JP6480680B2 - 照度割合変更方法及び露光方法 - Google Patents

Description

この発明は、プリント基板、半導体ウェハ、液晶ディスプレイなどフォトリソグラフィ法による露光工程で用いられる直接描画方法に用いるのに適した光源装置及び露光装置に関する。

従来、フォトリソグラフィ法を用いた回路パターニング、いわゆる露光工程にはフォトマスクを用いた密着式露光装置が広く使われてきたが、近年、回路の高精細、高密度化に合わせるため、フォトマスクを用いないDMD（デジタル・マイクロミラー・デバイス, digital micro mirror device）等の光変調素子を用いて光を変調して露光する直描式露光装置が用いられるようになってきている（特許文献１）。
しかし、この直描式露光装置に用いられる光源は、高精細なパターニングを可能にするため単波長の場合が多い。一方、露光されるレジストには広波長域の感度を有するものがあり、単波長では十分に硬化しない場合や露光時間が長くなる場合もあった。
そのため、特許文献２に示すように複数の異なる波長特性を有する光源を用いて、レンズにより集光する構成の光源装置が提案されている。

特開２００６−２６７７１９ 特開２０１２−０６３３９０

しかし、異なる波長の複数の光源とレンズを用いる構成の場合、光源を所定の配列で厳密に配置した光源アレイとレンズアレイが必要であり、装置が複雑化する問題がある。
本発明はこのような従来技術の欠点を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、第一の波長特性を有するレーザ光を出射する１のレーザダイオードと、前記第一の波長特性と異なる第二の波長特性を有するレーザ光を出射する他のレーザダイオードと、前記１のレーザダイオードからの出射光を入射端で入光し出射端で出射する１の第１光ファイバと、前記他のレーザダイオードからの出射光を入射端で入光し出射端で出射する他の第１光ファイバと、前記１と他の第１光ファイバの出射光を集積する第２光ファイバと、を有し、前記１の第１光ファイバと前記他の第１光ファイバの出射端側を所定の配列で束ね、該１と他の第１光ファイバの出射光を集積して前記第２光ファイバの入射端に入光させる、複数の第１ファイババンドルと、前記第２光ファイバの出射光を集積する第３光ファイバを有し、前記複数の第１ファイババンドル部の複数の第２光ファイバの出射端側を所定の配列で束ね、各第２光ファイバの出射光を集積して前記第３光ファイバの入射端に入光させる、第２ファイババンドルと、前記第３光ファイバの出力端と接続し、外部に出力するための出力部と、前記各レーザダイオードを制御する制御装置とを有する光源装置において、波長毎の照度割合を変更する照度割合変更方法であって、前記制御装置を用いて、各レーザダイオードを個別に点灯、非点灯の制御をすることで波長毎の照度割合を変更することを特徴とする。
更に本発明の露光方法は、光源装置から発せられた光を、各々独立に変調する多数の画素部が配列された空間光変調素子によって変調し、その変調された光により感光材料を露光させる露光装置であって、上記光源装置を備えた露光装置を用いることを特徴とし、請求項１乃至３いずれかに記載の照度割合変更方法を実施して照度割合を変更して行うことを特徴とする。

本発明の照度割合変更方法及び露光方法によれば、複数の波長を混合した露光波長の光源となるため、幅広いレジストに対応可能となる。また、光源を所定の配列で厳密に配置する必要がなく、またレンズアレイも不要であり、装置を簡略化できる。また、レーザダイオードの増設が簡単に行え、高照度化が簡単に行える。
更に制御装置を設けてレーザダイオードの点灯制御を行うので、波長毎の照度割合を変更でき、最適な露光条件を提供できる、などの効果がある。

本発明の実施形態の方法で使用される光源装置を示す構成図。 本発明の実施形態の方法で使用される露光装置を示す斜視図。 本発明の実施形態の方法で使用される露光装置における、露光ヘッドの構成を概略的に示す説明図。

以下本発明の実施の形態を説明する。
この光源装置は、基本的に複数の異なった波長のレーザダイオードから出射される光を集光して光ファイバに導入し、個々に導いた後にその光路途中で数本を束にし、それより太い光ファイバにコネクタで接続して混合する構成になっている。

以下図１乃至３に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、光源装置Ａは複数のＬＤモジュール１，２を備えている。各ＬＤモジュール１，２は１つのレーザダイオード（ＬＤ：laser diode）と集光レンズを備えている。ＬＤモジュール１とＬＤモジュール２は異なる波長（波長A、波長B）のレーザを出射するＬＤを備えており、この実施形態では波長AのＬＤモジュール１を３個と波長BのＬＤモジュール２を1個とを1組とし、合計３組、１２個のＬＤモジュール１，２を備えており、各ＬＤモジュール１，２をＬＤ光ファイバ３でコネクタ４に導いている。

またＬＤモジュール１，２のＬＤの波長は１９０〜５３０nmの範囲の波長特性を有するものとするのが望ましい。
この実施形態では、ＬＤモジュール１のＬＤの波長Ａは、３７５nm付近にピークを有する波長特性を有しており、ＬＤモジュール２のＬＤの波長Ｂは４０５nm付近にピークを有する波長特性を有している。

各ＬＤモジュール１，２のＬＤは制御装置９９により制御されており、その点灯、非点灯及びその出力（照度）を制御されるように構成されている。ＬＤモジュール１，２の各ＬＤは制御装置９９により個々に制御されるように構成しても良いし、グループごとに制御されるように構成することも可能である。

各コネクタ４には第１ファイババンドル部ｂ１の第１光ファイバ５が接続し、ＬＤモジュール１，２のＬＤからの出射光を第１光ファイバ５の入射端で入光し、更にその出射端で出射させるように構成されている。第１ファイババンドル部ｂ１は該第１光ファイバ５と第１コネクタ６及び第２光ファイバ７を備えている。

第１ファイババンドル部ｂ１には前記３個のＬＤモジュール１と１個のＬＤモジュール２の出射光が入力しており、４本の前記第１光ファイバ５を介して第１コネクタ６を経由して、１本の第２光ファイバ７に集積するように構成されている。
各ＬＤモジュール１，２の第１光ファイバ５はその出射端側が所定の配列で束ねられており、第１コネクタ６を介して１個の第２光ファイバ７に接続している。

第２光ファイバ７は第１光ファイバ５を４本束ねた状態での光出射領域と同等以上の大きさのコアを有しており、前述したように４つのＬＤモジュール１，２からの光を1本の第２光ファイバ７に集積している。
この実施形態では、３個の第１ファイババンドル部ｂ１を備えており、合計１２個のＬＤモジュール１，２を３個の第１ファイババンドル部ｂ１において、３本の第２光ファイバ７に集積している。

この第２光ファイバ７は、マルチモード光ファイバであり、ファイバ内での光の干渉やモード間の相互作用により均一化するように構成されている。

３本の第２光ファイバ７は更に第２ファイババンドル部ｂ２に導かれ、その出射端側が後述する露光ヘッド１８内のＤＭＤ５６への光照射領域の形状に応じた配列パターンで束ねられ第３光ファイバ９となっている。

この３本の第２光ファイバ７が束ねられた第３光ファイバ９はその出射端側が第２コネクタ１０を介して入射光学系４０に接続し、レーザ光を露光装置Ｂの露光ヘッド１８に導くように構成されている。
なお上記実施形態では2種類の波長のレーザ光を使用した例を示したが、さらに複数の波長であってもよく、また適宜レーザモジュール１，２を増設することで装置の高出力化も可能である。

以上説明した光源装置Ａは、第１光ファイバ５、第２光ファイバ７の出射端側を束ねて、ＬＤモジュール１，２からのレーザ光を合成しているため、ＬＤモジュール１，２を所定の位置に配列する必要がなく、各ＬＤモジュール１，２は独立的に配置することができる。そのためＬＤモジュール１，２の設置の自由度が向上する。
また制御装置９９によりＬＤモジュール１，２のＬＤの点灯個数や出力を制御することにより、波長毎の照度割合を変更可能であり、必要とされる最適な露光条件を提供することが出来る。

図２により、上記光源装置Ａを使用したデジタル露光装置（画像露光装置）Ｂの構成を説明する。
露光装置Ｂは略長方形の平板に形成され、水平配置されるベース１１と、このベース１１にスライド自在に取り付けられ、露光対象となる基板１２を表面に吸着保持する移動ステージ１３と、この移動ステージ１３に保持された基板１２に対して露光を行う露光部１４とを備えている。

基板１２は、例えば、表面に感光材料が塗布又は貼着されたプリント配線基板やフラットパネルディスプレイ用ガラス基板などである。このデジタル露光装置Ｂは、前述のような基板１２に対して露光を行うことにより、例えば、配線パターンなどを基板１２の感光材料にマスクレス
で記録する。なお、本実施形態では、移動ステージ１３の移動方向をＹ方向、水平面上でＹ方向と直交する方向をＸ方向（基板１２の幅方向）、水平面に直交する鉛直方向をＺ方向として説明する。ベース１１は、Ｙ方向に長く形成されている。

ベース１１は、四隅のそれぞれに取り付けられた脚部１１５によって支持されている。ベース１１の上面１１ａには、Ｙ方向に略平行な２本のガイドレール１６が設けられている。移動ステージ１３は、これらの各ガイドレール１６を介してＹ方向にスライド自在にベース１１に取り付けられている。また、移動ステージ１３には、リニアモータなどによって構成される駆動機構（図示は省略）が接続されており、この駆動機構の駆動に応じてＹ方向に移動する。

露光部１４は、ベース１１のＹ方向中央部に１対の支柱１７を介して取り付けられている。各支柱１７は、ベース１１のＸ方向両端部に固定されている。各支柱１７は、移動ステージ１３がＹ方向に移動した際に、露光部１４の下を通過するように、ベース１１の上面１１ａから所定の距離離して露光部１４を保持する。露光部１４は、１６個の露光ヘッド１８を有している。これらの各露光ヘッド１８は、下を通過する基板１２に対して光を照射する。

各露光ヘッド１８は、Ｘ方向に８個ずつ２列で配列されている。２列目の各露光ヘッド１８は、それぞれの中心が１列目の各露光ヘッド１８の隣接するもの同士の中央付近に位置するように、１列目の各露光ヘッド１８に対してＸ方向に１／２ピッチずらして配置されている。このようにずらして配置することにより、１列目の各露光ヘッド１８によって露光できない部分が２列目の各露光ヘッド１８によって露光され、基板１２のＸ方向に隙間なく露光記録が行われる。なお、露光部１４に設けられる露光ヘッド１８の数や配列の仕方は、基板１２のサイズなどに応じて適宜変更してよい。

画像処理ユニット２１には、基板１２に記録する配線パターンなどに応じた画像データ（画像情報）が入力される。画像処理ユニット２１は、入力された画像データを基に各露光ヘッド１８毎のフレームデータを作成する。そして、画像処理ユニット２１は、信号ケーブル２２を介して各露光ヘッド１８にフレームデータを入力する。フレームデータは、例えば、画像を構成する各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。

各露光ヘッド１８は、光源装置Ａから入射されるレーザ光をフレームデータに基づいて変調し、移動ステージ１３によって搬送される基板１２に変調した光を投影する。これにより、画像処理ユニット２１に入力された画像データに応じた画像が基板１２に露光記録される。

ベース１１には、さらに、略コの字型に形成されたゲート２３と、Ｙ方向の一端部に取り付けられた一対の測長器２４とが設けられている。ゲート２３は、各ガイドレール１６を跨ぐようにＸ方向と略平行にベース１１に取り付けられている。ゲート２３には、３台のカメラ２５が取り付けられている。各カメラ２５は、デジタル露光装置１０全体を統括的に制御するコントローラ（図示は省略）に接続されている。

各カメラ２５は、ゲート２３を通過する移動ステージ１３を撮影し、取得した画像データをコントローラに出力する。コントローラは、各カメラ２５が取得した画像データを基に、移動ステージ１３上の適正位置に対する基板１２のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向（Ｚ方向を軸とした回転）のズレ量を算出する。算出されたズレ量は、画像処理ユニット２１に入力され、フレームデータの補正に用いられる。なお、カメラ２５の台数や配置間隔などは、基板１２のサイズなどに応じて適宜変更してよい。また、ズレ量の算出は、周知の画像処理によって行えばよい。この際、ズレ量を算出し易いように、基板１２にアライメントマークなどを設けることが好ましい。

各測長器２４は、各カメラ２５と同様に、コントローラに接続されている。各測長器２４は、移動ステージ１３の側端面にレーザ光を照射し、その反射光を受光することによって、移動ステージ１３の位置を測定する。そして、各測長器２４は、測定した移動ステージ１３の位置をコントローラに出力する。なお、本実施形態では、いわゆるレーザ干渉式の測長器２４を示したが、これに限ることなく、例えば、超音波やステレオカメラを用いるものなど、移動ステージ１３の位置を測定できるものであれば、他の如何なるものを用いてもよい。

上記構成の露光装置Ｂの露光ヘッド１８と光源装置Ａの接続部分の詳細を図３により説明する。
露光ヘッド１８は、入射光学系４０と、光変調部４１と、第１結像光学系４２と、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ：micro lens array）４３と、アパーチャアレイ（ＡＰＡ：aperture array）４４と、第２結像光学系（投影光学系）４５とからなる。入射光学系４０は、第２コネクタ１０を介して光ファイバ９の出射端部と対面して配置される。この入射光学系４０は、光ファイバ９から出射されたレーザ光(ＬＢ:laser beam）を集光する集光レンズ５０と、集光レンズ５０を通過したレーザ光ＬＢの光路上に配置されたロッド状のオプティカルインテグレータ(optical integrator)５１と、オプティカルインテグレータ５１を通過したレーザ光ＬＢを結像させる結像レンズ５２と、結像レンズ５２によって結像されたレーザ光ＬＢを反射させて光変調部４１に入射させるミラー５３とを備えている。

オプティカルインテグレータ５１は、例えば、四角柱状に形成された透光性ロッドである。オプティカルインテグレータ５１は、全反射しながら内部を進行するレーザ光ＬＢを、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束にする。これにより、照明光強度のばらつきのない高精細な画像が、基板１２に露光されるようになる。なお、オプティカルインテグレータ５１の入射端面、及び出射端面には、透光率を高めるために、反射防止膜をコーティングすることが好ましい。

光変調部４１は、ＴＩＲ(全反射：total internal reflection)プリズム５５と、空間光変調素子であるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス:digital micro mirror device）５６とを備えている。ＴＩＲプリズム５５は、ミラー５３を介して入射したレーザ光ＬＢをＤＭＤ５６に向けて反射させる。ＤＭＤ５６は、二次元的に配列されたＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）セル上に、画素を構成するマイクロミラーが支柱に支えられて傾斜自在に設けられてなるミラーデバイスである。

ＤＭＤ５６は、ＳＲＡＭセルに書き込またデジタル信号に応じて、照射されたレーザ光ＬＢが第１結像光学系４２に向けて反射する状態と、照射されたレーザ光ＬＢが図示を省略した光吸収体に向けて反射する状態とに、マイクロミラーの傾斜角度を変化させる。光変調部４１は、画像処理ユニット２１から入力されるフレームデータに応じてＤＭＤ５６の各画素のマイクロミラーの傾きを制御することにより、フレームデータに応じた画像光を生成する。

第１結像光学系４２は、レンズ５７、５８からなり、光変調部４１によって生成された画像光を所定の倍率に拡大してＭＬＡ４３上に結像する。

ＭＬＡ４３は、例えば、石英ガラスによって略長方形の平板状に形成されている。また、ＭＬＡ４３には、ＤＭＤ５６の各画素に対応して二次元的に配列された複数のマイクロレンズ４３ａが形成されている。各マイクロレンズ４３ａは、上面が平面、下面が凸面の平凸レンズである。各マイクロレンズ４３ａは、ＤＭＤ５６の各マイクロミラーからの画像光をそれぞれ個別に結像し、第１結像光学系４２で拡大された画像光を鮮鋭化する。なお、各マイクロレンズ４３ａの形状は、平凸レンズに限ることなく、例えば、両凸レンズなどでもよい。

ＡＰＡ４４は、遮光性を有しており、画像光を通過させるためのアパーチャ４４ａが複数形成されている。各アパーチャ４４ａは、各マイクロレンズ４３ａと同様に、ＤＭＤ５６の各画素に対応して二次元的に配列されている。ＡＰＡ４４は、各アパーチャ４４ａを各マイクロレンズ４３ａに対面させて配置され、各マイクロレンズ４３ａによって結像された画像光を、それぞれ個別に対応する各アパーチャ４４ａを通過させる。ＡＰＡ４４は、ＤＭＤ５６の各マイクロミラーのチャタリングなどによって生じる不要光が通過することを防止し、露光画像の鮮鋭度をさらに向上させる。

第２結像光学系４５は、レンズ６０、６１と、プリズムペア６２とを備え、ＡＰＡ４４を通過した画像光を基板１２に投影する。各レンズ６０、６１は、ＡＰＡ４４を通過した画像光を所定の倍率に拡大するか、あるいは等倍率でプリズムペア６２に入射させる。プリズムペア６２は、上下方向に移動自在に設けられており、上下に移動することによって、基板１２上における画像光のピントを調節する。

また、上記実施形態では、空間光変調素子としてＤＭＤ５６を示したが、空間光変調素子は、これに限ることなく、例えば、液晶光シャッタなどであってもよい。さらに、上記実施形態では、露光対象として感光材料が塗布又は貼着された基板１２を示したが、露光対象は、これに限ることなく、例えば、写真フイルムや印画紙などであってもよい。

１：ＬＤモジュール、２：ＬＤモジュール、３：ＬＤ光ファイバ、４：コネクタ、５：第１光ファイバ、６：第１コネクタ、７：第２光ファイバ、９：第３光ファイバ、１０：第２コネクタ、１２：基板（露光対象）、１４：露光部、１８：露光ヘッド、１９：光源ユニット、４０：入射光学系、４１：光変調部、４２：第１結像光学系、４３：マイクロレンズアレイ、４３ａ：マイクロレンズ、４４：アパーチャアレイ、４４ａ：アパーチャ、４５：第２結像光学系（投影光学系）、５６：ＤＭＤ（空間光変調素子）、９９：制御装置、ｂ１：第１ファイババンドル部、ｂ２：第２ファイババンドル部、Ａ：光源装置、Ｂ：露光装置Ｂ。

Claims (5)

1. 第一の波長特性を有するレーザ光を出射する１のレーザダイオードと、
   前記第一の波長特性と異なる第二の波長特性を有するレーザ光を出射する他のレーザダイオードと、
   前記１のレーザダイオードからの出射光を入射端で入光し出射端で出射する１の第１光ファイバと、前記他のレーザダイオードからの出射光を入射端で入光し出射端で出射する他の第１光ファイバと、前記１と他の第１光ファイバの出射光を集積する第２光ファイバと、を有し、前記１の第１光ファイバと前記他の第１光ファイバの出射端側を所定の配列で束ね、該１と他の第１光ファイバの出射光を集積して前記第２光ファイバの入射端に入光させる、複数の第１ファイババンドルと、
   前記第２光ファイバの出射光を集積する第３光ファイバを有し、前記複数の第１ファイババンドル部の複数の第２光ファイバの出射端側を所定の配列で束ね、各第２光ファイバの出射光を集積して前記第３光ファイバの入射端に入光させる、第２ファイババンドルと、
   前記第３光ファイバの出力端と接続し、外部に出力するための出力部と、
   前記各レーザダイオードを制御する制御装置と
   を有する光源装置において、波長毎の照度割合を変更する照度割合変更方法であって、
   前記制御装置を用いて、各レーザダイオードを個別に点灯、非点灯の制御をすることで波長毎の照度割合を変更することを特徴とする照度割合変更方法。
2. 前記第一の波長特性及び前記第二の波長特性における前記各レーザダイオードの出射波長は、１９０ｎｍ〜５３０ｎｍの波長域に含まれていることを特徴とする請求項１記載の照度割合変更方法。
3. 前記１のレーザダイオードは３７５ｎｍ付近にピークを有する波長特性を有し、前記他のレーザダイオードは４０５ｎｍ付近にピークを有する波長特性を有することを特徴とする請求項２記載の照度割合変更方法。
4. 光源装置から発せられた光を、各々独立に変調する多数の画素部が配列された空間光変調素子によって変調し、その変調された光により感光材料を露光させる露光装置を使用した露光方法であって、
   露光装置は、
   第一の波長特性を有するレーザ光を出射する１のレーザダイオードと、
   前記第一の波長特性と異なる第二の波長特性を有するレーザ光を出射する他のレーザダイオードと、
   前記１のレーザダイオードからの出射光を入射端で入光し出射端で出射する１の第１光ファイバと、前記他のレーザダイオードからの出射光を入射端で入光し出射端で出射する他の第１光ファイバと、前記１と他の第１光ファイバの出射光を集積する第２光ファイバと、を有し、前記１の第１光ファイバと前記他の第１光ファイバの出射端側を所定の配列で束ね、該１と他の第１光ファイバの出射光を集積して前記第２光ファイバの入射端に入光させる、複数の第１ファイババンドルと、
   前記第２光ファイバの出射光を集積する第３光ファイバを有し、前記複数の第１ファイババンドル部の複数の第２光ファイバの出射端側を所定の配列で束ね、各第２光ファイバの出射光を集積して前記第３光ファイバの入射端に入光させる、第２ファイババンドルと、
   前記第３光ファイバの出力端と接続し、外部に出力するための出力部と、
   前記各レーザダイオードを制御する制御装置と
   を有する光源装置を備えており、
   請求項１乃至３いずれかに記載の照度割合変更方法を実施して照度割合を変更して行うことを特徴とする露光方法。
5. 前記露光装置は、前記多数の画素部により変調された多数の光線束を各々個別に集光する多数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを備えており、この露光装置を使用して露光を行うことを特徴とする請求項４記載の露光方法。

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