JP2009186555A - Exposure apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マスクレス露光が可能な露光装置に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus capable of maskless exposure.
従来、半導体集積回路や液晶デバイス等の製造工程では回路パターン形成のためにフォトリソグラフィ工程が多用されている。フォトリソグラフィは、所定のパターンが形成されたフォトマスクを用い、このフォトマスクを介してフォトレジストの塗布されたシリコンなどの基板上に露光することで、フォトマスクのパターンを基板上に転写してから、現像工程、エッチング工程等を経ることにより基板上にパターンを形成するものである。 Conventionally, a photolithography process is frequently used for forming a circuit pattern in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal device. Photolithography uses a photomask on which a predetermined pattern is formed, and the photomask pattern is transferred onto the substrate by exposing it onto a substrate such as silicon coated with a photoresist through the photomask. Then, a pattern is formed on the substrate through a development process, an etching process, and the like.
上述のようなフォトリソグラフィ工程の代わりに、フォトマスクを用いずに所望のパターンを基板等に直接形成するマスクレス露光(直接露光)装置が提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。かかるマスクレス露光によれば、フォトマスクが不要でありコスト的に有利であり、また、高精度露光が可能であるとされている。
A maskless exposure (direct exposure) apparatus that directly forms a desired pattern on a substrate or the like without using a photomask instead of the photolithography process as described above has been proposed (for example, see
特許文献1に記載のマスクレス露光装置は、露光ヘッドの結像光学系で結像される所望の露光パターンと被露光物の表面とを相対的に走査する走査手段を備え、かかる走査手段としてXYステージを用いている。また、光走査手段としては、ポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系が知られている。また、かかる光走査光学系の代わりに2次元光変調素子を用いることが提案されている(例えば、下記特許文献2参照)。
上述の光走査手段としてポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系を用いると、装置の全体構成が大きくなってしまい、装置の小型化の障害となり、また、高価であり、応答性もよくない。また、2次元光変調素子は短寿命化や誤動作発生の問題があるといわれており、誤動作対策に特別な構成やコストが必要となってしまい(特許文献1参照)、好ましくない。さらに、上述の露光装置において、XYステージによるステップ送りによるステージ移動を止める静止露光方式によれば、露光時間がかかり生産性が低下してしまう。 If an optical scanning optical system using a polygon mirror or a galvano mirror and a lens optical system is used as the above optical scanning means, the overall configuration of the apparatus becomes large, which is an obstacle to miniaturization of the apparatus, and is expensive. Responsiveness is not good. In addition, it is said that the two-dimensional light modulation element has a problem of shortening the life and occurrence of malfunction, and a special configuration and cost are required for countermeasure against malfunction (see Patent Document 1), which is not preferable. Further, in the above-described exposure apparatus, according to the stationary exposure method that stops the stage movement by the step feed by the XY stage, the exposure time is increased and the productivity is lowered.
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、小型化が可能でかつ安定した動作でマスクレス露光が可能で露光時間を短縮できる露光装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an exposure apparatus that can be reduced in size, can perform maskless exposure with a stable operation, and can shorten the exposure time.
上記目的を達成するために、本実施形態による露光装置は、被露光物を移動可能なステージと、光源と、ミラーを繰り返し傾斜させるMEMS光スキャナと、前記光源からの光を前記ミラーを介して前記被露光物上に露光する露光光学系と、を備え、前記光源からの光を前記MEMS光スキャナで傾斜するミラーにより走査して前記被露光物上に照射する際に、前記ステージを前記MEMS光スキャナによる光走査方向と略直交する方向に一定速度で移動させるとともに、前記光源からの光のオンオフを制御することで前記被露光物上にパターンを露光するものである。 In order to achieve the above object, the exposure apparatus according to the present embodiment includes a stage that can move an object to be exposed, a light source, a MEMS optical scanner that repeatedly tilts a mirror, and light from the light source through the mirror. An exposure optical system that exposes the object to be exposed, and scans the light from the light source with a mirror tilted by the MEMS optical scanner and irradiates the object on the object to be exposed to the MEMS. The pattern is exposed on the object to be exposed by moving the light from the light source at a constant speed in a direction substantially orthogonal to the light scanning direction by the optical scanner and controlling on / off of the light from the light source.
この露光装置によれば、MEMS(メムス)光スキャナによりミラーを繰り返し傾斜させて光源からの光を走査して走査光を得て被露光物上に直接露光できる。MEMS(メムス)とは、微小電気機械システム(Micro Electro Mechanical Systems)の略で、機械要素部品を極小サイズで作製した小型デバイスである。MEMS光スキャナは、アクチュエータによりミラーを駆動して光を走査するMEMS(メムス)光デバイスであり、小型に構成され信頼性が高く動作が安定している。このように、MEMS光スキャナを光走査に用いることによって、装置を小型化できかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を実現できる。 According to this exposure apparatus, a mirror is repeatedly tilted by a MEMS light scanner, and light from a light source is scanned to obtain scanning light, which can be directly exposed on an object to be exposed. MEMS (abbreviation) is an abbreviation for micro electro mechanical systems, and is a small device in which mechanical component parts are manufactured in a minimum size. The MEMS optical scanner is a MEMS optical device that scans light by driving a mirror by an actuator, and is configured to be small in size and highly reliable and stable in operation. As described above, by using the MEMS optical scanner for optical scanning, it is possible to reduce the size of the apparatus and realize an exposure apparatus capable of maskless exposure with stable operation.
さらに、ステージをMEMS光スキャナによる光走査方向と略直交する方向に一定速度で移動させるとともに、光源からの光のオンオフを制御することで、被露光物上に所望のパターンを露光することができ、また、露光の間にステージを移動させ続けるので、露光時間を短縮化でき、生産性を向上できる。光源からの光のオンオフ制御により、例えば、走査方向に断続的なパターンや走査方向と直交する方向に間欠的なパターン等の所望のパターンを露光できる。 Furthermore, by moving the stage at a constant speed in a direction substantially perpendicular to the optical scanning direction by the MEMS optical scanner, and controlling on / off of light from the light source, a desired pattern can be exposed on the object to be exposed. Moreover, since the stage is continuously moved during the exposure, the exposure time can be shortened and the productivity can be improved. By controlling on / off of light from the light source, for example, a desired pattern such as an intermittent pattern in the scanning direction or an intermittent pattern in a direction orthogonal to the scanning direction can be exposed.
上記露光装置において前記ステージの移動と前記MEMS光スキャナの駆動(ミラーの繰り返し傾斜)とを同期させることが好ましい。このために、例えば、前記ステージの移動により発生する周期信号と、前記MEMS光スキャナの基準信号から得た前記ステージの移動の基準周期信号と、による位相ロック制御に基づいて前記ステージの移動と前記MEMS光スキャナの駆動とを同期させるように構成できる。 In the exposure apparatus, it is preferable to synchronize the movement of the stage and the driving of the MEMS optical scanner (repetitive tilting of the mirror). For this purpose, for example, the movement of the stage based on the phase lock control based on the periodic signal generated by the movement of the stage and the reference periodic signal of the movement of the stage obtained from the reference signal of the MEMS optical scanner. The driving of the MEMS optical scanner can be synchronized.
また、前記露光光学系が対物レンズを含み、前記対物レンズを前記被露光物に対し駆動し自動的に合焦させるオートフォーカス機構を備えることで、露光中に自動的に合焦させることができるので、被露光物の表面に凹凸があっても高精度な露光が可能となる。 In addition, the exposure optical system includes an objective lens, and is provided with an autofocus mechanism that automatically focuses the objective lens with respect to the object to be exposed, so that it can be automatically focused during exposure. Therefore, high-precision exposure is possible even if the surface of the object to be exposed has irregularities.
また、前記ステージの位置を検出する位置検出部を備え、前記ステージが駆動源としてモータを有し、前記位置検出部の検出信号に基づいて前記モータを駆動し前記ステージの位置を制御することで、フィードバック制御を行い、ステージの位置を高精度に制御できる。 A stage detection unit that detects the position of the stage; the stage includes a motor as a drive source; and the stage is controlled by driving the motor based on a detection signal of the position detection unit. Feedback control can be performed to control the position of the stage with high accuracy.
本発明の露光装置によれば、小型化が可能でかつ安定した動作でマスクレス露光が可能となり、さらに露光時間を短縮でき、生産性を向上できる。 According to the exposure apparatus of the present invention, it is possible to reduce the size and perform maskless exposure with a stable operation, further reduce the exposure time, and improve the productivity.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図1は本実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す図である。図2は図1の露光光学系を説明するための図である。図3は図2の露光光学系のMEMS光スキャナのミラーとレンズとの関係を説明するための模式図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing the schematic arrangement of the entire exposure apparatus according to this embodiment. FIG. 2 is a view for explaining the exposure optical system of FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the relationship between the mirror and the lens of the MEMS optical scanner of the exposure optical system of FIG.
図1に示すように、露光装置10は、被露光物Aを載置し保持してXY方向に移動可能なXYステージ11と、半導体レーザからなる光源12と、光源12から光ファイバFIで導かれた光により被露光物Aに対し露光する露光光学系と、露光を行う際に露光光学系の鏡筒31内の対物レンズをXYステージ11上の被露光物Aに対し図の上下方向に駆動し自動的に合焦させるオートフォーカス機構と、XYステージ11上の被露光物Aを観察するための観察光学系と、XYステージ11及び光源12等を制御する制御装置13と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
露光光学系は、図1〜図3のように、光源12からの光が光ファイバFIを介して導入されてコリメートレンズCで平行化されてミラーMで反射し、レンズL2,ミラー19,レンズL1,ビームスプリッタ29を介して鏡筒31内の対物レンズJでステージ11上の被露光物Aの表面A1に集光されて結像しスポット照射するようになっている。
In the exposure optical system, as shown in FIGS. 1 to 3, light from the
上述の露光光学系の内のコリメートレンズCからレンズL1までの各光学要素はハウジング20内に配置され収容されている。
Each optical element from the collimating lens C to the lens L1 in the exposure optical system described above is disposed and accommodated in the
オートフォーカス機構は、図1のように、オートフォーカス用レーザ光源22からの光がビームスプリッタ27,28,29を介して鏡筒31内の対物レンズJ(図2)でXYステージ11上の被露光物Aの表面A1に集光され、その反射光が対物レンズJ、ビームスプリッタ29,28,27,チューブレンズ32,ビームスプリッタ26を介してフォトダイオード(PD)からなる受光素子21に入射し、その入射光信号に基づいて公知のピエゾ素子からなるアクチュエータ23で鏡筒31を光軸方向に駆動して鏡筒31内の対物レンズJ(図2)を移動させて合焦させるようになっている。
As shown in FIG. 1, the autofocus mechanism is configured such that the light from the autofocus
上述のビームスプリッタ26,27,28,29及びチューブレンズ32はハウジング30内に配置され収容されている。
The above-described
観察光学系は、照明光を光導入部25から導入してXYステージ11上の被露光物Aに照射してその反射光をCCDカメラ24で撮像して被露光物Aを観察できるようになっている。
The observation optical system can observe the object A by introducing illumination light from the
図1のように、ハウジング30には、受光素子21,オートフォーカス用レーザ光源22,CCDカメラ24及び光導入部25が取り付けられており、ハウジング30の下端にアクチュエータ23が配置され、さらにアクチュエータ23の下方に鏡筒31が配置されている。
As shown in FIG. 1, a
XYステージ11には、図1のステッピングモータ15a,15bとステッピングモータ15a,15bによる各回転運動をX方向及びY方向への直線運動に変換する公知のボールねじ等から構成された直動機構とが内蔵されている。ステッピングモータ15a,15bの各等速回転によりXYステージ11は図1の横方向(X方向)及び図1の紙面垂直方向(Y方向)に等速で移動可能になっている。
The
制御装置13は、モータドライバ16を介してステッピングモータ15a,15bを制御する。また、露光装置10はXYステージ11のX方向及びY方向の各位置を検出するエンコーダ等から構成された位置検出部14を備えている。
The
制御装置13は、XYステージ11のX方向及びY方向の各移動量を制御するが、このとき、位置検出部14から入力した位置検出信号に基づいてステッピングモータ15a,15bをフィードバック制御することで、XYステージ11を高精度に制御できる。
The
また、制御装置13は、ドライバ17を介して光源12をオンオフ制御し、光源12からの光をオンオフするようになっている。なお、光源12に対し公知の電動シャッタを後置し、この電動シャッタを制御装置13が制御することにより、光源12からの光をオンオフするようにしてもよい。
In addition, the
また、制御装置13は、CPU(中央演算処理装置)を備え、CPUにより光源12及びXYステージ11を所定のシーケンスで制御し、所定パターンの露光が可能となっている。
Further, the
図1〜図3に示すミラーMは、MEMS光スキャナの一部を構成するものであるが、かかるMEMS光スキャナについて図4、図5を参照して説明する。 The mirror M shown in FIGS. 1 to 3 constitutes a part of the MEMS optical scanner. The MEMS optical scanner will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
図4は図1〜図3の露光装置で使用可能なMEMS光スキャナの基本構造及び動作原理を説明するための概略図である。図5は図1〜図3の露光装置で使用可能なMEMS光スキャナの具体例を示す上面図(a)、b-b線方向に切断してみた断面図(b)及び下面図(c)である。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the basic structure and operation principle of a MEMS optical scanner that can be used in the exposure apparatus of FIGS. FIG. 5 is a top view (a) showing a specific example of a MEMS optical scanner that can be used in the exposure apparatus of FIGS. 1 to 3, a cross-sectional view (b), and a bottom view (c) cut in the bb line direction. .
図4に示すMEMS光スキャナは、矩形状のヨークY内に矩形平面状のミラーMを一対のねじり棒T,TでヨークYと連結するように形成し、ミラーMの外周に沿って駆動コイルDを形成し、ヨークYの外側に対向するように一対の永久磁石P1,P2を配置するものであり、電磁駆動アクチュエータによりミラーを駆動する電磁駆動式の共振型である。 In the MEMS optical scanner shown in FIG. 4, a rectangular planar mirror M is formed in a rectangular yoke Y so as to be connected to the yoke Y by a pair of torsion bars T, T, and a drive coil is formed along the outer periphery of the mirror M. D is formed, and a pair of permanent magnets P1 and P2 is disposed so as to face the outside of the yoke Y, and is an electromagnetically driven resonance type in which a mirror is driven by an electromagnetically driven actuator.
MEMS光スキャナは、図4のように、永久磁石P1,P2により磁束密度Bの磁界がねじり棒T,Tに直交する方向に生じ、駆動コイルDに電流iを流すと、ローレンツ力Fによる回転トルクでねじり棒T,Tがその弾性復元力に抗して回動してミラーMが傾く。電流iを交流電流とすることにより、ねじり棒T,Tが回転方向rとその逆方向r’に共振して回動することでミラーMが共振して傾斜を繰り返す。ここで、F∝i・Bであるので、電流量を変化させることで、ミラーMの傾きを変えることができる。ミラーMは回転方向r,r’に傾斜し、ミラーMに入射して反射する光の方向を一方向において変えるので、図4のMEMS光スキャナは1次元可動タイプである。 In the MEMS optical scanner, as shown in FIG. 4, when a magnetic field having a magnetic flux density B is generated in a direction perpendicular to the torsion bars T and T by the permanent magnets P1 and P2 and a current i is supplied to the drive coil D, rotation by Lorentz force F occurs. The torsion bars T and T are rotated against the elastic restoring force by torque, and the mirror M is tilted. By making the current i an alternating current, the torsion bars T and T resonate and rotate in the rotation direction r and the opposite direction r ′, so that the mirror M resonates and repeats the inclination. Since F∝i · B, the inclination of the mirror M can be changed by changing the amount of current. Since the mirror M is inclined in the rotational directions r and r 'and changes the direction of light incident on the mirror M and reflected in one direction, the MEMS optical scanner in FIG. 4 is a one-dimensional movable type.
MEMS光スキャナ1は、具体的には、図5(a)〜(c)のように、基板6の基準面6a側にヨーク4を設け、ヨーク4の内側に永久磁石2,3を対向させて配置し、永久磁石2,3の間にシリコンチップ7を設け、ミラー5をシリコンチップ7で包囲するようにして配置し、図4のように駆動コイルを形成し、この駆動コイルにコネクタ8を介して外部から交流電流を流すことで、図5(b)、(c)のようにミラー5が回転中心軸pを中心にして回転方向r、その逆方向r’に共振して傾斜を繰り返すようになっており、1次元可動タイプの電磁駆動式共振型に構成されている。
Specifically, as shown in FIGS. 5A to 5C, the MEMS
図5(a)〜(c)のMEMS光スキャナ1では、基板6の基準面6aの反対面6b側において入射光nがミラーMで反射するとき、その反射光n’の基準面6aに対する反射角度がミラー5の傾斜角に応じて変化する。なお、MEMS光スキャナ1には、図4のねじり棒Tと同様のねじり棒が回転中心軸p上に設けられている。
In the MEMS
図5(a)〜(c)のMEMS光スキャナ1は、各部品が微小に構成されており、その全体寸法が、例えば、30mm×22mm×5mm(厚さ)であり、ミラー5の平面寸法が4mm×4mmである。このようなMEMS光スキャナは、例えば、日本信号株式会社から商品名「ECO SCAN:ESS115B」として販売されている。
The MEMS
MEMS光スキャナ1は、図1〜図3のミラーMの位置に配置される。すなわち、MEMS光スキャナ1は、基板6の四隅に取付孔6cを有し、基準面6aを基準にして図1の露光装置10のハウジング20内の所定位置にミラー5がミラーMの機能を発揮するように取付孔6cで取り付けられる。また、MEMS光スキャナ1は、図1のように、制御装置13により制御される。
The MEMS
次に、図1〜図3の露光装置10の露光動作について図1〜図6を参照して説明する。図6は図1の被露光物の表面に露光されるパターンの一例を説明するための模式図である。
Next, the exposure operation of the
最初に、露光装置10による露光について説明する。まず、光源12からの光がコリメートレンズCで平行光mになって図2,図3のようにミラーMに入射する。ミラーMは、図5(a)〜(c)のMEMS光スキャナ1のミラー5に相当し、MEMS光スキャナ1に図4の駆動コイルDのように交流電流を流すことで、図4のねじり棒Tを中心に回動を繰り返し、図2,図3の光軸bに対し傾斜を繰り返す。すなわち、ミラーMは、図2,図3のように光軸bを中心にしてX方向に傾斜角α2で傾く。
First, exposure by the
ここで、図3のように、X方向に傾斜するミラーMで反射した光m’に関し、ミラーMとレンズL2との間で次式が成立する。
tan(α2)=x2/f2
Here, as shown in FIG. 3, with respect to the light m ′ reflected by the mirror M inclined in the X direction, the following expression is established between the mirror M and the lens L2.
tan (α2) = x2 / f2
次に、ミラーMで反射した光m’は、焦点距離f2のレンズL2,ミラー19(図1),焦点距離f1のレンズL1,ビームスプリッタ29(図1)を介して焦点距離f0の対物レンズJにより図1の被露光物Aの表面A1に集光される。 Next, the light m ′ reflected by the mirror M is converted into an objective lens having a focal length f0 through a lens L2 having a focal length f2, a mirror 19 (FIG. 1), a lens L1 having a focal length f1, and a beam splitter 29 (FIG. 1). The light is condensed by J on the surface A1 of the object A to be exposed in FIG.
MEMS光スキャナ1によりミラーMは光源12からの平行光mを図3のX方向に走査し、図2の表面A1上における光軸cからのX方向への走査光の走査長さx0は、次式(1)により表すことができる。
x0=f0・(f2/f1)・tan(α2) ・・・(1)
ただし、α2:ミラーMの光軸bに対するX方向への傾斜角(振れ角)
The mirror M scans the parallel light m from the
x0 = f0 · (f2 / f1) · tan (α2) (1)
Where α2: tilt angle (runout angle) in the X direction with respect to the optical axis b of the mirror M
上述のようにして、図1のXYステージ11に載置されて保持された被露光物Aの表面A1に対し、光源12からの光をミラーMでX方向に走査長さx0で走査しながらライン照射し露光することができる。
As described above, the light from the
次に、上述の露光装置10による所定パターンの露光について説明する。XYステージ11上に被露光物Aを載せて保持し、MEMS光スキャナ1を駆動し、ミラーMを振動させることで、図6のように、走査光は被露光物Aの表面A1上において走査方向Xに走査される。また、XYステージ11による被露光物Aの移動方向をY方向とし、XYステージ11のステッピングモータ15bを駆動することでXYステージ11を移動方向(走査方向Xと直交する方向)Yに等速で移動させる。
Next, exposure of a predetermined pattern by the above-described
共振周波数で駆動されるMEMS光スキャナ1を安定して駆動するためには一定周波数でミラーMを振動させることが必要である。そこで、かかる共振型のミラーを用いて露光を行う場合は、露光のタイミング基準がMEMS光スキャナ1になるようにステージ11を移動させて露光を行う。
In order to stably drive the MEMS
すなわち、XYステージ11の移動をMEMS光スキャナ1によるミラーMの振動と同期させることで、XYステージ11を等速で移動させながらミラーMの角度と露光位置とを同期(一致)させて光源12からの光をオンオフして露光を行う。
That is, by synchronizing the movement of the
例えば、XYステージ11を等速で移動させながら、図6のように、被露光物Aの表面A1上にX方向に走査長さx0に対応する長さのラインパターンPA1を露光し、所定幅に対応する時間だけ光源12からの光をオフとしてから、次のラインパターンPA2を露光することで、Y方向に間欠的なパターンを露光できる。ラインパターンPA2は、光源12からの光をオンオフすることで、断続的なラインパターンとなっている。同様にして、ラインパターンPA3〜PA6を露光する。
For example, while moving the
また、XYステージ11を移動させ所定の露光位置で停止して図6のラインパターンPA1を露光するようにして、ラインパターンPA2〜PA6を露光してもよい。
Alternatively, the line patterns PA2 to PA6 may be exposed by moving the
また、上記露光の際に、図1のオートフォーカス機構を作動させると、レーザ光源22から光が対物レンズJ(図2)を介して被露光物Aの表面A1に集光され、その反射光が受光素子21に入射し、その入射光信号に基づいてアクチュエータ23で鏡筒31内の対物レンズJを光軸方向に駆動して自動的に合焦させる。オートフォーカス機構は、露光の間に継続して作動させることで、被露光物Aの表面A1に凹凸があっても高精度に露光を行うことができる。また、必要に応じて、CCDカメラ24で被露光物Aの表面A1を観察する。
When the autofocus mechanism shown in FIG. 1 is activated during the exposure, the light from the
以上のように、MEMS光スキャナは、電磁駆動アクチュエータによりミラーを共振させ光を走査するMEMS(メムス)光デバイスであり、小型に構成されて信頼性が高く動作が安定しているので、MEMS光スキャナを露光装置10の光走査に用いることによって、装置を小型化できかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を実現できる。
As described above, the MEMS optical scanner is a MEMS optical device that scans light by resonating a mirror by an electromagnetically driven actuator, and is configured in a small size and has high reliability and stable operation. By using the scanner for optical scanning of the
従来の光走査手段であるポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系によれば、装置の全体構成が大きく、高価であり、応答性もよくなかったのに対し、本実施の形態のようにMEMS光スキャナを用いることで、安価でかつ小型化が可能となり、応答性のよい露光装置10の光走査が可能となり、さらに従来構成よりも省電力になる。また、従来の別の光走査手段である2次元光変調素子には短寿命化や誤動作発生の問題があったのに対し、MEMS光スキャナを用いることで、信頼性が高く安定した露光が可能となる。
According to the conventional optical scanning optical scanning optical system using a polygon mirror or galvano mirror and a lens optical system, the overall configuration of the apparatus is large, expensive, and responsive. By using the MEMS optical scanner as in the above embodiment, it is possible to reduce the size and size of the
次に、本実施形態における図6のような定速度露光方法について図7,図8を参照してより具体的に説明する。図7は、図1の制御装置13における定速度露光制御を説明するためのブロック線図である。図8は、図7の定速度露光制御における各信号(a)〜(g)のタイミングチャートである。
Next, the constant speed exposure method as shown in FIG. 6 in the present embodiment will be described more specifically with reference to FIGS. FIG. 7 is a block diagram for explaining the constant-speed exposure control in the
図7に示すように、XYステージ11の速度制御に関する設定値Vを入力し、XYステージ11を一定速度で移動させるとき、XYステージ11の周期的な位置の通過に伴って論理が反転する図8(f)のような一定周波数のブレークポイント信号(周期BP出力信号)が出力し、この周期BP出力信号がサンプラ63に入力し、そのサンプリング信号Yout(i)が積分器65に入力し、また、基準信号発生器61から図8(d)のような基準ブレークポイント周期信号(基準BP周期信号)が-1/2オフセット回路62を介してサンプラ64に入力し、そのサンプリング信号Yo(i)が積分器65に入力し、これらの周期信号の位相差に基づいて積分器65で所定のサンプル数i分だけ積分された位相差信号がImaxで規格化されて目標値eが出力する一方、ΔVmaxに変換されてeΔVmaxがフィードバックされて(V−eΔVmax)による制御がなされる。このようなPLL制御は、比例制御となっており、目標値e=0で、図8(g)のように周期BP出力信号の位相がロックされ、位相差がゼロとなる。
As shown in FIG. 7, when a set value V related to the speed control of the
なお、ブレークポイント(BP)とは登録位置によって信号論理が反転する位置をいう。また、基準BP周期信号は、図8(c)のようなスキャナゼロクロス信号を逓倍または分周させて得ることができる。 The break point (BP) is a position where the signal logic is inverted depending on the registered position. Further, the reference BP periodic signal can be obtained by multiplying or dividing the scanner zero cross signal as shown in FIG.
図1のMEMS光スキャナ(スキャナ)1のミラーMは、図8(a)の時間間隔(角度)で振動し、図1の制御装置13は図8(b)のスキャナ1の逆起電力信号から図8(c)のようなスキャナゼロクロス信号を得て露光タイミング信号とする。
The mirror M of the MEMS optical scanner (scanner) 1 in FIG. 1 vibrates at the time interval (angle) in FIG. 8A, and the
図6のように、XYステージ11の移動方向YをMEMS光スキャナによるミラーMの光走査方向Xと直交させてXYステージ11を一定速度で移動させる。このとき、図8(f)のように、XYステージ11の周期的な移動により周期BP出力信号が出力する。
As shown in FIG. 6, the
図8(c)のようなスキャナゼロクロス信号を逓倍または分周させて基準BP周期信号を得て、この基準BP周期信号と図8(f)の周期BP出力信号とにより、上述のようにPLL制御(位相ロック制御)を行うことで、図8(g)のように位相が一致した周期BP出力信号を得る。 A scanner zero-cross signal as shown in FIG. 8C is multiplied or divided to obtain a reference BP periodic signal, and the PLL as described above is obtained from this reference BP periodic signal and the periodic BP output signal of FIG. By performing control (phase lock control), a periodic BP output signal having a phase match as shown in FIG. 8G is obtained.
上述のようなPLL制御により、XYステージ11の速度制御を行うとともに、MEMS光スキャナ1のミラーMの振動と、XYステージ11上の被露光物Aの表面A1における露光位置とを同期させることができる。
By controlling the speed of the
XYステージ11が一定速度で移動し、被露光物Aの表面A1上の所定の露光位置に達すると、ミラーMの図8(c)のゼロクロス信号をトリガとして露光指令値にしたがって、所定のクロック数で光照射をオンオフすることで、露光を行う。
When the
次に、上記定速度露光制御における各制御パラメータについて説明する。
図6のY方向における露光最小間隔:Δxex(mm)
周期的BP間隔:ΔxBP(mm)
露光ステージ速度:Vex(mm/s)
周期的BP出力周波数:fBP(Hz)
MEMS光スキャナ1の振動数:fscan(Hz)
周期的BP間隔ΔxBPと露光最小間隔Δxexとの比:Δxex/ΔxBP≧1
Next, each control parameter in the constant speed exposure control will be described.
Minimum exposure interval in the Y direction in FIG. 6: Δxex (mm)
Periodic BP interval: ΔxBP (mm)
Exposure stage speed: Vex (mm / s)
Periodic BP output frequency: fBP (Hz)
Frequency of MEMS optical scanner 1: fscan (Hz)
Ratio of periodic BP interval ΔxBP to minimum exposure interval Δxex: Δxex / ΔxBP ≧ 1
各制御パラメータの計算式は次のとおりである。ただし、Δxex/ΔxBP≧2(整数)
Vex(mm/s)=fscan(Hz)×Δxex(mm)
ΔxBP(mm)=Δxex(mm)×(Δxex/ΔxBP)
ステージ速度v=fscan・Δxex=fBP(2ΔxBP)から
fBP=fscan・Δxex/(2ΔxBP)
The calculation formula of each control parameter is as follows. However, Δxex / ΔxBP ≧ 2 (integer)
Vex (mm / s) = fscan (Hz) × Δxex (mm)
ΔxBP (mm) = Δxex (mm) × (Δxex / ΔxBP)
From stage speed v = fscan · Δxex = fBP (2ΔxBP)
fBP = fscan · Δxex / (2ΔxBP)
以上のような定速露光制御により、XYステージ11で被露光物Aを一定速度で移動させながらMEMS光スキャナ1のミラーMの角度と露光位置とを一致(同期)させて光源12から光照射を行い、かかる光照射をオンオフ制御することで、図6のようなラインパターンPA1〜PA6を露光することができる。また、XYステージ11を移動させ続けながら被露光物Aに露光を行うので、従来の静止露光方式と比べて、露光時間を短縮化でき、生産性を向上できる。
By the constant-speed exposure control as described above, the light irradiation from the
なお、MEMS光スキャナ1のミラーMの振動周波数は、XYステージ11の速度よりもかなり大きいので、XYステージ11を一定速度で移動させながらミラーMによる走査光で露光をしても、ラインパターンPA1〜PA6の直線性に影響はない。
Note that the vibration frequency of the mirror M of the MEMS
また、本実施の形態において、露光可能なパターンに関し、図6はほんの一例であり、光源12からの光のオンオフを制御することで、光源12からの光により任意のパターンを被露光物Aの表面A1上に露光できる。例えば、制御装置13は、装置内部または外部のハードディスク記憶装置等の記憶装置から、所望のパターンで露光するプログラムをCPUに読み取らせ、そのプログラムに従って光源12を制御することで、露光装置10は所望のパターンによる自動露光が可能である。
In this embodiment, FIG. 6 is only an example of patterns that can be exposed. By controlling on / off of light from the
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、被露光物Aの表面A1上における走査光のX方向の走査幅0は、ミラーMのMEMS光スキャナ1への駆動電流量を変えることによりミラー傾斜角を変えることができ、所定範囲内で調整可能である。
As described above, the best mode for carrying out the present invention has been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the scanning width 0 in the X direction of the scanning light on the surface A1 of the exposure object A can be changed within a predetermined range by changing the mirror tilt angle by changing the drive current amount of the mirror M to the MEMS
また、MEMS光スキャナは交流電流により変位する共振タイプから構成したが、直流電流で変位するMEMS光スキャナであってもよい。 Moreover, although the MEMS optical scanner was comprised from the resonance type displaced by an alternating current, the MEMS optical scanner displaced by a direct current may be sufficient.
1 MEMS光スキャナ
5 ミラー
10 露光装置
11 XYステージ
12 光源
13 制御装置
14 位置検出部
15a,15b ステッピングモータ
21 受光素子
22 オートフォーカス用レーザ光源
23 アクチュエータ
24 CCDカメラ
25 光導入部
26〜29 ビームスプリッタ
20,30 ハウジング
31 鏡筒
32 チューブレンズ
A 被露光物
A1 表面
B 磁束密度
C コリメートレンズ
D 駆動コイル
F ローレンツ力
FI 光ファイバ
J 対物レンズ
L1,L2 レンズ
M ミラー
P1,P2 永久磁石
PA1〜PA6 ラインパターン
T ねじり棒
Y ヨーク
b 光軸
c 光軸
i 電流
m 平行光
m’ 反射光
p 回転中心軸
r 回転方向
r’回転方向rの逆方向
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光源からの光を前記MEMS光スキャナで傾斜するミラーにより走査して前記被露光物上に照射する際に、前記ステージを前記MEMS光スキャナによる光走査方向と略直交する方向に一定速度で移動させるとともに、前記光源からの光のオンオフを制御することで前記被露光物上にパターンを露光する露光装置。 A stage capable of moving the object to be exposed, a light source, a MEMS optical scanner that repeatedly tilts a mirror, and an exposure optical system that exposes light from the light source onto the object to be exposed through the mirror,
When the light from the light source is scanned by the mirror tilted by the MEMS optical scanner and irradiated onto the object to be exposed, the stage is moved at a constant speed in a direction substantially orthogonal to the optical scanning direction by the MEMS optical scanner. And an exposure apparatus that exposes a pattern on the object to be exposed by controlling on / off of light from the light source.
前記対物レンズを前記被露光物に対し駆動し自動的に合焦させるオートフォーカス機構を備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載の露光装置。 The exposure optical system includes an objective lens;
The exposure apparatus according to claim 1, further comprising an autofocus mechanism that drives the objective lens relative to the object to be exposed and automatically focuses the object.
前記ステージが駆動源としてモータを有し、
前記位置検出部の検出信号に基づいて前記モータを駆動し前記ステージの位置を制御する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の露光装置。 A position detector for detecting the position of the stage;
The stage has a motor as a drive source,
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the motor is driven based on a detection signal of the position detection unit to control the position of the stage.
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