JP2007048794A - レーザ投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光による投影レンズの温度変動などで投影レンズの焦点距離などが変動しても投影倍率を一定に保ち且つ正しく焦点合わせしてマスクを基板上に結像させる。
【解決手段】倍率制御部２０およびマスク移動サーボ制御部１０によりマスク距離ａを調節し、合焦点制御部５０およびＡＦＣ制御部４０およびテーブル移動サーボ制御部３０により基板距離ｂを調節して、ａ／ｂを一定に保ち、且つ、１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂを満足させる。
【効果】ＳＬＳ（Sequential Lateral Solidification）方式のＥＬＡ（エキシマ・レーザ・アニール）装置に利用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ投影装置に関し、さらに詳しくは、レーザ光による投影レンズの温度変動などで投影レンズの焦点距離などが変動しても投影倍率を一定に保ち且つ正しく焦点合わせしてマスクを基板上に結像させることが出来るレーザ投影装置に関する。

従来、マスクの光学像を投影レンズにより基板上に投影する投影露光装置において、投影レンズの位置を変えて投影倍率を調整し、基板の位置を調整することにより焦点合わせを行う技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
他方、フィルムを読み取って画像データを得る画像読取装置において、撮影レンズの温度に応じて撮影レンズの位置を変えて撮影倍率の変動を補正する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
また、フィルムを読み取って画像データを得る画像読取装置において、画像データを解析して倍率変動を検出し、画像データに対して変倍処理を行って撮影倍率の変動を補正する技術が知られている（例えば特許文献３参照）。
特開２００４−２９２３４号公報 特開平９−１５２５４０号公報 特開２００５−１９８０９１号公報

高出力のレーザ光によるマスクの光学像を投影レンズにより基板上に投影するレーザ投影装置では、レーザ光により投影レンズの温度が変動し、投影レンズの焦点距離が変動して、投影倍率が変動してしまう問題点がある。
しかし、上記従来の投影露光装置では、投影レンズの温度変動による投影倍率の変動について考慮していない問題点がある。
他方、上記従来の画像読取装置における撮影倍率の補正技術は、レーザ投影装置における投影倍率の補正には適用できない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、レーザ光による投影レンズの温度変動などで投影レンズの焦点距離などが変動しても投影倍率を一定に保ち且つ正しく焦点合わせしてマスクを基板上に結像させることが出来るレーザ投影装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源部と、前記レーザ光によるマスクの像を投影レンズにより基板上に結像させる結像部と、前記マスクと前記投影レンズの距離であるマスク距離ａおよび前記投影レンズと前記基板の距離である基板距離ｂの両方を調節してａ／ｂを一定に保ち且つ焦点合わせする結像制御部とを具備したことを特徴とするレーザ投影装置を提供する。
投影レンズの焦点距離をｆとするとき、投影倍率Ｍ_fbは、Ｍ_fb＝ａ／ｂとなる。また、焦点合わせの条件は、１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂである。
そこで、上記第１の観点によるレーザ投影装置では、マスク距離ａおよび基板距離ｂの両方を調節して、Ｍ_fb＝ａ／ｂを一定に保ち、且つ、１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂを満足させて正しく焦点合わせする。これにより、レーザ光による投影レンズの温度変動などで投影レンズの焦点距離ｆなどが変動しても投影倍率Ｍ_fbを一定に保ち且つ正しく焦点合わせしてマスクを基板上に結像させることが出来る。

第２の観点では、本発明は、上記構成のレーザ投影装置において、前記結像制御部は、前記ａ／ｂが一定になるように前記マスク距離を調節するマスク距離調節手段と、焦点が合うように前記基板距離を調節する基板距離調節手段とを具備してなることを特徴とするレーザ投影装置を提供する。
上記第２の観点によるレーザ投影装置では、マスク距離調節手段が、Ｍ_fb＝ａ／ｂを一定に保つようにマスク距離ａを調節する。一方、基板距離調節手段が、１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂを満足させるように基板距離ｂを調節する。両手段が協働することにより、レーザ光による投影レンズの温度変動などで投影レンズの焦点距離ｆなどが変動しても投影倍率Ｍ_fbを一定に保ち且つ正しく焦点合わせしてマスクを基板上に結像させることが出来る。

第３の観点では、本発明は、上記構成のレーザ投影装置において、前記マスク距離調節手段は、現在のマスク距離ａと現在の基板距離ｂから現在の投影倍率Ｍ_fb＝ａ／ｂを求める手段と、前記現在の投影倍率Ｍ_fbと目標投影倍率Ｍ_spの偏差から目標マスク距離ａ_spを求める手段と、前記基板距離調節手段で求めた前記基板距離ｂの調節量Δｂに前記目標投影倍率Ｍ_spを乗算してマスク距離補正量Δａを求める手段と、前記目標マスク距離ａ_spと前記マスク距離補正量Δａから補正後目標マスク距離Ａ_spを求める手段と、補正後目標マスク距離Ａ_spを指令値としてマスク距離ａを調節する手段とを具備してなることを特徴とするレーザ投影装置を提供する。
投影倍率Ｍ_fbを一定に保ち且つ正しく焦点合わせするためには、マスク距離ａと基板距離ｂの両方を変えなければならないが、マスク距離ａを変えるとそれに応じて基板距離ｂを変えなければならず、基板距離ｂを変えるとそれに応じてマスク距離ａを変えなければならないため、収束するのに時間がかかってしまう。
そこで、上記第３の観点によるレーザ投影装置では、目標マスク距離ａ_spをマスク距離補正量Δａにより補正するフィードフォワード制御を採用した。これにより、収束するのに要する時間を短縮することが出来る。
なお、焦点が合うように前記基板距離を調節する基板距離調節手段は、従来公知の自動焦点装置（例えば２次結像位相差検出方式のＴＴＬモニタ）を利用することが出来る。

本発明のレーザ投影装置によれば、レーザ光による投影レンズの温度変動などで投影レンズの焦点距離などが変動しても投影倍率を一定に保ち且つ正しく焦点合わせしてマスクを基板上に結像させることが出来る。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係るレーザ投影装置１００を示す構成説明図である。
このレーザ投影装置１００は、高出力のレーザ光を出射するレーザ光源部１と、マスクＭｋの光学像を投影レンズＬｚにより基板Ｂｐ上に結像させる結像部２と、投影倍率を一定に保つ制御および焦点合わせの制御を行う結像制御部３とを具備している。

結像部２は、マスクＭｋと、投影レンズＬｚと、被加工物の基板Ｂｐを載せるテーブルＴｂと、投影レンズＬｚから基板Ｂｐの表面までの基板距離ｂを計測する距離センサＳｂとを具備しており、全体としてレーザ光の光軸方向（ｚ方向）に対し直交する２方向（ｘ方向，ｙ方向）に移動して２次元走査を実現する。
マスクＭｋは、ｚ方向に移動可能であり、投影レンズＬｚからマスクＭｋまでのマスク距離ａを変更可能である。
テーブルＴｂも、ｚ方向に移動可能であり、基板距離ｂを変更可能である。

結像制御部３は、マスクＭｋをｚ方向に移動させるマスク移動サーボ制御部１０と、マスク移動サーボ制御部１０に補正後目標マスク距離Ａ_spを与える倍率制御部２０と、テーブルＴｂをｚ方向に移動させるテーブル移動サーボ制御部３０と、テーブル移動サーボ制御部３０に目標高さＨ_spを与えるＡＦＣ制御部４０と、ＡＦＣ制御部４０に補正後目標基板距離Ｂ_spを与える合焦点制御部５０とを具備している。

マスク移動サーボ制御部１０では、エンコーダＥ_cwがマスク距離ａを検出し、差分器１１がマスク距離ａと補正後目標マスク距離Ａ_spの偏差εａを出力し、サーボ・コントローラＣａが偏差εａを小さくするようにサーボモータＭｗを駆動してマスクＭｋをｚ方向に移動させる。

テーブル移動サーボ制御部３０では、エンコーダＥ_chがテーブル高さｈを検出し、差分器３１がテーブル高さｈと目標テーブル高さｈ_spの偏差εｈを出力し_、サーボ・コントローラＣｈが偏差εｈを小さくするようにサーボモータＭｈを駆動してテーブルＴｂをｚ方向に移動させる。

ＡＦＣ制御部４０では、差分器４１が距離センサＳｂで検出した基板距離ｂと補正後目標基板距離Ｂ_spの偏差ε_bを出力し、ＢＨ変換器Ｃ_bhが偏差εｂを目標テーブル高さＨ_spに変換する。

合焦点制御部５０におけるＴＴＬモニタＴｍは、合焦点時のテーブル距離をｂｏとするとき、ｂ＝ｂｏのときにＺ＝Ｚｏを出力し、ｂ＜ｂｏのときにＺ＜Ｚｏを出力し、ｂ＞ｂｏのときにＺ＞Ｚｏを出力する。ＺとＺｏの偏差は、ｂとｂｏの偏差とほぼ同じものである。
合焦点制御部５０では、差分器５１が合焦点設定値Ｆ_spとＴＴＬ信号Ｚの偏差Δｂを出力し、積分器Ｉｂが偏差Δｂを時間積分し、その偏差Δｂの積分値を加算器５２が基板距離設定値ｂ_spに加算して補正後目標基板距離Ｂ_spを出力する。

倍率制御部２０では、エンコーダＥ_cwで得たマスク距離ａを距離センサＳｂで得た基板距離ｂで除算器Ｐｍが除算して現在倍率Ｍ_fbを求め、減算器２１が倍率設定値Ｍ_spとの偏差ε_mgを出力し、積分器Ｉａが偏差ε_mgを時間積分して目標マスク距離ａ_spを求める。一方、乗算器Ｐａが偏差Δｂに倍率設定値Ｍ_spを乗算してマスク距離補正量Δａを求める。そして、減算器２２が目標マスク距離ａ_spからマスク距離補正量Δａを減算し、補正後目標マスク距離Ａ_spを出力する。

実施例１のレーザ投影装置１００によれば、高出力のレーザ光による投影レンズＬｚの温度変動などで投影レンズＬｚの焦点距離などが変動しても投影倍率を一定に保ち且つ正しく焦点合わせしてマスクＭｋを基板Ｂｐ上に結像させることが出来る。また、目標マスク距離ａ_spをマスク距離補正量Δａにより補正するフィードフォワード制御により、収束するのに要する時間を短縮することが出来る。

本発明のレーザ投影装置は、例えばＳＬＳ（Sequential Lateral Solidification）方式のＥＬＡ（エキシマ・レーザ・アニール）装置に利用できる。

実施例１に係るレーザ投影装置を示す構成説明図である。

符号の説明

１ レーザ光源部
２ 結像部
３ 結像制御部
１０ マスク移動サーボ制御部
２０ 倍率制御部
３０ テーブル移動サーボ制御部
４０ ＡＦＣ制御部
５０ 合焦点制御部
１００ レーザ投影装置
Ｂｐ 基板
Ｌｚ 投影レンズ
Ｍｋ マスク
Ｔｂ テーブル

Claims (3)

1. レーザ光を出射するレーザ光源部と、前記レーザ光によるマスクの像を投影レンズにより基板上に結像させる結像部と、前記マスクと前記投影レンズの距離であるマスク距離ａおよび前記投影レンズと前記基板の距離である基板距離ｂの両方を調節してａ／ｂを一定に保ち且つ焦点合わせする結像制御部とを具備したことを特徴とするレーザ投影装置。
2. 請求項１に記載のレーザ投影装置において、前記結像制御部は、前記ａ／ｂが一定になるように前記マスク距離ａを調節するマスク距離調節手段と、焦点が合うように前記基板距離ｂを調節する基板距離調節手段とを具備してなることを特徴とするレーザ投影装置。
3. 請求項２に記載のレーザ投影装置において、前記マスク距離調節手段は、現在のマスク距離ａと現在の基板距離ｂから現在の投影倍率Ｍ_fb＝ａ／ｂを求める手段と、前記現在の投影倍率Ｍ_fbと目標投影倍率Ｍ_spの偏差から目標マスク距離ａ_spを求める手段と、前記基板距離調節手段で求めた前記基板距離ｂの調節量Δｂに前記目標投影倍率Ｍ_spを乗算してマスク距離補正量Δａを求める手段と、前記目標マスク距離ａ_spと前記マスク距離補正量Δａから補正後目標マスク距離Ａ_spを求める手段と、補正後目標マスク距離Ａ_spを指令値としてマスク距離ａを調節する手段とを具備してなることを特徴とするレーザ投影装置。

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