JP2023046888A - Light irradiation apparatus and drawing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光照射装置および描画装置に関する。 The present invention relates to a light irradiation device and a drawing device.
従来、描画装置の光源として半導体レーザ(LD)が用いられている。例えば、特許文献1の光照射装置では、複数のLDから所定位置に向けてレーザ光を出射する光源ユニットと、当該所定位置に配置され、光源ユニットからのレーザ光を光軸に沿って照射面へと導く照射光学系とが設けられる。当該照射光学系では、複数のLDから入射する光が、光軸に垂直な一の方向に配列された複数の要素レンズにより複数の光束に分割され、集光レンズ部により、当該複数の光束の照射領域が照射面上にて重ねられる。これにより、均一な強度分布を有する高強度の光を照射面に照射することが可能である。また、特許文献1の装置では、上記照射面に空間光変調器が配置される。空間光変調器により空間変調された光が基板上に照射され、パターンが描画される。なお、特許文献2ないし4では、可変アッテネータによりレーザ光の強度を変更する手法が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser (LD) has been used as a light source for a drawing apparatus. For example, in the light irradiation device of
ところで、パターンが描画される基板には、感光材料が塗布またはラミネートされているが、当該感光材料では光波長等の光学特性によって感度が様々であるため、光の強度を変更する機能が必要となる。特許文献1のように光源としてLDを用いる場合に、LDの駆動電流値を制御することにより光の強度を変更することも可能であるが、LDの発熱状態が変化することにより発光点の位置がずれてしまい、照射面上において光の強度分布が不均一になることがある。そこで、特許文献2ないし4のように、可変アッテネータを用いることにより、LDの駆動電流値および発熱状態を一定にしつつ光の強度を変更することが考えられる。しかしながら、可変アッテネータは、通常、光が平行光となっている位置に配置されるため、光学系において平行光を形成するためのレンズの追加が必要となり、光照射装置のサイズが大型化する場合がある。
A substrate on which a pattern is drawn is coated or laminated with a photosensitive material. Since the sensitivity of the photosensitive material varies depending on the optical characteristics such as the wavelength of light, a function to change the intensity of light is required. Become. When an LD is used as a light source as in
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光照射装置の大型化を避けつつ、所望の強度の光を照射面に適切に照射することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to appropriately irradiate an irradiation surface with light of a desired intensity while avoiding an increase in the size of a light irradiation device.
請求項1に記載の発明は、光照射装置であって、所定位置に向けて光を出射する光源部と、前記所定位置に配置され、前記光を光軸に沿って照射面へと導く照射光学系とを備え、前記照射光学系が、前記光軸に垂直な一の方向に沿って見た場合に前記光が発散光または収束光となっている位置に配置され、両主面の法線が前記一の方向に垂直な平板である透光板の前記光軸に対する角度を変更することにより、前記光の強度を変化させる可変アッテネータと、前記可変アッテネータと前記照射面との間に配置されるレンズを、前記光軸に沿って移動することにより、前記一の方向に沿って見た場合に前記光の集光位置を前記照射面上に配置するフォーカスレンズ機構とを備える。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光照射装置であって、前記透光板の前記光軸に対する角度と、前記光の集光位置を前記照射面上に配置するための前記レンズの移動量との関係を示す情報を用いて、前記フォーカスレンズ機構を制御するフォーカス制御部をさらに備える。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の光照射装置であって、前記可変アッテネータが、前記透光板と同様の構造であるもう1つの透光板を有し、前記可変アッテネータにおいて、前記透光板および前記もう1つの透光板が前記光軸に沿って並び、前記一の方向に沿って見た場合に、前記透光板および前記もう1つの透光板が、両者間に想定した、前記光軸に垂直な線に対して対称な姿勢である。
The invention according to claim 3 is the light irradiation device according to
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の光照射装置であって、前記照射光学系が、前記一の方向に配列された複数の要素レンズを有し、前記光を前記複数の要素レンズにより複数の光束に分割する分割レンズ部と、前記分割レンズ部と前記照射面との間に配置され、前記照射面上にて前記複数の光束の照射領域を重ねる集光部とを備え、前記一の方向に沿って見た場合に前記光が前記分割レンズ部の内部または近傍において集光し、前記分割レンズ部と前記フォーカスレンズ機構の前記レンズとの間に、前記可変アッテネータの前記透光板が配置される。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、描画装置であって、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光照射装置と、前記光照射装置における前記照射面に配置される空間光変調器と、前記空間光変調器により空間変調された光を対象物上に導く投影光学系と、前記空間変調された光の前記対象物上における照射位置を移動する移動機構と、前記移動機構による前記照射位置の移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部とを備える。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a drawing apparatus comprising: the light irradiation device according to any one of the first to fourth aspects; and a spatial light modulator arranged on the irradiation surface of the light irradiation device. a projection optical system for guiding the light spatially modulated by the spatial light modulator onto an object; a moving mechanism for moving the irradiation position of the spatially modulated light on the object; and the irradiation by the moving mechanism. and a control unit for controlling the spatial light modulator in synchronization with the movement of the position.
本発明によれば、光照射装置の大型化を避けつつ、所望の強度の光を照射面に適切に照射することができる。 According to the present invention, it is possible to appropriately irradiate an irradiation surface with light of a desired intensity while avoiding an increase in the size of the light irradiation device.
図1は、本発明の一の実施の形態に係る描画装置1の構成を示す図である。描画装置1は、感光材料が表面に付与された半導体基板、樹脂基板、ガラス基板等の基板9の表面に光ビームを照射してパターンを描画する直接描画装置であり、半導体装置、プリント配線基板、平面表示装置(FPD)等の製造に用いられる。描画装置1は、ステージ21と、移動機構22と、光照射装置31と、空間光変調器32と、投影光学系33と、制御部11とを備える。ステージ21は基板9を保持する。移動機構22は、モータ等を有し、ステージ21を基板9の主面に沿って移動する。移動機構22は、基板9を、主面に垂直な軸を中心として回動してもよい。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a
光照射装置31は、ミラー39を介して空間光変調器32にライン状の光を照射する。光照射装置31の詳細については後述する。空間光変調器32は、例えば回折格子型かつ反射型であり、格子の深さを変更することができる回折格子である。空間光変調器32は、半導体装置製造技術を利用して製造される。本実施の形態に用いられる回折格子型の光変調器は、例えば、GLV(グレーティング・ライト・バルブ)(登録商標)である。空間光変調器32は一列に配列された複数の格子要素を有し、各格子要素は1次回折光が出射される状態と、0次回折光(0次光)が出射される状態との間で遷移する。このようにして、空間光変調器32から空間変調された光が出射される。
The
投影光学系33は、遮光板331と、レンズ332と、レンズ333と、絞り板334と、フォーカシングレンズ335とを備える。遮光板331は、ゴースト光および高次回折光の一部を遮蔽し、空間光変調器32からの光を通過させる。レンズ332,333はズーム部を構成する。絞り板334は、(±1)次回折光(および高次回折光)を遮蔽し、0次回折光を通過させる。絞り板334を通過した光は、フォーカシングレンズ335により基板9の主面上に導かれる。このようにして、空間光変調器32により空間変調された光が、投影光学系33により基板9上に導かれる。
The projection
制御部11は、光照射装置31、空間光変調器32および移動機構22に接続され、これらの構成を制御する。制御部11は、例えば、CPUおよびメモリ等を備えるコンピュータにより実現される。制御部11の全部または一部の機能は、電気回路により実現されてもよい。描画装置1では、移動機構22がステージ21を移動することにより、空間光変調器32からの光の基板9上における照射位置が移動する。また、制御部11が、移動機構22による当該照射位置の移動に同期して、空間光変調器32を制御する。これにより、基板9上の感光材料に所望のパターンが描画される。
The
図2および図3は、光照射装置31の構成を示す図である。図2および図3では、後述の照射光学系5の光軸J1に平行な方向をZ方向として示し、Z方向に垂直、かつ、互いに直交する方向をX方向およびY方向として示している(以下同様)。図2は、Y方向に沿って見た光照射装置31の構成を示し、図3は、X方向に沿って見た光照射装置31の構成を示す。
2 and 3 are diagrams showing the configuration of the
図2および図3に示す光照射装置31は、光源ユニット40と、照射光学系5とを備える。光源ユニット40は、複数の光源部4を有し、各光源部4は、1つの光源41と、1つのコリメータレンズ42とを有する。本実施の形態における光源41は、半導体レーザ(LD)である。複数の光源部4の光源41は、ZX平面に平行な面(以下、「光源配列面」という。)上において、およそX方向に配列される。各光源41から出射されるレーザ光は、コリメータレンズ42によりコリメートされて照射光学系5に入射する。光源ユニット40では、光源部4から出射されるレーザ光の出射方向を調整する機構(図示省略)が設けられる。当該機構を調整することにより、複数の光源部4からのレーザ光が照射される照射光学系5上の位置をおよそ一致させることが可能となる。このように、光源ユニット40では、光源配列面上に配列された複数の光源部4により、光源配列面に沿う互いに異なる方向から照射光学系5上の同じ位置(後述の分割レンズ部62)に向けてレーザ光が出射される。
The
照射光学系5は、光源ユニット40によるレーザ光の照射位置に配置される。照射光学系5は、当該レーザ光を光軸J1に沿って照射面(図2および図3中にて符号320を付す実線にて示す。)である空間光変調器32の表面、すなわち、複数の格子要素の表面へと導く。既述のように、光照射装置31からの光は、ミラー39を介して空間光変調器32に照射されるため、実際には、光照射装置31はミラー39を構成要素として含むが、図2および図3では、図示の便宜上、ミラー39を省略している(以下同様)。
The irradiation
照射光学系5は、シリンダーレンズ611と、分割レンズ部62と、光路長差生成部63と、シリンダーレンズ641と、集光部65と、フォーカスレンズ機構67とを備える。照射光学系5では、光源ユニット40から照射面320に向かって、シリンダーレンズ611、分割レンズ部62、光路長差生成部63、シリンダーレンズ641、集光部65、フォーカスレンズ機構67の順に、これらの構成が光軸J1に沿って配置される。
The irradiation
シリンダーレンズ611はY方向のみに正のパワーを有する。分割レンズ部62は、照射光学系5の光軸J1に垂直、かつ、光源配列面に沿う方向(ここでは、X方向)に一定のピッチにて密に配列された複数のレンズ620(以下、「要素レンズ620」という。)を備える。分割レンズ部62は、いわゆるフライアイレンズである。各要素レンズ620は、略ブロック状であり、(-Z)側(シリンダーレンズ611側)に位置する面である第1レンズ面と、(+Z)側(光路長差生成部63側)に位置する面である第2レンズ面とを有する。第1レンズ面および第2レンズ面は、光軸J1に垂直な面に対して対称形状である。例えば、第1レンズ面は、第2レンズ面の焦点に配置され、第2レンズ面は、第1レンズ面の焦点に配置される。すなわち、第1レンズ面および第2レンズ面の焦点距離は同じである。X方向に積層された複数の要素レンズ620は、一繋がりの部材として形成されてもよく、個別に形成された複数の要素レンズ620が互いに接合されてもよい。
光路長差生成部63は、光軸J1に垂直、かつ、光源配列面に沿う方向(X方向)に一定のピッチにて密に配列された複数の透光部630を備える。図2の例では、光路長差生成部63における透光部630の個数は、分割レンズ部62における要素レンズ620の個数よりも1つだけ少ない。また、透光部630の配列ピッチは、要素レンズ620の配列ピッチと等しい。各透光部630は、X方向、Y方向およびZ方向に垂直な面を有するブロック状である。X方向に一列に並ぶ複数の透光部630では、X方向およびY方向の長さは同じであり、Z方向、すなわち、光軸J1方向の長さは互いに相違する。このように、複数の透光部630は互いに異なる光路長を有する。
The optical path
図2の例では、複数の透光部630のうち(+X)側に位置する透光部630ほど光軸J1方向の長さが小さい。複数の透光部630の光軸J1方向の長さは、必ずしもX方向に沿って順次長くなる(または、短くなる)必要はなく、任意の凹凸形状であってよい。本実施の形態では、光路長差生成部63における複数の透光部630は同じ材料にて、一繋がりの部材として形成される。光路長差生成部63では、個別に形成された複数の透光部630が互いに接合されてもよい。
In the example of FIG. 2, among the plurality of light transmitting
シリンダーレンズ641はY方向のみに負のパワーを有する。集光部65は、第1結像レンズ651と、第2結像レンズ652とを有する。第1結像レンズ651および第2結像レンズ652は、光軸J1に沿って順に配置され、共に正のパワーを有する。第1結像レンズ651と第2結像レンズ652との間には、可変アッテネータ66の後述の第1透光板661および第2透光板662が設けられる。可変アッテネータ66の詳細については後述する。フォーカスレンズ機構67は、シリンダーレンズ671と、レンズ移動機構672とを備える。シリンダーレンズ671はY方向のみに正のパワーを有する。レンズ移動機構672は、モータ等を有し、シリンダーレンズ671を光軸J1に沿って移動する。
図2に示すようにY方向に沿って見た場合に、複数の光源部4からのコリメートされたレーザ光は、シリンダーレンズ611を通過し、平行光の状態で分割レンズ部62に入射する。複数の要素レンズ620では、光源ユニット40からの光がX方向に関して分割される。このとき、各要素レンズ620の第1レンズ面には各光源部4からの平行光が入射し、第2レンズ面またはその近傍にて集光する。複数の要素レンズ620にて分割された光(複数の光束)は、主光線が光軸J1に平行となるように第2レンズ面から出射される。各要素レンズ620から出射された光束は発散しつつ、光路長差生成部63に入射する。
When viewed along the Y direction as shown in FIG. 2, the collimated laser beams from the plurality of
分割レンズ部62と光路長差生成部63とはZ方向に互いに近接して配置され、X方向に関して、最も(+X)側の要素レンズ620を除く複数の要素レンズ620と複数の透光部630とがそれぞれ同じ位置に配置される。したがって、これらの要素レンズ620を通過した複数の光束が、複数の透光部630をそれぞれ透過する。なお、最も(+X)側の要素レンズ620を通過した光束は、いずれの透光部630も通過しない。光路長差生成部63では、分割レンズ部62における要素レンズ620の個数と同じ個数の透光部630が設けられてもよい。この場合、複数(全て)の要素レンズ620を通過した光が、複数の透光部630にそれぞれ入射する。
The divided
光路長差生成部63を通過した複数の光束(いずれの透光部630も通過しない光束を含む。)は、シリンダーレンズ641、第1結像レンズ651、可変アッテネータ66および第2結像レンズ652を順に通過する。Y方向に沿って見た場合に、第2結像レンズ652から出射される複数の光束は、集光部65(第1結像レンズ651および第2結像レンズ652)の作用により略平行光となり、シリンダーレンズ671を通過して照射面320において重畳される。すなわち、複数の要素レンズ620から出射された複数の光束の照射領域50が、照射面320において全体的に重ねられる。記述のように、照射面320には空間光変調器32が配置される。図2および図3では、照射領域50を太い実線にて示している。
A plurality of light beams that have passed through the optical path length difference generator 63 (including light beams that do not pass through any of the light transmitting portions 630 ) pass through the
照射領域50は、X方向に関して一定の幅を有する。既述のように、複数の要素レンズ620から出射される複数の光束は、互いに異なる透光部630を通過しているため、分割レンズ部62と照射面320との間において複数の光束に光路長差が生じる。したがって、複数の要素レンズ620にて分割された光の干渉により、照射面320において干渉縞が生じることが抑制(または防止)される。その結果、図4の上段に示すように、照射面320上においてX方向における光の強度分布が均一となる。複数の透光部630のうちの2つの透光部630の各組合せでは、当該2つの透光部630を通過する光束の光路長の差が、光源部4から出射されるレーザ光の可干渉距離以上であることが好ましい。
The
図3に示すようにX方向に沿って見た場合に、光源ユニット40からの平行光は、シリンダーレンズ611により収束しつつ分割レンズ部62に入射する。当該光は、要素レンズ620の第1レンズ面またはその近傍(要素レンズ620の内部または外部のいずれであってもよい。)にて集光し、第2レンズ面から平行光として出射される。光路長差生成部63を通過した光は、シリンダーレンズ641により発散光となり、第1結像レンズ651、可変アッテネータ66および第2結像レンズ652を順に通過する。第2結像レンズ652から出射される光は、集光部65(第1結像レンズ651および第2結像レンズ652)の作用により平行光となり、フォーカスレンズ機構67のシリンダーレンズ671に入射する。
When viewed along the X direction as shown in FIG. 3 , the parallel light from the
シリンダーレンズ671から出射される光は、照射面320上において集光する。したがって、照射面320において、各要素レンズ620からの光の照射領域50は、X方向に伸びるライン状となる。これにより、複数の要素レンズ620を通過した光の集合であって、照射面320上における断面(すなわち、光軸J1に垂直な光束断面)がX方向に伸びるライン状となるライン照明光が得られる。図4の下段では、Y方向におけるライン照明光の強度分布を示している。ライン照明光のY方向の幅は、例えば十数μmであり、X方向の幅は、例えば数十mmである。
Light emitted from the
次に、可変アッテネータ66について説明する。図3に示すように、可変アッテネータ66は、第1透光板661と、第2透光板662と、透光板回動機構663とを備える。第1透光板661および第2透光板662は、第1結像レンズ651と第2結像レンズ652との間において光軸J1に沿って並ぶ。第1透光板661および第2透光板662のそれぞれは、両主面の法線がX方向に垂直な平板である。例えば、各透光板661,662の主面には、入射角によって透過率が変化する誘電体多層膜等がコートされる。
Next,
透光板回動機構663は、第1透光板661および第2透光板662のそれぞれを、X方向に平行な軸を中心として回動する。以下の説明では、X方向に沿って見た場合に、各透光板661,662の法線と光軸J1とがなす角度を、「回動角」という。透光板661,662の初期位置では、回動角は0°である。透光板回動機構663では、第1透光板661および第2透光板662は、例えば、ノーバックラッシギア等を介して1つのモータに接続されており、互いに異なる回動方向に同じ角度だけ回動する。したがって、第1透光板661および第2透光板662は、光軸J1方向における両者間の中央に想定した、光軸J1に垂直な線K1(図3中に二点鎖線にて示す。)に対して、常時対称な姿勢となる。第1透光板661および第2透光板662の光軸J1に対する角度(すなわち、回動角)を変更することにより、可変アッテネータ66を通過した光の強度を変化させることが可能である。
The light-transmitting
既述のように、可変アッテネータ66は、X方向に沿って見た場合に、光が発散光となっている位置に配置される。この場合、第1透光板661および第2透光板662の光軸J1に対する角度を変更すると、照射面320の近傍における、X方向に沿って見た光の集光位置が、光軸J1方向に移動する(ずれる)。以下、透光板661,662の回動により集光位置が光軸J1方向にずれる現象について説明する。
As described above, the
図5は、2つの平行平板811を用いた光学系81を示す図である。図5の光学系81では、物体面810からの光がレンズ812により像面819へと導かれ、レンズ812と像面819との間の位置、すなわち、当該光が収束光となる位置に、2つの平行平板811が配置される。2つの平行平板811は、可変アッテネータ66の第1透光板661および第2透光板662に相当する。レンズ812の焦点距離はf=60mmとしている。図5では、左右方向をZ方向、上下方向をY方向、紙面に垂直な方向をX方向とする。
FIG. 5 is a diagram showing an
図6Aおよび図6Bは、各平行平板811の回動角が0°である場合の光学系81における光線追跡の結果を示す図である。図6Aでは、レンズ812および2つの平行平板811の近傍における光線を示し、図6Bでは、像面819の近傍における光線を示している。図6Aおよび図6Bでは、(+Z)側の平行平板811の光軸出口を基準として、Z方向における像面819の位置は77.268mmである。
6A and 6B are diagrams showing the results of ray tracing in the
図7Aおよび図7Bは、2つの平行平板811を互いに異なる回動方向に回動し、回動角を30°とした場合の光学系81における光線追跡の結果を示す図である。図7Aおよび図7Bは、それぞれ図6Aおよび図6Bに対応する。また、図7Bでは、Z方向において図6Bの像面819と同じ位置に参照面818を図示している。図6Bと図7Bとを比較すると、図7Bにおける参照面818での光線群の太さが、図6Bにおける像面819での光線群の太さよりも大きい。すなわち、図7Bでは、図6Bの像面819に対応する参照面818よりも(+Z)側に集光点がずれている。図6Bおよび図7Bの例では、最良の集光点(または、最良像面)の位置は、77.268mmから77.837mmに移動している。
7A and 7B are diagrams showing the results of ray tracing in the
図7Aおよび図7Bの場合に、物像間距離を変化させずに、元の位置(参照面818の位置)に集光点を戻すためには、レンズ812を物体側((-Z)側)に移動させる必要がある。なお、この場合、結像側のNAが変化し、倍率変化、軸外物体の結像位置(Y方向)も変化することになる。
In the case of FIGS. 7A and 7B, in order to return the focal point to the original position (the position of the reference surface 818) without changing the object-image distance, the
図8に示すように、屈折率n、厚さdの平行平板821が挿入された場合、近軸計算では、像面が後方に移動する距離PP’は、数1により求められる。
As shown in FIG. 8, when a
(数1)
PP’=(1-1/n)・d
図8の結像系の横倍率をMとすると、縦倍率はM2となるため、レンズ(図示省略)を光軸方向(Z方向)に(PP’/M2)だけ移動することにより、平行平板821がない場合の合焦位置に像面を移動させることができる。図7Aおよび図7Bの場合、1つの平行平板811の厚さをDとして、平行平板811の回動角θの回動により、数1中の実質的な厚さd(Y方向に垂直な断面上におけるZ方向の長さ)は、2Dから2D/cos(θ)まで変化することになり、その分、結像位置が変化する。なお、平行平板811を光路中に挿入することによる結像に対する影響としては、球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差、歪曲収差等が影響を受けるため、レンズの移動量に対し、実用上の影響が小さくなるように、設計対応することが好ましい。
(Number 1)
PP′=(1−1/n)・d
Assuming that the lateral magnification of the imaging system in FIG. 8 is M, the longitudinal magnification is M2 . The image plane can be moved to the in-focus position when the
上記光学系81において、物体側と結像側とを入れ替えた構造が、図2および図3の照射光学系5に用いられる構造となる。図2に示すようにY方向に沿って見た場合に、分割レンズ部62の出口が光学系81の像点に相当する。また、図3に示すようにX方向に沿って見た場合に、分割レンズ部62の入口が光学系81の像点に相当する。可変アッテネータ66における透光板661,662の回動により、数1中の実質的な厚さdが変化した場合、Y方向に沿って見た図2では、集光部65(第1結像レンズ651および第2結像レンズ652)から(+Z)側における略平行光の状態が崩れて、照射面320、すなわち、空間光変調器32の表面に光が到達する。しかしながら、この場合でも、照射面320上のライン照明光における強度の均一性に対する影響は少ない。実際には、ライン照明光のX方向の幅が変化するが、空間光変調器32の表面における変調可能領域よりも広い範囲を照明する設計とすることにより、実用上の問題は発生しない。
In the
一方、X方向に沿って見た図3では、透光板661,662の実質的な厚さdの変化により、集光位置が光軸J1方向にずれる。描画装置1におけるパターン描画の精度を確保するには、空間光変調器32の表面に集光位置を配置する必要がある。そこで、照射光学系5では、集光位置のずれを解消するために、フォーカスレンズ機構67のシリンダーレンズ671を光軸J1に沿って前後に移動し、集光位置を照射面320上に配置する動作、すなわち、空間光変調器32の表面にフォーカスを合わせる動作が行われる。なお、図3の例では、光が発散光となっている位置に、透光板661,662が配置されるが、光が収束光となっている位置に配置する場合も同様である。
On the other hand, in FIG. 3 viewed along the X direction, the condensing position shifts in the direction of the optical axis J1 due to the change in the substantial thickness d of the
図3に示すように、照射光学系5は、アッテネータ制御部51と、フォーカス制御部52とをさらに備える。アッテネータ制御部51およびフォーカス制御部52は、図1の制御部11の一部であってもよい。アッテネータ制御部51は、可変アッテネータ66を制御する。フォーカス制御部52は、フォーカスレンズ機構67を制御する。
As shown in FIG. 3 , the irradiation
図9は、可変アッテネータ66の減衰率、可変アッテネータ66の回動角、および、フォーカスレンズ機構67の移動量の関係を示す図である。可変アッテネータ66の減衰率は、可変アッテネータ66による光の減衰率を示す。可変アッテネータ66の回動角は、透光板661,662の回動角を示す。フォーカスレンズ機構67の移動量は、X方向に沿って見た場合における光の集光位置を照射面320上に配置するために、所定の基準位置からシリンダーレンズ671をZ方向に移動する移動量を示す。図9中の線L1は、可変アッテネータ66の減衰率と可変アッテネータ66の回動角との関係を示し、線L2は、可変アッテネータ66の減衰率とフォーカスレンズ機構67の移動量との関係を示す。これらの関係は、実験や演算等により取得することが可能である。なお、図9中の左側および右側の縦軸の値は、モータのパルス数に関する値を示している。ただし、左側の縦軸における0は、回動角が0°であることを示し、右側の縦軸における0は、移動量が0であることを示す。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the attenuation rate of the
図1の光照射装置31では、可変アッテネータ66の回動角とフォーカスレンズ機構67の移動量との関係を示す回動角-移動量情報521が、フォーカス制御部52に予め記憶される。回動角-移動量情報521は、例えば、図9から導くことが可能である。回動角-移動量情報521は、近似式であってもよく、テーブルであってもよい。
In the
描画装置1においてパターンを描画する際には、各光源(LD)41の駆動電流値が一定とされ、一定の発熱状態が維持される。図1の制御部11では、基板9上の感光材料の感度に応じた露光量が設定される。また、移動機構22による基板9の移動速度も設定される。露光量の設定値、および、移動速度の設定値から、可変アッテネータ66において必要とされる減衰率が求められ、これにより、可変アッテネータ66の回動角の設定値が決定される。なお、基板9に対する露光量と、基板9の移動速度と、可変アッテネータ66の回動角との関係が予め取得され、露光量の設定値、および、移動速度の設定値から、可変アッテネータ66の回動角の設定値が決定されてもよい。
When a pattern is drawn by the
可変アッテネータ66の回動角の設定値が決定されると、回動角-移動量情報521から回動角の設定値に対応するフォーカスレンズ機構67の移動量の設定値が特定される。その後、アッテネータ制御部51により可変アッテネータ66が制御され、透光板661,662の回動角が設定値に合わせられる。また、フォーカス制御部52によりフォーカスレンズ機構67が制御され、シリンダーレンズ671が移動量の設定値だけ基準位置からZ方向に移動される。これにより、X方向に沿って見た光の集光位置が照射面320上に配置される。実際にパターンを描画する際には、移動速度の設定値にて基板9を連続的に移動しつつ、空間光変調器32を制御することにより、基板9上にパターンが描画される。
When the set value of the rotation angle of the
なお、微細なパターニングや位置合わせが必要となる場合には、透光板661,662の回動、および、シリンダーレンズ671の移動後に、ステージ21上に設けた撮像部等により、光ビームの光学像を検出することが好ましい。この場合、当該光学像に基づいて、空間光変調器32における複数の格子要素の制御タイミング等を調整することにより、ステージ21上における照射領域の幅や照射位置、照射面320上のライン照明光の傾きの影響等を補正することが可能である。
When fine patterning or alignment is required, after the
ここで、可変アッテネータを用いて、所望の強度の光を照射面に照射する比較例の光照射装置を想定する。可変アッテネータは、通常、光が平行光となっている位置に配置されるため、比較例の光照射装置では、平行光を形成するためのレンズが追加される。この場合、照射光学系の全長が長くなり、サイズが大型化してしまう。また、比較例の光照射装置において、光が発散光となっている位置に可変アッテネータを配置する場合には、図6Bおよび図7Bを参照して説明したように、透光板の回動角を変更することにより、当該透光板を通過した光の集光位置が変化してしまう。その結果、光を照射面上にて適切に集光させることができなくなる。 Here, a light irradiation device of a comparative example is assumed which uses a variable attenuator to irradiate an irradiation surface with light of desired intensity. Since the variable attenuator is usually arranged at a position where light is parallel light, a lens for forming parallel light is added in the light irradiation device of the comparative example. In this case, the total length of the irradiation optical system is long, and the size is increased. Further, in the light irradiation device of the comparative example, when the variable attenuator is arranged at a position where the light is divergent light, as described with reference to FIGS. 6B and 7B, the rotation angle of the transparent plate By changing , the condensing position of the light that has passed through the translucent plate changes. As a result, the light cannot be properly collected on the irradiation surface.
これに対し、図2および図3の光照射装置31では、照射光学系5が、可変アッテネータ66と、フォーカスレンズ機構67とを備える。可変アッテネータ66は、光軸J1に垂直な一の方向に沿って見た場合に光が発散光となっている位置に配置され、両主面の法線が当該一の方向に垂直な平板である透光板661,662の光軸J1に対する角度を変更することにより、当該光の強度を変化させる。また、フォーカスレンズ機構67は、可変アッテネータ66と照射面320との間に配置されるシリンダーレンズ671を、光軸J1に沿って移動することにより、当該一の方向に沿って見た場合に当該光の集光位置を照射面320上に配置する。
On the other hand, in the
このように、可変アッテネータ66を、光が平行光となっていない位置に配置することにより、光学設計の自由度が増し、照射光学系5の全長が長くなる設計を避ける、すなわち、光照射装置31の大型化を避けることができる。これにより、光照射装置31を軽量かつコンパクトにすることができる。また、フォーカスレンズ機構67が、透光板661,662の回動角に合わせてシリンダーレンズ671を移動することにより、上記集光位置を照射面320上に配置することができる。その結果、所望の強度の光を照射面320に適切に照射することができる。上記光照射装置31を有する描画装置1では、パターンを精度よく描画して、良好な露光品質を実現することができる。
Thus, by arranging the
好ましくは、光照射装置31が、フォーカス制御部52をさらに備える。フォーカス制御部52は、透光板661,662の光軸J1に対する角度と、光の集光位置を照射面320上に配置するためのシリンダーレンズ671の移動量との関係を示す情報(上記処理例では、回動角-移動量情報521)を用いて、フォーカスレンズ機構67を制御する。これにより、所望の強度に変化させた光の集光位置を照射面320上に容易に配置することができる。
Preferably, the
好ましくは、照射光学系5が、分割レンズ部62と、集光部65とを備える。分割レンズ部62は、上記一の方向に配列された複数の要素レンズ620を有し、光を複数の要素レンズ620により複数の光束に分割する。集光部65は、分割レンズ部62と照射面320との間に配置され、照射面320上にて当該複数の光束の照射領域50を重ねる。また、当該一の方向に沿って見た場合に光が分割レンズ部62の内部または近傍において集光し、分割レンズ部62とフォーカスレンズ機構67のシリンダーレンズ671との間に、可変アッテネータ66の透光板661,662が配置される。
Preferably, the irradiation
このように、分割レンズ部62を通過して発散光となっている位置に可変アッテネータ66の透光板661,662を配置することにより、比較例の光照射装置のように、光が平行光となる位置を設けて当該位置に可変アッテネータを配置する設計に比べて、光照射装置31の大幅な小型化を図ることができる。なお、当該一の方向に沿って見た場合に光が集光する、分割レンズ部62の内部または近傍の位置は、例えば、分割レンズ部62を通過する光が、分割レンズ部62の縁を通過しない(けられない)位置であればよい。
Thus, by arranging the
既述のように、X方向に沿って見た場合に、光が収束光となっている位置に透光板661,662を配置する場合も、透光板661,662の回動により集光位置が光軸J1方向にずれる。したがって、X方向に沿って見た場合に光が発散光または収束光となっている位置に、透光板661,662を配置する場合に、光の集光位置を照射面320上に配置するフォーカスレンズ機構67が必要となる。なお、透光板661,662の回動による集光位置のずれを低減するという観点では、各透光板661,662の厚さは薄いほど好ましく、例えば5mm未満である。
As described above, even when the light-transmitting
次に、照射面320の近傍における光の集光位置がY方向にずれる場合について説明する。既述のように、図5の光学系81において、平行平板811を回動すると倍率変化が発生し、物体が光軸上からずれて配置されている場合、Y方向の結像位置もずれることになる。図10Aでは、光学系81において光軸J2上に配置された第1の物体に対する光線追跡の結果に符号R1を付し、光軸J2から(-Y)側に僅かにずれて配置された第2の物体に対する光線追跡の結果に符号R2を付している。また、図10Bでは、光軸J2からの第2の物体のずれに合わせてレンズ812を(-Y)側に僅かにずらした場合を示している。図10Bでは、光軸J2上に配置された第1の物体に対する光線追跡の結果に符号R3を付し、光軸J2から(-Y)側に僅かにずれて配置された第2の物体に対する光線追跡の結果に符号R4を付している。なお、図10Aおよび図10Bでは、平行平板811の回動角を0°で固定している。
Next, a case where the light condensing position near the
図10Aおよび図10Bから明らかなように、レンズ812の移動により、第2の物体に対する光線の集光位置が下方向に移動している。図3の照射光学系5において、透光板661,662の回動により結像位置がY方向にずれる場合でも、フォーカスレンズ機構67におけるシリンダーレンズ671をY方向に移動することにより、結像位置を修正することが可能である。したがって、好ましいフォーカスレンズ機構67では、レンズ移動機構672によりシリンダーレンズ671がY方向にも移動可能である。また、分割レンズ部62の入口での集光位置がY方向にずれている場合、空間光変調器32の表面(照射面320)上でも光軸J1に対し、集光位置がY方向にずれることになる。この場合も、シリンダーレンズ671をY方向に移動することにより、ずれを補正することが可能となる。なお、シリンダーレンズ671のY方向への移動により光学性能は低下するため、本手法は、実用上問題の無い範囲での補正機能として使用される。
As is clear from FIGS. 10A and 10B, the movement of the
ところで、光源41であるLDへの供給電流が変化した場合、または、劣化等によりLDの温度が変化した場合、LDの発光点の位置が移動し、空間光変調器32の表面上での集光位置が変化することがある。また、LDの発光点の移動は、X方向、Y方向およびZ方向のいずれにも生じ得る。したがって、フォーカスレンズ機構67のレンズが、Y方向に加えて、X方向にもパワーを有する場合、レンズを移動する上記手法はX方向にも適用可能である。このように、LDの発光点の移動が発生した場合の補正方法として、フォーカスレンズ機構67のレンズをX方向、Y方向およびZ方向に移動する手法を用いることが可能である。
By the way, when the current supplied to the LD, which is the
上記光照射装置31および描画装置1では様々な変形が可能である。
Various modifications are possible for the
上記実施の形態では、可変アッテネータ66において2つの透光板661,662が設けられるが、光照射装置31の設計によっては、1または3以上の透光板が設けられてもよい。一方、可変アッテネータでは、2つの透光板661,662を互いに異なる回動方向に同じ角度だけ回動することにより、2つの透光板661,662を通過する光路のずれが低減される。したがって、可変アッテネータ66は、同様の構造である2つの透光板661,662を有することが好ましい。この場合、当該2つの透光板661,662は光軸J1に沿って並び、光軸J1に垂直な一の方向に沿って見た場合に、当該2つの透光板661,662では、両者間に想定した、光軸J1に垂直な線に対して対称な姿勢が維持される。これにより、可変アッテネータ66における光路のずれを低減することができ、フォーカスレンズ機構67のシリンダーレンズ671の移動量を小さくすることができる。上記2つの透光板661,662を透光板ペアとして、2以上の透光板ペアを設ける場合も同様である。
In the above embodiment, two
既述のように、フォーカスレンズ機構67のレンズが、X方向およびY方向の双方にパワーを有するものであってもよい。すなわち、フォーカスレンズ機構67のレンズは、必ずしもシリンダーレンズである必要はない。また、シリンダーレンズ671の移動量は、回動角-移動量情報521を用いることなく特定されてもよい。光軸J1方向におけるシリンダーレンズ671の位置(移動量)は、光の集光位置を照射面320上に配置することが可能であるならば、例えば、ステージ21上の撮像部等により得られる光学像に基づいて決定されてもよい。
As already mentioned, the lens of the
分割レンズ部62では、要素レンズ620がX方向のみにパワーを有するシリンダーレンズであってもよい。また、集光部65は、1または3以上のレンズにより構成されてもよく、各レンズが、X方向のみにパワーを有するシリンダーレンズであってもよい。照射光学系5では、光路長差生成部63が省略されてもよい。上記可変アッテネータ66およびフォーカスレンズ機構67は、分割レンズ部62および集光部65を有しない様々な種類の照射光学系において用いられてもよい。
In the divided
光源部4の個数は、1つであってもよい。一方、複数の光源部4からの光を照射光学系5に入射させる構成では、可変アッテネータ66が配置可能な位置が大幅に制限されるため、可変アッテネータ66およびフォーカスレンズ機構67を用いる上記手法は、複数の光源部4を有する光照射装置31に適しているといえる。光源部4では、LED等、半導体レーザ(LD)以外の光源が用いられてもよい。
The number of
描画装置1において、光照射装置31の照射面320に配置される空間光変調器32は、回折格子型の光変調器以外であってよく、例えば、微小なミラーの集合を用いた空間光変調器が用いられてもよい。
In the
基板9上の光の照射位置を移動する移動機構は、ステージ21を移動する移動機構22以外であってもよく、例えば、光照射装置31、空間光変調器32および投影光学系33を含むヘッドを基板9に対して移動する移動機構であってもよい。
The moving mechanism for moving the irradiation position of the light on the substrate 9 may be other than the moving
描画装置1にて描画が行われる対象物は、半導体基板、樹脂基板、ガラス基板以外の基板であってよく、また、基板以外であってもよい。光照射装置31は、描画装置1以外に用いられてもよい。
An object on which drawing is performed by the
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above embodiment and each modified example may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.
1 描画装置
4 光源部
5 照射光学系
9 基板
11 制御部
22 移動機構
31 光照射装置
32 空間光変調器
33 投影光学系
50 照射領域
52 フォーカス制御部
62 分割レンズ部
65 集光部
66 可変アッテネータ
67 フォーカスレンズ機構
320 照射面
521 回動角-移動量情報
620 要素レンズ
661,662 透光板
671 シリンダーレンズ
J1 (照射光学系の)光軸
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
所定位置に向けて光を出射する光源部と、
前記所定位置に配置され、前記光を光軸に沿って照射面へと導く照射光学系と、
を備え、
前記照射光学系が、
前記光軸に垂直な一の方向に沿って見た場合に前記光が発散光または収束光となっている位置に配置され、両主面の法線が前記一の方向に垂直な平板である透光板の前記光軸に対する角度を変更することにより、前記光の強度を変化させる可変アッテネータと、
前記可変アッテネータと前記照射面との間に配置されるレンズを、前記光軸に沿って移動することにより、前記一の方向に沿って見た場合に前記光の集光位置を前記照射面上に配置するフォーカスレンズ機構と、
を備えることを特徴とする光照射装置。 A light irradiation device,
a light source unit that emits light toward a predetermined position;
an irradiation optical system arranged at the predetermined position and guiding the light to an irradiation surface along an optical axis;
with
The irradiation optical system is
The flat plate is arranged at a position where the light is divergent light or convergent light when viewed along one direction perpendicular to the optical axis, and the normals of both principal surfaces are perpendicular to the one direction. a variable attenuator that changes the intensity of the light by changing the angle of the transparent plate with respect to the optical axis;
By moving the lens arranged between the variable attenuator and the irradiation surface along the optical axis, the condensing position of the light is shifted on the irradiation surface when viewed along the one direction. a focus lens mechanism to be placed in the
A light irradiation device comprising:
前記透光板の前記光軸に対する角度と、前記光の集光位置を前記照射面上に配置するための前記レンズの移動量との関係を示す情報を用いて、前記フォーカスレンズ機構を制御するフォーカス制御部をさらに備えることを特徴とする光照射装置。 The light irradiation device according to claim 1,
The focus lens mechanism is controlled using information indicating the relationship between the angle of the transparent plate with respect to the optical axis and the amount of movement of the lens for arranging the condensing position of the light on the irradiation surface. A light irradiation device, further comprising a focus control unit.
前記可変アッテネータが、前記透光板と同様の構造であるもう1つの透光板を有し、
前記可変アッテネータにおいて、前記透光板および前記もう1つの透光板が前記光軸に沿って並び、前記一の方向に沿って見た場合に、前記透光板および前記もう1つの透光板が、両者間に想定した、前記光軸に垂直な線に対して対称な姿勢であることを特徴とする光照射装置。 The light irradiation device according to claim 1 or 2,
The variable attenuator has another light-transmitting plate having a structure similar to that of the light-transmitting plate,
In the variable attenuator, the light-transmitting plate and the another light-transmitting plate are arranged along the optical axis, and when viewed along the one direction, the light-transmitting plate and the another light-transmitting plate is symmetrical with respect to a line perpendicular to the optical axis assumed between them.
前記照射光学系が、
前記一の方向に配列された複数の要素レンズを有し、前記光を前記複数の要素レンズにより複数の光束に分割する分割レンズ部と、
前記分割レンズ部と前記照射面との間に配置され、前記照射面上にて前記複数の光束の照射領域を重ねる集光部と、
を備え、
前記一の方向に沿って見た場合に前記光が前記分割レンズ部の内部または近傍において集光し、前記分割レンズ部と前記フォーカスレンズ機構の前記レンズとの間に、前記可変アッテネータの前記透光板が配置されることを特徴とする光照射装置。 The light irradiation device according to any one of claims 1 to 3,
The irradiation optical system is
a split lens unit having a plurality of element lenses arranged in the one direction and splitting the light into a plurality of light fluxes by the plurality of element lenses;
a condensing unit disposed between the divided lens unit and the irradiation surface and overlapping the irradiation areas of the plurality of light beams on the irradiation surface;
with
When viewed along the one direction, the light is condensed inside or near the split lens section, and the transmission of the variable attenuator is provided between the split lens section and the lens of the focus lens mechanism. A light irradiation device comprising a light plate.
請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光照射装置と、
前記光照射装置における前記照射面に配置される空間光変調器と、
前記空間光変調器により空間変調された光を対象物上に導く投影光学系と、
前記空間変調された光の前記対象物上における照射位置を移動する移動機構と、
前記移動機構による前記照射位置の移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする描画装置。 A drawing device,
A light irradiation device according to any one of claims 1 to 4;
a spatial light modulator disposed on the irradiation surface of the light irradiation device;
a projection optical system that guides the light spatially modulated by the spatial light modulator onto an object;
a movement mechanism for moving the irradiation position of the spatially modulated light on the object;
a control unit that controls the spatial light modulator in synchronization with movement of the irradiation position by the moving mechanism;
A rendering device comprising:
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