本發(fā)明針對一種用于在曝光裝置中使用以用于照明表面的曝光頭，該曝光頭包含：一或多個輻射源，其用于提供一或多道射束；光學掃描單元，其經(jīng)配置以用于接收該一或多道射束且用于朝向該表面指引射束以用于使射束中的每一個撞擊于撞擊光點上。本發(fā)明進一步針對一種曝光裝置及一種操作用于照明平面表面的曝光頭的方法。

背景技術(shù)：

習知無光罩曝光系統(tǒng)常常使用單一雷射及掃描光學器件來朝向基板上之不同位置偏轉(zhuǎn)射束。存在通常發(fā)生且并非總是在不同系統(tǒng)中解決的一些重要之偏轉(zhuǎn)副效應(yīng)。舉例而言，此等效應(yīng)包括引起不完全平坦基板上之位置誤差的傾斜射束著陸。在微影系統(tǒng)中，此可大大地導致最終產(chǎn)品中之缺陷?？蓪е麓说热毕葜渌缓闲枰母毙?yīng)為歸因于射束在基板上之傾斜著陸的光點生長及光點之散焦。

偏轉(zhuǎn)可例如藉由雙電流計鏡來進行。接著需要F-θ物鏡來在所有基板位置上達成正確聚焦。其他兩個副效應(yīng)并非以此方式校正。另一方法為使用旋轉(zhuǎn)多角鏡。又，在掃描儀之后需要光學器件，至少來補償散焦。光學器件亦可校正傾斜著陸，使得所有射束在基板上垂直地著陸。然而，需要針對此的相對復(fù)雜之光學系統(tǒng)。

系統(tǒng)均遭受可達成光點尺寸之限制。歸因于在偏轉(zhuǎn)之后射束的所需的長沖程距離(以到達所有基板區(qū)域)，不可使光點為極小的(例如，取決于如距離、波長、光學器件之數(shù)值孔徑的因素，不小于50μm)。當使用許多光源時，可獲得短的光學距離，及因此較小的可達成光點尺寸。此系因為將要藉由每一源服務(wù)之基板區(qū)域變小。已知適用此原理之一些系統(tǒng)。然而，如上文已提出，需要許多后掃描透鏡來處理以上副效應(yīng)。此等透鏡可為小的，但并非極小的：每一透鏡需要至少為掃描長度之尺寸。此實質(zhì)上大于射束直徑，且實質(zhì)上大于在多角形之前的光學路徑中之透鏡。因此，許多雷射束的使用僅惡化關(guān)于后掃描光學器件之情形，從而使其更復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標為提供曝光頭，其中上述缺點得以解決，且其允許藉由在掃描運動中用一或多道射束照明基板而準確地曝露基板。

為此目的，因此提供一種用于在一曝光裝置中使用以用于照明一平面表面的曝光頭，該曝光頭包含：一或多個輻射源，其用于提供一或多道射束；一光學掃描單元，其經(jīng)配置以用于接收該一或多道光學射束且用于朝向該平面表面指引該等射束以用于使該等射束中的每一個撞擊于一撞擊光點上；一旋轉(zhuǎn)致動單元，其連接至該光學掃描單元以用于至少部分地旋轉(zhuǎn)該光學掃描單元，其中該一或多道射束的該等撞擊光點藉由該光學掃描單元的該至少部分旋轉(zhuǎn)跨于該平面表面上得以掃描，其中該光學掃描單元包含一透射性組件，該透射性組件包括用于接收該一或多道雷射束及用于在該等射束輸送通過該透射性組件之后輸出該等射束的一或多個小面，以用于在該透射性組件的該旋轉(zhuǎn)后即使該等射束移位從而允許該等撞擊光點的該掃描。輻射源可為用于提供光束之光源。

本發(fā)明的曝光頭利用斯奈爾定律(亦稱為斯奈爾-笛卡兒定律或折射定律)，以用于使曝光頭之一或多道光束能夠跨于基板的表面上而掃描。斯奈爾定律定義，在光束經(jīng)由界面表面自第一介質(zhì)(例如，空氣)行進至第二介質(zhì)(例如，玻璃)中時，在光束相對于界面表面處之法線的入射角θ₁與折射角θ₂之間的關(guān)系。根據(jù)斯奈爾定律，入射光束在自具有較小折射率n₁之介質(zhì)去往具有較大折射率n₂的介質(zhì)時朝向界面表面之法向量反射。相反地，當光束自具有較大折射率n₂之介質(zhì)朝向具有較小折射率n₁的介質(zhì)行進時，光束在界面表面處向更遠離法向量的方向折射。

在數(shù)學上，就入射角θ₁及折射角θ₂而言，該等角之間的關(guān)系如下：

sin(θ₁)/sin(θ₂)＝n₂/n₁

鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明使用透射性組件，其中該組件的至少一小面接收該一或多道光束，且其中至少一其他小面在光束已行進通過透射性組件之后輸出所接收之一或多道光束。藉由旋轉(zhuǎn)透射性組件，接收小面關(guān)于入射之一或多道射束的定向不斷地改變。參考上文之斯奈爾定律，在透射性組件內(nèi)在內(nèi)部行進之折射光束相對于藉由小面所提供之界面表面之法向量的角度將由于小面相對于一或多道射束的旋轉(zhuǎn)而改變。相反地，在形成透射性組件之輸出的小面處，在界面表面之任一側(cè)處的兩個介質(zhì)之折射率為反向的。因此，因為整個透射性組件相對于該一或多道光束旋轉(zhuǎn)，所以離開透射性組件之光束相對于對界面表面之法向量的輸出角歸因于該旋轉(zhuǎn)而在相反方向上改變。因此，藉由在來自一或多個光源之一或多個光束的路徑中使用透射性組件，且至少部分地圍繞(名義或?qū)嶓w)旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)透射性組件(使得接收及輸出小面相對于光束之定向歸因于該旋轉(zhuǎn)而改變)，光束之方向可改變且光束可藉此跨于基板的表面上而掃描。

該一或多個光源可根據(jù)實施例可由一或多個雷射二極管(LD)形成或包括一或多個雷射二極管。如將了解，其他光源亦可為合適的。舉例而言，光源亦可或或者包括一或多個雷射空腔。光可在未受導引之情況下被直接地輻射，或可經(jīng)由光學器件或一或多根光纖朝向透射性組件運輸。

較佳地但非必要地，接收小面接收該一或多道光束之表面平行于輸出小面輸出該一或多道光束的表面。在該狀況下，可見，接收小面上之入射光束之方向的改變在輸出小面處完全反向。因此，藉由使用接收小面及輸出小面之平行表面(例如，計劃平行板)，離開透射性組件之光束的方向與入射于透射性組件上之光束的方向完全相同，且僅其路徑已取決于小面表面相對于光束之入射路徑的定向而移位。此允許掃描跨于基板之表面上的光束中的每一個的撞擊光點，而不會在掃描期間影響光束在基板表面上之入射角。藉由例如使用鏡之先前技術(shù)方法所經(jīng)歷的傾斜射束著陸之問題藉此得以解決，而無需使用校正光學器件。此提供用于跨基板表面上掃描射束的優(yōu)雅且簡單的解決方案。此外，由于無復(fù)雜光學系統(tǒng)，可使光源(例如，雷射二極管)與基板表面之間的距離與先前技術(shù)方法中相比小得多。此具有加寬撞擊光點之光點尺寸的其他優(yōu)點，此系歸因于跨行進路徑上之發(fā)散可在無其他光學器件的情況下與光學路徑之縮短成比例地減小。

根據(jù)本發(fā)明之較佳實施例，透射性組件為包括一或多個小面之多角棱鏡。藉由使用多角棱鏡作為透射性組件，可使棱鏡以恒定的旋轉(zhuǎn)速度連續(xù)地旋轉(zhuǎn)以允許該一或多道光束之掃描。藉由旋轉(zhuǎn)多角棱鏡以使得多角形之下一小面隨后以恒定速率在該一或多道光束前方轉(zhuǎn)動，可使光束的撞擊光點追蹤跨越通過小面中的每一個的同一線段。較佳地，根據(jù)又一實施例，多角棱鏡的小面在數(shù)目上為偶數(shù)，其中多角棱鏡的相對側(cè)面上的每兩個小面合作，使得在使用中，該等相對小面中之第一者接收該等光學光束中的至少一個且該等相對小面中的第二者輸出該所接收的至少一光學光束。甚至更佳地，相對小面為平行的，以便在與該至少一射束在該等相對小面中的接收第一者上之入射角相同的角度下輸出該至少一光學光束。上文已解釋使用相對平行小面之優(yōu)點，其中此等小面中之一者形成接收小面且相對小面中的另一者形成輸出小面(取決于多角棱鏡相對于光束之定向)，以允許撞擊光點跨于基板之表面上的掃描而不改變光束在基板表面上的入射角。基板表面上之入射角可由此保持恒定，例如，垂直于表面。

如將了解，多角棱鏡可具有熟習此項技術(shù)者認為合乎需要的任何數(shù)目個小面。然而，當使用每一小面具有相對平行小面之偶數(shù)個小面時，已藉由由四個、六個、八個、十個、十二個及十四個小面組成的多角棱鏡達成良好結(jié)果。應(yīng)注意，使用較大數(shù)目個小面使小面中的每一個變得較小(與多角棱鏡的尺寸相關(guān))。因為小面之尺寸判定可藉由基板表面上之撞擊光點在掃描運動中追蹤的線段之最大長度，所以較少數(shù)目個小面允許此等線段較長。較長線段在大多數(shù)應(yīng)用中為有利的。若小面之數(shù)目變得過小，則不合需要之副效應(yīng)可在多角棱鏡之旋轉(zhuǎn)后即發(fā)生，諸如以大入射角(亦即，大于臨界角)的全內(nèi)反射。在小面之數(shù)目與藉由基板表面上之撞擊光點所掃描的線段之長度之間的最佳狀態(tài)例如發(fā)現(xiàn)于具有8個小面之棱鏡處：八角棱鏡。

根據(jù)又一實施例，該頭包含多個雷射二極管。此外，透射性組件可具有一尺寸，以便允許雷射二極管之多道雷射束藉由透射性組件的接收，以用于其藉由光學掃描單元之同時掃描。舉例而言，使用上文所提及之八角棱鏡的實例，棱鏡在橫截面上可為八角形的，同時具有長度L以便允許一列(例如，跨于棱鏡之長度L上而配置)之總共N個雷射二極管照射棱鏡。此允許N個雷射二極管中的每一個的撞擊光點跨于表面上而掃描。在曝光頭相對于基板表面平移(例如，以直線)同時操作雷射二極管之狀況下，基板表面的條帶或帶可使用曝光頭來掃描及照明。

根據(jù)又一實施例，多個雷射二極管中的兩個或兩個以上在一方向上彼此鄰近地配置，該方向垂直于透射性組件藉由旋轉(zhuǎn)致動單元的至少部分旋轉(zhuǎn)的名義旋轉(zhuǎn)軸線(notional rotation axis)。換言之，雷射二極管相對于透射性組件并排配置。藉由照射透射性組件，光束中的每一個藉由透射性組件或多角棱鏡以相等量移位，使得藉由對應(yīng)的光束之撞擊光點所追蹤的線段彼此平行且對準。在來自該兩個或兩個以上雷射二極管之光描述完全相同之線段的狀況下，在基板之表面處的光產(chǎn)量相應(yīng)地加倍?；蛘?，來自如上文所述彼此鄰近地配置的該兩道或兩道以上光束的光可稍微成角度，使得藉由基板之表面上之撞擊光點所追蹤的線段彼此平行且在彼此之延伸線(或至少部分地在彼此之延伸在線)對準。舉例而言，鄰近地配置的該等多個雷射二極管中的該兩個或兩個以上的雷射束可經(jīng)指引于透射性組件上之實質(zhì)上相同的撞擊位置處。

甚至更佳的，藉由對應(yīng)于上文所提及之鄰近雷射二極管中的每一個的撞擊光點所描述之線段可為平行、對準且互補的以便獲得延伸線段，但使得個別線段在彼此之端點附近至少部分地重疊。藉由端點附近之此重疊，在每一個別LD之確切置放或定向上的微小誤差可藉由在掃描期間LD之合適供電而校正。此具有個別LD中的每一個的確切置放在曝光頭之制造期間變得較不關(guān)鍵的優(yōu)點，此系因為微小誤差可在個別LD的在基板的照明后即控制LD之供電的驅(qū)動軟件內(nèi)校正。

根據(jù)本發(fā)明之又一實施例，上文所提及的該兩個或兩個以上鄰近地配置的雷射二極管經(jīng)置放以便允許雷射束跨于平行而并非彼此對準之掃描在線的掃描，且其中鄰近雷射二極管之置放或透射性組件的小面中的至少一個之尺寸中的至少一個使得鄰近射束的掃描線至少部分地重疊，以用于允許影像藉由來自雷射束的光的強度操縱在子像素精度下的曝光。此實施例系基于以下假設(shè)：基板表面為了正確地曝露必須自曝光頭接收某一臨界劑量的光產(chǎn)量。采取此臨界劑量之光作為假設(shè)，藉由本實施例，鄰近雷射二極管之光束的撞擊光點之線段彼此平行且相連，使得此等側(cè)區(qū)段部分地重疊。藉由控制來自雷射束的光的強度，可在子像素精度下準確地控制基板表面處之子像素是否接收臨界劑量。因此，雷射束相對于透射性組件之此配置允許基板表面在子像素精度下的照明。

根據(jù)本發(fā)明之又一實施例，該等多個雷射二極管中的兩個或兩個以上在平行于透射性組件藉由旋轉(zhuǎn)致動單元的至少部分旋轉(zhuǎn)的名義軸線之方向上彼此鄰近地配置。平行于名義軸線而置放向上文所提及之實施例提供跨于多角棱鏡之長度方向L上配置的N個雷射二極管。

根據(jù)本發(fā)明之又一實施例，該等多個雷射二極管跨于與透射性組件藉由旋轉(zhuǎn)致動單元的至少部分旋轉(zhuǎn)的該名義旋轉(zhuǎn)軸線平行的表面上以列及行來配置，其中每一雷射二極管之輸出面成形為六角形，且雷射二極管以蜂巢配置來配置。LD之蜂巢配置允許LD跨于列及行上的密集集中，以便達成上文關(guān)于雷射二極管之置放所提及的所有優(yōu)點。

根據(jù)本發(fā)明之又一實施例的曝光頭進一步包含曝光控制單元，該曝光控制單元經(jīng)配置以用于接收曝光數(shù)據(jù)且用于取決于曝光數(shù)據(jù)而控制一個及更多雷射二極管的操作。舉例而言，控制單元可接收數(shù)據(jù)信號，且可對曝光頭之個別雷射二極管中合適地對應(yīng)于所接收數(shù)據(jù)信號的每一者供電。此例如可包括雷射二極管之操作的校正以便校正上文所提及之不正確置放或微小建構(gòu)誤差，或個別雷射二極管之操作的合適控制以便獲得如上文所提及的曝光頭子像素精度?？刂茊卧勺园惭b有曝光頭的曝光裝置的影像控制器接收個別數(shù)據(jù)信號。

曝光頭可在使用中在運動方向上相對于受照明表面移動，受照明表面為基板表面。該等多個雷射二極管中的兩個或兩個以上在運動方向上彼此鄰近地配置，以便允許在該運動方向上在同一路徑中同時地照明表面。又，例如藉由控制曝光頭與基板表面之間的相對運動之速度，可使鄰近二極管在隨后通過多角棱鏡或透射性組件的小面時的照明圖案重疊。又根據(jù)另一實施例，曝光頭可在使用中在運動方向上相對于受照明表面而移動，受照明表面為基板表面，其中該等多個雷射二極管中的兩個或兩個以上與運動方向成一角度而彼此鄰近地配置，以便在該運動方向上在重疊或平行之路徑中同時地照明基板表面。

根據(jù)本發(fā)明之又一態(tài)樣，提供一種包含如上文所述的曝光頭的曝光裝置。在較佳實施例中，根據(jù)此態(tài)樣的曝光頭進一步包含運動驅(qū)動器，該運動驅(qū)動器用于使該至少一曝光頭跨于基板表面之上的曝光軌跡上移動以用于曝露基板表面，該曝光頭進一步包含影像控制器，該影像控制器經(jīng)配置以用于取決于曝光影像數(shù)據(jù)將電信號提供至該至少一曝光頭，從而允許該至少一曝光頭的雷射二極管的控制。運動驅(qū)動器允許曝光頭描述跨于基板表面上之條帶或帶。影像控制器允許取決于曝光影像數(shù)據(jù)將電信號提供至該至少一曝光頭之控制單元。曝光影像數(shù)據(jù)可例如自諸如內(nèi)存之數(shù)據(jù)儲存庫，或自網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)據(jù)通訊構(gòu)件獲得。曝光裝置之運動驅(qū)動器可經(jīng)配置以用于調(diào)適曝光頭的運動速度，使得該兩個或兩個以上鄰近雷射二極管之時間上之后續(xù)照明圖案至少部分地重疊。

根據(jù)曝光裝置之又一實施例，該至少一曝光頭中的一個或多個包含在一方向上彼此鄰近地配置的至少兩個雷射二極管，該方向垂直于透射性組件藉由該曝光頭之旋轉(zhuǎn)致動單元的至少部分旋轉(zhuǎn)的名義旋轉(zhuǎn)軸線，其中該至少兩個鄰近地配置的雷射二極管經(jīng)置放以便允許雷射束跨于彼此對準之掃描在線的掃描，且其中鄰近雷射二極管之置放或曝光頭之透射性組件的小面中的至少一個之尺寸中的至少一個使得鄰近雷射束的掃描線至少部分地重疊，其中該裝置之影像控制器或曝光頭的曝光控制單元中的至少一個經(jīng)配置來取決于曝光影像數(shù)據(jù)而用于雷射二極管之定時操作。

附圖說明

參看所附圖式，將藉由本發(fā)明之一些特定實施例的描述進一步闡明本發(fā)明。詳細描述提供本發(fā)明之可能實行方案的實例，但不視為描述落在范疇下之僅有實施例。本發(fā)明之范疇定義于申請專利范圍中，且描述將被視為例示性的而對本發(fā)明不具有限制性。在圖式中：

圖1示意性地例示根據(jù)先前技術(shù)的曝光系統(tǒng)的原理；

圖2A至圖2D示意性地例示根據(jù)本發(fā)明的曝光頭的工作原理；

圖3示意性地例示在本發(fā)明中所應(yīng)用之斯奈爾定律的原理；

圖4A及圖4B示意性地例示根據(jù)本發(fā)明的曝露基板的曝光頭；

圖5例示包含根據(jù)本發(fā)明的曝光頭的曝光裝置；

圖6例示在根據(jù)本發(fā)明的曝光頭中所應(yīng)用的多角棱鏡及多列雷射二極管；

圖7A及圖7B示意性地例示根據(jù)本發(fā)明的曝光頭中的雷射二極管的操作方案；

圖8A例示根據(jù)本發(fā)明的曝光頭中的雷射二極管的配置；

圖8B示意性地例示使用圖8A之配置所獲得的曝光圖案之部分。

具體實施方式

基于旋轉(zhuǎn)多角鏡10之習知曝光頭1的工作原理示意性地例示于圖1中。曝光頭1包含光源3。光源3為提供雷射束4之單一雷射，雷射束4經(jīng)成形且連續(xù)地在方向上改變以便在基板30上追蹤表面31上的線段28。藉由如藉由箭頭26所指示而移動基板，表面31之區(qū)域可藉由雷射束掃描及照明。沿著射束4之路徑的調(diào)變器5a及5d允許射束的強度的調(diào)變，以便在掃描期間打開及關(guān)閉射束且允許照明基板30之表面31上的預(yù)定義照明圖案。使用鏡6、7及8，射束4經(jīng)引導朝向多角鏡10。多角鏡10圍繞軸線11旋轉(zhuǎn)。射束4藉此落在多角鏡10之路過的小面上。

由于旋轉(zhuǎn)11，小面12在路過的同時關(guān)于射束4連續(xù)地改變定向。藉此，射束4取決于射束4入射于的小面12的瞬時位置而不斷地改變方向。在多角鏡10之下游，不同位置中的雷射束藉由參考數(shù)字13-1、13-2及13-3來指示。鑒于旋轉(zhuǎn)方向，射束一經(jīng)第一次入射于小面12上則首先描述路徑13-1。在小面12進一步旋轉(zhuǎn)的同時，射束描述路徑13-2，且在最終入射點處(緊接在雷射束4將入射于下一小面上之前)，射束將描述路徑13-3。如圖1中所指示，射束(13-1至13-3)使用鏡23偏轉(zhuǎn)至基板表面31上。

在無后掃描光學器件15、16、17、19、20及25之情況下，不合需要之效應(yīng)將出現(xiàn)。如圖1中所示，藉由鏡10反射之射束在鏡之旋轉(zhuǎn)期間將稍微改變方向。換言之，在小面12之定向藉由鏡10的旋轉(zhuǎn)而改變的同時，出射射束的射束路徑改變。此藉由瞬時射束路徑13-1至13-3來指示，該等路徑針對小面12之不同定向相互傾斜。藉由此所引起之不合需要的光學效應(yīng)藉由后掃描光學器件15、16、17、19、20及25而解決。

針對具有傾斜發(fā)散之輸出射束的系統(tǒng)，焦點將在彎曲表面上。在平坦表面上，散焦將發(fā)生。此外，偏轉(zhuǎn)射束傾斜地著陸(除了表面上之一點中)，且來自傾斜著陸射束的光點將伸長(未圖示；假想射束為圓柱且光點為通過圓柱的傾斜橫截面)。為解決此等不合需要之效應(yīng)，后掃描光學器件之復(fù)雜系統(tǒng)得以應(yīng)用。第一步驟為散焦之校正。此可藉由一個或幾個透鏡組件來進行。此校正通常具有增大偏轉(zhuǎn)光點之副效應(yīng)(可將此視為源光點朝向偏轉(zhuǎn)位置之較大光學放大的結(jié)果)。下一(接下來的)步驟為校正傾斜著陸及/或朝向偏轉(zhuǎn)位置之光點放大及/或非均一掃描速度，從而需要更復(fù)雜的光學器件，如在圖1中。在圖1中，此等光學器件包括透鏡15、16、17、19、20及25，包括鏡23。光學器件15至19及25慮及數(shù)個像差。然而，例如由于射束的不斷改變的入射角，使用此等光學器件完全地解決該等效應(yīng)為挑戰(zhàn)性的。

圖2A至圖2D示意性地例示根據(jù)本發(fā)明的包括透射性組件的曝光頭的工作原理。曝光頭33包含透射性組件40。透射性組件40可由對用于照明的雷射二極管之光為透明的任何合適材料制成。舉例而言，在許多應(yīng)用中，合適地選擇之類型的玻璃或透明聚合物將提供用于允許射束在透明組件40之旋轉(zhuǎn)后即移位的極佳材料。在一些實施例中，在小面之最終末端處的最大位移(在透射性組件40之旋轉(zhuǎn)后)可能需要為盡可能大的。折射射束相對于透明組件40之界面表面處之法線的內(nèi)角在該等狀況下可為盡可能小的以達成此。若在透射性組件40內(nèi)在內(nèi)部，射束相對于界面表面處之法線的角度經(jīng)最小化，則射束在輸出側(cè)處的位移相應(yīng)地最大化。如下文關(guān)于圖3進一步解釋，此可藉由選擇與空氣相比具有大折射率的材料來達成?？舍槍x擇合適材料而考慮之另一要求在于，材料自身應(yīng)對來自雷射二極管之光的波長為盡可能透明的，以便防止透射性組件40充當濾光片。

粗略地針對介于400nm與1700nm之間的波長，足夠透明之一些材料包括一群組之玻璃類型中的任一者，該群組包含：Borofloat^TM、PyrexN-BK7、N-K5、B270、N-BaF10、N-SFS、N-SF10、N-SF11、N-LaSFN9。所提及之此等玻璃類型可藉由德國(Hattenbergstrasse 10,55122 Mainz)之SCHOTT AG提供，但當然其他制造商之類似或不同的玻璃類型或甚至其他光學材料可得以應(yīng)用。上文所提供之清單僅作為指示來呈現(xiàn)以便提供完整的揭示內(nèi)容，且必須不解譯為限制。低于400nm及高于1700nm，所列出之玻璃類型中的一些變?yōu)檩^不透射性的(在不同的波長范圍下)，且在所要材料之選擇期間必須關(guān)注光學損失在所要極限內(nèi)。

返回至圖2A至圖2D，透射性組件40為具有八角形橫截面之多角棱鏡。八角形多角棱鏡40在藉由箭頭43所指示之方向上圍繞旋轉(zhuǎn)軸線41旋轉(zhuǎn)。雷射二極管35提供將藉由追蹤基板表面42上之圖案來掃描的單色光的雷射束45。藉由透鏡37及38所指示之一些光學器件可在八角形多角棱鏡40之前存在于光學路徑中，以便使射束成形(例如，擺脫轉(zhuǎn)向)。此外，且未展示于圖2A至圖2D中，雷射二極管35之操作可受控制，以便根據(jù)對應(yīng)于將要在基板表面42上照明之影像的所要圖案打開及關(guān)閉雷射束45。在圖2A中，雷射束45入射于多角棱鏡40的小面46上。小面46之表面的法線藉由虛線48指示。多角棱鏡40之折射率不同于周圍空氣的折射率。因此，在射束45至小面46之表面上的撞擊后，射束45將在行進通過多角棱鏡40的同時在較接近于法線48的方向上折射。在多角棱鏡40之另一末端處，在小面47處，射束45離開多角棱鏡40。自具有較高折射率之多角棱鏡40的材料行進至周圍空氣中，射束45折射回至其原始方向；亦即，射束45在進入多角棱鏡40之前的方向。在圖2A中所指示之位置，射束45在撞擊光點50-1撞擊于基板表面42上。射束45在多角棱鏡40尚未存在之狀況下將已行進之方向藉由虛線49指示。虛線49已例示為圖2A至圖2D中之參考，以便清楚地可視化藉由多角棱鏡40之旋轉(zhuǎn)所引起的撞擊光點(50-1至50-4)跨于基板表面42上的掃描。

在圖2B中，與圖2A中相同的情形得以例示，但與圖2A相比，多角棱鏡40在藉由箭頭43所指示之方向上稍微旋轉(zhuǎn)。清楚地，與撞擊光點50-1相比，撞擊光點50-2已在基板表面42上更向左移動。此系因為射束45之位移量歸因于多角棱鏡40相對于射束45的改變之定向而改變。類似地，在圖2C中，撞擊光點50-3已進一步向左移動，且現(xiàn)在在參考線49之左側(cè)撞擊于基板表面42上。接下來，在圖2D中，射束45歸因于多角棱鏡40之改變的定向而在其最左側(cè)上撞擊于小面46上。同樣，基板表面42上之撞擊光點50-4已到達其在藉由該撞擊光點所描述之線段上的最終光點。當多角棱鏡40根據(jù)藉由箭頭43所指示之方向進一步旋轉(zhuǎn)時，射束45將撞擊于小面51的最右側(cè)上，且基本上，相同情形將如圖2A中所指示而獲得。因此，射束45將接著再次以撞擊光點50-1撞擊于基板表面42上。

圖3示意性地例示在本發(fā)明中所應(yīng)用之斯奈爾定律。組件62為例如由玻璃制成之透明區(qū)塊。射束58撞擊于透明區(qū)塊62的接收表面66上。射束58在表面68處離開透明區(qū)塊62。虛線64指示表面66之法線(亦即，垂直)方向。射束58之第一區(qū)段58-1行進通過具有約1,00之折射率n1的周圍空氣。θ1指示射束58之區(qū)段58-1相對于表面66處之法線64的角度。若玻璃組件62由熔融硅石制成，則其將具有約1,46之折射率n2。熔融硅石，亦稱作熔融石英，常常用于制造諸如透鏡之光學組件，且可為針對根據(jù)本發(fā)明之透明組件的選擇材料。歸因于光學組件62內(nèi)之較高折射率n2，射束58將在較接近于表面66處之法線64的方向上折射。因此，在進入光學組件62之前，藉由θ2所指示的在圖3中之射束58之區(qū)段58-2與法線64之間的角度將小于在法線64與空氣中射束58之區(qū)段58-1之間的原始角度θ1。當在表面58處離開光學組件62時，射束58將自具有折射率n2之材料行進至再次具有約1,00之折射率n1的空氣。射束58之區(qū)段58-3將折射至具有與藉由圖3中之虛線65所指示的法線之角度θ1的方向中。射束58之區(qū)段58-3的方向?qū)槠叫械模P(guān)于區(qū)段58-1之方向稍微移位。此原理可用于跨于表面上掃描射束58。

上文已指示在自具有第一折射率n1之材料去往具有第二折射率n2之材料的角度θ1與θ2之間的關(guān)系。如將了解，在法線64與射束58之區(qū)段58-2之間的角度θ2將盡可能小的狀況下，區(qū)段58-3相對于區(qū)段58-1之位移將得以最大化。將此轉(zhuǎn)譯為藉由上文之方程式1所指示之關(guān)系，此意味理想地為了達成大的位移，折射率n2必須相對于折射率n1為盡可能大的。此可藉由用于光學組件62之材料的合適選擇來達成。如上文所指示，已使用熔融硅石作為光學組件62之選擇材料，其具有約1,46之折射率n2。然而，理論上在組件62可由金剛石制成的狀況下，其將具有約2,42之折射率，藉此使射束58之射束區(qū)段58-2與法線64接近得多且最大化位移量。因此，盡管在多角棱鏡之所要尺寸上并非現(xiàn)成的，但金剛石將另外為合適的選擇。一般而言，材料可經(jīng)選擇，使得其具有大折射率。同時，必須意識到，選擇材料針對射束58之光的波長應(yīng)為透明的。另外，射束58之強度將由于光學組件62而減小。

達成較大位移之另一途徑在于增大2個相對小面之間的距離。盡管此具有缺點(較大棱鏡、較長光學距離、較大質(zhì)量之棱鏡)，但此具有小面相對于雷射束的尺寸的尺寸增大的優(yōu)點。歸因于射束的有限(非零)尺寸，射束不可在自一小面至下一小面之過渡期間使用。在射束部分地落在一小面上且部分地落在下一小面上的短的時段中，在基板上將存在2個光點(圖2中之50-1及50-4)，因此其可在此時段期間關(guān)閉或阻斷。當棱鏡較大時，射束為此原因不可使用之時間百分比將減小。

圖4A及圖4B示意性地例示根據(jù)本發(fā)明的曝光頭70，曝光頭70在基板83之表面上方在藉由箭頭80所指示的方向上移動。曝光頭70包含多個雷射二極管73(其中僅一些已藉由該參考數(shù)字73指示，以便不會不必要地使圖4A復(fù)雜)。曝光頭進一步包含可旋轉(zhuǎn)多角棱鏡72，多角棱鏡72之旋轉(zhuǎn)軸線藉由虛線78示意性地指示。旋轉(zhuǎn)方向藉由箭頭79指示。歸因于多角棱鏡72之旋轉(zhuǎn)，來自雷射二極管73之光將在基板83的表面上產(chǎn)生的撞擊光點將在藉由箭頭75所指示之方向上掃描。虛線81a及81b示意性地例示可在在基板83上方于藉由箭頭80所指示之方向上移動的同時使用曝光頭70照明之區(qū)域的邊界。在圖4B中，同一曝光頭70例示于其已在基板83上方在藉由箭頭80所指示之方向上移動的位置。如可見，在曝光頭70后方，曝光頭的雷射二極管73的撞擊光點已跨于藉由參考數(shù)字85示意性地指示之眾多線段上曝露表面83。線段85在其端點處部分地重疊，如圖4B中所指示。此重疊可有意地執(zhí)行，但亦可能藉由以受控方式打開及關(guān)閉雷射二極管73而在無線段之重疊的情況下執(zhí)行表面的照明。

圖5中示意性地例示根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置90。曝光裝置90包含托架93，托架93可在基板之表面上方使用助滑器(glider)95跨于軌道96上移動。曝光裝置90包含根據(jù)本發(fā)明之多個曝光頭92-1、92-2、92-3及92-4。曝光頭中的每一個包含多個雷射二極管98及可旋轉(zhuǎn)多角棱鏡97。

圖6示意性地例示可在根據(jù)本發(fā)明的曝光頭中使用的八角形式之多角棱鏡。八角形多角棱鏡40可例如為上文之圖2A至圖2D中所例示的多角棱鏡。多角棱鏡40自配置于棱鏡40上方之多個雷射二極管35接收雷射束。雷射二極管35可使用控制系統(tǒng)以受控方式操作，以便允許基板之表面上的所要曝光圖案的曝光。多角棱鏡40可圍繞軸線100旋轉(zhuǎn)，從而允許來自雷射二極管35之射束的光在基板表面上之掃描。在圖6中所例示之配置中，來自雷射二極管35之射束彼此平行地撞擊于多角棱鏡40的表面上?；蛘?，射束可朝向或遠離彼此稍微歪斜，如下文將進一步解釋。

在來自雷射二極管35之射束平行地撞擊于多角棱鏡40上的情況下，射束將均以相對于界面表面之法線的同一角度折射。在基板表面上，此可使雷射二極管35之射束中的每一個的撞擊光點描述平行于藉由其他雷射二極管所照明之線段的線段。針對圖6中所指示的雷射二極管的矩陣之每一列中的三個雷射二極管，藉由撞擊光點所描述之線段將為平行的且在彼此之延伸線內(nèi)。此系因為圖6中所例示之矩陣之單一列的雷射二極管35位于垂直于多角棱鏡40之旋轉(zhuǎn)軸線100的直線中。

圖7A及圖7B中例示可藉由圖6中所例示的雷射二極管之矩陣的單一列的雷射二極管35獲得的照明圖案。在圖7A中，藉由來自單一列中的雷射二極管A、B及C的射束的撞擊光點所描述的線段藉由參考數(shù)字111、116及121(亦為圖7A中之A'、B'、C')指示。形成此等雷射二極管的照明圖案的線段111、116及121彼此平行，且在彼此之延伸線內(nèi)，使得其形成直線。藉由雷射二極管A、B及C中的每一個所描述的個別線段在圖7A中以線段110、115及120例示。個別地提供照明圖案110的該列中之最左側(cè)雷射二極管A可跨于其全長上而操作，該全長如以虛線之間的線段110所指示。若雷射二極管之供電的全部持續(xù)時間系針對所有雷射二極管A、B及C而執(zhí)行，則此將產(chǎn)生線段111、116及121以在區(qū)域124及125中重疊。如將了解，假設(shè)藉由雷射二極管所提供之射束的強度將為相等的，則此將導致區(qū)域124及125接收雙倍曝光劑量之藉由雷射二極管所提供的光學輻射。此可能并非所要的，且因此，控制系統(tǒng)可以所照明之基板的材料在各處接收相等劑量之方式修改操作雷射二極管35、A、B及C中的每一個的持續(xù)時間。

圖7B中示意性地例示雷射二極管之操作之持續(xù)時間的此修改。在圖7B中，針對雷射二極管A，對應(yīng)于雷射二極管之操作之最大可達成持續(xù)時間的線段112藉由虛線例示。然而，控制系統(tǒng)操作雷射二極管A歷時如藉由線段110'示意性地指示的較短持續(xù)時間。針對雷射二極管B，控制系統(tǒng)在可能可達成照明117之兩個最終末端處縮短雷射二極管之操作的持續(xù)時間。此導致較短線段115'遞送至基板材料。同樣，雷射二極管C將提供受照明線段120'，受照明線段120'短于針對此雷射二極管之最大可達成線段122。在基板表面上迭加于彼此頂部，此將提供藉由線段111'、116'及121'所例示的照明圖案。在重疊區(qū)域124'及125'中，雷射二極管之操作受控制，使得基板表面接收與線段111'、116'及121'之其他部分中或多或少相同之量的光學能量。

如上文已提出，替代于撞擊于多角棱鏡40之表面上的來自圖6中的雷射二極管35的射束彼此平行，該等射束可或者朝向或遠離彼此稍微歪斜。使射束相互歪斜可為極小的(例如，<1°，或甚至<0,5°，或者甚至0,5°之分數(shù))。除二極管之以上受控制操作之外或替代于其，稍微的蓄意歪斜可建立、增大或減小曝光區(qū)域的某一量之重疊。在此實施例中所要之相互歪斜的量將當然取決于系統(tǒng)之數(shù)個性質(zhì)。舉例而言，來自光源之射束至基板表面的光學路徑之長度將判定與無歪斜之情形相比射束的偏移量。

在一些實施例中，透明多角形之位置可藉由用于旋轉(zhuǎn)棱鏡之驅(qū)動馬達的馬達脈沖來判定。轉(zhuǎn)回至圖6，為了獲得位置之更準確判定，根據(jù)一些實施例，本發(fā)明的曝光頭中的透明多角棱鏡的小面之間的邊緣101涂布有反射性涂層。此可例如為反射性或鏡面反射性的反射性涂層，例如，金屬涂層。在多角棱鏡之邊緣處的射束的反射可在此等實施例中使用包括于本發(fā)明的曝光頭或曝光裝置中的額外PIN二極管型光偵測器或電荷耦合設(shè)備(或另一合適類型光偵測器)來偵測。

該位置可藉由量測UV雷射二極管之反射而準確地判定。由于每一雷射二極管通過八個小面，因此多角棱鏡位置之量測與基于馬達脈沖量測該位置相比將準確至少八倍。亦注意，光二極管可具有低于10奈秒之時間分辨率，例如，一些光二極管具有甚至降至2.5奈秒的響應(yīng)時間。經(jīng)過每一雷射二極管射束的多角棱鏡之邊緣101的通過由此可極佳地判定。

量測反射光進一步使得更容易地在操作中偵測損壞的UV雷射二極管。另外，甚至可能判定UV雷射二極管是否仍為焦點對準的。盡管亦可在不使用邊緣上之反射涂層的情況下量測反射光之角度變化，但涂層之優(yōu)點在于其提供更顯著的幅度變化且使光之透射最小化。

如將了解，雷射二極管可以矩陣組態(tài)來置放，例如如圖6中所指示。雷射二極管可以列及行來配置，其中每一列及每一行內(nèi)的雷射二極管可彼此平行地配置。盡管此提供雷射二極管在兩個方向上的規(guī)則配置，但此并未達成可利用的雷射二極管之最密集的可能配置。因此，雷射二極管之其他配置可得以應(yīng)用，且此等其他配置中之一者示意性地指示于圖8A中。在圖8A中，六角形表面中的每一個示意性地例示雷射二極管之輸出表面或輸出面。『輸出面』一詞在此處將理解為屬于或經(jīng)保留以用于雷射二極管之輸出射束的(名義)空間。由此不要求雷射二極管自身實際上成形為具有六角形發(fā)光表面，但此可當然為實施例。雷射二極管可包含任何所要形狀之發(fā)光表面，例如，圓形、橢圓形、正方形、矩形、三角形、五角形、六角形、七角形、八角形，或其他多角形。雷射二極管在圖8A中以蜂巢配置來配置。如圖8A中所例示之蜂巢配置為等邊形或至少等腰三角形之配置，其中雷射二極管(或光源)位于三角形之角上。圖8A中所例示之蜂巢配置130允許雷射二極管的更緊密配置。

為了藉由圖8A的雷射二極管例示可能的照明圖案，雷射二極管中之一些已藉由參考數(shù)字來指示。參考數(shù)字135至143各自指代配置130中的雷射二極管之三個相連列中的個別雷射二極管。其受控制照明圖案例示于圖8B中。線段145與雷射二極管135的照明圖案對應(yīng)。同樣，線段146對應(yīng)于雷射二極管136，線段147對應(yīng)于雷射二極管137，線段148對應(yīng)于雷射二極管138，等等，且圖8B之最后線段153對應(yīng)于來自圖8A中的雷射二極管143的線。

如在圖8B中可見，兩個相連列(例如，第一列135至137及第二列138至140)之曝露線段部分地重疊。相同量之重疊將藉由雷射二極管之每兩個相連列獲得。蜂巢配置130中的雷射二極管及其在圖8B中所指示的照明圖案的配置使得表面之幾乎每一部分自至少兩個雷射二極管接收光。

來自雷射二極管135至143中的每一個的光之強度已經(jīng)選擇，使得自雷射二極管中的每一個所接收的劑量為針對基板的曝光所需之劑量的至少一半但并非所需的全部劑量。舉例而言，將要藉由表面接收之全部劑量可為對基板表面執(zhí)行某一化學制程所需的劑量。因此，為了完全曝露，表面之每一部分需要自至少兩個雷射二極管接收光。藉由用控制系統(tǒng)調(diào)變雷射二極管中的每一個之光束的強度，此允許以一分辨率在基板表面上定位所要曝光圖案，該分辨率與如藉由線段中的每一個之寬度所判定的分辨率相比為較高的。針對定位曝光圖案可獲得之有效分辨率藉由線段之重疊區(qū)域的寬度來定義。

鄰近雷射二極管之許多不同配置可應(yīng)用于本發(fā)明的曝光頭中。舉例而言，在又一實施例中，兩個或兩個以上鄰近雷射束在曝光頭相對于基板表面之運動方向上彼此鄰近地配置。在此實施例中，在通過透射性組件或多角棱鏡的小面后，鄰近雷射二極管即藉由在運動方向上在同一路徑中照明圖案而照明基板。可使藉由透射性組件的小面之后續(xù)通過所產(chǎn)生的圖案彼此相連，或甚至部分地重疊。在圖案部分地重疊之后者狀況下，受照明影像在基板表面上之置放可在低于光學系統(tǒng)之分辨率的精度下進行。為了在透射性組件的小面的同一通過期間控制在兩個(或兩個以上)鄰近雷射二極管之同時描述的照明圖案之間的相互距離，藉由每一二極管所提供的雷射束的方向可例如結(jié)合朝向基板表面之光學路徑的長度稍微調(diào)適。為了在透射性組件之一或多個小面的在時間上的后續(xù)通過期間控制在兩個(或兩個以上)鄰近雷射二極管之隨后描述的照明圖案之間的相互距離，透射性組件之移動的速度可得以調(diào)適。應(yīng)用曝光頭的曝光裝置的運動驅(qū)動器可例如經(jīng)配置以用于調(diào)適曝光頭的運動速度，使得該兩個或兩個以上鄰近雷射二極管之時間上之后續(xù)照明圖案至少部分地重疊。與此結(jié)合，打開及關(guān)閉雷射二極管之時序可合適地受控制。

進一步關(guān)于以上內(nèi)容，在又一實施例中，兩個或兩個以上鄰近雷射二極管與透射性組件之移動方向及/或透射性組件之名義旋轉(zhuǎn)軸線成一角度而配置。該角度可經(jīng)選擇，使得此等鄰近地配置的雷射二極管的照明圖案在透射性組件之運動的方向上形成平行的路徑或巷道。此等路徑或巷道可為部分地重疊的。

雷射二極管或其定向之其他配置亦可取決于所要實行方案要求、在本申請專利范圍之范疇內(nèi)，且在不脫離如本文所述之發(fā)明性概念的情況下應(yīng)用。此外，又，透射性組件之運動的方向及其旋轉(zhuǎn)軸線之定向亦可相對于彼此合適地選擇。

如自上文清楚，本發(fā)明的曝光頭的簡化光學配置、無光學器件之大部分及光學路徑之縮短以及無傾斜射束著陸，允許藉由雷射二極管之智能且合適之定位及其相對于透射性組件的定向可獲得之許多額外優(yōu)點。此等優(yōu)點中之一些已在上文之描述中得以描述。

盡管在上文中，已使用雷射二極管作為光源提供將跨于基板表面上掃描之射束而描述了大多數(shù)實施例，但可使用不同類型之光源來應(yīng)用本發(fā)明。舉例而言，可使用YAG雷射或玻璃雷射(例如，鉺玻璃雷射)或其他類型的雷射設(shè)備來提供雷射束?；蛘?，可使來自其他類型之光源的射束使用本發(fā)明的曝光頭來掃描。一般而言，為了防止色差，在小的波長帶內(nèi)提供光之光源為較佳的(例如，諸如上文所提及的雷射光源的單色光源)。然而，藉由使用一些額外光學器件來慮及色差，或在藉由色差所引起之不準確度被視為可接受的應(yīng)用中，亦可使用諸如寬帶光源之其他光源來應(yīng)用曝光頭。舉例而言，在該等狀況下，可使用白熾燈或放電燈來應(yīng)用本發(fā)明。進一步關(guān)于以上內(nèi)容，光可使用任何合適的構(gòu)件輸送至透射性組件(或透明組件或多角棱鏡)，該構(gòu)件包括光學系統(tǒng)或光纖。

本發(fā)明的曝光頭可廣泛地應(yīng)用于多個不同類型的曝光裝置中。在不受本文所述之裝置之所提出類型中的任一者約束的情況下，根據(jù)本發(fā)明之實施例的一或多個曝光頭可例如經(jīng)應(yīng)用以用于建立將要在特定制造程序內(nèi)使用的曝光裝置。此曝光裝置可例如為一群組中之任何一或多者，該群組包含：印刷電路板(PCB)制造系統(tǒng)，其中根據(jù)本發(fā)明之一或多個曝光頭用于選擇性地照射輻射敏感層；立體微影系統(tǒng)，其中根據(jù)本發(fā)明之一或多個曝光頭用于選擇性地照射輻射敏感液體材料之順序?qū)右孕纬捎行挝锛灰约胺勰┐踩酆舷到y(tǒng)，其中根據(jù)本發(fā)明之一或多個曝光頭用于選擇性地照射且藉此熔融及/或燒結(jié)固體粉末材料之順序?qū)右孕纬捎行挝锛?。此等裝置中之任一者可例如經(jīng)配置以用于藉由該等輻射源中的兩個或兩個以上的集合順序地照明基板表面之每一表面區(qū)域兩次或兩次以上。

在上文中，提及印刷電路板(PCB)制造系統(tǒng)之實施例。一般而言，可預(yù)見到制造程序基于用于光罩之產(chǎn)生的光阻劑之照射的裝置。抗蝕劑之局部照射可局部地改變光敏抗蝕劑的化學性質(zhì)，此后蝕刻制程可經(jīng)應(yīng)用以用于例如PCB之制造。如將了解，替代于PCB，此制程可用于其他目的，諸如薄膜晶體管(TFT)數(shù)組、用于太陽電池板或OLED或顯示器之金屬柵格、用于例如RFID之金屬天線等等的制造。一般而言，曝光頭可用于二維及/或三維制造程序。二維程序可包括表面改質(zhì)、修復(fù)等。三維程序可包括增式制造(added manufacturing)或立體微影。

此外，本發(fā)明不限于包含任何特定類型之輻射源的曝光頭。盡管雷射二極管已描述為較佳實施例，但亦可應(yīng)用其他類型之光源。曝光頭亦不限于提供在可見光譜中之光的輻射源之使用。藉由輻射源所提供之光或輻射可具有同一或不同波長。特定實施例例如藉由該等輻射源中的兩個或兩個以上的集合順序地照射該基板表面之每一表面區(qū)域兩次或兩次以上，其中該等輻射源包含具有不同波長的輻射源。此外，藉由輻射源所提供之輻射可為單色或多色的，例如，根據(jù)光譜輪廓提供輻射。

已依據(jù)本發(fā)明之一些特定實施例描述了本發(fā)明。將了解，圖式中所示及本文所述之實施例意欲僅用于所例示目的，且并不藉由任何方式或構(gòu)件意欲對本發(fā)明為限制性的。此處所論述之本發(fā)明的內(nèi)容脈絡(luò)僅藉由所附申請專利范圍之范疇來限制。