JP2007027188A

JP2007027188A - 露光用照明光源の形成方法、露光用照明光源装置、露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JP2007027188A
Application number: JP2005203146A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Sakai; 基志坂井; Kazumi Haga; 一実芳賀
Original assignee: NANO SYSTEM SOLUTIONS KK
Current assignee: NANO SYSTEM SOLUTIONS KK
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】露光むらの発生を抑制することができる露光用照明光源の形成方法、露光用照明光源装置、露光方法及び露光装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体レーザダイオード１からの光を互いに合成して露光用照明光源とするにあたり、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を各半導体レーザダイオードに対応した回折光学素子２に入射させ、前記回折光学素子によって平行光にさせた後に、前記平行光を１つのロッドレンズ又は１つのライトトンネル３に入射させ、前記ロッドレンズ又は前記ライトトンネルによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光用照明光源の形成方法及び露光用照明光源装置に関するものである。

従来、複数個の半導体レーザダイオードからの光を合成して露光用照明光源に用いる露光用照明光源装置が知られている。この露光用照明光源装置は、複数個の半導体レーザダイオードからの出力光を各々別々の光ファイバに結合させて伝送させ、それら光ファイバ同士が出射端で１つに束ねてバンドル光ファイバとされ、そのバンドル光ファイバの出射端面が出力光ファイバ又は出力バンドル光ファイバの入射端面と突き合わせて接続され、前記出力光ファイバ又は出力バンドル光ファイバの出射端から前記の複数の半導体レーザダイオードからの出力光が合成して出力光として取り出されるように構成されている（例えば特許文献１）。
特開２００４−１４６７９３号公報

しかしながら、上記特許文献１の露光用照明光源装置にあっては、複数の半導体レーザダイオードの各々の出力光を各々別々の光ファイバに結合させて伝送させるように構成しているため、装置構成が複雑となる。また、複数の半導体レーザダイオードの各々の出力光を各々別々の光ファイバに結合させて伝送させバンドル光ファイバによって合成しているようにしているため、複数の半導体レーザダイオードの各々の出力光同士は十分に混じり合わないため、光の照度むら、色むら、ちらつきを十分に除去できないという問題がある。そして、この照度むら、色むら、ちらつき等が存在する場合には、基板上で強度むらが生じ、露光むらが発生するという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、露光むらの発生を抑制することができる露光用照明光源の形成方法、露光用照明光源装置、露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の露光用照明光源の形成方法は、複数の半導体レーザダイオードからの光を互いに合成して露光用照明光源とするにあたり、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を各半導体レーザダイオードに対応した回折光学素子に入射させ、前記回折光学素子によって平行光にさせた後に、前記平行光を１つのロッドレンズ又は１つのライトトンネルに入射させ、前記ロッドレンズ又は前記ライトトンネルによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする。

請求項２記載の露光用照明光源の形成方法は、複数の半導体レーザダイオードからの光を互いに合成して露光用照明光源とするにあたり、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を各半導体レーザダイオードに対応した回折光学素子に入射させ、前記回折光学素子によって平行光にさせた後に、前記平行光を１つのバンドル光ファイバに入射させ、前記バンドル光ファイバによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする。

請求項３記載の露光用照明光源装置は、複数の半導体レーザダイオードからの光を互いに合成して露光用照明光源として用いる露光用照明光源装置において、前記複数の半導体レーザダイオードの各々に対応するように該複数の半導体レーザダイオードと同数個設けられた複数の回折光学素子と、前記複数の回折光学素子からの光が入射する１つのロッドレンズ又は１つのライトトンネルとを備え、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を前記複数の回折光学素子に入射させ、前記複数の回折光学素子の各々によって平行光にさせた後に、前記平行光を前記ロッドレンズ又は前記ライトトンネルに入射させ、前記ロッドレンズ又は前記ライトトンネルによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする。

請求項４記載の露光用照明光源装置は、複数の半導体レーザダイオードからの光を互いに合成して露光用照明光源として用いる露光用照明光源装置において、前記複数の半導体レーザダイオードの各々に対応するように該複数の半導体レーザダイオードと同数個設けられた複数の回折光学素子と、前記複数の回折光学素子からの光が入射する１つのバンドル光ファイバとを備え、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を前記複数の回折光学素子に入射させ、前記複数の回折光学素子の各々によって平行光にさせた後に、前記平行光を前記バンドル光ファイバに入射させ、前記バンドル光ファイバによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする。

請求項５記載の露光方法は、請求項１又は２記載の露光用照明光源の形成方法で形成された前記露光用照明光源を使用し、空間光変調器に表示された露光パターンを対象物に照射するようにしたことを特徴とする。

請求項６記載の露光装置は、請求項３又は４記載の露光用照明光源装置を備え、空間光変調器に表示された露光パターンを対象物に照射するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の半導体レーザからの光を複数の回折光学素子によってそれぞれ平行光にさせて１つのロッドレンズ、１つのライトトンネル又は１つのバンドル光ファイバに導くことにより、光束を所望の断面を持った光束に変換することができる。その結果、光損失を極力低減させた露光用照明光源が形成できることになる。また、光束の角度成分が混ぜ合わされるので、光の照度むら、色むら、ちらつきなどを十分に低減でき、基板上での光強度むらができるのが防止され、この露光用照明光源を使用して実際に露光した場合には露光むらの発生が抑制されることになる。この効果は、ロッドレンズ又はライトトンネルを使用した場合に特に顕著である。

図１には本発明に係る露光装置が示されている。この露光装置１００は次の通り構成されている。

この露光装置１００は、複数の半導体レーザダイオード(Laser Diode;LD)１と、回折光学素子２と、ロッドレンズ３と、コリメートレンズ４と、ＤＭＤ５と、結像光学系６とを備えている。この露光装置１００では、複数のレーザダイオード１からの出力光を回折光学素子２で混ぜ合わせて（合成させて）コリメートレンズ４で平行光とし、この平行光を、ＤＭＤ５に表示された露光パターンに照射する。そして、ＤＭＤ５の露光パターンを反映した光を結像光学系６を通じて基板７に結像させる。以下、この露光装置１００の詳細を説明する。

レーザダイオード１はアレイ状、千鳥状又はライン状に複数設けられている。

回折光学素子（DOE (Diffractive Optical Element））２は、各々の半導体レーザダイオード１に対応して１つずつ設けられている。この回折光学素子２は、各半導体レーザダイオード１からの出力光を光の回折現象を利用して光の進行方向を変更し平行光にして次段のロッドレンズ３に導く働きをする。この回折光学素子２としては、例えばブレーズ型の回折光学素子が使用される。ブレーズ型の回折光学素子は、入射する光の全てを、特定の方向（特定の回折次数）にだけ集中できるという特徴がある。

ロッドレンズ３は、例えば、円柱側面を高精度に研磨仕上げし、端面が切断面であり、広角で光を出射する。このロッドレンズ３は、光束の角度成分を混ぜ合わせる機能を持ち、照度むら、色むら、ちらつきなどを低減する働きをする。なお、ロッドレンズ３は、円形側面を持つ丸形ロッドレンズではなく、方形側面又は矩形側面を持つ角形ロッドレンズであってもよい。角形ロッドレンズとすれば、断面が円形の光束を角形断面を持った光束に変換することができる。

なお、ロッドレンズ３に代えて１つのバンドル光ファイバ３１を使用することもできる。バンドル光ファイバ３１は、端末のファイバの並べ方を丸型、角型、直線配列型等色々な形に加工することができ、両端で異なった配列にすることができるので、相手側との光学的マッチングが効率的に得られる。すなわち、前段の回折光学素子２や後段のＤＭＤ５との光学的マッチングが効率的に得られ、光損失を低減させることができる。また、バンドル光ファイバの両端面は通常、スリーブ状の金具等で固定されているが、中間部分はフレキシビリティが保たれているので、受光面積や出射面積を増やすことが可能である。バンドル光ファイバ３１を使用する場合には、一の回折光学素子２からの光を複数のファイバに入射させるようにして照度むら、色むら、ちらつきなどを可及的に低減させることが好ましい。
また、中実のロッドレンズ３に代えて、中空で内面を鏡面とした１つのライトトンネル３２を使用することもできる。ライトトンネル３２も、ロッドレンズ３と同様の作用・効果を奏する。すなわち、ライトトンネル３２は、ロッドレンズ３と同様に複数のレーザダイオード１からの光を混ぜ合わせて光強度をほぼ均一にすることができると共に、光束の断面形状を変更することができる。なお、ライトトンネル３２は、円形側面を持つ丸形ライトトンネルではなく、方形側面又は矩形側面を持つ角形ライトトンネルであってもよい。角形ライトトンネルとすれば、断面が円形の光束を角形断面を持った光束に変換することができる。

コリメートレンズ４はロッドレンズ３からの光を平行光にして、ＤＭＤ５に向ける働きをする。コリメートレンズ４とＤＭＤ５の間にミラーを設けて光路を曲げるようにしてもよい。要は、コリーメートレンズ４からの平行光がＤＭＤ５の露光パターンに照射されることである。

ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）５は全体として方形状又は矩形状を呈しており、マイクロミラーがマトリクス状に並べられた構造となっている。マイクロミラーのそれぞれは静電界作用によって回転制御され、この回転制御により、ＤＭＤ５が所定のミラーパターンを担持できるようになっている。このミラーパターンによって露光パターンが形成される。なお、この実施形態では、ＤＭＤ５を用いているが、その他の空間光変調器を用いたり、マスクを用いることもできることは勿論である。

結像光学系６は、例えば両側テレセントリック光学系で構成されている。両側テレセントリック光学系は、画角が限りなく0°に近いことを特徴とし、物体面と像面で主光線が光軸とほぼ平行になるようにデザインされている。したがって、被写体の位置変化による倍率の変動が小さい。その結果、露光パターンを正確に基板７に結像させることができる。なお、この結像光学系６は、ＤＭＤ５などの空間光変調器に表示されたパターンを基板７０に結像できるものであればよいので、両側テレセントリック光学系に限定されない。

基板７はステージ１０（図２参照）上に設置される。ステージ１０としては２軸、３軸、６軸等各種のステージ１０を用いることができる。また、基板７の例としては、平板状基板である半導体基板が代表的なものとして挙げられるが、これに限定されない。

次に、図２に露光装置１００の機能的構成を示す。
図２に示すように、本実施形態に係る露光装置１００は制御部１１を備えている。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、書き換え可能な半導体素子で構成されるＲＡＭ（Random Access Memory）及び不揮発性の半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read Only Memory）から構成されている。

また、制御部１１には露光装置１００の各構成部分が接続されており、制御部１１は、ＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵによりこの処理プログラムを実行することにより、これらの各構成部分を駆動制御するようになっている。
同図に示すように、制御部１１には、入力部１２、記憶部１３、電源駆動部１４、ステージ駆動部１５が接続されている。

入力部１２は、キーボード、マウス、タッチパネルなどから構成され、ユーザによって露光用パターンに関する指示入力ができるようになっている。また、入力部１２は、ディスクなどの記録媒体などを装填できるように構成して、その記録媒体から露光用パターンに関する情報を読み出すようにすることも可能である。

記憶部１３は、半導体メモリなどからなる記録用のメモリであり、入力部１２から入力された露光用パターンに関する情報を記録する記録領域を有している。記憶部１３は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや、着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー(登録商標)ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。

電源駆動部１４は、制御部１１の指示信号に基づき、光源ユニット２が備える半導体レーザダイオード３に接続された電源４のＯＮ／ＯＦＦを制御するようになっている。

ステージ駆動部１５は、基板７が設置されたステージ１０の上下移動や傾斜を制御することにより、結像光学系６から基板７の表面に入射するレーザ光の位置を調整するようになっている。

ＤＭＤ駆動部１５は、制御部１１の指示信号に基づき、ＤＭＤ５の各マイクロミラーを動作させて、ＤＭＤ５に所定の露光用パターンを表示させるようになっている。

次に、本実施形態に係る露光装置１００の作用について説明する。
制御部１１は入力部１２からの指示信号などに基づいて、記憶部１３から目的に応じた所定の露光用パターンデータを読み出し、読み出した露光用パターンデータをＤＭＤ駆動部１６に送信する。これによってＤＭＤ５の各マイクロミラーが動作して露光用パターンがＤＭＤ５に表示される。
そして、制御部１１は電源駆動部１４を制御してレーザダイオード１から光を出射させる。すると、レーザダイオード１からの光は回折光学素子２に入射し、この回折光学素子２によって光の進行方向が変更され平行光にさせられた後に、この平行光は１つのロッドレンズ３に入射される。そして、このロッドレンズ３によって光が合成されて露光用照明光源が形成される。この露光用照明光源によってＤＭＤ５が照明される。ＤＭＤ５はその光を反射し、その光は結像光学系６に導びかれ、基板７に結像される。
以上のようにして１回の露光が終了する。そして、１回の露光が終了したならば、露光位置移動を行い次の露光領域の露光が行われる。このようなステップを繰り返すことによって大面積マスクレス露光が行われる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であることはいうまでもない。

実施形態の露光装置の全体的構成を示す図である。実施形態の露光装置の機能構成を示す図である。

符号の説明

１００露光装置
１半導体レーザダイオード
２回折光学素子
３ロッドレンズ
４コリメートレンズ
５ＤＭＤ
６結像光学系
７基板
３１バンドル光ファイバ
３２ライトトンネル

Claims

複数の半導体レーザダイオードからの光を互いに合成して露光用照明光源とするにあたり、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を各半導体レーザダイオードに対応した回折光学素子に入射させ、前記回折光学素子によって平行光にさせた後に、前記平行光を１つのロッドレンズ又は１つのライトトンネルに入射させ、前記ロッドレンズ又は前記ライトトンネルによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする露光用照明光源の形成方法。
複数の半導体レーザダイオードからの光を互いに合成して露光用照明光源とするにあたり、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を各半導体レーザダイオードに対応した回折光学素子に入射させ、前記回折光学素子によって平行光にさせた後に、前記平行光を１つのバンドル光ファイバに入射させ、前記バンドル光ファイバによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする露光用照明光源の形成方法。
複数の半導体レーザダイオードからの光を互いに合成して露光用照明光源として用いる露光用照明光源装置において、前記複数の半導体レーザダイオードの各々に対応するように該複数の半導体レーザダイオードと同数個設けられた複数の回折光学素子と、前記複数の回折光学素子からの光が入射する１つのロッドレンズ又は１つのライトトンネルとを備え、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を前記複数の回折光学素子に入射させ、前記複数の回折光学素子の各々によって平行光にさせた後に、前記平行光を前記ロッドレンズ又は前記ライトトンネルに入射させ、前記ロッドレンズ又は前記ライトトンネルによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする露光用照明光源装置。
複数の半導体レーザダイオードからの光を互いに合成して露光用照明光源として用いる露光用照明光源装置において、前記複数の半導体レーザダイオードの各々に対応するように該複数の半導体レーザダイオードと同数個設けられた複数の回折光学素子と、前記複数の回折光学素子からの光が入射する１つのバンドル光ファイバとを備え、前記複数の半導体レーザダイオードの各々からの光を前記複数の回折光学素子に入射させ、前記複数の回折光学素子の各々によって平行光にさせた後に、前記平行光を前記バンドル光ファイバに入射させ、前記バンドル光ファイバによって光を合成させて露光用照明光源とすることを特徴とする露光用照明光源装置。
請求項１又は２記載の露光用照明光源の形成方法によって形成された露光用照明光源を使用し、空間光変調器に表示された露光パターンを対象物に照射するようにしたことを特徴とする露光方法。
請求項３又は４記載の露光用照明光源装置を備え、空間光変調器に表示された露光パターンを対象物に照射するように構成されていることを特徴とする露光装置。