WO2014034596A1 - 照明モニタ装置およびそれを備えた露光装置 - Google Patents

照明モニタ装置およびそれを備えた露光装置 Download PDF

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light
illumination
optical fiber
photodetector
region
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Inventor
隆志 奥山
宏行 松崎
Original Assignee
株式会社オーク製作所
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70133—Measurement of illumination distribution, in pupil plane or field plane

Definitions

  • the present invention relates to illumination light of an exposure apparatus, and relates to an illumination apparatus that performs measurement and adjustment of illuminance and light quantity, and particularly relates to monitoring of illumination light.
  • a light source such as a discharge lamp or a laser
  • an illumination optical system on the substrate side through an optical fiber bundle (see, for example, Patent Document 1).
  • an optical fiber bundle is connected for each light source, and the output ends are united together in the middle.
  • a photodetector is provided in order to make the illuminance and light quantity to the substrate constant (for example, refer to Patent Document 2).
  • a part of the fiber bundle is branched to the photodetector side, or a beam splitter is arranged to extract a part of the light from the light source, and to measure the illuminance and light quantity. Make adjustments.
  • the illumination monitor apparatus of the present invention is an illumination monitor apparatus applicable to an exposure apparatus, and performs illumination monitoring using a plurality of optical fibers that transmit illumination light from a light source unit to an exposure head provided in the exposure apparatus.
  • the exposure head represents a pattern forming device including an illumination optical system, a light modulation element array, a mask / reticle, or the like.
  • a laser, a discharge lamp, etc. can be applied.
  • a plurality of optical fibers to a plurality of light sources, respectively.
  • Various types of fiber can be applied as the optical fiber, and a small-diameter optical fiber in which a cladding is formed around the core can be applied.
  • an unshielded region where leakage light is emitted is formed on the outer peripheral surface of at least one of the plurality of optical fibers.
  • the unshielded region / section is a region where light that inevitably leaks from the cladding or the like due to fiber characteristics or the like can be emitted outside without being blocked.
  • covered with shielding members, such as a protective film, is possible.
  • the non-shield region may be formed to have a predetermined width along the axial direction, or the whole may be a non-shield region.
  • the illumination monitor device of the present invention includes a photodetector that receives leaked light and a light guide unit that is disposed around the non-shielded region and guides the leaked incident light to the photodetector. If the light output is constant, the light leaking from the unshielded region is also substantially constant. By detecting the light amount / luminance value of this leaked light, it is possible to detect whether or not the light output is fluctuating.
  • the light guide In consideration of making the light incident on the light receiver as uniform as possible, it is possible to provide an optical member for diffusing the incident leakage light.
  • the light diffusion means that the light incident on the light receiver is dispersed so as to be uniform and includes reflection / scattering of light.
  • the optical member may be shaped in consideration of taking in light leaking from the entire unshielded region and securing a light diffusion (scattering, reflection) space. For example, it is possible to configure a rectangular parallelepiped shape having an incident surface of a size that covers the entire unshielded region. As a specific optical member, a rectangular parallelepiped, block-like acrylic or glass, or an optical member having a sheet-like diffusion film as an incident surface can be applied.
  • the light detector can be placed in various places.
  • the optical member when the optical member has a rectangular parallelepiped shape, the optical member can be disposed to face the side surface of the optical member.
  • the optical member is mounted inside so as not to be exposed on the surface of the light guide unit other than the incident surface, and light is reflected on the incident surface other than the side surface facing the light receiver and the side surface in contact with the inner wall of the light guide unit.
  • the optical member can be configured to repeat scattering and reflection. According to this, the leakage light that has entered the optical member is all transmitted to the photodetector through the opposing side surface.
  • the light guide unit can be provided with a guide unit that aligns the non-shield regions of each optical fiber together.
  • the leaked light is guided to the light guide without being diffused as it is.
  • the guide portion can be configured to align a plurality of optical fibers in a flat shape while being in close contact with each other in the unshielded region.
  • an output control unit that adjusts the output of illumination light based on a luminance signal output from a photodetector may be provided.
  • the output control unit can perform output adjustment during the execution of the exposure process, that is, during irradiation of illumination light for pattern formation.
  • the output control unit can adjust the output so that the luminance signal is constant. That is, the light output is controlled so that the leaked light becomes constant, and the light output may be adjusted so as to compensate for the change in the luminance value / light quantity of the leaked light.
  • the output control unit can also adjust the output so that the target value and the luminance value determined according to the sensitivity characteristic of the object to be exposed match. It is empirically known that the leakage light and the light output have a substantially linear relationship, and the light output can be increased or decreased toward the target value.
  • an illumination monitor apparatus is an apparatus for detecting leakage light of an optical fiber bundle, and a plurality of optical fibers that transmit illumination light from a light source unit to an exposure head provided in the exposure apparatus. Apply a bunch.
  • the illumination monitor device includes a plurality of optical fiber bundles in which a non-shield region from which leakage light is emitted is formed on an outer peripheral surface of at least one optical fiber bundle, a photodetector that receives the leakage light, and a non-shield region. And a light guide unit that is arranged around and guides incident leaked light to a photodetector.
  • an illumination monitoring method in a plurality of optical fibers that transmit illumination light from a light source unit to an exposure head provided in an exposure apparatus, unshielded light leaks from the outer peripheral surface of at least one optical fiber. A region is formed, and leakage light emitted from the unshielded region is guided to the photodetector.
  • an illumination monitoring method is a method for detecting leakage light of an optical fiber bundle, and a plurality of optical fibers that transmit illumination light from a light source unit to an exposure head provided in an exposure apparatus. In the bundle, a non-shield region where leaked light is emitted is formed on the outer peripheral surface of at least one optical fiber bundle, and the leaked light emitted from the non-shielded region is guided to the photodetector.
  • the present invention it is possible to accurately detect the illuminance and the light amount without reducing the output of the illumination light during the exposure process.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an exposure apparatus according to this embodiment.
  • the exposure apparatus 10 is a maskless exposure apparatus that directly forms a pattern on a substrate S on which a photosensitive material such as a photoresist is formed, and includes a light source unit 100 and an exposure head 30.
  • the light source unit 100 includes a plurality of light sources 100 1 to 100 N. Here, a laser that emits light having a wavelength of 405 nm is applied.
  • a plurality of optical fibers 20 1 to 20 N are connected to the N light sources 100 1 to 100 N , and these are grouped together to form an optical fiber group (hereinafter referred to as “optical fiber group” or “ Use one of the multiple optical fibers "). Illumination light emitted from the light sources 100 1 to 100 N is sent to the exposure head 30 via a plurality of optical fibers 20 1 to 20 N.
  • each of the plurality of optical fibers 20 is configured as a silica-based multimode optical fiber, and light incident on each fiber travels inside the core while being reflected by the cladding.
  • the outer peripheral surface of the optical fiber constituting each optical fiber is not covered with a protective film or the like, and light leaking from the outer peripheral surface of the clad in terms of fiber performance, that is, leaked light is emitted outside the fiber without being blocked. To do.
  • the exposure head 30 includes an illumination optical system, a DMD (Digital Micro-mirror Device), a projection optical system, and the like, and each micro mirror of the DMD is ON / OFF controlled based on the drawing pattern data. Thereby, the pattern light is projected onto the substrate S.
  • DMD Digital Micro-mirror Device
  • the substrate S is mounted on a drawing table (not shown), and scanning is performed as the drawing table moves relative to the exposure head 30.
  • a drawing table (not shown)
  • scanning is performed as the drawing table moves relative to the exposure head 30.
  • the drawing process for one substrate S is completed, the next substrate is transported and the drawing process is started.
  • the drawing process is temporarily suspended for a predetermined time.
  • the optical fiber group 20 extends as a single unit from the middle, and a light guide unit 40 is provided around a region (hereinafter, referred to as a measurement region / non-shielded region) partitioned into a part thereof.
  • the light guide unit 40 guides leaked light from each optical fiber bundle to the photodetector 50 disposed near the light guide unit 40.
  • the photodetector 50 has one or a plurality of photodiodes (not shown) that receive leaked light, and outputs a luminance signal.
  • the control unit 80 detects the light amount and illuminance of the light source unit 100 based on the luminance signal sent from the photodetector 50 and controls the light output.
  • the arrangement of the optical fiber group 20 in which the unshielded region K is formed, the light guide unit 40, and the photodetector 50 detects a part of the light traveling through the optical fiber bundle without providing an optical member or the like. can do.
  • leakage light is monitored during the drawing process, and the input power to each light source is adjusted so that the illuminance is constant.
  • the light receiving unit 90 in which the photodiodes are arranged moves above the table. Then, the illuminance / light quantity of the light actually irradiated onto the substrate S is detected.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the light guide and the photodetector.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the light guide and the photodetector. However, in FIG. 3, the optical fiber, the light guide, and the photodetector are indicated by hatching for convenience.
  • the light guide unit 40 includes a rectangular parallelepiped / block-shaped light transmission member 45 and a base 60 that supports the light transmission member 45.
  • a recess 60G extending in the longitudinal direction is formed on the base 60, and the measurement region K of the optical fiber group 20 is mounted in a flat state on the recess 60G in a dense and aligned state.
  • the plurality of optical fiber bundles 20 1 to 20 N are arranged in a horizontal row in close contact with each other on the bottom surface of the recess 60G that guides the arrangement direction of the fibers, and do not overlap in the vertical direction perpendicular to the arrangement direction.
  • the measurement region K of the optical fiber group 20 may be bound or bonded to be integrated.
  • the light transmission member 45 is disposed above the measurement region K of the optical fiber group 20 and attached to the base 60.
  • the length of the measurement region K is defined according to the length of the light transmission member 45 in the longitudinal direction.
  • the light transmission member 45 is configured as a phosphor folder, and a plate-like fluorescent glass 70 is included therein.
  • the fluorescent glass 70 has a size of a width D1 larger than the width of the measurement region K of the optical fiber group 20, and the measurement region K of the optical fiber group 20 is sandwiched between the fluorescent glass 70 and the base 60.
  • the measurement area K is entirely covered. Leakage light that exits from the measurement region K to the outside of each optical fiber enters the incident surface 70 ⁇ / b> S of the fluorescent glass 70.
  • the fluorescent glass 70 has a phosphor having an excitation spectrum peak in the vicinity of 400 nm and a peak wavelength of 610 nm.
  • a phosphor having an excitation spectrum peak in the vicinity of 400 nm and a peak wavelength of 610 nm When leakage light having a wavelength of 405 nm is incident on the incident surface 70S, light having a peak wavelength of 610 nm is emitted from the phosphor.
  • the phosphors are scattered in the fluorescent glass 70, and the leaked light strikes them. Therefore, light diffusion occurs together with the conversion from illumination light to fluorescence.
  • the light is scattered / reflected inside the fluorescent glass 70, and the light is reflected at the boundary surface (including the incident surface 70S) with the inside of the light transmission member 40.
  • the light transmission member 40 is configured so that light other than leakage light does not reach the fluorescent glass 70. Thereby, the leakage light or fluorescence in the fluorescent glass is scattered and reflected, and diffused inside the glass.
  • the photodetector 50 is placed in contact with one side surface 70D of the fluorescent glass 70.
  • the photodetector 50 has a width D2 larger than the width D1 of the fluorescent glass 70, and has a size that covers the entire side surface 70D.
  • the photodiodes are arranged in parallel in the horizontal direction so as to face the side surface 70D.
  • the photodiode has twice the sensitivity around 610 nm than around 405 nm.
  • the fluorescence of the fluorescent glass 70 is reflected at the boundary surface except the side surface 70D, scattered inside the glass, and finally reaches the photodiode of the photodetector 50 while diffusing.
  • the amount of light is made uniform when the photodiode is incident.
  • FIG. 4 is a flowchart of light output adjustment executed in the control unit. Here, it is performed at predetermined time intervals.
  • the light output adjustment based on the leaked light is performed during the drawing process. If it is determined that the pattern forming process is being performed on the substrate during the drawing process (S101), a luminance signal corresponding to the leaked light transmitted from the photodetector 50 is detected (S102).
  • the control unit 80 increases or decreases the input power by the same value or the same rate for each of the light sources 100 1 to 100 N.
  • the light receiving unit 90 is moved to the table side. Then, based on the luminance signal detected by the light receiving unit 90, light output is performed (S105).
  • the exposure amount is changed by changing the sensitivity characteristic of the substrate S or the like, the input power is adjusted so that the target value matches the detected luminance signal.
  • the leakage light leaks from each of the plurality of optical fibers 20. That is, the measurement regions (non-shielded regions) K of the plurality of optical fibers 20 are closely arranged in one row in the recess 60G formed in the base 60.
  • a light transmission member 45 provided with a fluorescent glass 70 is disposed above the measurement region K, and a photodetector 50 is disposed near the light transmission member 45.
  • Fluorescent glass 70 absorbs leakage light and emits fluorescence. Incident leakage light and fluorescence enter the photodiode of the photodetector 50 while being reflected and scattered at the boundary surface and inside of the fluorescent glass 70.
  • the input power to each light source is adjusted according to the detected light amount / luminance level so that the illuminance during the drawing process is constant.
  • optical fibers have light loss due to Rayleigh scattering and non-uniform fiber structure. Part of the lost light that has not been absorbed inside the fiber is emitted outside the cladding. This leakage light is always generated when an optical fiber is used.
  • the output level of the illumination light is detected using this leakage light, there is no light loss caused by taking out a part of the illumination light using the optical device, and the drawing process is in progress. It is possible to detect the illuminance and light quantity.
  • the fluorescent glass converts the spectral characteristics of light into spectral characteristics that match the sensitivity characteristics of the photodiode, and the light that has been diffused in the fluorescent glass to equalize the amount of light is incident on the photodetector 50. By doing so, accurate illuminance and light amount can be detected.
  • the block-shaped fluorescent glass 70 is accommodated in the light transmission member 45 so as to expose only the incident surface 70S, and the photodetector 50 is disposed on the side surface 70D.
  • the leaked light is dispersed by reflection / scattering, and the uniformized light is guided to the photodetector 50.
  • the light source may be a light source other than a laser such as a discharge lamp or LED.
  • the spectral characteristics of light are also arbitrary and may have a plurality of peak wavelengths.
  • the material and propagation mode of the optical fiber are also arbitrary.
  • a clad exposed region that does not block leakage light in a part of the range may be formed, and the others may be covered with a protective film.
  • the non-shield region it is preferable to form the non-shield region at the same position so that the fluorescent glass 70 can cover the entire non-shield region.
  • the unshielded region may be formed only for some of the optical fibers instead of all of the optical fibers.
  • Fluorescent material is not limited to fluorescent glass, and fluorescent acrylic or the like may be used. Moreover, you may affix a sheet-like light-diffusion member, such as a film (polymer film etc.) which scatters light, with respect to the incident surface or boundary surface of fluorescent glass. In this case, since light is made uniform by entering the film, it is suitable for the case where a phosphor with insufficient diffusion is used.
  • a sheet-like light-diffusion member such as a film (polymer film etc.) which scatters light, with respect to the incident surface or boundary surface of fluorescent glass.
  • the photodiodes and photosensors of the photodetector are configured to have a relatively large sensitivity with respect to the vicinity of the peak wavelength of the leaked light.
  • the photodiodes and photosensors of the photodetector are configured to have a relatively large sensitivity with respect to the vicinity of the peak wavelength of the leaked light.
  • a ground glass-like surface is formed on the incident surface, so that light is scattered and reflected on the incident surface or inside thereof, so that the diffused light enters the photodetector. You can do it.
  • the input power to each light source is adjusted so that the output value of leakage light is kept constant, but the target exposure amount is set according to the sensitivity characteristics of the substrate or the operator's intention. It is also possible to determine the value and adjust the light amount so that the output value of the leaked light detected matches the target value.
  • the output of light emitted from the optical fiber group 20 that is, the output of light applied to the substrate S and the output of leakage light have substantially linearity. Therefore, it is possible to calculate in advance a ratio between the light amount of light emitted from the output end of the optical fiber group and the light amount of leaked light, and determine the target value based on the ratio.
  • the value obtained by multiplying the amount of light leaked per mm, the PD (photodiode) current ratio, and the number of fiber bundles is the total amount of light leaked, so the target value can be set based on the above-described ratio.
  • PD current ratio is the luminous efficiency of phosphor, light receiving length ratio between phosphor and PD, critical ratio of phosphor, emission (light receiving) area ratio between phosphor and PD, and light receiving sensitivity ratio between phosphor and PD. It is calculated by multiplying each.
  • a target value is set according to the sensitivity characteristics of the substrate to be drawn, and the light output is fed back so that it matches the target value immediately before the start of exposure or when changing the substrate type. It becomes possible to control.
  • the light output is adjusted in the maskless exposure apparatus, but the present invention can also be applied to exposure apparatuses using other masks / reticles.
  • an optical fiber bundle in which a plurality of small-diameter optical fibers are bundled with respect to one light source is prepared, and a plurality of optical fiber bundle groups are arranged.

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Abstract

本発明の照明モニタ装置は、光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバであって、少なくとも１つの光ファイバの外周面に、漏れ光が出ていく非シールド領域が形成された複数の光ファイバと、漏れ光を受光する光検出器と、非シールド領域の周囲に配置され、入射する漏れ光を前記光検出器へ導く導光部とを備えている。

Description

照明モニタ装置およびそれを備えた露光装置
　本発明は、露光装置の照明光に関し、照度、光量の測定、調整などを行う照明装置に関し、特に、照明光のモニタリングに関する。
　露光装置では、放電ランプ、レーザーなどの光源から照射される光を、光ファイバ束を通じて基板側の照明光学系へ伝達する（例えば、特許文献１参照）。複数個の光源が使用される場合、光源ごとに光ファイバ束を接続し、途中でまとめ上げて出力端を１つにしている。
　また、露光装置では、基板への照度、光量を一定とするため、光検出器が設けられていれる（例えば、特許文献２参照）。光ファイバ束を進行する光を抽出するため、ファイバ束の一部を光検出器側へ分岐させ、あるいはビームスプリッタを配置することによって、光源からの光を一部取り出し、照度、光量の測定および調整を行う。さらに、光ファイバ内部にグレーチング、誘電体ミラーを配置することで光を取り出すことも可能である（特許文献３参照）。
特開２００６－３４３６８４号公報 特開平７－１８３２０７号公報 米国特許出願公開第２０１０／０２０２７２６号明細書
　照明光の一部を光検出用に取り出すため、その分だけ光損失が生じ、照明光を最大限利用して露光することができない。また、光ファイバ束の途中に光抽出用光学系を用いることによって、ファイバ性能しいては照度／光量測定に悪影響を与える。
　したがって、光ファイバ／光ファイバ束を用いた光伝達の過程で、光損失をできるだけ抑えながら、照度／光量を正確に測定することが求められる。
　本発明の照明モニタ装置は、露光装置に適用可能な照明モニタ装置であって、光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバを利用して照明モニタリングを行うことが可能である。なお、露光ヘッドは、照明光学系、光変調素子アレイもしくはマスク／レチクルなどを含むパターン形成デバイスを示す。
　光源部としては、レーザー、放電ランプなどが適用可能である。特に、複数の光源に対して複数の光ファイバをそれぞれ接続させることが可能である。この場合、途中から纏めてファイバケーブルとして露光ヘッドまで延ばすことができる。光ファイバは、様々なタイプのファイバを適用可能であり、コアの周囲にクラッドが形成される細径光ファイバを適用することができる。
　本発明では、複数の光ファイバのうち、少なくとも１つの光ファイバの外周面に対し、漏れ光が出ていく非シールド領域が形成されている。非シールド領域／区画は、ファイバ特性等によって必然的にクラッドなどから漏れる光が、遮断されずに外部へ射出可能な領域である。例えば、保護膜などのシールド部材で被覆しない構成が可能である。非シールド領域は、軸方向に沿って所定幅をもつように形成してもよく、あるいは、全体を非シールド領域とすることもできる。
　さらに本発明の照明モニタ装置は、漏れ光を受光する光検出器と、非シールド領域の周囲に配置され、入射する漏れ光を光検出器へ導く導光部とを備える。光出力が一定であれば、非シールド領域から漏れる光も実質的に一定となる。この漏れ光の光量／輝度値を検出することで、光出力が変動しているか否かを検知することが可能である。
　導光部としては、様々な光学部材を適用可能である。受光器へ入射する光ができるだけ均一となるようにすることを考慮し、入射する漏れ光を拡散させる光学部材を設けることが可能である。ここで、光拡散とは、受光器へ入射する光が偏りなく均一化するように分散させることを表し、光の反射／散乱を含む。
　光学部材としては、非シールド領域全体から漏れる光を取り込むこと、また、光の拡散（散乱、反射）スペースの確保等を考慮した形状にすればよい。例えば、非シールド領域を全体的にカバーするサイズの入射面を有する直方体形状に構成することが可能である。具体的な光学部材としては、直方体、ブロック状のアクリルまたはガラス、あるいは、シート状の拡散用フィルムを入射面とした光学部材などが適用可能である。
　また、受光器の感度特性に合わせた光を伝達させる構成も可能であり、例えば、入射する漏れ光を受けて、受光器の感度特性に応じた波長の蛍光を発する蛍光体を設けることが可能である。
　光検出器は、様々な場所に配置可能である。特に、光学部材が直方体形状である場合、その光学部材の側面に対向配置させることができる。例えば、光学部材を、入射面以外の導光部表面に露出しないように内部に装着させ、また、受光器が対向する側面以外の入射面、および導光部内壁と接する側面では光が反射し、光学部材内部で散乱、反射を繰り返すように構成することが可能である。これによれば、光学部材に入射した漏れ光は、対向側面を通じてすべて光検出器へ伝達される。
　複数の光ファイバ各々において非シールド領域を形成する場合、導光部は、各光ファイバの非シールド領域をまとめて整列させるガイド部を設けることが可能である。漏れ光は、そのまま拡散することなく導光部へ導かれる。例えばガイド部は、複数の光ファイバを、非シールド領域において互いに密接しながらフラット状に整列させるように構成することができる。
　照明モニタ装置としては、モニタリングだけでなく出力調整することも可能であり、例えば、光検出器から出力される輝度信号に基き、照明光の出力を調整する出力制御部を設けてもよい。出力制御部は、露光処理実行中、すなわち、パターン形成用に照明光を照射している最中に、出力調整を行うことができる。
　例えば出力制御部は、輝度信号が一定となるように出力調整することができる。すなわち、漏れ光が一定となるように光出力を制御し、漏れ光の輝度値／光量が変化したらそれを補償するように光出力を調整すればよい。
　あるいは、出力制御部は、被露光体の感度特性に応じて定められる目標値と輝度値が一致するように、出力調整することも可能である。漏れ光と光出力は略線形関係にあることが経験的に知られており、目標値に向けて光出力をアップ、ダウンさせることができる。
　一方、本発明の他の態様における照明モニタ装置は、光ファイバ束の漏れ光を検出する装置であって、光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバ束を適用する。照明モニタ装置は、少なくとも１つの光ファイバ束の外周面に、漏れ光が出ていく非シールド領域が形成された複数の光ファイバ束と、漏れ光を受光する光検出器と、非シールド領域の周囲に配置され、入射する漏れ光を光検出器へ導く導光部とを備えたことを特徴とする。
　本発明の照明モニタ方法は、光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバにおいて、少なくとも１つの光ファイバの外周面に、漏れ光が出ていく非シールド領域を形成し、非シールド領域から射出する漏れ光を光検出器へ導く。あるいは、本発明の他の態様における照明モニタ方法は、光ファイバ束の漏れ光を検出する方法であって、光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバ束において、少なくとも１つの光ファイバ束の外周面に、漏れ光が出ていく非シールド領域を形成し、非シールド領域から射出する漏れ光を光検出器へ導く。
　このように本発明によれば、露光処理の間、照明光を出力低下させることなく、照度、光量を正確に検出することが可能となる。
本実施形態である露光装置の概略的ブロック図である。 導光部および光検出器の模式的斜視図である。 導光部および光検出器の模式的平面図である。 制御部において実行される光出力調整のフローチャートである。
　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。
　図１は、本実施形態である露光装置の概略的ブロック図である。
　露光装置１０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Ｓに直接パターンを形成するマスクレス露光装置であって、光源部１００、露光ヘッド３０を備えている。光源部１００は、複数の光源１００１～１００Ｎによって構成されており、ここでは４０５ｎｍの波長の光を射出するレーザーが適用される。
　Ｎ個の光源１００１～１００Ｎには、複数の光ファイバ２０１～２０Ｎが接続されており、これらは途中でまとめられて光ファイバ群を構成する（以下、「光ファイバ群」もしくは「複数の光ファイバ」いずれかを使い分けて記載する）。光源１００１～１００Ｎから射出された照明光は、複数の光ファイバ２０１～２０Ｎを経由して露光ヘッド３０へ送られる。
　複数の光ファイバ２０各々は、ここでは石英系のマルチモード光ファイバとして構成されており、各ファイバに入射した光は、クラッドに反射しながらコア内部を進行する。一方、各光ファイバを構成する光ファイバの外周面は、保護膜等によって被覆されておらず、ファイバ性能上クラッド外周面から漏れ出る光、すなわち漏れ光は、遮断されることなくファイバ外部へ射出する。
　露光ヘッド３０は、照明光学系、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）、投影光学系等を備えており、描画パターンデータに基づいてＤＭＤの各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。これにより、パターン光が基板Ｓに投影される。
　基板Ｓは描画テーブル（図示せず）に搭載されており、描画テーブルが露光ヘッド３０に対して相対移動することにより、走査が行われる。１枚の基板Ｓに対する描画処理が終了すると、次の基板が搬送され、描画処理が開始される。所定数の基板が描画処理される度に、（あるいは１枚ごとに）描画処理が一時的に所定時間休止される。
　光ファイバ群２０は、途中から１つにまとまって延びており、その一部分に区画された領域（以下、測定領域／非シールド領域という）の周囲には、導光部４０が設けられている。導光部４０は、各光ファイバ束からの漏れ光を、導光部４０の傍に配置された光検出器５０へ導く。
　光検出器５０は、漏れ光を受光する１つもしくは複数のフォトダイオード（図示せず）を有し、輝度信号を出力する。制御部８０は、光検出器５０から送られてくる輝度信号に基き、光源部１００の光量、照度を検出し、光出力を制御する。このように、非シールド領域Ｋを形成した光ファイバ群２０、および導光部４０、光検出器５０の配置によって、光学部材等を設けることなく、光ファイバ束を進行する光の一部を検知することができる。
　ここでは、描画処理の間、漏れ光をモニタリングし、照度が一定となるように各光源への入力電力を調整する。描画処理が一時的に休止状態になると、フォトダイオードを配列させた受光部９０がテーブル上方に移動する。そして、基板Ｓに対して実際に照射される光の照度／光量を検出する。
　図２は、導光部および光検出器の模式的斜視図である。図３は、導光部および光検出器の模式的平面図である。ただし、図３では、光ファイバ、導光部、光検出器を便宜上ハッチングによって示している。
　図２に示すように、導光部４０は、直方体／ブロック状の光伝達部材４５と、光伝達部材４５を支持する基台６０とを備える。基台６０には、長手方向に延在する凹部６０Ｇが形成されており、光ファイバ群２０の測定領域Ｋは、密集かつ整列した状態で凹部６０Ｇにフラット状態で搭載されている。
　すなわち、複数の光ファイバ束２０１～２０Ｎは、ファイバの並び方向をガイドする凹部６０Ｇの底面上において密接しながら横一列に並べられており、配列方向に垂直な縦方向に重なっていない。なお、光ファイバ群２０の測定領域Ｋについては、束縛あるいは接着し、一体化させてもよい。
　図３に示すように、光伝達部材４５は、光ファイバ群２０の測定領域Ｋ上方に配置され、基台６０に取り付けられている。測定領域Ｋの長さは、光伝達部材４５の長手方向長さに従って規定される。光伝達部材４５は、ここでは蛍光体フォルダとして構成されており、内部に板状の蛍光ガラス７０が内包されている。
　蛍光ガラス７０は、光ファイバ群２０の測定領域Ｋの幅よりも大きな幅Ｄ１のサイズをもち、光ファイバ群２０の測定領域Ｋが蛍光ガラス７０と基台６０との間に挟まれるように、測定領域Ｋを全体的に覆う。測定領域Ｋから各光ファイバの外部に出て行く漏れ光は、蛍光ガラス７０の入射面７０Ｓに入射する。
　蛍光ガラス７０は、４００ｎｍ近傍に励起スペクトルピークをもち、６１０ｎｍをピーク波長とする蛍光体を内在する。４０５ｎｍの波長をもつ漏れ光が入射面７０Ｓに入射すると、６１０ｎｍをピーク波長とする光が蛍光体から発光される。蛍光体は蛍光ガラス７０に散在し、それに漏れ光が当たる。そのため、照明光から蛍光への変換と合わせて、光の拡散が生じる。
　さらに、蛍光ガラス７０の内部では、光が散乱／反射し、光伝達部材４０内部との境界面（入射面７０Ｓも含む）では光が反射される。なお、光伝達部材４０は、漏れ光以外の光が蛍光ガラス７０にまで到達しないように構成されている。これにより、蛍光ガラス内の漏れ光あるいは蛍光は散乱、反射し、ガラス内部で拡散される。
　蛍光ガラス７０の１つの側面７０Ｄには、光検出器５０が接触配置されている。光検出器５０は、蛍光ガラス７０の幅Ｄ１よりも大きい幅Ｄ２をもち、側面７０Ｄ全体をカバーするサイズを有する。そして、側面７０Ｄに対向するようにフォトダイオードが水平方向に並列している。フォトダイオードは、６１０ｎｍ付近の感度が４０５ｎｍ付近よりも２倍ある。
　上述したように、蛍光ガラス７０の蛍光は、側面７０Ｄ以外では境界面で反射、ガラス内部で散乱し、拡散しながら最終的に光検出器５０のフォトダイオードに到達する。その結果、光ファイバ群２０から蛍光ガラス７０に入射する漏れ光に光量ムラがあっても、フォトダイオード入射時には光量が均一化される。
　図４は、制御部において実行される光出力調整のフローチャートである。ここでは、所定時間間隔で行われる。
　本実施形態では、漏れ光に基く光出力調整は、描画処理中に行われる。描画処理中、すなわち基板に対するパターン形成処理が行われていると判断されると（Ｓ１０１）、光検出器５０から送られてくる漏れ光に応じた輝度信号を検出する（Ｓ１０２）。
　そして、輝度レベルが常に一定となるように入力電力が調整される（Ｓ１０３）。制御部８０は、各光源１００１～１００Ｎに対し、同じ値あるいは同じ割合だけ入力電力を上昇、あるいは降下させる。
　一方、描画処理が終了している場合、受光部９０をテーブル側へ移動させる。そして、受光部９０によって検出される輝度信号に基き、光出力が行われる（Ｓ１０５）。基板Ｓの感度特性が変更される等によって露光量を変更する場合、その目標値と検出される輝度信号が一致するように、入力電力が調整される。
　このように本実施形態によれば、複数の光ファイバ２０各々から漏れ光が漏出するように構成されている。すなわち、基台６０に形成された凹部６０Ｇには、複数の光ファイバ２０の測定領域（非シールド領域）Ｋが、１列に密接して並べられる。そして、測定領域Ｋの上方には、蛍光ガラス７０を供えた光伝達部材４５が配置され、その傍には光検出器５０が配置される。
　蛍光ガラス７０では、漏れ光を吸収して蛍光が発光する。入射する漏れ光、蛍光は、蛍光ガラス７０の境界面、内部において反射、散乱しながら光検出器５０のフォトダイオードに入射する。光出力調整処理では、描画処理中の照度が一定となるように、検出される光量／輝度レベルに応じて各光源への入力電力が調整される。
　一般に、光ファイバには、レイリー散乱、ファイバ構造の不均一さに起因する光損失が存在する。ファイバ内部で吸収されなかった損失光の一部は、クラッド外側へ放射される。この漏れ光は、光ファイバを使用するときに必ず発生する。
　本実施形態では、この漏れ光を利用して照明光の出力レベルを検知するため、光学デバイスを用いて照明光の一部を取り出すことに起因する光損失が発生することがなく、描画処理中の照度、光量を検知することができる。
　また、蛍光ガラスによって、光のスペクトル特性をフォトダイオードの感度特性に合わせたスペクトル特性に変換し、かつ、蛍光ガラス内で光を拡散させて光量を均一化させた光を光検出器５０へ入射させることにより、正確な照度、光量を検出することができる。
　特に、ブロック状の蛍光ガラス７０を、入射面７０Ｓ以外は露出しないように光伝達部材４５内部に収容し、側面７０Ｄに光検出器５０を配置する。これによって、漏れ光は反射／散乱によって分散され、均一化された光が光検出器５０へ導かれる。
　光源としては、放電ランプ、ＬＥＤなどレーザー以外の光源であってもよい。また、光のスペクトル特性も任意であり、複数のピーク波長をもってもよい。光ファイバの材質、伝播モードも任意である。
　各光ファイバについては、一部の範囲だけ漏れ光を遮断しないクラッド露出領域（非シールド領域）を形成し、それ以外は保護膜で被覆するようにしてもよい。この場合、蛍光ガラス７０が非シールド領域全体をカバーできるように、同じ位置に非シールド領域を形成するのがよい。さらに、すべての光ファイバではなく、一部の光ファイバのみ非シールド領域を形成してもよい。
　蛍光体としては蛍光ガラスに限るものではなく、蛍光アクリルなどを使用してもよい。また、蛍光ガラスの入射面、あるいは境界面に対し、光を散乱させるフィルム（高分子フィルムなど）など、シート状光拡散部材を貼り付けてもよい。この場合、フィルムに入射することで光が均一化させるため、拡散が不十分な蛍光体を用いた場合に適している。
　あるいは、蛍光ガラス、蛍光アクリルなどの蛍光体を使用せず、漏れ光をそのまま光検出器へ導くように構成してもよい。この場合、光検出器のフォトダイオード、フォトセンサが、漏れ光のピーク波長付近に対し相対的に大きな感度をもつように構成される。あるいは、描画を行う光出力がフォトダイオードの性能に対して十分に高い場合は、フォトダイオードが当該波長に低感度であっても問題ない。
　そして、蛍光ガラス以外のガラス部材を使用する場合、入射面にすりガラス状の面を形成するなど、入射面、あるいはその内部で光が散乱、反射し、拡散した光が光検出器に入射するようにすればよい。
　なお、本実施形態では、漏れ光の出力値が一定を維持するように各光源への入力電力を調整するが、基板の感度特性、あるいはオペレータの意向に従い、所望の露光量となるように目標値を定め、検出される漏れ光の出力値が目標値と一致するように光量調整することも可能である。
　光ファイバ群２０から射出される光、すなわち基板Ｓに照射される光の出力と、漏れ光の出力は、実質的に線形性を有することは、経験的に知られている。したがって、光ファイバ群の出力端から出射する光の光量と、漏れ光の光量との比をあらかじめ演算し、その比に基いて目標値を決定することが可能である。
　具体的には、１ｍｍ当たりの漏れ光量、ＰＤ（フォトダイオード）電流比、ファイバ束本数を乗じた値が漏れ光の総光量となることから、上述した比に基いて目標値を設定することが可能である。ＰＤ電流比は、蛍光体の発光効率、蛍光体とＰＤとの受光長比、蛍光体の臨界比、蛍光体とＰＤとの出射（受光）面積比、蛍光体とＰＤとの受光感度比をそれぞれ乗じることによって求められる。
　このような光量調整を行うことによって、描画対象である基板の感度特性などに従った目標値を設定し、露光開始直前、基板の種類変更時など、目標値と一致させるように光出力をフィードバック制御することが可能となる。
　本実施形態では、マスクレス露光装置において光出力を調整しているが、それ以外のマスク／レチクルを利用する露光装置にも適用可能である。
　さらには、１つの光源に対して複数の細径光ファイバを束ねた光ファイバ束を用意し、複数の光ファイバ束群を配設させた構成も可能である。この場合、光ファイバ束に対し、漏れ光が射出するような保護膜を形成しない非シールド領域を形成することが可能である。
　本発明に関しては、添付されたクレームによって定義される本発明の意図および範囲から離れることなく、様々な変更、置換、代替が可能である。さらに、本発明では、明細書に記載された特定の実施形態のプロセス、装置、製造、構成物、手段、方法およびステップに限定されることを意図していない。当業者であれば、本発明の開示から、ここに記載された実施形態がもたらす機能と同様の機能を実質的に果たし、又は同等の作用、効果を実質的にもたらす装置、手段、方法が導かれることを認識するであろう。したがって、添付した請求の範囲は、そのような装置、手段、方法の範囲に含まれることが意図されている。
　本願は、日本出願（特願２０１２－１９１３８２号、２０１２年８月３１日出願）を基礎出願として優先権主張する出願であり、基礎出願の明細書、図面およびクレームを含む開示内容は、参照することによって本願全体に組み入れられている。
　１０　露光装置
　２０　複数の光ファイバ
　４０　導光部
　４５　光伝達部材
　５０　光検出器
　６０Ｇ　凹部（ガイド部）
　７０　蛍光ガラス
　７０Ｄ　側面
　７０Ｓ　入射面
　８０　制御部
　１００　光源部
　Ｋ　測定領域（非シールド領域）

Claims (15)

  1. 　光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバであって、少なくとも１つの光ファイバの外周面に、漏れ光が出ていく非シールド領域が形成された複数の光ファイバと、
    　漏れ光を受光する光検出器と、
    　前記非シールド領域の周囲に配置され、入射する漏れ光を前記光検出器へ導く導光部と
    　を備えたことを特徴とする照明モニタ装置。
  2. 　前記導光部が、入射する漏れ光を拡散させる光学部材を有することを特徴とする請求項１に記載の照明モニタ装置。
  3. 　前記光学部材が、前記非シールド領域をカバーするサイズの入射面を有する直方体形状であることを特徴とする請求項２に記載の照明モニタ装置。
  4. 　前記光検出器が、前記光学部材の側面に対向配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明モニタ装置。
  5. 　前記複数の光ファイバ各々が、前記非シールド領域を有し、
    　前記導光部が、各光ファイバの非シールド領域をまとめて整列させるガイド部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照明モニタ装置。
  6. 　前記ガイド部が、前記複数の光ファイバを、非シールド領域において互いに密接しながらフラット状に整列させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の照明モニタ装置。
  7. 　前記光検出器から出力される輝度信号に基き、照明光の出力を調整する出力制御部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の照明モニタ装置。
  8. 　前記出力制御部が、輝度信号が一定となるように出力調整することを特徴とする請求項７に記載の照明モニタ装置。
  9. 　前記出力制御部が、輝度信号が被露光体の感度特性に応じて定められる目標値と一致するように、出力調整することを特徴とする請求項７に記載の照明モニタ装置。
  10. 　前記出力制御部が、露光処理実行中に出力調整を行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の照明モニタ装置。
  11. 　前記光学部材が、入射する漏れ光によって蛍光を発する蛍光体を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の照明モニタ装置。
  12. 　請求項１に記載された照明モニタ装置を備えた露光装置。
  13. 　光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバ束であって、少なくとも１つの光ファイバ束の外周面に、漏れ光が出ていく非シールド領域が形成された複数の光ファイバ束と、
    　漏れ光を受光する光検出器と、
    　前記非シールド領域の周囲に配置され、入射する漏れ光を前記光検出器へ導く導光部と
    　を備えたことを特徴とする照明モニタ装置。 
  14. 　光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバにおいて、少なくとも１つの光ファイバの外周面に、漏れ光が出ていく非シールド領域を形成し、
    　前記非シールド領域から射出する漏れ光を光検出器へ導くことを特徴とする照明モニタ方法。
  15. 　光源部からの照明光を、露光装置に設けられる露光ヘッドへ伝達する複数の光ファイバ束において、少なくとも１つの光ファイバ束の外周面に、漏れ光が出ていく非シールド領域を形成し、
    　前記非シールド領域から射出する漏れ光を光検出器へ導くことを特徴とする照明モニタ方法。
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