JP5858085B2 - 露光装置及びその固定方法 - Google Patents
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Description
DI露光装置の露光ヘッドは、「空間光変調素子(DMD)」、「第一の投影光学系(投影レンズ)」、「マイクロレンズアレイ(MLA)」、及び「第二の投影光学系(投影レンズ)」を備える。このようなDI露光装置は、DMDで変調した光を第一の投影レンズによりMLAに上に拡大投影し、MLAを通過した光を第二の投影レンズにより、所定の光照射面に投影するという構成を有する。ここで、MLAとは、DMDの各画素部にそれぞれ対応するマイクロレンズが、当該DMDの各画素の位置に合わせてアレイ状に配置されたレンズのことである。
そこで、本発明は、高い露光精度を実現することができる露光装置を提供することを課題する。また、本発明は、当該露光装置に適用することができる固定方法を提供することも課題とする。
このような露光装置によれば、凹部を用いてホルダを吸着固定しておいてから固定具で固定することができるので、固定作業に伴うホルダの位置ずれ(延いては配列素子の位置ずれ)を抑制することができる。その結果、高精度に位置合わせされた配列素子による高い露光精度を実現することができる。
配列素子が反射型や透過型であると、配列素子の位置ずれは、後段の投影光学系などを介して露光装置の露光精度に大きな影響を及ぼすので、上述したような位置ずれの抑制によって露光精度が効果的に向上する。
このような固定方法によれば、第2工程における固定作業に伴うホルダの位置ずれ(延いては配列素子の位置ずれ)を抑制することができ、高精度に位置合わせされた配列素子による高い露光精度を実現することができる。
図1は、本実施形態の露光装置を示す概略構成図である。
露光装置1は、空間光変調素子で変調した光を投影光学系に通し、この光による像を感光材料(レジスト)上に結像させて露光するものである。このような露光装置は、空間光変調素子で画像を直接形成するため、マスク(ないしはレチクル)が不要であり、DI(ダイレクト・イメージ:直描)露光装置とよばれる。
露光装置1は、露光ヘッドユニット10と、露光対象となる基板(ワーク)Wを搬送する搬送系20と、露光ヘッドユニット10及び搬送系20を設置する設置台30とを備える。ここで、ワークWは、例えばレジストを塗布した樹脂製のプリント基板である。
ここでは、上記移動機構として、リニアモータステージを採用する例を説明する。この場合、リニアモータステージは、碁盤目状に強磁性体の凸極が設けられた平面状のプラテンの上に移動体(ステージ)をエアーにより浮上させ、移動体に磁力を印加して、移動体とプラテンの凸極との間の磁力を変化させることにより移動体(ステージ)を移動させる機構である。
本明細書では、ステージ21の移動方向をX方向とし、X方向に垂直な水平方向をY方向、鉛直方向をZ方向とする。ワークWは方形であり、一辺の方向がX方向に向き、他方の辺がY方向を向いた姿勢でステージ21上に保持されている。なお、以下の説明では、X方向をワークWの長さ方向、Y方向をワークWの幅方向ということもある。
ステージ21の移動経路は、露光ヘッドユニット10の真下を通るように設計されており、搬送系20は、ワークWを各露光ヘッド11による光の照射位置に搬送し、且つその照射位置を通過させるように構成されている。この通過の過程で、各露光ヘッド11によって形成した像のパターンがワークWに露光される。
図2は、露光ヘッド11の光学的な構成を概念的に示す図である。この図2に示すように、露光ヘッド11は、入射光学系14と、空間光変調素子15と、第一の投影レンズ16と、マイクロレンズアレイ(MLA)17と、第二の投影レンズ18とを備える。
入射光学系14は、光源13の出力光を空間光変量素子15に入射させるものであり、光ファイバ14aと、コリメートレンズ14bと、ミラー14cとを備える。ここで、光源13は、405nmや365nmといった波長を出射するランプやレーザダイオードであり、光ファイバ14aとしては、例えば石英のファイバを用いる。
空間光変調素子15としては、デジタルミラーデバイス(DMD)を使用する。DMDは、例えば13.68μm角程度の微小なミラー(画素ミラー)を二次元状に配列した配列素子である。配列数は、例えば1024×768個であり、空間光変調素子(DMD)15の全体の大きさは、例えば14mm×10.5mm程度である。
すなわち、DMD15の各画素ミラーの角度は、形成すべき画像のパターンに応じて選択的に制御される。具体的には、形成すべきパターンに応じ、光をワークWに到達させるべき位置の画素ミラーは、当該画素ミラーによって反射した光が第一の投影レンズ16に入射する角度(第一の角度)とされ、それ以外の画素ミラーは、当該画素ミラーによって反射した光が第一の投影レンズ16に入射しない角度(第二の角度)に制御される。
このように、第一の角度の画素ミラーにより反射した光のみがワークWの表面に到達し、第二の角度の画素ミラーに反射した光はワークWに到達しないようになっている。
第一の投影レンズ16は、DMD15からの像を例えば2倍から5倍に拡大してMLA17上に投影する拡大投影レンズである。
このように、DI露光装置1では、MLA17の前段(光入射側)と後段(光出射側)とに、それぞれ第一の投影レンズ16と第二の投影レンズ18とを配置している。これら第一の投影レンズ16、MLA17及び第二の投影レンズ18により、DMD15に対する投影光学系を構成している。また、第二の投影レンズ18は、MLA17に対する投影光学系を構成している。
この図4において、各露光ヘッド11による画像形成エリアは、ワークWの表面上の四角い枠(符号E)で示している。この枠で示された画像形成エリアE内に、一つの露光ヘッド11による像が形成される。
図4に示すように、露光ヘッド11はX方向において2列設けられており、ワークWの移動方向に対して後ろ側の群の各露光ヘッド11は、前側の群の各露光ヘッド11のY方向の間の位置に配置されている。
このように各露光ヘッド11を配置することにより、ワークWをX方向に移動しながら露光する際、前側の群の各露光ヘッド11による画像形成エリアEで露光できない部分を、後ろ側の各露光ヘッド11による画像形成エリアEにより露光することができる。そして、これら露光ヘッド11全体により所望の一つのパターンが形成されるようにする。
この結果、レジストを塗布したワークWが画像形成エリアEを通過し、ワークWに、元データによる露光パターンが形成される。
図5は、ベースプレート12に対する投影光学系の固定方法を概念的に示す図である。なお、この図5では、ガントリー31の図示は省略している。
ベースプレート12には、DMD15により反射された光が通過する貫通孔12aが形成されている。
さらに、ベースプレート12の上面には、MLA17の上方に第一の投影レンズ16が配置されるように、当該第一の投影レンズ16を保持する第一の投影レンズホルダ16aを固定する。ここで、第一の投影レンズ16は、例えば、ねじ止めにより第一の投影レンズホルダ16aに保持される。また、第一の投影レンズホルダ16aは、ねじ16bによってベースプレート12にねじ止めされている。
また、第一の投影レンズ16の上部には入射光学系14が、例えば、ねじ止めにより固定され、その入射光学系14に、DMD15を保持したDMDホルダ15aが固定されている。
図6は、DMDホルダとMLAホルダの固定位置を示す図である。
この図6には、図5で概念的に示したDMDホルダとMLAホルダの固定位置が具体的に示されている。
MLAホルダ17bは、第一の投影レンズホルダ16aにほぼ覆われた状態でベースプレート12に固定されており、後で詳述する調整用のアームが第一の投影レンズホルダ16aから外に突き出している。
上述したように、第一の投影レンズホルダ16aはベースプレート12にねじ止めされ、その第一の投影レンズホルダ16aの上部には第一の投影レンズ16がねじ止めされている。その第一の投影レンズ16の上部に入射光学系14がねじ止めされ、その入射光学系14の上部にDMDホルダ15aが固定される。
図7において、DMDホルダ15aは、三つの押さえ金具151,152,153とベース板158を備えている。半導体チップであるDMD15は基板15bに搭載されており、三つの押さえ金具151,152,153は、DMD15を基板15bごと挟み込んで互いにねじ止めされることで一体化している。このように一体化した押さえ金具151,152,153は、チルト調整用のシム(ステンレスの薄板)155を間に挟んでベース板158にねじ156で固定されている。シム155は、DMDホルダ15aが固定される入射光学系14の上面に対してDMD15の反射面が平行となるように適宜選択された枚数だけ挟まれている。このようなシム155によるチルト調整によって、DMD15から第一の投影レンズ16へと向かう光の方向は、第一の投影レンズ16の光軸に平行な方向(即ち図1に示すZ軸の方向)となる。
図9は、DMDホルダの調整用治具の一例を示す図であり、図10は、調整用治具のアームの一例を示す図である。
調整用治具40は、DMDホルダ15aの位置調整に際して一時的に取り付けられるものであり、位置調整後にDMDホルダ15aが固定されると取り外される。
図11は、MLAホルダの詳細な構造の一例を示す断面図であり、図12は、MLAホルダの詳細な構造の一例を示す斜視図である。
MLAホルダ17bは、上部ホルダ171と下部ホルダ172とを備えており、上部ホルダ171は下部ホルダ172に対して精密に回転可能となっている。MLA17は、接着剤により上部ホルダ171に接着されることで上部ホルダ171と一体化している。また、上部ホルダ171には、角度調整用のアーム177が設けられている。
図13は、上部ホルダ171の調整用治具の一例を示す図である。
調整治具50は、上部ホルダ171のアーム177を作業者の操作に従って高精度に押すことができるので、作業者は上部ホルダ171およびMLA17を所望の角度に高精度に合わせることができる。この所望の角度は、図1に示すステージ21によるワークWの移動方向を基準とした特定の角度である。
なお、XY面内におけるMLA17の位置(即ち下部ホルダ172の位置)については、MLA17に配列されたレンズ素子の数が、DMD15に配列された画素ミラーの数よりも余裕を持って多めの数となっているため、MLA17の角度調整に較べると高精度な位置合わせが求められないので、単にねじとねじ穴とを合わせたらねじ止めによってそのまま固定される。
図14は、変形例のMLAホルダを示す図である。
この変形例のMLAホルダ117bでは、上部ホルダ171と下部ホルダ172のそれぞれに、固定用の張り出し板178,179が設けられており、それら張り出し板178,179が互いに接着剤60によって固定されることで上部ホルダ171が下部ホルダ172に固定される。接着剤60でも上部ホルダ171は下部ホルダ172に対して十分に強固に固定される。
この変形例の場合、例えば接着剤60を塗布する際の応力などによる上部ホルダ171の位置ずれが抑制され、上部ホルダ171は下部ホルダ172に精密かつ強固に固定されることとなる。
以上で変形例の説明を終了する。
この図15には、正常に結像された光点が斜線を付して示され、クロストークの光点が白抜きで示されている。また、この図15には、DMD15のX方向位置が所望の位置からずれているパターン1と、DMD15のY方向位置が所望の位置からずれているパターン2と、DMD15の角度が所望の角度からずれているパターン3が示されている。いずれのパターンにおいてもDMD15は、正常に結像された光点の方へとクロストークの光点が、図に示す矢印のように近づく方向へと、図9に示した調整治具を使って位置調整される。
このような位置調整によってDMD15がMLA17に対して精密に位置合わせされ、クロストークの少ない高精度な露光が実現する。
Claims (4)
- 光源からの光を各画素について変調して感光材料上に結像する露光装置であって、
光学素子が二次元状に配列された配列素子と、
前記配列素子を保持するホルダと、
前記配列素子を介した光を前記感光材料上に結像する投影光学系と、
前記投影光学系に対する位置が固定されていて前記ホルダが固定される被固定部と、
前記ホルダを前記被固定部に固定する固定具と、
前記固定具により前記ホルダが固定される際に該ホルダを前記被固定部に吸着で保持するための、該ホルダと該被固定部との少なくとも一方に設けられた凹部と、
を備えたことを特徴とする露光装置。 - 前記配列素子が、反射型または透過型の光学素子が配列されたものであり、
前記投影光学系が、前記配列素子によって反射または透過された光を結像するものであることを特徴とする請求項1記載の露光装置。 - 前記配列素子が、反射型の光学素子が配列され、前記光源からの光を各画素について変調するものであり、
前記投影光学系が、前記配列素子によって反射されて変調された光を結像するものであることを特徴とする請求項1記載の露光装置。 - 光源からの光を各画素について変調して感光材料上に結像する露光装置であって、光学素子が二次元状に配列された配列素子と、当該配列素子を保持するホルダと、前記配列素子を介した光を感光材料上に結像する投影光学系と、を備えた露光装置について、前記ホルダを、前記投影光学系に対する位置が固定されている被固定部に固定する固定方法において、
前記ホルダを前記被固定部に吸着で保持する第1工程と、
前記第1工程で保持されている前記ホルダを前記被固定部に固定具で固定する第2工程と、
を有することを特徴とする固定方法。
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