JP2009188013A - Aligner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マスクレス露光が可能な露光装置に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus capable of maskless exposure.
従来、半導体集積回路や液晶デバイス等の製造工程では回路パターン形成のためにフォトリソグラフィ工程が多用されている。フォトリソグラフィは、所定のパターンが形成されたフォトマスクを用い、このフォトマスクを介してフォトレジストの塗布されたシリコンなどの基板上に露光することで、フォトマスクのパターンを基板上に転写してから、現像工程、エッチング工程等を経ることにより基板上にパターンを形成するものである。 Conventionally, a photolithography process is frequently used for forming a circuit pattern in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal device. Photolithography uses a photomask on which a predetermined pattern is formed, and the photomask pattern is transferred onto the substrate by exposing it onto a substrate such as silicon coated with a photoresist through the photomask. Then, a pattern is formed on the substrate through a development process, an etching process, and the like.
上述のようなフォトリソグラフィ工程の代わりに、フォトマスクを用いずに所望のパターンを基板等に直接形成するマスクレス露光(直接露光)装置が提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。かかるマスクレス露光によれば、フォトマスクが不要でありコスト的に有利であり、また、高精度露光が可能であるとされている。
A maskless exposure (direct exposure) apparatus that directly forms a desired pattern on a substrate or the like without using a photomask instead of the photolithography process as described above has been proposed (for example, see
特許文献1に記載のマスクレス露光装置は、露光ヘッドの結像光学系で結像される所望の露光パターンと被露光物の表面とを相対的に走査する走査手段を備え、かかる走査手段としてXYステージを用いている。また、光走査手段としては、ポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系が知られている。また、かかる光走査光学系の代わりに2次元光変調素子を用いることが提案されている(例えば、下記特許文献2参照)。
上述の光走査手段としてポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系を用いると、装置の全体構成が大きくなってしまい、装置の小型化の障害となり、また、高価であり、応答性もよくない。また、2次元光変調素子は短寿命化や誤動作発生の問題があるといわれており、誤動作対策に特別な構成やコストが必要となってしまい(特許文献1参照)、好ましくない。 If an optical scanning optical system using a polygon mirror or a galvano mirror and a lens optical system is used as the above optical scanning means, the overall configuration of the apparatus becomes large, which is an obstacle to miniaturization of the apparatus, and is expensive. Responsiveness is not good. In addition, it is said that the two-dimensional light modulation element has a problem of shortening the life and occurrence of malfunction, and a special configuration and cost are required for countermeasure against malfunction (see Patent Document 1), which is not preferable.
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、小型化が可能でかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an exposure apparatus that can be reduced in size and can perform maskless exposure with a stable operation in view of the above-described problems of the prior art.
上記目的を達成するために、本実施形態による露光装置は、光源と、ミラーを繰り返し傾斜させるMEMS光スキャナと、前記光源からの光を前記ミラーを介して前記被露光物上に露光する露光光学系と、を備え、前記光源からの光を前記MEMS光スキャナで傾斜するミラーにより前記被露光物上で2方向に走査するように2次元的に走査して前記被露光物上に照射することで前記被露光物を露光するものである。 In order to achieve the above object, the exposure apparatus according to the present embodiment includes a light source, a MEMS optical scanner that repeatedly tilts a mirror, and exposure optics that exposes light from the light source onto the object to be exposed via the mirror. And irradiating the object to be exposed by two-dimensional scanning so that light from the light source is scanned in two directions on the object to be exposed by a mirror inclined by the MEMS optical scanner. The object to be exposed is exposed.
この露光装置によれば、MEMS(メムス)光スキャナによりミラーを繰り返し傾斜させて光源からの光を走査して走査光を得て、被露光物上に直接露光できる。MEMS(メムス)とは、微小電気機械システム(Micro Electro Mechanical Systems)の略で、機械要素部品を極小サイズで作製した小型デバイスである。MEMS光スキャナは、アクチュエータによりミラーを駆動して光を走査するMEMS(メムス)光デバイスであり、小型に構成され信頼性が高く動作が安定している。このように、MEMS光スキャナを光走査に用いることによって、装置を小型化できかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を実現できる。 According to this exposure apparatus, a mirror is repeatedly tilted by a MEMS light scanner, light from a light source is scanned to obtain scanning light, and the object to be exposed can be directly exposed. MEMS (abbreviation) is an abbreviation for micro electro mechanical systems, and is a small device in which mechanical component parts are manufactured in a minimum size. The MEMS optical scanner is a MEMS optical device that scans light by driving a mirror by an actuator, and is configured to be small in size and highly reliable and stable in operation. As described above, by using the MEMS optical scanner for optical scanning, it is possible to reduce the size of the apparatus and realize an exposure apparatus capable of maskless exposure with stable operation.
さらに、光源からの光をMEMS光スキャナで繰り返し傾斜するミラーにより2次元的に走査することで異なる2方向への走査光を得て被露光物を異なる2方向において露光できる。 Further, by scanning the light from the light source two-dimensionally with a mirror that repeatedly tilts with a MEMS optical scanner, scanning light in two different directions can be obtained, and the object to be exposed can be exposed in two different directions.
上記露光装置において前記MEMS光スキャナは、1次元的に光を走査し、前記露光光学系に2個配置されて2次元的に光を走査するように構成できる。また、前記MEMS光スキャナは単体で2次元的に光を走査するように構成できる。 In the above exposure apparatus, the MEMS optical scanner can be configured to scan light one-dimensionally and to be arranged two in the exposure optical system to scan light two-dimensionally. The MEMS optical scanner can be configured to scan light two-dimensionally as a single unit.
また、前記被露光物を載置して移動可能なステージを備え、前記ステージの移動を制御することで前記被露光物上にパターンを露光することにより、所望のパターンを被露光物上に直接露光できる。 In addition, a stage that can be moved by placing the object to be exposed is provided, and a pattern is exposed on the object to be exposed by controlling the movement of the stage, so that a desired pattern is directly formed on the object to be exposed. Can be exposed.
また、前記ステージの位置を検出する位置検出部を備え、前記ステージが駆動源としてモータを有し、前記位置検出部の検出信号に基づいて前記モータを駆動し前記ステージの位置を制御することで、フィードバック制御を行い、ステージの位置を高精度に制御できる。 A stage detection unit that detects the position of the stage; the stage includes a motor as a drive source; and the stage is controlled by driving the motor based on a detection signal of the position detection unit. Feedback control can be performed to control the position of the stage with high accuracy.
また、前記光源からの光のオンオフを制御することで前記被露光物上にパターンを露光することにより、例えば、走査方向に断続的なパターンや走査方向と直交する方向に間欠的なパターン等の所望のパターンを露光できる。 Further, by controlling the on / off of light from the light source to expose a pattern on the object to be exposed, for example, an intermittent pattern in the scanning direction or an intermittent pattern in a direction perpendicular to the scanning direction, etc. A desired pattern can be exposed.
また、前記露光光学系が対物レンズを含み、前記対物レンズを前記被露光物に対し駆動し自動的に合焦させるオートフォーカス機構を備えることで、露光中に自動的に合焦させることができるので、被露光物の表面に凹凸があっても高精度な露光が可能となる。 In addition, the exposure optical system includes an objective lens, and is provided with an autofocus mechanism that automatically focuses the objective lens with respect to the object to be exposed, so that it can be automatically focused during exposure. Therefore, high-precision exposure is possible even if the surface of the object to be exposed has irregularities.
本発明の露光装置によれば、小型化が可能でかつ安定した動作で2方向に走査する走査光によりマスクレス露光が可能となる。 According to the exposure apparatus of the present invention, maskless exposure can be performed by scanning light that can be reduced in size and scans in two directions with stable operation.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
〈第1の実施の形態〉
図1は第1の実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す図である。図2は図1の露光光学系を説明するための図である。図3は図2の露光光学系の一部(図2の破線で囲んだ範囲III)の上面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a view showing the schematic arrangement of the entire exposure apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a view for explaining the exposure optical system of FIG. 3 is a top view of a part of the exposure optical system in FIG. 2 (range III surrounded by a broken line in FIG. 2).
図1に示すように、露光装置10は、被露光物Aを載置し保持してXY方向に移動可能なXYステージ11と、半導体レーザからなる光源12と、光源12から光ファイバFIで導かれた光により被露光物Aに対し露光する露光光学系と、露光を行う際に露光光学系の鏡筒31内の対物レンズをXYステージ11上の被露光物Aに対し図の上下方向に駆動し自動的に合焦させるオートフォーカス機構と、XYステージ11上の被露光物Aを観察するための観察光学系と、XYステージ11及び光源12を制御する制御装置13と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
露光光学系は、図1〜図3のように、光源12からの光が光ファイバFIを介して導入されてコリメートレンズCで平行化されてミラーM2で反射し、レンズL4,L3を介してミラーM1で反射し、レンズL2,ミラー19,レンズL1,ビームスプリッタ29を介して鏡筒31内の対物レンズJでステージ11上の被露光物Aの表面A1に集光されて結像しスポット照射するようになっている。
In the exposure optical system, as shown in FIGS. 1 to 3, light from the
上述の露光光学系の内のコリメートレンズCからレンズL1までの各光学要素はハウジング20内に配置され収容されている。
Each optical element from the collimating lens C to the lens L1 in the exposure optical system described above is disposed and accommodated in the
オートフォーカス機構は、図1のように、オートフォーカス用レーザ光源22からの光がビームスプリッタ27,28,29を介して鏡筒31内の対物レンズJ(図2)でXYステージ11上の被露光物Aの表面A1に集光され、その反射光が対物レンズJ、ビームスプリッタ29,28,27,チューブレンズ32,ビームスプリッタ26を介してフォトダイオード(PD)からなる受光素子21に入射し、その入射光信号に基づいて公知のピエゾ素子からなるアクチュエータ23で鏡筒31を光軸方向に駆動して鏡筒31内の対物レンズJ(図2)を移動させて合焦させるようになっている。
As shown in FIG. 1, the autofocus mechanism is configured such that the light from the autofocus
上述のビームスプリッタ26,27,28,29及びチューブレンズ32はハウジング30内に配置され収容されている。
The above-described
観察光学系は、照明光を光導入部25から導入してXYステージ11上の被露光物Aに照射してその反射光をCCDカメラ24で撮像して被露光物Aを観察できるようになっている。
The observation optical system can observe the object A by introducing illumination light from the
図1のように、ハウジング30には、受光素子21,オートフォーカス用レーザ光源22,CCDカメラ24及び光導入部25が取り付けられており、ハウジング30の下端にアクチュエータ23が配置され、さらにアクチュエータ23の下方に鏡筒31が配置されている。
As shown in FIG. 1, a
XYステージ11には、図1のステッピングモータ15a,15bとステッピングモータ15a,15bによる各回転運動をX方向及びY方向への直線運動に変換する公知のボールねじ等から構成された直動機構とが内蔵されている。ステッピングモータ15a,15bの各等速回転によりXYステージ11は図1の横方向(X方向)及び図1の紙面垂直方向(Y方向)に等速で移動可能になっている。
The
制御装置13は、モータドライバ16を介してステッピングモータ15a,15bを制御する。また、露光装置10はXYステージ11のX方向及びY方向の各位置を検出するエンコーダ等から構成された位置検出部14を備えている。
The
制御装置13は、XYステージ11のX方向及びY方向の各移動量を制御するが、このとき、位置検出部14から入力した位置検出信号に基づいてステッピングモータ15a,15bをフィードバック制御することで、XYステージ11を高精度に制御できる。
The
また、制御装置13は、ドライバ17を介して光源12をオンオフ制御し、光源12からの光をオンオフするようになっている。なお、光源12に対し公知の電動シャッタを後置し、この電動シャッタを制御装置13が制御することにより、光源12からの光をオンオフするようにしてもよい。
In addition, the
また、制御装置13は、CPU(中央演算処理装置)を備え、CPUにより光源12及びXYステージ11を所定のシーケンスで制御し、所定パターンの露光が可能となっている。
Further, the
図1〜図3に示すミラーM1,M2は、MEMS光スキャナの一部を構成するものであるが、かかるMEMS光スキャナについて図4、図5を参照して説明する。 The mirrors M1 and M2 shown in FIGS. 1 to 3 constitute a part of the MEMS optical scanner. The MEMS optical scanner will be described with reference to FIGS.
図4は図1〜図3の露光装置で使用可能なMEMS光スキャナの基本構造及び動作原理を説明するための概略図である。図5は図1〜図3の露光装置で使用可能なMEMS光スキャナの具体例を示す上面図(a)、b-b線方向に切断してみた断面図(b)及び下面図(c)である。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the basic structure and operation principle of a MEMS optical scanner that can be used in the exposure apparatus of FIGS. FIG. 5 is a top view (a) showing a specific example of a MEMS optical scanner that can be used in the exposure apparatus of FIGS. 1 to 3, a cross-sectional view (b), and a bottom view (c) cut in the bb line direction. .
図4に示すMEMS光スキャナは、矩形状のヨークY内に矩形平面状のミラーMを一対のねじり棒T,TでヨークYと連結するように形成し、ミラーMの外周に沿って駆動コイルDを形成し、ヨークYの外側に対向するように一対の永久磁石P1,P2を配置するものであり、電磁駆動アクチュエータによりミラーを駆動する電磁駆動式の共振型である。 In the MEMS optical scanner shown in FIG. 4, a rectangular planar mirror M is formed in a rectangular yoke Y so as to be connected to the yoke Y by a pair of torsion bars T, T, and a drive coil is formed along the outer periphery of the mirror M. D is formed, and a pair of permanent magnets P1 and P2 is disposed so as to face the outside of the yoke Y, and is an electromagnetically driven resonance type in which a mirror is driven by an electromagnetically driven actuator.
MEMS光スキャナは、図4のように、永久磁石P1,P2により磁束密度Bの磁界がねじり棒T,Tに直交する方向に生じ、駆動コイルDに電流iを流すと、ローレンツ力Fによる回転トルクでねじり棒T,Tがその弾性復元力に抗して回動してミラーMが傾く。電流iを交流電流とすることにより、ねじり棒T,Tが回転方向rとその逆方向r’に共振して回動することでミラーMが共振して傾斜を繰り返す。ここで、F∝i・Bであるので、電流量を変化させることで、ミラーMの傾きを変えることができる。ミラーMは回転方向r,r’に傾斜し、ミラーMに入射して反射する光の方向を一方向において変えるので、図4のMEMS光スキャナは1次元可動タイプである。 In the MEMS optical scanner, as shown in FIG. 4, when a magnetic field having a magnetic flux density B is generated in a direction perpendicular to the torsion bars T and T by the permanent magnets P1 and P2 and a current i is supplied to the drive coil D, rotation by Lorentz force F occurs. The torsion bars T and T are rotated against the elastic restoring force by torque, and the mirror M is tilted. By making the current i an alternating current, the torsion bars T and T resonate and rotate in the rotation direction r and the opposite direction r ′, so that the mirror M resonates and repeats the inclination. Since F∝i · B, the inclination of the mirror M can be changed by changing the amount of current. Since the mirror M is inclined in the rotational directions r and r 'and changes the direction of light incident on the mirror M and reflected in one direction, the MEMS optical scanner in FIG. 4 is a one-dimensional movable type.
MEMS光スキャナ1は、具体的には、図5(a)〜(c)のように、基板6の基準面6a側にヨーク4を設け、ヨーク4の内側に永久磁石2,3を対向させて配置し、永久磁石2,3の間にシリコンチップ7を設け、ミラー5をシリコンチップ7で包囲するようにして配置し、図4のように駆動コイルを形成し、この駆動コイルにコネクタ8を介して外部から交流電流を流すことで、図5(b)、(c)のようにミラー5が回転中心軸pを中心にして回転方向r、その逆方向r’に共振して傾斜を繰り返すようになっており、1次元可動タイプの電磁駆動式共振型に構成されている。
Specifically, as shown in FIGS. 5A to 5C, the MEMS
図5(a)〜(c)のMEMS光スキャナ1では、基板6の基準面6aの反対面6b側において入射光nがミラーMで反射するとき、その反射光n’の基準面6aに対する反射角度がミラー5の傾斜角に応じて変化する。なお、MEMS光スキャナ1には、図4のねじり棒Tと同様のねじり棒が回転中心軸p上に設けられている。
In the MEMS
図5(a)〜(c)のMEMS光スキャナ1は、各部品が微小に構成されており、その全体寸法が、例えば、30mm×22mm×5mm(厚さ)であり、ミラー5の平面寸法が4mm×4mmである。このようなMEMS光スキャナは、例えば、日本信号株式会社から商品名「ECO SCAN:ESS115B」として販売されている。
The MEMS
2つのMEMS光スキャナ1は、図1〜図3のミラーM1,M2の位置にそれぞれ配置され、ミラーM1,M2による各走査光が互いに直交する方向に反射するように配置される。すなわち、MEMS光スキャナ1は、基板6の四隅に取付孔6cを有し、基準面6aを基準にして図1の露光装置10のハウジング20内の2箇所の各所定位置に各ミラー5がミラーM1,M2の機能を発揮するように取付孔6cで取り付けられる。また、各MEMS光スキャナ1は、図1のように、制御装置13により制御される。
The two MEMS
次に、図1〜図3の露光装置10の露光動作について図1〜図6を参照して説明する。図6は図1の被露光物の表面に露光されるパターンの一例を説明するための模式図である。
Next, the exposure operation of the
最初に、露光装置10による露光について説明する。まず、光源12からの光がコリメートレンズCで平行光mになって図3のようにミラーM2に入射する。ミラーM2は、図5(a)〜(c)のMEMS光スキャナ1のミラー5に相当し、MEMS光スキャナ1に図4の駆動コイルDのように交流電流を流すことで、図2のミラー回転軸18(図4のねじり棒Tに対応し、図5の回転中心軸pと同軸である。)を中心に回動を繰り返し、図3のように光軸aに対し傾斜角β2で傾く。
First, exposure by the
次に、ミラーM2で反射した光は、焦点距離f4のレンズL4,焦点距離f3のレンズL3を介して平行光になってミラーM1に入射する。ミラーM1は、ミラーM2と同様にMEMS光スキャナ1のミラー5に相当し、MEMS光スキャナ1に図4の駆動コイルDのように交流電流を流すことで、図4のねじり棒Tに対応するミラー回転軸(図2の紙面垂直方向に延びる。)を中心に回動を繰り返し、図2のように光軸bに対し傾斜角α2で傾く。
Next, the light reflected by the mirror M2 becomes parallel light through the lens L4 having the focal length f4 and the lens L3 having the focal length f3, and enters the mirror M1. The mirror M1 corresponds to the
次に、ミラーM1で反射した光は、焦点距離f2のレンズL2,ミラー19(図1),焦点距離f1のレンズL1,ビームスプリッタ29(図1)を介して焦点距離f0の対物レンズJにより図1の被露光物Aの表面A1に集光されてスポット照射する。 Next, the light reflected by the mirror M1 is passed through the lens L2, the mirror 19 (FIG. 1) having the focal length f2, the lens L1 having the focal length f1, and the objective lens J having the focal length f0 via the beam splitter 29 (FIG. 1). It is focused on the surface A1 of the object A to be exposed in FIG.
MEMS光スキャナ1によりミラーM1は光源からの光を図1,図2,図6の横方向(X方向)に走査し第1走査光を得る。表面A1上における光軸c(図2)からX方向への第1走査光の走査長さx0は、次式(1)により表すことができる。
x0=f0・(f2/f1)・tan(α2) ・・・(1)
ただし、α2:ミラーM1の光軸bに対するX方向への傾斜角(振れ角)
By the MEMS
x0 = f0 · (f2 / f1) · tan (α2) (1)
Where α2: tilt angle (deflection angle) in the X direction with respect to the optical axis b of the mirror M1
また、MEMS光スキャナ1によりミラーM2は光源12からの光を図1,図2の紙面垂直方向(図6のY方向)に走査し第2走査光を得る。表面A1上における光軸cからY方向への第2走査光の走査長さy0は、次式(2)により表すことができる。
y0=f0・(f2/f1)・(f4/f3)・tan(β2) ・・・(2)
ただし、β2:ミラーM2の光軸aに対するY方向への傾斜角(振れ角)
Further, the mirror M2 scans the light from the
y0 = f0 · (f2 / f1) · (f4 / f3) · tan (β2) (2)
Where β2: tilt angle (deflection angle) in the Y direction with respect to the optical axis a of the mirror M2
上述のようにして、図1のXYステージ11に載置されて保持された被露光物Aの表面A1に対し、光源12からの光をミラーM1,M2でXY方向の互いに直交する2方向に走査することで第1走査光と第2走査光として照射し露光できる。このとき、例えば、図6のようなパターンPA,PA1を次のようにして露光することができる。
As described above, with respect to the surface A1 of the exposure object A placed and held on the
図1のXYステージ11上に被露光物Aを載せて保持し、XYステージ11を所定位置に移動させてから、光源12をオンにし、MEMS光スキャナ1を駆動し、ミラーM1,M2を振動させると、光源12からの光は、図6のように被露光物Aの表面A1上において第1走査光がX方向に走査長さx0で走査されるとともに、第2走査光がY方向に走査長さy0で走査され、かかる第1及び第2走査光により図6のような略円形状または略楕円状の小パターンPAを表面A1に露光できる。
The object A is placed and held on the
次に、例えば、XYステージ11のステッピングモータ15bを駆動すると、XYステージ11がY方向に等速で移動し、所定時間駆動することで被露光物Aの表面A1上に走査長さx0に対応した所定幅で所定長さの破線で示す細長形状のパターンPA1を露光できる。
Next, for example, when the stepping
上述のようにして、比較的幅の大きい所定幅のパターンを露光することが可能となる。また、XYステージ11のY方向への等速移動中に、光源12をオフにすることで、間欠的なパターンを形成できる。
As described above, it is possible to expose a pattern having a relatively wide predetermined width. Further, an intermittent pattern can be formed by turning off the
また、上記露光の際に、図1のオートフォーカス機構を作動させると、レーザ光源22から光が対物レンズJ(図2)を介して被露光物Aの表面A1に集光され、その反射光が受光素子21に入射し、その入射光信号に基づいてアクチュエータ23で鏡筒31内の対物レンズJを光軸方向に駆動して自動的に合焦させる。オートフォーカス機構は、光源12からの光による露光の間に継続して作動させることで、被露光物Aの表面A1に凹凸があっても高精度に露光を行うことができる。また、必要に応じて、CCDカメラ24で被露光物Aの表面A1を観察する。
When the autofocus mechanism shown in FIG. 1 is activated during the exposure, the light from the
以上のように、MEMS光スキャナは、電磁駆動アクチュエータによりミラーを共振させ光を走査するMEMS(メムス)光デバイスであり、小型に構成されて信頼性が高く動作が安定しているので、MEMS光スキャナを露光装置10の光走査に用いることによって、装置を小型化できかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を実現できる。
As described above, the MEMS optical scanner is a MEMS optical device that scans light by resonating a mirror by an electromagnetically driven actuator, and is configured in a small size and has high reliability and stable operation. By using the scanner for optical scanning of the
従来の光走査手段であるポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系によれば、装置の全体構成が大きく、高価であり、応答性もよくなかったのに対し、本実施の形態のようにMEMS光スキャナを用いることで、安価でかつ小型化が可能となり、応答性のよい露光装置10の光走査が可能となり、さらに従来構成よりも省電力になる。また、従来の別の光走査手段である2次元光変調素子には短寿命化や誤動作発生の問題があったのに対し、MEMS光スキャナを用いることで、信頼性が高く安定した露光が可能となる。
According to the conventional optical scanning optical scanning optical system using a polygon mirror or galvano mirror and a lens optical system, the overall configuration of the apparatus is large, expensive, and responsive. By using the MEMS optical scanner as in the above embodiment, it is possible to reduce the size and size of the
また、光源12からの光をMEMS光スキャナ1で振動するミラーM1,M2により走査することで、被露光物A上で互いに直交する2方向にそれぞれ走査する第1走査光及び第2走査光を得ることができる。かかる2次元露光により2方向において所定の走査長さで露光できる。
Further, by scanning the light from the
〈第2の実施の形態〉
図7は第2の実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す図である。図8は図7の露光光学系を説明するための図である。図9は図8の露光光学系のミラーとレンズの関係を説明するため模式的に示す図である。
<Second Embodiment>
FIG. 7 is a view showing the schematic arrangement of the entire exposure apparatus according to the second embodiment. FIG. 8 is a view for explaining the exposure optical system of FIG. FIG. 9 is a diagram schematically showing the relationship between the mirror and the lens of the exposure optical system in FIG.
図7に示す露光装置50は、露光光学系のミラーM3のMEMS光スキャナを2次元可動タイプとした以外は、図1の露光装置10と同様の構成であるので、同一部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
The
露光装置50の露光光学系は、図7〜図9のように、光源12からの光が光ファイバFIを介して導入されてコリメートレンズCで平行化されてミラーM3で反射し、レンズL2,ミラー19,レンズL1,ビームスプリッタ29を介して鏡筒31内の対物レンズJでステージ11上の被露光物Aの表面A1に集光されて結像しスポット照射するようになっている。
As shown in FIGS. 7 to 9, the exposure optical system of the
図10は図7〜図9の露光装置で使用可能な2次元可動タイプのMEMS光スキャナの基本構造及び動作原理を説明するための概略図である。図11は図7〜図9の露光装置で使用可能な2次元可動タイプのMEMS光スキャナの具体例を示す上面図(a)、bb-bb線方向に切断してみた断面図(b)及び下面図(c)である。 FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the basic structure and operation principle of a two-dimensional movable type MEMS optical scanner that can be used in the exposure apparatus of FIGS. FIG. 11 is a top view (a) showing a specific example of a two-dimensional movable type MEMS optical scanner that can be used in the exposure apparatus of FIGS. 7 to 9, a cross-sectional view (b) taken along line bb-bb, It is a bottom view (c).
図10に示すMEMS光スキャナは、矩形状のヨークY内に矩形状のコイル配線部Hを一対のねじり棒T2,T2でヨークYと連結するように形成し、さらにコイル配線部H内に矩形平面状のミラーMを一対のねじり棒T1,T1でコイル配線部Hと連結するように形成し、ねじり棒T1,T1とねじり棒T2,T2とが互いに直交するように配置し、コイル配線部HからミラーMの外周に沿って駆動コイルD1,D2をそれぞれ形成し、ヨークYの外側に対向するように一対の永久磁石P1,P2及びもう一対の永久磁石P3,P4をそれぞれ配置するものであり、図4と同様の電磁駆動アクチュエータによりミラーを駆動する電磁駆動式の共振型である。 In the MEMS optical scanner shown in FIG. 10, a rectangular coil wiring portion H is formed in a rectangular yoke Y so as to be connected to the yoke Y by a pair of torsion bars T2 and T2, and the rectangular shape is formed in the coil wiring portion H. The planar mirror M is formed so as to be connected to the coil wiring part H by a pair of torsion bars T1 and T1, and the torsion bars T1 and T1 and the torsion bars T2 and T2 are arranged so as to be orthogonal to each other. Drive coils D1 and D2 are respectively formed from H to the outer periphery of the mirror M, and a pair of permanent magnets P1 and P2 and another pair of permanent magnets P3 and P4 are respectively arranged so as to face the outside of the yoke Y. There is an electromagnetically driven resonance type in which the mirror is driven by an electromagnetically driven actuator similar to FIG.
MEMS光スキャナは、図10のように、永久磁石P1,P2により磁束密度BAの磁界がねじり棒T1,T1に直交する方向に生じ、駆動コイルD1に電流iAを流すと、ローレンツ力FAによる回転トルクでねじり棒T1,T1がその弾性復元力に抗して回動してミラーMが一方向に傾き、また、永久磁石P3,P4により磁束密度BBの磁界がねじり棒T2,T2に直交する方向に生じ、駆動コイルD2に電流iBを流すと、ローレンツ力FBによる回転トルクでねじり棒T2,T2がその弾性復元力に抗して回動してミラーMが上記一方向と直交する方向にT1,T1傾く。 As shown in FIG. 10, in the MEMS optical scanner, when a magnetic field having a magnetic flux density BA is generated in a direction perpendicular to the torsion bars T1 and T1 by the permanent magnets P1 and P2, and a current iA is passed through the drive coil D1, rotation by Lorentz force FA occurs. The torsion bars T1 and T1 rotate against the elastic restoring force by torque to tilt the mirror M in one direction, and the magnetic field of the magnetic flux density BB is orthogonal to the torsion bars T2 and T2 by the permanent magnets P3 and P4. When the current iB flows through the driving coil D2, the torsion bars T2 and T2 are rotated against the elastic restoring force by the rotational torque generated by the Lorentz force FB so that the mirror M is orthogonal to the one direction. T1, T1 tilts.
電流iA,iBを交流電流とすることにより、ねじり棒T1,T1が回転方向rとその逆方向r’に共振して回動するとともにねじり棒T2,T2が回転方向sとその逆方向s’に共振して回動することで、ミラーMが共振して二方向に傾斜を繰り返す。ここで、F∝i・Bであるので、電流量を変化させることで、ミラーMの傾きを変えることができる。ミラーMは回転方向r,r’及びs、s’に傾斜し、ミラーMに入射して反射する光の方向を二方向において変えるので、図10のMEMS光スキャナは2次元可動タイプである。 By using the currents iA and iB as alternating currents, the torsion bars T1 and T1 resonate and rotate in the rotation direction r and the opposite direction r ′, and the torsion bars T2 and T2 rotate in the rotation direction s and the opposite direction s ′. , The mirror M resonates and repeats tilting in two directions. Since F∝i · B, the inclination of the mirror M can be changed by changing the amount of current. Since the mirror M is inclined in the rotation directions r, r 'and s, s', and changes the direction of light incident on the mirror M and reflected in two directions, the MEMS optical scanner in FIG. 10 is a two-dimensional movable type.
MEMS光スキャナ9は、具体的には、図11(a)〜(c)のように、基本的には図5(a)〜(c)と同様の構造であり、基板6の基準面6a側にヨーク4を設け、ヨーク4の内側に永久磁石2A,3A及び永久磁石2B,3Bをそれぞれ対向させて配置し、永久磁石2A,3A,永久磁石2B,3Bの内側にシリコンチップ7を配置し、ミラー5をシリコンチップ7で包囲するようにして配置し、図10のように駆動コイルを形成し、各駆動コイルにコネクタ8を介して外部からそれぞれ交流電流を流すことで、ミラー5が図10のように二方向に共振して傾斜を繰り返すようになっており、2次元可動タイプの電磁駆動式共振型に構成されている。
Specifically, the MEMS
図11(a)〜(c)のMEMS光スキャナ9では、基板6の基準面6aの反対面6b側において入射光がミラーMで反射するとき、その反射光の基準面6aに対する反射角度がミラー5の傾斜角に応じて変化する。なお、MEMS光スキャナ9には、図10のねじり棒T2,T1と同様の各ねじり棒が回転中心軸p上及びその直交方向の軸上にそれぞれ設けられている。
In the MEMS
図11(a)〜(c)のMEMS光スキャナ9は、各部品が微小に構成されており、その全体寸法が、例えば、50mm×35mm×9mm(厚さ)であり、ミラー5の平面寸法が4mm×3mmである。このような2次元可動タイプのMEMS光スキャナは、例えば、日本信号株式会社から商品名「ECO SCAN:ESS212B」として販売されている。
Each of the MEMS
MEMS光スキャナ9が図7〜図9のミラーM3の位置に配置される。すなわち、MEMS光スキャナ9は、基板6の四隅に取付孔6cを有し、基準面6aを基準にして図7の露光装置50のハウジング20内の所定位置にミラー5がミラーM3の機能を発揮するように取付孔6cで取り付けられる。また、MEMS光スキャナ9は、図7のように、制御装置13により制御される。
A MEMS
次に、図7〜図9の露光装置50による露光についてさらに説明する。まず、光源12からの光がコリメートレンズCで平行光mになって図8のようにミラーM3に入射する。ミラーM3は、図11(a)〜(c)のMEMS光スキャナ9のミラー5に相当し、MEMS光スキャナ9に図10の駆動コイルD1,D2のように交流電流を流すことで、図10のねじり棒T1及びT2を中心に回動を繰り返し、図8の光軸bに対し2次元的に傾斜を繰り返す。すなわち、ミラーM3は、図9のようにX方向に傾斜角α2で傾くとともに、X方向に直交するY方向に傾斜角γ2で傾く。
Next, exposure by the
ここで、図9のように、X方向及びY方向に傾斜するミラーM3で反射した光m’に関し、ミラーM3とレンズL2との間で次式が成立する。
tan(α2)=x2/f2
tan(γ2)=y2/f2
Here, as shown in FIG. 9, with respect to the light m ′ reflected by the mirror M3 inclined in the X direction and the Y direction, the following equation is established between the mirror M3 and the lens L2.
tan (α2) = x2 / f2
tan (γ2) = y2 / f2
次に、ミラーM3で反射した光m’は、焦点距離f2のレンズL2,ミラー19(図7),焦点距離f1のレンズL1,ビームスプリッタ29(図7)を介して焦点距離f0の対物レンズJにより図7の被露光物Aの表面A1に集光されてスポット照射する。 Next, the light m ′ reflected by the mirror M3 passes through the lens L2, the mirror 19 (FIG. 7) having the focal length f2, the lens L1 having the focal length f1, and the objective lens having the focal length f0 via the beam splitter 29 (FIG. 7). The light is condensed by J on the surface A1 of the object A to be exposed in FIG.
MEMS光スキャナ9によりミラーM3は光源12からの平行光mを図9のX方向及びY方向に走査し、図8の表面A1上における光軸cからのX方向への第1走査光の走査長さx0は、次式(1)により表すことができ、同じくY方向(図8の紙面垂直方向)への第2走査光の走査長さy0は、次式(3)により表すことができる。
x0=f0・(f2/f1)・tan(α2) ・・・(1)
y0=f0・(f2/f1)・tan(γ2) ・・・(3)
ただし、α2:ミラーM3の光軸bに対するX方向への傾斜角(振れ角)
γ2:ミラーM3の光軸bに対するY方向への傾斜角(振れ角)
The mirror M3 scans the parallel light m from the
x0 = f0 · (f2 / f1) · tan (α2) (1)
y0 = f0 · (f2 / f1) · tan (γ2) (3)
Where α2: tilt angle (deflection angle) in the X direction with respect to the optical axis b of the mirror M3
γ2: inclination angle (deflection angle) in the Y direction with respect to the optical axis b of the mirror M3
上述のようにして、図7のXYステージ11に載置されて保持された被露光物Aの表面A1に対し、光源12からの光をミラーM3でXY方向の互いに直交する2方向に走査することで第1走査光と第2走査光として照射し露光できる。これにより、例えば、図6のようなパターンPA,PA1を上述と同様の制御で露光することができる。
As described above, the light from the
以上のように、MEMS光スキャナ9は、電磁駆動アクチュエータによりミラー5を共振させ光を走査するMEMS(メムス)光デバイスであり、小型に構成されて信頼性が高く動作が安定しているので、MEMS光スキャナ9を露光装置50の光走査に用いることによって、装置を小型化できかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を実現できる。
As described above, the MEMS
従来の光走査手段であるポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系によれば、装置の全体構成が大きく、高価であり、応答性もよくなかったのに対し、本実施の形態のようにMEMS光スキャナを用いることで、安価でかつ小型化が可能となり、応答性のよい露光装置50の光走査が可能となり、さらに従来構成よりも省電力になる。また、従来の別の光走査手段である2次元光変調素子には短寿命化や誤動作発生の問題があったのに対し、MEMS光スキャナを用いることで、信頼性が高く安定した露光が可能となる。
According to the conventional optical scanning optical scanning optical system using a polygon mirror or galvano mirror and a lens optical system, the overall configuration of the apparatus is large, expensive, and responsive. By using the MEMS optical scanner as in the above embodiment, it is possible to reduce the size and size of the scanner, and to perform optical scanning of the
また、光源12からの光をMEMS光スキャナ9で振動するミラーM3により走査することで、被露光物A上で互いに直交する2方向にそれぞれ走査する第1走査光及び第2走査光を得ることができる。かかる2次元露光により2方向において所定の走査長さで露光できる。
Further, by scanning the light from the
さらに、図1〜図3の露光光学系では1次元可動タイプのMEMS光スキャナ1を2つ用い、2つのミラーM1,M2を配置したのに対し、図7〜図9の露光光学系によれば、2次元可動タイプのMEMS光スキャナを用いることで1つのミラーM3を配置するだけでよく、図1〜図3のミラーM2,レンズL3,L4を省略できるので、露光光学系の構成を簡略化できる。
Further, in the exposure optical system of FIGS. 1 to 3, two two-dimensional movable type MEMS
上記各実施の形態において、露光可能なパターンに関し、光源12からの光のオンオフ及びXYステージ11の移動を制御することで、光源12からの光により任意のパターンを被露光物Aの表面A1上に露光することができる。例えば、制御装置13は、装置内部または外部のハードディスク記憶装置等の記憶装置から、所望のパターンで露光するプログラムをCPUに読み取らせ、そのプログラムに従って光源12及びXYステージ11を制御することで、露光装置10,50は所望のパターンによる自動露光が可能である。
In each of the above embodiments, with respect to the pattern that can be exposed, by controlling on / off of light from the
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、被露光物Aの表面A1上における走査光のX方向の走査長さx0及びY方向の走査長さy0は、それぞれミラーM1,M2またはM3の各MEMS光スキャナ1,9への駆動電流を変えることによりミラー傾斜角を変えることができ、所定範囲内で調整可能である。
As described above, the best mode for carrying out the present invention has been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the scanning length x0 in the X direction and the scanning length y0 in the Y direction of the scanning light on the surface A1 of the exposure object A are the drive currents to the MEMS
また、図1の露光装置10は、ミラーM1またはM2のいずれか一方のみを駆動することで、一方向(X方向またはY方向)に走査する走査光による1次元露光を行うこともできる。同様に、図7の露光装置50は、図10の駆動コイルD1またはD2のいずれか一方のみに電流を流すことで、一方向(X方向またはY方向)に走査する走査光による1次元露光を行うこともできる。
The
また、MEMS光スキャナ1,9は交流電流により変位する共振タイプから構成したが、直流電流で変位するMEMS光スキャナであってもよい。
In addition, the MEMS
また、2次元露光による図6の小パターンPAの形状は、例えば、ミラーM1,M2,M3の各振動周期、各位相を適宜設定することで、円形状、楕円状、直線状にできる。また、上記1次元露光により小パターンPAの形状を直線状にできる。 Further, the shape of the small pattern PA of FIG. 6 by two-dimensional exposure can be made circular, elliptical, or linear by appropriately setting the vibration periods and phases of the mirrors M1, M2, and M3, for example. Further, the shape of the small pattern PA can be made linear by the one-dimensional exposure.
1,9 MEMS光スキャナ
5 ミラー
10,50 露光装置
11 XYステージ
12 光源
13 制御装置
14 位置検出部
15a,15b ステッピングモータ
21 受光素子
22 オートフォーカス用レーザ光源
23 アクチュエータ
24 CCDカメラ
25 光導入部
26〜29 ビームスプリッタ
20,30 ハウジング
31 鏡筒
32 チューブレンズ
A 被露光物
A1 表面
B,BA,BB 磁束密度
C コリメートレンズ
D,D1,D2 駆動コイル
F,FA,FB ローレンツ力
FI 光ファイバ
H コイル配線部
J 対物レンズ
L1〜L4 レンズ
M ミラー
M1,M2,M3 ミラー
P1,P2 永久磁石
P3,P4 永久磁石
PA,PA1 パターン
T,T2,T1 ねじり棒
Y ヨーク
a 光軸
b 光軸
c 光軸
f0 焦点距離
f1 焦点距離
f2 焦点距離
f3 焦点距離
f4 焦点距離
i,iA,iB 電流
m 平行光
m’ 反射光
n 入射光
n 反射光
p 回転中心軸
r,s 回転方向
r’,s’ 回転方向r、sの逆方向
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光源からの光を前記MEMS光スキャナで傾斜するミラーにより前記被露光物上で2方向に走査するように2次元的に走査して前記被露光物上に照射することで前記被露光物を露光する露光装置。 A light source, a MEMS optical scanner that repeatedly tilts a mirror, and an exposure optical system that exposes light from the light source onto the object to be exposed through the mirror,
Two-dimensional scanning is performed so that light from the light source is scanned in two directions on the object by a mirror inclined by the MEMS optical scanner, and the object to be exposed is irradiated onto the object to be exposed. An exposure device for exposure.
前記ステージの移動を制御することで前記被露光物上に所定のパターンを露光する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の露光装置。 Comprising a stage on which the object to be exposed is movable;
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a predetermined pattern is exposed on the object to be exposed by controlling movement of the stage.
前記ステージが駆動源としてモータを有し、
前記位置検出部の検出信号に基づいて前記モータを駆動し前記ステージの位置を制御する請求項4に記載の露光装置。 A position detector for detecting the position of the stage;
The stage has a motor as a drive source,
The exposure apparatus according to claim 4, wherein the motor is driven to control the position of the stage based on a detection signal of the position detection unit.
前記対物レンズを前記被露光物に対し駆動し自動的に合焦させるオートフォーカス機構を備える請求項1乃至6のいずれか1項に記載の露光装置。 The exposure optical system includes an objective lens;
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising an autofocus mechanism that drives the objective lens to the object to be exposed and automatically focuses the object.
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JP2015050198A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-16 | 株式会社ピーエムティー | Exposure device for correcting variation of exposure focal point due to temperature |
-
2008
- 2008-02-04 JP JP2008023741A patent/JP2009188013A/en active Pending
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