專利名稱：圖案記錄裝置和圖案記錄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過對感光材料的光照射記錄圖案的裝置和方法。
日本專利申請公開號62-21220公開了一種記錄精細(xì)圖案的技術(shù)，將由DMD微鏡組空間調(diào)制的光束施加到感光材料上并移動(dòng)所述感光材料并且每次所述感光材料通過預(yù)定距離時(shí)控制施加到所述DMD的信號。
此外，日本專利申請公開號2001-133893建議一種記錄精細(xì)圖案的技術(shù)，將由DMD在感光材料上形成的圖像相對于主掃描方向傾斜45度。

圖1是說明日本專利申請公開No.2001-133893中建議的圖案記錄的圖。在由DMD在圖1的感光材料上形成的圖像90中，在垂直于主掃描方向的行中排列的照射區(qū)域組91相應(yīng)于所述DMD的一組主掃描鏡，而在垂直于所述主掃描方向排列的而且每個(gè)區(qū)域位于所述照射區(qū)域組91相鄰的區(qū)域之間的另一照射區(qū)域組92相應(yīng)于所述DMD的一組插入主掃描鏡。在所述感光材料上在由箭頭94指示的方向即主掃描方向掃描所述圖像90，而在一些時(shí)間點(diǎn)，由相應(yīng)的主掃描鏡曝光的在所述感光材料上的相鄰區(qū)域之間的空間由每個(gè)插入主掃描鏡曝光。這實(shí)現(xiàn)了精細(xì)圖案記錄。
當(dāng)改變在感光材料上形成的圖像(即指示光束的空間調(diào)制的圖案)時(shí)，例如，諸如DMD的所述空間光調(diào)制器要求將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)單元的時(shí)間，每一存儲(chǔ)單元相應(yīng)于一個(gè)光調(diào)制元件，和要求接收復(fù)位脈沖與在適當(dāng)?shù)奈恢?即安裝所述DMD的微鏡的位置(方向))保持每個(gè)光調(diào)制元件之間的時(shí)間。然而，技術(shù)限制了我們能夠縮短這樣的時(shí)間的程度。因此，高速驅(qū)動(dòng)所述空間光調(diào)制器并因此加速通過曝光的圖案記錄是不容易的。
例如，在DMD中，在列方向安排16個(gè)微鏡塊，每塊包含48行和1024列微鏡，從而形成768行和1024列的矩陣，控制是逐塊進(jìn)行的。然而，尋址并將數(shù)據(jù)寫入所述塊通常是逐行執(zhí)行的；因此，當(dāng)在圖1中所示的技術(shù)中采用這個(gè)DMD時(shí)，數(shù)據(jù)必須寫入包含所述主掃描鏡和所述插入主掃描鏡的一部分的每個(gè)塊，這使得它難以實(shí)現(xiàn)高速圖案記錄。
本發(fā)明是針對在感光材料上記錄圖案的圖案記錄裝置。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述圖案記錄裝置包括將光加到以晶格排列的照射區(qū)域組的頭部，用于在掃描方向在感光材料上方掃描所述照射區(qū)域組并在所述感光材料上的多個(gè)記錄區(qū)域上方通過多個(gè)照射區(qū)域的掃描機(jī)構(gòu)，所述掃描方向相對于所述照射區(qū)域組的排列方向是傾斜的，以及一個(gè)控制器，通過與所述照射區(qū)域組的掃描同步地對所述照射區(qū)域組的光照射執(zhí)行單獨(dú)的通/斷控制來控制施加到所述感光材料上的每個(gè)記錄區(qū)域的光量。
本發(fā)明允許在所述感光材料上有效地使用多個(gè)光線照射，從而實(shí)現(xiàn)高速圖案記錄。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)最佳實(shí)施例，光調(diào)制元件組的每個(gè)元件是改變其位置的微鏡，而照射區(qū)域是在彼此垂直的兩個(gè)方向中等節(jié)距排列的。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，沿著與在大致沿著所述照射區(qū)域組安排的兩個(gè)方向的掃描方向延伸的方向安排的相鄰照射區(qū)域之間的掃描方向垂直的方向的中心—中心距離等于在垂直于所述掃描方向安排的相鄰記錄區(qū)域之間的中心—中心距離。
更好為，所述控制器執(zhí)行光照射的通/斷控制一次，同時(shí)以在所述掃描方向安排的兩個(gè)相鄰記錄區(qū)域之間的中心—中心距的兩倍的距離掃描所述照射區(qū)域組。
這增加了圖案記錄的速度。
所述掃描機(jī)構(gòu)通過連續(xù)地移動(dòng)所述照射區(qū)域組加速高速的圖案記錄。
更具體來講，所述圖案記錄裝置在用于印刷電路板的襯底上的感光膜上記錄圖案。
本發(fā)明還針對在感光材料上記錄圖案的圖案記錄方法。
本發(fā)明的這些及其他目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)從參照附圖的本發(fā)明下列詳細(xì)說明中變得更加明顯。
所述頭部4包括發(fā)光的燈的光源41，和具有以晶格排列的微鏡組的DMD 42，其中所述微鏡組反射來自所述光源41的光束以提供空間調(diào)制的光束。
更具體地說，從所述光源41發(fā)出的光線通過鏡子431和透鏡432引導(dǎo)到光控制過濾器44，其中控制所述光束被為要求的光量。通過所述光控制過濾器44傳送的所述光束通過棒形積分器(rod integrator)433、透鏡434和鏡子435引導(dǎo)到鏡子436，然后將所述光束聚焦和引導(dǎo)到所述DMD42上。入射在所述DMD 42上的所述光束以預(yù)定入射角(例如24度)均勻地施加在所述DMD 42的微鏡組。因此，鏡子431、透鏡432、棒形積分器433、透鏡434、鏡子435和鏡子436組成一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)43a，用于將來自所述光源41的光引導(dǎo)到所述DMD 42。
僅從來自設(shè)定在預(yù)定位置(相應(yīng)于通狀態(tài)的位置(或者方向)，后面在由所述DMD 42進(jìn)行的光線照射的說明中進(jìn)行說明)的所述DMD 42的部分微鏡的反射光產(chǎn)生的光束(即空間調(diào)制的光束)進(jìn)入變焦透鏡437，在所述變焦透鏡437中按放大倍率控制所述光束，并通過鏡子438將其引導(dǎo)到投影透鏡439。然后來自所述投影透鏡439的所述光束施加到所述襯底9上的區(qū)域，所述襯底9與所述微鏡組光學(xué)共軛。因此在圖案記錄裝置1中，所述變焦透鏡437、所述鏡子438和所述投影透鏡439組成投影光學(xué)系統(tǒng)43b，用于將來自每個(gè)微鏡的光引導(dǎo)到所述襯底9上的相應(yīng)的照射區(qū)域。
載物臺(tái)2固定在所述載物臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)31的可移動(dòng)側(cè)，所述載物臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)31是一個(gè)線性電機(jī)，而所述控制器5控制所述載物臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)31，以便以由來自微鏡組(此處，一個(gè)微鏡對應(yīng)于一個(gè)照射區(qū)域)的光照射的照射區(qū)域組在所述感光膜上以圖2中的Y方向相對地移動(dòng)。也就是說，所述照射區(qū)域組相對于所述頭部4固定，并隨襯底9的移動(dòng)而在所述襯底9的上方移動(dòng)。
所述頭部4固定在所述頭部移動(dòng)機(jī)構(gòu)32的可移動(dòng)側(cè)，并在垂直于所述照射區(qū)域組的所述主掃描方向(圖2中的Y軸方向)的副掃描方向(X軸方向)間歇地移動(dòng)。即，每當(dāng)完成主掃描時(shí)，所述頭部移動(dòng)機(jī)構(gòu)32在X軸方向移動(dòng)所述頭部4到用于下一次主掃描的開始位置。
圖3是表示DMD 42的圖。所述DMD 42是具有微鏡組422的空間光調(diào)制器，其中以晶格排列在硅襯底421上以等節(jié)距排列許多微鏡(在下文敘述為在彼此是垂直的兩個(gè)方向的M行和N列的陣列)。根據(jù)寫入相應(yīng)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，每個(gè)微鏡在靜電場的作用下以預(yù)定的角度傾斜。
當(dāng)從圖2中示出的所述控制器5向所述DMD 42施加復(fù)位脈沖時(shí)，根據(jù)寫入其相應(yīng)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，每個(gè)微鏡圍繞其反射面的對角線在預(yù)定的位置一致的傾斜。因此，施加到所述DMD 42的光束在相應(yīng)微鏡傾斜的方向反射，并對照射區(qū)域的光線照射進(jìn)行通/斷控制。即，當(dāng)其存儲(chǔ)單元寫入指示通狀態(tài)數(shù)據(jù)的微鏡接收復(fù)位脈沖時(shí)，入射到那些微鏡上的光反射到變焦透鏡437并施加到相應(yīng)的照射區(qū)域。另一方面，在斷狀態(tài)的微鏡將入射光反射到不是變焦透鏡437的位置的預(yù)定設(shè)置；因此，沒有光被引導(dǎo)到它們的相應(yīng)照射區(qū)域。
圖4是表示在所述圖案寫入裝置1中的襯底9上的照射區(qū)域61和記錄單元620的圖。所述照射區(qū)域61是相對于所述頭部4固定的區(qū)域，而所述記錄單元620是固定在襯底9上并相應(yīng)于最小的記錄單元。隨著頭部4相對于襯底9移動(dòng)，所述照射區(qū)域61在所述記錄單元620上方移動(dòng)。所述記錄單元620是曝光區(qū)域，它是在由所述DMD 42進(jìn)行曝光控制的一周期期間將襯底9上的區(qū)域參照所述照射區(qū)域61的中心位置劃分獲得的。在圖4中，由長劃線-雙點(diǎn)虛線指示用來自所述DMD 42的相應(yīng)微鏡的光線照射的晶格照射區(qū)域組，而用實(shí)線指示所述襯底9上的記錄單元組。應(yīng)注意，圖4中僅僅示出所述記錄單元620和所述照射區(qū)域61的一部分。
在圖4中所述記錄單元620是在X軸方向(副掃描方向)以節(jié)距P1并在Y軸方向(主掃描方向)以節(jié)距P2排列的矩形曝光區(qū)域，根據(jù)相應(yīng)的記錄單元數(shù)據(jù)(寫入所述DMD 42的數(shù)據(jù))執(zhí)行以記錄單元620為中心的光線照射。用來自所述DMD 42的相應(yīng)微鏡的反射光照射的照射區(qū)域61大致是正方形區(qū)域，在形狀上相應(yīng)于所述微鏡。所述照射區(qū)域61在彼此垂直的兩個(gè)方向以等節(jié)距排列，在所述頭部4內(nèi)部的傾斜的(或者下傾的)位置提供所述DMD 42，以便所述照射區(qū)域61的排列方向是相對于所述主掃描方向傾斜的(或者下傾的)。
確定所述照射區(qū)域組相對于所述主掃描方向的傾角，以使沿著兩個(gè)相鄰照射區(qū)域61之間的所述副掃描方向(X軸方向)的中心—中心距離L1等于在X軸方向所述記錄單元620的節(jié)距P1(在所述副掃描方向相鄰記錄單元620之間的中心—中心距離)，其中在所述照射區(qū)域組排列的兩個(gè)方向中的所述主掃描方向(即，與所述主掃描方向形成較小角度的方向)大致延伸的方向排列所述兩個(gè)相鄰照射區(qū)域61。在下面的說明中，大致沿著Y軸方向的方向稱為所述DMD 42的“列方向”，而大致沿著X軸方向的方向稱為“行方向”。
接下來，參照圖5說明所述在襯底9的感光膜上記錄圖案的圖案記錄裝置1的操作。在所述圖案記錄裝置1操作的下面的說明中，所述照射區(qū)域組相對于所述記錄單元組在主掃描方向和副掃描方向移動(dòng)(步驟S1)。
在曝光開始的時(shí)候，記錄到圖4中的記錄單元620中的相應(yīng)于所述照射區(qū)域61的第一位置的記錄單元621(即位于相應(yīng)的照射區(qū)域61的中心的記錄單元621)的記錄單元數(shù)據(jù)從所述控制器5傳送到所述DMD 42的相應(yīng)的微鏡的相應(yīng)存儲(chǔ)單元(步驟S2)。然后所述控制器5將復(fù)位脈沖傳送給DMD 42，從而響應(yīng)所述存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)將每個(gè)微鏡傾斜到一位置(方向)，而且執(zhí)行所述記錄單元621的第一次曝光(即，光線照射的通/斷控制)(步驟S3)。
在傳送所述復(fù)位脈沖之后，傳送相應(yīng)于下一記錄單元622(即位于鄰近于(-Y)側(cè)的所述記錄單元621的記錄單元622)的記錄單元數(shù)據(jù)并記錄到相應(yīng)的微鏡的存儲(chǔ)單元。復(fù)位脈沖傳送到所述DMD 42是與所述載物臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)31的操作同步執(zhí)行的，以便在主掃描方向連續(xù)地移動(dòng)載物臺(tái)2。更具體地說，當(dāng)所述照射區(qū)域61在應(yīng)用第一個(gè)復(fù)位脈沖之后在主掃描方向(圖4中-Y方向)移動(dòng)節(jié)距P2時(shí)，下一復(fù)位脈沖傳送到所述DMD 42，并且響應(yīng)于所述記錄單元數(shù)據(jù)每個(gè)微鏡在一個(gè)位置傾斜。因此，如圖6所示，所述記錄單元622的曝光是使用第二復(fù)位脈沖執(zhí)行的。
當(dāng)所述控制器5與所述載物臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)31和所述DMD 42的控制同步地重復(fù)上述曝光操作時(shí)，以所述記錄單元621為中心的第二曝光使用第十八個(gè)復(fù)位脈沖執(zhí)行，所述記錄單元621是用第一次曝光來曝光的。圖7是闡明使用第十八個(gè)復(fù)位脈沖曝光的圖。在圖7中，僅僅曝光一次的記錄單元623和曝光兩次的記錄單元624以陰影線的方向區(qū)別。
例如，看圖4中示出的相應(yīng)于在第一復(fù)位脈沖的照射區(qū)域61a的記錄單元621a。如圖7中所示，所述照射區(qū)域61b(位于所述照射區(qū)域61a的(+Y)側(cè))使用所述第十八個(gè)復(fù)位脈沖執(zhí)行以所述記錄單元621a為中心的曝光。也就是說，在所述DMD的列(+Y)方向間隔四個(gè)照射區(qū)域以及在從所述照射區(qū)域61a的行(-X)方向間隔一個(gè)照射區(qū)域的所述照射區(qū)域61b通過所述記錄單元621a上方并再次曝光，所述記錄單元621a是用所述照射區(qū)域61a的光線照射的。
通過重復(fù)上述操作，所述圖案記錄裝置1在采用包括M行微鏡的DMD 42時(shí)，在所述襯底9上重復(fù)曝光(M/4)次，因此允許用(M/4)步長的等級以每個(gè)記錄單元620為中心曝光。
接下來，說明所述照射區(qū)域61的光線照射通/斷控制和所述記錄單元620的感光靈敏度之間的關(guān)系。因?yàn)閱我挥涗泦卧?20的曝光實(shí)際上導(dǎo)致單一照射區(qū)域61的大約全部區(qū)域的光照射，光也施加到位于相關(guān)的記錄單元620周圍的記錄單元620(參見圖4、6和7)。
圖8A是表示當(dāng)對每五個(gè)記錄單元620執(zhí)行單一照射區(qū)域61的光照射的通/斷控制時(shí)記錄在沿主掃描方向排列的記錄單元620上的圖案的圖。圖8B示出單一照射區(qū)域61相對于所述記錄單元620在由箭頭71指示的方向(主掃描方向)移動(dòng)的路徑。圖8C是指示從圖8B中的所述照射區(qū)域61施加的光量相對于所述Y軸方向(主掃描方向)的變化的圖。圖8C是基于這樣的假定繪制的，在所述副掃描方向位移的位置上方經(jīng)過的照射區(qū)域61的曝光控制也以同樣的方式執(zhí)行。
由于在通狀態(tài)(由實(shí)線指示)或者斷狀態(tài)(由短劃線指示)的所述照射區(qū)域61相對于如圖8B所示的記錄單元620連續(xù)地移動(dòng)，施加到所述記錄單元620的光的累積量具有如由圖8C中的線72指示的角向分布。因此，如圖8A所示的圖案記錄例如可以通過控制由線72指示的角狀光累積量實(shí)現(xiàn)，以致所述照射區(qū)域61在通狀態(tài)保持在主掃描方向的距離(五倍于圖8A中記錄單元620的節(jié)距P2的距離)等于感光膜用圖8C中的光量Q1曝光的長度L2。更確切地說，光的累積量是通過控制從圖2中所示的光控制過濾器44施加到所述DMD 42的光束的強(qiáng)度控制的。
圖9A、9B和9C是用于說明當(dāng)對每五個(gè)記錄單元620執(zhí)行照射區(qū)域61的通/斷控制時(shí)，相對于所述副掃描方向的光累積量的圖。圖9A示出記錄在相對于副掃描方向的記錄單元620上的圖案，而圖9B示出多個(gè)照射區(qū)域61在由箭頭71指示的方向(主掃描方向)相對于所述記錄單元620移動(dòng)，并且經(jīng)過主掃描方向的預(yù)定位置上方。圖9C是指示自圖9B中多個(gè)照射區(qū)域61相對于X軸方向(副掃描方向)施加的光累積量的變化的圖。圖9C是基于在一個(gè)主掃描期間不執(zhí)行所述照射區(qū)域61的光照射的通/斷控制的假設(shè)繪制的。
在圖9B中，處于通狀態(tài)的五個(gè)照射區(qū)域61(由實(shí)線指示)以中心—中心距離L1(即以節(jié)距P1)排列并緊接于那些區(qū)域，處于斷狀態(tài)的五個(gè)照射區(qū)域(由短劃線指示)類似地以中心—中心距離L1排列。由于每個(gè)照射區(qū)域61通常在曝光操作期間僅僅在主掃描方向移動(dòng)，相對于所述副掃描方向的光累積量實(shí)質(zhì)上不連續(xù)地變化。然而，因?yàn)槊總€(gè)照射區(qū)域61連續(xù)地在所述主掃描方向在傾斜位置中移動(dòng)，實(shí)際上光累積量相對于X軸方向以由圖9C中的線74指示的角狀形連續(xù)地變化。因此，正如圖8C中所示的情況，圖9A中示出的圖案記錄可以通過控制施加到所述DMD 42的光強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)，以致五倍的節(jié)距P1的距離等于所述感光膜用由線74指示的光量Q2曝光的長度L3。
如上所述，當(dāng)僅僅相對于主掃描方向或者副掃描方向看時(shí)，施加到所述襯底9上的光量可以相對于那些方向以角形變化。如前所述，而且在所述圖案記錄裝置1中，控制器5與所述照射區(qū)域的掃描同步地執(zhí)行所述照射區(qū)域組的光照射的單獨(dú)的通/斷控制；因此，當(dāng)采用由M行微鏡組成的DMD 42時(shí)，以每個(gè)記錄單元620為中心的光照射量可以利用(M/4)步長的等級控制。因此所述圖案記錄裝置1可以實(shí)現(xiàn)圖案記錄，同時(shí)允許高精確控制相對于主掃描方向和副掃描方向的圖案行距。此外，多次曝光導(dǎo)致來自DMD 42的反射光強(qiáng)度變化的影響減小。
一般地，使節(jié)距P1和P2相等，而且所述照射區(qū)域61形狀是正方形的；因此，在主掃描方向和在副掃描方向的行距的最小可控制單位可以是相等的。
接下來，參照圖10說明通過曝光在襯底9上的感光膜上記錄圖案的圖案記錄裝置1的操作的另一實(shí)例。在圖10中，所述照射區(qū)域61和記錄單元620以如圖4、6和7中所示的相同形式排列，當(dāng)所述照射區(qū)域61相對于所述記錄單元62C移動(dòng)通過在(-Y)方向中的兩倍節(jié)距P2的距離時(shí)，執(zhí)行一次所述照射區(qū)域61的通/斷控制(在下文中，這個(gè)操作稱為“兩倍速模式操作”)。
更具體地說，看看在(-X)側(cè)的一行記錄單元620。使用第一復(fù)位脈沖，通過所述照射區(qū)域61c、61d和61e分別執(zhí)行以在(+Y)側(cè)上的記錄單元621c、在從(-Y)方向的所述記錄單元621c間隔17倍節(jié)距P2的距離的記錄單元621d和從(-Y)方向的記錄單元621c間隔34倍節(jié)距P2的距離的記錄單元621e為中心的曝光。
隨后，當(dāng)所述照射區(qū)域組相對于在(-Y)方向的所述記錄單元組移動(dòng)兩倍節(jié)距P2的距離時(shí)，第二復(fù)位脈沖施加到所述DMD 42，并且分別由所述照射區(qū)域61c、61d和61e執(zhí)行從在(-Y)方向的記錄單元621c間隔兩倍節(jié)距P2距離的記錄單元621f的曝光、從在(-Y)方向的記錄單元621c間隔19倍節(jié)距P2距離的記錄單元621g的曝光，和從在(-Y)方向的記錄單元621c間隔36倍節(jié)距P2距離的記錄單元621h的曝光。
從上述操作可以看出，例如當(dāng)所述記錄單元621e由所述照射區(qū)域61e在所述第一和第二復(fù)位脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的前半部分曝光，所述記錄單元621e的多次曝光由所述照射區(qū)域61d在第九和第十復(fù)位脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的后半部分執(zhí)行。而且，在第十八和第十九復(fù)位脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的前半部分中，由所述照射區(qū)域61c執(zhí)行所述記錄單元621e的另一個(gè)多次曝光。因此，在兩倍速模式操作中，每個(gè)記錄單元620的多次曝光與其在主掃描方向排列的相鄰記錄單元620在相同的時(shí)間進(jìn)行曝光。
接下來，我們說明在兩倍速模式操作中所述照射區(qū)域61的光照射與施加到所述記錄單元620的光量之間的關(guān)系。圖11A示出在兩倍速模式操作中相對于主掃描方向在記錄單元620上記錄的圖案，而圖11B示出在由箭頭71指示的方向(主掃描方向)相對于所述記錄單元620的先前的照射區(qū)域61e的移動(dòng)路徑。圖11C示出在由箭頭71指示的方向相對于所述記錄單元620的隨后的照射區(qū)域61d移動(dòng)路徑，而圖11D是表示從圖11B和11C中的所述照射區(qū)域61e和61d施加的光累積量相對于Y軸方向(主掃描方向)變化的圖。
在圖11B中，每當(dāng)所述照射區(qū)域61e移動(dòng)通過兩倍節(jié)距P2的距離時(shí)執(zhí)行通/斷控制，其中所述照射區(qū)域61e在通/斷控制的三個(gè)周期期間保持處于通狀態(tài)，然后在通/斷控制的兩個(gè)周期期間保持?jǐn)酄顟B(tài)。在圖11C中，每當(dāng)所述照射區(qū)域61d移動(dòng)通過兩倍節(jié)距P2的距離時(shí)也執(zhí)行通/斷控制，其中所述照射區(qū)域61d在通/斷控制的兩個(gè)周期期間保持處于通狀態(tài)，然后在通/斷控制的三個(gè)周期期間保持?jǐn)酄顟B(tài)。在這個(gè)曝光操作中，如圖11D中由線76指示的，施加到在Y軸方向排列的記錄單元620上的光累積量具有相對于Y軸方向的角向分布(更確切地說，還由在主掃描方向排列的其他照射區(qū)域61執(zhí)行多次曝光)。而且，當(dāng)使用圖11D中所示光量Q3曝光感光膜時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)圖11A中示出的圖案記錄。
因?yàn)槿缜八觯啻纹毓庠试S使用多步長的等級控制光照射量，圖1中示出的光量的角向分布可以在形狀上變化，并且甚至在兩倍速模式操作中，可以高精度控制在主掃描方向的感光膜上圖案記錄寬度(在副掃描方向的圖案行距)。應(yīng)注意，還可以高精度控制在副掃描方向的圖案寬度，因?yàn)閺脑诟睊呙璺较蚺帕械亩鄠€(gè)照射區(qū)域61施加的光累積量也可以具有參考圖9描述的角向分布。
如上所述，在所述圖案記錄裝置1的兩倍速模式操作中，當(dāng)掃描照射區(qū)域61兩倍節(jié)距P2的距離時(shí)，控制器5通過傳送復(fù)位脈沖執(zhí)行照射區(qū)域61的光照射通/斷控制一次。因此所述圖案記錄裝置1可實(shí)現(xiàn)高速曝光同時(shí)允許控制圖案行距。
在所述兩倍速模式操作中，每個(gè)記錄單元620的光量控制不如圖4、6和7中示出的操作靈活，這些圖中的操作實(shí)現(xiàn)了使用(M/4)步長的等級的光量控制。然而，因?yàn)橛涗浀淖钚D案行距(即圖案分辨率)通常設(shè)置為大約幾倍于行距的最小可控制的單位(即行距精確度)，因此實(shí)際上在兩倍速模式操作中沒有問題。例如，在所述圖案記錄裝置1中，行距或相鄰行之間間隔寬度是15μm而行距的最小可控制單位或間隔寬度是2μm。
在圖10中示出的操作實(shí)例中，多次曝光還可以減少從每個(gè)照射區(qū)域61施加的光量變化影響。
圖12A和12B是在由圖案記錄裝置1記錄的圖案和當(dāng)所述照射區(qū)域的排列方向相對于所述主掃描方向不傾斜時(shí)記錄的圖案(在下文中，后者稱為“比較實(shí)例”)之間進(jìn)行比較的圖。圖12A示出在該比較實(shí)例中記錄的圖案，而圖12B示出圖案記錄裝置1的兩倍速模式操作中記錄的圖案。在所述比較實(shí)例中，每個(gè)照射區(qū)域需要設(shè)定為大小等于該記錄單元，從而由圖12A中的DMD 42形成的圖像42a小于圖12B中的圖像42b。
此處采用的DMD具有16個(gè)塊，每個(gè)塊包含按48行和1024列以等節(jié)距在彼此是垂直的兩個(gè)方向(行和列方向)排列的14μm正方形微鏡，而這16個(gè)塊在列方向排列以形成768行和1024列微鏡的矩陣。一塊中的一組微鏡相對于圍繞他們的反射表面的對角線的基準(zhǔn)平面以(+12)度或者(-12)度一致傾斜。
在副掃描方向和在主掃描方向的所述記錄單元的節(jié)距PI和P2都設(shè)置為2μm。在所述圖案記錄裝置1中，所述變焦透鏡437和投影透鏡439使得減少投影，以致在照射區(qū)域61之間的雙向節(jié)距(相對于所述DMD 42的行和列方向的節(jié)距)大約是8.25μm。
在圖12A和12B的比較中，768行和1024列的微鏡中僅僅使用一塊微鏡，以便加速所述DMD(即加速數(shù)據(jù)記錄或者簡化操作)。圖13是示意性表示由DMD 42在襯底9上形成的圖像42b的圖，其中相應(yīng)于被使用的一塊的照射區(qū)域組423是交叉畫陰影的(實(shí)際上，存在16個(gè)塊，每個(gè)塊包含許多微鏡。)在上述情況下，由于數(shù)據(jù)傳送率是7.6千兆比/每秒，將數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)單元的最短的可能時(shí)間大約是6.5微秒。然而，考慮到在復(fù)位之后保持微鏡的時(shí)間(即固定所述微鏡位置要求的時(shí)間；大約15微秒)，單一記錄單元620的最短曝光時(shí)間(即直到施加下一個(gè)復(fù)位脈沖時(shí)的最短時(shí)間)設(shè)置為24微秒。這里要注意，襯底9上的記錄單元全部排列在100平方毫米的區(qū)域內(nèi)。
在圖12A中示出的該比較實(shí)例中，由于在襯底9上由DMD形成的圖像42a中，相應(yīng)于微鏡的照射區(qū)域的兩個(gè)排列方向符合主掃描方向和副掃描方向，因此DMD的圖像42a移動(dòng)2μm距離需要的時(shí)間是24微秒，即復(fù)位脈沖之間的最短的時(shí)間，2μm距離是在主掃描方向的記錄單元的節(jié)距，因此襯底9的移動(dòng)速度是83.3毫米/每秒。因此，在主掃描方向曝光具有100毫米長度的區(qū)域大約需要1.2秒。而且，由于在X軸方向的DMD的圖像42a的長度是大約2毫米，大約需要50個(gè)主掃描來曝光整個(gè)襯底9，并需要大約60秒。
另一方面，在圖12B中示出的圖案記錄裝置中，由于由DMD 42形成的圖像42b移動(dòng)4μm的距離，該距離是在最短曝光時(shí)間24微秒期間內(nèi)在主掃描方向的記錄單元620節(jié)距P2的兩倍，因此襯底9的移動(dòng)速度是166.7毫米/每秒。由此，曝光掃描距離為100毫米的區(qū)域需要的時(shí)間大約0.6秒。此外，由于在X軸方向的照射區(qū)域61之間的節(jié)距是8μm，因此由一次掃描可以曝光的區(qū)域的X軸方向?qū)挾仁谴蠹s8毫米，因而需要13次主掃描曝光整個(gè)襯底9。因此，圖案記錄裝置1在整個(gè)襯底9上記錄圖案需要的時(shí)間是7.8秒。
如上所述，通過相對于主掃描方向傾斜照射區(qū)域的二維陣列，所述圖案記錄裝置1可以通過以極高速度曝光實(shí)現(xiàn)高精度圖案記錄。
本發(fā)明已經(jīng)參照其最佳實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)懂得，本發(fā)明不局限于上述的最佳實(shí)施例和各種修改都是可能的。
在所述圖案記錄裝置1中采用的空間光調(diào)制器不局限于在上述最佳實(shí)施例中采用的DMD 42；例如，實(shí)際上它可以是液晶開關(guān)。同時(shí)，例如，可以通過以二維排列多個(gè)發(fā)光二極管作為光源、相對于主掃描方向傾斜相應(yīng)于所述發(fā)光二極管組的照射區(qū)域組的排列方向以及與所述照射區(qū)域的相對移動(dòng)同步地實(shí)行每個(gè)發(fā)光二極管的通/斷控制來實(shí)現(xiàn)圖案記錄。
載物臺(tái)2以及頭部4在主掃描方向和副掃描方向的相對運(yùn)動(dòng)(即記錄單元組和照射區(qū)域組在襯底9上的相對運(yùn)動(dòng))可以由僅僅載物臺(tái)2和頭部4之一的移動(dòng)來代替。
照射區(qū)域和記錄單元的節(jié)距不局限于在上述最佳實(shí)施例中說明的那些，它們可以根據(jù)技術(shù)規(guī)范適當(dāng)改變。即，照射區(qū)域組相對于主掃描方向的傾角可以根據(jù)照射區(qū)域61和記錄單元620的尺寸以及根據(jù)多次曝光的次數(shù)適當(dāng)?shù)馗淖儭?br> 盡管上述最佳實(shí)施例沒有參照對位于照射區(qū)域組中的副掃描方向的末端的照射區(qū)域61(例如，在圖4中的(-X)和(-Y)部分上的照射區(qū)域61的一部分)的光照射控制，但不依據(jù)控制的簡單性執(zhí)行那些照射區(qū)域61的光照射。
雖然本發(fā)明已經(jīng)示出和詳細(xì)地說明了，前面的說明總的來說是例證性的而非限制性的。因此應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以導(dǎo)出很多改進(jìn)和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種在感光材料上記錄圖案的圖案記錄裝置，其特征在于包括將光施加到以晶格排列的照射區(qū)域組的頭部；掃描機(jī)構(gòu)，用于在感光材料上方在相對于所述照射區(qū)域組的排列方向傾斜的掃描方向掃描所述照射區(qū)域組，并使多個(gè)照射區(qū)域在所述感光材料上的多個(gè)記錄區(qū)域上方通過；以及控制器，通過與所述照射區(qū)域組的掃描同步地實(shí)行所述照射區(qū)域組的光照射的單獨(dú)通/斷控制來控制施加到所述感光材料上的每個(gè)所述記錄區(qū)域的光量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案記錄裝置，其特征在于所述頭部包括空間光調(diào)制器，具有空間調(diào)制反射光的光調(diào)制元件組的晶格排列；光源，發(fā)射施加到所述空間光調(diào)制器的光；以及光學(xué)系統(tǒng)，分別將光從所述光調(diào)制元件組引導(dǎo)到所述照射區(qū)域組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖案記錄裝置，其特征在于所述光調(diào)制元件組的每個(gè)元件是改變其位置的微鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案記錄裝置，其特征在于所述照射區(qū)域組中的照射區(qū)域是在彼此垂直的兩個(gè)方向以等節(jié)距排列的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案記錄裝置，其特征在于沿著與在相鄰照射區(qū)域之間的所述掃描方向垂直的方向的中心—中心距離等于在垂直于所述掃描方向的所述方向排列的相鄰記錄區(qū)域之間的中心—中心距離，所述相鄰照射區(qū)域是大致沿著所述照射區(qū)域組的排列的兩個(gè)方向中的所述掃描方向延伸的一個(gè)方向排列的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案記錄裝置，其特征在于，當(dāng)所述照射區(qū)域組掃描了兩倍于在所述掃描方向排列的兩個(gè)相鄰記錄區(qū)域之間的中心—中心距離的距離時(shí)，所述控制器執(zhí)行所述光照射的通/斷控制一次。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案記錄裝置，其特征在于圖案被記錄在印刷電路板的襯底上的感光膜上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案記錄裝置，其特征在于所述掃描機(jī)構(gòu)連續(xù)地移動(dòng)所述照射區(qū)域組。
9.一種在感光材料上記錄圖案的圖案記錄方法，包括步驟將光施加到以晶格排列所排列的照射區(qū)域組，通過在感光材料上方在相對于所述照射區(qū)域組的排列方向傾斜的掃描方向掃描所述照射區(qū)域組，在所述感光材料上的多個(gè)記錄區(qū)域上方通過多個(gè)照射區(qū)域；以及通過與所述照射區(qū)域組的掃描同步地實(shí)行所述照射區(qū)域組的光照射的單獨(dú)通/斷控制來控制施加到所述感光材料上的每個(gè)記錄區(qū)域的光量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖案記錄方法，其特征在于光通過空間光調(diào)制器施加到所述照射區(qū)域組，所述空間光調(diào)制器具有用于空間調(diào)制反射光的光調(diào)制元件組的晶格排列。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖案記錄方法，其特征在于所述光調(diào)制元件組的每個(gè)元件是改變其位置的微鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖案記錄方法，其特征在于在所述照射區(qū)域組中的照射區(qū)域是在彼此垂直的兩個(gè)方向以等節(jié)距排列的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖案記錄方法，其特征在于，沿著垂直于在相鄰照射區(qū)域之間的所述掃描方向的方向的中心—中心距離等于在與所述掃描方向垂直的所述方向排列的相鄰記錄區(qū)域之間中心—中心距離，所述相鄰照射區(qū)域是在大致沿著所述照射區(qū)域組的排列的兩個(gè)方向中的所述掃描方向延伸的一個(gè)方向排列的。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖案記錄方法，其特征在于，在所述控制光量的步驟中，當(dāng)掃描了兩倍于在掃描方向排列的兩個(gè)相鄰記錄區(qū)域之間的中心—中心距離的距離時(shí)執(zhí)行一次所述光照射的通/斷控制，。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖案記錄方法，其特征在于圖案被記錄在印刷電路板的襯底上的感光膜上。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖案記錄方法，其特征在于所述照射區(qū)域組連續(xù)地移動(dòng)。
全文摘要
一種在感光材料上記錄圖案的圖案記錄裝置包括頭部，裝備具有調(diào)制反射光的微鏡組的DMD，保持襯底的載物臺(tái)以及彼此相對移動(dòng)頭部和載物臺(tái)的機(jī)構(gòu)。來自DMD的微鏡的光分別被引導(dǎo)到襯底上的照射區(qū)域(61)。該照射區(qū)域(61)在襯底上方隨襯底的移動(dòng)而相對于頭部移動(dòng)。在頭部內(nèi)提供DMD以使照射區(qū)域(61)的排列方向相對于主掃描方向傾斜，和使得沿著在主掃描方向排列的兩個(gè)相鄰照射區(qū)域(61)之間的副掃描方向的中心—中心距離(L1)等于相對于副掃描方向襯底上的記錄單元(620)的節(jié)距(P1)。這允許以每個(gè)記錄單元(620)為中心多次曝光，因此實(shí)現(xiàn)高速圖案記錄，同時(shí)允許精確控制圖案行距。
文檔編號H01L21/027GK1459662SQ03110130
公開日2003年12月3日 申請日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月16日
發(fā)明者城田浩行, 桑原章 申請人:大日本網(wǎng)目版制造株式會(huì)社