JP2014149391A

JP2014149391A - Pattern forming apparatus and pattern forming method

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Publication number: JP2014149391A
Application number: JP2013017653A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kudo; 慎也工藤; Ryoji Nemoto; 亮二根本; Hidekazu Tezuka; 秀和手塚; Susumu Iwai; 進岩井; Tomoaki Hayashi; 知明林
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a light beam with high illuminance by using a lamp as a light source and employing a simple configuration with fewer optical elements.SOLUTION: A pattern is drawn on a substrate 1 by generating a light beam from a light beam generator and relatively moving a chuck 10 and a light beam irradiation device 20 to scan the substrate 1 with the light beam from the light beam irradiation device 20. In the light beam generator, light is generated from a lamp 13 that seals high-pressure gas in a bulb; the light generated from the lamp 13 is condensed by an ellipsoidal mirror 14; and the light condensed by the ellipsoidal mirror 14 and having an annular distribution is converted into parallel light beams by an axicon lens 16 and supplied to the light beam irradiation device 20.

Description

本発明は、特定の波長の光によって重合や硬化等の化学反応を起こす感光性樹脂が塗布された基材へ光ビームを照射し、光ビームにより基材を走査して、基材にパターンを描画するパターン形成装置及びパターン形成方法に関する。 The present invention irradiates a light beam onto a substrate coated with a photosensitive resin that causes a chemical reaction such as polymerization or curing by light of a specific wavelength, scans the substrate with the light beam, and forms a pattern on the substrate. The present invention relates to a pattern forming apparatus and a pattern forming method for drawing.

なお、本発明において、基材は、その表面又は内部にパターンが形成されるものであって、板状のもの（通常「基板」と呼ばれるもの）やフィルム状のものを含む。また、感光性樹脂には、フォトレジスト等の紫外線硬化樹脂、スクリーン印刷等の製版材に使用される樹脂、ホログラフィーの記録媒体用の樹脂、ラピッドプロトタイピングに使用される樹脂等が含まれる。 In the present invention, the substrate has a pattern formed on the surface or inside thereof, and includes a plate-like material (usually called “substrate”) and a film-like material. The photosensitive resin includes an ultraviolet curable resin such as a photoresist, a resin used for a plate-making material such as screen printing, a resin for a holographic recording medium, a resin used for rapid prototyping, and the like.

表示用パネルとして用いられる液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基材やカラーフィルタ基材、プラズマディスプレイパネル用基材、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示パネル用基材等の製造は、露光装置を用いて、フォトリソグラフィー技術により基材上にパターンを形成して行われる。露光装置としては、従来、レンズ又は鏡を用いてマスクのパターンを基材上に投影するプロジェクション方式と、マスクと基材との間に微小な間隙（プロキシミティギャップ）を設けてマスクのパターンを基材へ転写するプロキシミティ方式とがあった。 An exposure apparatus is used to manufacture TFT (Thin Film Transistor) base materials, color filter base materials, plasma display panel base materials, organic EL (Electroluminescence) display panel base materials and the like used in display panels. Then, a pattern is formed on the substrate by a photolithography technique. As an exposure apparatus, conventionally, a projection method in which a mask pattern is projected onto a substrate using a lens or a mirror, and a fine gap (proximity gap) is provided between the mask and the substrate to form the mask pattern. There was a proximity method for transferring to a substrate.

近年、フォトレジストが塗布された基材へ光ビームを照射し、光ビームにより基材を走査して、基材にパターンを描画する露光装置が開発されている。光ビームにより基材を走査して、基材にパターンを直接描画するため、高価なマスクが不要となる。また、描画データ及び走査のプログラムを変更することにより、様々な種類の基材に対応することができる。 In recent years, an exposure apparatus has been developed that irradiates a substrate coated with a photoresist with a light beam, scans the substrate with the light beam, and draws a pattern on the substrate. Since the substrate is scanned by the light beam and the pattern is directly drawn on the substrate, an expensive mask is not required. Further, by changing the drawing data and the scanning program, various types of base materials can be handled.

光ビームによるパターンの描画は、光ビーム照射装置へ供給された光ビームを、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）等の空間的光変調器により変調して行われる。従来、光ビームの光源には、レーザーダイオード等の複数の半導体発光素子が用いられ、複数の半導体発光素子から発生した光ビームを光ファイバー等で集めて、光ビーム照射装置へ供給していた。 The pattern drawing by the light beam is performed by modulating the light beam supplied to the light beam irradiation device by a spatial light modulator such as DMD (Digital Micromirror Device). Conventionally, a plurality of semiconductor light emitting elements such as laser diodes are used as a light beam light source, and light beams generated from the plurality of semiconductor light emitting elements are collected by an optical fiber or the like and supplied to a light beam irradiation apparatus.

半導体発光素子は、水銀ランプ等の様な高圧ガスをバルブ内に封入したランプに比べると寿命が長いものの、長時間使用するとその出力が低下する。光ビーム照射装置へ供給される光ビームの強度が低下すると、パターンの描画が十分に行えなくなり、不良が発生する。特許文献１には、光源から供給される光ビームの強度の変化を抑制して、描画品質を安定させる技術が開示されている。 A semiconductor light emitting device has a longer life than a lamp in which a high-pressure gas such as a mercury lamp is enclosed in a bulb, but its output decreases when used for a long time. If the intensity of the light beam supplied to the light beam irradiation device is reduced, pattern drawing cannot be performed sufficiently, and a defect occurs. Patent Document 1 discloses a technique for stabilizing the drawing quality by suppressing a change in the intensity of a light beam supplied from a light source.

特開２０１１−１３８０５８号公報JP 2011-138058 A

例えば、基材の表面の性質を撥水性から親水性へ変化させる場合等の様に、基材の表面改質に用いられる感光性樹脂は、フォトリソグラフィー技術で用いられるフォトレジストに比べて、必要な光量が大きい。この様に大きな光量が必要な感光性樹脂にパターンを描画する場合、光ビームの光源として、従来の半導体発光素子に比べより照度の高いランプを使用する必要がある。水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の様に、高圧ガスをバルブ内に封入したランプは、輝点のサイズが大きい程、発生する光の照度が高くなる。しかしながら、輝点のサイズが大きくなると、発生した光の広がりも大きくなり、平行な光ビームを得るためには、レンズ等の光学素子を多数用いる必要があった。そのため、多数の光学素子を透過する間に損失が多くなって、光量が低下するという問題があった。また、各光学素子の収差により、光ビームのぼけや歪み等が大きくなるという問題があった。さらに、各光学素子を透過する光の強度が高い程、光のエネルギーによる各光学素子の温度上昇が大きくなり、各光学素子に温度変化による屈折率の変化や熱膨張等の変形が生じて、光ビームの光路のずれが大きくなるという問題があった。 For example, the photosensitive resin used to modify the surface of the substrate is necessary compared to the photoresist used in photolithography technology, such as when changing the surface properties of the substrate from water-repellent to hydrophilic. Large amount of light. When a pattern is drawn on a photosensitive resin that requires such a large amount of light, it is necessary to use a lamp with higher illuminance than the conventional semiconductor light emitting element as the light source of the light beam. In a lamp in which high pressure gas is sealed in a bulb, such as a mercury lamp, a halogen lamp, or a xenon lamp, the illuminance of the generated light increases as the size of the bright spot increases. However, as the size of the bright spot increases, the spread of the generated light also increases, and it is necessary to use a large number of optical elements such as lenses in order to obtain a parallel light beam. Therefore, there is a problem that the loss increases while passing through a large number of optical elements, and the amount of light decreases. In addition, there is a problem that the light beam is blurred or distorted due to the aberration of each optical element. Furthermore, the higher the intensity of the light transmitted through each optical element, the greater the temperature rise of each optical element due to the energy of the light, and each optical element undergoes deformation such as a change in refractive index due to temperature change or thermal expansion, There has been a problem that the deviation of the optical path of the light beam becomes large.

本発明の課題は、光源にランプを用い、少ない光学素子による簡単な構成で、高い照度の光ビームを得ることである。また、本発明の課題は、高い照度の光ビームによる光学素子の温度変化を抑制することである。 An object of the present invention is to obtain a light beam with high illuminance with a simple configuration using a lamp as a light source and a small number of optical elements. Moreover, the subject of this invention is suppressing the temperature change of the optical element by the light beam of high illumination intensity.

本発明のパターン形成装置は、感光性樹脂が塗布された基材を支持するチャックと、光ビームを発生する光ビーム発生装置と、光ビーム発生装置から発生した光ビームを変調する空間的光変調器、描画データに基づいて空間的光変調器を駆動する駆動回路、及び空間的光変調器により変調された光ビームを照射する照射光学系を有する光ビーム照射装置と、チャックと光ビーム照射装置とを相対的に移動する移動手段とを備え、移動手段によりチャックと光ビーム照射装置とを相対的に移動し、光ビーム照射装置からの光ビームにより基材を走査して、基材にパターンを描画するパターン形成装置であって、光ビーム発生装置は、高圧ガスをバルブ内に封入したランプと、ランプから発生した光を集光する楕円面鏡と、楕円面鏡により集光された円環状に分布する光が円錐面側へ入射し、平面側から平行な光ビームを射出するアキシコンレンズとを有するものである。 The pattern forming apparatus according to the present invention includes a chuck that supports a substrate coated with a photosensitive resin, a light beam generating apparatus that generates a light beam, and a spatial light modulation that modulates the light beam generated from the light beam generating apparatus. , A light beam irradiation device having a driving circuit for driving a spatial light modulator based on drawing data, an irradiation optical system for irradiating a light beam modulated by the spatial light modulator, a chuck, and a light beam irradiation device A moving means for relatively moving the chuck, the chuck and the light beam irradiation device are moved relatively by the moving means, the substrate is scanned by the light beam from the light beam irradiation device, and the pattern is formed on the substrate. The light beam generator includes a lamp in which a high-pressure gas is enclosed in a bulb, an ellipsoidal mirror that collects light generated from the lamp, and a light collected by the ellipsoidal mirror. Light distributed annularly enters the conical surface side, and has a axicon lens for emitting parallel light beams from the flat surface side.

また、本発明のパターン形成方法は、感光性樹脂が塗布された基材をチャックで支持し、光ビーム発生装置から光ビームを発生し、チャックと、光ビーム発生装置から発生した光ビームを変調する空間的光変調器、描画データに基づいて空間的光変調器を駆動する駆動回路、及び空間的光変調器により変調された光ビームを照射する照射光学系を有する光ビーム照射装置とを、相対的に移動し、光ビーム照射装置からの光ビームにより基材を走査して、基材にパターンを描画するパターン形成方法であって、光ビーム発生装置において、高圧ガスをバルブ内に封入したランプから光を発生し、ランプから発生した光を楕円面鏡により集光し、楕円面鏡により集光した円環状に分布する光をアキシコンレンズの円錐面側へ入射させ、アキシコンレンズの平面側から平行な光ビームを射出して、光ビーム照射装置へ供給するものである。 In the pattern forming method of the present invention, a substrate coated with a photosensitive resin is supported by a chuck, a light beam is generated from the light beam generator, and the light beam generated from the chuck and the light beam generator is modulated. A spatial light modulator, a drive circuit for driving the spatial light modulator based on the drawing data, and a light beam irradiation apparatus having an irradiation optical system for irradiating the light beam modulated by the spatial light modulator, A pattern forming method of relatively moving, scanning a substrate with a light beam from a light beam irradiation device, and drawing a pattern on the substrate, wherein a high pressure gas is enclosed in a valve in the light beam generator Light is generated from the lamp, the light generated from the lamp is collected by the ellipsoidal mirror, and the light distributed in an annular shape collected by the ellipsoidal mirror is incident on the conical surface side of the axicon lens. And it emits parallel light beams from the flat side of the lens, and supplies to the light beam irradiation device.

楕円面鏡は、一方の焦点から出た光がもう一方の焦点へ向かう様に光を反射して、ランプから発生した光を集光する。アキシコンレンズ（Ａｘｉｃｏｎｌｅｎｓ）は、円錐レンズ（ｃｏｎｉｃａｌｌｅｎｓ）とも呼ばれ、一方が円錐面、他方が平面の形状で、平面側へ入射して円錐面側から射出された光は、円環状に広がる。そのため、アキシコンレンズは、一般に断面がドーナツ形の円環状ビームの形成に利用されている。ランプから発生して楕円面鏡により集光された光は円環状に分布しており、本発明では、楕円面鏡により集光した円環状に分布する光をアキシコンレンズの円錐面側へ入射させ、アキシコンレンズの平面側から平行な光ビームを射出して、光ビーム照射装置へ供給する。光源にランプを用い、楕円面鏡及びアキシコンレンズによる簡単な構成で、高い照度の光ビームが得られる。 The ellipsoidal mirror reflects the light so that the light emitted from one focal point goes to the other focal point, and condenses the light generated from the lamp. An axicon lens is also called a conical lens. One is a conical surface and the other is a flat shape. Light incident on the plane side and emitted from the conical surface side is annular. spread. Therefore, an axicon lens is generally used to form an annular beam having a donut shape in cross section. The light generated from the lamp and collected by the ellipsoidal mirror is distributed in an annular shape. In the present invention, the light distributed in the annular shape collected by the ellipsoidal mirror is incident on the conical surface side of the axicon lens. Then, a parallel light beam is emitted from the plane side of the axicon lens and supplied to the light beam irradiation apparatus. A light beam with a high illuminance can be obtained with a simple structure using an ellipsoidal mirror and an axicon lens using a lamp as a light source.

さらに、本発明のパターン形成装置は、光ビーム発生装置が、アキシコンレンズを保持するホルダを有し、ホルダが、アキシコンレンズの温度を調節する液体が流れる液体通路を有するものである。また、本発明のパターン形成方法は、光ビーム発生装置において、アキシコンレンズをホルダにより保持し、ホルダに液体通路を設けて、アキシコンレンズの温度を調節する液体を流すものである。ホルダの液体通路を流れる液体により、アキシコンレンズの温度が調節されて、高い照度の光ビームによるアキシコンレンズの温度変化が抑制される。 Furthermore, in the pattern forming apparatus of the present invention, the light beam generator has a holder for holding the axicon lens, and the holder has a liquid passage through which a liquid for adjusting the temperature of the axicon lens flows. In the pattern forming method of the present invention, in the light beam generating apparatus, the axicon lens is held by a holder, and a liquid passage is provided in the holder to flow a liquid for adjusting the temperature of the axicon lens. The temperature of the axicon lens is adjusted by the liquid flowing through the liquid passage of the holder, and the temperature change of the axicon lens due to the light beam with high illuminance is suppressed.

あるいは、本発明のパターン形成装置は、光ビーム発生装置が、アキシコンレンズを保持するホルダを有し、ホルダが、アキシコンレンズの表面に気体の流れを作る気体通路を有するものである。また、本発明のパターン形成方法は、光ビーム発生装置において、アキシコンレンズをホルダにより保持し、ホルダに気体通路を設けて、アキシコンレンズの表面に気体の流れを作るものである。ホルダの気体通路で作られた気体の流れにより、アキシコンレンズの表面が冷却されて、高い照度の光ビームによるアキシコンレンズの温度上昇が抑制される。 Alternatively, in the pattern forming apparatus of the present invention, the light beam generating apparatus has a holder that holds the axicon lens, and the holder has a gas passage that creates a gas flow on the surface of the axicon lens. In the pattern forming method of the present invention, in the light beam generator, the axicon lens is held by a holder, and a gas passage is provided in the holder to create a gas flow on the surface of the axicon lens. The surface of the axicon lens is cooled by the gas flow created in the gas passage of the holder, and the temperature rise of the axicon lens due to the light beam with high illuminance is suppressed.

本発明によれば、光ビーム発生装置において、高圧ガスをバルブ内に封入したランプから光を発生し、ランプから発生した光を楕円面鏡により集光し、楕円面鏡により集光した円環状に分布する光をアキシコンレンズの円錐面側へ入射させ、アキシコンレンズの平面側から平行な光ビームを射出して、光ビーム照射装置へ供給することにより、光源にランプを用い、楕円面鏡及びアキシコンレンズによる簡単な構成で、高い照度の光ビームを得ることができる。 According to the present invention, in the light beam generating device, light is generated from a lamp in which a high-pressure gas is enclosed in a bulb, the light generated from the lamp is collected by an ellipsoidal mirror, and collected in an elliptical mirror. Is incident on the conical surface side of the axicon lens, and a parallel light beam is emitted from the flat surface side of the axicon lens and supplied to the light beam irradiation device. A light beam with high illuminance can be obtained with a simple configuration using a mirror and an axicon lens.

さらに、光ビーム発生装置において、アキシコンレンズをホルダにより保持し、ホルダに液体通路を設けて、アキシコンレンズの温度を調節する液体を流すことにより、高い照度の光ビームによるアキシコンレンズの温度変化を抑制することができる。 Further, in the light beam generator, the temperature of the axicon lens by the light beam with high illuminance is obtained by holding the axicon lens by the holder, and providing a liquid passage in the holder to flow a liquid for adjusting the temperature of the axicon lens. Change can be suppressed.

あるいは、光ビーム発生装置において、アキシコンレンズをホルダにより保持し、ホルダに気体通路を設けて、アキシコンレンズの表面に気体の流れを作ることにより、高い照度の光ビームによるアキシコンレンズの温度上昇を抑制することができる。 Alternatively, in the light beam generator, the temperature of the axicon lens by the light beam of high illuminance is obtained by holding the axicon lens by the holder, providing a gas passage in the holder, and creating a gas flow on the surface of the axicon lens. The rise can be suppressed.

本発明の一実施の形態によるパターン形成装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the pattern formation apparatus by one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態によるパターン形成装置の側面図である。It is a side view of the pattern formation apparatus by one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態によるパターン形成装置の正面図である。It is a front view of the pattern formation apparatus by one embodiment of the present invention. 光ビーム発生装置及び光ビーム照射装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a light beam generator and a light beam irradiation apparatus. アキシコンレンズの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of an axicon lens. アキシコンレンズのホルダの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the holder of an axicon lens. アキシコンレンズのホルダの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the holder of an axicon lens. 移動ステージの側面図である。It is a side view of a movement stage. 移動ステージの正面図である。It is a front view of a movement stage. ＤＭＤのミラー部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mirror part of DMD. レーザー測長系の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a laser length measurement system. 描画制御部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a drawing control part. 光ビームによる基材の走査を説明する図である。It is a figure explaining the scanning of the base material by a light beam. 光ビームによる基材の走査を説明する図である。It is a figure explaining the scanning of the base material by a light beam.

図１は、本発明の一実施の形態によるパターン形成装置の概略構成を示す図である。また、図２は本発明の一実施の形態によるパターン形成装置の側面図、図３は本発明の一実施の形態によるパターン形成装置の正面図である。パターン形成装置は、ベース３、Ｘガイド４、移動ステージ、チャック１０、ゲート１１、光ビーム発生装置、光ビーム照射装置２０、リニアスケール３１，３３、エンコーダ３２，３４、エンコーダ信号分配器３５、レーザー測長系、レーザー測長系制御装置４０、ステージ駆動回路６０、及び主制御装置７０を含んで構成されている。なお、図１では、光ビーム発生装置が省略されている。また、図２及び図３では、光ビーム発生装置、エンコーダ信号分配器３５、レーザー測長系のレーザー光源４１、レーザー測長系制御装置４０、ステージ駆動回路６０、及び主制御装置７０が省略されている。パターン形成装置は、これらの他に、基材１をチャック１０へ搬入し、また基材１をチャック１０から搬出する基材搬送ロボット、装置内の温度管理を行う温度制御ユニット等を備えている。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a pattern forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is a side view of the pattern forming apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a front view of the pattern forming apparatus according to the embodiment of the present invention. The pattern forming apparatus includes a base 3, an X guide 4, a moving stage, a chuck 10, a gate 11, a light beam generating apparatus, a light beam irradiation apparatus 20, linear scales 31, 33, encoders 32, 34, an encoder signal distributor 35, and a laser. A length measuring system, a laser length measuring system control device 40, a stage drive circuit 60, and a main control device 70 are included. In FIG. 1, the light beam generator is omitted. 2 and 3, the light beam generator, the encoder signal distributor 35, the laser light source 41 for the laser length measurement system, the laser length measurement system control device 40, the stage drive circuit 60, and the main control device 70 are omitted. ing. In addition to these, the pattern forming apparatus includes a substrate transport robot that loads the substrate 1 into the chuck 10 and unloads the substrate 1 from the chuck 10, a temperature control unit that performs temperature management in the apparatus, and the like. .

なお、以下に説明する実施の形態におけるＸＹ方向は例示であって、Ｘ方向とＹ方向とを入れ替えてもよい。 Note that the XY directions in the embodiments described below are examples, and the X direction and the Y direction may be interchanged.

図１及び図２において、チャック１０は、基材１の受け渡しを行う受け渡し位置にある。受け渡し位置において、図示しない基材搬送ロボットにより基材１がチャック１０へ搬入され、また図示しない基材搬送ロボットにより基材１がチャック１０から搬出される。チャック１０は、基材１の裏面を真空吸着して支持する。基材１の表面には、感光性樹脂が塗布されている。 1 and 2, the chuck 10 is at a delivery position for delivering the substrate 1. At the delivery position, the substrate 1 is carried into the chuck 10 by a substrate conveyance robot (not shown), and the substrate 1 is carried out of the chuck 10 by a substrate conveyance robot (not shown). The chuck 10 supports the back surface of the substrate 1 by vacuum suction. A photosensitive resin is applied to the surface of the substrate 1.

基材１にパターンの描画を行う描画位置の上空に、ベース３をまたいでゲート１１が設けられている。ゲート１１には、複数の光ビーム照射装置２０が搭載されている。なお、本実施の形態は、４つの光ビーム照射装置２０を用いたパターン形成装置の例を示しているが、光ビーム照射装置の数はこれに限らず、本発明は１つ又は２つ以上の光ビーム照射装置を用いたパターン形成装置に適用される。 A gate 11 is provided across the base 3 above the drawing position where the pattern is drawn on the substrate 1. A plurality of light beam irradiation devices 20 are mounted on the gate 11. Although this embodiment shows an example of a pattern forming apparatus using four light beam irradiation apparatuses 20, the number of light beam irradiation apparatuses is not limited to this, and the present invention is one or two or more. This is applied to a pattern forming apparatus using the light beam irradiation apparatus.

図４は、光ビーム発生装置及び光ビーム照射装置の概略構成を示す図である。光ビーム発生装置は、ランプハウス１２、ランプ１３、楕円面鏡１４、ミラー１５、アキシコンレンズ１６、及び電源供給回路１７を含んで構成されている。ランプ１３、楕円面鏡１４、ミラー１５、及びアキシコンレンズ１６は、ランプハウス１２内に収納されている。光ビーム発生装置は、これらの他に、ランンプ１３から発生した光を遮断するためのシャッター、波長選択用のフィルタ、照度調整用のフィルタ等を備えている。 FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the light beam generation device and the light beam irradiation device. The light beam generator includes a lamp house 12, a lamp 13, an ellipsoidal mirror 14, a mirror 15, an axicon lens 16, and a power supply circuit 17. The lamp 13, the ellipsoidal mirror 14, the mirror 15, and the axicon lens 16 are housed in the lamp house 12. In addition to these, the light beam generator includes a shutter for blocking light generated from the lamp 13, a filter for wavelength selection, a filter for adjusting illuminance, and the like.

ランプ１３には、水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の様に、高圧ガスをバルブ内に封入したランプが使用されている。電源供給回路１７は、ランプ１３へ定格電流を供給して、ランプ１３を点灯する。ランプ１３から発生した光は、楕円面鏡１４により集光され、ミラー１５で反射されて、アキシコンレンズ１６へ照射される。なお、ミラー１５は、ランプハウス１２を小型化するために設けられたものであり、ミラー１５を用いず、楕円面鏡１４で集光した光をアキシコンレンズ１６へ直接照射してもよい。 As the lamp 13, a lamp in which high pressure gas is enclosed in a bulb, such as a mercury lamp, a halogen lamp, a xenon lamp, or the like is used. The power supply circuit 17 supplies the rated current to the lamp 13 and lights the lamp 13. The light generated from the lamp 13 is collected by the ellipsoidal mirror 14, reflected by the mirror 15, and applied to the axicon lens 16. The mirror 15 is provided to reduce the size of the lamp house 12, and the axicon lens 16 may be directly irradiated with the light collected by the ellipsoidal mirror 14 without using the mirror 15.

図５は、アキシコンレンズの動作を説明する図である。図５では、図４のミラー１５を省略して、楕円面鏡１４により集光した光をアキシコンレンズ１６へ直接照射した場合を示している。ランプ１３は、その輝点の中心が楕円面鏡１４の第一焦点に位置する様に配置されている。楕円面鏡１４は、第一焦点から出た光が第二焦点へ向かう様に光を反射して、ランプ１３から発生した光を集光する。アキシコンレンズ（Ａｘｉｃｏｎｌｅｎｓ）は、円錐レンズ（ｃｏｎｉｃａｌｌｅｎｓ）とも呼ばれ、一方が円錐面、他方が平面の形状で、通常は断面がドーナツ形の円環状ビームの形成等に利用されている。アキシコンレンズ１６は、円錐面の頂点が楕円面鏡１４の第二焦点の近傍に位置する様に配置されている。ランプ１３から発生して楕円面鏡１４により集光された光は円環状に分布しており、アキシコンレンズ１６の円錐面側へ入射する。アキシコンレンズ１６は、楕円面鏡１４により集光された円環状の光を、平行な光ビームに変換して平面側から射出する。光源にランプ１３を用い、楕円面鏡１４及びアキシコンレンズ１６による簡単な構成で、高い照度の光ビームが得られる。 FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the axicon lens. FIG. 5 shows a case where the axicon lens 16 is directly irradiated with the light collected by the ellipsoidal mirror 14 without the mirror 15 of FIG. The lamp 13 is arranged so that the center of the bright spot is located at the first focal point of the ellipsoidal mirror 14. The ellipsoidal mirror 14 condenses the light generated from the lamp 13 by reflecting the light so that the light emitted from the first focal point goes to the second focal point. An axicon lens is also referred to as a conical lens, and is used to form an annular beam having one of a conical surface and the other of a flat surface, usually having a donut shape in cross section. The axicon lens 16 is arranged so that the apex of the conical surface is located in the vicinity of the second focal point of the ellipsoidal mirror 14. The light generated from the lamp 13 and collected by the ellipsoidal mirror 14 is distributed in an annular shape and enters the conical surface side of the axicon lens 16. The axicon lens 16 converts the annular light collected by the ellipsoidal mirror 14 into a parallel light beam and emits it from the plane side. A light beam with high illuminance can be obtained with a simple configuration using the ellipsoidal mirror 14 and the axicon lens 16 using the lamp 13 as a light source.

図４において、アキシコンレンズ１６は、図示しないホルダにより保持されている。図６は、アキシコンレンズのホルダの一例を示す図である。図６（ａ）はホルダの側面図、図６（ｂ）はホルダの正面図、図６（ｃ）はホルダの背面図である。図６（ａ）において、ホルダ１８には、アキシコンレンズ１６を装着するための装着孔１８ａが設けられている。装着孔１８ａは、直径の異なる２つの穴をつなげて構成され、アキシコンレンズ１６は、装着孔１８ａの直径の大きい方の穴に挿入されて、その側面及び平面の外周部が装着孔１８ａの内壁により支持されている。 In FIG. 4, the axicon lens 16 is held by a holder (not shown). FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an axicon lens holder. 6A is a side view of the holder, FIG. 6B is a front view of the holder, and FIG. 6C is a rear view of the holder. In FIG. 6 (a), the holder 18 is provided with a mounting hole 18 a for mounting the axicon lens 16. The mounting hole 18a is formed by connecting two holes having different diameters, and the axicon lens 16 is inserted into the hole having the larger diameter of the mounting hole 18a, and the side surface and the outer peripheral portion of the plane thereof are the holes of the mounting hole 18a. It is supported by the inner wall.

装着孔１８ａの周囲のホルダ１８の内部には、図６（ｂ），（ｃ）に破線で示した液体通路１８ｂが形成されている。液体通路１８ｂの両端には管継手１８ｃが接続されており、図示しない液体供給装置から管継手１８ｃを介して、所定の温度の温度調節用液体が液体通路１８ｂへ供給される。温度調節用液体としては、水を用いてもよく、また他の液体を用いてもよい。ホルダ１８は、アルミニウムや銅等の熱伝導率の良い材料から成り、液体通路１８ｂへ供給された温度調節用液体は、液体通路１８ｂ内を流れる間に、ホルダ１８を介してアキシコンレンズ１６と熱交換を行った後、図示しない液体供給源へ回収される。ホルダ１８の液体通路１８ｂを流れる温度調節用液体により、アキシコンレンズ１６の温度が調節されて、高い照度の光ビームによるアキシコンレンズ１６の温度変化が抑制される。特に、温度調節用液体によりアキシコンレンズ１６を所定の温度に保つことができるので、コールドスタートから熱平衡に達するまで待つ必要がなく、待機時間を省くことができる。 A liquid passage 18b shown by a broken line in FIGS. 6B and 6C is formed inside the holder 18 around the mounting hole 18a. A pipe joint 18c is connected to both ends of the liquid passage 18b, and a temperature adjusting liquid having a predetermined temperature is supplied to the liquid passage 18b from a liquid supply device (not shown) through the pipe joint 18c. As the temperature adjusting liquid, water may be used, or another liquid may be used. The holder 18 is made of a material having good thermal conductivity, such as aluminum or copper, and the temperature adjusting liquid supplied to the liquid passage 18b is connected to the axicon lens 16 via the holder 18 while flowing in the liquid passage 18b. After the heat exchange, the liquid is recovered to a liquid supply source (not shown). The temperature of the axicon lens 16 is adjusted by the temperature adjusting liquid flowing through the liquid passage 18b of the holder 18, and the temperature change of the axicon lens 16 due to the light beam with high illuminance is suppressed. In particular, since the axicon lens 16 can be maintained at a predetermined temperature by the temperature adjusting liquid, it is not necessary to wait until the thermal equilibrium is reached from the cold start, and the waiting time can be saved.

図７は、アキシコンレンズのホルダの他の例を示す図である。図７（ａ）はホルダの上面図、図７（ｂ）はホルダの正面図、図７（ｃ）はホルダの背面図である。図７（ａ）において、ホルダ１９には、アキシコンレンズ１６を装着するための装着孔１９ａが設けられている。装着孔１９ａは、直径の異なる２つの穴をつなげて構成され、アキシコンレンズ１６は、装着孔１９ａの直径の大きい方の穴に挿入されて、その側面及び平面の外周部が装着孔１９ａの内壁により支持されている。 FIG. 7 is a diagram showing another example of an axicon lens holder. 7A is a top view of the holder, FIG. 7B is a front view of the holder, and FIG. 7C is a rear view of the holder. In FIG. 7A, the holder 19 is provided with a mounting hole 19 a for mounting the axicon lens 16. The mounting hole 19a is formed by connecting two holes having different diameters, and the axicon lens 16 is inserted into the hole having the larger diameter of the mounting hole 19a, and the side surface and the outer peripheral portion of the plane thereof are the holes of the mounting hole 19a. It is supported by the inner wall.

図７（ａ），（ｂ）に示す様に、ホルダ１９の一方の面には、溝状の気体通路１９ｂが形成されている。また、図７（ａ），（ｃ）に示す様に、ホルダ１９の他方の面には、溝状の気体通路１９ｃが形成されている。図示しない気体供給源から、気体通路１９ｂ，１９ｃへ冷却用気体が供給される。冷却用気体としては、空気を用いてもよく、また不活性ガス等を用いてもよい。冷却用気体は、気体通路１９ｂ，１９ｃ内を図７（ｂ），（ｃ）に矢印で示す様に上方向へ流れて、アキシコンレンズ１６の表面に気体の流れを形成する。ホルダ１９の気体通路１９ｂ，１９ｃで作られた気体の流れにより、アキシコンレンズ１６の表面が冷却されて、高い照度の光ビームによるアキシコンレンズ１６の温度上昇が抑制される。 As shown in FIGS. 7A and 7B, a groove-like gas passage 19 b is formed on one surface of the holder 19. Further, as shown in FIGS. 7A and 7C, a groove-like gas passage 19 c is formed on the other surface of the holder 19. A cooling gas is supplied from a gas supply source (not shown) to the gas passages 19b and 19c. As the cooling gas, air may be used, or an inert gas or the like may be used. The cooling gas flows upward in the gas passages 19 b and 19 c as indicated by arrows in FIGS. 7B and 7C, and forms a gas flow on the surface of the axicon lens 16. The surface of the axicon lens 16 is cooled by the gas flow created by the gas passages 19b and 19c of the holder 19, and the temperature rise of the axicon lens 16 due to the light beam with high illuminance is suppressed.

図４において、光ビーム照射装置２０は、フライアイレンズ２１、ミラー２２、コンデンサレンズ群２３、プリズム２４、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）２５、投影レンズ２６、及びＤＭＤ駆動回路２７を含んで構成されている。光ビーム発生装置から発生した光ビームは、フライアイレンズ２１へ入射し、フライアイレンズ２１により、照射面における強度分布の均一化が行われる。なお、フライアイレンズ２１の代わりにロッドレンズ等を用いてもよい。フライアイレンズ２１から射出された光は、ミラー２２で反射され、コンデンサレンズ群２３により集光されて、プリズム２４へ入射する。プリズム２４は、断面が三角形の２つのプリズムを組み合わせて構成され、光ビームを所定の角度でＤＭＤ２５へ照射する。ＤＭＤ２５は、光ビームを反射する複数の微小なミラーを直交する二方向に配列して構成された空間的光変調器であり、各ミラーの角度を変更して光ビームを変調する。ＤＭＤ２５により変調された光ビームは、再びプリズム２４を通って投影レンズ２６へ入射し、投影レンズ２６を含むヘッド部２０ａから照射される。ＤＭＤ駆動回路２７は、主制御装置７０から供給された描画データに基づいて、ＤＭＤ２５の各ミラーの角度を変更する。 In FIG. 4, the light beam irradiation device 20 includes a fly-eye lens 21, a mirror 22, a condenser lens group 23, a prism 24, a DMD (Digital Micromirror Device) 25, a projection lens 26, and a DMD driving circuit 27. Yes. The light beam generated from the light beam generator enters the fly eye lens 21, and the fly eye lens 21 equalizes the intensity distribution on the irradiated surface. A rod lens or the like may be used instead of the fly-eye lens 21. The light emitted from the fly-eye lens 21 is reflected by the mirror 22, collected by the condenser lens group 23, and enters the prism 24. The prism 24 is configured by combining two prisms having a triangular cross section, and irradiates the DMD 25 with a light beam at a predetermined angle. The DMD 25 is a spatial light modulator configured by arranging a plurality of minute mirrors that reflect a light beam in two orthogonal directions, and modulates the light beam by changing the angle of each mirror. The light beam modulated by the DMD 25 again enters the projection lens 26 through the prism 24 and is irradiated from the head unit 20 a including the projection lens 26. The DMD drive circuit 27 changes the angle of each mirror of the DMD 25 based on the drawing data supplied from the main controller 70.

図２及び図３において、チャック１０は、移動ステージに搭載されている。図８は、移動ステージの側面図である。また、図９は、移動ステージの正面図である。移動ステージは、Ｘステージ５、Ｙガイド６、Ｙステージ７、θステージ８、及びＺ−チルト機構９を含んで構成されている。Ｘステージ５は、ベース３に設けられたＸガイド４に搭載され、Ｘガイド４に沿ってＸ方向へ移動する。Ｙステージ７は、Ｘステージ５に設けられたＹガイド６に搭載され、Ｙガイド６に沿ってＹ方向へ移動する。θステージ８は、Ｙステージ７に搭載され、θ方向へ回転する。Ｘステージ５、Ｙステージ７、及びθステージ８には、ボールねじ及びモータや、リニアモータ等の図示しない駆動機構が設けられており、各駆動機構は、図１のステージ駆動回路６０により駆動される。Ｚ−チルト機構９は、θステージ８に搭載され、チャック１０の裏面を３点で支持して、チャック１０をＺ方向へ移動及びチルトする。 2 and 3, the chuck 10 is mounted on a moving stage. FIG. 8 is a side view of the moving stage. FIG. 9 is a front view of the moving stage. The moving stage includes an X stage 5, a Y guide 6, a Y stage 7, a θ stage 8, and a Z-tilt mechanism 9. The X stage 5 is mounted on an X guide 4 provided on the base 3 and moves in the X direction along the X guide 4. The Y stage 7 is mounted on a Y guide 6 provided on the X stage 5 and moves in the Y direction along the Y guide 6. The θ stage 8 is mounted on the Y stage 7 and rotates in the θ direction. The X stage 5, Y stage 7, and θ stage 8 are provided with drive mechanisms (not shown) such as ball screws and motors, linear motors, etc., and each drive mechanism is driven by a stage drive circuit 60 of FIG. The The Z-tilt mechanism 9 is mounted on the θ stage 8, supports the back surface of the chuck 10 at three points, and moves and tilts the chuck 10 in the Z direction.

θステージ８のθ方向への回転により、チャック１０に搭載された基材１は、直交する二辺がＸ方向及びＹ方向へ向く様に回転される。Ｘステージ５のＸ方向への移動により、チャック１０は、受け渡し位置と描画位置との間を移動される。描画位置において、Ｘステージ５のＸ方向への移動により、各光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａから照射された光ビームが、基材１をＸ方向へ走査する。また、Ｙステージ７のＹ方向への移動により、各光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａから照射された光ビームによる基材１の走査領域が、Ｙ方向へ移動される。図１において、主制御装置７０は、ステージ駆動回路６０を制御して、θステージ８のθ方向へ回転、Ｘステージ５のＸ方向への移動、及びＹステージ７のＹ方向への移動を行う。 By rotation of the θ stage 8 in the θ direction, the base material 1 mounted on the chuck 10 is rotated so that two orthogonal sides are directed in the X direction and the Y direction. As the X stage 5 moves in the X direction, the chuck 10 is moved between the delivery position and the drawing position. At the drawing position, the movement of the X stage 5 in the X direction causes the light beam irradiated from the head unit 20a of each light beam irradiation apparatus 20 to scan the substrate 1 in the X direction. Further, the movement of the Y stage 7 in the Y direction moves the scanning region of the base material 1 by the light beam emitted from the head portion 20a of each light beam irradiation device 20 in the Y direction. In FIG. 1, the main controller 70 controls the stage drive circuit 60 to rotate the θ stage 8 in the θ direction, move the X stage 5 in the X direction, and move the Y stage 7 in the Y direction. .

図１０は、ＤＭＤのミラー部の一例を示す図である。光ビーム照射装置２０のＤＭＤ２５は、光ビーム照射装置２０からの光ビームによる基材１の走査方向（Ｘ方向）に対して、所定の角度θだけ傾いて配置されている。ＤＭＤ２５を、走査方向に対して傾けて配置すると、直交する二方向に配列された複数のミラー２５ａのいずれかが、隣接するミラー２５ａ間の隙間に対応する箇所をカバーするので、パターンの描画を隙間無く行うことができる。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a DMD mirror unit. The DMD 25 of the light beam irradiation device 20 is disposed so as to be inclined by a predetermined angle θ with respect to the scanning direction (X direction) of the substrate 1 by the light beam from the light beam irradiation device 20. When the DMD 25 is arranged to be inclined with respect to the scanning direction, any one of the plurality of mirrors 25a arranged in two orthogonal directions covers a portion corresponding to the gap between the adjacent mirrors 25a. It can be done without gaps.

なお、本実施の形態では、Ｘステージ５によりチャック１０をＸ方向へ移動することによって、光ビーム照射装置２０からの光ビームによる基材１の走査を行っているが、光ビーム照射装置２０を移動することにより、光ビーム照射装置２０からの光ビームによる基材１の走査を行ってもよい。また、本実施の形態では、Ｙステージ７によりチャック１０をＹ方向へ移動することによって、光ビーム照射装置２０からの光ビームによる基材１の走査領域を変更しているが、光ビーム照射装置２０を移動することにより、光ビーム照射装置２０からの光ビームによる基材１の走査領域を変更してもよい。 In this embodiment, the substrate 1 is scanned by the light beam from the light beam irradiation device 20 by moving the chuck 10 in the X direction by the X stage 5. The substrate 1 may be scanned with the light beam from the light beam irradiation device 20 by moving. In the present embodiment, the scanning region of the substrate 1 by the light beam from the light beam irradiation device 20 is changed by moving the chuck 10 in the Y direction by the Y stage 7. By moving 20, the scanning region of the substrate 1 by the light beam from the light beam irradiation device 20 may be changed.

図１及び図２において、ベース３には、Ｘ方向へ伸びるリニアスケール３１が設置されている。リニアスケール３１には、Ｘステージ５のＸ方向への移動量を検出するための目盛が付けられている。また、Ｘステージ５には、Ｙ方向へ伸びるリニアスケール３３が設置されている。リニアスケール３３には、Ｙステージ７のＹ方向への移動量を検出するための目盛が付けられている。 1 and 2, the base 3 is provided with a linear scale 31 extending in the X direction. The linear scale 31 is provided with a scale for detecting the amount of movement of the X stage 5 in the X direction. The X stage 5 is provided with a linear scale 33 extending in the Y direction. The linear scale 33 is provided with a scale for detecting the amount of movement of the Y stage 7 in the Y direction.

図１及び図３において、Ｘステージ５の一側面には、リニアスケール３１に対向して、エンコーダ３２が取り付けられている。エンコーダ３２は、リニアスケール３１の目盛を検出して、パルス信号をエンコーダ信号分配器３５へ出力する。また、図１及び図２において、Ｙステージ７の一側面には、リニアスケール３３に対向して、エンコーダ３４が取り付けられている。エンコーダ３４は、リニアスケール３３の目盛を検出して、パルス信号をエンコーダ信号分配器３５へ出力する。主制御装置７０は、エンコーダ信号分配器３５を介して、エンコーダ３２，３４のパルス信号を入力する。そして、主制御装置７０は、エンコーダ３２のパルス信号をカウントして、Ｘステージ５のＸ方向への移動量を検出し、エンコーダ３４のパルス信号をカウントして、Ｙステージ７のＹ方向への移動量を検出する。 1 and 3, an encoder 32 is attached to one side surface of the X stage 5 so as to face the linear scale 31. The encoder 32 detects the scale of the linear scale 31 and outputs a pulse signal to the encoder signal distributor 35. 1 and 2, an encoder 34 is attached to one side surface of the Y stage 7 so as to face the linear scale 33. The encoder 34 detects the scale of the linear scale 33 and outputs a pulse signal to the encoder signal distributor 35. The main control device 70 inputs the pulse signals of the encoders 32 and 34 via the encoder signal distributor 35. Then, main controller 70 counts the pulse signal of encoder 32, detects the amount of movement of X stage 5 in the X direction, counts the pulse signal of encoder 34, and moves Y stage 7 in the Y direction. The amount of movement is detected.

また、ステージ駆動回路６０は、エンコーダ信号分配器３５を介して、エンコーダ３２，３４のパルス信号を入力する。そして、ステージ駆動回路６０は、エンコーダ３２のパルス信号をカウントして、Ｘステージ５のＸ方向への移動量を検出し、エンコーダ３４のパルス信号をカウントして、Ｙステージ７のＹ方向への移動量を検出し、Ｘステージ５及びＹステージ７をフィードバック制御する。 Further, the stage drive circuit 60 inputs the pulse signals of the encoders 32 and 34 through the encoder signal distributor 35. Then, the stage drive circuit 60 counts the pulse signal of the encoder 32, detects the amount of movement of the X stage 5 in the X direction, counts the pulse signal of the encoder 34, and moves the Y stage 7 in the Y direction. The amount of movement is detected, and the X stage 5 and the Y stage 7 are feedback-controlled.

図１１は、レーザー測長系の動作を説明する図である。なお、図１１においては、図１に示したゲート１１、及び光ビーム照射装置２０が省略されている。レーザー測長系は、レーザー干渉式の測長系であって、レーザー光源４１、レーザー干渉計４２，４４、及びバーミラー４３，４５を含んで構成されている。Ｙ方向へ伸びるバーミラー４３は、図８及び図９に示す様に、アーム５１によりＹステージ７のＹ方向へ伸びる一側面に取り付けられている。また、Ｘ方向へ伸びるバーミラー４５は、図８及び図９に示す様に、アーム５２によりＹステージ７のＸ方向へ伸びる一側面に取り付けられている。本実施の形態では、Ｙ方向へ伸びるバーミラー４３が、アーム５１により、移動ステージに搭載されたチャック１０の高さに取り付けられている。 FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the laser length measurement system. In FIG. 11, the gate 11 and the light beam irradiation device 20 shown in FIG. 1 are omitted. The laser length measurement system is a laser interference type length measurement system, and includes a laser light source 41, laser interferometers 42 and 44, and bar mirrors 43 and 45. As shown in FIGS. 8 and 9, the bar mirror 43 extending in the Y direction is attached to one side surface of the Y stage 7 extending in the Y direction by the arm 51. The bar mirror 45 extending in the X direction is attached to one side surface of the Y stage 7 extending in the X direction by the arm 52 as shown in FIGS. In the present embodiment, the bar mirror 43 extending in the Y direction is attached to the height of the chuck 10 mounted on the moving stage by the arm 51.

図１１において、レーザー干渉計４２は、レーザー光源４１からのレーザー光をバーミラー４３へ照射し、バーミラー４３により反射されたレーザー光を受光して、レーザー光源４１からのレーザー光とバーミラー４３により反射されたレーザー光との干渉を測定する。本実施の形態では、Ｙ方向へ伸びるバーミラー４３が、アーム５１により、移動ステージに搭載されたチャック１０の高さに取り付けられているので、レーザー干渉計４２は、レーザー光源４１からのレーザー光とバーミラー４３により反射されたレーザー光との干渉をチャック１０の高さで測定する。この測定は、Ｙ方向の２箇所で行う。レーザー測長系制御装置４０は、主制御装置７０の制御により、レーザー干渉計４２の測定結果から、移動ステージのＸ方向の位置を検出する。 In FIG. 11, the laser interferometer 42 irradiates the laser beam from the laser light source 41 onto the bar mirror 43, receives the laser beam reflected by the bar mirror 43, and is reflected by the laser beam from the laser light source 41 and the bar mirror 43. Measure the interference with the laser beam. In the present embodiment, since the bar mirror 43 extending in the Y direction is attached to the height of the chuck 10 mounted on the moving stage by the arm 51, the laser interferometer 42 is coupled with the laser light from the laser light source 41. Interference with the laser beam reflected by the bar mirror 43 is measured at the height of the chuck 10. This measurement is performed at two locations in the Y direction. The laser length measurement system control device 40 detects the position of the moving stage in the X direction from the measurement result of the laser interferometer 42 under the control of the main control device 70.

一方、レーザー干渉計４４は、レーザー光源４１からのレーザー光をバーミラー４５へ照射し、バーミラー４５により反射されたレーザー光を受光して、レーザー光源４１からのレーザー光とバーミラー４５により反射されたレーザー光との干渉を測定する。レーザー測長系制御装置４０は、主制御装置７０の制御により、レーザー干渉計４４の測定結果から、移動ステージのＹ方向の位置を検出する。 On the other hand, the laser interferometer 44 irradiates the laser beam from the laser light source 41 to the bar mirror 45, receives the laser beam reflected by the bar mirror 45, and the laser beam reflected from the laser source 41 and the bar mirror 45. Measure interference with light. The laser length measurement system control device 40 detects the position of the moving stage in the Y direction from the measurement result of the laser interferometer 44 under the control of the main control device 70.

図４において、主制御装置７０は、光ビーム照射装置２０のＤＭＤ駆動回路２７へ描画データを供給する描画制御部を有する。図１２は、描画制御部の概略構成を示す図である。描画制御部７１は、メモリ７２，７６、バンド幅設定部７３、中心点座標決定部７４、座標決定部７５、及び描画データ作成部７７を含んで構成されている。なお、図１２では、エンコーダ３２，３４と主制御装置７０との間に設けられたエンコーダ信号分配器３５が省略されている。 In FIG. 4, the main controller 70 has a drawing controller that supplies drawing data to the DMD drive circuit 27 of the light beam irradiation device 20. FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of the drawing control unit. The drawing control unit 71 includes memories 72 and 76, a bandwidth setting unit 73, a center point coordinate determination unit 74, a coordinate determination unit 75, and a drawing data creation unit 77. In FIG. 12, the encoder signal distributor 35 provided between the encoders 32 and 34 and the main controller 70 is omitted.

メモリ７６には、設計値マップが格納されている。設計値マップには、描画データがＸＹ座標で示されている。描画データ作成部７７は、メモリ７６に格納された設計値マップの描画データから、各光ビーム照射装置２０のＤＭＤ駆動回路２７へ供給する描画データを作成する。メモリ７２は、描画データ作成部７７が作成した描画データを、そのＸＹ座標をアドレスとして記憶する。 The memory 76 stores a design value map. In the design value map, drawing data is indicated by XY coordinates. The drawing data creation unit 77 creates drawing data to be supplied to the DMD drive circuit 27 of each light beam irradiation apparatus 20 from the drawing data of the design value map stored in the memory 76. The memory 72 stores the drawing data created by the drawing data creation unit 77 using the XY coordinates as addresses.

バンド幅設定部７３は、メモリ７２から読み出す描画データのＹ座標の範囲を決定することにより、光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａから照射される光ビームのＹ方向のバンド幅を設定する。 The bandwidth setting unit 73 sets the Y-direction bandwidth of the light beam emitted from the head unit 20 a of the light beam irradiation device 20 by determining the range of the Y coordinate of the drawing data read from the memory 72.

レーザー測長系制御装置４０は、描画位置におけるパターンの描画を開始する前の移動ステージのＸＹ方向の位置を検出する。中心点座標決定部７４は、レーザー測長系制御装置４０が検出した移動ステージのＸＹ方向の位置から、パターンの描画を開始する前のチャック１０の中心点のＸＹ座標を決定する。図１において、光ビーム照射装置２０からの光ビームにより基材１の走査を行う際、主制御装置７０は、ステージ駆動回路６０を制御して、Ｘステージ５によりチャック１０をＸ方向へ移動させる。基材１の走査領域を移動する際、主制御装置７０は、ステージ駆動回路６０を制御して、Ｙステージ７によりチャック１０をＹ方向へ移動させる。図１２において、中心点座標決定部７４は、エンコーダ３２，３４からのパルス信号をカウントして、Ｘステージ５のＸ方向への移動量及びＹステージ７のＹ方向への移動量を検出し、チャック１０の中心点のＸＹ座標を決定する。 The laser measurement system control device 40 detects the position in the XY direction of the moving stage before starting drawing of the pattern at the drawing position. The center point coordinate determination unit 74 determines the XY coordinates of the center point of the chuck 10 before starting pattern drawing from the position in the XY direction of the moving stage detected by the laser measurement system control device 40. In FIG. 1, when scanning the substrate 1 with the light beam from the light beam irradiation device 20, the main control device 70 controls the stage drive circuit 60 to move the chuck 10 in the X direction by the X stage 5. . When moving the scanning region of the substrate 1, the main controller 70 controls the stage driving circuit 60 to move the chuck 10 in the Y direction by the Y stage 7. In FIG. 12, the center point coordinate determination unit 74 counts the pulse signals from the encoders 32 and 34, detects the amount of movement of the X stage 5 in the X direction and the amount of movement of the Y stage 7 in the Y direction, The XY coordinates of the center point of the chuck 10 are determined.

座標決定部７５は、中心点座標決定部７４が決定したチャック１０の中心点のＸＹ座標に基づき、各光ビーム照射装置２０のＤＭＤ駆動回路２７へ供給する描画データのＸＹ座標を決定する。メモリ７２は、座標決定部７５が決定したＸＹ座標をアドレスとして入力し、入力したＸＹ座標のアドレスに記憶された描画データを、各光ビーム照射装置２０のＤＭＤ駆動回路２７へ出力する。 The coordinate determination unit 75 determines the XY coordinates of the drawing data supplied to the DMD drive circuit 27 of each light beam irradiation device 20 based on the XY coordinates of the center point of the chuck 10 determined by the center point coordinate determination unit 74. The memory 72 inputs the XY coordinates determined by the coordinate determination unit 75 as an address, and outputs the drawing data stored at the input XY coordinate address to the DMD drive circuit 27 of each light beam irradiation apparatus 20.

図１３及び図１４は、光ビームによる基材の走査を説明する図である。図１３及び図１４は、４つの光ビーム照射装置２０からの４本の光ビームにより、基材１のＸ方向の走査を４回行って、基材１全体を走査する例を示している。図１３及び図１４においては、各光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａが破線で示されている。各光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａから照射された光ビームは、Ｙ方向にバンド幅Ｗを有し、Ｘステージ５のＸ方向への移動によって、基材１を矢印で示す方向へ走査する。 13 and 14 are diagrams for explaining the scanning of the substrate by the light beam. FIGS. 13 and 14 show an example in which the entire substrate 1 is scanned by scanning the substrate 1 in the X direction four times with four light beams from the four light beam irradiation devices 20. In FIGS. 13 and 14, the head portion 20 a of each light beam irradiation device 20 is indicated by a broken line. The light beam irradiated from the head part 20a of each light beam irradiation apparatus 20 has a bandwidth W in the Y direction, and the substrate 1 is scanned in the direction indicated by the arrow by the movement of the X stage 5 in the X direction. .

図１３（ａ）は、１回目の走査を示し、Ｘ方向への１回目の走査により、図１３（ａ）に灰色で示す走査領域でパターンの描画が行われる。１回目の走査が終了すると、Ｙステージ７のＹ方向への移動により、基材１がＹ方向へバンド幅Ｗと同じ距離だけ移動される。図１３（ｂ）は、２回目の走査を示し、Ｘ方向への２回目の走査により、図１３（ｂ）に灰色で示す走査領域でパターンの描画が行われる。２回目の走査が終了すると、Ｙステージ７のＹ方向への移動により、基材１がＹ方向へバンド幅Ｗと同じ距離だけ移動される。図１４（ａ）は、３回目の走査を示し、Ｘ方向への３回目の走査により、図１４（ａ）に灰色で示す走査領域でパターンの描画が行われる。３回目の走査が終了すると、Ｙステージ７のＹ方向への移動により、基材１がＹ方向へバンド幅Ｗと同じ距離だけ移動される。図１４（ｂ）は、４回目の走査を示し、Ｘ方向への４回目の走査により、図１４（ｂ）に灰色で示す走査領域でパターンの描画が行われ、基材１全体の走査が終了する。 FIG. 13A shows the first scan, and the pattern is drawn in the scan area shown in gray in FIG. 13A by the first scan in the X direction. When the first scan is completed, the base 1 is moved in the Y direction by the same distance as the bandwidth W by the movement of the Y stage 7 in the Y direction. FIG. 13B shows the second scan, and the pattern is drawn in the scan area shown in gray in FIG. 13B by the second scan in the X direction. When the second scanning is completed, the base 1 is moved in the Y direction by the same distance as the bandwidth W by the movement of the Y stage 7 in the Y direction. FIG. 14A shows the third scan, and the pattern is drawn in the scan area shown in gray in FIG. 14A by the third scan in the X direction. When the third scan is completed, the base 1 is moved in the Y direction by the same distance as the bandwidth W by the movement of the Y stage 7 in the Y direction. FIG. 14B shows the fourth scan, and by the fourth scan in the X direction, a pattern is drawn in the scan area shown in gray in FIG. 14B, and the entire substrate 1 is scanned. finish.

複数の光ビーム照射装置２０からの複数の光ビームにより基材１の走査を並行して行うことにより、基材１全体の走査に掛かる時間を短くすることができ、タクトタイムを短縮することができる。 By scanning the substrate 1 in parallel with a plurality of light beams from the plurality of light beam irradiation devices 20, the time required for scanning the entire substrate 1 can be shortened, and the tact time can be shortened. it can.

なお、図１３及び図１４では、基材１のＸ方向の走査を４回行って、基材１全体を走査する例を示したが、走査の回数はこれに限らず、基材１のＸ方向の走査を３回以下又は５回以上行って、基材１全体を走査してもよい。 13 and 14 show an example in which the base material 1 is scanned four times in the X direction to scan the whole base material 1, but the number of scans is not limited to this, and the number of scans of the base material 1 is not limited to this. The whole substrate 1 may be scanned by scanning the direction 3 times or less or 5 times or more.

以上説明した実施の形態によれば、光ビーム発生装置において、高圧ガスをバルブ内に封入したランプ１３から光を発生し、ランプ１３から発生した光を楕円面鏡１４により集光し、楕円面鏡１４により集光した円環状に分布する光をアキシコンレンズ１６の円錐面側へ入射させ、アキシコンレンズ１６の平面側から平行な光ビームを射出して、光ビーム照射装置２０へ供給することにより、光源にランプ１３を用い、楕円面鏡１４及びアキシコンレンズ１６による簡単な構成で、高い照度の光ビームを得ることができる。 According to the embodiment described above, in the light beam generator, light is generated from the lamp 13 in which the high pressure gas is enclosed in the bulb, and the light generated from the lamp 13 is collected by the ellipsoidal mirror 14. The annularly distributed light collected by the mirror 14 is incident on the conical surface side of the axicon lens 16, a parallel light beam is emitted from the plane side of the axicon lens 16, and supplied to the light beam irradiation device 20. Thus, a light beam with high illuminance can be obtained with a simple configuration using the lamp 13 as the light source and the elliptical mirror 14 and the axicon lens 16.

さらに、光ビーム発生装置において、アキシコンレンズ１６をホルダ１８により保持し、ホルダ１８に液体通路１８ｂを設けて、アキシコンレンズ１６の温度を調節する温度調節用液体を流すことにより、高い照度の光ビームによるアキシコンレンズ１６の温度変化を抑制することができる。 Further, in the light beam generator, the axicon lens 16 is held by the holder 18, the liquid passage 18 b is provided in the holder 18, and a temperature adjusting liquid that adjusts the temperature of the axicon lens 16 is allowed to flow, whereby high illuminance is achieved. The temperature change of the axicon lens 16 due to the light beam can be suppressed.

あるいは、光ビーム発生装置において、アキシコンレンズ１６をホルダ１９により保持し、ホルダ１９に気体通路１９ｂ，１９ｃを設けて、アキシコンレンズ１６の表面に気体の流れを作ることにより、高い照度の光ビームによるアキシコンレンズ１６の温度上昇を抑制することができる。 Alternatively, in the light beam generator, the axicon lens 16 is held by the holder 19, the gas passages 19 b and 19 c are provided in the holder 19, and a gas flow is created on the surface of the axicon lens 16, so The temperature rise of the axicon lens 16 due to the beam can be suppressed.

本発明は、印刷技術によりフレキシブル基板等に表示回路、電子回路、電子部品等を作成するプリンタブルエレクトロニクス分野において、基材（基板、フィルム等）に印刷用の版（マスク）をパターニングする際に適用することができる。また、本発明は、パッケージ基材を含むプリント配線基材分野又は半導体分野において、高精細な永久パターン（保護膜、層間絶縁膜、ソルダーレジストパターン等）を形成する際にも適用することができる。これらの技術分野の製品として、例えば、電子ペーパー、電子看板、プリンタブルＴＦＴ等がある。
本発明は、特定の波長の光によって重合や硬化等の化学反応を起こす感光性樹脂を用いた基材の表面改質にも適用することができる。また、本発明は、半導体のＳｉ貫通電極（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎｖｉａ，ＴＳＶ）のチップ間のリペア配線等のパターンの形成にも適用することができる。
さらに、本発明は、印刷の版を作成する装置、輪転機の版作成装置、リソグラフやプリポート等のステンシル印刷装置又は孔版印刷装置等にも適用できる。また、本発明は、スクリーン印刷等の製版装置、半導体装置のリペア装置、パッケージ基材を含むプリント配線基材製造装置、フラットパネルディスプレイやプリント基材等の微細な電極パターンや露光用マスクのパターン作成装置にも適用することができる。
基材には、ウエハ、プリント基材、フラットパネルディスプレイ、マスク、レチクル等や、雑誌、新聞、本等の複写に用いられる板型が含まれ、さらに、それらをフィルム状にしたものも含まれる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applied to patterning a printing plate (mask) on a base material (substrate, film, etc.) in the field of printable electronics in which a display circuit, an electronic circuit, an electronic component, etc. are created on a flexible substrate by a printing technique. can do. The present invention can also be applied to the formation of a high-definition permanent pattern (protective film, interlayer insulating film, solder resist pattern, etc.) in the printed wiring substrate field or semiconductor field including a package substrate. . Examples of products in these technical fields include electronic paper, electronic signboards, and printable TFTs.
The present invention can also be applied to surface modification of a substrate using a photosensitive resin that causes a chemical reaction such as polymerization or curing by light of a specific wavelength. The present invention can also be applied to the formation of patterns such as repair wiring between chips of a semiconductor through-silicon via (TSV).
Furthermore, the present invention can be applied to a printing plate making apparatus, a rotary plate making apparatus, a stencil printing apparatus such as a lithograph or preport, a stencil printing apparatus, or the like. The present invention also relates to a plate making apparatus such as screen printing, a semiconductor device repair apparatus, a printed wiring substrate manufacturing apparatus including a package substrate, a fine electrode pattern such as a flat panel display or a printing substrate, and a pattern of an exposure mask. It can also be applied to a creation device.
Substrates include wafers, printed substrates, flat panel displays, masks, reticles, etc., and plate molds used for copying magazines, newspapers, books, etc., and those in the form of films. .

１基材
３ベース
４Ｘガイド
５Ｘステージ
６Ｙガイド
７Ｙステージ
８ θステージ
９Ｚ−チルト機構
１０チャック
１１ゲート
１２ランプハウス
１３ランプ
１４楕円面鏡
１５ミラー
１６アキシコンレンズ
１７電源供給回路
１８，１９ホルダ
１８ａ，１９ａ装着孔
１８ｂ液体通路
１８ｃ管継手
１９ｂ，１９ｃ気体通路
２０光ビーム照射装置
２０ａヘッド部
２１フライアイレンズ
２２ミラー
２３コンデンサレンズ群
２４プリズム
２５ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）
２６投影レンズ
２７ＤＭＤ駆動回路
３１，３３リニアスケール
３２，３４エンコーダ
３５エンコーダ信号分配器
４０レーザー測長系制御装置
４１レーザー光源
４２，４４レーザー干渉計
４３，４５バーミラー
５１，５２アーム
６０ステージ駆動回路
７０主制御装置
７１描画制御部
７２，７６メモリ
７３バンド幅設定部
７４中心点座標決定部
７５座標決定部
７７描画データ作成部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 3 Base 4 X guide 5 X stage 6 Y guide 7 Y stage 8 θ stage 9 Z-tilt mechanism 10 Chuck 11 Gate 12 Lamp house 13 Lamp 14 Ellipsoidal mirror 15 Mirror 16 Axicon lens 17 Power supply circuit 18 DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Holder 18a, 19a Mounting hole 18b Liquid channel | path 18c Pipe joint 19b, 19c Gas channel | path 20 Light beam irradiation apparatus 20a Head part 21 Fly eye lens 22 Mirror 23 Condenser lens group 24 Prism 25 DMD (Digital Micromirror Device)
26 Projection lens 27 DMD drive circuit 31, 33 Linear scale 32, 34 Encoder 35 Encoder signal distributor 40 Laser measurement system control device 41 Laser light source 42, 44 Laser interferometer 43, 45 Bar mirror 51, 52 Arm 60 Stage drive circuit 70 Main controller 71 Drawing control unit 72, 76 Memory 73 Bandwidth setting unit 74 Center point coordinate determining unit 75 Coordinate determining unit 77 Drawing data creating unit

Claims

A chuck for supporting a substrate coated with a photosensitive resin;
A light beam generator for generating a light beam;
A spatial light modulator that modulates a light beam generated from the light beam generator, a drive circuit that drives the spatial light modulator based on drawing data, and a light beam modulated by the spatial light modulator is irradiated. A light beam irradiation apparatus having an irradiation optical system;
A moving means for relatively moving the chuck and the light beam irradiation device;
The pattern forming apparatus draws a pattern on a substrate by relatively moving the chuck and the light beam irradiation device by the moving means, scanning the substrate with the light beam from the light beam irradiation device, and ,
The light beam generator includes a lamp in which a high-pressure gas is enclosed in a bulb, an elliptical mirror that condenses light generated from the lamp, and an annularly distributed light collected by the elliptical mirror. A pattern forming apparatus comprising: an axicon lens that is incident on the surface side and emits a parallel light beam from the plane side.

The light beam generator has a holder for holding the axicon lens,
The pattern forming apparatus according to claim 1, wherein the holder has a liquid passage through which a liquid for adjusting a temperature of the axicon lens flows.

The light beam generator has a holder for holding the axicon lens,
The pattern forming apparatus according to claim 1, wherein the holder has a gas passage that creates a gas flow on a surface of the axicon lens.

Support the substrate coated with photosensitive resin with a chuck,
Generate a light beam from the light beam generator,
A chuck, a spatial light modulator that modulates the light beam generated from the light beam generator, a drive circuit that drives the spatial light modulator based on drawing data, and a light beam modulated by the spatial light modulator. Move relatively with the light beam irradiation device having the irradiation optical system to irradiate,
A pattern forming method of drawing a pattern on a substrate by scanning the substrate with a light beam from a light beam irradiation device,
In a light beam generator, light is generated from a lamp in which a high-pressure gas is enclosed in a bulb, the light generated from the lamp is collected by an ellipsoidal mirror, and the circularly distributed light collected by the ellipsoidal mirror is A pattern forming method, wherein the light is incident on a conical surface side of a conlens, a parallel light beam is emitted from a flat surface side of the axicon lens, and supplied to a light beam irradiation device.

In the light beam generator, the axicon lens is held by a holder,
The pattern forming method according to claim 4, wherein a liquid passage is provided in the holder and a liquid for adjusting the temperature of the axicon lens is allowed to flow.

In the light beam generator, the axicon lens is held by a holder,
The pattern forming method according to claim 4, wherein a gas flow is created on the surface of the axicon lens by providing a gas passage in the holder.