曝光装置以及曝光方法与流程

本发明涉及使由空间光调制元件进行调制后的光经过成像光学系统、并使由该光形成的像成像到规定的面上的曝光装置以及曝光方法。

背景技术：

近年来，提出了一种曝光装置，使利用dmd(digitalmicromirrordevice、数字微镜器件(注册商标))等空间光调制元件进行调制后的光经过投影光学系统，并使由该光形成的像成像到感光层(抗蚀剂)上而进行曝光。将像这样利用了空间光调制元件的曝光装置称为di(directimage：直接成像)曝光装置。

作为这样的di曝光装置，例如有专利文献1(日本特开2001－305663号公报)中记载的技术。该di曝光装置具备多个曝光头，该曝光头具有空间光调制元件(dmd)、第一投影光学系统、微透镜阵列(mla)、以及第二投影光学系统。并且，该di曝光装置具有如下的结构：通过第一投影透镜将由dmd进行调制后的光投影到mla上，通过第二投影透镜将透射了mla的光投影到规定的光照射面。在此，mla是指与dmd的各像素部分别对应的微透镜匹配于该dmd的各像素的位置而配置成阵列状的透镜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2001－305663号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在上述专利文献1(日本特开2001－305663号公报)所记载的技术中，来自光源的光向dmd的整面照射。dmd具有将微小镜(微镜)以二维状排列的结构，在相邻的微镜间存在微小的间隙。因此，如果dmd整面被照射光，则该间隙也被照射光。但是，照射到微镜间的间隙的光由于不贡献于空间调制，因此成为元件效率降低的主要原因。此外，作为来自光源的光，例如使用紫外光(uv光)，但如果这样的uv光从上述间隙照射到dmd的基板，则还成为减少元件寿命的主要原因。

因此，本发明的目的是提供一种能够实现空间光调制元件的高效率化及长寿命化的曝光装置以及曝光方法。

解决问题所采用的手段

为了解决上述课题，本发明的曝光装置的一个方式为，具备：微透镜阵列，以阵列状排列有将来自光源的光会聚的微透镜；空间光调制部，排列有对由所述微透镜阵列会聚的光进行调制的像素部；第一成像光学系统，将由所述微透镜阵列会聚的光成像到所述空间光调制部；以及第二成像光学系统，将由所述空间光调制部调制后的光成像到感光材料上。

由此，能够通过微透镜阵列(mla)将来自光源的光会聚，将由mla会聚的光成像到空间光调制部。即，由mla会聚的光能够无损失地入射到空间光调制部。因此，能够提高空间调制的效率。此外，由mla会聚的光不会照射到不贡献于空间调制的例如空间光调制部的基板等。因此，抑制元件的劣化，实现长寿命化。

此外，也可以是，在上述的曝光装置中，所述空间光调制部是数字微镜器件，所述像素部是与所述微透镜一对一地对应的微镜。

像这样，通过作为空间光调制部而使用光利用效率高的数字微镜器件(dmd)，能够将来自光源的光有效地作为曝光光来利用。此外，使dmd的微镜与mla的微透镜一对一地对应，将由mla会聚的光成像到dmd的微镜上，因此能够抑制像素间的串扰，抑制消光比降低。

进而，此外，也可以是，在上述的曝光装置中，所述第一成像光学系统将由所述微透镜阵列的各微透镜会聚的光点状的光以小于该微镜的大小的光点尺寸成像到分别对应的所述微镜上。像这样，在微镜上成像小于该微镜的大小的光点尺寸的光，因此能够可靠地防止光入射到形成在微镜间的间隙。

进而，也可以是，在上述的曝光装置中，所述第二成像光学系统是放大成像光学系统。像这样，通过采用将由空间光调制部调制后的光放大而成像到感光材料上的结构，能够通过放大倍率的调整，适当地满足析像度要求。此外，能够较高地确保投影到感光材料上的像的清晰度的同时放大像。

此外，也可以是，上述的曝光装置中，所述第一成像光学系统是缩小成像光学系统。像这样，通过采用将由mla会聚的光缩小而成像到空间光调制部的结构，能够采用会聚光点尺寸比较大的mla。因此，mla的制造变得容易。

进而，本发明的曝光方法的一个方式为，通过将微透镜以阵列状排列而成的微透镜阵列将来自光源的光会聚，将由该微透镜阵列会聚的光成像到排列有像素部的空间光调制部，将由该空间光调制部调制后的光成像到感光材料上。

由此，能够将由mla会聚的光无损失地入射到空间光调制部，能够提高空间调制的效率。此外，由mla会聚的光不会照射到不贡献于空间调制的例如空间光调制部的基板等，因此可抑制元件的劣化，实现长寿命化。

发明效果

根据本发明，能够将由微透镜阵列会聚的光无损失地入射到空间光调制部。因此，能够实现空间光调制部的高效率化和长寿命化。

关于上述的本发明的目的、方式及效果、以及没有叙述的本发明的目的、方式及效果，如果是本领域技术人员，则能够通过参照附图以及权利要求书的记载，根据用于实施下述发明的形态(发明的实施方式)来理解。

附图说明

图1是表示本实施方式的曝光装置的概略结构图。

图2是表示曝光头单元的主要部分的图。

图3是表示dmd的结构的部分放大图。

图4是表示曝光头的概略结构的立体图。

图5是表示曝光头的结构的光学配置图。

图6是表示向dmd面照射的光点的状态的图。

图7是表示以往的曝光头的结构的光学配置图。

图8是表示向以往的dmd面照射的光的状态的图。

图9是表示以往的mla面的结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本实施方式的曝光装置的概略结构图。

曝光装置100是使由空间光调制部(空间光调制元件)进行调制后的光经过成像光学系统、并使由该光形成的像成像到感光材料(抗蚀剂)上进行曝光的装置。这样的曝光装置利用空间光调制元件直接形成图像，因此不需要掩模(或标度线)，被称为di(directimage：直接成像)曝光装置。

曝光装置100具备曝光头单元10、将作为曝光对象的基板(工件)w进行输送的输送系统20、以及设置曝光头单元10及输送系统20的厚板状的设置台30。在此，工件w例如是涂敷了抗蚀剂的树脂制的印刷基板。

曝光头单元10固定于以跨设置台30的方式设置的门状的门(gantry：台架)31，门31的各端部分别固定于设置台30的侧面。此外，设置台30被多个(例如4条)腿部32支承。

输送系统20具备通过真空吸附等方法将工件w吸附保持的平板状的工作台21、沿着工作台21的移动方向延伸的2个导向件22、以及作为一例构成工作台21的移动机构的电磁铁23。在此，作为上述移动机构，采用线性马达工作台。线性马达工作台是如下机构：通过空气使移动体(工作台)在以栅格状设有强磁性体的凸极的平面状的台板(platen)的上方浮起，对移动体施加磁力，使移动体与台板的凸极之间的磁力变化，从而使移动体(工作台)移动。另外，作为上述移动机构，例如也可以采用利用滚珠丝杠的机构。

工作台21被配置为其长度方向朝向工作台移动方向，并且由导向件22以补偿了直线度的状态能够往复移动地被支承。

在本说明书，将工作台21的移动方向设为x方向，将与x方向垂直的水平方向设为y方向，将铅直方向设为z方向。工件w为方形，以一边的方向朝向x方向、另一边朝向y方向的姿势保持在工作台21上。另外，在以下的说明中，还有将x方向设为工件w的长度方向、将y方向设为工件w的宽度方向的情况。

工作台21的移动路径被设计成经过曝光头单元10的正下方，输送系统20构成为，将工件w输送到曝光头单元10的光的照射位置，并且使工件w经过该照射位置。在该经过的过程中，在工件w上曝光出由曝光头单元10形成的像的图案。

在门31的x方向上的一方侧设有上述曝光头单元10，在另一侧设有对工件w的前端及后端进行检测的多个(例如2个)传感器40。即，设有曝光头单元10以及传感器40的门31固定配置在工作台21的移动路径的上游。另外，曝光头单元10以及传感器40连接于对它们进行控制的未图示的控制器。

如图2所示，曝光头单元10具备以m行n列的大致矩阵状排列的多个(图2中14个)曝光头11。各曝光头11内置有上述空间光调制元件，以预先设定的图案照射光。各曝光头11的曝光区域51是以副扫描方向为短边的矩形状。因此，随着工作台21的移动，在工件w上按每个曝光头11形成带状的已曝光区域52。

作为空间光调制元件，例如使用图3所示的数字微镜器件(dmd)12。dmd12具有在存储器单元(例如，sram单元)121上将构成各像素(pixel)的13μm见方(日语：13μm角)左右的微小镜(微镜)122以二维状排列的结构。微镜122的排列数例如为1024个×768个。各像素中，在最上部设有被支柱支承的矩形的微镜122，在微镜122的表面蒸镀有例如铝等的反射率高的材料。另外，在相邻的微镜122之间存在1μm以下的微小的间隙。

如果向dmd12的sram单元121写入数字信号，则被支柱支承的各微镜122以对角线为中心向相对于配置有dmd12的基板侧为±α度的某一方倾斜。像这样，通过对各微镜122的倾斜进行控制，入射到dmd12的光被向各微镜122的倾斜方向反射。

各微镜122的开闭控制由与dmd12连接的未图示的控制器进行。该控制器对dmd12的各微镜122的角度进行控制，以使得在工件w上形成期望的图案。即，dmd12的各微镜122的角度可根据要形成的图像的图案选择性地被控制。

如图4所示，曝光头11在dmd12的光入射侧具备光源部13、入射光学系统14以及镜15。

光源部13具备例如射出波长400nm的激光的灯或半导体激光器(激光二极管)等光源。该光源部13具备引导上述光源的输出光的光纤。在此，作为光纤，例如可以使用石英光纤。该光纤的射出端部(发光点)沿着与曝光区域51的长边方向对应的方向排列为一列，构成激光射出部131。

入射光学系统14是用于使从光源部13射出的激光入射到dmd12上的光学系统。另外，图4中概略地示出了入射光学系统14。

镜15将从入射光学系统14射出的激光朝向dmd12反射。

如图5所示，入射光学系统14具备照明光学系统141、微透镜阵列(mla)142以及第一成像光学系统143。

照明光学系统141由积分透镜或准直透镜、棱镜等构成，将从光源部13的激光射出部131射出的激光作为平行光向mla142入射。mla142是将微小的凸透镜(微透镜元件)以二维状排列多个而成的光学部件。各微透镜元件与dmd12的各微镜122一对一地对应。第一成像光学系统143是将由mla142会聚为光点状的光例如进行缩小而成像到dmd12的缩小成像光学系统。即，dmd12和mla142以从一个微透镜元件射出的光经过第一成像光学系统143会聚在特定的一个微镜122上的方式位置匹配(对位)地配置。

此外，曝光头11如图4及图5所示，在dmd12的光射出侧具备第二成像光学系统16。第二成像光学系统16是将来自dmd12的像例如放大5倍并投影到工件w上的放大成像光学系统。

曝光装置100的未图示的控制器存储应形成的图像(曝光图案)的数字数据(元数据)，向输送系统20发送控制信号，使载置有工件w的工作台21以规定速度移动。此外，同时，控制器向dmd12发送控制信号，以规定的定时及顺序对各微镜122的角度进行控制，以使得在工件w上形成基于元数据的曝光图案。结果，如果涂敷了抗蚀剂的工件w经过曝光区域51，则在工件w上形成基于元数据的曝光图案。

如以上那样，本实施方式中的曝光装置100具有在dmd12的前段(光入射侧)配置mla142、经由第一成像光学系统143在dmd12的微镜122上会聚光点状的光的结构。mla142通过各微透镜将成为平行光的来自光源部13的光区分而会聚，第一成像光学系统143如图6所示将由mla142会聚的光点状的光(激光束b)成像到dmd12的各微镜122。此时，激光束b在例如13μm见方的微镜122上会聚为直径2.4μm左右。像这样，曝光装置100在dmd12的微镜122上会聚光点状的光，因此能够抑制光的损失，提高元件效率。以下，对这一点进行详细的说明。

图7是表示在dmd的光射出侧配置了mla的以往结构的曝光头111的图。如该图7所示，曝光头111在dmd112的光入射侧具备光源部113、照明光学系统114和镜115。此外，曝光头111在dmd112的光射出侧具备第一成像透镜116、mla117和第二成像透镜118。在此，光源部113、照明光学系统114以及镜115具有与图5所示的光源部13、照明光学系统141以及镜15相同的结构。此外，第一成像透镜116以及第二成像透镜118例如是放大投影透镜。另外，第一成像透镜116也可以是等倍投影透镜或缩小投影透镜。

该曝光头111通过照明光学系统114使来自光源部113的光成为平行光，并将其向dmd112入射。即，如图8所示，来自光源的光(激光束b)向dmd112的整面照射。如上所述，在相邻的微镜1122间存在微小的间隙，因此入射到该间隙的激光束b被dmd112的基板材料吸收而成为光损失。此外，因dmd112的基板材料吸收激光束b，因此还有可能元件劣化或dmd112的温度上升而促进元件的劣化。

相对于此，在本实施方式中，曝光装置100如图6所示在dmd12的微镜122上会聚光点状的光，所以激光束b不会照射到形成在微镜122间的间隙。因而，能够抑制由向微镜122面以外的光照射带来的损失，能够提高相应的dmd12的光输出。像这样，曝光装置100能够提高dmd12的元件效率。

进而，能够抑制dmd12的基板材料吸收激光束b，所以能够抑制元件的劣化。因而，可实现dmd12的长寿命化。结果，曝光装置100能够减少dmd12的更换频度，能够提高装卸效率(throughput)。

此外，在如图7所示的曝光头111那样在dmd112的光射出侧配置了mla117的结构的情况下，对于dmd112与mla117的位置匹配要求高精度。这是因为，构成dmd112的微镜与构成mla117的微透镜处于一对一的关系，需要使一个微镜的反射光向对应的一个微透镜正确地入射。如果来自一个微镜的光向多个微透镜入射，则析像性能降低，消光比降低。

相对于此，在本实施方式中，如上述那样经过了一个微透镜的光被会聚为直径2.4μm左右而成像到13μm见方的微镜122上。因此，dmd12与mla142的对位(位置匹配)中的要求精度比上述的以往结构低，定位(校准)作业变得容易。此外，曝光装置100不可能如上述的以往结构那样来自一个微镜的光向多个微透镜入射，因此能够防止析像性能降低，能够提高消光比。

另外，mla具有多个微透镜排列而成的结构，入射到与相邻的微透镜的接合部的光可能会成为杂散光。因此，为了防止该情况，例如可以考虑如图9所示在mla117的光入射侧设置遮光部件117a，遮断向上述接合部的光的入射。在此，作为遮光部件117a，例如可以使用含有铬系材料的遮光膜。也就是说，曝光头111仅使经过了由遮光部件117a形成的开口部的光向mla117入射，贡献于曝光。在该情况下，为了不使光学系统的效率降低，需要仅将上述的接合部等的、mla117的聚光性能不充分的范围进行遮光，将该开口部设定得尽可能大。

但是，在如图7所示的曝光头111那样将来自dmd112的各微镜的光向与mla117的对应的微透镜入射的结构的情况下，如果将上述开口部设得大，则在相邻的像素间有可能发生串扰。dmd112与mla117的对位(位置匹配)精度有限，因此不能将该开口部设得大到某种程度以上。即，如图9所示，经过由遮光部件117a形成的开口部并透射微透镜的光的区域即光有效区域a只能比微透镜的可光透射区域b窄。因此，mla117中产生光的损失。例如，在微透镜的单元尺寸为39.73μm见方、开口部的大小为37μm见方的情况下，面积比为30％以上的光被遮光部件吸收，这些光直接成为光的损失。

相对于此，本实施方式的曝光装置100将由mla142会聚的光点状的光成像到dmd12的微镜上，因此能够抑制在相邻的像素间发生串扰。此外，来自光源的光向mla142整面入射。即，不是光选择性地向mla142的各微透镜入射的结构。因此，不需要在mla142设置与上述的遮光部件117a对应的遮光部件，或者可以使用仅将mla142的聚光性能不充分的范围进行遮光、将开口部尽可能大地设定的遮光部件。在将遮光部件去掉的情况下，可实现约40％的输出的提高。

如以上那样，在将mla117配置在dmd112的光射出侧的以往结构中，光在mla117和dmd112中分别被衰减(踢开、日语：蹴られる)，成为大幅的光的损失。相对于此，本实施方式的曝光装置100中通过将mla142配置在dmd12的光入射侧，能够防止由衰减引起的光的损失，能够提高光学系统的效率。因而，能够使曝光面中的光强度变强，提高处理能力(吞吐量)。

此外，本实施方式中的曝光装置100能够减少光的损失，因此在使曝光面中的光强度与图7所示的以往装置同等的情况下，与该以往装置相比能够使来自光源的光强度减弱。即，与以往装置相比能够使向dmd入射的光的强度减弱。因而，能够减少对dmd面或dmd铰链等的负荷，缓和dmd部的温度上升。因此，能够抑制dmd的劣化。结果，能够减少dmd的更换频度，减少维护成本。

此外，本实施方式中的曝光装置100为了将由mla142会聚的光成像到dmd12上，具备第一成像光学系统143。由于该第一成像光学系统143是缩小成像光学系统，因此由mla142会聚的光被缩小而成像到dmd12上。因而，能够采用会聚光点尺寸比较大的mla142，mla142的制造容易。

进而，本实施方式中的曝光装置100为了将由dmd12调制后的光成像到曝光面上，具备第二成像光学系统16。由于该第二成像光学系统16是放大成像光学系统，因此由dmd12调制后的光被放大而成像到曝光面上。在dmd12的微镜122上例如以直径2.4μm左右会聚的光被dmd12调制后，被第二成像光学系统16例如放大5倍，在曝光面中成为直径12μm的光点。此时，通过调整第二成像光学系统的放大倍率，能够调整曝光面中的光点尺寸。因而，能够适当满足析像度要求。

(变形例)

上述实施方式中，说明了使用作为反射型空间光调制元件的dmd12作为空间光调制元件的情况，但例如也可以使用利用液晶的透射型空间光调制元件。但是，通过将光利用效率高的dmd作为空间光调制元件来使用，能够将来自光源的光有效地作为曝光光来利用，因此是优选的。

此外，在上述实施方式中，说明了使用缩小成像光学系统作为第一成像光学系统的情况，但第一成像光学系统也可以是等倍成像光学系统，也可以是放大成像光学系统。此外，说明了使用放大成像光学系统作为第二成像光学系统的情况，但第二成像光学系统也可以是等倍成像光学系统，也可以是缩小成像光学系统。

另外，上述中说明了特定的实施方式，但该实施方式只是例示，并没有要限定本发明的范围的意图。本说明书中记载的装置以及方法能够在上述以外的形态中具体实现。此外，也能够不脱离本发明的范围而对上述实施方式适当进行省略、置换以及变更。进行了该省略、置换以及变更的形态包含于权利要求书所记载的范围及其均等物的范畴内，属于本发明的技术范围。

标号说明

100……曝光装置，10……曝光头单元，11……曝光头，12……dmd、121……sram单元(存储器单元)，122……微镜，13……光源，14……入射光学系统，141……照明光学系统，142……微透镜阵列(mla)，143……第一成像光学系统，15……镜，16……第二成像光学系统，20……输送系统，21……工作台，22……导向件，23……电磁铁，30……设置台，31……门(台架)，32……腿部，51……曝光区域，52……已曝光区域，w……工件。