JP6837633B2 - 露光装置および露光方法 - Google Patents

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本発明は、一定のパターンを露光する露光装置に関するものであり、特にDMD(Digital Micromirror Device)を用いた露光装置および露光方法に関するものである。
従来、フォトリソグラフィを行う際には、対象物の表面にフォトレジストを塗布する。そして、露光パターンに相当するマスクを介して、光を照射する。マスクを用いる露光は、パターニングの精度が非常に高い反面、複数のパターンを露光するためには、異なるパターンのマスクを連続的に交換できるような機構が必要となり、装置として大きくなる。また、そもそも異なるパターンの複数のマスクを予め作成しておく必要がある。
一方、露光パターンの精度はそれほど必要としないものの、より安価にフォトリソグラフィを行う要請がある。また、平面以外の被露光体を露光するといった要請もある。そのような要請に応えるために、マスクレス露光技術が提案されている。例えば、特許文献1には、DMDを用いてマスクレス露光を行う技術が紹介されている。
DMDは、電気信号によってパターンに応じた反射鏡となるため、所定の露光パターンに対するマスクが不要となるため、マスクの製造コストがかからないという効果を奏する。
また、特許文献2には、軸受け等の円筒体のような曲面に露光パターンを形成するマスクレス露光装置が開示されている。ここでは、平面パターンを曲面に露光するのは、不可能として、照射光をスポットに整形し、被露光対象物に対してスポット光をX,Y,Z,Θの4軸方向に移動可能にして、曲面に露光することが開示されている。
また、特許文献3には、露光面が円筒状になった基板に対してDMDを適用する例の示唆がある。ただし、特許文献3では、可撓性のあるPET等のベースを引っ張りながら円筒面を走行させ、わざと歪ませることでテンション一定領域を作り、その領域にベースと同速度で走るマスクを通ったスリット状の光を当てながら露光を行う。DMDはベースと同速度で走行するマスクの代わりで用いられる。なお、特許文献3では、露光面が走行方向にだけ曲率を持っている場合に適用できる方法といえる。
国際公開第2002/039189号 特開2009−086189号公報 特開2016−029484号公報
特許文献1のようにDMDを使うと、1度で広い範囲にわたって、マスクレス露光を行うことができる。しかし、曲面上に露光するとマスクのパターンが歪んでしまう。特許文献2のように、スポット光で露光パターンを描写すると、曲面に対してもマスクレス露光ができる。しかし、スポット光での露光は2次元的な露光パターンを描写するには、時間がかかってしまう。
特許文献3のように、円筒形を被露光体とする場合に、マスクを通したスリット光(DMD)を使った場合は、基板がベースフィルムのような長尺の場合は効率的であるが、傾斜した曲面では、適用することができない。
より具体的には、シャフトの中ほどに鍔が形成されているような物の鍔近傍部分への露光や、球体が被露光体となる場合は、傾斜した曲面や、球面への露光を行う必要がある場合がある。しかし、従来の露光技術では、このような複雑な曲面への露光は、行う事ができなかった。
本発明は、上記の課題に鑑みて想到されたものであり、傾斜した曲面や、球面といった複雑な曲面に対して、短時間で露光ができる露光装置を提供するものである。
より具体的に本発明に係る露光装置は、
曲面を有し感光材が塗布された被露光体上に露光パターンデータを露光する露光装置であって、
前記被露光体上の露光位置の曲面に応じて前記露光パターンデータを補正した補正露光パターンデータを作製する制御部と、
前記補正露光パターンデータに応じた照射パターンを照射する露光部と、
前記被露光体と前記露光部の位置を前記照射が終わる毎に5軸移動させるマニュピュレータ部とを有し、
前記露光部は、前記補正露光パターンデータに応じた照射パターンをDMDを用いて作製することを特徴とする。
また、本発明に係る露光方法は、
曲面を有し感光材が塗布された被露光体上に露光パターンデータを露光する露光方法であって、
前記被露光体を照射領域に5軸移動させる工程と、
前記被露光体上の露光位置の曲面に応じて前記露光パターンデータを補正した補正露光パターンデータを作製する工程と、
前記補正露光パターンデータに応じた照射パターンを前記照射領域に照射する工程と、前記照射する工程が終わる毎に前記被露光体と前記露光部の位置を移動させる工程を有し、
前記補正露光パターンデータに応じた照射パターンを前記照射領域に照射する工程には、DMDを用いることを特徴とする。
本発明に係る露光装置および露光方法は、被露光体の曲面に応じてDMDによる照射パターンを補正する。したがって、傾斜した曲面や、球面上にも露光することができる。また、DMDによる2次元平面的な露光パターンの照射を行うため、スポット光での露光より短時間で被露光体の露光を完了させることができる。
露光装置の構成を示す図である。 露光部の詳細を示す図である。 アライメント用光学系を作動させた時の露光部の状態を示す図である。 制御部の動作を示すフローである。 被露光体が円筒体の場合の曲面(1方向の曲面)を説明する図である。 円筒体が傾いた場合の曲面(傾斜した1方向の曲面)を説明する図である。 被露光体を傾斜させる場合の具体例である。 補正露光パターンデータの例を示す図である。
以下に本発明に係る露光装置について図面および実施例を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。
図1に本発明に係る露光装置の構成図を示す。露光装置1は、露光部10と、5軸のマニュピュレータ部20と、制御部30を有する。露光部10は、制御部30からの露光パターン信号Spを受信し、露光パターン信号Spに応じた照射光Rrを照射する。また、露光部10にはアライメント用光学系18(図2で説明)を搭載してもよい。アライメント用光学系18は、被露光体Wの映像信号Ipを制御部30に返す。
マニュピュレータ部20は、被露光体Wと露光部10からの照射光Rrの相対的位置関係を決める。露光部10と被露光体Wとの決められた相対位置関係を実現するために、マニュピュレータ部20は被露光体Wだけを移動させるだけでもよい。また、被露光体Wと露光部10を両方移動可能に構成してもよい。また、被露光体Wは動かさずに、露光部10だけを移動させてもよい。
ここでは、被露光体Wだけが位置を移動する場合について説明を行う。マニュピュレータ部20には、被露光体Wを保持するホルダー22と、被露光体Wを保持したホルダー22をX、Y、Z方向およびホルダー22が被露光体Wを保持する軸回りのΘ方向、およびホルダー22自体がX−Y平面(Y−Z平面若しくはZ−X平面であってもよい)に対して傾斜する軸回りのΦ方向の各軸方向に対して移動可能なステージがまとめられている。
ここで移動可能とは直進だけでなく、回転も含む。Θ方向とΦ方向は回転運動になるからである。各ステージをまとめたものは、5軸方向への移動(「5軸移動」といってもよい)を可能にしているので、5軸ステージ24と呼ぶ。なお、5軸移動とは、5軸ステージ24の各ステージ全てでの移動を含むことはもちろん、何れか1つのステージ(1方向といってもよい)での移動も当然含む。
なお、少なくとも5軸ステージ24は、制御部30からの駆動信号Cmによって動作を行う。なお、駆動信号Cmには、5軸ステージ24から、5軸ステージ24の各ステージの現在の座標データを制御部30に返すデータを含めてもよい。5軸ステージ24の動きをフィードバック制御するには、現在の各ステージの座標が必要になるからである。
制御部30は、制御器32と入出力器34で構成される。制御器32はMPU(Micro Processor Unit)が好適に利用できる。また、制御器32は必要な量の外部および内部メモリを有している。入出力器34は、キーボード34aおよびディスプレイ画面34b等で構成することができる。なお、制御器32は、単独である必要はなく、複数個あってもよい。制御部30は、マニュピュレータ部20の動きと露光部10から射出される照射光Rrによる照射パターンRpを制御する。
図2には、露光部10のより詳細な構成を示す。露光部10は、光源12とDMD14と光学系16を有する。光源12は、露光に必要な波長の光を含むもの(12a)と、可視光であって、レジストを露光しない波長の長い光を照射できるもの(12b)を有しているのが望ましい。露光に必要な波長を含む光を作用光Rといい、レジストを露光しない波長の光を観察光Rfと呼ぶ。作用光Rは光源12aから照射され、観察光Rfは光源12bから照射される。光源12aと光源12bは切り替えられることができるように構成される。
DMD14は、露光に必要な精度のマイクロミラーを、必要な解像度に応じた枚数を有するものが好適に利用できる。なお、DMD14のマイクロミラーの駆動は制御部30が行うようにしてもよい。
光学系16は、被露光体W上で照射光Rrがあたる領域(「照射領域Ra」と呼ぶ。)において、収差が補正されたものが用いられる。特に傾斜した曲面を露光する場合には、光学系16から露光点(照射領域Ra内の点)までの距離が位置によって変わる場合があるため、焦点深度の深い光学系16が好適に利用できる。テレセントリック(物体側テレセントリック)光学系であれば、より好適である。
光源12aからの作用光Rは、DMD14で反射され、ハーフミラー18bでさらに反射され、光学系16を通過して、被露光体W上で結像する。DMD14は複数のマイクロミラーで構成されており、個々のマイクロミラーは、傾斜角が制御部30からの露光パターン信号Spによって制御される。露光パターン信号Spは、制御部30から送られる補正露光パターンデータAEpdを送信する信号である。補正露光パターンデータAEpdは、DMD14のどのミラーを被露光体Wに向けるかを指示する。
DMD14は、補正露光パターンデータAEpdと一致するマイクロミラーを光学系16に向け照射光Rrとして光学系16側に反射する。それ以外の不要光Rxは、光学系16に入らない方向に反射させ、光吸収体14Bで吸収する。このようにして、補正露光パターンデータAEpdに応じた照射パターンRpを照射光Rrとして被露光体W上に照射することができる。なお、照射パターンRpが照射領域Raに作るパターンを露光パターンEppと呼ぶ。すなわち、露光パターンEppは、レジストの露光された部分である。
なお、光学系16に被露光体Wの映像を取得できるアライメント用光学系18を備えていてもよい。図3には、アライメント用光学系18が動作した場合の構成を示す。アライメント用光学系18はハーフミラー18bとイメージセンサ18aで構成される。
アライメント用光学系18が作動すると、光源12は観察光Rfを照射できる光源12bに切り替える。DMD14は観察光Rfを全てハーフミラー18bに反射させる。観察光Rfは、ハーフミラー18bで反射され被露光体Wを照射する。この時、観察光Rfは、被露光体W上のフォトレジストを露光させない。
そして、観察光Rfが照らす被露光体Wからの映像Imを、イメージセンサ18aで映像信号Ipに変換する。変換された映像信号Ipは制御部30に送信される。なお、アライメント用光学系18には、結像用の収束光学系18cが含まれていてもよい。アライメント用光学系18は、後述するアライメント用基準点Bp(図4で説明する)を観察する際に使用することができる。
なお、図3では、光源12bからの観察光Rfを一度DMD14で反射させてから被露光体Wに照射するようにしたが、観察光Rfの光路はこれに限定されるものではなく、他の光路で被露光体Wに照射してもよい。
以上の構成を有する露光装置1の動作について図4のフローに基づき説明する。なお、適宜図1乃至図3も参照する。露光装置1を起動させると(ステップS100)、被露光体Wの形状データFdを入出力器34から入力する(ステップS102)。これは3次元データであってもよい。この形状データFdには、アライメント用基準点Bpと、ホルダー22によって支持される支持位置Kpが入力される。なお、アライメント用基準点Bpは面であってもよい。例えば、被露光体Wの端(若しくは端面)をアライメント用基準点Bpとして好適に利用できる。
次に露光データEpdを入力する(ステップS104)。露光データEpdは、被露光体W上の露光位置Tpとそこに露光する露光パターンデータEppdおよび露光順序Eorを含む。露光位置Tpとは、被露光体W上の位置座標といってもよい。露光パターンデータEppdとは、被露光体W上で露光したいパターンのデータである。露光順序Eorとは、露光を行う順番という意味である。
次に制御部30は、形状データFdと支持位置Kpと露光位置Tpを用いて、5軸ステージ24による被露光体Wの光学系16直下での露光姿勢Wpsを決定する(ステップS106)。露光姿勢Wpsは、被露光体Wが光学系16や5軸ステージ24に干渉することなく、露光ができるように決められる。露光姿勢Wpsは、被露光体Wの平面部がX−Y平面と一致するように決められる。
次に制御部30は、形状データFdと露光位置Tpおよび露光パターンデータEppdから補正露光パターンデータAEpdを作製する(ステップS108)。補正露光パターンデータAEpdについては後に詳説するが、平面で決められた露光パターンデータEppdを曲面上にそのまま露光すると曲面上の露光パターンEppは歪んでしまう。そこで、曲面上で露光パターンデータEppdに相当する露光パターンEppを得るために、予め露光パターンデータEppdを修正した補正露光パターンデータAEpdを作製する。
次に、制御部30は、被露光体Wのアライメント用基準点Bpが光学系16の真下に来るように、マニュピュレータ部20で移動させる(ステップS110)。この操作を「ゼロ点設定」と呼ぶ。これは露光装置1全体における被露光体Wの相対的な位置関係を決めるための操作である。
アライメント用基準点Bpが光学系16の直下に設定されると、形状データFdおよび、マニュピュレータ部20の各座標データから、露光装置1は、光学系16および5軸ステージ24に対して、どの程度の大きさで、どのような形状の被露光体Wがホルダー22に固定されているかを知る。この際、予め入力された露光姿勢Wpsが可能であることを確認してもよい。
なお、被露光体Wの表面には、フォトレジスト(感光材)が一定の厚みで塗布され、ホルダー22に固定されているものとする。また、ステップS110のゼロ点設定時の移動は手動で行ってもよいし、アライメント用光学系18からの映像に基づいて自動で行えるようにしてもよい。
次に露光装置1は、露光順序Eorに従い、被露光体Wの特定の露光位置Tpを光学系16の直下に移動させ(ステップS112)、所定の露光姿勢Wpsを取らせ(ステップS114)、補正露光パターンデータAEpdに基づく照射パターンRpを照射する(ステップS116)。
そして、露光すべき露光位置Tpが終了したか否かを判断する(ステップS118)。全ての露光位置Tpの露光が終了したら(ステップS118のY分岐)、処理を終了する(ステップS120)。露光すべき露光位置Tpがまだ残っている場合は(ステップS118のN分岐)、ステップS112に処理を戻し、次の露光位置Tpに被露光体Wを移動させ(ステップS112)、同じく露光姿勢Wpsを取らせ(ステップS114)、補正露光パターンデータAEpdに基づく照射パターンRpを照射する(ステップS116)。
次にステップS108で示した補正露光パターンデータAEpdについて説明する。図5(a)は、円筒体の被露光体Wと各軸の斜視図である。ホルダー22はX軸の軸方向にあるとする。また、被露光体Wの回転対称軸を円筒軸Waxとする。円筒軸Waxはホルダー22のΘ回転軸と一致するように、保持されるとする。
従って、ホルダー22の軸回りであるΘ方向は、被露光体WのX軸回りの回転となる。図5(b)、図5(c)、図5(d)はそれぞれ、X−Z平面、X−Y平面、Y−Z平面を示す図である。円筒体の被露光体Wの側面は、円筒軸WaxをX軸に合わせるとX−Z平面内だけに曲面がある。これを「1方向の曲面」と呼ぶ。
また、1方向の曲面(円筒体)であっても、X−Z平面でみると傾斜する場合がある。図6を参照する。図6(a)は、円筒体の被露光体Wの円筒軸をX−Z平面内でΦ方向に回転させた状態を示す斜視図である。図6(b)、図6(c)、図6(d)はそれぞれ、X−Z平面、X−Y平面、Y−Z平面を示す図である。
被露光体Wの形状によっては、被露光体Wをこのように、X−Z平面内で傾斜させる必要がある場合がある。具体例を、図7を用いて説明する。シャフトのような円筒体の本体Waの途中に鍔Wbがある被露光体Wを想定する。ここで、本体Waと鍔Wbの際Wcまで露光しようとする。
しかし、光学系16の関係で、際Wcに光学系16の照射領域Raが届かない場合がある。このような場合は、被露光体WをX−Z平面内で傾斜させ(Φ方向の移動)本体Waと鍔Wbの際Wcを照射領域Raの視野に入れなければならない。このように、1方向の曲面を何れかの平面内で傾斜させた場合を「傾斜した1方向の曲面」と呼ぶ。
露光は被露光体Wの平面をX−Y平面に合わせて露光するのが望ましい。照射パターンRpと露光パターンEppがほぼ同じで、露光パターンEppがほとんど歪まないからである。しかし、1方向の曲面や、傾斜した1方向の曲面若しくは球面上に露光する場合は、照射領域Raが歪むため、露光パターンEppもその影響を受け歪む。
本発明の露光装置1は予め被露光体Wの露光面の形状に合わせて露光パターンEppを補正した補正露光パターンデータAEpdを作製し、それに基づく照射パターンRpを照射することで、曲面を有する被露光体Wに歪のない露光パターンEppを実現する。言い換えると、所望の露光パターンデータEppdに近い露光パターンEppを曲面上に形成することができる。
図8を参照して、補正露光パターンデータAEpdを説明する。1方向の曲面、傾斜した1方向の曲面、球面に格子状の露光パターンEppを露光したい場合を考える。露光パターンデータEppdは元々平面状でデザインされたパターンである(図8(a))。この露光パターンデータEppdをそのまま曲面上に投影すると投影された照射領域Raは、曲面に応じた歪を受ける。
図8(b−1)は、1方向の曲面を持つ円筒状の被露光体Wの円筒軸をX軸に合わせた状態で、側面に露光する場合をY軸方向から見た図である。X−Z平面上に被露光体Wが長方形に見える。
図8(b−2)は、被露光体Wの側面に露光パターンデータEppdと一致する露光パターンEppを形成するために補正した補正露光パターンデータAEpdである。補正露光パターンデータAEpdは、Y軸方向に円筒軸から離れる程に、被露光体Wの側面の曲率に応じて、間隔の詰まる格子パターンに補正される。つまり、Y軸方向で端部YtではY方向の格子間隔が詰まる。
露光パターンデータEppdを1方向の曲面に応じた補正露光パターンデータAEpdに補正し、照射パターンRpとして被露光体Wに照射することで、露光パターンデータEppdに相当する露光パターンEppを得ることができる。
図8(c−1)は、傾斜した1方向の曲面の場合の露光状態を示す。円筒軸はX−Z平面でX軸に対してΦ方向に回転している。図8(c−2)は、図8(c−1)の場合の補正露光パターンデータAEpdを示す。ここでは、円筒体の側面の曲率に応じたY方向の格子間隔の詰まりとともに、Y方向の幅が全体として変化する補正が行われる。
図8(c−2)では、X軸がマイナスになるに従い、幅がwy2からwy1に狭まる補正であることを示している。wy2に対してwy1をどの程度にするかは、円筒軸の傾斜角度φに応じて決まる。
このように露光パターンデータEppdを補正した補正露光パターンデータAEpdを作製し、照射パターンRpとして照射することで、露光パターンデータEppdに相当する露光パターンEppを得ることができる。
図8(d−1)は、被露光体Wが球体の場合を示している。この場合の補正露光パターンデータAEpdは図8(d−2)に示されるように、被露光体Wの曲面に応じて全体的に補正される。このように露光パターンデータEppdを補正した補正露光パターンデータAEpdを作製し、照射パターンRpとして照射することで、露光パターンデータEppdに相当する露光パターンEppを得ることができる。
なお、上記の説明では、形状データFdに基づいて被露光体W上の露光位置Tpの曲面を認識したが、アライメント用光学系18を用いて露光位置Tpの曲面を認識するようにしてもよい。また、上記の説明では「1方向の曲面」と「傾斜した1方向の曲面」と「球体の曲面」を例示したが、曲面はこの3種に限定されるものではない。
また、補正露光パターンデータAEpdは、露光位置Tpが平面であれば、補正ゼロの補正露光パターンデータAEpd(すなわち、露光パターンデータEppdそのもの)となる。
以上のように、本発明に係る露光装置は、被露光体の曲面に応じて補正露光パターンデータAEpdを作製し、補正露光パターンデータAEpdを照射する。したがって、曲面に対しても面で露光を行うことができ、曲面の露光時間を短縮することができる。
本発明は、曲面上に露光パターンを短時間で描写したい場合に好適に利用することができる。
1 露光装置
10 露光部
12、12a、12b 光源
12a 露光に必要な波長の光を照射する光源
12b レジストを露光しない波長の長い光を照射できる光源
14 DMD
14B 光吸収体
16 光学系
18 アライメント用光学系
18a イメージセンサ
18b ハーフミラー
18c 収束光学系
20 マニュピュレータ部
22 ホルダー
24 5軸ステージ
30 制御部
32 制御器
34 入出力器
34a キーボード
34b ディスプレイ画面
Fd 形状データ
Kp 支持位置
Wps 露光姿勢
AEpd 補正露光パターンデータ
Sp 露光パターン信号
R 作用光
Rf 観察光
Rp 照射パターン
Ra 照射領域
Rr 照射光
Rx 不要光
W 被露光体
Wa (被露光の)本体
Wb (被露光の)鍔
Wc (本体と鍔の)際
Epp 露光パターン
Ip 映像信号
Cm 駆動信号
Bp アライメント用基準点
Epd 露光データ
Tp 露光位置
Eppd 露光パターンデータ
Eor 露光順序
Wax 円筒軸
Im 映像
Yt 端部
Tp 露光位置

Claims (2)

  1. 曲面を有し感光材が塗布された被露光体上に露光パターンデータを露光する露光装置であって、
    前記被露光体上の露光位置の曲面に応じて前記露光パターンデータを補正した補正露光パターンデータを作製する制御部と、
    前記補正露光パターンデータに応じた照射パターンを照射する露光部と、
    前記被露光体と前記露光部の位置を前記照射が終わる毎に5軸移動させるマニュピュレータ部とを有し、
    前記露光部は、前記補正露光パターンデータに応じた照射パターンをDMDを用いて作製することを特徴とする露光装置。
  2. 曲面を有し感光材が塗布された被露光体上に露光パターンデータを露光する露光方法であって、
    前記被露光体を照射領域に5軸移動させる工程と、
    前記被露光体上の露光位置の曲面に応じて前記露光パターンデータを補正した補正露光パターンデータを作製する工程と、
    前記補正露光パターンデータに応じた照射パターンを前記照射領域に照射する工程と、前記照射する工程が終わる毎に前記被露光体と前記露光部の位置を移動させる工程を有し、
    前記補正露光パターンデータに応じた照射パターンを前記照射領域に照射する工程には、DMDを用いることを特徴とする露光方法。
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