JP2009086015A

JP2009086015A - マスクレス露光装置

Info

Publication number: JP2009086015A
Application number: JP2007252161A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Yamagami; 健太郎山上; Yoshihisa Osaka; 義久大坂
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】調整が容易で、エネルギー効率に優れるマスクレス露光装置を提供すること。
【解決手段】１辺の長さがｐのマイクロミラー２１を互いに隙間ｇを隔てて列方向にｍ個、列方向に直角な行方向にｎ個並べて配置した長方形の空間光変調器をステージ４が移動するＹ方向に対して角度θ傾けて配置しておき、第１の空間光変調器２Ａに配置されたＹ方向のマイクロミラー２１の数が露光に必要な重ね回数ｋに満たない不完全領域に、Ｙ方向に対して角度θ傾けた第２の空間光変調器２Ｂの当該不完全領域を、第１の空間光変調器２Ａと第２の空間光変調器２ＢのＹ方向のマイクロミラー２１の数の和ｓが露光に必要な重ね回数ｋを超えるようにして、第２の空間光変調器２Ｂを第１の空間光変調器２Ａに対して前記Ｙ方向と直角なＸ方向に位置決めする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空間光変調器のマイクロミラーをオンオフすることによりプリント基板等のワーク上にパターンを描画するマスクレス露光装置に関するものである。

図４は従来のマスクレス露光装置の構成図である。
ＬＤアレー１には、半導体レーザ１１が２次元に配列されている。半導体レーザ１１から出力されたレーザ光はシリンドリカルレンズアレイ１００により光の断面を円形に整形され、集光レンズ１２によりそれぞれが平行光としてインテグレータ１３に入射する。インテグレータ１３を透過した光は、コンデンサレンズ１４を通り、ミラー１５で反射して空間光変調器（ＤＭＤ）２を照射する。空間光変調器２には１辺の長さがｐのマイクロミラー２１が互いに隙間ｇを隔てて列方向にｍ個、列方向に直角な行方向にｎ個並べて配置されており、外形は長方形である。マイクロミラー２１は個々にオンオフ制御される。マイクロミラー２１で反射されたレーザ光は投影レンズ３を介してワーク５表面に入射する。モータ１６１により回転駆動されるディフューザ１６はレーザ光の波面を変化させる変調器であり、干渉縞の発生を防止する。制御回路６は、半導体レーザ１１、モータ１６１、総てのマイクロミラー２１およびステージ４を制御する。

以上の構成であるから、空間光変調器２にレーザ光を照射すると共にステージ４をＹ方向に移動させ、マイクロミラーを個々にオンオフ制御してマイクロミラーで反射されたレーザ光をステージ４上のワーク５の表面に入射させることによりワーク５に所望のパターンを描画することができる（特許文献１）。

ところで、現在入手できる空間光変調器には、１辺の長さｐが１６μｍ程度の正方形のマイクロミラー２１が列方向にｍ個、列方向と直角な行方向にｎ個が、それぞれ並べて配置されている。連続した露光を行なうためには隣接するマイクロミラー２１間の隙間ｇ（ｇは１μｍ程度である。）の影響を排除しなければならない。さらに、分解能を向上させるためには描画間隔を短くする必要がある。そこで、空間光変調器２をＹ方向に対して角度θ傾けて配置する。また、通常、１個の空間光変調器で描画できる範囲はワーク上の露光領域の幅に比べて小さいので、複数の空間光変調器をＸ方向に並べておく。なお、空間光変調器２が長方形である場合、空間光変調器２がＸ軸に対する傾きもθである。

次に、ＤＭＤ２をＹ軸に対して傾ける角度θについて説明する。

露光結果を均一にするため、通常は露光しようとする位置を複数のミラー２１で露光させる。例えば、ミラー２１が縦方向にＮ行配列されたＤＭＤ２を用い、重なりポイント数をｋとすると、ＤＭＤ２をワーク６の移動方向に対して角度θ、ただし、θ＝ｔａｎ−１（ｋ／Ｎ）だけ傾ける。

ところで、市販のＤＭＤに配置されているミラーＭの数は、例えば、列方向がｍ＝１０２４個、行方向がｎ＝７６８個である。したがって、列方向をＸ軸と平行に配置したとしても、１個のＤＭＤで露光できる幅は１６ｍｍ程度である。そこで、複数のＤＭＤをＸ方向に並べて配置することによりスキャン回数（Ｙ軸方向の移動回数）を減らして作業能率を向上させている。

次に、ＤＭＤの並べ方について説明する。
図５は、従来のＤＭＤ２の並べ方の説明図であり、２つのＤＭＤ２の隣接部を模式的に示している。なお、ここでは、点で示すマイクロミラー２１は行方向に６個（すなわち６行）であり、重なりポイント数ｋを２とする。

図示のように、ＤＭＤ２Ａ端部のＸ座標がＤ、Ｅ、ＦであるＹ方向と平行な露光ラインＤ、Ｅ、Ｆにおいてはマイクロミラー２１が１個しか存在しないので、１回しか露光できない。そこで、ＤＭＤ２Ｂの端部の露光ラインａが露光ラインＤの延長線上すなわち同軸に、露光ラインｂが露光ラインＥと同軸に、露光ラインｃが露光ラインＦと同軸に、それぞれ配置されるようにしてＤＭＤ２ＢをＸ方向に配置する。なお、ＤＭＤ２ＡとＤＭＤ２ＢとをＹ方向にずらせているのは、それぞれの枠の部分がマイクロミラー２１の１辺の長さｐよりも十分大きいため、接近して配置することができないためである。以下、空間光変調器において、Ｙ方向（露光ライン方向）のマイクロミラー２１の数が露光に必要な重ね回数ｋを満たす領域を「完全領域」といい、露光ライン方向のマイクロミラー２１の数が露光に必要な重ね回数ｋに満たない領域を「不完全領域」という。

ムラの無い露光を行なうためには、露光面に対して均一に光を照射する必要がある。そこで、従来は、ワーク５の表面に入射するレーザ光の光量を照度計やフォトダイオード等を用いて測定し、光量が予め定められた範囲内に収まるように、個々の半導体レーザ１１に供給する電流値や、ＬＤアレー１から結像光学系にいたる光学部品の位置や角度等を調整していた。

なお、露光に用いるマイクロミラーの数を減らしたり、マイクロミラーのオン時間を減らすことにより、光量を最も小さいものに合わせて、ワークに入射させる光量を均一化する技術もある（特許文献２）。
特開２００４−０３９８７１特開２００５−２０３６９７

しかし、上記特許文献１の技術の場合、２つの空間光変調器で露光する部分の光量を均一化するため、光学部品等の位置調整に多大な時間を要していた。

また、上記特許文献２の技術の場合、光量を能率良く均一化できるが、エネルギー効率が悪くなった。また、複数の空間光変調器をＸ方向に揃える具体的な方法に関しては開示されていない。

本発明の目的は、上記課題を解決し、調整が容易で、エネルギー効率に優れるマスクレス露光装置を提供するにある。

図６は、従来の露光ラインと光量との関係を示す図であり、横軸がＸ方向の位置、縦軸が光量である。

本発明者は、２つの空間光変調器で露光する部分の光量調整が面倒であるのは、同図に示すように、空間光変調器の両端付近に供給される光量が中央部に比べて少ないことが原因であることを見出した。この結果に基づき、本発明は、１辺の長さがｐのマイクロミラーを互いに隙間ｇを隔てて列方向にｍ個、列方向に直角な行方向にｎ個並べて配置した長方形の空間光変調器をステージが移動するＹ方向に対して角度θ傾けて配置しておき、前記空間光変調器に光を照射すると共に前記ステージを移動させ、前記マイクロミラーを個々にオンオフ制御して前記マイクロミラーで反射された光を前記ステージ上のワークの表面に入射させることにより前記ワークに所望のパターンを描画するようにしたマスクレス露光装置において、第１の前記空間光変調器に配置されたＹ方向の前記マイクロミラーの数が露光に必要な重ね回数ｋに満たない不完全領域に、Ｙ方向に対して角度θ傾けた第２の前記空間光変調器の当該不完全領域を、Ｙ方向の前記第１と第２の前記空間光変調器の前記マイクロミラーの数の和ｓが露光に必要な重ね回数ｋを超えるようにして、第２の前記空間光変調器を第１の前記空間光変調器に対して前記Ｙ方向と直角なＸ方向に位置決めすることを特徴とする。

半導体レーザ等の光源から出力されたレーザ光のエネルギを有効に活用できるので、加工能率を向上させることができる。また、ワークに供給する光量の均一化が容易になるので、調整時間を短縮することができる。

図１は本発明に係るマスクレス露光装置の構成図であり、図４と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

コントローラユニット６０は露光するパターンの描画データを、ドライバ回路６５に出力する。ドライバ回路６５は与られたデータを変換しＤＭＤ２に制御データ信号（個々のマイクロミラー２１に対するオン・オフ信号である。）を出力する。そして、ＤＭＤ２に入射した光の内、オン状態のマイクロミラー２１で反射された光は投影光学系に入射し、オフ状態のマイクロミラー２１に入射した光は投影光学系の外側に反射される。マイクロミラー２１の反射光が光学系により個々のスポットに整形をされ、ステージ４上のワーク５に照射される。ステージ４は、コントローラユニット６０からの指令により移動制御装置８０により精密に位置制御される。

コントローラユニット６０はシーケンス制御部６０ａ、描画データ制御部６０ｂ、位置制御部６０ｃ、補正値計算部６０ｄを備え、マスクレス露光装置の一連の動作制御、ＤＭＤ２の制御、ステージ４の位置制御、画像処理装置７０、光学カメラ７５からの入力に基づく補正制御を行なう。

図２は、本発明におけるＤＭＤ２の並べ方の説明図であり、ＤＭＤ２Ａ、ＤＭＤ２Ｂは上記図４の場合と同じものである。また、重なりポイント数ｋを２とする。

本発明では、ＤＭＤ２の端部における重なりポイント数ｋを指定された値よりも大きくなるようにする。すなわち、図示のように、ＤＭＤ２Ｂの露光ラインｄがＤＭＤ２Ａの露光ラインＤと同軸に、ＤＭＤ２Ｂの露光ラインｅがＤＭＤ２Ａの露光ラインＥと同軸に、ＤＭＤ２Ｂの露光ラインｆがＤＭＤ２Ａの露光ラインＦと同軸に、それぞれ配置されるようにしてＤＭＤ２ＢをＸ方向に配置する。この場合、露光ラインＤ、Ｅ、Ｆにおいては重なりポイント数ｋが３になる。なお、上記の配置に伴って、露光ラインＡ、Ｂ、Ｃにおける重なりポイント数ｋも３になる。

次に、本発明の露光手順を説明する。

露光に先立ち、マイクロミラー２１を総てオンにした状態の露光エリア内各点の光量を露光ライン毎に積算する。そして、Ｘ方向に隣接する２個のＤＭＤ２端部の光量が重なりポイント数２よりも大きい場合は、以下のようにする。すなわち、例えば、露光ラインＡにおける光量が、完全領域内の露光ラインの場合の１．５倍であれば、３個のマイクロミラー２１のうちの１個をオンさせないようにする。あるいは、この３個のマイクロミラー２１総てのオン時間を他のマイクロミラー２１のオン時間の２／３とする。

以上で、露光ライン毎の光量が揃えられたので、以下、従来と同様に露光する。総ての露光ラインの光量がほぼ同じ大きさになっているので、露光ムラはほとんど発生しない。この場合、重なりポイント数ｋが他よりも多くなっているＤＭＤ２の隣接部だけのマイクロミラー２１の光量を制限するだけなので、エネルギロスは僅かである。

なお、ここでは、重なりポイントｋが２である場合について説明したが、通常、重なりポイントｋは５〜１０であるので、例えば、不完全領域における光量を所望の光量の１０〜２０％の大きさで調整することができる。

図３は、本発明における露光ラインと光量との関係を示す図であり、（ａ）は光量測定直後を、（ｂ）は光量調整後を、（ｃ）は比較のために示す従来の場合である。

同図に示すように、第１の空間光変調器の不完全領域と第２の空間光変調器の不完全領域で構成する露光ラインに含まれるマイクロミラー２１の数を完全領域における重なりポイントの数よりも大きくする結果、この領域の光量は完全領域の光量よりも大きくなる。しかし、当該領域内の露光ラインにおける光量が、完全領域内の露光ラインとほぼ同様になるように、マイクロミラー２１のうちのいくつかをオンさせないようにしたり、あるいは、マイクロミラー２１総てのオン時間を調整することにより、光量を他とほぼ同じ大きさに揃えることができる。

本発明に係るマスクレス露光装置の構成図である。本発明におけるＤＭＤ２の並べ方の説明図である。本発明における露光ラインと光量との関係を示す図である。従来のマスクレス露光装置の構成図である。従来のＤＭＤの並べ方の説明図である。従来の露光ラインと光量との関係を示す図である。

符号の説明

２Ａ第１の空間光変調器
２Ｂ第２の空間光変調器
４ステージ
２１マイクロミラー
Ｙステージの移動方向（露光ライン方向）
θ 空間光変調器２Ａ、２ＢのＹ方向に対する角度

Claims

１辺の長さがｐのマイクロミラーを互いに隙間ｇを隔てて列方向にｍ個、列方向に直角な行方向にｎ個並べて配置した長方形の空間光変調器をステージが移動するＹ方向に対して角度θ傾けて配置しておき、前記空間光変調器に光を照射すると共に前記ステージを移動させ、前記マイクロミラーを個々にオンオフ制御して前記マイクロミラーで反射された光を前記ステージ上のワークの表面に入射させることにより前記ワークに所望のパターンを描画するようにしたマスクレス露光装置において、
第１の前記空間光変調器に配置されたＹ方向の前記マイクロミラーの数が露光に必要な重ね回数ｋに満たない不完全領域に、Ｙ方向に対して角度θ傾けた第２の前記空間光変調器の当該不完全領域を、第１と第２の前記空間光変調器のＹ方向の前記マイクロミラーの数の和ｓが露光に必要な重ね回数ｋを超えるようにして、第２の前記空間光変調器を第１の前記空間光変調器に対して前記Ｙ方向と直角なＸ方向に位置決めすることを特徴とするマスクレス露光装置。
予め前記不完全領域における前記マイクロミラーが総てオンである場合の光量を露光ライン毎に測定しておき、測定された光量が、前記空間光変調器に配置されたＹ方向の前記マイクロミラーの数が露光に必要な重ね回数ｋを満たす完全領域における露光ラインの光量の許容範囲を超える場合は、前記不完全領域内の前記露光ライン上のオンにしない前記マイクロミラーを定めておくことを特徴とする請求項１に記載のマスクレス露光装置。
予め前記不完全領域における前記マイクロミラーが総てオンである場合の光量を露光ライン毎に測定しておき、測定された光量が、前記空間光変調器に配置されたＹ方向の前記マイクロミラーの数が露光に必要な重ね回数ｋを満たす完全領域における露光ラインの光量ｒのｑ倍（ただし、ｑ＞ｒ）である場合は、前記不完全領域内の描画時における当該露光ライン上の前記マイクロミラーのオン時間を前記完全領域内の前記露光ライン上のマイクロミラーのオン時間のｒ／ｑとすることを特徴とする請求項１に記載のマスクレス露光装置。