波前誤差圖。在第6圖所示範例中，水平軸代表+Y場(單位為公厘)，其範圍為0至12公厘；縱軸則代表均方根波前誤差(以波長為位)，其數值範圍為0至0.050。不同波長光色之均方根波前誤差如圖所示。例如，曲線602代表藍色，曲線604代表紫色，曲線606代表靛色，曲線608代表橙色，曲線610代表紅色，曲線612代表綠色。
第7圖係本發明實施例中一6X攝影機光學系統之範例。第7圖中繪示多種光學元件，其詳細清單如下列第3表所示。第3表描述本發明實施例中如第7圖所示6X攝影機光學系統之元件。
第8圖為本發明實施例中如第7圖所示之6X攝影機光學系統於+Y場之均方根波前誤差圖。在第8圖所示範例中，水平軸代表+Y場(單位為公厘)，其範圍為0至3.0公厘；縱軸則代表均方根波前誤差(以波長為位)，其數值範圍為0至0.050。不同光色之均方根波前誤差如圖所示。例如，曲線802代表紅色，曲線804代表綠色，曲線806代表靛色，曲線808代表紫色，曲線810代表橙色，曲線812代表藍色。
第9圖繪示本發明若干態樣中一種形成一空間光調變器成像系統之方法。該方法之某些功能或可由一或多個處理器執行。在方塊902中，該方法提供一照明模組，其中該照明模組可提供照明光，俾由該照明光呈現有待該空間光調變器成像系統成像之資料圖案。在方塊904中，該方法提供一投影模組，其中該投影模組可將該照明光投射至一基板。在方塊906中，該方法提供一照明-投影光束分離器，其係連接於該照明模組與該投影模組之間，且可沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸實質平行。請注意，該照明模組可相對於該照明光而具有遠心性，且該投影模組可相對於該基板而具有遠心性。
根據本發明之實施例，方塊902之步驟可進一步包括方塊910之步驟，方塊904之步驟可進一步包括方塊912之步驟，方塊906之步驟可進一步包括方塊914之步驟。在方塊910中，該方法以複數個雷射二極體產生該照明光，並利用複數條光纖束將該照明光傳送至該照明-投影光束分離器，同時以一導光筒均化傳導該等光纖束光。在方塊912中，該方法以一比一之放大倍率投射該等資料圖案，並/或以六比一之放大倍率縮小投射該等資料圖案。
在方塊914中，該方法提供一第一稜鏡、一光束定向調整器、一數位微鏡裝置(DMD)及一第二稜鏡，其中該光束定向調整器係設於鄰近該第一稜鏡處，該光束定向調整器可調整該照明光，使該照明光以一相對於該數位微鏡裝置之一法線之預定入射角進入該數位微鏡裝置，該數位微鏡裝置係設於鄰近該第二稜鏡處，且該預定入射角實質等於該數位微鏡 裝置之一傾角之兩倍；該方法另以一空氣間隙分隔該第一稜鏡與該第二稜鏡；此外，該方法利用該第一稜鏡沿著該照明光軸接收該照明光，並控制該照明光，使其穿過該第一稜鏡、該光束定向調整器、該空氣間隙、該數位微鏡裝置及該第二稜鏡，之後再利用該第二稜鏡沿著該投影光軸傳送該照明光。
根據本發明之若干態樣，該第一稜鏡包含一第一直角稜鏡，其中該第一直角稜鏡包括：一第一表面，其可以接近正入射之角度接收該照明光；一第二表面，其可以約45度之角度接收該照明光，並使該照明光於該第二表面實質反射；及一第三表面，其係連接至該光束定向調整器，該第三表面及該光束定向調整器可使該照明光以該預定入射角穿過該第二表面及該空氣間隙。
根據本發明之若干態樣，該第二稜鏡包含一第二直角稜鏡，其中該第二直角稜鏡包括：一第一表面，其可接收來自該第一稜鏡之該照明光；一第二表面，其可將該照明光傳至該數位微鏡裝置，並接收該數位微鏡裝置所反射之該照明光，且該第一表面尚可實質反射該數位微鏡裝置所反射之該照明光；及一第三表面，其可沿該投影光軸傳送該第一表面所反射之該照明光。該空氣間隙之尺寸係在0.005公厘與0.015公厘之間。
根據本發明之若干態樣，該光束定向調整器包含下列至少其中之一：一楔形鏡，其第一端之厚度為約4.67公厘，其第二端之厚度為約2.18公厘，其斜率為約5.47°；及一反射光柵塗層，其係由一無機MgF2 塗層形成，且厚度大於該空間光調變器成像系統一對應曝光波長之十倍。
根據本發明之若干態樣，該方法於方塊916中利用一攝影模 組監測該空間光調變器成像系統之對焦及對準狀況，並利用該攝影模組檢查微鏡之開啟-關閉行為，其中該攝影模組係相對於該基板而具有遠心性。
以上雖藉由不同之功能單元及處理器闡明本發明之實施例，但所述功能顯然可於不同之功能單元與處理器間以任何適當之方式分配而不悖離本發明之精神與範圍。舉例而言，由不同處理器或控制器執行之功能可改由同一處理器或控制器完成。因此，本文在提及特定功能單元時，係指可提供所述功能之適當手段，而非指特定之邏輯或實體結構或組織。
本發明可以任何適當形式實現，包括硬體、軟體、靭體或其任一組合。本發明之部分內容可視需要而落實為可由一或多個資料處理器及/或數位訊號處理器執行之電腦軟體。本發明任一實施例中之元件，其實體、功能及邏輯均可以任何適當方式實施。所述功能可以單一單元或複數個單元實現，抑或落實為其他功能單元之一部分。因此，本發明可為單一單元，或將其實體與功能分配至不同之單元與處理器。
熟習此項技藝之人士應可明瞭，本文所揭露之實施例可以多種方式修改及組合，但仍保留本發明之基本機構及方法。為便於解說，前文係針對特定實施例加以說明。然而，以上說明並未窮盡所有可能之實施方式，亦未將本發明限縮於本文所揭示之特定形態。熟習此項技藝之人士在參閱以上說明後，或可思及多種修改及變化之方式。之所以選擇並描述特定實施例，乃為闡釋本發明之原理及其實際應用，使熟習此項技藝之人士得依特定用途進行修改，以善用本發明及各種實施例。
100‧‧‧SLM成像單元
102‧‧‧照明模組
104‧‧‧照明-投影光束分離器
106‧‧‧投影模組
108‧‧‧攝影模組

Claims (10)

  1. 一種空間光調變器成像系統，包含：一照明模組，其配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案，其中該照明模組包含：複數個雷射二極體，其配置以產生該照明光；複數條光纖束，其配置以將該照明光傳送至該照明-投影光束分離器；及一導光筒，其配置以均化傳導(holds)該複數條光纖束；一投影模組，其配置以將該照明光投射至一基板；及一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行。
  2. 一種空間光調變器成像系統，包含：一照明模組，其配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案；一投影模組，其配置以將該照明光投射至一基板，其中該投影模組進一步包含下列至少一者：該等資料圖案的一以一比一之微縮倍率投射；及該等資料圖案的一以六比一之微縮倍率縮小；及一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接 收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行。
  3. 一種空間光調變器成像系統，包含：一照明模組，其配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案；一投影模組，其配置以將該照明光投射至一基板；及一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行，其中該照明-投影光束分離器包含：一第一稜鏡，其配置以沿該照明光軸接收該照明光；一第二稜鏡，其配置以沿該投影光軸傳送該照明光；一空氣間隙，其分隔該第一稜鏡與該第二稜鏡；及一光束定向調整器，其係設於鄰近該第一稜鏡處，該光束定向調整器配置以調整該照明光，使該照明光以一相對於一數位微鏡裝置(DMD)之一法線之預定入射角進入該數位微鏡裝置，該數位微鏡裝置係設於鄰近該第二稜鏡處，且該預定入射角實質等於該數位微鏡裝置之一傾角之兩倍，其中該空氣間隙之尺寸係在0.005公厘至0.015公厘之範圍內。
  4. 一種空間光調變器成像系統，包含：一照明模組，其配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案； 一投影模組，其配置以將該照明光投射至一基板；及一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行，其中該照明-投影光束分離器包含：一第一稜鏡，其配置以沿該照明光軸接收該照明光；一第二稜鏡，其配置以沿該投影光軸傳送該照明光；一空氣間隙，其分隔該第一稜鏡與該第二稜鏡；及一光束定向調整器，其係設於鄰近該第一稜鏡處，該光束定向調整器配置以調整該照明光，使該照明光以一相對於一數位微鏡裝置(DMD)之一法線之預定入射角進入該數位微鏡裝置，該數位微鏡裝置係設於鄰近該第二稜鏡處，且該預定入射角實質等於該數位微鏡裝置之一傾角之兩倍，其中該光束定向調整器包含下列至少一者：一楔形鏡，其中該楔形鏡之一第一端厚約4.67公厘，該楔形鏡之一第二端厚約2.18公厘，且該楔形鏡具有一約為5.47°之斜率；及一反射光柵塗層，其中該反射光柵塗層係一無機MgF2 塗層，且其厚度大於該空間光調變器成像系統之一對應曝光波長的十倍。
  5. 一種空間光調變器成像系統，包含：一照明模組，其配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案；一投影模組，其配置以將該照明光投射至一基板；及一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間， 其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行；及一攝影模組，其配置以監測該空間光調變器成像系統之對焦及對準狀況，並檢查微鏡之開啟-關閉行為；其中該攝影模組配置以相對於該基板而有遠心性。
  6. 一種形成一空間光調變器成像系統之方法，包含下列步驟：提供一照明模組，其中該照明模組配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案，其中提供該照明模組之步驟包含下列步驟：以複數個雷射二極體產生該照明光；利用複數條光纖束將該照明光傳送至該照明-投影光束分離器；及以一導光筒均化傳導(holding)該複數條光纖束提供一投影模組，其中該投影模組配置以將該照明光投射至一基板；及提供一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行。
  7. 一種形成一空間光調變器成像系統之方法，包含下列步驟：提供一照明模組，其中該照明模組配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案；提供一投影模組，其中該投影模組配置以將該照明光投射至一基板，其 中提供該投影模組之步驟包含下列步驟之至少一者：以一比一之微縮倍率投射該等資料圖案；及以六比一之微縮倍率縮小投射該等資料圖案；及提供一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行。
  8. 一種形成一空間光調變器成像系統之方法，包含下列步驟：提供一照明模組，其中該照明模組配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案；提供一投影模組，其中該投影模組配置以將該照明光投射至一基板；提供一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行，其中提供該照明-投影光束分離器之步驟包含下列步驟：提供一第一稜鏡、一光束定向調整器、一數位微鏡裝置(DMD)及一第二稜鏡，其中該光束定向調整器係設於鄰近該第一稜鏡處，該光束定向調整器配置以調整該照明光，使該照明光以一相對於該數位微鏡裝置之一法線之預定入射角進入該數位微鏡裝置，該數位微鏡裝置係設於鄰近該第二稜鏡處，且該預定入射角實質等於該數位微鏡裝置之一傾角之兩倍； 以一空氣間隙分隔該第一稜鏡與該第二稜鏡；利用該第一稜鏡沿該照明光軸接收該照明光；控制該照明光，使其穿過該第一稜鏡、該光束定向調整器、該空氣間隙、該數位微鏡裝置及該第二稜鏡；及利用該第二稜鏡沿該投影光軸傳送該照明光，其中該空氣間隙之尺寸係在0.005公厘至0.015公厘之範圍內。
  9. 一種形成一空間光調變器成像系統之方法，包含下列步驟：提供一照明模組，其中該照明模組配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案；提供一投影模組，其中該投影模組配置以將該照明光投射至一基板；提供一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行，其中提供該照明-投影光束分離器之步驟包含下列步驟：提供一第一稜鏡、一光束定向調整器、一數位微鏡裝置(DMD)及一第二稜鏡，其中該光束定向調整器係設於鄰近該第一稜鏡處，該光束定向調整器配置以調整該照明光，使該照明光以一相對於該數位微鏡裝置之一法線之預定入射角進入該數位微鏡裝置，該數位微鏡裝置係設於鄰近該第二稜鏡處，且該預定入射角實質等於該數位微鏡裝置之一傾角之兩倍，其中該光束定向調整器包含下列之至少一者：一楔形鏡，其中該楔形鏡之一第一端厚約4.67公厘，該楔形鏡之 一第二端厚約2.18公厘，且該楔形鏡具有一約為5.47°之斜率；及一反射光柵塗層，其中該反射光柵塗層係一無機MgF2 塗層，且其厚度大於該空間光調變器成像系統之一對應曝光波長之十倍。以一空氣間隙分隔該第一稜鏡與該第二稜鏡；利用該第一稜鏡沿該照明光軸接收該照明光；控制該照明光，使其穿過該第一稜鏡、該光束定向調整器、該空氣間隙、該數位微鏡裝置及該第二稜鏡；及利用該第二稜鏡沿該投影光軸傳送該照明光。
  10. 一種形成一空間光調變器成像系統之方法，包含下列步驟：提供一照明模組，其中該照明模組配置以提供照明光，該照明光呈現將由該空間光調變器成像系統成像之資料圖案；提供一投影模組，其中該投影模組配置以將該照明光投射至一基板；提供一照明-投影光束分離器，其係耦接於該照明模組與該投影模組之間，其中該照明-投影光束分離器配置以沿一照明光軸接收該照明光，並將所接收之該照明光沿一投影光軸傳送至該投影模組，其中該照明光軸與該投影光軸彼此實質平行；利用一攝影模組監測該空間光調變器成像系統之對焦及對準狀況；及利用該攝影模組檢查微鏡之開啟-關閉行為；且其中該攝影模組配置以相對於該基板而有遠心性。
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