JP7090002B2 - Exposure device - Google Patents

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本発明は、光変調素子アレイを用いてプリント配線板などの基板にパターンを投影する露光装置に関し、特に、照明光学系の構成に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus that projects a pattern onto a substrate such as a printed wiring board using an optical modulation element array, and more particularly to a configuration of an illumination optical system.

マスクレス露光装置では、光源から放射される光が照明光学系を通って光変調素子アレイに導かれる。DMD(Digital Micro-mirror Device)などの光変調素子アレイでは、複数の微小ミラー(以下、マイクロミラーという)が2次元配列し、パターンデータ(描画データ)に応じて各マイクロミラーがON/OFF制御される。マイクロミラーがON状態の場合、照明光学系からの光が基板方向に反射し、マイクロミラーがOFF状態の場合、基板外の方向へ反射する。 In the maskless exposure apparatus, the light emitted from the light source is guided to the light modulation element array through the illumination optical system. In an optical modulation element array such as a DMD (Digital Micro-mirror Device), a plurality of micromirrors (hereinafter referred to as micromirrors) are two-dimensionally arranged, and each micromirror is ON / OFF controlled according to pattern data (drawing data). Will be done. When the micromirror is in the ON state, the light from the illumination optical system is reflected toward the substrate, and when the micromirror is in the OFF state, it is reflected toward the outside of the substrate.

隣接するマイクロミラー間には微小な隙間が存在する。この隙間に入射する照明光はパターン光に寄与せず、また、UV光である照明光によって光変調素子アレイの基板などが劣化する。照明光の効率化、寿命低下の防止を図るため、マイクロレンズアレイが照明光学系に配置される。マイクロレンズアレイでは、マイクロミラーの2次元配列に合わせてマイクロレンズが2次元配列している。これにより、マイクロレンズによって集光された光が、ミラーサイズより小さいスポット光となってマイクロミラーに結像する(特許文献1参照)。 There is a small gap between adjacent micromirrors. The illumination light incident on this gap does not contribute to the pattern light, and the illumination light which is UV light deteriorates the substrate of the light modulation element array and the like. A microlens array is arranged in the illumination optical system in order to improve the efficiency of the illumination light and prevent the life from being shortened. In the microlens array, the microlenses are two-dimensionally arranged in accordance with the two-dimensional arrangement of the micromirror. As a result, the light focused by the microlens becomes spot light smaller than the mirror size and forms an image on the micromirror (see Patent Document 1).

特開2016-188923号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-188923

マイクロミラーなどの光変調素子は、ON状態とOFF状態との間でミラーの傾き角度を切り替えるが、照明光の光変調素子アレイへの入射角は一定である。そのため、光変調素子のエッジ近くで反射する一部の光は、隣り合うマイクロミラーのエッジ部分に当たる場合が生じる。これは、迷光や回折光を生じさせ、コントラスト低下に繋がる。一方、スポット光のサイズを小さくし過ぎると、露光量の低下を招き、パターン解像度に影響を与える。 A light modulation element such as a micromirror switches the tilt angle of the mirror between the ON state and the OFF state, but the angle of incidence of the illumination light on the light modulation element array is constant. Therefore, a part of the light reflected near the edge of the light modulation element may hit the edge portion of the adjacent micromirrors. This causes stray light and diffracted light, leading to a decrease in contrast. On the other hand, if the size of the spot light is made too small, the exposure amount is lowered and the pattern resolution is affected.

したがって、照明効率を維持しながら、迷光、回折光の発生を抑制するように、照明光を光変調素子アレイに投影することが求められる。 Therefore, it is required to project the illumination light onto the light modulation element array so as to suppress the generation of stray light and diffracted light while maintaining the illumination efficiency.

本発明の露光装置は、光源からの光を、複数の光変調素子を2次元配列させた光変調素子アレイへ導く照明光学系と、光変調素子アレイで反射した光を基板に投影する投影光学系と、光源と光変調素子アレイとの間に配置され、複数の光変調素子の配列に合わせて、光源からの光を複数の光(以下、分割光という)に分割する分割光学系とを備える。 The exposure apparatus of the present invention has an illumination optical system that guides light from a light source to an optical modulation element array in which a plurality of optical modulation elements are arranged in two dimensions, and projection optics that projects the light reflected by the optical modulation element array onto a substrate. A split optical system that is arranged between the light source and the optical modulation element array and divides the light from the light source into a plurality of lights (hereinafter referred to as split light) according to the arrangement of a plurality of light modulation elements. Be prepared.

光変調素子アレイでは、マイクロミラーなどの光変調素子の位置(姿勢)を制御可能である。例えば、光変調素子が基板側へ光を導く姿勢(ON状態)と、基板外へ光を導く姿勢(OFF状態)との間で光変調素子を制御することが可能である。 In the light modulation element array, the position (attitude) of the light modulation element such as a micromirror can be controlled. For example, it is possible to control the light modulation element between the posture in which the light modulation element guides light to the substrate side (ON state) and the posture in which the light is guided to the outside of the substrate (OFF state).

分割光の光変調素子における投影エリアの形状は任意であり、矩形状、円状、楕円状の投影エリアをもつ分割光を成形することが可能である。例えば分割光学系は、複数の光変調素子の配列に応じて複数のアパーチャを形成した遮光部材で構成することが可能であり、所望する投影エリアの形状に合わせてアパーチャを形成すればよい。一方、複数の光変調素子の配列に応じて複数のマイクロレンズを形成したマイクロレンズアレイ、あるいは、複数の光変調素子の配列に応じて複数のマイクロミラーを形成したマイクロミラーアレイで構成することも可能である。 The shape of the projection area in the light modulation element of the divided light is arbitrary, and it is possible to form the divided light having a rectangular, circular, or elliptical projection area. For example, the split optical system can be composed of a light-shielding member having a plurality of apertures formed according to the arrangement of the plurality of light modulation elements, and the aperture may be formed according to the shape of a desired projection area. On the other hand, it may be composed of a microlens array in which a plurality of microlenses are formed according to the arrangement of a plurality of light modulation elements, or a micromirror array in which a plurality of micromirrors are formed according to an arrangement of a plurality of light modulation elements. It is possible.

本発明では、分割光学系が、光変調素子サイズよりも投影エリアの小さい光束の分割光を複数成形するとともに、各分割光の投影エリアの中心位置を、対応する光変調素子の中心位置よりも分割光の入射方向に近い方にオフセットさせる。光変調素子アレイに対して分割光が特定の入射角で入射する一方、基板側へ反射光を導く光変調素子の姿勢と基板外へ反射光を導く光変調素子の姿勢との関係から、分割光の入射方向側に投影エリアをオフセットすることで、回折光、迷光の発生が抑制される。 In the present invention, the split optical system forms a plurality of split lights having a luminous flux smaller than the size of the light modulation element, and the center position of the projection area of each split light is set to be larger than the center position of the corresponding light modulation element. Offset the split light closer to the incident direction. While the divided light is incident on the optical modulation element array at a specific incident angle, it is divided based on the relationship between the attitude of the optical modulation element that guides the reflected light to the substrate side and the attitude of the optical modulation element that guides the reflected light to the outside of the substrate. By offsetting the projection area toward the incident direction of the light, the generation of diffracted light and stray light is suppressed.

例えば、光変調素子は、対角線上で軸回転する矩形状素子で構成される。その場合、分割光学系は、各分割光の投影中心位置を、回転軸に沿った対角線と交差する対角線に沿ってオフセットさせればよい。 For example, the light modulation element is composed of a rectangular element that rotates about its axis diagonally. In that case, the split optical system may offset the projection center position of each split light along a diagonal line that intersects the diagonal line along the rotation axis.

できる限り遮光領域を小さく抑えることを考慮すれば、分割光学系は、投影エリアが光変調素子を縮小したサイズとなる分割光を、複数成形するように構成することができる。例えば、光変調素子を縮小した(スケーリングさせた)サイズの投影エリアが形成される分割光を複数成形することで、できる限り遮光範囲が小さくなる投影エリアサイズおよび投影エリア中心位置をもつ分割光を成形することができる。 Considering keeping the light-shielding region as small as possible, the split optical system can be configured to form a plurality of split lights having a projection area having a reduced size of the light modulation element. For example, by molding a plurality of divided lights in which a projected area having a reduced (scaled) size of the light modulation element is formed, a divided light having a projection area size and a projection area center position where the light blocking range is as small as possible can be obtained. Can be molded.

このような分割光を形成する場合、複数の光変調素子の配列に応じて複数のアパーチャを形成した遮光部材を適用することができる。遮光部材において、複数のアパーチャが、マイクロミラーのサイズに応じて区画される領域の中心に対してオフセットされる構成にすればよい。 When forming such divided light, it is possible to apply a light-shielding member having a plurality of apertures formed according to the arrangement of the plurality of light modulation elements. In the light-shielding member, a plurality of apertures may be configured to be offset with respect to the center of the region partitioned according to the size of the micromirror.

本発明によれば、露光装置において、照明効率を維持しながら、迷光、回折光の発生を抑制するように、照明光を光変調素子アレイに投影することができる。 According to the present invention, in the exposure apparatus, the illumination light can be projected onto the light modulation element array so as to suppress the generation of stray light and diffracted light while maintaining the illumination efficiency.

第1の実施形態による露光装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the exposure apparatus by 1st Embodiment. 露光ヘッドの構成図である。It is a block diagram of an exposure head. アパーチャアレイを部分的に示した図である。It is a figure which partially showed the aperture array. アパーチャアレイによって分割された光のマイクロミラーにおける投影位置を示した図である。It is a figure which showed the projection position in the micromirror of the light divided by an aperture array. 第2の実施形態における露光ヘッドの構成図である。It is a block diagram of the exposure head in 2nd Embodiment. アパーチャアレイによって分割された光のマイクロミラーにおける投影位置を示した図である。It is a figure which showed the projection position in the micromirror of the light divided by an aperture array. 第3の実施形態における露光ヘッドの構成図である。It is a block diagram of the exposure head in 3rd Embodiment.

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、第1の実施形態による露光装置の全体構成を示すブロック図である。図2は、露光ヘッドの構成図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an exposure apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a block diagram of the exposure head.

露光装置1は、フォトレジストなどの感光材料を表面に形成した基板Wにパターンを露光するダイレクト(マスクレス)露光装置である。露光装置1は、光源部21と、基板Wにパターン光をそれぞれ投影する露光ヘッド10を備えている。光源部20は、ここではレーザーダイオードによって構成される。ただし、LED光源、放電ランプなどを用いることも可能である。 The exposure apparatus 1 is a direct (maskless) exposure apparatus that exposes a pattern on a substrate W on which a photosensitive material such as a photoresist is formed on the surface. The exposure apparatus 1 includes a light source unit 21 and an exposure head 10 that projects pattern light onto the substrate W, respectively. The light source unit 20 is configured here by a laser diode. However, it is also possible to use an LED light source, a discharge lamp, or the like.

露光ヘッド10は、DMD22(光変調素子アレイ)、照明光学系11、結像光学系23を備える。光源部20から放射された光は、照明光学系11によって照度が均一化され、DMD22へ導かれる。DMD22で反射した光は、結像光学系23によって基板Wに結像する。 The exposure head 10 includes a DMD 22 (light modulation element array), an illumination optical system 11, and an imaging optical system 23. The illuminance of the light radiated from the light source unit 20 is made uniform by the illumination optical system 11 and guided to the DMD 22. The light reflected by the DMD 22 is imaged on the substrate W by the imaging optical system 23.

ベクタデータなどで構成されるCAD/CAMデータが露光装置1へ入力されると、ベクタデータがラスタ変換回路26に送られて、ラスタデータに変換される。生成されたラスタデータはDMD駆動回路24へ送られる。 When CAD / CAM data composed of vector data or the like is input to the exposure apparatus 1, the vector data is sent to the raster conversion circuit 26 and converted into raster data. The generated raster data is sent to the DMD drive circuit 24.

DMD22は、微小マイクロミラーを2次元配列させた光変調素子アレイ(光変調器)であり、各マイクロミラーは、ON状態、OFF状態の間で姿勢を切り替え可能であり、所定のタイミングで姿勢を切り替えることによって光の反射方向を選択的に切り替える。DMD駆動回路24によって各ミラーが姿勢制御(ON/OFF制御)され、パターンに応じた光が、結像光学系23を通じて基板Wの表面に投影されて露光される。 The DMD 22 is an optical modulation element array (optical modulator) in which micromicromirrors are arranged in two dimensions, and each micromirror can switch its posture between an ON state and an OFF state, and changes its posture at a predetermined timing. By switching, the light reflection direction is selectively switched. Each mirror is attitude-controlled (ON / OFF-controlled) by the DMD drive circuit 24, and light corresponding to the pattern is projected onto the surface of the substrate W through the imaging optical system 23 and exposed.

露光装置1の露光動作はコントローラ(露光動作制御部)30 により制御される。露光ステージ駆動機構19は、コントローラ30からの制御信号に従い、基板Wを搭載した露光ステージ18を露光ヘッド10に対し相対的に移動させる。位置計測部27は、露光ステージ駆動機構19から送られてくる信号に基づき、基板Wの表面の露光位置を算出する。なお、ステージの移動経路に沿った方向を主走査方向X、この移動経路に沿った方向と直交する方向を副走査方向Yとする。 The exposure operation of the exposure apparatus 1 is controlled by the controller (exposure operation control unit) 30. The exposure stage drive mechanism 19 moves the exposure stage 18 on which the substrate W is mounted relative to the exposure head 10 according to the control signal from the controller 30. The position measuring unit 27 calculates the exposure position on the surface of the substrate W based on the signal sent from the exposure stage drive mechanism 19. The direction along the moving path of the stage is defined as the main scanning direction X, and the direction orthogonal to the direction along the moving path is defined as the sub-scanning direction Y.

露光動作中、露光ステージ18は、走査方向Xに沿って一定速度で移動する。DMD22全体による投影エリア(以下、露光エリアという)は、基板Wの移動に伴って基板Wの表面を相対的に移動する。露光動作は所定の露光ピッチに従って行なわれ、露光ピッチに合わせてマイクロミラーがパターン露光の光を投影するように制御される。DMD22の各マイクロミラーの制御タイミングを露光エリアの相対位置に従って調整することにより、露光位置に描くべきパターンの光が順次投影され、パターンが形成される。 During the exposure operation, the exposure stage 18 moves at a constant speed along the scanning direction X. The projection area (hereinafter referred to as an exposure area) formed by the entire DMD 22 relatively moves on the surface of the substrate W as the substrate W moves. The exposure operation is performed according to a predetermined exposure pitch, and the micromirror is controlled to project the light of the pattern exposure according to the exposure pitch. By adjusting the control timing of each micromirror of the DMD 22 according to the relative position of the exposure area, the light of the pattern to be drawn at the exposure position is sequentially projected and the pattern is formed.

図2に示すように、照明光学系11は、光の照度分布を均一化する光学系(以下、照度均一化光学系という)13と、照度均一化された光束を分割するアパーチャアレイ12と、分割された光束をDMD22に照射させるリレー光学系14とを備える。 As shown in FIG. 2, the illumination optical system 11 includes an optical system 13 that equalizes the illuminance distribution of light (hereinafter referred to as an illuminance uniform optical system) 13, an aperture array 12 that divides a light beam whose illuminance is uniform. A relay optical system 14 for irradiating the DMD 22 with the divided light beam is provided.

照度均一化光学系13は、ロッドレンズと、リレーレンズとを備え、リレーレンズは、ロッドレンズの射出面とアパーチャアレイ12とを共役位置とするリレーレンズである。なお、ロッドレンズの代わりにフライアイレンズを設け、フライアイレンズの結像位置にアパーチャアレイを配置してもよい。 The illuminance equalizing optical system 13 includes a rod lens and a relay lens, and the relay lens is a relay lens in which the ejection surface of the rod lens and the aperture array 12 are coupled to each other. A flyeye lens may be provided instead of the rod lens, and the aperture array may be arranged at the image formation position of the flyeye lens.

図3は、アパーチャアレイ12を部分的に示した図である。アパーチャアレイ12は、アパーチャ(開口部)を2次元配列させた遮光部材であり、ここでは、石英ガラス板などの紫外線透過部材にクロム等の遮光膜12Bを設けたガラスマスクによって構成され、アパーチャ12Aが、遮光膜12Bの間にマトリクス状に並んでいる。なお、金属薄板などにアパーチャを形成したメタルマスクを適用することも可能である。 FIG. 3 is a diagram partially showing the aperture array 12. The aperture array 12 is a light-shielding member in which the apertures (openings) are two-dimensionally arranged. Here, the aperture 12A is composed of a glass mask in which a light-shielding film 12B such as chromium is provided on an ultraviolet-transmitting member such as a quartz glass plate. Are arranged in a matrix between the light-shielding films 12B. It is also possible to apply a metal mask having an aperture formed on a thin metal plate or the like.

アパーチャ12Aは、縦横所定のピッチ間隔で形成され、DMD22におけるマイクロミラーの配列位置に合わせて形成されている。すなわち、DMD22のマイクロミラーとアパーチャ12Aが1対1対応になっている。ただし、アパーチャ12Aの数は、DMD22の全マイクロミラーの数と同数である必要はなく、例えば、DMD22で露光に使用されるマイクロミラーの数だけ形成してもよい。 The aperture 12A is formed at predetermined vertical and horizontal pitch intervals, and is formed according to the arrangement position of the micromirrors in the DMD 22. That is, the micromirror of DMD22 and the aperture 12A have a one-to-one correspondence. However, the number of apertures 12A does not have to be the same as the number of all micromirrors of DMD22, and may be formed by, for example, the number of micromirrors used for exposure in DMD22.

アパーチャアレイ12のアパーチャ12Aによって分割された光束は、それぞれ対応するマイクロミラーに結像する。アパーチャ12Aは、ここでは矩形状に形成されている。また、アパーチャ12Aのサイズは、アパーチャ12を通った光束がDMD22のマイクロミラーに結像したときにマイクロミラーサイズ(反射面サイズ)よりも小さくなるように定められている。そしてアパーチャ12Aの配列位置は、後述するように、分割した光束がマイクロミラー中心位置(反射面中心位置)からオフセットした位置で結像するように構成されている。 The luminous flux divided by the aperture 12A of the aperture array 12 is imaged on the corresponding micromirrors. The aperture 12A is formed in a rectangular shape here. Further, the size of the aperture 12A is set so that the light flux passing through the aperture 12 becomes smaller than the micromirror size (reflection surface size) when the light flux passing through the aperture 12 is imaged on the micromirror of the DMD22. The arrangement position of the aperture 12A is configured so that the divided light flux is formed at a position offset from the micromirror center position (reflection surface center position), as will be described later.

リレー光学系14は、アパーチャ12AとDMD22とを共役位置にする結像光学系であり、ここではアパーチャアレイ12を通った光の像を縮小する(例えば0.5倍)縮小光学系として構成される。したがって、アパーチャアレイ12におけるアパーチャ12Aのピッチは、DMD22におけるマイクロミラーのピッチにリレー光学系14の縮小倍率を乗じた値に定められる。リレー光学系14のNAは、アパーチャアレイ12によって分割された光が隣り合うマイクロミラーに干渉しないように、比較的小さい値に定められている。なお、ここではリレー光学系14を縮小投影光学系としているが、DMD22のマイクロミラーのサイズに応じて等倍の光学系を用いることも可能である。 The relay optical system 14 is an imaging optical system in which the aperture 12A and the DMD 22 are coupled to each other, and is configured here as a reduction optical system that reduces the image of light passing through the aperture array 12 (for example, 0.5 times). The optical system. Therefore, the pitch of the aperture 12A in the aperture array 12 is set to a value obtained by multiplying the pitch of the micromirror in the DMD 22 by the reduction magnification of the relay optical system 14. The NA of the relay optical system 14 is set to a relatively small value so that the light divided by the aperture array 12 does not interfere with the adjacent micromirrors. Although the relay optical system 14 is used as a reduced projection optical system here, it is also possible to use an optical system having the same magnification depending on the size of the micromirror of the DMD 22.

図4は、アパーチャアレイ12によって分割された光のマイクロミラーにおける投影位置を示した図である。ただし、DMD22の一部を示している。 FIG. 4 is a diagram showing the projection positions of the light divided by the aperture array 12 in the micromirror. However, a part of DMD22 is shown.

DMD22は、上述したように、メモリセル上にマイクロミラー22Mを2次元配列した構成であり、画素となるマイクロミラー22Mは、数十μmの矩形サイズを有し、隣り合うマイクロミラー22Mには数μmの隙間が存在する。 As described above, the DMD 22 has a configuration in which micromirrors 22M are two-dimensionally arranged on a memory cell, and the micromirrors 22M as pixels have a rectangular size of several tens of μm, and the adjacent micromirrors 22M have a number. There is a gap of μm.

マイクロミラー22Mは、その対角線SLに沿って軸回転可能であり、DMD22の表面(平面)に対し±所定角度(例えば15°)傾く。マイクロミラー22MがON状態の場合、分割光を基板Wの方向へ反射させるようにマイナス側へ傾く。マイクロミラー22MがOFF状態の場合、分割光を基板外へ導くようにプラス側へ傾く。 The micromirror 22M can rotate about its axis along the diagonal line SL, and is tilted by ± a predetermined angle (for example, 15 °) with respect to the surface (plane) of the DMD 22. When the micromirror 22M is in the ON state, the split light is tilted to the minus side so as to be reflected in the direction of the substrate W. When the micromirror 22M is in the OFF state, the split light is tilted to the plus side so as to be guided to the outside of the substrate.

分割光の入射方向は、マイクロミラー22MのON状態、OFF状態いずれも変わらず一定である。マイクロミラー22MがON状態の場合、図4に示す光線L1が、光のケラレが生じない範囲の限界(境界)となる光である。これより外側の光は、隣のマイクロミラー22Mに当たる。一方、マイクロミラー22MがOFF状態の場合、光線L2が、光のケラレが生じない範囲の限界となる光である。これより外側の光は、その反射光が隣のマイクロミラーの裏面に当たる。 The incident direction of the divided light is constant in both the ON state and the OFF state of the micromirror 22M. When the micromirror 22M is in the ON state, the light ray L1 shown in FIG. 4 is the light that becomes the limit (boundary) of the range in which vignetting does not occur. Light outside this hits the adjacent micromirror 22M. On the other hand, when the micromirror 22M is in the OFF state, the light ray L2 is the light that is the limit of the range in which vignetting does not occur. As for the light outside this, the reflected light hits the back surface of the adjacent micromirror.

光のケラレが生じない範囲は、その分割光の入射方向に対するマイクロミラー22MのON/OFF状態における傾斜角度の違いに起因して偏っている。具体的には、分割光の入射方向に近い側、すなわち、マイクロミラー22MがON状態のときに下がる側では、マイクロミラー22Mのエッジ部分22T1近くまでその範囲が確保され、分割光の入射方向とは離れた側、すなわち、マイクロミラー22MがOFF状態のときに下がる側では、マイクロミラー22Mのエッジ部分22T2近くでケラレが生じてしまう。 The range in which light vignetting does not occur is biased due to the difference in the tilt angle of the micromirror 22M in the ON / OFF state with respect to the incident direction of the divided light. Specifically, on the side close to the incident direction of the divided light, that is, on the side where the micromirror 22M is lowered when the micromirror 22M is in the ON state, the range is secured up to the vicinity of the edge portion 22T1 of the micromirror 22M, and the incident direction of the divided light On the distant side, that is, on the side where the micromirror 22M is lowered when the micromirror 22M is in the OFF state, vignetting occurs near the edge portion 22T2 of the micromirror 22M.

分割光の投影エリアALは、光のケラレの生じない範囲でエリア面積を最大限確保できる位置に、その中心位置ACは、マイクロミラー22Mの中心位置MCから、マイクロミラー22Mの回転軸上にある対角線SLと交差する対角線TLに沿って、分割光の入射方向側にオフセットしている。 The projection area AL of the divided light is located at a position where the maximum area area can be secured within the range where light eclipse does not occur, and the center position AC is on the rotation axis of the micromirror 22M from the center position MC of the micromirror 22M. It is offset toward the incident direction of the divided light along the diagonal line TL that intersects the diagonal line SL.

光のケラレが生じない分割光の投影エリアALのサイズ(縦横の長さ)および位置は、以下の式で求められる。まず、マイクロミラー22MがON状態の遮光領域をShONとすると、以下の式を満たすことが求められる。

ShON ≧ (Dp × tan(DaON))
× (tan (Ilin) + tan (ILINA))
・・・・(1)

ただし、Dpは、マイクロミラー22Mの対角の長さ、DaONは、マイクロミラー22MがON状態のときの傾斜角、Ilinは、照明光学系11からDMD22への分割光の入射角、そしてILINAは、照明光学系11の入射NAを表す。
The size (length and width) and position of the projection area AL of the divided light that does not cause vignetting of light can be calculated by the following formula. First, assuming that the light-shielding region in the ON state of the micromirror 22M is ShON, it is required to satisfy the following equation.

ShON ≧ (Dp × tan (DaON))
× (tan (Ilin) + tan (ILINA))
・ ・ ・ ・ (1)

However, Dp is the diagonal length of the micromirror 22M, DaON is the tilt angle when the micromirror 22M is in the ON state, Ilin is the incident angle of the split light from the illumination optical system 11 to the DMD22, and ILINA is. , Represents the incident NA of the illumination optical system 11.

上述したように、DMD22へ入射する光は所定の入射角をもつ。マイクロミラー22MがON状態で分割光が入射すると、マイクロミラー22Mの上がっている周辺部では反射光が回折光となる。また、隣接するマイクロミラー22Mの下がっている周辺部では入射光と同じ方向に反射し、迷光になってしまう。 As described above, the light incident on the DMD 22 has a predetermined incident angle. When the divided light is incident while the micromirror 22M is ON, the reflected light becomes diffracted light in the peripheral portion where the micromirror 22M is raised. Further, in the peripheral portion where the adjacent micromirror 22M is lowered, the light is reflected in the same direction as the incident light, resulting in stray light.

また、照明光学系11を経由してリレーレンズ14からDMD22に入射する光はNAの広がりを持っているため、遮光範囲についてはNAの広がりを考慮した遮光領域が定められている。このような回折光、迷光が生じないようにするとともに、照明光学系11の入射NAを考慮して、上記(1)式に基づく遮光領域が定められる。 Further, since the light incident on the DMD 22 from the relay lens 14 via the illumination optical system 11 has a spread of NA, a light-shielding region is defined in consideration of the spread of NA for the light-shielding range. A light-shielding region based on the above equation (1) is determined in consideration of the incident NA of the illumination optical system 11 while preventing such diffracted light and stray light from occurring.

一方、マイクロミラー22MがOFF状態の遮光領域をShOFFとすると、以下の式を満たすことが求められる。


ShOFF ≧ (Dp × tan (DaOFF))
× (tan (Dout) + tan (ILINA))
・・・・・・(2)
ただし、DaOFFは、マイクロミラー22がOFF状態のときの傾斜角、Doutは、DMD22からの反射角を表す。
On the other hand, assuming that the light-shielding region in the OFF state of the micromirror 22M is ShOFF, it is required to satisfy the following equation.


ShOFF ≧ (Dp × tan (DaOFF))
× (tan (Dout) + tan (ILINA))
・ ・ ・ ・ ・ ・ (2)
However, DaOFF represents the tilt angle when the micromirror 22 is in the OFF state, and Dout represents the reflection angle from the DMD22.

マイクロミラー22MがOFF状態のときに分割光が入射すると、マイクロミラー22の下がっている周辺部で反射した光は、隣接するマイクロミラーの上がっている周辺部の裏面に当たり、回折光を発生させる。結像光学系23に入射する回折光が迷光等になってしまうため、上記(2)に式に基づく遮光領域が定められる。 When the divided light is incident when the micromirror 22M is in the OFF state, the light reflected by the lower peripheral portion of the micromirror 22 hits the back surface of the raised peripheral portion of the adjacent micromirror and generates diffracted light. Since the diffracted light incident on the imaging optical system 23 becomes stray light or the like, a light-shielding region based on the above equation (2) is defined.

そして、マイクロミラー22Mにおける遮光領域ShDMDは、分割光の投影エリアをマイクロミラー22Mの矩形状サイズを縮小(スケーリング)した投影エリアに定めることにすれば、以下の式によって求めることができる。すなわち、(1)、(2)式の遮光領域の最小値を加算した値以下となるように、遮光領域を定めることができる。(3)式で定められる遮光領域は、照明光学系11の入射NA、DMD22に対する光の入射角によって変わる。

ShDMD≦ShON+ShOFF
・・・・・・(3)
The light-shielding region ShDMD in the micromirror 22M can be obtained by the following equation if the projection area of the divided light is defined as the projection area obtained by reducing (scaling) the rectangular size of the micromirror 22M. That is, the light-shielding area can be determined so as to be equal to or less than the value obtained by adding the minimum values of the light-shielding areas of the equations (1) and (2). The light-shielding region defined by the equation (3) changes depending on the incident NA of the illumination optical system 11 and the incident angle of the light with respect to the DMD 22.

ShDMD ≤ ShON + ShOFF
・ ・ ・ ・ ・ ・ (3)

(3)式を満たす分割光の投影エリアALは、対角線TLに関して対称的であり、対角線TLに沿って投影中心位置ACがマイクロミラー中心位置MCからオフセットしている。(3)式が等式となる場合、分割光の投影エリアALのサイズおよびオフセット位置ACは、ケラレなどが生じない範囲で遮光範囲を最小にする位置となる。 The projection area AL of the divided light satisfying the equation (3) is symmetrical with respect to the diagonal line TL, and the projection center position AC is offset from the micromirror center position MC along the diagonal line TL. When the equation (3) is an equation, the size of the projection area AL of the divided light and the offset position AC are the positions where the shading range is minimized within the range where vignetting or the like does not occur.

アパーチャアレイ12のアパーチャ12Aは、図4に示す投影エリアALのサイズおよび投影中心位置ACに従い、マイクロミラー22Mのサイズおよび配列に応じてアパーチャアレイ12に区画される領域の中心に対してオフセット形成されている。ただし、アパーチャ12Aをオフセット配置していないアパーチャアレイ12を、照明光全体の光軸に対してオフセットさせるように構成してもよい。 The aperture 12A of the aperture array 12 is offset with respect to the center of the region partitioned by the aperture array 12 according to the size and arrangement of the micromirror 22M according to the size and projection center position AC of the projection area AL shown in FIG. ing. However, the aperture array 12 in which the aperture 12A is not offset may be configured to be offset with respect to the optical axis of the entire illumination light.

このように本実施形態によれば、DMD22を備えた露光装置1において、照明光学系11は、アパーチャ12Aを2次元配列させたアパーチャアレイ12を備え、アパーチャ12Aを通った光は分割され、分割された光はスポット光としてマイクロミラー22Mに結像する。分割光の投影エリアは、マイクロミラー22Mへのサイズよりも小さく、また、その投影位置はマイクロミラー22Mの中心からオフセットしている。 As described above, according to the present embodiment, in the exposure apparatus 1 provided with the DMD 22, the illumination optical system 11 includes the aperture array 12 in which the aperture 12A is two-dimensionally arranged, and the light passing through the aperture 12A is divided and divided. The generated light is imaged on the micromirror 22M as spot light. The projection area of the divided light is smaller than the size on the micromirror 22M, and its projection position is offset from the center of the micromirror 22M.

このように分割光をオフセット投影させることにより、光のケラレなどが生じない、すなわち回折光、迷光の生じない範囲で最大限のエリアに光を照射させることが可能となり、露光量低下を防ぎ、コントラストの高いパターンを形成することができる。また、スポット光がマイクロミラー22Mの中心付近に集中しないため、マイクロミラー22MすなわちDMD22の寿命を延ばすことができる。さらに、アパーチャ12Aを形成したアパーチャアレイ12を配置することで、コストを掛けずに分割光を形成することができる。 By offset-projecting the divided light in this way, it is possible to irradiate the maximum area within the range where vignetting of light does not occur, that is, diffracted light and stray light do not occur, and it is possible to prevent a decrease in exposure amount. A pattern with high contrast can be formed. Further, since the spot light is not concentrated near the center of the micromirror 22M, the life of the micromirror 22M, that is, the DMD 22 can be extended. Further, by arranging the aperture array 12 on which the aperture 12A is formed, it is possible to form the divided light at no cost.

なお、上記式では最大限の投影エリアを確保できるが、分割光の投影エリアを光の入射方向側へオフセットする構成だけでも、回折光などの発生を抑制することができる。したがって、アパーチャ12Aは矩形状(菱形を含む)に限らず、円状、多角形状などでもよい。このような形状は、アパーチャアレイ12を採用することで実現可能となる。 Although the maximum projection area can be secured in the above equation, the generation of diffracted light or the like can be suppressed only by the configuration in which the projection area of the divided light is offset toward the incident direction side of the light. Therefore, the aperture 12A is not limited to a rectangular shape (including a rhombus), but may be a circular shape, a polygonal shape, or the like. Such a shape can be realized by adopting the aperture array 12.

次に、図5、6を用いて、第2の実施形態である露光装置について説明する。第2の実施形態では、マイクロレンズアレイが用いられる。それ以外の構成については、第1の実施形態と実質的に同じである。 Next, the exposure apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. In the second embodiment, a microlens array is used. Other than that, the configuration is substantially the same as that of the first embodiment.

図5は、第2の実施形態における露光ヘッドの構成図である。図6は、アパーチャアレイ12によって分割された光のマイクロミラーにおける投影位置を示した図である。 FIG. 5 is a block diagram of the exposure head according to the second embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the projection positions of the light divided by the aperture array 12 in the micromirror.

照明光学系110は、照度均一化光学系13と、リレー光学系14と、マイクロレンズアレイ120を備えている。マイクロレンズが2次元状に配列したマイクロレンズアレイ120は、光源20からの光を分割し、各マイクロレンズによって集光された光は、DMD22の対応するマイクロミラー22Mに結像する。 The illumination optical system 110 includes an illuminance equalizing optical system 13, a relay optical system 14, and a microlens array 120. The microlens array 120 in which the microlenses are arranged in a two-dimensional manner divides the light from the light source 20, and the light collected by each microlens is imaged on the corresponding micromirror 22M of the DMD 22.

図6に示すように、分割された光束はレンズ形状に合わせて断面円状であり、投影エリアALも円状になる。また、投影エリアALは、対角線SLに沿ってオフセットしている。このような分割光のオフセット投影によって、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 As shown in FIG. 6, the divided light flux has a circular cross section according to the lens shape, and the projection area AL also has a circular shape. Further, the projection area AL is offset along the diagonal line SL. By such offset projection of the divided light, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

なお、マイクロレンズアレイ120の前後少なくとも一方の面に隣接してピンホールアレイを設けてもよい。また、リレー光学系14を省いてもよい。この場合、デフォーカスした像がマイクロミラー22Mに形成される。 A pinhole array may be provided adjacent to at least one of the front and rear surfaces of the microlens array 120. Further, the relay optical system 14 may be omitted. In this case, a defocused image is formed on the micromirror 22M.

次に、図7を用いて、第3の実施形態である露光装置について説明する。第3の実施形態では、マイクロミラーアレイが用いられる。それ以外の構成については、第2の実施形態と実質的に同じである。 Next, the exposure apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 7. In the third embodiment, a micromirror array is used. Other than that, it is substantially the same as the second embodiment.

図7は、第3の実施形態における露光ヘッドの構成図である。照明光学系210は、照度均一化光学系13と、マイクロミラーアレイ220とを備える。マイクロミラーアレイ220は、正のパワーを有する凹レンズが2次元配列した光学系であり、第2の実施形態と同様、分割光を形成する。 FIG. 7 is a block diagram of the exposure head according to the third embodiment. The illumination optical system 210 includes an illuminance equalizing optical system 13 and a micromirror array 220. The micromirror array 220 is an optical system in which concave lenses having positive power are two-dimensionally arranged, and forms split light as in the second embodiment.

1 露光装置
10 露光ヘッド
11 照明光学系
12 アパーチャアレイ(分割光学系)
22 DMD(光変調素子アレイ)
22M マイクロミラー(光変調素子)
23 投影光学系
1 Exposure device 10 Exposure head 11 Illumination optical system 12 Aperture array (divided optical system)
22 DMD (Light Modulation Element Array)
22M micromirror (light modulation element)
23 Projection optical system

Claims (8)

光源からの光を、複数の光変調素子を2次元配列させた光変調素子アレイへ導く照明光学系と、
前記光変調素子アレイで反射した光を基板に投影する投影光学系と、
前記光源と前記光変調素子アレイとの間に配置され、前記複数の光変調素子の配列に合わせて、前記光源からの光を複数の光(以下、分割光という)に分割する分割光学系とを備え、
前記分割光学系が、光変調素子サイズよりも投影エリアの小さい光束の分割光を複数成形するとともに、各分割光の投影エリアの中心位置を、対応する光変調素子の中心位置よりも分割光の入射方向に近い方にオフセットさせることを特徴とする露光装置。
An illumination optical system that guides the light from the light source to a light modulation element array in which a plurality of light modulation elements are arranged two-dimensionally.
A projection optical system that projects the light reflected by the light modulation element array onto the substrate, and
A split optical system that is arranged between the light source and the light modulation element array and divides the light from the light source into a plurality of lights (hereinafter referred to as split light) according to the arrangement of the plurality of light modulation elements. Equipped with
The split optical system forms a plurality of split lights having a luminous flux smaller than the size of the light modulation element, and the center position of the projection area of each split light is set to be smaller than the center position of the corresponding light modulation element. An exposure device characterized by offsetting toward a direction closer to the incident direction.
各光変調素子が、対角線上で軸回転する矩形状素子であり、
前記分割光学系が、各分割光の投影中心位置を、回転軸に沿った対角線と交差する対角線に沿ってオフセットさせることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
Each light modulation element is a rectangular element that rotates about its axis diagonally.
The exposure apparatus according to claim 1, wherein the split optical system offsets the projection center position of each split light along a diagonal line intersecting a diagonal line along a rotation axis.
前記分割光学系が、矩形状の分割光を複数成形することを特徴とする請求項1または2に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the split optical system forms a plurality of rectangular split lights. 前記分割光学系が、光変調素子を縮小したサイズの投影エリアが形成される分割光を、複数成形することを特徴とする請求項3に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 3, wherein the split optical system forms a plurality of split lights in which a projection area having a reduced size of the light modulation element is formed. 前記分割光学系が、前記複数の光変調素子の配列に応じて複数のアパーチャを形成した遮光部材を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の露光装置。 The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the split optical system has a light-shielding member having a plurality of apertures formed according to the arrangement of the plurality of light modulation elements. 前記遮光部材において、前記複数のアパーチャが、マイクロミラーのサイズに応じて区画される領域の中心に対してオフセットされていることを特徴とする請求項5に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 5, wherein in the light-shielding member, the plurality of apertures are offset with respect to the center of a region partitioned according to the size of the micromirror. 前記分割光学系が、前記複数の光変調素子の配列に応じて複数のマイクロレンズを形成したマイクロレンズアレイを有することを特徴とする請求項1または2に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the split optical system has a microlens array in which a plurality of microlenses are formed according to an arrangement of the plurality of light modulation elements. 前記分割光学系が、前記複数の光変調素子の配列に応じて複数のマイクロミラーを形成したマイクロミラーアレイを有することを特徴とする請求項1または2に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the split optical system has a micromirror array in which a plurality of micromirrors are formed according to an arrangement of the plurality of light modulation elements.
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