JP2013235202A - Hybrid laser scanning device - Google Patents

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Kimio Komata
小俣公夫
Kanzo Katsuyama
勝山幹三
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive and compact laser scanning device that includes both of a maskless high definition laser direct drawing function to a base material and a laser confocal microscope function by detection of laser reflection light.SOLUTION: A hybrid laser scanning device comprises: a first laser light source for a laser direct drawing; a second laser light source for inspection of a base material surface; collimating lenses that are provided to correspond to respective laser light sources; a light guide optical system that sends out two laser light to a deflector as the same light path; an fθ lens that images the laser light reflected by the deflector on a base material surface; and a detection element that detects a light amount of reflection light from the base material surface via the fθ lens, the deflector, a second beam splitter provided in the light guide optical system, a lens, and a pin hole arranged at a position (imaging point of a confocal) optically conjugate to a focus position of the base material with respect to the lens. A direct drawing to the base material is performed by the first laser light source and the inspection of the base material surface is performed by the second laser light source, and thereby one device is provided with functions of a laser direct drawing device and a laser confocal microscope.

Description

本発明は、オフセット印刷版のマスクレス・デジタルデータ直接描画(直描)、プリント基板の回路形成におけるドライフィルムへの直描、シリコンウエハや精密硝子基材にコートした薄膜レジストへの微細パターンの直描、等を行えると共に、これらオフセット印刷版、ドライフィルム、シリコンウエハや精密硝子基材にコートされた薄膜レジスト、等に存在する微小のスクラッチ、ディグ等の欠陥検査を一緒に行える、ハイブリッドレーザ走査装置に関するものである。   The present invention provides maskless digital data direct drawing (direct drawing) of an offset printing plate, direct drawing on a dry film in circuit formation of a printed circuit board, and a fine pattern on a thin film resist coated on a silicon wafer or a precision glass substrate. A hybrid laser that can perform direct drawing, etc., and can also detect defects such as minute scratches and diggs existing in these offset printing plates, dry films, silicon wafers, thin film resists coated on precision glass substrates, etc. The present invention relates to a scanning device.

オフセット印刷版へのデジタルデータ描画やプリント基板の回路形成におけるドライフィルムへの描画、シリコンウエハや精密硝子基材にコートした薄膜レジストへの微細パターンの形成等には、例えば特許文献1、2のようなレーザ直接描画(直描)装置が使われている。   For example, in Patent Documents 1 and 2, digital data drawing on an offset printing plate, drawing on a dry film in circuit formation of a printed circuit board, formation of a fine pattern on a thin film resist coated on a silicon wafer or a precision glass substrate, etc. Such a laser direct drawing (direct drawing) apparatus is used.

この特許文献1、2に示されたレーザ直描装置は、デジタルデータによってON/OFFされるレーザなどの光源から出た光を高速回転しているポリゴンミラーで反射し、fθレンズを介して前記したオフセット印刷版やプリント基板、シリコンウエハや精密硝子基材にコートした薄膜レジスト上を走査して、所望パターンや画像を直接描画するものである。   The laser direct drawing apparatus disclosed in Patent Documents 1 and 2 reflects light emitted from a light source such as a laser that is turned ON / OFF by digital data by a polygon mirror that rotates at high speed, and passes through the fθ lens. A desired pattern or image is directly drawn by scanning the thin film resist coated on the offset printing plate, printed board, silicon wafer or precision glass substrate.

このうち、オフセット印刷版やプリント基板の基材面における微小キズは、その上のレジスト層に覆い隠されるため後工程において大きな問題となることはなかった。しかしながら最近、このようなレーザ直描装置を用い、シリコンウエハや精密硝子基材にコートした薄膜レジストに微細パターンを直描する用途が増えてきた。この場合、基材にある微小のスクラッチ、ディグ等の欠陥は、薄膜レジストゆえに露光、現像後のパターン形成の不良要因となることが多い。   Among these, the fine scratches on the base plate surface of the offset printing plate and the printed board are not covered with the resist layer on the upper surface, so that there has been no serious problem in the subsequent process. However, recently, the use of such a laser direct drawing apparatus to directly draw a fine pattern on a thin film resist coated on a silicon wafer or a precision glass substrate has increased. In this case, defects such as minute scratches and digs on the substrate often cause defective pattern formation after exposure and development because of the thin film resist.

そのため、たとえばシリコンウエハへの微細パターン形成時には、まず特許文献3に示したようなレーザ共焦点顕微鏡を使用し、ブランクウエハの段階で表面の欠陥検査を実施することが一般化している。この特許文献3に示された装置は、レーザなどの光源から出た光をコリメータレンズ、ビームスプリッタを介して高速回転しているポリゴンミラーで反射し、走査レンズ、反射ミラーを介して資料の上を走査すると共に、資料から反射した光を今とは逆に反射ミラー、走査レンズ、ポリゴンミラー、ビームスプリッタと戻し、最終的に光電子増倍菅などの光電素子で検出して欠陥を検査するものである。   For this reason, for example, when forming a fine pattern on a silicon wafer, it is common to first use a laser confocal microscope as shown in Patent Document 3 to perform surface defect inspection at the blank wafer stage. The apparatus disclosed in Patent Document 3 reflects light emitted from a light source such as a laser beam by a polygon mirror that rotates at high speed via a collimator lens and a beam splitter, and then reflects the light on a document via a scanning lens and a reflection mirror. Contrary to now, the light reflected from the material is returned to the reflecting mirror, scanning lens, polygon mirror, beam splitter and finally detected by a photoelectric device such as a photomultiplier to inspect the defect. It is.

特開2009−128499号公報JP 2009-128499 A 特開2005−128313号公報JP 2005-128313 A 特開2011−76024号公報JP 2011-76024 A

しかしながら最近、特に国内企業においては付加価値の高い多品種小ロットでの製作が多くなり、こういった検査も全品検査が一般化している。従って企業は、こういったレーザ共焦点顕微鏡を用いた欠陥検査装置とレーザ直描装置の両方を備える必要があり、それぞれは高価であるから大きな費用がかかると共に、広い設置場所が必要となる。   Recently, however, domestic companies have increased the production of high-value-added, multi-product small lots, and such inspections have become commonplace for inspection of all products. Therefore, a company needs to have both a defect inspection apparatus and a laser direct drawing apparatus using such a laser confocal microscope, and each of them is expensive and thus requires a large cost and requires a wide installation place.

また行程的にも、上記基材段階(ブランクウエハ)での欠陥検査を経て別に設置されたレーザ直描装置等でパターン描画、現像を行い、エッチングや部品実装等の後工程で、再度レーザ共焦点顕微鏡等での精密欠陥検査を実施し、基材の設置、移動を繰り返す必要があると共に、異なった装置を使うために検査の再現性を保つことが難しい、などの問題もあった。   In terms of the process, pattern inspection and development are performed with a laser direct drawing apparatus installed separately after defect inspection at the above-mentioned substrate stage (blank wafer). In addition to performing precise defect inspection with a focus microscope and the like, it is necessary to repeat the installation and movement of the base material, and it is difficult to maintain the reproducibility of the inspection because different apparatuses are used.

そのため本発明においては、主要光学系部品を共通に使用し、オフセット印刷版、プリント基板、シリコンウエハや精密硝子、等の基材への直描機能と、これら基材に存在する微小のスクラッチ、ディグ等の欠陥検査を行うレーザ共焦点顕微鏡機能、の両方の機能を有するハイブリッドレーザ走査装置を提供することが課題である。   Therefore, in the present invention, the main optical system parts are used in common, and a direct drawing function on a base material such as an offset printing plate, a printed circuit board, a silicon wafer or a precision glass, and a minute scratch existing in these base materials, It is an object to provide a hybrid laser scanning device having both functions of a laser confocal microscope function for inspecting defects such as diggs.

上記課題を解決するため本発明は、
レーザ直接描画用基材への直接描画を行うための第1のレーザ光源と、前記レーザ直接描画用基材を含む基材の表面検査用、もしくは観察用の基材表面を検査するための第2のレーザ光源と、前記それぞれのレーザ光源に対応して設けられてレーザ光を平行光とするコリメートレンズと、前記平行化された2つのレーザ光を同一光路にし、偏向器に送り出すための第1のビームスプリッタを含む導光光学系と、前記偏向器により反射されたレーザ光を走査光として前記基材表面に結像させるfθレンズと、前記基材表面から反射された反射光の光量を、前記fθレンズ、偏向器、前記導光光学系中に設けられた第2のビームスプリッタ、レンズ、該レンズに対して前記基材のピント位置と光学的に共役の位置(共焦点の結像位置)に配置されているピンホール、を介して検出する検出素子と、
からなり、前記レーザ直接描画用基材への直接描画を第1のレーザ光源で、前記レーザ直接描画用基材を含む表面検査用、もしくは観察用の基材表面の検査を第2のレーザ光源で行うことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention
A first laser light source for performing direct drawing on a laser direct drawing base material, and a first laser light source for inspecting the surface of the base material including the laser direct drawing base material or the base material surface for observation. The second laser light source, a collimating lens provided in correspondence with each of the laser light sources to convert the laser light into parallel light, and a second light source for sending the paralleled two laser lights to the same optical path and sending them to the deflector. A light guide optical system including one beam splitter, an fθ lens that forms an image on the surface of the base material using the laser light reflected by the deflector as scanning light, and the amount of reflected light reflected from the surface of the base material. , Fθ lens, deflector, second beam splitter provided in the light guide optical system, lens, and a position optically conjugate with the focus position of the substrate with respect to the lens (confocal imaging) Position) A detection element for detecting via a pinhole,
The first laser light source is used for direct drawing on the laser direct drawing base material, and the second laser light source is used for inspection of the surface of the substrate including the laser direct drawing base material or for observation. It is characterized by being performed by.

このように本発明になるハイブリッドレーザ走査装置は、レーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡の両方の機能を有するから、従来のようにレーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡とを別個に備える必要がなく、システムを安価に形成でき、また設置スペースも1台分のスペースのみで設置が可能となる。また、レーザ直描とレーザ共焦点顕微鏡のそれぞれに使うレーザを異ならせたから、基材の欠陥検査装置(すなわちレーザ共焦点顕微鏡)として機能させるための第2のレーザ光源として、レジスト塗布もしくはラミネート塗布の状態で検査しても感光しない波長のレーザ光源を選ぶことができる。そのため、レジスト塗布前の生基材の状態、もしくはレーザ直描・現像後の状態、に限らず、あらゆる状態での検査が可能となり、さらにレーザ直描動作と同時に欠陥検査を実施することさえも可能となって、基材をレーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡で設置しなおす場合に比較し、検査の再現性を保つことが可能となる。   As described above, the hybrid laser scanning apparatus according to the present invention has both functions of a laser direct drawing apparatus and a laser confocal microscope. Therefore, it is necessary to separately provide a laser direct drawing apparatus and a laser confocal microscope as in the past. Therefore, the system can be formed at a low cost, and the installation space can be set up with only one space. In addition, since the lasers used for the laser direct drawing and the laser confocal microscope are different from each other, a resist coating or a laminate coating is used as a second laser light source for functioning as a substrate defect inspection apparatus (that is, a laser confocal microscope). It is possible to select a laser light source having a wavelength that is not exposed to light even when inspected in this state. Therefore, it is possible to inspect not only the state of the raw substrate before coating the resist, but also the state after laser direct drawing / development, and any state can be inspected. This makes it possible to maintain the reproducibility of the inspection as compared with the case where the substrate is re-installed with the laser direct drawing apparatus and the laser confocal microscope.

また本発明は、前記基材を載置し、前記偏向器により偏向されて前記基材上を走査するレーザ光の走査方向(X方向)と直行する方向(Y方向)への移動機構と、前記X方向とY方向とで形成される平面に対して垂直な方向(Z方向)への移動機構とを有するステージを有することで、基材全面を自動的にレーザ直描すること、また基材の形状測定を含む2次元的および3次元的な検査もすることが可能となる。   The present invention also includes a moving mechanism in a direction orthogonal to the scanning direction (X direction) and the direction orthogonal to the scanning direction (Y direction) of the laser light that is placed on the substrate and deflected by the deflector to scan the substrate. By having a stage having a moving mechanism in a direction (Z direction) perpendicular to the plane formed by the X direction and the Y direction, the entire surface of the substrate can be automatically directly drawn by a laser. It is also possible to perform two-dimensional and three-dimensional inspections including material shape measurement.

以上記載のごとく本発明になるハイブリッドレーザ走査装置は、システムを安価に形成できる上に設置スペースも1台分のスペースのみで設置が可能となり、大幅なコストダウンが可能となる。また基材の欠陥検査装置は、レジスト塗布もしくはラミネート塗布の状態での検査が可能であるから基材を取り外してレーザ共焦点顕微鏡で検査するなどのことが不要になるばかりでなく、レーザ直描動作と同時に欠陥検査を実施することも可能となって、行程的に非常にスピーディな処理が可能となると共に、検査の再現性を保つことも可能となる。   As described above, the hybrid laser scanning device according to the present invention can form a system at low cost and can be installed with only one installation space, which can greatly reduce the cost. In addition, the substrate defect inspection system can inspect with resist or laminate coating, so it is not necessary to remove the substrate and inspect it with a laser confocal microscope. A defect inspection can be carried out simultaneously with the operation, so that a very speedy process can be performed in the process, and the reproducibility of the inspection can be maintained.

また、X方向とY方向への移動を可能とした機構と組み合わせることで、基材全面を自動的にレーザ直描すること、また基材の形状測定を含む2次元的および3次元的な検査もすることが可能となるなど、大きな効果をもたらすものである。   In combination with a mechanism that allows movement in the X and Y directions, two-dimensional and three-dimensional inspections including automatic direct drawing of the entire surface of the substrate and measurement of the shape of the substrate It is possible to do so, and it brings about a great effect.

本発明の基本構成概略を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the basic composition outline of this invention. レーザ光の走査方向(X方向)と直行する方向(Y方向)への移動機構と、前記X方向とY方向とで形成される平面に対して垂直な方向(Z方向)への移動機構とを有するステージを説明するための図である。A moving mechanism in a scanning direction (X direction) of the laser beam and a direction (Y direction) perpendicular to the scanning direction, and a moving mechanism in a direction (Z direction) perpendicular to a plane formed by the X direction and the Y direction; It is a figure for demonstrating the stage which has.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Absent.

図1は、本発明になるハイブリッドレーザ走査装置の実施例の基本構成概略を説明するための図である。図中1はレーザ直描装置として動作させるための第1のレーザ光源で、例えば350〜1064nmの範囲の、感光材料もしくは被加工物における感光又は加工に最適な分光感度波長範囲内の波長のレーザを用いる。   FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of a basic configuration of an embodiment of a hybrid laser scanning device according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a first laser light source for operating as a laser direct drawing apparatus. For example, a laser having a wavelength within a spectral sensitivity wavelength range optimum for photosensitive or processing of a photosensitive material or workpiece in a range of 350 to 1064 nm. Is used.

この第1のレーザ光源1から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ2で平行光にされ、後で詳細に説明するビームスプリッタ203、ビームスプリッタ3、コーナミラー4などからなる導光光学系を経由し、高速回転しているポリゴンミラーなどの偏向器5に送られる。そしてこの偏向器5の各反射面で偏向されながら反射され、fθレンズ6で集光されて、基材8上を7−1〜7−3のような走査幅で直線走査しながら露光してゆく。   The laser light emitted from the first laser light source 1 is collimated by the collimator lens 2 and passes through a light guide optical system including a beam splitter 203, a beam splitter 3, and a corner mirror 4 which will be described in detail later. Then, it is sent to a deflector 5 such as a polygon mirror rotating at high speed. Then, it is reflected while being deflected by each reflecting surface of the deflector 5, condensed by the fθ lens 6, and exposed on the substrate 8 while performing linear scanning with a scanning width such as 7-1 to 7-3. go.

この第1のレーザ光源1からの光は、レーザドライバ103に送られるパターンを描画するためのデータによりON/OFF制御されるが、そのパターンを描画するためのデータは、制御装置としてのパソコン101でベクトルデータからビットマップ等のラスターデータに変換され、メモリー部102に保存されてレーザドライバ103に送られる。   The light from the first laser light source 1 is ON / OFF controlled by data for drawing a pattern sent to the laser driver 103. Data for drawing the pattern is stored in the personal computer 101 as a control device. Thus, the vector data is converted into raster data such as a bitmap, stored in the memory unit 102 and sent to the laser driver 103.

基材8上の露光面には例えば液体レジストが塗布、もしくはドライフィルムがラミネートされており、この図1に示した構成を後述する図2に示すようなステージ類と組み合わせることで、2次元または3次元でのバターン描画用レーザ直描装置として機能させることができる。   For example, a liquid resist is applied or a dry film is laminated on the exposure surface on the substrate 8, and the configuration shown in FIG. 1 is combined with stages as shown in FIG. It can function as a laser direct drawing apparatus for pattern drawing in three dimensions.

一方、基材8の微小欠陥を検査する場合、まず、基材8の被測定面を以上説明したレーザ露光ピント面と同じ位置に置く。そして第1のレーザ光源1とは波長を異ならせた第2のレーザ光源201、コリメートレンズ202、および、第1のレーザ光源1からのレーザ光を透過し、第2のレーザ光源202からの波長のレーザ光を反射するビームスプリッタ203、第2のレーザ光源201を駆動するレーザドライバ204を用いる。   On the other hand, when inspecting minute defects on the substrate 8, first, the surface to be measured of the substrate 8 is placed at the same position as the laser exposure focus surface described above. Then, the second laser light source 201, the collimating lens 202, and the laser light from the first laser light source 1 having different wavelengths from the first laser light source 1 are transmitted, and the wavelength from the second laser light source 202 is transmitted. A beam splitter 203 that reflects the laser beam and a laser driver 204 that drives the second laser light source 201 are used.

そして基材8の欠陥を検査する場合、パソコン101から欠陥検査用のデータをレーザドライバ204に与え、第2のレーザ光源201を駆動する。この第2のレーザ光源201から出たレーザ光は、コリメートレンズ202で平行光束にされてビームスプリッタ203で反射され、第1のレーザ光源1からのレーザ光と同様ビームスプリッタ3、コーナミラー4を経由してポリゴンミラーなどの偏向器5に送られる。そしてこの偏向器5の各反射面で偏向されながらfθレンズ6で集光され、基材8上を7−1〜7−3のような走査幅で直線走査しながら照射する。   When inspecting the defect of the base material 8, the defect inspection data is given from the personal computer 101 to the laser driver 204 to drive the second laser light source 201. The laser light emitted from the second laser light source 201 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 202 and reflected by the beam splitter 203, and the beam splitter 3 and the corner mirror 4 are passed through similarly to the laser light from the first laser light source 1. Then, it is sent to a deflector 5 such as a polygon mirror. Then, the light is condensed by the fθ lens 6 while being deflected by each reflecting surface of the deflector 5 and irradiated on the base material 8 while performing linear scanning with a scanning width such as 7-1 to 7-3.

すると、基材8の被測定面から反射した光が今度は逆に、fθレンズ6、ポリゴンミラーなどの偏向器5、コーナミラー4を経てビームスプリッタ3を透過し、第1のレーザ光源1からの反射レーザ光を遮って第2のレーザ光源201からの反射レーザ光のみを通過させるフィルター12を通り、レンズ9にてピンホール10に集光される。このピンホール10は、基材8のピント位置と光学的に共役の位置(共焦点の結像位置)に配置されている。そのためピンホール10を通過する光の光量は、基材8の被測定面がfθレンズ6のピント位置にある時に最大となり、ピントがズレるとピンホール10位置で集光ビーム径が大きくなってそれだけ単位面積あたりの光量が減少し、ピンホール10を通過する光量も少なくなる。   Then, the light reflected from the surface to be measured of the substrate 8 is transmitted through the beam splitter 3 via the fθ lens 6, the deflector 5 such as a polygon mirror, and the corner mirror 4, and from the first laser light source 1. Then, the light passes through a filter 12 that blocks only the reflected laser light and allows only the reflected laser light from the second laser light source 201 to pass through, and is focused on the pinhole 10 by the lens 9. The pinhole 10 is disposed at a position optically conjugate with the focus position of the substrate 8 (confocal imaging position). Therefore, the amount of light passing through the pinhole 10 is maximized when the surface to be measured of the substrate 8 is at the focus position of the fθ lens 6, and if the focus is shifted, the focused beam diameter becomes large at the position of the pinhole 10. The amount of light per unit area is reduced, and the amount of light passing through the pinhole 10 is also reduced.

従って被測定面に凹凸があると、被測定面上のピント位置から反射した光がピンホール10を通過する場合に光量が最も大きくなる。逆にピント位置でない面からの反射光や異物、欠陥により、ピント位置からズレた位置から反射された光(散乱光)は、レンズ9による集光ビーム径が大きくなってそれだけ単位面積あたりの光量が少なくなり、ピンホール10を通過する光量も少なくなる。   Therefore, if the surface to be measured has irregularities, the amount of light is maximized when light reflected from the focus position on the surface to be measured passes through the pinhole 10. On the other hand, the light (scattered light) reflected from the position deviated from the focus position due to the reflected light from the surface that is not in focus, foreign matter, or a defect (scattered light) increases the diameter of the condensed beam by the lens 9 and the light quantity per unit area. And the amount of light passing through the pinhole 10 is also reduced.

このピンホール10を通過する光量を連続的に検出するため、ピンホール10後方にフォトダイオード、CCDなどの光電変換素子11が設けられ、さらにその光電変換素子11のアナログ出力信号は、A/D変換素子(アナログ/デジタル変換基板)104によりデジタル信号に変換されてパソコン101に取り込まれる。このパソコン101には、A/D変換素子104の出力を基材8表面の濃淡画像としてモニタ105画面に可視化するソフトが組み込まれ、欠陥部、異物部からの反射光は前記したように少なくなるから、平滑部(明部)に比べて暗部画像として表示されるようになっている。   In order to continuously detect the amount of light passing through the pinhole 10, a photoelectric conversion element 11 such as a photodiode or CCD is provided behind the pinhole 10, and the analog output signal of the photoelectric conversion element 11 is A / D. It is converted into a digital signal by a conversion element (analog / digital conversion board) 104 and taken into the personal computer 101. The personal computer 101 incorporates software for visualizing the output of the A / D conversion element 104 as a grayscale image on the surface of the base material 8 on the monitor 105 screen, and the reflected light from the defective portion and the foreign matter portion is reduced as described above. Therefore, it is displayed as a dark part image compared with a smooth part (bright part).

そのため基材8に欠陥や異物がある場合はモニタ105で黙視でき、また暗部の存在を外部に知らせるようソフトを構成することで、確実に欠陥や異物を検出できるようにすることができる。また、後述する図2に示すようなステージ類と組み合わせることで、2次元または3次元のレーザ共焦点顕微鏡として機能させることができる。   Therefore, if there is a defect or foreign matter on the base material 8, the monitor 105 can silently detect the defect or foreign matter by configuring the software so as to notify the outside of the existence of the dark part. Moreover, it can be made to function as a two-dimensional or three-dimensional laser confocal microscope by combining with stages as shown in FIG. 2 described later.

このように本発明の実施例1では、レーザ走査光学系における偏向器5やfθレンズ光学系6の主要部分を共通に使用しながら、レーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡の両方の機能を有したハイブリッドレーザ走査装置を提供することができる。従って、従来のようにレーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡を別個に備える必要がないからシステムを安価に形成でき、また設置スペースも1台分のみで設置が可能となる。   As described above, the first embodiment of the present invention has the functions of both the laser direct drawing device and the laser confocal microscope while commonly using the main parts of the deflector 5 and the fθ lens optical system 6 in the laser scanning optical system. Thus, a hybrid laser scanning device can be provided. Therefore, since it is not necessary to separately provide a laser direct drawing apparatus and a laser confocal microscope as in the prior art, the system can be formed at low cost, and installation can be performed with only one installation space.

なお、以上説明した構成要素のうち偏向器5はポリゴンミラーだけではなく、ガルバノミラーを用いても良いことは自明である。また、レーザ直描動作と同時に欠陥検査を実施する場合、図1に示した構成では、基材8から第1のレーザ光源1、第2のレーザ光源201の両者の反射光がビームスプリッタ3を通過して光電変換素子11に届くことになり、正しい光量を測定できない場合が生じる。そのため、ビームスプリッタ3とレンズ9の間、またはレンズ9とピンホール10の間に第1のレーザ光源1からの反射光を遮ると共に、第2のレーザ光源201からの反射光のみを通すフィルターを設置するなどしてもよい。   Of course, the deflector 5 may be a galvanometer mirror as well as the polygon mirror among the components described above. When performing defect inspection simultaneously with the laser direct drawing operation, in the configuration shown in FIG. 1, the reflected light from both the first laser light source 1 and the second laser light source 201 from the base material 8 passes through the beam splitter 3. It will pass through and reach the photoelectric conversion element 11, and there may be a case where the correct amount of light cannot be measured. Therefore, a filter that blocks the reflected light from the first laser light source 1 and passes only the reflected light from the second laser light source 201 between the beam splitter 3 and the lens 9 or between the lens 9 and the pinhole 10. You may install.

図2は、以上説明してきた図1に於ける基材8を載置し、偏向器5により偏向されて基材8上を走査するレーザ光の走査方向(X方向とする)とは直行する方向(Y方向とする)、及びこのXY平面に対して垂直な方向(Z方向とする)にそれぞれ移動させるためのステージ構成の一例である。   FIG. 2 is orthogonal to the scanning direction (X direction) of the laser beam on which the substrate 8 in FIG. 1 described above is placed and deflected by the deflector 5 to scan the substrate 8. It is an example of a stage configuration for moving in a direction (referred to as Y direction) and a direction perpendicular to this XY plane (referred to as Z direction).

図中101は、図1と同じ制御装置としてのパソコン、301は、図1における光学系1から6、光学系201から203等の光学系をユニットとして示した光学ユニット、302は上記したX方向のレーザ走査ライン、303は基材8をX方向に移動させるYステージ、304は基材8をZ方向に移動させるZステージ、305は図1で103、204で示したレーザドライバを含むデータ制御筐体、306はYステージ303、Zステージ304を制御するステージ制御筐体である。   In the figure, 101 is a personal computer as the same control device as FIG. 1, 301 is an optical unit showing optical systems such as optical systems 1 to 6 and optical systems 201 to 203 in FIG. 1 as a unit, and 302 is the X direction described above. , 303 is a Y stage for moving the base material 8 in the X direction, 304 is a Z stage for moving the base material 8 in the Z direction, 305 is a data control including laser drivers indicated by 103 and 204 in FIG. A housing 306 is a stage control housing that controls the Y stage 303 and the Z stage 304.

このうちYステージ303、Zステージ304は、例えばパルスモータやサーボモータと減速用のギアやボールネジなどを組み合わせ、基材を載置する台を微少変異で移動させることができるように構成してある。   Among these, the Y stage 303 and the Z stage 304 are configured such that, for example, a pulse motor or a servo motor and a reduction gear or a ball screw are combined so that the stage on which the substrate is placed can be moved with slight variation. .

このようなステージ構成において、例えば図1の構成をレーザ直描装置として動作させる場合、パソコン101から図1に示したメモリー部102、レーザドライバ103を含むデータ制御筐体305にラスターデータが送られる。すると前記したようにこのラスターデータで第1のレーザ光源1がON/OFFされ、そのレーザ光がコリメートレンズ2、ビームスプリッタ3、コーナミラー4を経由して高速回転しているポリゴンミラーなどの偏向器5に送られる。そしてレーザ光はこの偏向器5の各反射面で偏向されながら反射され、fθレンズ6で集光されて、レーザ走査ライン302のような直線走査が行われて基材表面が露光されてゆく。   In such a stage configuration, for example, when the configuration of FIG. 1 is operated as a laser direct drawing apparatus, raster data is sent from the personal computer 101 to the data control housing 305 including the memory unit 102 and the laser driver 103 shown in FIG. . Then, as described above, the first laser light source 1 is turned on / off by the raster data, and the laser light is deflected at high speed via the collimating lens 2, the beam splitter 3, and the corner mirror 4. Sent to vessel 5. Then, the laser light is reflected while being deflected by each reflecting surface of the deflector 5, collected by the fθ lens 6, and subjected to linear scanning such as a laser scanning line 302 to expose the surface of the substrate.

そして1本のレーザ走査ライン302が走査されると、パソコン101からステージ制御筐体306にYステージ303を1ライン分Y方向に移動させる指令が送られ、Yステージ303が1ライン分Y方向に移動する。そして同様にして次の走査ラインが露光されて1ライン分Y方向に移動させることが基材8の全面に渡って行われ、レーザ直描が行われる。なお、このY方向への移動は1ラインの走査が終わる毎ではなく、1ラインの走査時間の間に連続して1ライン分移動するようにしても良い。   When one laser scanning line 302 is scanned, a command is sent from the personal computer 101 to the stage control housing 306 to move the Y stage 303 in the Y direction by one line, and the Y stage 303 moves in the Y direction by one line. Moving. Similarly, the next scanning line is exposed and moved in the Y direction by one line over the entire surface of the substrate 8, and laser direct drawing is performed. The movement in the Y direction may be performed continuously for one line during the scanning time of one line, not every time scanning of one line is completed.

一方、図1の構成をレーザ共焦点顕微鏡として動作させる場合、パソコン101からレーザドライバ204に第2のレーザ光源201の発光指示が送られ、また図2のステージ制御筐体306には各走査毎に1ライン分のY方向への移動指示が送られる。   On the other hand, when the configuration of FIG. 1 is operated as a laser confocal microscope, a light emission instruction of the second laser light source 201 is sent from the personal computer 101 to the laser driver 204, and the stage control housing 306 of FIG. Is sent a movement instruction in the Y direction for one line.

そして先の図1の説明で説明したように、光電変換素子11で検出してA/D変換素子104によりデジタル信号に変換した基材8からの反射光の光強度をパソコン101に取り込み、欠陥部、異物部を平滑部(明部)に比べて暗部となる画像としてモニタ105に表示し、欠陥部、異物部を検査する。   Then, as described in the description of FIG. 1, the light intensity of the reflected light from the base material 8 detected by the photoelectric conversion element 11 and converted into a digital signal by the A / D conversion element 104 is taken into the personal computer 101, and the defect is detected. And the foreign matter portion are displayed on the monitor 105 as an image that is darker than the smooth portion (bright portion), and the defective portion and the foreign matter portion are inspected.

そして欠陥部、異物部のZ方向高さなどのデータが必要な場合、まず欠陥部、異物部がレーザ光で走査されるよう、パソコン101からステージ制御筐体306にY方向移動指示を出す。そして欠陥部、異物部の暗部がモニタ105に表示されたら、パソコン101からステージ制御筐体306にZ方向移動指示を出してその暗部が明部となるようステージをZ方向に移動させる。このとき、欠陥部、異物部が明るくならずにさらに暗く表示される場合は逆方向に動いたことになるから移動方向を逆にし、最高明度の位置とZ方向移動前の位置との差、すなわち移動距離を求めると、それが欠陥部、異物部のZ方向高さとなる。   When data such as the height in the Z direction of the defective part and the foreign part is necessary, first, the PC 101 issues an instruction to move in the Y direction to the stage control housing 306 so that the defective part and the foreign part are scanned with the laser beam. When the dark part of the defective part and the foreign part is displayed on the monitor 105, the PC 101 issues a Z direction movement instruction to the stage control housing 306 to move the stage in the Z direction so that the dark part becomes a bright part. At this time, if the defective part and the foreign object part are displayed darker without being brightened, the moving direction is reversed because the moving direction is reversed, and the difference between the position of maximum brightness and the position before moving in the Z direction, That is, when the movement distance is obtained, it becomes the height in the Z direction of the defective part and the foreign substance part.

このようにすることで、2次元的および3次元的なレーザ直描、および形状測定を含むレーザ共焦点顕微鏡検出機能をシステム的に構築することが可能となる。   By doing so, it becomes possible to systematically construct a laser confocal microscope detection function including two-dimensional and three-dimensional laser direct drawing and shape measurement.

本発明になるハイブリッドレーザ走査装置は、レーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡の両方の機能を有し、システムを安価に形成できる上に設置スペースも1台分のスペースのみで設置が可能となり、大幅なコストダウンが可能となる。また基材の欠陥検査装置は、レジスト塗布もしくはラミネート塗布の状態での検査が可能であるから基材を取り外してレーザ共焦点顕微鏡で検査するなどのことが不要になるばかりでなく、レーザ直描動作と同時に欠陥検査を実施することも可能となって、行程的に非常にスピーディな処理が可能となると共に、検査の再現性を保つことも可能となる。   The hybrid laser scanning device according to the present invention has the functions of both a laser direct drawing device and a laser confocal microscope, can form a system at low cost, and can be installed in only one space. Significant cost reduction is possible. In addition, the substrate defect inspection system can inspect with resist or laminate coating, so it is not necessary to remove the substrate and inspect it with a laser confocal microscope. A defect inspection can be carried out simultaneously with the operation, so that a very speedy process can be performed in the process, and the reproducibility of the inspection can be maintained.

1 第1のレーザ光源
2 コリメートレンズ
3 ビームスプリッタ
4 コーナミラー
5 偏向器
6 fθレンズ
7−1〜7−3 レーザ走査光
8 基材
9 レンズ
10 ピンホール
11 光電変換素子
12 フィルター
101 パソコン
102 メモリー部
103 レーザドライバ
104 A/D変換素子
105 モニタ
201 第2のレーザ光源
202 コリメートレンズ
203 ビームスプリッタ
204 レーザドライバ
301 光学ユニット
302 レーザ走査ライン
303 Yステージ
304 Zステージ
305 データ制御筐体
306 ステージ制御筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st laser light source 2 Collimating lens 3 Beam splitter 4 Corner mirror 5 Deflector 6 f (theta) lens 7-1 to 7-3 Laser scanning light 8 Base material 9 Lens 10 Pinhole 11 Photoelectric conversion element 12 Filter 101 Personal computer 102 Memory part 103 Laser Driver 104 A / D Conversion Element 105 Monitor 201 Second Laser Light Source 202 Collimating Lens 203 Beam Splitter 204 Laser Driver 301 Optical Unit 302 Laser Scan Line 303 Y Stage 304 Z Stage 305 Data Control Case 306 Stage Control Case

Claims (2)

レーザ直接描画用基材への直接描画を行うための第1のレーザ光源と、
前記レーザ直接描画用基材を含む基材の表面検査用、もしくは観察用の基材表面を検査するための第2のレーザ光源と、
前記それぞれのレーザ光源に対応して設けられてレーザ光を平行光とするコリメートレンズと、
前記平行化された2つのレーザ光を同一光路にし、偏向器に送り出すための第1のビームスプリッタを含む導光光学系と、
前記偏向器により反射されたレーザ光を走査光として前記基材表面に結像させるfθレンズと、
前記基材表面から反射された反射光の光量を、前記fθレンズ、偏向器、前記導光光学系中に設けられた第2のビームスプリッタ、レンズ、該レンズに対して前記基材のピント位置と光学的に共役の位置(共焦点の結像位置)に配置されているピンホール、を介して検出する検出素子と、
からなり、前記レーザ直接描画用基材への直接描画を第1のレーザ光源で、前記レーザ直接描画用基材を含む表面検査用、もしくは観察用の基材表面の検査を第2のレーザ光源で行うことを特徴とするハイブリッドレーザ走査装置。
A first laser light source for performing direct drawing on a substrate for direct laser drawing;
A second laser light source for inspecting the surface of the substrate including the substrate for direct laser drawing or for inspecting the substrate surface for observation;
A collimating lens that is provided corresponding to each of the laser light sources and converts the laser light into parallel light;
A light guide optical system including a first beam splitter for setting the two paralleled laser beams in the same optical path and sending them to a deflector;
An fθ lens that forms an image on the surface of the base material as a scanning light beam reflected by the deflector;
The amount of reflected light reflected from the surface of the base material is determined based on the focus position of the base material with respect to the fθ lens, the deflector, the second beam splitter provided in the light guide optical system, the lens, and the lens. And a detection element for detecting via a pinhole arranged at a position optically conjugate (confocal imaging position),
The first laser light source is used for direct drawing on the laser direct drawing base material, and the second laser light source is used for inspection of the surface of the substrate including the laser direct drawing base material or for observation. A hybrid laser scanning device characterized by the above.
前記基材を載置し、前記偏向器により偏向されて前記基材上を走査するレーザ光の走査方向(X方向)と直行する方向(Y方向)への移動機構と、前記X方向とY方向とで形成される平面に対して垂直な方向(Z方向)への移動機構とを有するステージを有することを特徴とする請求項1に記載したハイブリッドレーザ走査装置。   A moving mechanism in a scanning direction (X direction) and a direction perpendicular to the scanning direction (Y direction) of the laser light that is placed on the base material and is deflected by the deflector to scan the base material, and the X direction and the Y direction The hybrid laser scanning device according to claim 1, further comprising a stage having a moving mechanism in a direction (Z direction) perpendicular to a plane formed by the direction.
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