JP2019117271A

JP2019117271A - 露光装置

Info

Publication number: JP2019117271A
Application number: JP2017250763A
Authority: JP
Inventors: 克朗小林; Katsuro Kobayashi
Original assignee: Adtec Engineering Co Ltd
Current assignee: Adtec Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP7427352B2

Abstract

【課題】本発明は、ＬＤを多数並べてそれぞれの光源から出射する光を被照明物体に一様に照射する露光光源を用いて、照射領域の中心付近が強く周辺が弱くなった場合でも、露光照明光の照射面での均一性を向上させることができる露光装置を提供する。【解決手段】基板を露光するための照明光を射出する露光光源であって複数の半導体レーザを含むものと、前記照明光が入射される２次元空間変調器と、前記基板を照明光に対して移動させて走査露光するためのステージとを備える露光装置において、前記露光光源と前記２次元空間変調器との間の照明光の光軸上に配置される光学フィルタを有し、前記光学フィルタは、前記光軸に対して垂直に横切る平面内で透過率が第１の方向には変化するが当該第１の方向と直角な第２の方向には変化せず、前記第１の方向の中心位置での透過率が最も高く、周辺へ向かうにしたがって透過率が低くなる。【選択図】図１

Description

本発明は、基板にパターンを露光する露光装置に関する。

プリント基板に配線パターン等を形成するため、光源として複数の半導体レーザ（以下、ＬＤと記載する）を設け、マスクを用いることなく直接基板に露光する直接描画露光装置が知られている。このような直接描画露光装置では、ＬＤを多数並べてそれぞれの光源から出射する光を被照明物体に一様に照射しようとしても、照明光学系から出射する光の指向性がガウス分布に近くなり照射領域の中心付近が強く周辺が弱くなる場合や、逆に照明の中心付近が弱く周辺が強くなる場合がある。このように照明光が均一でなくなると露光不良となりスループットが低下する。

このような露光不良を防止するため、特許文献１の図７に開示されているように、インテグレータやディフューザを設けて露光照明光を均一化する技術があるが、露光光源からの露光照明光をインテグレータへ入射させるためには極めて面倒な微調整が必要であり、時間を要していた。そのため、微調整を行わなかった場合、インテグレータへの入射光の調整不足により、露光照明光が不均一になるという問題がある。

特開２００４−０３９８７１号

本発明の目的は、前記課題を解決し、露光照明光の照射面での均一性を向上させることができる露光装置を提供するにある。

上記課題を解決するため、本願において開示される発明のうち、代表的な露光装置は、基板を露光するための照明光を射出する露光光源であって複数の半導体レーザを含むものと、前記照明光が入射される２次元空間変調器と、前記基板を照明光に対して移動させて走査露光するためのステージとを備える露光装置において、前記露光光源と前記２次元空間変調器との間の照明光の光軸上に配置される光学フィルタを有し、前記光学フィルタは、前記光軸に対して垂直に横切る平面内で透過率が第１の方向には変化するが当該第１の方向と直角な第２の方向には変化せず、前記第１の方向の中心位置での透過率が最も高く、周辺へ向かうにしたがって透過率が低くなることを特徴とする。

本発明によれば、露光照明光の照射面での均一性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る露光装置の全体構成図である。図１における照明光学系を説明するための図である。図１における光学フィルタを説明するための図である。光学フィルタを設けない場合の積算照度を説明するための図である。光学フィルタを設けた場合の積算照度を説明するための図である。光学フィルタを設けない場合の積算照度のピーク値がシフトした場合を説明するための図である。光学フィルタをＸ方向に動かして位置決めした場合の積算照度を説明するための図である。光学フィルタを設けて回転させた場合の透過率を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を実施例に沿って説明する。なお、以下の説明において、同等な各部には同一の符号を付して説明を省略する。

図１は本願発明の実施形態に係る直接描画露光装置の全体構成図である。１は露光照明ユニットである。２は照明光学系であり、ここから光軸４ａで示される方向へ出射され後述する光学フィルタ３を透過した露光照明光４は、ミラー５により、上方にある２次元空間変調器６に入射される。ここでは、２次元空間変調器６としてデジタルミラーデバイスを用いているので、２次元空間変調器をＤＭＤと記載する。

ＤＭＤ６にはＸＹ面内に多数の可動マイクロミラーがマトリックス状に配置されている。後述する制御装置７から各マイクロミラーにＯＮ／ＯＦＦ信号が送られると、ＯＮの信号を受けたマイクロミラーは一定角度傾き、入射した露光照明光を反射させて第１の投影レンズ８に入射させる。また、ＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射された露光照明光４は第１の投影レンズ８には入射せず、露光には寄与しない。投影レンズ８を透過した露光照明光はマイクロレンズアレー９に入射する。ＤＭＤ５のマイクロミラーの拡大像（又は縮小像）が形成されるマイクロレンズアレー９の位置にはそれぞれマイクロレンズが配置されている。各マイクロレンズにほぼ垂直に入射する露光照明光４（ＯＮ状態のマイクロミラーから来た露光照明光）は第２の投影レンズ１０に入射し、第２の投影レンズ１０を出射した露光照明光４は基板１１上の照射エリア１２内に露光パターンを形成する。この場合、露光照明ユニット１に対して基板１１を走査方向であるＹ方向に沿って移動させながら露光することにより、基板１１上に露光パターンが走査露光される。

７は例えばプログラム制御の処理装置を主体にしたものによって実現される制御装置であり、露光照明ユニット１内の照明光学系２、ＤＭＤ６、ステージ１３の動作を制御する。１４はステージ駆動部で、制御装置７からの制御指令を受けてステージ１３をＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させる。１５は照度検出手段で、ステージ１３上に固定され、例えばＣＣＤ型のラインセンサや照度計などの光学センサである。照度検出手段１５の受光部のＸ方向の幅は照射エリア１２のＸ方向の幅よりも十分広く設定されていて、制御装置７からの制御指令を受けてオンオフ制御され、露光照明光４を検出した場合は検出信号を制御装置７へ送信する。

図２は、図１における照明光学系２を説明するための図である。１６は露光光源で、４０５ｎｍ付近（３８０〜４２０ｎｍ）の波長の光が４００ｍＷ程度の出力で出射する青及び紫色ＬＤを基板の上に２次元配列して構成される。個々のＬＤからの出射光は、集光レンズ（集光光学系）１７により、ディフューザ１８を透過した後に光インテグレータ１９に入射する。このディフューザ１８は、波面を変化させる変調器であり、直結されたモータを駆動して回転されるガラス円板で構成される。光インテグレータ１９を透過した光は、コンデンサレンズ（コリメートレンズ）２０を通り、ミラー５で反射してＤＭＤ６に照射する。光インテグレータ１９は、集光レンズ１７により集光された２次元に配列された多数のＬＤからの出射光束を空間的に分解して多数の擬似２次光源を生成して重ね合わせて照明する光学系である。なお、露光光源１６及びディフューザ１８のモータは制御装置７により制御される。

図３（ａ）及び（ｂ）は、照明光学系２の近傍に配置される光学フィルタ３を説明するための図で（ａ）は光軸４ａの方向から見た平面図、（ｂ）は光軸４ａに対して直角方向の積算透過率の変化を示す図である。光学フィルタ３は図３（ａ）において破線で示すようにＸ方向に透過率の変化する円形領域２１を有し、円形領域２１のＺ方向の透過率は全て同じである。

円形領域２１のＸ方向の積算透過率Ｔは、光学フィルタ３を設けてステージ１３を駆動して照度検出手段１５をＹ方向に移動させ照度むらの無い均一な露光照明光４を検出したときの照度検出値をＸ方向毎に積算した値をＤ１、光学フィルタ３を設けないで同様に行った場合の値をＤ２としたとき、次式（１）で表される。
Ｔ＝（Ｄ１／Ｄ２）×１００（％）・・・（１）
これは、円形領域２１のＸ方向の中心位置Ｘ５に関して対称であって、中心位置Ｘ５から位置Ｘ１及び位置Ｘ９に向かって単調に増加するような分布となる。

図４（ａ）及び（ｂ）は、光学フィルタ３を設けない場合の積算照度を説明するための図である。図４（ａ）は積算照度を示した図であり、図４（ｂ）は照射エリア１２の照度分布を示したイメージ図である。図４（ｂ）において、黒色は積算照度の低い部分を、白色は積算照度の高い部分をそれぞれ示している。積算照度は、照度検出手段１５をＹ方向に移動させ露光照明光４を検出した場合に、Ｘ方向毎の照度を積算した値である。Ｘ方向の中心位置ｘｃが最も高く、位置ｘａ及び位置ｘｅに向かって積算照度が低下する。

図５（ａ）及び（ｂ）は、光学フィルタ３を設けた場合の照射エリア１２の積算照度を説明するための図である。図５（ａ）は積算照度を示した図であり、図５（ｂ）は照射エリア１２の照度分布を示したイメージ図である。円形領域２１の中心２２と光軸４ａの中心が一致するように光学フィルタ３を照明光学系２の近傍に位置決めすることにより、Ｘ方向の中心位置ｘｃの積算照度が最も高くなるというような照度むらが良好に補正され、基板１１上において図５（ｂ）に示すようにほぼ均一な照度分布が実現される。なお、本実施例では、透過率が円形領域２１のＸ方向の中心位置Ｘ５から位置Ｘ１及び位置Ｘ９に向かって単調に増加するような分布の光学フィルタ３を用いた場合を説明したが、中心位置Ｘ５の透過率が最も高く中心位置Ｘ５から位置Ｘ１及び位置Ｘ９に向かって単調に減少するような分布の光学フィルタ３を用いても良い。この場合、Ｘ方向の中心位置ｘｃが最も低く、位置ｘａ及び位置ｘｅに向かって積算照度が高くなる照射エリア１２の照度分布を補正することができる。

図６（ａ）及び（ｂ）は、光学フィルタ３を設けない場合であって、積算照度の高くなる位置がＸ方向の中心位置からシフトしている場合を説明するための図である。図６（ａ）は積算照度を示した図であり、図６（ｂ）は照射エリア１２の照度分布を示したイメージ図である。積算照度の最も高くなる位置が位置ｘｃから位置ｘｂへシフトしていて、このような場合、図５（ａ）と（ｂ）を用いて説明した光学フィルタ３を設けても照度むらを十分に補正することができない。

図７（ａ）及び（ｂ）は、光学フィルタ３を設けた場合であって、積算照度の高くなる位置がＸ方向の中心位置からシフトさせた場合を説明するための図である。図７（ａ）は積算照度を示した図であり、図７（ｂ）は照射エリア１２の照度分布を示したイメージ図である。光学フィルタ３の中心位置Ｘ５を照明光学系２に対してＸ方向に動かして位置決めすることにより、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように照度むらが補正され、ほぼ均一な照度分布が実現される。

図８（ａ）及び（ｂ）は、光学フィルタ３を設けてその中心２２を基準として光学フィルタ３を回転させた場合の積算透過率を説明するための図で、（ａ）は光軸４ａの方向から見た平面図、（ｂ）は光軸４ａに対して直角方向の積算透過率の変化を示す図である。光学フィルタ３を時計回りに３０度回転させた場合がＲ１、６０度回転させた場合がＲ２、９０度回転させた場合がＲ３である。光学フィルタ３を回転させない場合がＲ０で、この場合図３と同等の積算透過率となる。

Ｒ０の位置から光学フィルタ３を３０度回転させるとＲ１となり、Ｘ方向の中心位置Ｘ５が最も低く、位置Ｘ１及び位置Ｘ９に向かって積算照度が高くなる。光学フィルタ３を回転させない場合に対して比較的緩やかに中心位置Ｘ５からＸ１及びＸ９へ増加しているため、中心位置Ｘ５の照度が高くＸ１及びＸ９へ比較的緩やかに照度が低くなる場合に適用できる。

Ｒ１の位置から光学フィルタ３を３０度（Ｒ０の位置から６０度）時計回りに回転させるとＲ２となり、Ｘ３からＸ７が低く、位置Ｘ１及び位置Ｘ９に向かって積算照度が２．５％程度高くなる。Ｘ３からＸ７の照度が高くＸ１及びＸ９へ緩やかに照度が低くなる露光照明光４に適用できる。

Ｒ２の位置から光学フィルタ３を３０度（Ｒ０の位置から９０度）回転させるとＲ３となり、Ｘ３からＸ７が高く、位置Ｘ１及び位置Ｘ９に向かって積算照度が９％程度低くなる。Ｘ３からＸ７の照度が低く、Ｘ１及びＸ９へ緩やかに照度が高くなる露光照明光４に適用できる。

以上の実施形態によれば、光学フィルタ３を設けたことで照度むらのある露光照明ユニット１を用いた場合でも均一な露光照明光４を照射することができる。また、光学フィルタ３を回転させることで様々な照度むらを補正し均一な露光照明光４を照射することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、基板１１に対して露光照明ユニット１が１つ配置される場合を説明したが、露光照明ユニット１をＸ方向に２個以上設けて、同時に露光するようにしてもよい。この場合、一度に露光する面積が増えるのでスループットの向上が可能となる。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々の変形が可能で有り、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。

１露光照明ユニット
２照明光学系
３光学フィルタ
４露光照明光
５ミラー
６ＤＭＤ
７制御装置
８第１の投影レンズ
９マイクロレンズアレー
１０第２の投影レンズ
１１基板

Claims

基板を露光するための照明光を射出する露光光源であって複数の半導体レーザを含むものと、前記照明光が入射される２次元空間変調器と、前記基板を照明光に対して移動させて走査露光するためのステージとを備える露光装置において、
前記露光光源と前記２次元空間変調器との間の照明光の光軸上に配置される光学フィルタを有し、
前記光学フィルタは、前記光軸に対して垂直に横切る平面内で透過率が第１の方向には変化するが当該第１の方向と直角な第２の方向には変化せず、前記第１の方向の中心位置での透過率が最も高く、周辺へ向かうにしたがって透過率が低くなることを特徴とする露光装置。
前記光学フィルタが、前記光軸に対して垂直に横切る平面内で透過率が第１の方向には変化するが当該第１の方向と直角な第２の方向には変化せず、前記第１の方向の中心位置での透過率が最も低く、周辺へ向かうにしたがって透過率が高くなることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記光学フィルタが前記光軸に対して前記第２の方向へシフトして配置されることを特徴とする請求項１および請求項２記載の露光装置。
前記光学フィルタが前記光軸を中心に回転して配置されることを特徴とする請求項１および請求項２記載の露光装置。