TW201610597A - 光源裝置及曝光裝置 - Google Patents

Abstract

目的在於提供一種光源裝置，該光源裝置係使用波長相異之複數種光源，而且不必以既定排列嚴密地配置光源。 複數個LD模組1、2係各個包括一個LD(laser diode)與聚光透鏡，並射出波長相異的雷射光。各LD模組1、2之LD係由控制裝置99所控制，並控制點燈、熄燈以及其輸出(照度)。在第1光纖束部b1，射入該3個LD模組1與一個LD模組2之射出光，經由4條第1光纖5，再經由第1連接器6，聚光於一條第2光纖7。3條第2光纖7係更被引導至第2光纖束部b2，其射出端側以因應於對曝光頭18內的DMD56之光照射區域的形狀之排列導體圖案成束，並與第3光纖9連接，再經由第2連接器10，與入射光學系統40連接，而將雷射光引導至曝光裝置B的曝光頭18。

Description

光源裝置及曝光裝置

本發明係有關於適合用於印刷基板、半導體晶圓、液晶顯示器等在根據光微影法之曝光步驟所使用之直接描繪方法的光源裝置及曝光裝置。

以往，在使用光微影法來產生電路圖案之所謂的曝光步驟廣為使用使用光罩之密接式曝光裝置，但是近年來，為了配合高密度化，逐漸使用未使用光罩之DMD(digital micro mirror device，數位微反射鏡組件)等的光調變元件來調變光並進行曝光的直繪式曝光裝置(專利文獻1)。

可是，此直繪式曝光裝置所使用之光源係為了作成可產生高精細的圖案，單波長的情況多。另一方面，在被曝光之抗蝕劑有具有寬波長帶之靈敏度者，亦有在單波長未充分地硬化的情況或曝光時間變長的情況。

因此，如專利文獻2所示，提議一種光源裝置，該光源裝置係使用具有複數種相異之波長特性的光，並藉透鏡聚光的構成。

【先行專利文獻】 【專利文獻】

[專利文獻1]日本特開2006-267719

[專利文獻2]日本特開2012-063390

可是，在使用波長相異之複數種光源與透鏡之構成的情況，需要以既定排列嚴密地配置光源之光源陣列與透鏡陣列，而具有裝置變得複雜之問題。

本發明之目的在於解決這種習知技術的缺點。

為了達成該目的，本發明之特徵為具有：一個雷射二極體，係射出具有既定波長特性之雷射光；別的雷射二極體，係射出具有與該既定波長特性相異之別的波長特性之雷射光；複數條第1光纖束，係具有：一條第1光纖，係使來自該一個雷射二極體之射出光在入射端射入並在射出端射出；別的第1光纖，係使來自該別的雷射二極體之射出光在入射端射入並在射出端射出；以及第2光纖，係使該一條與別的第1光纖之射出光聚光；並使該一條第1光纖與該別的第1光纖的射出端側以既定排列成束，而使該一條與別的第1光纖之射出光聚光後，射入該第2光纖的入射端；第2光纖束，係具有將該第2光纖之射出光聚光的第3光纖，並使該複數條第1光纖束部的複數條第2光纖的射出端側以既定排列成束，而使各第2光纖之射出光聚光後，射入該第3光纖的入射端；以及輸出部，係與該第3光纖之輸出端連接，並用以輸出至外部。

在該雷射二極體，具備個別地進行點燈、熄燈控制與輸出控制之至少一種的控制裝置較佳。又，在該雷射二極體，具備 對各既定組進行點燈、熄燈控制與輸出控制之至少一種的控制裝置較佳。

進而，本發明之曝光裝置係藉排列各個獨立地調變之多個像素部的空間光調變元件調變從光源裝置所發射之光，並藉該調變之光使感光材料進行曝光的曝光裝置，其特徵為使用該光源裝置。

若依據本發明之光源裝置及曝光裝置，因為成為由複數種波長所混合之曝光波長的光源，所以可應付廣範圍之抗蝕劑。又，不必以既定排列嚴密地配置光源，亦不需要透鏡陣列，而可簡化裝置。又，可簡單地增設雷射二極體，而可簡單地進行高照度化。

若更設置控制裝置，進行雷射二極體之點燈控制或輸出控制，可變更各波長之照度比例，具有可提供最佳之曝光條件等的效果。

1‧‧‧LD模組

2‧‧‧LD模組

3‧‧‧LD光纖

4‧‧‧連接器

5‧‧‧第1光纖

6‧‧‧第1連接器

7‧‧‧第2光纖

9‧‧‧第3光纖

10‧‧‧第2連接器

12‧‧‧基板(曝光對象)

14‧‧‧曝光部

18‧‧‧曝光頭

19‧‧‧光源單元

40‧‧‧入射光學系統

41‧‧‧光調變部

42‧‧‧第1成像光學系統

43‧‧‧微透鏡陣列

43a‧‧‧微透鏡

44‧‧‧孔徑陣列

44a‧‧‧孔徑

45‧‧‧第2成像光學系統(投影光學系統)

56‧‧‧DMD(空間光調變元件)

99‧‧‧控制裝置

b1‧‧‧第1光纖束部

b2‧‧‧第2光纖束部

A‧‧‧光源裝置

B‧‧‧曝光裝置

第1圖係表示本發明之光源裝置之一實施形態的構成圖。

第2圖係表示本發明之曝光裝置之一實施形態的立體圖。

第3圖係示意地表示在本發明之曝光裝置的一實施形態之曝光頭的構成之說明圖。

以下，說明本發明之實施形態。

此光源裝置係基本上成為將從複數個波長相異之雷射二 極體所射出的光聚光並引入光纖，在引導至各個後，在其光路中途使數條成束，再以連接器與比其粗之光纖連接而混合的構成。

以下，根據第1圖至第3圖，詳細地說明。

如第1圖所示，光源裝置A包括複數個LD模組1、2。各LD模組1、2包括一個雷射二極體(LD：laser diode)與聚光透鏡。LD模組1與LD模組2係具備射出波長相異(波長A、波長B)之雷射光的LD，在本實施形態，將3個波長A之LD模組1與1個波長B之LD模組2作為一組，並具備12個之共3組的LD模組1、2，並以LD光纖3將各LD模組1、2引導至連接器4。

又，LD模組1、2之LD的波長採用具有190~530nm之波長特性者較佳。

在本實施形態，LD模組1之LD的波長A具有在375nm附近具有尖峰值的波長特性，LD模組2之LD的波長B具有在405nm附近具有尖峰值的波長特性。

各LD模組1、2之LD係藉控制裝置99控制，並構成為控制其點燈、熄燈以及其輸出(照度)。LD模組1、2之各LD係亦可構成為藉控制裝置99個別地控制，亦可構成為藉控制裝置99分組地控制。

第1光纖束部b1之第1光纖5與各連接器4連接，並構成為來自LD模組1、2之LD的射出光在第1光纖5的入射端射入，進而，在其射出端射出。第1光纖束部b1包括第1光纖5、第1連接器6以及第2光纖7。

構成為該3個LD模組1與1個LD模組2的射出光射入第1光纖束部b1，經由4條該第1光纖5，再經由第1連接器6，聚光於一條第2光纖7。

各LD模組1、2之第1光纖5係其射出端側以既定排列成束，再經由第1連接器6與1個第2光纖7連接。

第2光纖7係具有與使第1光纖5在4條成束之狀態的光射出區域同等以上之大小的芯，如上述所示，將來自4個LD模組1、2之光聚光於一條第2光纖7。

在本實施形態，具備3個第1光纖束部b1，在3個第1光纖束部b1，將共12個之LD模組1、2聚光於3條第2光纖7。

此第2光纖7係多模態光纖，並構成為藉在光纖內之光的干涉或模式間的相互作用進行均勻化。

3條第2光纖7係更被引導至第2光纖束部b2，其射出端側成為以因應於對後述之曝光頭18內的DMD56之光照射區域的形狀之排列導體圖案成束的第3光纖9。

此3條第2光纖7所成束的第3光纖9構成為其射出端側經由第2連接器10與入射光學系統40連接，並將雷射光引導至曝光裝置B之曝光頭18。

此外，在該實施形態，表示使用2種波長之雷射光的例子，但是亦可是更多種波長，又，亦可藉由適當地增設LD模組1、2，提高裝置之輸出。

以上所說明之光源裝置A係因為使第1光纖5、第2光纖7之射出端側成束，而將來自LD模組1、2之雷射光 合成，所以不必將LD模組1、2排列於既定位置，而各LD模組1、2係可獨立地配置。因此，LD模組1、2之設置的自由度提高。

又，藉控制裝置99控制LD模組1、2之LD的點燈個數或輸出，藉此，可變更各波長之照度比例，而可提供所需之最佳的曝光條件。

根據第2圖，說明使用該光源裝置A之數位曝光裝置(影像曝光裝置)B的構成。

曝光裝置B包括：底座11，係形成大致長方形的平板，並水平地配置；移動工作台13，係滑動自如地安裝於該底座11，並在表面吸附固持成為曝光對象的基板12；以及曝光部14，係對該移動工作台13所固持之基板12進行曝光。

基板12係例如表面被塗布或黏合感光材料之印刷配線基板或平板顯示器用玻璃基板等。此數位曝光裝置B係藉由對如上述所示之基板12進行曝光，而例如以無遮罩將配線圖案等記錄於基板12的感光材料。此外，在本實施形態，在說明中，將移動工作台13之移動方向設為Y方向、將在水平面上與Y方向正交的方向設為X方向(基板12之寬度方向)，並將與水平面正交的鉛垂方向設為Z方向。底座11係以在Y方向長之方式所形成。

底座11係藉安裝於四角落之各角落的腳部115所支撐。與Y方向大致平行之2支導軌16設置於底座11的上面11a。移動工作台13係在底座11安裝成經由這些各導軌16在Y方向滑動自如。又，在移動工作台13，連接藉線性馬達等所 構成之驅動機構(省略圖示)，並因應於此驅動機構之驅動，在Y方向移動。

曝光部14係經由一對支柱17，安裝於底座11之Y方向中央部。各支柱17被固定於底座11之X方向兩端部。各支柱17係以在移動工作台13在Y方向移動時通過曝光部14之下的方式將曝光部14固持成與底座11之上面11a相距既定距離。曝光部14具有16個曝光頭18。這些各曝光頭18係對通過曝光部14之下的基板12照射光。

各曝光頭18係在X方向以2列排列各8個。第2列之各曝光頭18係以各個的中心位於第1列之各曝光頭18的鄰接者之彼此之中央附近的方式配置成對第1列之各曝光頭18在X方向錯開1/2間距。藉由依此方式錯開地配置，藉第2列之各曝光頭18將藉第1列之各曝光頭18無法曝光的部分進行曝光，基板12之X方向無間隙地進行曝光記錄。此外，設置於曝光部14之曝光頭18的個數或排列的方法係可因應於基板12之尺寸等適當地變更。

在影像處理單元21，輸入因應於記錄於基板12之導體圖案等的影像資料(影像資訊)。影像處理單元21係根據所輸入之影像資料，製作各曝光頭18的圖框資料。而且，影像處理單元21係經由信號電纜22將圖框資料輸入至各曝光頭18。圖框資料係例如以2值(點之記錄的有無)表示構成影像之各像素之濃度的資料。

各曝光頭18係根據圖框資料，調變從光源裝置A所射入之雷射光後，將已調變之光投影至藉移動工作台13所 搬運之基板12。藉此，將因應於影像處理單元21所輸入之影像資料的影像曝光記錄於基板12。

在底座11，更設置形成大致字形的門23、與安裝於Y方向之一端部的一對測長機24。門23係以跨各導軌16之方式在底座11安裝成與X方向大致平行。3台照相機25被安裝於門23。各照相機25與統籌地控制數位曝光裝置10整體的控制器(省略圖示)連接。

各照相機25係拍攝通過門23之移動工作台13，並將所取得之影像資料輸出至控制器。控制器係根據各照相機25所取得之影像資料，算出基板12相對移動工作台13上的適當位置之X方向、Y方向以及θ方向(以Z方向為軸之旋轉)的偏差量。所算出之偏差量係被輸入影像處理單元21，並用於修正圖框資料。此外，亦可照相機25之台數或配置間隔等係因應於基板12之尺寸等適當地變更。又，偏差量之算出係可藉周知之影像處理進行。在此時，為了易於算出偏差量，將對準記號等設置於基板12較佳。

各測長機24係與各照相機25一樣，與控制器連接。各測長機24係將雷射光照射於移動工作台13的側端面，藉由對其反射光受光，測量移動工作台13的位置。而且，測長機24係將所測量之移動工作台13的位置輸出至控制器。此外，在本實施形態，表示所謂的雷射光干涉式測長機24，但是未限定如此，例如，只要是超音波或立體相機等可測量移動工作台13之位置者，亦可使用其他的任何裝置。

根據第3圖，說明該構成之曝光裝置B的曝光頭 18與光源裝置A之連接部分的細節。

曝光頭18係由入射光學系統40、光調變部41、第1成像光學系統42、微透鏡陣列(MLA：micro lens array)43、孔徑陣列(APA：aperture array)44以及第2成像光學系統(投影光學系統)45所構成。入射光學系統40係經由第2連接器10配置成與第3光纖9之射出端部相向。此入射光學系統40包括：聚光透鏡50，係將從第3光纖9所射出之雷射光(LB：laser beam)聚光；棒狀之光學式積分器(optical integrator)51，係配置於已通過聚光透鏡50之雷射光LB的光路上；成像透鏡52，係使已通過光學式積分器51之雷射光LB成像；以及反射鏡53，係使藉成像透鏡52所成像之雷射光LB反射並使其射入光調變部41。

光學式積分器51例如是形成四角柱狀之透光性棒。光學式積分器51係使一面進行全反射一面在內部行進之雷射光LB變成接近平行光而且光束截面內強度被均勻化的光束。藉此，照明光強度無不均之高精細的影像被曝光於基板12。此外，在光學式積分器51之入射端面及射出端面，為了提高透光率，塗布反射防止膜較佳。

光調變部41包括TIR(全反射：total internal reflection)稜鏡55、是空間光調變元件之DMD(digital micro mirror device，數位微反射鏡組件)56。TIR稜鏡55係使經由反射鏡53所射入之雷射光LB朝向DMD56反射。DMD56係在二維地排列之SRAM(Static Random Access Memory)單元上，將構成像素之微反射鏡以支柱支撐並設置成傾斜自如的反 射鏡裝置。

DMD56係因應於SRAM單元所寫入之數位信號，將微反射鏡之傾斜角度改變成所照射之雷射光LB朝向第1成像光學系統42反射的狀態、與所照射之雷射光LB朝向省略圖示之光吸收體反射的狀態。光調變部41係因應於從影像處理單元21所輸入之圖框資料，控制DMD56之像素之微反射鏡的傾斜，藉此，產生因應於圖框資料之影像光。

第1成像光學系統42係由透鏡57、58所構成，將藉光調變部41所產生之影像光放大既定倍率並成像於MLA43上。

MLA43係例如藉石英玻璃形成大致長方形的平板。又，在MLA43，形成以對應於DMD56之各像素之方式二維地排列的複數個微透鏡43a。各微透鏡43a係上面為平面、下面為凸面的平凸透鏡。各微透鏡43a係使來自DMD56之各微反射鏡的影像光各個個別地成像，而使以第1成像光學系統42所放大之影像光變得鮮艷。此外，各微透鏡43a的形狀係未限定為平凸透鏡，例如，亦可是雙凸透鏡等。

APA44係具有遮光性，並形成複數個用以使影像光通過的孔徑44a。各孔徑44a係與各微透鏡43a一樣，以對應於DMD56之各像素之方式二維地排列。APA44係配置成使各孔徑44a與各微透鏡43a相向，並使藉各微透鏡43a所成像之影像光通過各個個別地對應之各孔徑44a。APA44係防止因DMD56之各微反射鏡的顫動等所產生之不要光通過，而更提高曝光影像之清晰度。

第2成像光學系統45包括透鏡60、61與稜鏡對62，並將通過APA44之影像光投影至基板12。各透鏡60、61係將通過APA44之影像光放大至既定倍率，或以等倍率使其射入稜鏡對62。稜鏡對62係設置成在上下方向移動自如，藉由上下地移動，調整在基板12上之影像光的焦點。

又，在該實施形態，作為空間光調變元件，表示DMD56，但是空間光調變元件係未限定如此，例如，亦可是液晶光快門等。進而，在該實施形態，作為曝光對象，表示被塗布或黏合感光材料之基板12，但是曝光對象係未限定如此，例如，亦可是照相底片或相紙等。

1‧‧‧LD模組

2‧‧‧LD模組

3‧‧‧LD光纖

4‧‧‧連接器

5‧‧‧第1光纖

6‧‧‧第1連接器

7‧‧‧第2光纖

9‧‧‧第3光纖

10‧‧‧第2連接器

12‧‧‧基板(曝光對象)

18‧‧‧曝光頭

40‧‧‧入射光學系統

56‧‧‧DMD(空間光調變元件)

99‧‧‧控制裝置

b1‧‧‧第1光纖束部

b2‧‧‧第2光纖束部

A‧‧‧光源裝置

Claims (7)

1. 一種光源裝置，其特徵為具有：一個雷射二極體，係射出具有既定波長特性之雷射光；別的雷射二極體，係射出具有與該既定波長特性相異之別的波長特性之雷射光；複數條第1光纖束，係具有：一條第1光纖，係使來自該一個雷射二極體之射出光在入射端射入並在射出端射出；別的第1光纖，係使來自該別的雷射二極體之射出光在入射端射入並在射出端射出；以及第2光纖，係使該一條與別的第1光纖之射出光聚光；並使該一條第1光纖與該別的第1光纖的射出端側以既定排列成束，而使該一條與別的第1光纖之射出光聚光後，射入該第2光纖的入射端；第2光纖束，係具有將該第2光纖之射出光聚光的第3光纖，並使該複數條第1光纖束部的複數條第2光纖的射出端側以既定排列成束，而使各第2光纖之射出光聚光後，射入該第3光纖的入射端；以及輸出部，係與該第3光纖之輸出端連接，並用以輸出至外部。
2. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中在該雷射二極體，具備個別地進行點燈、熄燈控制與輸出控制之至少一種的控制裝置。
3. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中在該雷射二極體，具備對各既定組進行點燈、熄燈控制與輸出控制之至少一種的控制裝置。
4. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中該雷射二極體係具有190nm~530nm之波長區域所含的波長特性。
5. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中該一個雷射二極體係具有在375nm附近具有尖峰值的波長特性，該別的雷射二極體係具有在405nm附近具有尖峰值的波長特性。
6. 一種曝光裝置，藉排列各個獨立地調變之多個像素部的空間光調變元件調變從光源裝置所發射之光，並藉該調變之光使感光材料進行曝光的曝光裝置，其使用如申請專利範圍第1至5項中任一項之光源裝置。
7. 如申請專利範圍第6項之曝光裝置，其中具備由將藉該多個像素部所調變之多條光束各個個別地聚光的多個微透鏡所排列的微透鏡陣列。