CN106537224B - 曝光头、曝光装置及用于操作曝光头的方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对一种用于在一曝光装置中使用以用于照明一表面的曝光头，该曝光头包含：一或多个辐射源，其用于提供一或多道射束；一光学扫描单元，其经配置以用于接收该一或多道射束且用于朝向该表面指引该等射束以用于使该等射束中的每一个撞击于一撞击光点上；一旋转致动单元，其连接至该光学扫描单元以用于至少部分地旋转该光学扫描单元，其中该一或多道射束的该等撞击光点藉由该光学扫描单元的该至少部分旋转跨于该表面上得以扫描，其中该光学扫描单元包含一透射性组件，该透射性组件包括用于接收该一或多道射束及用于在该等射束输送通过该透射性组件之后输出该等射束的一或多个小面，以用于在该透射性组件的该旋转后即使该等射束移位从而允许该等撞击光点的该扫描。

Description

曝光头、曝光装置及用于操作曝光头的方法

技术领域

本发明针对一种用于在曝光装置中使用以用于照明表面的曝光头，该曝光头包含：一或多个辐射源，其用于提供一或多道射束；光学扫描单元，其经配置以用于接收该一或多道射束且用于朝向该表面指引射束以用于使射束中的每一个撞击于撞击光点上。本发明进一步针对一种曝光装置及一种操作用于照明平面表面的曝光头的方法。

背景技术

***坦基板上之位置误差的倾斜射束着陆。在微影***中，此可大大地导致最终产品中之缺陷。可导致此等缺陷之其他不合需要的副效应为归因于射束在基板上之倾斜着陆的光点生长及光点之散焦。

偏转可例如藉由双电流计镜来进行。接着需要F-θ物镜来在所有基板位置上达成正确聚焦。其他两个副效应并非以此方式校正。另一方法为使用旋转多角镜。又，在扫描仪之后需要光学器件，至少来补偿散焦。光学器件亦可校正倾斜着陆，使得所有射束在基板上垂直地着陆。然而，需要针对此的相对复杂之光学***。

***均遭受可达成光点尺寸之限制。归因于在偏转之后射束的所需的长冲程距离(以到达所有基板区域)，不可使光点为极小的(例如，取决于如距离、波长、光学器件之数值孔径的因素，不小于50μm)。当使用许多光源时，可获得短的光学距离，及因此较小的可达成光点尺寸。此系因为将要藉由每一源服务之基板区域变小。已知适用此原理之一些***。然而，如上文已提出，需要许多后扫描透镜来处理以上副效应。此等透镜可为小的，但并非极小的：每一透镜需要至少为扫描长度之尺寸。此实质上大于射束直径，且实质上大于在多角形之前的光学路径中之透镜。因此，许多雷射束的使用仅恶化关于后扫描光学器件之情形，从而使其更复杂。

发明内容

本发明的目标为提供曝光头，其中上述缺点得以解决，且其允许藉由在扫描运动中用一或多道射束照明基板而准确地曝露基板。

为此目的，因此提供一种用于在一曝光装置中使用以用于照明一平面表面的曝光头，该曝光头包含：一或多个辐射源，其用于提供一或多道射束；一光学扫描单元，其经配置以用于接收该一或多道光学射束且用于朝向该平面表面指引该等射束以用于使该等射束中的每一个撞击于一撞击光点上；一旋转致动单元，其连接至该光学扫描单元以用于至少部分地旋转该光学扫描单元，其中该一或多道射束的该等撞击光点藉由该光学扫描单元的该至少部分旋转跨于该平面表面上得以扫描，其中该光学扫描单元包含一透射性组件，该透射性组件包括用于接收该一或多道雷射束及用于在该等射束输送通过该透射性组件之后输出该等射束的一或多个小面，以用于在该透射性组件的该旋转后即使该等射束移位从而允许该等撞击光点的该扫描。辐射源可为用于提供光束之光源。

本发明的曝光头利用斯奈尔定律(亦称为斯奈尔-笛卡儿定律或折射定律)，以用于使曝光头之一或多道光束能够跨于基板的表面上而扫描。斯奈尔定律定义，在光束经由界面表面自第一介质(例如，空气)行进至第二介质(例如，玻璃)中时，在光束相对于界面表面处之法线的入射角θ₁与折射角θ₂之间的关系。根据斯奈尔定律，入射光束在自具有较小折射率n₁之介质去往具有较大折射率n₂的介质时朝向界面表面之法向量反射。相反地，当光束自具有较大折射率n₂之介质朝向具有较小折射率n₁的介质行进时，光束在界面表面处向更远离法向量的方向折射。

在数学上，就入射角θ₁及折射角θ₂而言，该等角之间的关系如下：

sin(θ₁)/sin(θ₂)＝n₂/n₁

鉴于以上内容，本发明使用透射性组件，其中该组件的至少一小面接收该一或多道光束，且其中至少一其他小面在光束已行进通过透射性组件之后输出所接收之一或多道光束。藉由旋转透射性组件，接收小面关于入射之一或多道射束的定向不断地改变。参考上文之斯奈尔定律，在透射性组件内在内部行进之折射光束相对于藉由小面所提供之界面表面之法向量的角度将由于小面相对于一或多道射束的旋转而改变。相反地，在形成透射性组件之输出的小面处，在界面表面之任一侧处的两个介质之折射率为反向的。因此，因为整个透射性组件相对于该一或多道光束旋转，所以离开透射性组件之光束相对于对界面表面之法向量的输出角归因于该旋转而在相反方向上改变。因此，藉由在来自一或多个光源之一或多个光束的路径中使用透射性组件，且至少部分地围绕(名义或实体)旋转轴线旋转透射性组件(使得接收及输出小面相对于光束之定向归因于该旋转而改变)，光束之方向可改变且光束可藉此跨于基板的表面上而扫描。

该一或多个光源可根据实施例可由一或多个雷射二极管(LD)形成或包括一或多个雷射二极管。如将了解，其他光源亦可为合适的。举例而言，光源亦可或或者包括一或多个雷射空腔。光可在未受导引之情况下被直接地辐射，或可经由光学器件或一或多根光纤朝向透射性组件运输。

较佳地但非必要地，接收小面接收该一或多道光束之表面平行于输出小面输出该一或多道光束的表面。在该状况下，可见，接收小面上之入射光束之方向的改变在输出小面处完全反向。因此，藉由使用接收小面及输出小面之平行表面(例如，计划平行板)，离开透射性组件之光束的方向与入射于透射性组件上之光束的方向完全相同，且仅其路径已取决于小面表面相对于光束之入射路径的定向而移位。此允许扫描跨于基板之表面上的光束中的每一个的撞击光点，而不会在扫描期间影响光束在基板表面上之入射角。藉由例如使用镜之先前技术方法所经历的倾斜射束着陆之问题藉此得以解决，而无需使用校正光学器件。此提供用于跨基板表面上扫描射束的优雅且简单的解决方案。此外，由于无复杂光学***，可使光源(例如，雷射二极管)与基板表面之间的距离与先前技术方法中相比小得多。此具有加宽撞击光点之光点尺寸的其他优点，此系归因于跨行进路径上之发散可在无其他光学器件的情况下与光学路径之缩短成比例地减小。

根据本发明之较佳实施例，透射性组件为包括一或多个小面之多角棱镜。藉由使用多角棱镜作为透射性组件，可使棱镜以恒定的旋转速度连续地旋转以允许该一或多道光束之扫描。藉由旋转多角棱镜以使得多角形之下一小面随后以恒定速率在该一或多道光束前方转动，可使光束的撞击光点追踪跨越通过小面中的每一个的同一线段。较佳地，根据又一实施例，多角棱镜的小面在数目上为偶数，其中多角棱镜的相对侧面上的每两个小面合作，使得在使用中，该等相对小面中之第一者接收该等光学光束中的至少一个且该等相对小面中的第二者输出该所接收的至少一光学光束。甚至更佳地，相对小面为平行的，以便在与该至少一射束在该等相对小面中的接收第一者上之入射角相同的角度下输出该至少一光学光束。上文已解释使用相对平行小面之优点，其中此等小面中之一者形成接收小面且相对小面中的另一者形成输出小面(取决于多角棱镜相对于光束之定向)，以允许撞击光点跨于基板之表面上的扫描而不改变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。

如将了解，多角棱镜可具有熟***行小面之偶数个小面时，已藉由由四个、六个、八个、十个、十二个及十四个小面组成的多角棱镜达成良好结果。应注意，使用较大数目个小面使小面中的每一个变得较小(与多角棱镜的尺寸相关)。因为小面之尺寸判定可藉由基板表面上之撞击光点在扫描运动中追踪的线段之最大长度，所以较少数目个小面允许此等线段较长。较长线段在大多数应用中为有利的。若小面之数目变得过小，则不合需要之副效应可在多角棱镜之旋转后即发生，诸如以大入射角(亦即，大于临界角)的全内反射。在小面之数目与藉由基板表面上之撞击光点所扫描的线段之长度之间的最佳状态例如发现于具有8个小面之棱镜处：八角棱镜。

根据又一实施例，该头包含多个雷射二极管。此外，透射性组件可具有一尺寸，以便允许雷射二极管之多道雷射束藉由透射性组件的接收，以用于其藉由光学扫描单元之同时扫描。举例而言，使用上文所提及之八角棱镜的实例，棱镜在横截面上可为八角形的，同时具有长度L以便允许一列(例如，跨于棱镜之长度L上而配置)之总共N个雷射二极管照射棱镜。此允许N个雷射二极管中的每一个的撞击光点跨于表面上而扫描。在曝光头相对于基板表面平移(例如，以直线)同时操作雷射二极管之状况下，基板表面的条带或带可使用曝光头来扫描及照明。

根据又一实施例，多个雷射二极管中的两个或两个以上在一方向上彼此邻近地配置，该方向垂直于透射性组件藉由旋转致动单元的至少部分旋转的名义旋转轴线(notional rotation axis)。换言之，雷射二极管相对于透射性组件并排配置。藉由照射透射性组件，光束中的每一个藉由透射性组件或多角棱镜以相等量移位，使得藉由对应的光束之撞击光点所追踪的线段彼此平行且对准。在来自该两个或两个以上雷射二极管之光描述完全相同之线段的状况下，在基板之表面处的光产量相应地加倍。或者，来自如上文所述彼此邻近地配置的该两道或两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击光点所追踪的线段彼此平行且在彼此之延伸线(或至少部分地在彼此之延伸在线)对准。举例而言，邻近地配置的该等多个雷射二极管中的该两个或两个以上的雷射束可经指引于透射性组件上之实质上相同的撞击位置处。

甚至更佳的，藉由对应于上文所提及之邻近雷射二极管中的每一个的撞击光点所描述之线段可为平行、对准且互补的以便获得延伸线段，但使得个别线段在彼此之端点附近至少部分地重叠。藉由端点附近之此重叠，在每一个别LD之确切置放或定向上的微小误差可藉由在扫描期间LD之合适供电而校正。此具有个别LD中的每一个的确切置放在曝光头之制造期间变得较不关键的优点，此系因为微小误差可在个别LD的在基板的照明后即控制LD之供电的驱动软件内校正。

根据本发明之又一实施例，上文所提及的该两个或两个以上邻近地配置的雷射二极管经置放以便允许雷射束跨于平行而并非彼此对准之扫描在线的扫描，且其中邻近雷射二极管之置放或透射性组件的小面中的至少一个之尺寸中的至少一个使得邻近射束的扫描线至少部分地重叠，以用于允许影像藉由来自雷射束的光的强度操纵在子像素精度下的曝光。此实施例系基于以下假设：基板表面为了正确地曝露必须自曝光头接收某一临界剂量的光产量。采取此临界剂量之光作为假设，藉由本实施例，邻近雷射二极管之光束的撞击光点之线段彼此平行且相连，使得此等侧区段部分地重叠。藉由控制来自雷射束的光的强度，可在子像素精度下准确地控制基板表面处之子像素是否接收临界剂量。因此，雷射束相对于透射性组件之此配置允许基板表面在子像素精度下的照明。

根据本发明之又一实施例，该等多个雷射二极管中的两个或两个以上在平行于透射性组件藉由旋转致动单元的至少部分旋转的名义轴线之方向上彼此邻近地配置。平行于名义轴线而置放向上文所提及之实施例提供跨于多角棱镜之长度方向L上配置的N个雷射二极管。

根据本发明之又一实施例，该等多个雷射二极管跨于与透射性组件藉由旋转致动单元的至少部分旋转的该名义旋转轴线平行的表面上以列及行来配置，其中每一雷射二极管之输出面成形为六角形，且雷射二极管以蜂巢配置来配置。LD之蜂巢配置允许LD跨于列及行上的密集集中，以便达成上文关于雷射二极管之置放所提及的所有优点。

根据本发明之又一实施例的曝光头进一步包含曝光控制单元，该曝光控制单元经配置以用于接收曝光数据且用于取决于曝光数据而控制一个及更多雷射二极管的操作。举例而言，控制单元可接收数据信号，且可对曝光头之个别雷射二极管中合适地对应于所接收数据信号的每一者供电。此例如可包括雷射二极管之操作的校正以便校正上文所提及之不正确置放或微小建构误差，或个别雷射二极管之操作的合适控制以便获得如上文所提及的曝光头子像素精度。控制单元可自安装有曝光头的曝光装置的影像控制器接收个别数据信号。

曝光头可在使用中在运动方向上相对于受照明表面移动，受照明表面为基板表面。该等多个雷射二极管中的两个或两个以上在运动方向上彼此邻近地配置，以便允许在该运动方向上在同一路径中同时地照明表面。又，例如藉由控制曝光头与基板表面之间的相对运动之速度，可使邻近二极管在随后通过多角棱镜或透射性组件的小面时的照明图案重叠。又根据另一实施例，曝光头可在使用中在运动方向上相对于受照明表面而移动，受照明表面为基板表面，其中该等多个雷射二极管中的两个或两个以上与运动方向成一角度而彼此邻近地配置，以便在该运动方向上在重叠或平行之路径中同时地照明基板表面。

根据本发明之又一态样，提供一种包含如上文所述的曝光头的曝光装置。在较佳实施例中，根据此态样的曝光头进一步包含运动驱动器，该运动驱动器用于使该至少一曝光头跨于基板表面之上的曝光轨迹上移动以用于曝露基板表面，该曝光头进一步包含影像控制器，该影像控制器经配置以用于取决于曝光影像数据将电信号提供至该至少一曝光头，从而允许该至少一曝光头的雷射二极管的控制。运动驱动器允许曝光头描述跨于基板表面上之条带或带。影像控制器允许取决于曝光影像数据将电信号提供至该至少一曝光头之控制单元。曝光影像数据可例如自诸如内存之数据储存库，或自网络或其他数据通讯构件获得。曝光装置之运动驱动器可经配置以用于调适曝光头的运动速度，使得该两个或两个以上邻近雷射二极管之时间上之后续照明图案至少部分地重叠。

根据曝光装置之又一实施例，该至少一曝光头中的一个或多个包含在一方向上彼此邻近地配置的至少两个雷射二极管，该方向垂直于透射性组件藉由该曝光头之旋转致动单元的至少部分旋转的名义旋转轴线，其中该至少两个邻近地配置的雷射二极管经置放以便允许雷射束跨于彼此对准之扫描在线的扫描，且其中邻近雷射二极管之置放或曝光头之透射性组件的小面中的至少一个之尺寸中的至少一个使得邻近雷射束的扫描线至少部分地重叠，其中该装置之影像控制器或曝光头的曝光控制单元中的至少一个经配置来取决于曝光影像数据而用于雷射二极管之定时操作。

附图说明

参看所附图式，将藉由本发明之一些特定实施例的描述进一步阐明本发明。详细描述提供本发明之可能实行方案的实例，但不视为描述落在范畴下之仅有实施例。本发明之范畴定义于申请专利范围中，且描述将被视为例示性的而对本发明不具有限制性。在图式中：

图1示意性地例示根据先前技术的曝光***的原理；

图2A至图2D示意性地例示根据本发明的曝光头的工作原理；

图3示意性地例示在本发明中所应用之斯奈尔定律的原理；

图4A及图4B示意性地例示根据本发明的曝露基板的曝光头；

图5例示包含根据本发明的曝光头的曝光装置；

图6例示在根据本发明的曝光头中所应用的多角棱镜及多列雷射二极管；

图7A及图7B示意性地例示根据本发明的曝光头中的雷射二极管的操作方案；

图8A例示根据本发明的曝光头中的雷射二极管的配置；

图8B示意性地例示使用图8A之配置所获得的曝光图案之部分。

具体实施方式

基于旋转多角镜10之习知曝光头1的工作原理示意性地例示于图1中。曝光头1包含光源3。光源3为提供雷射束4之单一雷射，雷射束4经成形且连续地在方向上改变以便在基板30上追踪表面31上的线段28。藉由如藉由箭头26所指示而移动基板，表面31之区域可藉由雷射束扫描及照明。沿着射束4之路径的调变器5a及5d允许射束的强度的调变，以便在扫描期间打开及关闭射束且允许照明基板30之表面31上的预定义照明图案。使用镜6、7及8，射束4经引导朝向多角镜10。多角镜10围绕轴线11旋转。射束4藉此落在多角镜10之路过的小面上。

由于旋转11，小面12在路过的同时关于射束4连续地改变定向。藉此，射束4取决于射束4入射于的小面12的瞬时位置而不断地改变方向。在多角镜10之下游，不同位置中的雷射束藉由参考数字13-1、13-2及13-3来指示。鉴于旋转方向，射束一经第一次入射于小面12上则首先描述路径13-1。在小面12进一步旋转的同时，射束描述路径13-2，且在最终入射点处(紧接在雷射束4将入射于下一小面上之前)，射束将描述路径13-3。如图1中所指示，射束(13-1至13-3)使用镜23偏转至基板表面31上。

在无后扫描光学器件15、16、17、19、20及25之情况下，不合需要之效应将出现。如图1中所示，藉由镜10反射之射束在镜之旋转期间将稍微改变方向。换言之，在小面12之定向藉由镜10的旋转而改变的同时，出射射束的射束路径改变。此藉由瞬时射束路径13-1至13-3来指示，该等路径针对小面12之不同定向相互倾斜。藉由此所引起之不合需要的光学效应藉由后扫描光学器件15、16、17、19、20及25而解决。

针对具有倾斜发散之输出射束的***，焦点将在弯曲表面上。在平坦表面上，散焦将发生。此外，偏转射束倾斜地着陆(除了表面上之一点中)，且来自倾斜着陆射束的光点将伸长(未图示；假想射束为圆柱且光点为通过圆柱的倾斜横截面)。为解决此等不合需要之效应，后扫描光学器件之复杂***得以应用。第一步骤为散焦之校正。此可藉由一个或几个透镜组件来进行。此校正通常具有增大偏转光点之副效应(可将此视为源光点朝向偏转位置之较大光学放大的结果)。下一(接下来的)步骤为校正倾斜着陆及/或朝向偏转位置之光点放大及/或非均一扫描速度，从而需要更复杂的光学器件，如在图1中。在图1中，此等光学器件包括透镜15、16、17、19、20及25，包括镜23。光学器件15至19及25虑及数个像差。然而，例如由于射束的不断改变的入射角，使用此等光学器件完全地解决该等效应为挑战性的。

图2A至图2D示意性地例示根据本发明的包括透射性组件的曝光头的工作原理。曝光头33包含透射性组件40。透射性组件40可由对用于照明的雷射二极管之光为透明的任何合适材料制成。举例而言，在许多应用中，合适地选择之类型的玻璃或透明聚合物将提供用于允许射束在透明组件40之旋转后即移位的极佳材料。在一些实施例中，在小面之最终末端处的最大位移(在透射性组件40之旋转后)可能需要为尽可能大的。折射射束相对于透明组件40之界面表面处之法线的内角在该等状况下可为尽可能小的以达成此。若在透射性组件40内在内部，射束相对于界面表面处之法线的角度经最小化，则射束在输出侧处的位移相应地最大化。如下文关于图3进一步解释，此可藉由选择与空气相比具有大折射率的材料来达成。可针对选择合适材料而考虑之另一要求在于，材料自身应对来自雷射二极管之光的波长为尽可能透明的，以便防止透射性组件40充当滤光片。

粗略地针对介于400nm与1700nm之间的波长，足够透明之一些材料包括一群组之玻璃类型中的任一者，该群组包含：Borofloat^TM、PyrexN-BK7、N-K5、B270、N-BaF10、N-SFS、N-SF10、N-SF11、N-LaSFN9。所提及之此等玻璃类型可藉由德国(Hattenbergstrasse 10,55122 Mainz)之SCHOTT AG提供，但当然其他制造商之类似或不同的玻璃类型或甚至其他光学材料可得以应用。上文所提供之清单仅作为指示来呈现以便提供完整的揭示内容，且必须不解译为限制。低于400nm及高于1700nm，所列出之玻璃类型中的一些变为较不透射性的(在不同的波长范围下)，且在所要材料之选择期间必须关注光学损失在所要极限内。

返回至图2A至图2D，透射性组件40为具有八角形横截面之多角棱镜。八角形多角棱镜40在藉由箭头43所指示之方向上围绕旋转轴线41旋转。雷射二极管35提供将藉由追踪基板表面42上之图案来扫描的单色光的雷射束45。藉由透镜37及38所指示之一些光学器件可在八角形多角棱镜40之前存在于光学路径中，以便使射束成形(例如，摆脱转向)。此外，且未展示于图2A至图2D中，雷射二极管35之操作可受控制，以便根据对应于将要在基板表面42上照明之影像的所要图案打开及关闭雷射束45。在图2A中，雷射束45入射于多角棱镜40的小面46上。小面46之表面的法线藉由虚线48指示。多角棱镜40之折射率不同于周围空气的折射率。因此，在射束45至小面46之表面上的撞击后，射束45将在行进通过多角棱镜40的同时在较接近于法线48的方向上折射。在多角棱镜40之另一末端处，在小面47处，射束45离开多角棱镜40。自具有较高折射率之多角棱镜40的材料行进至周围空气中，射束45折射回至其原始方向；亦即，射束45在进入多角棱镜40之前的方向。在图2A中所指示之位置，射束45在撞击光点50-1撞击于基板表面42上。射束45在多角棱镜40尚未存在之状况下将已行进之方向藉由虚线49指示。虚线49已例示为图2A至图2D中之参考，以便清楚地可视化藉由多角棱镜40之旋转所引起的撞击光点(50-1至50-4)跨于基板表面42上的扫描。

在图2B中，与图2A中相同的情形得以例示，但与图2A相比，多角棱镜40在藉由箭头43所指示之方向上稍微旋转。清楚地，与撞击光点50-1相比，撞击光点50-2已在基板表面42上更向左移动。此系因为射束45之位移量归因于多角棱镜40相对于射束45的改变之定向而改变。类似地，在图2C中，撞击光点50-3已进一步向左移动，且现在在参考线49之左侧撞击于基板表面42上。接下来，在图2D中，射束45归因于多角棱镜40之改变的定向而在其最左侧上撞击于小面46上。同样，基板表面42上之撞击光点50-4已到达其在藉由该撞击光点所描述之线段上的最终光点。当多角棱镜40根据藉由箭头43所指示之方向进一步旋转时，射束45将撞击于小面51的最右侧上，且基本上，相同情形将如图2A中所指示而获得。因此，射束45将接着再次以撞击光点50-1撞击于基板表面42上。

图3示意性地例示在本发明中所应用之斯奈尔定律。组件62为例如由玻璃制成之透明区块。射束58撞击于透明区块62的接收表面66上。射束58在表面68处离开透明区块62。虚线64指示表面66之法线(亦即，垂直)方向。射束58之第一区段58-1行进通过具有约1,00之折射率n1的周围空气。θ1指示射束58之区段58-1相对于表面66处之法线64的角度。若玻璃组件62由熔融硅石制成，则其将具有约1,46之折射率n2。熔融硅石，亦称作熔融石英，常常用于制造诸如透镜之光学组件，且可为针对根据本发明之透明组件的选择材料。归因于光学组件62内之较高折射率n2，射束58将在较接近于表面66处之法线64的方向上折射。因此，在进入光学组件62之前，藉由θ2所指示的在图3中之射束58之区段58-2与法线64之间的角度将小于在法线64与空气中射束58之区段58-1之间的原始角度θ1。当在表面58处离开光学组件62时，射束58将自具有折射率n2之材料行进至再次具有约1,00之折射率n1的空气。射束58之区段58-3将折射至具有与藉由图3中之虚线65所指示的法线之角度θ1的方向中。射束58之区段58-3的方向将为平行的，但关于区段58-1之方向稍微移位。此原理可用于跨于表面上扫描射束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与θ2之间的关系。如将了解，在法线64与射束58之区段58-2之间的角度θ2将尽可能小的状况下，区段58-3相对于区段58-1之位移将得以最大化。将此转译为藉由上文之方程式1所指示之关系，此意味理想地为了达成大的位移，折射率n2必须相对于折射率n1为尽可能大的。此可藉由用于光学组件62之材料的合适选择来达成。如上文所指示，已使用熔融硅石作为光学组件62之选择材料，其具有约1,46之折射率n2。然而，理论上在组件62可由金刚石制成的状况下，其将具有约2,42之折射率，藉此使射束58之射束区段58-2与法线64接近得多且最大化位移量。因此，尽管在多角棱镜之所要尺寸上并非现成的，但金刚石将另外为合适的选择。一般而言，材料可经选择，使得其具有大折射率。同时，必须意识到，选择材料针对射束58之光的波长应为透明的。另外，射束58之强度将由于光学组件62而减小。

达成较大位移之另一途径在于增大2个相对小面之间的距离。尽管此具有缺点(较大棱镜、较长光学距离、较大质量之棱镜)，但此具有小面相对于雷射束的尺寸的尺寸增大的优点。归因于射束的有限(非零)尺寸，射束不可在自一小面至下一小面之过渡期间使用。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时段中，在基板上将存在2个光点(图2中之50-1及50-4)，因此其可在此时段期间关闭或阻断。当棱镜较大时，射束为此原因不可使用之时间百分比将减小。

图4A及图4B示意性地例示根据本发明的曝光头70，曝光头70在基板83之表面上方在藉由箭头80所指示的方向上移动。曝光头70包含多个雷射二极管73(其中仅一些已藉由该参考数字73指示，以便不会不必要地使图4A复杂)。曝光头进一步包含可旋转多角棱镜72，多角棱镜72之旋转轴线藉由虚线78示意性地指示。旋转方向藉由箭头79指示。归因于多角棱镜72之旋转，来自雷射二极管73之光将在基板83的表面上产生的撞击光点将在藉由箭头75所指示之方向上扫描。虚线81a及81b示意性地例示可在在基板83上方于藉由箭头80所指示之方向上移动的同时使用曝光头70照明之区域的边界。在图4B中，同一曝光头70例示于其已在基板83上方在藉由箭头80所指示之方向上移动的位置。如可见，在曝光头70后方，曝光头的雷射二极管73的撞击光点已跨于藉由参考数字85示意性地指示之众多线段上曝露表面83。线段85在其端点处部分地重叠，如图4B中所指示。此重叠可有意地执行，但亦可能藉由以受控方式打开及关闭雷射二极管73而在无线段之重叠的情况下执行表面的照明。

图5中示意性地例示根据本发明的曝光装置90。曝光装置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跨于轨道96上移动。曝光装置90包含根据本发明之多个曝光头92-1、92-2、92-3及92-4。曝光头中的每一个包含多个雷射二极管98及可旋转多角棱镜97。

图6示意性地例示可在根据本发明的曝光头中使用的八角形式之多角棱镜。八角形多角棱镜40可例如为上文之图2A至图2D中所例示的多角棱镜。多角棱镜40自配置于棱镜40上方之多个雷射二极管35接收雷射束。雷射二极管35可使用控制***以受控方式操作，以便允许基板之表面上的所要曝光图案的曝光。多角棱镜40可围绕轴线100旋转，从而允许来自雷射二极管35之射束的光在基板表面上之扫描。在图6中所例示之配置中，来自雷射二极管35之射束彼此平行地撞击于多角棱镜40的表面上。或者，射束可朝向或远离彼此稍微歪斜，如下文将进一步解释。

在来自雷射二极管35之射束平行地撞击于多角棱镜40上的情况下，射束将均以相对于界面表面之法线的同一角度折射。在基板表面上，此可使雷射二极管35之射束中的每一个的撞击光点描述平行于藉由其他雷射二极管所照明之线段的线段。针对图6中所指示的雷射二极管的矩阵之每一列中的三个雷射二极管，藉由撞击光点所描述之线段将为平行的且在彼此之延伸线内。此系因为图6中所例示之矩阵之单一列的雷射二极管35位于垂直于多角棱镜40之旋转轴线100的直线中。

图7A及图7B中例示可藉由图6中所例示的雷射二极管之矩阵的单一列的雷射二极管35获得的照明图案。在图7A中，藉由来自单一列中的雷射二极管A、B及C的射束的撞击光点所描述的线段藉由参考数字111、116及121(亦为图7A中之A'、B'、C')指示。形成此等雷射二极管的照明图案的线段111、116及121彼此平行，且在彼此之延伸线内，使得其形成直线。藉由雷射二极管A、B及C中的每一个所描述的个别线段在图7A中以线段110、115及120例示。个别地提供照明图案110的该列中之最左侧雷射二极管A可跨于其全长上而操作，该全长如以虚线之间的线段110所指示。若雷射二极管之供电的全部持续时间系针对所有雷射二极管A、B及C而执行，则此将产生线段111、116及121以在区域124及125中重叠。如将了解，假设藉由雷射二极管所提供之射束的强度将为相等的，则此将导致区域124及125接收双倍曝光剂量之藉由雷射二极管所提供的光学辐射。此可能并非所要的，且因此，控制***可以所照明之基板的材料在各处接收相等剂量之方式修改操作雷射二极管35、A、B及C中的每一个的持续时间。

图7B中示意性地例示雷射二极管之操作之持续时间的此修改。在图7B中，针对雷射二极管A，对应于雷射二极管之操作之最大可达成持续时间的线段112藉由虚线例示。然而，控制***操作雷射二极管A历时如藉由线段110'示意性地指示的较短持续时间。针对雷射二极管B，控制***在可能可达成照明117之两个最终末端处缩短雷射二极管之操作的持续时间。此导致较短线段115'递送至基板材料。同样，雷射二极管C将提供受照明线段120'，受照明线段120'短于针对此雷射二极管之最大可达成线段122。在基板表面上迭加于彼此顶部，此将提供藉由线段111'、116'及121'所例示的照明图案。在重叠区域124'及125'中，雷射二极管之操作受控制，使得基板表面接收与线段111'、116'及121'之其他部分中或多或少相同之量的光学能量。

如上文已提出，替代于撞击于多角棱镜40之表面上的来自图6中的雷射二极管35的射束彼此平行，该等射束可或者朝向或远离彼此稍微歪斜。使射束相互歪斜可为极小的(例如，<1°，或甚至<0,5°，或者甚至0,5°之分数)。除二极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、增大或减小曝光区域的某一量之重叠。在此实施例中所要之相互歪斜的量将当然取决于***之数个性质。举例而言，来自光源之射束至基板表面的光学路径之长度将判定与无歪斜之情形相比射束的偏移量。

在一些实施例中，透明多角形之位置可藉由用于旋转棱镜之驱动马达的马达脉冲来判定。转回至图6，为了获得位置之更准确判定，根据一些实施例，本发明的曝光头中的透明多角棱镜的小面之间的边缘101涂布有反射性涂层。此可例如为反射性或镜面反射性的反射性涂层，例如，金属涂层。在多角棱镜之边缘处的射束的反射可在此等实施例中使用包括于本发明的曝光头或曝光装置中的额外PIN二极管型光侦测器或电荷耦合设备(或另一合适类型光侦测器)来侦测。

该位置可藉由量测UV雷射二极管之反射而准确地判定。由于每一雷射二极管通过八个小面，因此多角棱镜位置之量测与基于马达脉冲量测该位置相比将准确至少八倍。亦注意，光二极管可具有低于10奈秒之时间分辨率，例如，一些光二极管具有甚至降至2.5奈秒的响应时间。经过每一雷射二极管射束的多角棱镜之边缘101的通过由此可极佳地判定。

量测反射光进一步使得更容易地在操作中侦测损坏的UV雷射二极管。另外，甚至可能判定UV雷射二极管是否仍为焦点对准的。尽管亦可在不使用边缘上之反射涂层的情况下量测反射光之角度变化，但涂层之优点在于其提供更显著的幅度变化且使光之透射最小化。

如将了解，雷射二极管可以矩阵组态来置放，例如如图6中所指示。雷射二极管可以列及行来配置，其中每一列及每一行内的雷射二极管可彼此平行地配置。尽管此提供雷射二极管在两个方向上的规则配置，但此并未达成可利用的雷射二极管之最密集的可能配置。因此，雷射二极管之其他配置可得以应用，且此等其他配置中之一者示意性地指示于图8A中。在图8A中，六角形表面中的每一个示意性地例示雷射二极管之输出表面或输出面。『输出面』一词在此处将理解为属于或经保留以用于雷射二极管之输出射束的(名义)空间。由此不要求雷射二极管自身实际上成形为具有六角形发光表面，但此可当然为实施例。雷射二极管可包含任何所要形状之发光表面，例如，圆形、椭圆形、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。雷射二极管在图8A中以蜂巢配置来配置。如图8A中所例示之蜂巢配置为等边形或至少等腰三角形之配置，其中雷射二极管(或光源)位于三角形之角上。图8A中所例示之蜂巢配置130允许雷射二极管的更紧密配置。

为了藉由图8A的雷射二极管例示可能的照明图案，雷射二极管中之一些已藉由参考数字来指示。参考数字135至143各自指代配置130中的雷射二极管之三个相连列中的个别雷射二极管。其受控制照明图案例示于图8B中。线段145与雷射二极管135的照明图案对应。同样，线段146对应于雷射二极管136，线段147对应于雷射二极管137，线段148对应于雷射二极管138，等等，且图8B之最后线段153对应于来自图8A中的雷射二极管143的线。

如在图8B中可见，两个相连列(例如，第一列135至137及第二列138至140)之曝露线段部分地重叠。相同量之重叠将藉由雷射二极管之每两个相连列获得。蜂巢配置130中的雷射二极管及其在图8B中所指示的照明图案的配置使得表面之几乎每一部分自至少两个雷射二极管接收光。

来自雷射二极管135至143中的每一个的光之强度已经选择，使得自雷射二极管中的每一个所接收的剂量为针对基板的曝光所需之剂量的至少一半但并非所需的全部剂量。举例而言，将要藉由表面接收之全部剂量可为对基板表面执行某一化学制程所需的剂量。因此，为了完全曝露，表面之每一部分需要自至少两个雷射二极管接收光。藉由用控制***调变雷射二极管中的每一个之光束的强度，此允许以一分辨率在基板表面上定位所要曝光图案，该分辨率与如藉由线段中的每一个之宽度所判定的分辨率相比为较高的。针对定位曝光图案可获得之有效分辨率藉由线段之重叠区域的宽度来定义。

邻近雷射二极管之许多不同配置可应用于本发明的曝光头中。举例而言，在又一实施例中，两个或两个以上邻近雷射束在曝光头相对于基板表面之运动方向上彼此邻近地配置。在此实施例中，在通过透射性组件或多角棱镜的小面后，邻近雷射二极管即藉由在运动方向上在同一路径中照明图案而照明基板。可使藉由透射性组件的小面之后续通过所产生的图案彼此相连，或甚至部分地重叠。在图案部分地重叠之后者状况下，受照明影像在基板表面上之置放可在低于光学***之分辨率的精度下进行。为了在透射性组件的小面的同一通过期间控制在两个(或两个以上)邻近雷射二极管之同时描述的照明图案之间的相互距离，藉由每一二极管所提供的雷射束的方向可例如结合朝向基板表面之光学路径的长度稍微调适。为了在透射性组件之一或多个小面的在时间上的后续通过期间控制在两个(或两个以上)邻近雷射二极管之随后描述的照明图案之间的相互距离，透射性组件之移动的速度可得以调适。应用曝光头的曝光装置的运动驱动器可例如经配置以用于调适曝光头的运动速度，使得该两个或两个以上邻近雷射二极管之时间上之后续照明图案至少部分地重叠。与此结合，打开及关闭雷射二极管之时序可合适地受控制。

进一步关于以上内容，在又一实施例中，两个或两个以上邻近雷射二极管与透射性组件之移动方向及/或透射性组件之名义旋转轴线成一角度而配置。该角度可经选择，使得此等邻近地配置的雷射二极管的照明图案在透射性组件之运动的方向上形成平行的路径或巷道。此等路径或巷道可为部分地重叠的。

雷射二极管或其定向之其他配置亦可取决于所要实行方案要求、在本申请专利范围之范畴内，且在不脱离如本文所述之发明性概念的情况下应用。此外，又，透射性组件之运动的方向及其旋转轴线之定向亦可相对于彼此合适地选择。

如自上文清楚，本发明的曝光头的简化光学配置、无光学器件之大部分及光学路径之缩短以及无倾斜射束着陆，允许藉由雷射二极管之智能且合适之定位及其相对于透射性组件的定向可获得之许多额外优点。此等优点中之一些已在上文之描述中得以描述。

尽管在上文中，已使用雷射二极管作为光源提供将跨于基板表面上扫描之射束而描述了大多数实施例，但可使用不同类型之光源来应用本发明。举例而言，可使用YAG雷射或玻璃雷射(例如，铒玻璃雷射)或其他类型的雷射设备来提供雷射束。或者，可使来自其他类型之光源的射束使用本发明的曝光头来扫描。一般而言，为了防止色差，在小的波长带内提供光之光源为较佳的(例如，诸如上文所提及的雷射光源的单色光源)。然而，藉由使用一些额外光学器件来虑及色差，或在藉由色差所引起之不准确度被视为可接受的应用中，亦可使用诸如宽带光源之其他光源来应用曝光头。举例而言，在该等状况下，可使用白炽灯或放电灯来应用本发明。进一步关于以上内容，光可使用任何合适的构件输送至透射性组件(或透明组件或多角棱镜)，该构件包括光学***或光纤。

本发明的曝光头可广泛地应用于多个不同类型的曝光装置中。在不受本文所述之装置之所提出类型中的任一者约束的情况下，根据本发明之实施例的一或多个曝光头可例如经应用以用于建立将要在特定制造程序内使用的曝光装置。此曝光装置可例如为一群组中之任何一或多者，该群组包含：印刷电路板(PCB)制造***，其中根据本发明之一或多个曝光头用于选择性地照射辐射敏感层；立体微影***，其中根据本发明之一或多个曝光头用于选择性地照射辐射敏感液体材料之顺序层以形成有形物件；以及粉末床熔合***，其中根据本发明之一或多个曝光头用于选择性地照射且藉此熔融及/或烧结固体粉末材料之顺序层以形成有形物件。此等装置中之任一者可例如经配置以用于藉由该等辐射源中的两个或两个以上的集合顺序地照明基板表面之每一表面区域两次或两次以上。

在上文中，提及印刷电路板(PCB)制造***之实施例。一般而言，可预见到制造程序基于用于光罩之产生的光阻剂之照射的装置。抗蚀剂之局部照射可局部地改变光敏抗蚀剂的化学性质，此后蚀刻制程可经应用以用于例如PCB之制造。如将了解，替代于PCB，此制程可用于其他目的，诸如薄膜晶体管(TFT)数组、用于太阳电池板或OLED或显示器之金属栅格、用于例如RFID之金属天线等等的制造。一般而言，曝光头可用于二维及/或三维制造程序。二维程序可包括表面改质、修复等。三维程序可包括增式制造(added manufacturing)或立体微影。

此外，本发明不限于包含任何特定类型之辐射源的曝光头。尽管雷射二极管已描述为较佳实施例，但亦可应用其他类型之光源。曝光头亦不限于提供在可见光谱中之光的辐射源之使用。藉由辐射源所提供之光或辐射可具有同一或不同波长。特定实施例例如藉由该等辐射源中的两个或两个以上的集合顺序地照射该基板表面之每一表面区域两次或两次以上，其中该等辐射源包含具有不同波长的辐射源。此外，藉由辐射源所提供之辐射可为单色或多色的，例如，根据光谱轮廓提供辐射。

已依据本发明之一些特定实施例描述了本发明。将了解，图式中所示及本文所述之实施例意欲仅用于所例示目的，且并不藉由任何方式或构件意欲对本发明为限制性的。此处所论述之本发明的内容脉络仅藉由所附申请专利范围之范畴来限制。

Claims (18)

1.一种用于在一曝光装置中使用以供照明一表面的曝光头，该曝光头包含：多个辐射源，其用于提供多道射束；一光学扫描单元，其经配置以用于接收该射束且用于朝向该表面指引所述射束，以用于使所述射束中的每一个撞击于一撞击光点上；一旋转致动单元，其连接至该光学扫描单元以用于以连续的旋转运动、以恒定的旋转速度至少部分地旋转该光学扫描单元以允许所述射束的扫描，其中该射束的所述撞击光点藉由该光学扫描单元的该至少部分旋转而扫描跨于该表面，其中该光学扫描单元包含一透射性组件，其中该透射性组件为一多角棱镜，该透射性组件包括用于接收该射束、及用于在所述射束输送通过该透射性组件之后输出所述射束的一或多个小面，以用于在该透射性组件的该旋转时使所述射束移位使得多角形的下一小面随后以恒定速率在所述射束前方转动，从而允许所述撞击光点的该扫描，所述撞击光点由此以用于形成图像的图案照明所述表面。

2.如权利要求1所述的曝光头，其中该多角棱镜的所述小面在数目上为偶数，其中该多角棱镜的相对侧面上的每两个小面合作，使得在使用中，所述相对小面中的一第一小面接收所述射束中的至少一射束，且所述相对小面中的一第二小面输出经接收的该至少一射束。

3.如权利要求2所述的曝光头，其中所述相对小面为平行的，以便在一角度下输出该至少一射束，而该角度与该至少一射束在所述相对小面中的接收用第一小面上的一入射角相同。

4.如权利要求1所述的曝光头，其中该一或多个辐射源包括一或多个镭射二极管。

5.如权利要求1所述的曝光头，其中所述多个辐射源中的两个或两个以上在一方向上彼此邻近地配置，而该方向垂直于该透射性组件藉由该旋转致动单元的该至少部分旋转的名义旋转轴线。

6.如权利要求5所述的曝光头，其中呈邻近地配置的多个镭射二极管中的两个或两个以上的镭射束，经指引于该透射性组件上的一实质上相同的撞击位置处。

7.如权利要求5或6所述的曝光头，其中呈邻近地配置的两个或两个以上的镭射二极管经置放以便允许镭射束扫描跨于数个彼此对准的扫描线，且其中邻近镭射二极管的该置放、或该透射性组件的所述小面的至少一小面的尺寸中的至少一个，使得邻近镭射束的所述扫描线至少部分地重叠。

8.如权利要求5或6所述的曝光头，其中呈邻近地配置的两个或两个以上的镭射二极管经配置以便允许镭射二极管扫描跨于数个平行而并非彼此对准的扫描线，且其中所述镭射二极管的该配置、或该透射性组件的所述小面的至少一小面的尺寸中的至少一个，使得邻近镭射束的所述扫描线至少部分地重叠，以允许藉由来自所述镭射二极管的光的强度操纵而以子像素精度来曝光一影像。

9.如权利要求4至6中任一项所述的曝光头，其中多个镭射二极管中的另外两个或两个以上在一方向上彼此邻近地配置，而该方向平行于该透射性组件藉由该旋转致动单元的该至少部分旋转的一名义旋转轴线。

10.如权利要求4至6中任一项所述的曝光头，其中在使用中，该曝光头在一运动方向上相对于经照明的该表面而移动，经照明的该表面为一基板表面，其中多个镭射二极管中的两个或两个以上在该运动方向上彼此邻近地配置，以便允许在该运动方向上于一同一路径中同时照明该表面。

11.如权利要求4至6中任一项所述的曝光头，其中在使用中，该曝光头在一运动方向上相对于经照明的该表面而移动，经照明的该表面为一基板表面，其中多个镭射二极管中的两个或两个以上与该运动方向成一角度而彼此邻近地配置，以便在该运动方向上于数个重叠或平行的路径中同时地照明该基板表面。

12.如权利要求1至6中任一项所述的曝光头，其中该透射性组件，在所述小面之间的一或多个边缘处，包含一反射性涂层。

13.一种曝光装置，其包含如前述权利要求中任一项所述的至少一曝光头，该曝光装置进一步包含一运动驱动器，该运动驱动器用于使该至少一曝光头及该表面相对于彼此移动，以便描述用于曝露该表面的跨于该表面上的一曝光轨迹，该曝光装置进一步包含一影像控制器，该影像控制器经配置以依照曝光影像数据将一电信号提供至该至少一曝光头，从而允许该至少一曝光头的镭射二极管的控制。

14.如权利要求13所述的曝光装置，其中该曝光头为如权利要求10或11所述的一曝光头，且其中该运动驱动器经配置以用于调适该曝光头的运动速度，使得该两个或两个以上邻近镭射二极管在时间上的后续照明图案至少部分地重叠。

15.如权利要求13或14所述的曝光装置，其中该至少一曝光头中的一个或多个包含在一方向上呈彼此邻近地配置的至少两个镭射二极管，而该方向垂直于该透射性组件藉由该曝光头的该旋转致动单元的该至少部分旋转的一名义旋转轴线，其中所述至少两个邻近地配置的镭射二极管经置放以便允许所述镭射束扫描跨于数个彼此对准的扫描线，且其中邻近镭射二极管的该置放、或该曝光头的该透射性组件的所述小面的至少一小面的尺寸中的至少一个，使得邻近镭射束的所述扫描线至少部分地重叠，

其中该装置的该影像控制器、或该曝光头的一曝光控制单元中的至少一个经配置以依照曝光影像数据来定时操作所述镭射二极管。

16.如权利要求13或14所述的曝光装置，该曝光装置为一群组中的至少一个，该群组包含：

一印刷电路板-PCB-制造***，其中如权利要求1至12中任一项所述的一或多个曝光头用于选择性地照射数个辐射敏感层；

一立体微影***，其中如权利要求1至12中任一项所述的一或多个曝光头用于选择性地照射辐射敏感液体材料的数个顺序层以形成一有形物件；以及

一粉末床熔合***，其中如权利要求1至12中任一项所述的一或多个曝光头用于选择性地照射、且藉此熔融及/或烧结固体粉末材料的数个顺序层以形成一有形物件。

17.如权利要求13或14所述的曝光装置，其中该装置经配置以用于藉由所述辐射源中的两个或两个以上的集合顺序地照明该基板表面的每一表面区域两次或两次以上。

18.如权利要求13或14所述的曝光装置，其中所述辐射源包含不同波长的辐射源。