JPWO2004077533A1 - Exposure equipment - Google Patents
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Abstract
テレセントリック光学系で構成される照明光学系により空間光変調器に平面光源を結像させ、この平面光源を投影光学系を通して感光材の露光位置に結像させて露光光学系の照明ムラをモニタ光学系で測定すると共に、測定した露光光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルN(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶し、感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線および感光材の露光パターンのテーブルG(x,y)を入力し、このテーブルG(x,y)を感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求め、この制御値により空間光変調器の各画素を制御し、各画素の光を投影光学系を通して露光位置にある感光材に結像させて露光する。A planar light source is imaged on the spatial light modulator by an illumination optical system composed of a telecentric optical system, and this planar light source is imaged on the exposure position of the photosensitive material through the projection optical system to monitor illumination unevenness of the exposure optical system. A correction table N (x, y) for making the uneven illumination of the measured exposure optical system uniform and a correction table M (x, y) for making the illumination unevenness of the monitor optical system uniform are memorized. A sensitivity curve representing the relationship between the depth of the design value obtained by removing the material and the amount of light and a table G (x, y) of the exposure pattern of the photosensitive material are input, and this table G (x, y) is referred to the sensitivity curve. And converted into a sensitivity-corrected exposure pattern table R (x, y) and a control value table S (x, y) = R (x, y) × N (x) corresponding to each pixel of the spatial light modulator. , Y) × M (x, y) Each pixel of the spatial light modulator is controlled by the control value, and the light of each pixel is imaged on the photosensitive material at the exposure position through the projection optical system and exposed.
Description
本発明は、レジストなどの感光材の露光、バイオチップなどのマイクロマシン作製のときに利用する光反応を起こさせる露光、光CVDの様に光のあたったところに膜を堆積する露光、光があたったところをエッチングする露光などに利用する事ができる露光装置に関する。 The present invention relates to exposure of a photosensitive material such as a resist, exposure to cause a photoreaction used in the production of a micromachine such as a biochip, exposure to deposit a film in a place exposed to light, such as photo-CVD, and exposure to light. The present invention relates to an exposure apparatus that can be used for exposure for etching the area.
近年、半導体製造はマイクロマシンや実験室チップと呼ばれる細胞培養や化学反応とその分離検出などの実験室で実施される処理のプロセスを集積化させたチップの製作などの微小な構造物を作る手段としてホトリソグラフィー技術が利用されている。
露光装置は半導体の微細化に伴い複雑化かつ大型化する傾向にあるが、実験室レベルで利用できる簡易で安価な装置に対する需要が増してきた。DMDを利用したマスクを利用しない白黒2値の露光技術が、特開平10−112579号公報及び特表2001−500628号公報に提案されている。また露光装置において重要である露光光の位置による不均一性を除き露光面での面内分布を均一にするため、特開2000−40660号公報には外部に照明光を均一にするためフライアイレンズを利用した2値露光方法が開示されている。しかし、多階調の露光において、所望の露光値を得るためには照明光の均一性を階調の分解能以下にしなければならず、表示装置などの人間が見るものとはその要求精度が著しく異なる。フライアイレンズなどによる光学的な照明光の均一化手段では白黒の2階調の露光では十分であっても階調が高くなると均一化する効果が十分ではない。たとえば256階調の分解能で多階調の露光を行う場合には照明光の面内分布で0.4%の誤差以内の均一性が必要になる。白黒の2階調のリソグラフィ装置が特開2001−135562号公報に開示されている。また特開2002−367900号公報にはDMDを平行な光束で照明し、ダミー光学系上に設けた光検出器からの検出信号を利用して均一に露光する2階調露光装置が開示されている。しかし、前記露光では検出点がまばらなので多階調の露光を行う上でその階調に見合う分解能を確保するための均一性の確保が難しい。収束する光や拡大するひかりでDMDを照明すると露光面における焦点位置がずれるので、完全な平行性が要求される。焦点がずれる様子を第15図に極端な収束光で照明した場合の例に示す。これは照明光軸に対してDMDが傾いているために起こる現象であり、平行性が悪化すると露光の解像度が露光面内一定にならない状況を呈する。現状では高圧水銀ランプに代表される点光源とはみなし得ない大きさのある光源を利用しているので完全な平行性を持たせることは困難である。またレーザーを利用すると平行性は確保されるが、可干渉性が高いので空間光変調器の画素が二次元アレイを構成しているので、その格子が露光面に干渉パターンを発生しノイズの原因となる。
本発明の目的は、上記の問題点を解決するため、露光光学系の照明ムラなどの要因や感光材の感度特性を加味して補正した画素毎の制御値のテーブルを用いて空間光変調器の各画素を制御し、感光材の深さ方向の露光制度を高めた多階調露光装置を提供することにある。In recent years, semiconductor manufacturing has become a means of creating micro structures such as the production of chips that integrate process processes performed in the laboratory, such as cell culture and chemical reactions and their separation and detection, called micromachines and laboratory chips. Photolithographic technology is used.
Although exposure apparatuses tend to become more complex and larger as semiconductors become finer, demand for simple and inexpensive apparatuses that can be used at the laboratory level has increased. A black and white binary exposure technique that does not use a mask using DMD is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-112579 and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-500628. Further, in order to make the in-plane distribution uniform on the exposure surface except for the non-uniformity due to the position of the exposure light, which is important in the exposure apparatus, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-40660 discloses a fly eye for making the illumination light uniform outside. A binary exposure method using a lens is disclosed. However, in multi-tone exposure, in order to obtain a desired exposure value, the uniformity of the illumination light must be less than the resolution of the tone, and the required accuracy is remarkably different from that seen by humans such as display devices. Different. Even if the optical illumination light uniformizing means such as a fly-eye lens is sufficient for two-tone black-and-white exposure, the effect of uniforming is not sufficient when the gradation becomes high. For example, when performing multi-gradation exposure with a resolution of 256 gradations, uniformity within an error of 0.4% is required in the in-plane distribution of illumination light. A monochrome two-tone lithography apparatus is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-135562. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-367900 discloses a two-tone exposure apparatus that illuminates a DMD with a parallel light beam and uniformly exposes using a detection signal from a photodetector provided on a dummy optical system. Yes. However, since the detection points are sparse in the exposure, it is difficult to ensure uniformity in order to ensure resolution corresponding to the gradation when performing multi-gradation exposure. When the DMD is illuminated with convergent light or an expanding light, the focal position on the exposure surface is shifted, so that complete parallelism is required. FIG. 15 shows an example of a case where illumination is performed with extreme convergent light. This is a phenomenon that occurs because the DMD is inclined with respect to the illumination optical axis. When the parallelism deteriorates, the exposure resolution does not become constant within the exposure surface. At present, since a light source having a size that cannot be regarded as a point light source typified by a high-pressure mercury lamp is used, it is difficult to achieve perfect parallelism. When laser is used, parallelism is ensured, but since the coherence is high, the pixels of the spatial light modulator form a two-dimensional array, so that the grating generates an interference pattern on the exposure surface and causes noise. It becomes.
An object of the present invention is to solve the above-described problems by using a table of control values for each pixel corrected by taking into account factors such as illumination unevenness of an exposure optical system and sensitivity characteristics of a photosensitive material. It is an object of the present invention to provide a multi-tone exposure apparatus in which each pixel is controlled and the exposure system in the depth direction of the photosensitive material is enhanced.
中間階調の露光を行う際には、中間階調の分解能以下の誤差で位置による均一性を確保しなければならない。具体的には256階調の露光を実現するためには露光面内の位置の違いによるバラツキを0.4%以内に収めなければならない。高精度な中間階調を実現する上で、対処しなければならない要因は、感光材などの露光対象試料の光に対する反応の非線形性であり、光源の輝度ムラや光学系による照明ムラである。これを解決するため、本発明は空間光変調器の画素毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材を露光する露光装置において、平面光源と、前記平面光源と空間光変調器との間に配置され、前記平面光源を空間光変調器に結像するテレセントリック光学系で構成される照明光学手段と、前記照明光学手段により空間光変調器に結像した平面光源を、感光材の露光位置に結像させる投影光学手段と、前記空間光変調器の画素毎に前記感光材の露光位置で露光光学系の光強度の面内分布を測定するモニタ光学手段と、前記モニタ光学手段で測定した露光光学系の光強度の面内分布を均一にする補正テーブルN(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶した記憶手段と、感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線、および設計値である感光材を露光するパターンのテーブルG(x,y)を入力し、前記テーブルG(x,y)を前記感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求める制御値算出手段と、前記制御値算出手段で求めた制御値により空間光変調器の各画素を制御する空間光変調器制御手段とを備え、前記空間光変調器制御手段で制御された空間光変調器の各画素の光を、前記投影光学手段の投影光学系を通して感光材に結像させて露光することを特徴とする。
本発明によれば、平面光源を空間光変調器に結像して照明したので、略平行光で空間光変調器を照明した場合に比べて、焦点ズレが少なく高い解像度の露光が実現できる。また利用する感光材の感度特性により設計値の感光材の除去深さを得る光量への変換と照明ムラを除外する画素毎の位置による補正との二つの過程によって高精度な多階調露光が実現される。When performing exposure of the intermediate gradation, it is necessary to ensure uniformity according to the position with an error equal to or less than the resolution of the intermediate gradation. Specifically, in order to realize exposure with 256 gradations, variation due to a difference in position within the exposure surface must be within 0.4%. The factor that must be dealt with in realizing a high-precision halftone is the nonlinearity of the reaction of the sample to be exposed, such as a photosensitive material, to light, such as uneven brightness of the light source and uneven illumination by the optical system. In order to solve this problem, the present invention provides a planar light source, a planar light source, and spatial light modulation in an exposure apparatus that exposes a photosensitive material by controlling each pixel of a spatial light modulator to generate a multi-tone exposure pattern. And an illumination optical means composed of a telecentric optical system that images the planar light source on the spatial light modulator, and a planar light source imaged on the spatial light modulator by the illumination optical means. Projection optical means for forming an image at an exposure position of the material, monitor optical means for measuring an in-plane distribution of light intensity of the exposure optical system at the exposure position of the photosensitive material for each pixel of the spatial light modulator, and the monitor optical Storage means storing a correction table N (x, y) for uniforming the in-plane distribution of light intensity of the exposure optical system measured by the means, and a correction table M (x, y) for uniforming illumination unevenness of the monitor optical system And obtained by removing the photosensitive material A sensitivity curve representing the relationship between the depth of the design value and the amount of light and a table G (x, y) of the pattern that exposes the photosensitive material as the design value are input, and the sensitivity curve is referred to the table G (x, y). And converted into a sensitivity-corrected exposure pattern table R (x, y) and a control value table S (x, y) = R (x, y) × N (x) corresponding to each pixel of the spatial light modulator. , Y) × M (x, y), a control value calculation means, and a spatial light modulator control means for controlling each pixel of the spatial light modulator by the control value obtained by the control value calculation means, The light of each pixel of the spatial light modulator controlled by the spatial light modulator control means is imaged and exposed on a photosensitive material through the projection optical system of the projection optical means.
According to the present invention, since the planar light source is imaged and illuminated on the spatial light modulator, exposure with high resolution can be realized with less focus shift than when the spatial light modulator is illuminated with substantially parallel light. Furthermore, high-accuracy multi-tone exposure is achieved by two processes: conversion to a light amount that obtains the removal depth of the photosensitive material according to the sensitivity characteristics of the photosensitive material used and correction by the position of each pixel that eliminates illumination unevenness. Realized.
第1図は、本発明に係る露光装置の第1の実施形態を示す模式図である。
第2図は、平面光源の一実施例を示す構成図である。
第3図は、平面光源の他の実施例を示す構成図である。
第4図は、ロッドインテグレータの光学伝播を説明す図である。
第5図は、感光材の感度曲線の一例を示す図である。
第6図は、設計した露光パターンのテーブルG(x,y)の一例を示す図である。
第7図は、感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)の一例を示す図である。
第8図は、補正テーブルN(x,y)の一例を示す図である。
第9図は、補正テーブルM(x,y)の一例を示す図である。
第10図は、制御値のテーブルS(x,y)の一例を示す図である。
第11図は、平面光源に薄膜散乱体を応用した露光装置の模式図である。
第12図は、反射型液晶パネルを用いた露光装置の模式図である。
第13図は、DMDを用いた露光のフローを示す図である。
第14図は、反射型液晶パネルを用いた露光のフローを示す図である。
第15図は、集束光でDMDを照明した場合の焦点位置を示す図である。FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a planar light source.
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the planar light source.
FIG. 4 is a diagram for explaining optical propagation of the rod integrator.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a sensitivity curve of a photosensitive material.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a designed exposure pattern table G (x, y).
FIG. 7 is a diagram showing an example of a table R (x, y) of sensitivity correction exposure patterns.
FIG. 8 is a diagram showing an example of the correction table N (x, y).
FIG. 9 is a diagram showing an example of the correction table M (x, y).
FIG. 10 is a diagram showing an example of a control value table S (x, y).
FIG. 11 is a schematic view of an exposure apparatus in which a thin film scatterer is applied to a planar light source.
FIG. 12 is a schematic view of an exposure apparatus using a reflective liquid crystal panel.
FIG. 13 is a diagram showing a flow of exposure using DMD.
FIG. 14 is a diagram showing the flow of exposure using a reflective liquid crystal panel.
FIG. 15 is a diagram showing a focal position when the DMD is illuminated with focused light.
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。第1図は本発明に係る露光装置の第1の実施形態を示す模式図である。本実施例は空間光変調器としてデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)を用い、2次元に配列された画素(マイクロミラー)毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材を露光するものである。露光装置の構成は平面光源1、照明光学手段2、空間光変調器(DMD)3、投影光学手段4、モニタ光学手段5、制御手段6を備えている。
第2図は平面光源の一実施例を示す構成図である。平面光源1は、複数のLEDランプ10の光軸が互いに平行になるよう配置されたLED光源を有し、LEDランプ10の光束を集光レンズ11を通してロッドインテグレータ12の入射端に集光するよう設けられている。
LED光源は、複数のLEDランプ10が、例えば銅板で作製された平らな熱伝導性電極基板13に配置され、各LEDランプ10のLEDチップのカソード電極とアノード電極のいずれかの電極側をマウントしたリードフレームが熱伝導性電極基板13に電気的に接続されている。熱伝導性電極基板13から熱を逃がすために、熱伝導性電極基板13には放熱手段が設けられている。放熱手段の具体例として、第2図に示すように熱伝導性電極基板13の背面にペルチェ素子14を配置し、このペルチェ素子14に放熱器15を設けて、それぞれを熱結合させ、更に放熱器15を冷却ファン16により冷却するよう構成されている。
ロッドインテグレータ12の射出端12aは、角度Bで斜めにカットされているので、ロッドインテグレータ12の材質の屈折率で決まる角度Aだけ光軸が傾斜する。第1図において、DMD30とロッドインテグレータ12の射出端とはシャインプルーフの関係を満足するよう設置する。すなわち、本実施例では等倍の照明光学系を利用しているので、照明光軸とDMD30のなす角をCとすると、ロッドインテグレータ12の射出端と照明光軸とのなす角もCとなる。この配置では(ロッドインテグレータのカット角B)+(オフセット角A)+C=90度となる。
このような平面光源1の配置は、DMD30の全べてのマイクロミラーに平面光源1を結像させることができる。
第3図は平面光源の他の実施例を示すもので、第2図と同一機能を有する部材には同一符号を付している。この平面光源は熱伝導性電極基板13のLEDランプ10の配置面を、LEDランプ10の光がロッドインテグレータ12の入射端に向けられるよう球面に形成されていると共に、ロッドインテグレータ12の入射端を凸レンズ12bに形成し、LEDランプ10の光を集光する作用を持たせている。
ロッドインテグレータ12は、第4図に示すように入射端から導入された光束が多重反射を繰り返し光射出端に伝播する光学伝播体である。その具体的な例としては、オプティカルファイバと同様に屈折率の低い光学材料で形成されたクラッドが屈折率の高い光学材料で形成されたコア体の周りを取り囲んでいる構造、周囲の空気にクラッドの機能を持たせて表面で全反射させることができるガラス棒、プラスチック棒のコアを有する構造、ガラスやプラスチックの表面にアルミなどの金属をコーティングして鏡としたミラーロッドなどが適用可能である。
照明光学手段2は、DMD30へ結像させるための光軸とDMD30に結像した光を感光材に投影する光学系の光軸とがなす角度TをDMD30のマイクロミラーの傾動角の2倍に設定されている。照明光学系はDMD30とロッドインテグレータ12との間に配置され、ロッドインテグレータ12の光射出端に形成される平面光源1を、第1の凸レンズ20、開口絞り21、第2の凸レンズ22からなるテレセントリック光学系を通してDMD30に結像させる。テレセントリック光学系は、平面光源1とDMD30の間にシャインプルーフの関係を満足するよう設置されている。
このように平面光源1とDMD30がシャインプルーフの関係を満足したテレセントリック光学系で照明することにより、DMD30のすべてのマイクロミラーを所定の角度、たとえば20度あるいは24度で照明することが出来る。略平行光で照明したときのような焦点ズレが生じない。また開口絞りの拡大または縮小で、照明光のNAを容易に調節することが出来る。
本実施例では、両側テレセントリック光学系を採用した。少なくともDMD側がテレセントリックになっている必要がある。また倍率1のテレセントリック光学系を採用した。高倍率の光学系を採用すれば、小面積のロッドインテグレータの射出端をDMDに結像できることはもちろんである。
投影光学手段4は、両側テレセントリック縮小投影光学系で構成され、DMD30のマイクロミラーを制御して、露光パターンに応じた光を投影レンズ40を通して感光材7に結像させて露光する。
モニタ光学手段5は、DMD30のマイクロミラーを制御して、平面光源1をマイクロミラー毎に結像させ、反射した平面光源1を投影レンズ40を通して画素座標(x,y)に対応した感光材7の露光位置(x,y)に結像させ、露光光学系の光強度の面内分布を測定する。基板上の感光材7を露光位置に移動させる載置台が設けられている。モニタ光の測定は、基板上の感光材7を載置しない状態で露光位置(x,y)に結像させた露光光学系の光を凸レンズ50を通して拡散板51に入射させ、この背後に設置された光検出器52により検出し、制御手段6に入力する。
光学系には照明ムラが生じる。露光光学系の場合には、光源の輝度ムラや、レンズなどの光学素子では中心部と周辺部では光の伝播率が異なることが原因である。またモニター光学系の場合にもレンズや検出器の指向性のため、同じ光強度の光であってもモニター位置(露光面)が異なると検出効率に差が出てしまう。上記の露光光学系、モニター光学系で生じる照明ムラの位置による補正を行う必要があるため、制御手段6は露光光学系の照明ムラをなくす、つまり光強度の面内分布を均一にする補正テーブルN(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶した記憶手段を備え、設計した感光材の露光パターンのテーブルG(x,y)を当該感光材の現像後除去される設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求める制御値算出手段と、この制御値算出手段で求めた制御値により空間光変調器の各画素を制御する空間光変調器制御手段とをソフトウエアで実現するコンピュータにより構成されている。
CADなどの利用により設計された64階調の段差を持つ構造物を作製するために感光材にこの構造物の鋳型を作成する場合を想定する。設計のデータはx、y座標で決まる位置のZ方向の高さLを要素とするの2次元のテーブルとして設計される。この2次元テーブルを中間階調を含む露光パターンとして利用する。感光材を除去する深さLの所望値のテーブルG(x,y)とする。(x,y)は空間光変調器の画素に対応する位置の座標である。レジストなどの感光材は一般的に照射される光量に対して線型には反応しない。また膜厚が厚くなると散乱や吸収のため非線形性が著しくなる。利用する所定の厚さの感光材に光量I(w.sec)を変化させて光を照射し、所定の現像過程を経て、感光材が除去される深さL(μ)を測定する。このデータから所望の除去深さLを得るのに必要な光量Iを対応させる変換テーブルR(L)を作成する。変換テーブルR(L)を参照することによって、設計値のテーブルG(x,y)の要素Lを必要な光量Iに変換する。変換された新たなテーブルR(x,y)とする
次に露光試料を未装着の状態で露光光の面内分布を測定する。一つの画素だけをオンし、モニタ系の光検出器で露光光学系の光強度を測定する。このオンする画素を順次切り換えて光強度を測定し、すべての画素に対応する一画面分の面内分布のテーブルを作成する。露光光の面内分布のテーブルには光源の輝度ムラや照明光学系の照明ムラ、空間光変調器の照明ムラ、また投影光学系の照明ムラなどが総合的に反映され、画素毎には均一ではない。面内分布が均一になる様に、補正テーブルN(x,y)を作成する。補正テーブルN(x,y)の画素毎の値は、光強度の逆数に比例乗数kをかけた値である。すなわちkに規格化する。制御値のテーブルと補正テーブルN(x,y)の各要素ごとに積を取り、新たな制御値のテーブルS(x,y)を得る。
S(x,y)=R(x,y)×N(x,y)
ここで、×は要素ごとの掛け算を表す。
ここまではモニタ系の位置による照明ムラは補正されないで残る。モニタ系の照明ムラが大きくて無視できない場合はレジスト膜などを露光し、現像後にその段差を測定する方法などでモニタ系の照明ムラを補正するテーブルM(x,y)を作成する。装置が組みあがった時点でモニタ系を利用して補正テーブルN(x,y)を作成し,これを利用してレジスト膜などを露光しその段差測定からモニタ系の検出のムラを測定し、これを均一に補正するテーブルM(x,y)を作成する。補正テーブルの画素毎の値は、測定段差の逆数である。一度モニタ系の検出のムラを測定すれば,このムラは変動しないので、装置定数として記憶する。
しかし、本実施例では、露光エリアが数ミリの大きさで在り、モニタ系で利用したレンズ50の径が数センチと大きいので近軸光線のみの利用であることと、検出器の直前に散乱体を設置した効果で位置によるM(x,y)の要素は要求される誤差の範囲ですべて1となった。この場合には省略することができる。
光源の交換などによる大きく変動し、頻繁に発生する変動要因に対してはモニタ光強度を均一に補正するテーブルN(x,y)で補正することができる。
S(x,y)=R(x,y)×M(x,y)
ここで、×は要素ごとの掛け算を表す
以上の感光材による補正と、位置による補正が終了後、制御手段が制御値S(x,y)により空間光変調器の各画素を制御し、各画素の光を投影光学系を通して感光材に結像させて露光を行う。
第5図に感光材の感度曲線の一例を示す。第6図に設計した露光パターンのテーブルG(x,y)の一例を示す。第7図に感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)の一例を示す。第8図に補正テーブルN(x,y)の一例を示す。第9図に補正テーブルM(x,y)の一例を示す。第10図に制御値のテーブルS(x,y)の一例を示す。
本発明の他の実施形態を説明する。
第11図は平面光源に薄膜散乱体を応用した露光装置の模式図である。本実施例は空間光変調器としてDMD30を用い、各マイクロミラーを制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材7を露光するものである。露光装置の構成は平面光源1、照明光学手段2、空間光変調器(DMD)3、全反射プリズム8、投影光学手段4、モニタ光学手段5、制御手段(図示せず)を備えている。ここで、モニタ光学手段5、制御手段の機能は、第1図に示す実施例と同じなので、その説明を省略する。
照明光学系の光軸と投影光学系の光軸を直交して配置し、投影光学系の光軸上にDMD30を設置する。照明光学系の光軸と投影光学系の光軸が交わる位置に全反射プリズム8を配し、この全反射プリズム8で平面光源1を全反射させてDMD30に結像させる。結像した平面光源1はDMD30の制御により全反射プリズム8を透過させて投影光学系4を通して感光材7に結像させ、露光する。その為、全反射プリズム8はDMD30への入射角度が20度又は24度に等しい角度で平面光源1を全反射させるよう傾斜させている。光源を薄膜散乱体17で平面光源1にし、この平面光源1を全反射プリズム又はミラー18で照明光学系の光軸と一致した方向に全反射させ、照明光学系に入射させる。薄膜散乱体17による平面光源1の全反射プリズム又はミラーへの入射角がDMD30への入射角が20度又は24度に等しくなるよう全反射プリズム又はミラー傾斜させている。DMD30と平面光源1はシャインプルーフの関係を満足する。
第12図は反射型液晶パネルを用いた露光装置の模式図である。本実施例は空間光変調器3として反射型液晶パネル31を用い、2次元に配列された液晶セル毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材7を露光するものである。露光装置の構成は平面光源1、照明光学手段2、空間光変調器(反射型液晶パネル)3、PBS(Polarized Beam Splitter)9、投影光学手段4、モニタ光学手段5、制御手段(図示せず)を備えている。ここで、投影光学手段4、モニタ光学手段5、制御手段の機能は第1図に示す実施例と同じなので、その説明を省略する。
本実施例は、照明光学手段2を通した平面状光源1を、PBS9で偏向させて反射型液晶パネル31に結像させ、各液晶セルの印加電圧を調節して各液晶セルの反射光の光強度を制御し、この光をPBS9、投影光学手段4を通して感光材7に結像させて露光する。
平面光源1は、第2図と第3図に示す構造を利用するもので、ロッドインテグレータ12の光射出端12aはロッドインテグレータ12の光軸に直交する面にカットされている。
照明光学手段2は、照明光学系の光軸と投影光学系の光軸とを直交して配置し、投影光学系の光軸上に反射型液晶パネル31を設置する。照明光学系の光軸と投影光学系の光軸が交わる位置にPBS9を配し、このPBS9で平面光源1からのS波は反射させて反射型液晶パネル31に結像させる。P波はPBS9を透過し吸収される(図示せず)。結像した平面光源1は液晶セルの偏光制御によりPBS9を透過させて投影光学系を通して感光材7に結像させて露光する。その為、PBS9の偏光分離面は平面光源1に対して45度傾斜させている。
反射型液晶パネル31は、個々の画素が微小な液晶セルであり、印加電圧(アナログ量)で反射される光の偏光方向が制御される。反射型液晶パネル31とPBS9とを組み合わせて空間光変調、強度変調に利用する。反射型液晶パネル31は、例えば、サイズが13.5μ×13.5μの液晶セルを1365×1024個集積されている。
上記の光学系では、液晶セルに印加するアナログ電圧によって液晶セルからの反射光の偏光角度が制御される。光強度は、制御された光の偏光角度によって反射されるPBS9の光の分岐作用によって制御される。具体的には液晶セルに電圧を印加しない状態では平面光源1からの光がPBS9を透過し、最も強い光強度で感光材を露光する。液晶セルに定格最大電圧を印加した場合の平面光源1からの光はPBS9によって反射され感光材7を露光しない。液晶セルに定格最大電圧以下の中間の電圧を印加した場合は、印加電圧に逆比例する光強度で感光材7を露光する。
次に制御手段の動作を説明する。第13図にDMDを用いた露光のフローを示す。露光光学系の照明ムラ補正テーブルND(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを補正するテーブルM(x,y)を予め記憶する。感光材の感度曲線を入力する。設計した露光パターンのテーブルG(x,y)を入力する。露光パターンのテーブルG(x,y)を感光材の感度曲線を参照して感光補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換する。DMD30のマイクロミラー毎に対応する制御値のテーブルS(x,y)を次の式で求める。
S(x,y)=R(x,y)×ND(x,y)×M(x,y)
上記制御値のテーブルS(x,y)を使って強度調節法又は時間調節法でDMD30を制御する。
強度調節法は、マイクロミラーの傾動時間を全てのマイクロミラーで一定に保った状態で、制御値のテーブルS(x,y)でPWM制御を行い、マイクロミラーの傾動時間内で細かくスイッチングを繰り返し、マイクロミラーの傾動時間内の積分光強度を制御する。
時間調節法は、マイクロミラーの傾動時間と露光量が比例関係にあることを利用して、制御値のテーブルS(x,y)でオン時間を制御し、光強度を制御する。
次に反射型液晶パネルを用いた露光装置の制御手段の動作を説明する。第14図に反射型液晶パネルを用いた露光のフローを示す。露光光学系の照明ムラ補正テーブルNL(x,y)、モニタ光学系の照明ムラ補正テーブルM(x,y)を予め記憶する。感光材の感度曲線を入力する。設計した露光パターンのテーブルG(x,y)を入力する。露光パターンのテーブルG(x,y)を感光材の感度曲線を参照して感光補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換する。液晶セル毎に対応する制御値のテーブルS(x,y)を次の式で求める。
S(x,y)=R(x,y)×NL(x,y)×M(x,y)
上記制御値のテーブルS(x,y)を使って強度調節法又は時間調節法で反射型液晶パネルを制御する。
強度調節法は、液晶セルに印加する電圧と光強度が比例関係にあることを利用して、制御値のテーブルS(x,y)を参照して液晶セル毎の印加電圧を制御し、光強度を制御する。
時間調節法は、液晶セル毎の印加電圧を全ての液晶セルで一定に保った状態で、制御値のテーブルS(x,y)でオン時間を制御し、液晶セル毎の光強度を制御する。
上記の実施例では、モニタ光学系の照明ムラ補正を行っているが、光強度補正のみを行った制御値S(x,y)=R(x,y)×N(x,y)でも良い。
また、本実施例では感光材の感度補正をR(x,y)として利用したが、他に光量による成膜効率の補正、或は光量によるエッチング効率の補正も同様に行うことができる。
本実施態様によれば、次のような作用効果を生ずる。
1.DMDのマイクロミラー毎の制御値に応じたパルス幅変調(PWM)で各マイクロミラーを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができる。
2.DMDのマイクロミラー毎の制御値に応じたオン時間で各マイクロミラーを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることが出来る。特別なハードウエア(PWM装置)に依存することがなく、高い分解能での制御がしやすい。
3.テレセントリック照明光学系が平面光源とDMDとをシャインプルーフの関係を満足する様に設置されたことにより、照明光軸に対して傾いて設置されているDMDに対して、DMDのすべてのマイクロミラーに対して、平面光源を所定の角度で結像させることができる。
4.反射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する印加電圧で各液晶セルを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができる。
5.反射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する時間だけ所定の電圧を印加して各液晶セルを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができると共に、高い分解能での制御がしやすい。
6.平面光源をLED光源にすることにより、放電型のランプに比べて発光位置の変動がなく、しかも長寿命で交換を要しない。
7.平面光源が、照明された薄膜散乱体とすることにより、ロッドインテグレータより安価に平面光源を得ることができる。
8.平面光源が照明光軸にオフセット角を持って設置されたロッドインテグレータの斜めにカットされた光射出端にすることにより、シャインプルーフの関係を満足し、光軸に対して傾いているDMDに結像するための平面光源を作ることができる。またオフセット角を持って設置することで光を効率よく利用することができる。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention. In this embodiment, a digital micromirror device (DMD) is used as a spatial light modulator, and a multi-tone exposure pattern is generated by controlling each pixel (micromirror) arranged two-dimensionally. To be exposed. The configuration of the exposure apparatus includes a planar light source 1, illumination
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a planar light source. The planar light source 1 has an LED light source arranged so that the optical axes of the plurality of
In the LED light source, a plurality of
Since the exit end 12 a of the
Such an arrangement of the planar light source 1 can form an image of the planar light source 1 on all the micromirrors of the
FIG. 3 shows another embodiment of the planar light source, and members having the same functions as those in FIG. This flat light source is formed in a spherical surface so that the light of the
As shown in FIG. 4, the
The illumination
Thus, by illuminating the planar light source 1 and the
In this embodiment, a double-sided telecentric optical system is used. At least the DMD side needs to be telecentric. A telecentric optical system with a magnification of 1 was adopted. Of course, if a high-magnification optical system is adopted, the exit end of a small area rod integrator can be imaged on the DMD.
The projection
The monitor
Illumination unevenness occurs in the optical system. In the case of the exposure optical system, this is because the luminance unevenness of the light source or the light propagation rate is different between the central portion and the peripheral portion of an optical element such as a lens. Also in the case of a monitor optical system, because of the directivity of lenses and detectors, even if the light has the same light intensity, if the monitor position (exposure surface) is different, the detection efficiency will be different. Since it is necessary to perform correction according to the position of the illumination unevenness generated in the exposure optical system and the monitor optical system, the
A case is assumed in which a mold of this structure is created on a photosensitive material in order to produce a structure having 64 gradation steps designed by using CAD or the like. The design data is designed as a two-dimensional table in which the height L in the Z direction at the position determined by the x and y coordinates is used as an element. This two-dimensional table is used as an exposure pattern including an intermediate gradation. A table G (x, y) of desired values of the depth L from which the photosensitive material is removed is assumed. (X, y) is the coordinates of the position corresponding to the pixel of the spatial light modulator. Photosensitive materials such as resist generally do not react linearly with the amount of light irradiated. Further, as the film thickness increases, the nonlinearity becomes significant due to scattering and absorption. The photosensitive material having a predetermined thickness to be used is irradiated with light while changing the light amount I (w.sec), and a depth L (μ) at which the photosensitive material is removed through a predetermined development process is measured. From this data, a conversion table R (L) corresponding to the light quantity I necessary to obtain a desired removal depth L is created. By referring to the conversion table R (L), the element L of the design value table G (x, y) is converted into a necessary light quantity I. The converted new table R (x, y) is measured. Next, the in-plane distribution of the exposure light is measured with the exposure sample not attached. Only one pixel is turned on, and the light intensity of the exposure optical system is measured with a monitor photodetector. The light intensity is measured by sequentially switching the pixels to be turned on, and a table of in-plane distribution for one screen corresponding to all the pixels is created. The exposure light in-plane distribution table comprehensively reflects light source brightness unevenness, illumination optical system illumination unevenness, spatial light modulator illumination unevenness, projection optical system illumination unevenness, etc., and is uniform for each pixel. is not. A correction table N (x, y) is created so that the in-plane distribution is uniform. The value for each pixel in the correction table N (x, y) is a value obtained by multiplying the inverse of the light intensity by a proportional multiplier k. That is, normalize to k. A product is obtained for each element of the control value table and the correction table N (x, y) to obtain a new control value table S (x, y).
S (x, y) = R (x, y) × N (x, y)
Here, x represents multiplication for each element.
Up to this point, uneven illumination due to the position of the monitor system remains uncorrected. If the illumination unevenness of the monitor system is large and cannot be ignored, a resist film or the like is exposed, and a table M (x, y) for correcting the illumination unevenness of the monitor system is created by a method of measuring the step after development. When the apparatus is assembled, a correction table N (x, y) is created using a monitor system, and a resist film is exposed using the correction table to measure unevenness in detection of the monitor system from the step measurement. A table M (x, y) for correcting this uniformly is created. The value for each pixel in the correction table is the reciprocal of the measurement step. Once the non-uniformity of detection in the monitor system is measured, this non-uniformity does not change and is stored as a device constant.
However, in this embodiment, the exposure area is several millimeters in size, and the diameter of the
It is possible to correct a fluctuation factor that frequently fluctuates due to replacement of the light source or the like, and to use a table N (x, y) that uniformly corrects the monitor light intensity.
S (x, y) = R (x, y) × M (x, y)
Here, x represents multiplication for each element. After the correction by the photosensitive material and the correction by the position are completed, the control means controls each pixel of the spatial light modulator by the control value S (x, y), and Exposure is performed by forming image light on a pixel on a photosensitive material through a projection optical system.
FIG. 5 shows an example of the sensitivity curve of the photosensitive material. FIG. 6 shows an example of an exposure pattern table G (x, y) designed. FIG. 7 shows an example of a sensitivity correction exposure pattern table R (x, y). FIG. 8 shows an example of the correction table N (x, y). FIG. 9 shows an example of the correction table M (x, y). FIG. 10 shows an example of the control value table S (x, y).
Another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is a schematic view of an exposure apparatus in which a thin film scatterer is applied to a planar light source. In this embodiment, a
The optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system are arranged orthogonally, and the
FIG. 12 is a schematic view of an exposure apparatus using a reflective liquid crystal panel. In this embodiment, a reflective
In this embodiment, the planar light source 1 that has passed through the illumination
The planar light source 1 uses the structure shown in FIGS. 2 and 3, and the light exit end 12 a of the
The illumination
The reflective
In the above optical system, the polarization angle of the reflected light from the liquid crystal cell is controlled by an analog voltage applied to the liquid crystal cell. The light intensity is controlled by the light branching action of the PBS 9 that is reflected by the controlled polarization angle of the light. Specifically, when no voltage is applied to the liquid crystal cell, the light from the planar light source 1 passes through the PBS 9 and exposes the photosensitive material with the strongest light intensity. The light from the planar light source 1 when the rated maximum voltage is applied to the liquid crystal cell is reflected by the PBS 9 and does not expose the
Next, the operation of the control means will be described. FIG. 13 shows the flow of exposure using DMD. An illumination unevenness correction table N D (x, y) of the exposure optical system and a table M (x, y) for correcting the illumination unevenness of the monitor optical system are stored in advance. Enter the sensitivity curve of the photosensitive material. A designed exposure pattern table G (x, y) is input. The exposure pattern table G (x, y) is converted into a photosensitive correction exposure pattern table R (x, y) with reference to the sensitivity curve of the photosensitive material. A control value table S (x, y) corresponding to each micromirror of the
S (x, y) = R (x, y) × N D (x, y) × M (x, y)
The
The intensity adjustment method performs PWM control with the control value table S (x, y) while keeping the micromirror tilt time constant for all micromirrors, and repeats fine switching within the micromirror tilt time. The integrated light intensity within the tilt time of the micromirror is controlled.
In the time adjustment method, the on-time is controlled by the control value table S (x, y) and the light intensity is controlled by utilizing the proportional relationship between the tilt time of the micromirror and the exposure amount.
Next, the operation of the control means of the exposure apparatus using the reflective liquid crystal panel will be described. FIG. 14 shows the flow of exposure using a reflective liquid crystal panel. An illumination unevenness correction table N L (x, y) of the exposure optical system and an illumination unevenness correction table M (x, y) of the monitor optical system are stored in advance. Enter the sensitivity curve of the photosensitive material. A designed exposure pattern table G (x, y) is input. The exposure pattern table G (x, y) is converted into a photosensitive correction exposure pattern table R (x, y) with reference to the sensitivity curve of the photosensitive material. A control value table S (x, y) corresponding to each liquid crystal cell is obtained by the following equation.
S (x, y) = R (x, y) × N L (x, y) × M (x, y)
The reflective liquid crystal panel is controlled by the intensity adjustment method or the time adjustment method using the control value table S (x, y).
The intensity adjustment method utilizes the fact that the voltage applied to the liquid crystal cell and the light intensity are in a proportional relationship, and refers to the control value table S (x, y) to control the applied voltage for each liquid crystal cell, and Control strength.
In the time adjustment method, the on-time is controlled by the control value table S (x, y) while the applied voltage for each liquid crystal cell is kept constant in all the liquid crystal cells, and the light intensity for each liquid crystal cell is controlled. .
In the above-described embodiment, the illumination unevenness correction of the monitor optical system is performed. However, the control value S (x, y) = R (x, y) × N (x, y) obtained by performing only the light intensity correction may be used. .
In this embodiment, the sensitivity correction of the photosensitive material is used as R (x, y). However, the correction of the film formation efficiency by the light amount or the correction of the etching efficiency by the light amount can be similarly performed.
According to this embodiment, the following effects are produced.
1. By controlling each micromirror with pulse width modulation (PWM) corresponding to the control value for each micromirror of the DMD, the exposure amount of the control value can be obtained for each pixel.
2. By controlling each micromirror with an ON time corresponding to the control value for each micromirror of the DMD, an exposure amount of the control value can be obtained for each pixel. It does not depend on special hardware (PWM device) and can be controlled with high resolution.
3. Since the telecentric illumination optical system is installed so that the planar light source and the DMD satisfy the Scheinproof relationship, all the DMD micromirrors can be used with respect to the DMD that is installed inclined with respect to the illumination optical axis. On the other hand, a planar light source can be imaged at a predetermined angle.
4). By controlling each liquid crystal cell with an applied voltage corresponding to the control value for each liquid crystal cell of the reflective liquid crystal panel, an exposure amount of the control value can be obtained for each pixel.
5). By controlling each liquid crystal cell by applying a predetermined voltage for a time corresponding to the control value for each liquid crystal cell of the reflective liquid crystal panel, it is possible to obtain an exposure amount of the control value for each pixel and at a high resolution. Easy to control.
6). By using a planar light source as an LED light source, there is no fluctuation in the light emission position as compared with a discharge lamp, and it has a long life and does not require replacement.
7). By using an illuminated thin-film scatterer as the planar light source, the planar light source can be obtained at a lower cost than the rod integrator.
8). By using a flat light source as a light exit end cut obliquely to a rod integrator installed with an offset angle with respect to the illumination optical axis, the Scheimpflug relationship is satisfied and the DMD is tilted with respect to the optical axis. A planar light source for imaging can be made. Moreover, light can be used efficiently by installing with an offset angle.
発光位置の変動のないLEDランプを光源とし、光源から平面光源を生成し、平面光源と空間光変調器がシャインプルーフの関係を満足するように平面光源を空間光変調器にテレセントリックに結像して照明したので、露光面における焦点ズレが少なく、空間光変調器上の露光パターンを高解像な状態で転写したり所定の反応を起こさせることができる。
またの感光材を多階調に露光する場合には、利用する感光材の感度特性を考慮して、露光量が感光材を除去する設計値になる様に補正し、また露光ムラを起こすような照明下においても露光量が厳密に制御出きる様に画素ごとに位置による補正を実施したことで多階調の深さ方向の構造を持つ構造物を高精度に感光材上に作りこむことができる。An LED lamp with no light emission position variation is used as a light source, a flat light source is generated from the light source, and the flat light source and the spatial light modulator are telecentrically imaged on the spatial light modulator so that the Schein-proof relationship is satisfied. Therefore, there is little focus shift on the exposure surface, and the exposure pattern on the spatial light modulator can be transferred in a high resolution state or a predetermined reaction can be caused.
In the case of exposing the photosensitive material to multiple gradations, the exposure characteristic is corrected so as to be a design value for removing the photosensitive material in consideration of the sensitivity characteristic of the photosensitive material to be used, and uneven exposure is caused. A structure with a multi-tone depth structure can be created on the photosensitive material with high accuracy by performing correction according to the position for each pixel so that the exposure amount can be precisely controlled even under bright illumination. Can do.
本発明は、レジストなどの感光材の露光、バイオチップなどのマイクロマシン作製のときに利用する光反応を起こさせる露光、光CVDの様に光のあたったところに膜を堆積する露光、光があたったところをエッチングする露光などに利用する事ができる露光装置に関する。 The present invention relates to exposure of a photosensitive material such as a resist, exposure to cause a photoreaction used in the production of a micromachine such as a biochip, exposure to deposit a film in a place exposed to light, such as photo-CVD, and exposure to light. The present invention relates to an exposure apparatus that can be used for exposure for etching the area.
近年、半導体製造やマイクロマシンや実験室チップと呼ばれる細胞培養や化学反応とその分離検出などの実験室で実施される処理のプロセスを集積化させたチップの製作などの微小な構造物を作る手段としてホトリソグラフィー技術が利用されている。
露光装置は半導体の微細化に伴い複雑化かつ大型化する傾向にあるが、実験室レベルで利用できる簡易で安価な装置に対する需要が増してきた。DMDを利用したマスクを利用しない白黒2値の露光技術が、特許文献1及び特許文献2に提案されている。また露光装置において重要である露光光の位置による不均一性を除き露光面での面内分布を均一にするため、特許文献3には外部に照明光を均一にするためフライアイレンズを利用した2値露光方法が開示されている。しかし、多階調の露光において、所望の露光値を得るためには照明光の均一性を階調の分解能以下にしなければならず、表示装置などの人間が見るものとはその要求精度が著しく異なる。フライアイレンズなどによる光学的な照明光の均一化手段では白黒の2階調の露光では十分であっても階調が高くなると均一化する効果が十分ではない。たとえば256階調の分解能で多階調の露光を行う場合には照明光の面内分布で0.4%の誤差以内の均一性が必要になる。白黒の2階調のリソグラフィ装置が特許文献4に開示されている。また特許文献5にはDMDを平行な光束で照明し、ダミー光学系上に設けた光検出器からの検出信号を利用して均一に露光する2階調露光装置が開示されている。しかし、前記露光では検出点がまばらなので多階調の露光を行う上でその階調に見合う分解能を確保するための均一性の確保が難しい。収束する光や拡大するひかりでDMDを照明すると露光面における焦点位置がずれるので、完全な平行性が要求される。焦点がずれる様子を図15に極端な収束光で照明した場合の例に示す。これは照明光軸に対してDMDが傾いているために起こる現象であり、平行性が悪化すると露光の解像度が露光面内一定にならない状況を呈する。現状では高圧水銀ランプに代表される点光源とはみなし得ない大きさのある光源を利用しているので完全な平行性を持たせることは困難である。またレーザーを利用すると平行性は確保されるが、可干渉性が高いので空間光変調器の画素が二次元アレイを構成しているので、その格子が露光面に干渉パターンを発生しノイズの原因となる。
In recent years, as a means of making micro structures such as semiconductor manufacturing, manufacturing of chips that integrate processing processes performed in laboratories such as cell culture, chemical reaction and separation detection called micromachines and laboratory chips Photolithographic technology is used.
Although exposure apparatuses tend to become more complex and larger as semiconductors become finer, demand for simple and inexpensive apparatuses that can be used at the laboratory level has increased. Patent Document 1 and
本発明の目的は、上記の問題点を解決するため、露光光学系の照明ムラなどの要因や感光材の感度特性を加味して補正した画素毎の制御値のテーブルを用いて空間光変調器の各画素を制御し、感光材の深さ方向の露光精度を高めた多階調露光装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems by using a table of control values for each pixel corrected by taking into account factors such as illumination unevenness of an exposure optical system and sensitivity characteristics of a photosensitive material. It is an object of the present invention to provide a multi-tone exposure apparatus in which each pixel is controlled to improve exposure accuracy in the depth direction of the photosensitive material.
中間階調の露光を行う際には、中間階調の分解能以下の誤差で位置による均一性を確保しなければならない。具体的には256階調の露光を実現するためには露光面内の位置の違いによるバラツキを0.4%以内に収めなければならない。高精度な中間階調を実現する上で、対処しなければならない要因は、感光材などの露光対象試料の光に対する反応の非線形性であり、光源の輝度ムラや光学系による照明ムラである。 When performing exposure of the intermediate gradation, it is necessary to ensure uniformity according to the position with an error equal to or less than the resolution of the intermediate gradation. Specifically, in order to realize exposure with 256 gradations, the variation due to the difference in position within the exposure surface must be within 0.4%. The factor that must be dealt with in realizing a high-precision halftone is the nonlinearity of the reaction of the sample to be exposed, such as a photosensitive material, to light, such as uneven brightness of the light source and uneven illumination by the optical system.
これを解決するため、請求項1の発明は光源を空間光変調器に結像し、該空間光変調器の各画素を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材を露光する露光装置において、前記空間光変調器の各画素毎に前記感光材の露光位置で露光光学系の光強度の面内分布を測定するモニタ光学手段と、前記モニタ光学手段で測定した露光光学系の光強度の面内分布を均一にする補正テーブルN(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶した記憶手段と、感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線、および感光材の露光パターンのテーブルG(x,y)を入力し、該テーブルG(x,y)を前記感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、前記空間光変調器の各画素毎に対応した照明ムラを均一にし感光材の直線性を補正した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求める制御値算出手段と、前記制御値算出手段で求めた制御値により前記空間光変調器の各画素を制御する空間光変調器制御手段と、を備えていることを特徴とする。
好ましくは空間光変調器がDMD、或いは反射型液晶パネルで構成される。
In order to solve this, the invention of claim 1 forms an image of a light source on a spatial light modulator, controls each pixel of the spatial light modulator to generate a multi-tone exposure pattern, and exposes the photosensitive material. In the exposure apparatus, the monitor optical means for measuring the in-plane distribution of the light intensity of the exposure optical system at the exposure position of the photosensitive material for each pixel of the spatial light modulator, and the exposure optical system measured by the monitor optical means The storage means storing the correction table N (x, y) for uniforming the in-plane distribution of light intensity, the correction table M (x, y) for uniforming the illumination unevenness of the monitor optical system, and the photosensitive material are removed. A sensitivity curve representing the relationship between the depth of the designed value and the amount of light to be obtained and a table G (x, y) of the exposure pattern of the photosensitive material are input, and the sensitivity of the table G (x, y) is referred to the sensitivity curve. It is converted into a corrected exposure pattern table R (x, y), and a pair of pixels for each of the spatial light modulators. A control value for obtaining a table S (x, y) = R (x, y) × N (x, y) × M (x, y) of control values in which the corresponding illumination unevenness is made uniform and the linearity of the photosensitive material is corrected And a spatial light modulator control means for controlling each pixel of the spatial light modulator by the control value obtained by the control value calculation means.
Preferably, the spatial light modulator is constituted by a DMD or a reflective liquid crystal panel.
また請求項4の発明は、請求項1において、DMDで構成された空間光変調器と、照明光軸に対して斜めに設定した平面光源と、前記平面光源とDMDとの間に配置され、前記平面光源をDMDに結像するテレセントリック光学系で構成され、前記平面光源をシャインプルーフの関係を満足させるようにDMDに結像させる照明光学手段と、前記照明光学手段によりDMDに結像した平面光源を感光材の露光位置に結像させる投影光学手段とを備え、前記DMDの各マイクロミラー毎を制御することを特徴とする。
好ましくは平面光源が照明光軸にオフセット角を持って設置されたロッドインテグレータの斜めにカットされた光射出端で構成される。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the spatial light modulator configured by the DMD, the planar light source set obliquely with respect to the illumination optical axis, and the planar light source and the DMD are disposed. An illumination optical unit configured to form an image on the DMD so that the planar light source satisfies the Schein-proof relationship, and a plane imaged on the DMD by the illumination optical unit. Projection optical means for forming an image of the light source at the exposure position of the photosensitive material, and controlling each micromirror of the DMD.
Preferably, the planar light source is composed of a light exit end cut obliquely of a rod integrator installed with an offset angle with respect to the illumination optical axis.
請求項1の発明によれば、利用する感光材の感度特性により設計値の感光材の除去深さを得る光量への変換と照明ムラを除外する画素毎の位置による補正との二つの過程によって高精度な多階調露光が実現される。 According to the first aspect of the present invention, there are two processes, namely, conversion to a light quantity for obtaining the removal depth of the photosensitive material of the designed value depending on the sensitivity characteristic of the photosensitive material to be used, and correction by the position for each pixel excluding illumination unevenness. High-precision multi-tone exposure is realized.
請求項3の発明によれば、平面光源をテレセントリック光学系でシャインプルーフの関係を満足させるようにDMDで構成された空間光変調器に結像して照明したので、略平行光で空間光変調器を照明した場合に比べて、焦点ズレが少なく高い解像度の露光が実現できる。
According to the invention of
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係る露光装置の第1の実施形態を示す模式図である。本実施例は空間光変調器としてデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)を用い、2次元に配列された画素(マイクロミラー)毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材を露光するものである。露光装置の構成は平面光源1、照明光学手段2、空間光変調器(DMD)3、投影光学手段4、モニタ光学手段5、制御手段6を備えている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention. In this embodiment, a digital micromirror device (DMD) is used as a spatial light modulator, and a multi-tone exposure pattern is generated by controlling each pixel (micromirror) arranged two-dimensionally. To be exposed. The configuration of the exposure apparatus includes a planar light source 1, illumination
図2は平面光源の一実施例を示す構成図である。平面光源1は、複数のLEDランプ10の光軸が互いに平行になるよう配置されたLED光源を有し、LEDランプ10の光束を集光レンズ11を通してロッドインテグレータ12の入射端に集光するよう設けられている。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a planar light source. The planar light source 1 has an LED light source arranged so that the optical axes of the plurality of
LED光源は、複数のLEDランプ10が、例えば銅板で作製された平らな熱伝導性電極基板13に配置され、各LEDランプ10のLEDチップのカソード電極とアノード電極のいずれかの電極側をマウントしたリードフレームが熱伝導性電極基板13に電気的に接続されている。熱伝導性電極基板13から熱を逃がすために、熱伝導性電極基板13には放熱手段が設けられている。放熱手段の具体例として、図2に示すように熱伝導性電極基板13の背面にペルチェ素子14を配置し、このペルチェ素子14に放熱器15を設けて、それぞれを熱結合させ、更に放熱器15を冷却ファン16により冷却するよう構成されている。
In the LED light source, a plurality of
ロッドインテグレータ12の射出端12aは、角度Bで斜めにカットされているので、ロッドインテグレータ12の材質の屈折率で決まる角度Aだけ光軸が傾斜する。図1において、DMD30とロッドインテグレータ12の射出端とはシャインプルーフの関係を満足するよう設置する。すなわち、本実施例では等倍の照明光学系を利用しているので、照明光軸とDMD30のなす角をCとすると、ロッドインテグレータ12の射出端と照明光軸とのなす角もCとなる。この配置では(ロッドインテグレータのカット角B)+(オフセット角A)+C=90度となる。
このような平面光源1の配置は、DMD30の全べてのマイクロミラーに平面光源1を結像させることができる。
Since the exit end 12 a of the
Such an arrangement of the planar light source 1 can form an image of the planar light source 1 on all the micromirrors of the
図3は平面光源の他の実施例を示すもので、図2と同一機能を有する部材には同一符号を付している。この平面光源は熱伝導性電極基板13のLEDランプ10の配置面を、LEDランプ10の光がロッドインテグレータ12の入射端に向けられるよう球面に形成されていると共に、ロッドインテグレータ12の入射端を凸レンズ12bに形成し、LEDランプ10の光を集光する作用を持たせている。
FIG. 3 shows another embodiment of the planar light source, and members having the same functions as those in FIG. This flat light source is formed in a spherical surface so that the light of the
ロッドインテグレータ12は、図4に示すように入射端から導入された光束が多重反射を繰り返し光射出端に伝播する光学伝播体である。その具体的な例としては、オプティカルファイバと同様に屈折率の低い光学材料で形成されたクラッドが屈折率の高い光学材料で形成されたコア体の周りを取り囲んでいる構造、周囲の空気にクラッドの機能を持たせて表面で全反射させることができるガラス棒、プラスチック棒のコアを有する構造、ガラスやプラスチックの表面にアルミなどの金属をコーティングして鏡としたミラーロッドなどが適用可能である。
As shown in FIG. 4, the
照明光学手段2は、DMD30へ結像させるための光軸とDMD30に結像した光を感光材に投影する光学系の光軸とがなす角度TをDMD30のマイクロミラーの傾動角の2倍に設定されている。照明光学系はDMD30とロッドインテグレータ12との間に配置され、ロッドインテグレータ12の光射出端に形成される平面光源1を、第1の凸レンズ20、開口絞り21、第2の凸レンズ22からなるテレセントリック光学系を通してDMD30に結像させる。テレセントリック光学系は、平面光源1とDMD30の間にシャインプルーフの関係を満足するよう設置されている。
The illumination
このように平面光源1とDMD30がシャインプルーフの関係を満足したテレセントリック光学系で照明することにより、DMD30のすべてのマイクロミラーを所定の角度、たとえば20度あるいは24度で照明することが出来る。略平行光で照明したときのような焦点ズレが生じない。また開口絞りの拡大または縮小で、照明光のNAを容易に調節することが出来る。
Thus, by illuminating the planar light source 1 and the
本実施例では、両側テレセントリック光学系を採用した。少なくともDMD側がテレセントリックになっている必要がある。また倍率1のテレセントリック光学系を採用した。高倍率の光学系を採用すれば、小面積のロッドインテグレータの射出端をDMDに結像できることはもちろんである。 In this embodiment, a double-sided telecentric optical system is used. At least the DMD side needs to be telecentric. A telecentric optical system with a magnification of 1 was adopted. Of course, if a high-magnification optical system is adopted, the exit end of a small area rod integrator can be imaged on the DMD.
投影光学手段4は、両側テレセントリック縮小投影光学系で構成され、DMD30のマイクロミラーを制御して、露光パターンに応じた光を投影レンズ40を通して感光材7に結像させて露光する。
The projection
モニタ光学手段5は、DMD30のマイクロミラーを制御して、平面光源1をマイクロミラー毎に結像させ、反射した平面光源1を投影レンズ40を通して画素座標(x,y)に対応した感光材7の露光位置(x,y)に結像させ、露光光学系の光強度の面内分布を測定する。基板上の感光材7を露光位置に移動させる載置台が設けられている。モニタ光の測定は、基板上の感光材7を載置しない状態で露光位置(x,y)に結像させた露光光学系の光を凸レンズ50を通して拡散板51に入射させ、この背後に設置された光検出器52により検出し、制御手段6に入力する。
The monitor
光学系には照明ムラが生じる。露光光学系の場合には、光源の輝度ムラや、レンズなどの光学素子では中心部と周辺部では光の伝播率が異なることが原因である。またモニター光学系の場合にもレンズや検出器の指向性のため、同じ光強度の光であってもモニター位置(露光面)が異なると検出効率に差が出てしまう。上記の露光光学系、モニター光学系で生じる照明ムラの位置による補正を行う必要があるため、制御手段6は露光光学系の照明ムラをなくす、つまり光強度の面内分布を均一にする補正テーブルN(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶した記憶手段を備え、設計した感光材の露光パターンのテーブルG(x,y)を当該感光材の現像後除去される設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求める制御値算出手段と、この制御値算出手段で求めた制御値により空間光変調器の各画素を制御する空間光変調器制御手段とをソフトウエアで実現するコンピュータにより構成されている。
Illumination unevenness occurs in the optical system. In the case of the exposure optical system, this is because the luminance unevenness of the light source or the light propagation rate is different between the central portion and the peripheral portion of an optical element such as a lens. Also in the case of a monitor optical system, because of the directivity of lenses and detectors, even if the light has the same light intensity, if the monitor position (exposure surface) is different, the detection efficiency will be different. Since it is necessary to perform correction according to the position of the illumination unevenness generated in the exposure optical system and the monitor optical system, the
CADなどの利用により設計された64階調の段差を持つ構造物を作製するために感光材にこの構造物の鋳型を作成する場合を想定する。設計のデータはx、y座標で決まる位置のZ方向の高さLを要素とするの2次元のテーブルとして設計される。この2次元テーブルを中間階調を含む露光パターンとして利用する。感光材を除去する深さLの所望値のテーブルG(x,y)とする。(x,y)は空間光変調器の画素に対応する位置の座標である。
レジストなどの感光材は一般的に照射される光量に対して線型には反応しない。また膜厚が厚くなると散乱や吸収のため非線形性が著しくなる。利用する所定の厚さの感光材に光量I(w.sec)を変化させて光を照射し、所定の現像過程を経て、感光材が除去される深さL(μ)を測定する。このデータから所望の除去深さLを得るのに必要な光量Iを対応させる変換テーブルR(L)を作成する。変換テーブルR(L)を参照することによって、設計値のテーブルG(x,y)の要素Lを必要な光量Iに変換する。変換された新たなテーブルR(x,y)とする。
A case is assumed in which a mold of this structure is created on a photosensitive material in order to produce a structure having 64 gradation steps designed by using CAD or the like. The design data is designed as a two-dimensional table in which the height L in the Z direction at the position determined by the x and y coordinates is used as an element. This two-dimensional table is used as an exposure pattern including an intermediate gradation. A desired value table G (x, y) of the depth L from which the photosensitive material is removed is defined. (x, y) is the coordinates of the position corresponding to the pixel of the spatial light modulator.
Photosensitive materials such as resist generally do not react linearly with the amount of light irradiated. Further, as the film thickness increases, the nonlinearity becomes significant due to scattering and absorption. A photosensitive material having a predetermined thickness to be used is irradiated with light while changing a light amount I (w.sec), and a depth L (μ) at which the photosensitive material is removed through a predetermined development process is measured. From this data, a conversion table R (L) is created that correlates the light quantity I necessary to obtain the desired removal depth L. By referring to the conversion table R (L), the element L of the design value table G (x, y) is converted into the necessary light quantity I. It is assumed that the converted new table R (x, y).
次に露光試料を未装着の状態で露光光の面内分布を測定する。一つの画素だけをオンし、モニタ系の光検出器で露光光学系の光強度を測定する。このオンする画素を順次切り換えて光強度を測定し、すべての画素に対応する一画面分の面内分布のテーブルを作成する。露光光の面内分布のテーブルには光源の輝度ムラや照明光学系の照明ムラ、空間光変調器の照明ムラ、また投影光学系の照明ムラなどが総合的に反映され、画素毎には均一ではない。面内分布が均一になる様に、補正テーブルN(x,y)を作成する。補正テーブルN(x,y)の画素毎の値は、光強度の逆数に比例乗数kをかけた値である。すなわちkに規格化する。制御値のテーブルと補正テーブルN(x,y)の各要素ごとに積を取り、新たな制御値のテーブルS(x,y)を得る。
S(x,y)=R(x,y)×N(x,y)
ここで、×は要素ごとの掛け算を表す。
Next, the in-plane distribution of the exposure light is measured with the exposure sample not attached. Only one pixel is turned on, and the light intensity of the exposure optical system is measured with a monitor photodetector. The light intensity is measured by sequentially switching the pixels to be turned on, and a table of in-plane distribution for one screen corresponding to all the pixels is created. The exposure light in-plane distribution table comprehensively reflects light source brightness unevenness, illumination optical system illumination unevenness, spatial light modulator illumination unevenness, projection optical system illumination unevenness, etc., and is uniform for each pixel. is not. A correction table N (x, y) is created so that the in-plane distribution is uniform. The value for each pixel in the correction table N (x, y) is a value obtained by multiplying the inverse of the light intensity by a proportional multiplier k. That is, normalize to k. A product is obtained for each element of the control value table and the correction table N (x, y) to obtain a new control value table S (x, y).
S (x, y) = R (x, y) × N (x, y)
Here, x represents multiplication for each element.
ここまではモニタ系の位置による照明ムラは補正されないで残る。モニタ系の照明ムラが大きくて無視できない場合はレジスト膜などを露光し、現像後にその段差を測定する方法などでモニタ系の照明ムラを補正するテーブルM(x,y)を作成する。装置が組みあがった時点でモニタ系を利用して補正テーブルN(x,y)を作成し,これを利用してレジスト膜などを露光しその段差測定からモニタ系の検出のムラを測定し、これを均一に補正するテーブルM(x,y)を作成する。補正テーブルの画素毎の値は、測定段差の逆数である。一度モニタ系の検出のムラを測定すれば,このムラは変動しないので、装置定数として記憶する。 Up to this point, uneven illumination due to the position of the monitor system remains uncorrected. If the illumination unevenness of the monitor system is large and cannot be ignored, a resist film or the like is exposed, and a table M (x, y) for correcting the illumination unevenness of the monitor system is created by a method of measuring the step after development. When the apparatus is assembled, a correction table N (x, y) is created using the monitor system, and the resist film is exposed using this to measure the unevenness in detection of the monitor system from the step measurement. A table M (x, y) for correcting this uniformly is created. The value for each pixel in the correction table is the reciprocal of the measurement step. Once the non-uniformity of detection in the monitor system is measured, this non-uniformity does not change and is stored as a device constant.
しかし、本実施例では、露光エリアが数ミリの大きさで在り、モニタ系で利用したレンズ50の径が数センチと大きいので近軸光線のみの利用であることと、検出器の直前に散乱体を設置した効果で位置によるM(x,y)の要素は要求される誤差の範囲ですべて1となった。この場合には省略することができる。
However, in this embodiment, the exposure area is several millimeters in size, and the diameter of the
光源の交換などによる大きく変動し、頻繁に発生する変動要因に対してはモニタ光強度を均一に補正するテーブルN(x,y)で補正することができる。
S(x,y)= R(x,y)×M(x,y)
ここで、×は要素ごとの掛け算を表す。
It is possible to correct a fluctuation factor that frequently fluctuates due to the replacement of the light source and the like by a table N (x, y) that uniformly corrects the monitor light intensity.
S (x, y) = R (x, y) × M (x, y)
Here, x represents multiplication for each element.
以上の感光材による補正と、位置による補正が終了後、制御手段が制御値S(x,y)により空間光変調器の各画素を制御し、各画素の光を投影光学系を通して感光材に結像させて露光を行う。 After the correction by the photosensitive material and the correction by the position are completed, the control means controls each pixel of the spatial light modulator by the control value S (x, y), and the light of each pixel is applied to the photosensitive material through the projection optical system. Image exposure is performed.
図5に感光材の感度曲線の一例を示す。図6に設計した露光パターンのテーブルG(x,y)の一例を示す。図7に感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)の一例を示す。図8に補正テーブルN(x,y)の一例を示す。図9に補正テーブルM(x,y)の一例を示す。図10に制御値のテーブルS(x,y)の一例を示す。 FIG. 5 shows an example of the sensitivity curve of the photosensitive material. FIG. 6 shows an example of the designed exposure pattern table G (x, y). FIG. 7 shows an example of a sensitivity correction exposure pattern table R (x, y). FIG. 8 shows an example of the correction table N (x, y). FIG. 9 shows an example of the correction table M (x, y). FIG. 10 shows an example of the control value table S (x, y).
本発明の他の実施形態を説明する。 Another embodiment of the present invention will be described.
図11は平面光源に薄膜散乱体を応用した露光装置の模式図である。本実施例は空間光変調器としてDMD30を用い、各マイクロミラーを制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材7を露光するものである。露光装置の構成は平面光源1、照明光学手段2、空間光変調器(DMD)3、全反射プリズム8、投影光学手段4、モニタ光学手段5、制御手段(図示せず)を備えている。ここで、モニタ光学手段5、制御手段の機能は、図1に示す実施例と同じなので、その説明を省略する。
FIG. 11 is a schematic view of an exposure apparatus in which a thin film scatterer is applied to a planar light source. In this embodiment, a
照明光学系の光軸と投影光学系の光軸を直交して配置し、投影光学系の光軸上にDMD30を設置する。照明光学系の光軸と投影光学系の光軸が交わる位置に全反射プリズム8を配し、この全反射プリズム8で平面光源1を全反射させてDMD30に結像させる。結像した平面光源1はDMD30の制御により全反射プリズム8を透過させて投影光学系4を通して感光材7に結像させ、露光する。その為、全反射プリズム8はDMD30への入射角度が20度又は24度に等しい角度で平面光源1を全反射させるよう傾斜させている。光源を薄膜散乱体17で平面光源1にし、この平面光源1を全反射プリズム又はミラー18で照明光学系の光軸と一致した方向に全反射させ、照明光学系に入射させる。薄膜散乱体17による平面光源1の全反射プリズム又はミラーへの入射角がDMD30への入射角が20度又は24度に等しくなるよう全反射プリズム又はミラー傾斜させている。DMD30と平面光源1はシャインプルーフの関係を満足する。
The optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system are arranged orthogonally, and the
図12は反射型液晶パネルを用いた露光装置の模式図である。本実施例は空間光変調器3として反射型液晶パネル31を用い、2次元に配列された液晶セル毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材7を露光するものである。露光装置の構成は平面光源1、照明光学手段2、空間光変調器(反射型液晶パネル)3、PBS(Polarized Beam Splitter)9、投影光学手段4、モニタ光学手段5、制御手段(図示せず)を備えている。ここで、投影光学手段4、モニタ光学手段5、制御手段の機能は図1に示す実施例と同じなので、その説明を省略する。
FIG. 12 is a schematic diagram of an exposure apparatus using a reflective liquid crystal panel. In this embodiment, a reflective
本実施例は、照明光学手段2を通した平面状光源1を、PBS9で偏向させて反射型液晶パネル31に結像させ、各液晶セルの印加電圧を調節して各液晶セルの反射光の光強度を制御し、この光をPBS9、投影光学手段4を通して感光材7に結像させて露光する。
In this embodiment, the planar light source 1 that has passed through the illumination
平面光源1は、図2と図3に示す構造を利用するもので、ロッドインテグレータ12の光射出端12aはロッドインテグレータ12の光軸に直交する面にカットされている。
The planar light source 1 uses the structure shown in FIGS. 2 and 3, and the light exit end 12 a of the
照明光学手段2は、照明光学系の光軸と投影光学系の光軸とを直交して配置し、投影光学系の光軸上に反射型液晶パネル31を設置する。照明光学系の光軸と投影光学系の光軸が交わる位置にPBS9を配し、このPBS9で平面光源1からのS波は反射させて反射型液晶パネル31に結像させる。P波はPBS9を透過し吸収される(図示せず)。結像した平面光源1は液晶セルの偏光制御によりPBS9を透過させて投影光学系を通して感光材7に結像させて露光する。その為、PBS9の偏光分離面は平面光源1に対して45度傾斜させている。
The illumination
反射型液晶パネル31は、個々の画素が微小な液晶セルであり、印加電圧(アナログ量)で反射される光の偏光方向が制御される。反射型液晶パネル31とPBS9とを組み合わせて空間光変調、強度変調に利用する。反射型液晶パネル31は、例えば、サイズが13.5μ×13.5μの液晶セルを1365×1024個集積されている。
The reflective
上記の光学系では、液晶セルに印加するアナログ電圧によって液晶セルからの反射光の偏光角度が制御される。光強度は、制御された光の偏光角度によって反射されるPBS9の光の分岐作用によって制御される。具体的には液晶セルに電圧を印加しない状態では平面光源1からの光がPBS9を透過し、最も強い光強度で感光材を露光する。液晶セルに定格最大電圧を印加した場合の平面光源1からの光はPBS9によって反射され感光材7を露光しない。液晶セルに定格最大電圧以下の中間の電圧を印加した場合は、印加電圧に逆比例する光強度で感光材7を露光する。
In the above optical system, the polarization angle of the reflected light from the liquid crystal cell is controlled by an analog voltage applied to the liquid crystal cell. The light intensity is controlled by the light branching action of the PBS 9 that is reflected by the controlled polarization angle of the light. Specifically, when no voltage is applied to the liquid crystal cell, the light from the planar light source 1 passes through the PBS 9 and exposes the photosensitive material with the strongest light intensity. The light from the planar light source 1 when the rated maximum voltage is applied to the liquid crystal cell is reflected by the PBS 9 and does not expose the
次に制御手段の動作を説明する。図13にDMDを用いた露光のフローを示す。露光光学系の照明ムラ補正テーブルND(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを補正するテーブルM(x,y)を予め記憶する。感光材の感度曲線を入力する。設計した露光パターンのテーブルG(x,y)を入力する。露光パターンのテーブルG(x,y)を感光材の感度曲線を参照して感光補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換する。DMD30のマイクロミラー毎に対応する制御値のテーブルS(x,y)を次の式で求める。
S(x,y)=R(x,y)×ND(x,y)×M(x,y)
Next, the operation of the control means will be described. FIG. 13 shows a flow of exposure using DMD. An illumination unevenness correction table N D (x, y) of the exposure optical system and a table M (x, y) for correcting the illumination unevenness of the monitor optical system are stored in advance. Enter the sensitivity curve of the photosensitive material. The designed exposure pattern table G (x, y) is input. The exposure pattern table G (x, y) is converted into a photosensitive correction exposure pattern table R (x, y) with reference to the sensitivity curve of the photosensitive material. A control value table S (x, y) corresponding to each micromirror of the
S (x, y) = R (x, y) × N D (x, y) × M (x, y)
上記制御値のテーブルS(x,y)を使って強度調節法又は時間調節法でDMD30を制御する。
The
強度調節法は、マイクロミラーの傾動時間を全てのマイクロミラーで一定に保った状態で、制御値のテーブルS(x,y)でPWM制御を行い、マイクロミラーの傾動時間内で細かくスイッチングを繰り返し、マイクロミラーの傾動時間内の積分光強度を制御する。 The intensity adjustment method performs PWM control with the control value table S (x, y) while keeping the micromirror tilt time constant for all micromirrors, and repeats fine switching within the micromirror tilt time. The integrated light intensity within the tilt time of the micromirror is controlled.
時間調節法は、マイクロミラーの傾動時間と露光量が比例関係にあることを利用して、制御値のテーブルS(x,y)でオン時間を制御し、光強度を制御する。 In the time adjustment method, the on-time is controlled by the control value table S (x, y) and the light intensity is controlled by utilizing the proportional relationship between the tilt time of the micromirror and the exposure amount.
次に反射型液晶パネルを用いた露光装置の制御手段の動作を説明する。図14に反射型液晶パネルを用いた露光のフローを示す。露光光学系の照明ムラ補正テーブルNL(x,y)、モニタ光学系の照明ムラ補正テーブルM(x,y)を予め記憶する。感光材の感度曲線を入力する。設計した露光パターンのテーブルG(x,y)を入力する。露光パターンのテーブルG(x,y)を感光材の感度曲線を参照して感光補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換する。液晶セル毎に対応する制御値のテーブルS(x,y)を次の式で求める。
S(x,y)=R(x,y)×NL(x,y)×M(x,y)
Next, the operation of the control means of the exposure apparatus using the reflective liquid crystal panel will be described. FIG. 14 shows the flow of exposure using a reflective liquid crystal panel. An illumination unevenness correction table N L (x, y) of the exposure optical system and an illumination unevenness correction table M (x, y) of the monitor optical system are stored in advance. Enter the sensitivity curve of the photosensitive material. The designed exposure pattern table G (x, y) is input. The exposure pattern table G (x, y) is converted into a photosensitive correction exposure pattern table R (x, y) with reference to the sensitivity curve of the photosensitive material. A control value table S (x, y) corresponding to each liquid crystal cell is obtained by the following equation.
S (x, y) = R (x, y) × N L (x, y) × M (x, y)
上記制御値のテーブルS(x,y)を使って強度調節法又は時間調節法で反射型液晶パネルを制御する。 The reflective liquid crystal panel is controlled by the intensity adjustment method or the time adjustment method using the control value table S (x, y).
強度調節法は、液晶セルに印加する電圧と光強度が比例関係にあることを利用して、制御値のテーブルS(x,y)を参照して液晶セル毎の印加電圧を制御し、光強度を制御する。 The intensity adjustment method uses the fact that the voltage applied to the liquid crystal cell and the light intensity are in a proportional relationship, and controls the applied voltage for each liquid crystal cell with reference to the control value table S (x, y) Control strength.
時間調節法は、液晶セル毎の印加電圧を全ての液晶セルで一定に保った状態で、制御値のテーブルS(x,y)でオン時間を制御し、液晶セル毎の光強度を制御する。 In the time adjustment method, the applied voltage for each liquid crystal cell is kept constant in all the liquid crystal cells, the on-time is controlled by the control value table S (x, y), and the light intensity for each liquid crystal cell is controlled. .
上記の実施例では、モニタ光学系の照明ムラ補正を行っているが、光強度補正のみを行った制御値S(x,y)=R(x,y)×N(x,y)でも良い。
また、本実施例では感光材の感度補正をR(x,y)として利用したが、他に光量による成膜効率の補正、或は光量によるエッチング効率の補正も同様に行うことができる。
In the above embodiment, the uneven illumination correction of the monitor optical system is performed, but the control value S (x, y) = R (x, y) × N (x, y) obtained by performing only the light intensity correction may be used. .
In this embodiment, the sensitivity correction of the photosensitive material is used as R (x, y). However, the correction of the film formation efficiency by the light amount or the correction of the etching efficiency by the light amount can be similarly performed.
本実施態様によれば、次のような作用効果を生ずる。
1.DMDのマイクロミラー毎の制御値に応じたパルス幅変調(PWM)で各マイクロミラーを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができる。
2.DMDのマイクロミラー毎の制御値に応じたオン時間で各マイクロミラーを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることが出来る。特別なハードウエア(PWM装置)に依存することがなく、高い分解能での制御がしやすい。
3.テレセントリック照明光学系が平面光源とDMDとをシャインプルーフの関係を満足する様に設置されたことにより、照明光軸に対して傾いて設置されているDMDに対して、DMDのすべてのマイクロミラーに対して、平面光源を所定の角度で結像させることができる。
4.反射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する印加電圧で各液晶セルを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができる。
5.反射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する時間だけ所定の電圧を印加して各液晶セルを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができると共に、高い分解能での制御がしやすい。
6.平面光源をLED光源にすることにより、放電型のランプに比べて発光位置の変動がなく、しかも長寿命で交換を要しない。
7.平面光源が、照明された薄膜散乱体とすることにより、ロッドインテグレータより安価に平面光源を得ることができる。
8.平面光源が照明光軸にオフセット角を持って設置されたロッドインテグレータの斜めにカットされた光射出端にすることにより、シャインプルーフの関係を満足し、光軸に対して傾いているDMDに結像するための平面光源を作ることができる。またオフセット角を持って設置することで光を効率よく利用することができる。
According to this embodiment, the following effects are produced.
1. By controlling each micromirror with pulse width modulation (PWM) corresponding to the control value for each micromirror of the DMD, the exposure amount of the control value can be obtained for each pixel.
2. By controlling each micromirror with an ON time corresponding to the control value for each micromirror of the DMD, an exposure amount of the control value can be obtained for each pixel. It does not depend on special hardware (PWM device) and can be controlled with high resolution.
3. Since the telecentric illumination optical system is installed so that the planar light source and the DMD satisfy the Scheinproof relationship, all the DMD micromirrors can be used with respect to the DMD that is installed inclined with respect to the illumination optical axis. On the other hand, a planar light source can be imaged at a predetermined angle.
4). By controlling each liquid crystal cell with an applied voltage corresponding to the control value for each liquid crystal cell of the reflective liquid crystal panel, an exposure amount of the control value can be obtained for each pixel.
5). By controlling each liquid crystal cell by applying a predetermined voltage for a time corresponding to the control value for each liquid crystal cell of the reflective liquid crystal panel, it is possible to obtain an exposure amount of the control value for each pixel and at a high resolution. Easy to control.
6). By using a planar light source as an LED light source, there is no fluctuation in the light emission position as compared with a discharge lamp, and it has a long life and does not require replacement.
7). By using an illuminated thin-film scatterer as the planar light source, the planar light source can be obtained at a lower cost than the rod integrator.
8). By using a flat light source as a light exit end cut obliquely to a rod integrator installed with an offset angle with respect to the illumination optical axis, the Scheimpflug relationship is satisfied and the DMD is tilted with respect to the optical axis. A planar light source for imaging can be made. Moreover, light can be used efficiently by installing with an offset angle.
発光位置の変動のないLEDランプを光源とし、光源から平面光源を生成し、平面光源と空間光変調器がシャインプルーフの関係を満足するように平面光源を空間光変調器にテレセントリックに結像して照明したので、露光面における焦点ズレが少なく、空間光変調器上の露光パターンを高解像な状態で転写したり所定の反応を起こさせることができる。 An LED lamp with no light emission position variation is used as a light source, a flat light source is generated from the light source, and the flat light source and the spatial light modulator are telecentrically imaged on the spatial light modulator so that the Schein-proof relationship is satisfied. Therefore, there is little focus shift on the exposure surface, and the exposure pattern on the spatial light modulator can be transferred in a high resolution state or a predetermined reaction can be caused.
またの感光材を多階調に露光する場合には、利用する感光材の感度特性を考慮して、露光量が感光材を除去する設計値になる様に補正し、また露光ムラを起こすような照明下においても露光量が厳密に制御出きる様に画素ごとに位置による補正を実施したことで多階調の深さ方向の構造を持つ構造物を高精度に感光材上に作りこむことができる。 In the case of exposing the photosensitive material to multiple gradations, the exposure characteristic is corrected so as to be a design value for removing the photosensitive material in consideration of the sensitivity characteristic of the photosensitive material to be used, and uneven exposure is caused. A structure with a multi-tone depth structure can be created on the photosensitive material with high accuracy by performing correction according to the position for each pixel so that the exposure amount can be precisely controlled even under bright illumination. Can do.
これを解決するため、請求項1の発明は光源をDMDに結像し、該DMDの各マイクロミラーを制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材を露光する露光装置において、照明光軸に対して斜めに設定した平面光源と、平面光源とDMDとの間に配置され、平面光源をDMDに結像するテレセントリック光学系で構成され、平面光源をシャインプルーフの関係を満足させるようにDMDに結像させる照明光学手段と、照明光学手段によりDMDに結像した平面光源を感光材の露光位置に結像させる投影光学手段と、DMDの各マイクロミラー毎に感光材の露光位置で露光光学系の光強度の面内分布を測定するモニタ光学手段と、モニタ光学手段で測定した露光光学系の光強度の面内分布を均一にする補正テーブルN(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶した記憶手段と、感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線、および感光材の露光パターンのテーブルG(x,y)を入力し、該テーブルG(x,y)を前記感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、DMDの各マイクロミラー毎に対応した照明ムラを均一にし感光材の直線性を補正した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求める制御値算出手段と、制御値算出手段で求めた制御値によりDMDの各マイクロミラー毎を制御する空間光変調器制御手段と、を備えていることを特徴とする。 To solve this, a first aspect of the invention images the light source DMD, an exposure apparatus that exposes a photosensitive material by generating a control to multi-gradation exposure pattern to each of the micromirrors of the DMD, the illumination A planar light source set obliquely with respect to the optical axis and a telecentric optical system that is disposed between the planar light source and the DMD and forms an image of the planar light source on the DMD so that the planar light source satisfies the Scheimpflug relationship Illuminating optical means for forming an image on the DMD, projection optical means for forming an image of the planar light source imaged on the DMD by the illuminating optical means at the exposure position of the photosensitive material, and the exposure position of the photosensitive material for each micromirror of the DMD. Monitor optical means for measuring the in-plane distribution of the light intensity of the exposure optical system, a correction table N (x, y) for uniformizing the in-plane distribution of the light intensity of the exposure optical system measured by the monitor optical means, and the monitor optical system Storage means storing correction table M (x, y) for making illumination unevenness uniform, sensitivity curve representing relationship between design value depth and light quantity obtained by removing photosensitive material, and photosensitive material exposure pattern table G (x, y) is input, and the table G (x, y) is converted to a sensitivity-corrected exposure pattern table R (x, y) with reference to the sensitivity curve, and for each micromirror of the DMD. Control value for obtaining a table S (x, y) = R (x, y) × N (x, y) × M (x, y) of control values in which the corresponding uneven illumination is made uniform and the linearity of the photosensitive material is corrected And a spatial light modulator control unit that controls each micromirror of the DMD by the control value obtained by the control value calculation unit.
請求項2の発明は、請求項1において、平面光源が照明光軸にオフセット角を持って設置されたロッドインテグレータの斜めにカットされた光射出端であることを特徴とする。
The invention of
また、平面光源をテレセントリック光学系でシャインプルーフの関係を満足させるようにDMDで構成された空間光変調器に結像して照明したので、略平行光で空間光変調器を照明した場合に比べて、焦点ズレが少なく高い解像度の露光が実現できる。 In addition, since a planar light source is imaged and illuminated on a spatial light modulator composed of DMD so as to satisfy the Scheimpflug relationship with a telecentric optical system, it is compared with the case where the spatial light modulator is illuminated with substantially parallel light. Therefore, exposure with high resolution with little focus shift can be realized.
これを解決するため、請求項1の発明に係る露光装置は多階調の露光パターンを発生させるDMDと、第一のレンズと開口しぼりと第二のレンズからなるテレセントリック光学系で構成され、前記DMDを照明する照明光学系と、前記テレセントリック光学系により前記DMDとシャインフルーフの条件を満足するよう前記テレセントリック光学系の光軸に対して所定の角度斜めに傾けて設置された平面光源と、前記露光パターンを感光材に結像する投影光学系とからなり、前記照明光学系の光軸が前記DMDに垂直な投影光学系の光軸に対して該DMDの各マイクロミラーの傾動角の2倍の角度だけ傾いて設定された露光光学系と、
前記DMDの各マイクロミラー毎に前記感光材の露光位置で露光光学系の光強度の面内分布を測定するモニタ光学系と、
前記モニタ光学系で測定した前記露光光学系の光強度の面内分布を均一にする補正テーブルN(x,y)、前記モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶した記憶手段と、
感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線、および感光材の露光パターンのテーブルG(x,y)を入力し、該テーブルG(x,y)を前記感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、前記DMDの各マイクロミラー毎に対応した照明ムラを均一にし感光材の直線性を補正した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求める制御値算出手段と、
前記制御値算出手段で求めた制御値により前記DMDの各マイクロミラー毎を制御する空間光変調器制御手段と、
を備えていることを特徴とする。
In order to solve this problem, an exposure apparatus according to the invention of claim 1 includes a DMD that generates a multi-tone exposure pattern, and a telecentric optical system including a first lens, an aperture stop, and a second lens, An illumination optical system for illuminating a DMD, a planar light source installed obliquely at a predetermined angle with respect to the optical axis of the telecentric optical system so as to satisfy the conditions of the DMD and Shine proof by the telecentric optical system, A projection optical system for forming an exposure pattern on a photosensitive material, and the optical axis of the illumination optical system is twice the tilt angle of each micromirror of the DMD with respect to the optical axis of the projection optical system perpendicular to the DMD An exposure optical system set to be inclined at an angle of
A monitor optical system for measuring the in-plane distribution of the light intensity of the exposure optical system at the exposure position of the photosensitive material for each micromirror of the DMD;
The monitor optical system correction table to equalize the in-plane distribution of the light intensity of the exposure optical system measured in N (x, y), the correction table M to uniform the illumination unevenness of the monitor optical system (x, y) Storage means for storing
A sensitivity curve representing the relationship between the depth of the design value obtained by removing the photosensitive material and the amount of light, and a table G (x, y) of the exposure pattern of the photosensitive material are input, and the table G (x, y) is used as the sensitivity. A control value table S obtained by converting the sensitivity-corrected exposure pattern table R (x, y) with reference to the curve and making the illumination unevenness corresponding to each micromirror of the DMD uniform and correcting the linearity of the photosensitive material. control value calculating means for obtaining (x, y) = R (x, y) × N (x, y) × M (x, y);
Spatial light modulator control means for controlling each micromirror of the DMD by the control value obtained by the control value calculation means;
It is characterized by having.
また、多階調の露光パターンを発生させるDMDと、第一のレンズと開口しぼりと第二のレンズからなるテレセントリック光学系で構成され、前記DMDを照明する照明光学系と、前記テレセントリック光学系により前記DMDとシャインフルーフの条件を満足するよう前記テレセントリック光学系の光軸に対して所定の角度斜めに傾けて設置された平面光源と、前記露光パターンを感光材に結像する投影光学系とからなり、前記照明光学系の光軸が前記DMDに垂直な投影光学系の光軸に対して該DMDの各マイクロミラーの傾動角の2倍の角度だけ傾いて設定された露光光学系を備えたことにより、略平行光でDMDを照明した場合に比べて、焦点ズレが少なく高い解像度の露光が実現できる。 In addition, a DMD that generates a multi-tone exposure pattern, a telecentric optical system including a first lens, an aperture stop, and a second lens, and an illumination optical system that illuminates the DMD, and the telecentric optical system A planar light source installed obliquely at a predetermined angle with respect to the optical axis of the telecentric optical system so as to satisfy the conditions of the DMD and Shineproof, and a projection optical system that forms an image of the exposure pattern on a photosensitive material And an exposure optical system in which the optical axis of the illumination optical system is set to be inclined with respect to the optical axis of the projection optical system perpendicular to the DMD by twice the tilt angle of each micromirror of the DMD. As a result , compared with the case where the DMD is illuminated with substantially parallel light, high-definition exposure can be realized with less focus shift.
Claims (9)
平面光源と、
前記平面光源と空間光変調器との間に配置され、前記平面光源を空間光変調器に結像するテレセントリック光学系で構成される照明光学手段と、
前記照明光学手段により空間光変調器に結像した平面光源を、感光材の露光位置に結像させる投影光学手段と、
前記空間光変調器の画素毎に前記感光材の露光位置で露光光学系の光強度の面内分布を測定するモニタ光学手段と、
前記モニタ光学手段で測定した露光光学系の光強度の面内分布を均一にする補正テーブルN(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶した記憶手段と、
感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線、および感光材の露光パターンのテーブルG(x,y)を入力し、該テーブルG(x,y)を前記感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求める制御値算出手段と、
前記制御値算出手段で求めた制御値により空間光変調器の各画素を制御する空間光変調器制御手段と、を備え、
前記空間光変調器制御手段で制御された空間光変調器の各画素の光を、前記投影光学手段の投影光学系を通して感光材に結像させて露光することを特徴とする露光装置。In an exposure apparatus that controls each pixel of the spatial light modulator to generate a multi-tone exposure pattern to expose a photosensitive material,
A planar light source;
Illumination optical means that is disposed between the planar light source and the spatial light modulator, and includes a telecentric optical system that forms an image of the planar light source on the spatial light modulator;
Projection optical means for imaging a planar light source imaged on the spatial light modulator by the illumination optical means at an exposure position of the photosensitive material;
Monitor optical means for measuring an in-plane distribution of light intensity of an exposure optical system at an exposure position of the photosensitive material for each pixel of the spatial light modulator;
A correction table N (x, y) for uniforming the in-plane distribution of light intensity of the exposure optical system measured by the monitor optical means and a correction table M (x, y) for uniforming illumination unevenness of the monitor optical system are stored. Storage means
A sensitivity curve indicating the relationship between the depth of the design value obtained by removing the photosensitive material and the amount of light and a table G (x, y) of the exposure pattern of the photosensitive material are input, and the table G (x, y) is used as the sensitivity. The curve is converted into a sensitivity-corrected exposure pattern table R (x, y) and a control value table S (x, y) = R (x, y) × corresponding to each pixel of the spatial light modulator. Control value calculating means for obtaining N (x, y) × M (x, y);
Spatial light modulator control means for controlling each pixel of the spatial light modulator by the control value obtained by the control value calculation means,
An exposure apparatus characterized in that light of each pixel of the spatial light modulator controlled by the spatial light modulator control means is imaged and exposed on a photosensitive material through a projection optical system of the projection optical means.
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