DE102008038837A1

DE102008038837A1 - Laserdirektabbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008038837A1
Application number: DE102008038837A
Authority: DE
Inventors: Yoshitatsu Ebina-shi Naito; Yoshitada Ebina-shi Oshida; Mitsuhiro Ebina-shi Suzuki
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2009-04-30
Also published as: TW200914871A; US7969636B2; JP2009075359A; CN101393399B; US20090080047A1; CN101393399A; JP4473297B2; TWI428629B; KR20090031215A; KR101406049B1

Abstract

Eine Laserdirektabbildungsvorrichtung, die lichtempfindliche Materialien mit verschiedenen Empfindlichkeiten belichten kann und die eine Abbildungsposition in Übereinstimmung mit einer Verformung eines Werkstücks korrigieren kann. In der Laserdirektabbildungsvorrichtung wird das Werkstück in einer Unterabtastrichtung bewegt, während eine Zylinderlinse verwendet wird, um einen Laserstrahl, der auf der Grundlage von Rasterdaten moduliert worden ist, in der Unterabtastrichtung konvergieren zu lassen und den Laserstrahl in Richtung einer Hauptabtastrichtung abzulenken, um ein gewünschtes Muster auf dem Werkstück abzubilden. Die Zylinderachse der Zylinderlinse ist so ausgelegt, dass sie sich horizontal drehen kann und einen Winkel in Bezug auf die Hauptabtastrichtung ändern kann.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserdirektabbildungsvorrichtung (LDI-Vorrichtung) zum Bewegen eines Werkstücks in einer Unterabtastrichtung, während eine Zylinderlinse zum Konzentrieren eines Laserstrahls, der auf der Grundlage von Rasterdaten moduliert worden ist, in der Unterabtastrichtung und zum Ablenken des Laserstrahls in Richtung einer Hauptabtastrichtung verwendet wird, um ein gewünschtes Muster auf dem Werkstück abzubilden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einer LDI-Vorrichtung werden CAD-Daten, die für den Entwurf eines Schaltungsmusters verwendet werden, in ein Vektordatenformat umgesetzt und werden daraufhin aus den Vektordaten Umrisse berechnet. Danach werden die Umrisse zur Abbildung weiter in Rasterdaten umgesetzt. Aus den Rasterdaten werden EIN- und AUS-Pixel für einen Laserstrahl erhalten. Die EIN-Pixel werden mit dem Laserstrahl angestrahlt.
7 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer LDI-Vorrichtung des Standes der Technik zeigt.
Eine Laserquelle 1 ist an einem optischen Tisch 16 angebracht. Der optische Tisch 16 ist auf einer Säule 17 auf einem Bett 18 angeordnet. Ein von der Laserquelle 1 emittierter Laserstrahl 5 tritt, reflektiert durch Spiegel 2 und einen Aufweiter 3, in einen akustooptischen Modulator (im Folgenden als "AOM" bezeichnet) 4 ein. Ein durch den AOM 4 modulierter Laserstrahl 5a wird durch einen Polygonspiegel 6 abgelenkt und tritt in eine fθ-Linse 7 ein. Der von der fθ-Linse 7 austretende Laserstrahl 5a wird durch einen Reflexionsspiegel 8 in 7 in Richtung nach unten abgelenkt und tritt in eine Zylinderlinse 9 ein. Der von der Zylinderlinse 9 austretende Laserstrahl 5a trifft auf ein Werkstück 10 auf. Ein Trockenschichtresist (im Folgenden als "DFR" bezeichnet), ein Photoresist oder dergleichen auf dem Werkstück 10 wird dem Laserstrahl 5a ausgesetzt. Bei dieser Gelegenheit bewegt sich ein Tisch 12, wo das Werkstück 10 angebracht ist, mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Unterabtastrichtung (in Richtung der Y-Achse in 7. Die Richtung der X-Achse in 7 ist eine Hauptabtastrichtung). Ein Linearmotor 14 bewegt den Tisch 12. Ein Paar Führungen 13 führen den Tisch 12 (Patentdokument 1).
Der vordere Brennpunkt der fθ-Linse 7 ist hier in der Reflexionsebene des Polygonspiegels 6 positioniert. Komponenten des durch dem Polygonspiegel 6 reflektierten Laserstrahls 5 parallel zu der XY-Ebene sind parallele Strahlen und Komponenten senkrecht zu der XY-Ebene sind divergente Strahlen, die bei einem Reflexionspunkt des Polygonspiegels 6 beginnen. Dementsprechend werden die Komponenten des Laserstrahls 5 parallel zu der XY-Ebene durch die fθ-Linse 7 konzentriert, während sie durch die Zylinderlinse 9 so, wie sie sind, durchgelassen werden. Andererseits werden die Komponenten des Laserstrahls 5 senkrecht zu der XY-Ebene durch die fθ-Linse 7 in parallele Strahlen umgesetzt und durch die Zylinderlinse 9 konzentriert.
8A und 8B sind Ansichten, die die Position eines Startsensors zeigen. 8A ist eine Ansicht in Richtung der X-Achse aus 7 und 8B ist eine Ansicht in Richtung der Y-Achse aus 7.
Unter dem linken Endabschnitt der Zylinderlinse 9 in 7 ist ein Spiegel 11 angeordnet. In Richtung des von dem Spiegel 11 reflektierten Laserstrahls ist ein Startsensor 15 angeordnet. Um die Abbildungsausgangspositionen der Zeilen, d. h. der Zeilen der durch die Hauptabtastung (Richtung der X-Achse) belichteten Pixel, auszurichten, wird die Abbildung in jeder Abtastung in der Hauptabtastrichtung begonnen, wenn eine vorgegebene Zeit, nachdem der Startsensor 15 den durch den Spiegel 11 reflektierten Laserstrahl 5a erfasst hat, verstrichen ist (die Entfernung zwischen der Erfassungsposition und der Abbildungsausgangsposition ist in dem veranschaulichten Fall 10 mm).
Wenn der Laserstrahl in der Hauptabtastrichtung abtastet, bewegt sich der Tisch 12, auf dem das Werkstück 10 angebracht ist, in der Unterabtastrichtung. Dementsprechend neigt sich die Abtastlinie durch Bestrahlung (Belichtung) mit dem Laserstrahl 5 wie in 9 gezeigt in Bezug auf die X-Richtung (Hauptabtastrichtung) in Uhrzeigerrichtung um einen Winkel α, wenn der Laserstrahl 5 in der X-Richtung abgetastet wird. Der Winkel α wird als "Abtastwinkel" bezeichnet.
Somit ist eine Bestrahlungsoptik im Stand der Technik so angeordnet, dass der Abtastwinkel α in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Tischs 12 auf 0 eingestellt ist, und ist ein Bestrahlungssystem so angeordnet, dass die Abtastlinie der Belichtung senkrecht zu der Y-Richtung (Unterabtastrichtung) ist.

Patentdokument 1: JP-A-2007-94122

Falls die Empfindlichkeit eines lichtempfindlichen Materials für Licht (im Folgenden einfach als "Empfindlichkeit" bezeichnet) gleichförmig ist, kann der Abtastwinkel α konstant gemacht werden. Allerdings kann ein DFR (Trockenschichtresist) eine Änderung seiner Resistempfindlichkeit aufweisen. Zum Beispiel wird angenommen, dass die Ausgabe eines Lasers konstant ist und die Resistempfindlichkeit 50 mJ/cm² ist. In diesem Fall müssen die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls (die Anzahl der Umdrehungen des Polygonspiegels) und die Bewegungsgeschwindigkeit des Tischs zu 1/5 derjenigen gemacht werden, wenn die Resistempfindlichkeit 10 mJ/cm² beträgt.
Allerdings weist der Polygonspiegel einen schmalen Bereich der stabilen Drehzahl auf (der z. B. so breit oder 1/2 so breit wie die Nenndrehzahl ist). Dementsprechend ist der Bereich des möglichen Abtastwinkels α so schmal, dass die Werkstücke, die belichtet werden können, hinsichtlich der Vielfalt begrenzt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorstehenden Erfindung ist es, das vorstehende Problem zu lösen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Laserdirektabbildungsvorrichtung, die lichtempfindliche Materialien mit verschiedenen Empfindlichkeiten belichten und eine Abbildungsposition in Übereinstimmung mit der Verformung eines Werkstücks korrigieren kann.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgaben schafft die vorliegende Erfindung eine Laserdirektabbildungsvorrichtung zum Bewegen eines Werkstücks in einer Unterabtastrichtung, während eine Zylinderlinse zum Konzentrieren eines Laserstrahls, der auf der Grundlage von Rasterdaten moduliert worden ist, in der Unterabtastrichtung und zum Ablenken des Laserstrahls in Richtung einer Hauptabtastrichtung verwendet wird, um ein gewünschtes Muster auf dem Werkstück abzubilden. Die Laserdirektabbildungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderachse der Zylinderlinse so ausgelegt ist, dass sie sich horizontal drehen kann und einen Winkel in Bezug auf die Hauptabtastrichtung ändern kann.
In diesem Fall kann die Drehachse der Zylinderlinse mit einem Abbildungsausgangspunkt des Laserstrahls in eine Linie gebracht werden.
Der Winkel (Abtastwinkel α) der Zylinderachse der Zylinderlinse in Bezug auf die Hauptabtastrichtung kann leichter eingestellt werden. Dementsprechend können lichtempfindliche Materialien mit verschiedenen Empfindlichkeiten belichtet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind Ansichten, die eine Konfiguration einer Laserdirektabbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
2B und 2B sind vergrößerte Teilansichten eines Abschnitts A in 1A;
3 ist eine Teilschnittansicht eines Hauptabschnitts der Laserdirektabbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Schnittansicht längs der Linie B-B in 2A;
5 ist eine Schnittansicht senkrecht zu der Zylinderachse einer Zylinderlinse;
6A und 6B sind Ansichten, die eine Änderung der vorliegenden Erfindung zeigen;
7 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Laserdirektabbildungsvorrichtung des Standes der Technik zeigt;
8A und 8B sind Diagramme zur Erläuterung der Laserdirektabbildungsvorrichtung des Standes der Technik; und
9 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Abtastwinkels.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
1A und 1B sind Ansichten, die eine Konfiguration einer Laserdirektabbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. 1A ist eine Draufsicht und 1B ist eine Seitenansicht. 2A und 2B sind vergrößerte Teilansichten eines Abschnitts A in 1A. 2A ist eine Draufsicht und 2B ist eine Seitenansicht. Zur zweckmäßigen Darstellung zeigen 2A und 2B den Zustand, in dem dasselbe wie in 1A und 1B um einen Winkel von 90° gedreht worden ist. 3 ist eine Teilschnittansicht der Umgebungen eines Stifts 44, der später beschrieben wird. 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie B-B in 2A. Teile, die dieselben sind oder dieselben Funktionen aufweisen wie jene in 7, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung davon ist weggelassen.
An einer Säule 17 ist ein Träger 23 befestigt. An dem Träger 23 ist durch Bolzen 49 eine Grundplatte 43 befestigt. Ein hohler Scharnierstift 34 weist einen hohlen Hufeisenvorsprungabschnitt 34a auf. Der Vorsprungabschnitt 34a ist ringförmig und teilweise gekerbt. Der hohle Scharnierstift 34 ist an der Grundplatte 43 befestigt. Die Mitte des Vorsprungabschnitts 34a ist so über einem Abbildungsausgangspunkt positioniert, dass die Drehachse einer Zylinderlinse 9 sowohl durch die Mitte als auch durch den Abbildungsausgangspunkt geht. Wie später beschrieben wird, ist der Grund, weshalb der Vorsprungabschnitt 34a gekerbt ist, zu verhindern, dass der Vorsprungabschnitt 34a einen von der Zylinderlinse 9 austretenden Laserstrahl 5a stört. Der Innenradius des Vorsprungabschnitts 34a ist ein Radius (hier 15 mm), der groß genug ist, um den Laserstrahl 5a nicht zu sperren.
Die Zylinderlinse 9 ist an einem Linsenhalter 35 gestützt. Ein kreisförmiger in dem Linsenhalter 35 vorgesehener Abschnitt 38 ist an den Außenumfang des Vorsprungabschnitts 34a so angepasst, dass er zulässt, dass die Zylinderachse der Zylinderlinse 9 durch die Mitte des Vorsprungabschnitts 34a geht. Dementsprechend kann der Linsenhalter 35, d. h. die Zylinderlinse 9, wünschenswert in der Nähe und um die Mitte des Vorsprungabschnitts 34a, d. h. an dem Abbildungsausgangspunkt, positioniert werden. In dem Linsenhalter 35 sind ein Loch 37 und drei Bohrungen 50 gebildet. Das Loch 37 ist groß genug gebildet, um zu ermöglichen, dass sich der Linsenhalter 35 dreht, ohne den von der Zylinderlinse 9 ausgehenden Laserstrahl 5a zu sperren.
Wie in 3 gezeigt ist, sind in die Grundplatte 43 durch die Bohrungen 50 jeweils Stifte 44 geschraubt. Tellerfedern 41 pressen den Linsenhalter 35 so gegen die Grundplatte 43, dass verhindert wird, dass sich der Linsenhalter 35 von der Grundplatte 43 nach oben bewegt. Die Druckkraft der Tellerfedern 41 ist zu schwach, um den Linsenhalter 35 um die durch den Abbildungsausgangspunkt gehende Achse zu drehen. Der Außendurchmesser jedes Stifts 44 ist kleiner als der Durchmesser jeder Bohrung 50, sodass sich der Linsenhalter 35 um die durch den Abbildungsausgangspunkt gehende Achse drehen kann.
An einer seitlichen Oberfläche des Linsenhalters 35 ist ein Nockenmitnehmer 33 drehbar gestützt. An der Grundplatte 43 ist eine durch ein Lager 39a und durch eine Bahn 39b gebildete lineare Führungseinheit 39 angeordnet. Die Bahn 39b ist so an einem Halter 51 befestigt, dass das Lager 39a in der X-Richtung geführt wird. Der Halter 51 ist durch Bolzen 52 an der Grundplatte 43 befestigt. An dem Lager 39a ist ein linearer Nocken 32 befestigt. Eine Endoberfläche des linearen Nockens 32, die dem Nockenmitnehmer 33 zugewandt ist, ist abgeschrägt, wobei ihr dickes Ende in 2A nach unten angeordnet ist.
Der lineare Nocken 32 ist mit einer Welle 31a eines linearen Stellglieds 31 verbunden. Ein Motor 30 treibt das lineare Stellglied 31 so an, dass die Welle 31a in der X-Richtung bewegt wird. Der Motor 30 ist mit einem L-förmigen Träger 55 an der Grundplatte 43 befestigt. Ein Bolzen 56 befestigt den Träger 55 an der Grundplatte 43.
Eine Feder 36 presst den Linsenhalter 35 in 2A so nach links, dass der Nockenmitnehmer 33 mit einer ihm gegenüberliegenden Fläche 32a des linearen Nockens 32 in Kontakt gelangt.
Bei der somit erwähnten Konfiguration bewegt sich der lineare Nocken 32 in der X-Richtung, wenn der Motor 30 gedreht wird. Mit der Bewegung in X-Richtung des Nockenmitnehmers 33 in Kontakt mit dem linearen Nocken 32 dreht sich der Linsenhalter 35 um die durch den Abbildungsausgangspunkt gehende Achse (d. h. der Wert des Abtastwinkels α erhöht sich und verringert sich). Daraufhin wird die Führung 39 so positioniert, dass der Abtastwinkel α auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.
Nachfolgend wird der Betrieb der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird eine Beschreibung des Abtastwinkels α gegeben.
Wenn die Drehzahl+ eines Polygonspiegels N[min^–1] und die Anzahl seiner Facetten m ist, können die Abtastzeit tm auf jeder Facette des Polygonspiegels und die Abtastzeit ts über den Ablenkwinkel 2θ [Grad] durch die Gleichungen 1 und 2 ausgedrückt werden. tm = 60/N/m [s] (1) ts = tm·θ/(360/m) [s] (2)
Wenn der Ablenkwinkel des Polygonspiegels θ ist, ist der maximale Einfallswinkel des auf die fθ-Linse 7 auffallenden Laserstrahls 5a θ. Wenn f die Brennweite der fθ-Linse 7 bezeichnet und V die Vorschubgeschwindigkeit eines Tischs (Belichtungsgeschwindigkeit) bezeichnet, kann der Abtastwinkel α durch Gleichung 3 ausgedrückt werden. α = tan–1(ts·V/(2·f·θ)) (3)wobei der Winkel θ in Radiant umgewandelt worden ist.
5 ist eine Schnittansicht senkrecht zu der Zylinderachse der Zylinderlinse 9. Das Bezugszeichen P repräsentiert die Zylinderachse der Zylinderlinse 9.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird die Komponente in Breitenrichtung der Zylinderlinse 9 des auf die Zylinderlinse 9 auffallenden Laserstrahls 5a kollimiert. Dementsprechend wird dann, wenn die Mittelachse des auf die Zylinderlinse 9 auffallenden Laserstrahls 5a senkrecht dazu durch die Achse P geht, der Laserstrahl 5a an eine Position F0 konzentriert, die in einer Entfernung F (F bezeichnet die Brennweite der Zylinderlinse 9) von der Achse P ist. Hier ist angenommen, dass die Zylinderlinse 9, wie in 5 durch die Strichpunktlinie gezeigt ist, in 5 um eine Strecke δ nach rechts bewegt wird (d. h., die Achse P wird um die Strecke δ in 5 nach rechts bewegt), während die Mittelachse des Laserstrahls 5a fest ist. In diesem Fall wird der Laserstrahl 5a an eine Position F1 konzentriert, die δ rechts der Position F in 5 ist. Das heißt, obgleich die Mittelachse des Laserstrahls 5a an derselben ist ist, wird die Position, an der der Laserstrahl 5a konzentriert wird, um eine Strecke, mit der die Position der Achse P der Zylinderlinse 9 parallel zur Oberfläche eines Werkstücks 10 verschoben wird, verschoben. Mit anderen Worten, wenn die Achse P der Zylinderlinse 9 um einen Winkel α in Bezug auf die Laufrichtung des Werkstücks geneigt wird, wird die Position, an der der Laserstrahl 5a konzentriert wird, ebenfalls unter einem Winkel α in Bezug auf die Laufrichtung geneigt. Somit ist es möglich, den Abtastwinkel als einen Winkel der Achse P der Zylinderlinse 9 in Bezug auf die Abtastrichtung einzustellen.
In dieser Ausführungsform wird die Zylinderlinse 9 um die durch den Abbildungsausgangspunkt gehende Achse gedreht. Dementsprechend besteht keine Befürchtung, dass der Abbildungsausgangspunkt in der X-Richtung verschoben wird. Somit ist es möglich, eine Abbildung mit hoher Qualität auszuführen.
6A und 6B sind Ansichten, die eine Änderung der vorliegenden Erfindung zeigen.
Der Linsenhalter 35 ist so an der Grundplatte 43 angeordnet, dass sich der Linsenhalter 35 um einen Scharnierstift 42 drehen kann.
Gemäß dieser Änderung geht die Achse des Scharnierstifts 42 nicht durch den Abbildungsausgangspunkt. Somit ist der Abbildungsausgangspunkt um eine Stecke tanα in Y-Richtung verschoben. Allerdings kann der Abtastwinkel α im Voraus bekannt sein. Wenn die Position, an der das Werkstück 10 auf dem Tisch angeordnet wird, um die Strecke tanα in Y-Richtung verschoben wird, kann ein Bild an einer gewünschten Position des Werkstücks gezeichnet werden.
Der Betrieb in dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen derselbe wie in der oben erwähnten Ausführungsform. Somit wird die redundante Beschreibung weggelassen.
Obgleich durch einen AOM in den oben erwähnten Ausführungsformen ein Laserstrahl moduliert wird, kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Laserdirektabbildungsvorrichtung angewendet werden, in der eine Laserdiode als eine Lichtquelle verwendet ist, wobei die Laserdiode direkt EIN/AUS-gesteuert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-94122 A [0009]

Claims

Laserdirektabbildungsvorrichtung zum Bewegen eines Werkstücks in einer Unterabtastrichtung, während eine Zylinderlinse zum Konvergierenlassen eines Laserstrahls, der auf der Grundlage von Rasterdaten moduliert worden ist, in der Unterabtastrichtung und zum Ablenken des Laserstrahls in Richtung einer Hauptabtastrichtung verwendet wird, um ein gewünschtes Muster auf dem Werkstück abzubilden, wobei die Laserdirektabbildungsvorrichtung umfasst: Mittel, um zu ermöglichen, dass sich eine Zylinderachse der Zylinderlinse parallel zu einer Oberfläche des Werkstücks dreht; und Mittel, um zu ermöglichen, dass die Zylinderachse der Zylinderlinse einen Winkel in Bezug auf die Hauptabtastrichtung ändert.
Laserdirektabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der eine Drehachse der Zylinderlinse durch einen Abbildungsausgangspunkt des Laserstrahls geht.