JPH06283398A - 基板の露光の方法と装置 - Google Patents
基板の露光の方法と装置Info
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- JPH06283398A JPH06283398A JP5045408A JP4540893A JPH06283398A JP H06283398 A JPH06283398 A JP H06283398A JP 5045408 A JP5045408 A JP 5045408A JP 4540893 A JP4540893 A JP 4540893A JP H06283398 A JPH06283398 A JP H06283398A
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Abstract
データベースにおいて記述されたパターンを、レーザ光
の波長において感光性を持つ基板の上に集束レーザ光を
用いて書込むことにより露光する。 【構成】 書込手続の間、固定枠に対して第1の方向
(y)に基板を動かす工程、レーザ光を上記感光性面上に
集束させる光学部材を上記第1の方向に実質的に直交す
る第2の方向(x)に連続的に動かす工程、感光表面に集
束するレーザ光を第1の方向(y)に広げて拡大焦点領域
を形成する工程、及び、集束レーザ光を独立に制御し
て、第1の方向(y)に沿って拡大焦点領域を横切るよう
に区画された100以上の増分位置に当たるようにする
工程を含む。
Description
の方法と装置に関し、特に、プリント回路基板や工芸品
及び液晶ディスプレイのためのマスクなどのような大き
な基板上にレーザスキャニング操作によるリソグラフィ
(平板印刷)によってパターンを形成するための方法及び
装置に関する。
パターンが、ガラス基板の上のクロムからなる不透明な
フィルムの上のフォトレジストに露光される。現像及び
エッチング(腐食)工程において、そのような露光された
領域のレジストは取り除かれ、保護されなくなったクロ
ムはクロム除去剤によって溶解させられる。この結果、
不透明なクロムからなるパターンを持ったガラス板が、
液晶ディスプレイのガラス板の上の導体パターンの製造
のための光学的仲介媒体又は投影用被覆として用いられ
る。ガラス板はフォトレジストによって被覆され、光学
的なクロムマスクを通して露光される。このようにし
て、高度に複雑なパターンがマスクの上に書込まれ、そ
して充分許容できるようなコストでガラス板の上に大量
に複製することができる。
ディスプレイは、2つの特異な性質を持っている。つま
り、大きな寸法が要求されており、これは現在では45
0×450mmであるが、将来的には1000×100
0mmを超える。また、高度の寸法の正確さが必要とさ
れている。各映像素子に能動トランジスタを有するよう
ないわゆる能動マトリックスディスプレイに対しては、
このような複雑さと要求される正確さは非常に高い。5
ミクロン程度の小さな寸法の素子にも書込まれる必要が
あり、許容しうる幾何学的エラーの最大値は100万分
の1のオーダーであり、つまり、500×500mmの
板において0.5ミクロンが最大エラーである。
光、つまり、マスクを作るという中間工程を経ずに、デ
ィスプレイに用いられるガラス板の上に直接的に露光す
るものがある。これは主に、原型や少量生産の場合に利
点がある。これらに要求されるものは同様であるが、し
かしより高い書込速度が必要である。
正確さが要求されるようなクロムマスクが半導体(集積
回路)の業界で用いられている。これらのパターンは、
レーザビームをスキャンするか(米国特許4,455,
485)、又は電子ビームによるかのいずれかによって
書込まれる。典型的な露光用のツールは図1に示されて
おり、これは固定された書込用ヘッド2,3の下でx方
向とy方向に動くステージ1を有している。ステージ1
の可動範囲は150×150mmのオーダーである。こ
のステージ1の書込レンズに対する相対的な位置は、レ
ーザ干渉計によって測定され、サーボモータを使って即
時に修正される。このパターンは、いわゆるラスタース
キャニング、つまり、全表面を覆うような互いに近距離
を保って配置された画素からなる規則的な格子を形成す
ることによって書込まれる。データを準備する際に、幾
何学的な形状は画素の格子における強度の変化のパター
ンに変換させられる。最も通常の書込方式、つまりいわ
ゆる「蠅の上に書く」方式においては、ステージ1は機
械的に書込ヘッドの下をx方向に沿って動く(機械的な
動き4)。書込ヘッドにおいては、ビーム5をy方向6
にスキャンさせるスキャニング(いわゆる副次的スキャ
ニング)の機構2があり、いわゆるストライプ(縞)7が
(基板10の上に)「塗り付けられる」。初期のレーザの
スキャナは、この副次的スキャニングの特徴を持たなか
った。しかし、今日において要求される速度のため、各
機械的ストローク4に対して250〜5000画素の幅
を持つようなストライプ7を形成することが必要となっ
ている。1つのストライプ7が終わると、ステージ1
は、次のストライプ7への機械的な逐次的動作9を繰り
返しつつ移動する。このように、速い連続的機械的動作
4が行われ、次に、速い直交する方向の副次的スキャニ
ング6が行われ、次に、遅い、通常は一歩刻みの機械的
動作9が副次的スキャニングと同じ方向に行われる。
る程度の大きな寸法にまで、典型的なICパターンの発
生器のスケールを大きくすることにより、機械が大きく
かつ重たくなることになる。必要とされる位置決め精度
のために、強固なステージの設計が必要となる。ステー
ジが平坦でない場合、あるいはステージがスキャニング
のストロークの終わりのところで曲っているような場合
には、許容できない位置エラーが発生する。さらに、機
械的振動を抑え、熱的膨張を制御するために、ステージ
1のための材料として質量の大きい御影石か又は膨張の
少ないセラミックスが選択される。
10に対する書込装置は、xステージ1、yステージ1
1及び支持枠12とからなるxyステージを持ち、これ
は1200×1400mmの領域を占有する。遅い動作
9はyステージ11によってなされ、これは、1200
×600×150mmの大きさで250kgの重量を持
つ御影石の板である。速い機械的な動きはxステージ1
によってなされ、これは620×620×25mmで2
5kgの重さである。基板10はそれだけで6kgの重
さになり得る。支持構造12つまりyステージ12がそ
の上を移動するような大きな御影石のブロックは、移動
する重量の慣性力の大きさに応ずるだけの強度を持つよ
うな寸法となる必要があり、機械全体で2000kg程
度のオーダーとなる。この機械は、床上の空間が非常に
高価であるような細かい粒子や粉体のない遮断した環境
中で使用されるため、その大きさは製造と輸送の間だけ
でなく、操業においても重要な経済的パラメーターであ
る。直線的なスケールアップに伴う他の問題は、移動さ
れるべき質量が大きいことからステージのサーボ機構が
緩慢になる点である。
求する本発明によって解決されるべき問題は、基板の上
にパターンを形成する間動かされる素子の重量を減らす
ことである。
ーンの幾何学的記述を含む1又は数個のデータベースに
おいて記述されたパターンを、レーザ光の波長において
感光性を持つ基板の上に集束レーザ光を用いて書込むこ
とにより露光する方法において、書込手続の間、固定枠
に対して第1の方向に基板を動かす工程と、レーザ光を
上記感光性面上に集束させる光学部材を上記第1の方向
に実質的に直交する第2の方向に連続的に動かす工程
と、感光表面に集束するレーザ光を第1の方向に広げて
拡大焦点領域を形成する工程と、及び、集束レーザ光を
独立に制御して、第1の方向に沿って拡大焦点領域を横
切るように区画された100以上の増分位置に当てるよ
うにする工程を含むものである。
1又は数個のデータベースにおいて記述されたパターン
を、レーザ光の波長にまで感光性を持つ基板の上に集束
レーザ光を用いて書込むことにより露光するための装置
において、固定された支持枠と、上記固定枠上の第1の
方向に機械的に移動可能な基板搬送用ステージと、本質
的に上記支持枠に固定された案内レールと、第1の方向
に直交する第2の方向に連続的に移動しつつ上記案内レ
ールの上を滑り、集束用光学部材を搬送するための搬送
器と、1又は数個のレーザ源と、レーザビームエネルギ
ーを搬送器に向けて第2の方向に平行な方向に放射する
部材と、集束レーザ光を、拡大焦点領域においてステー
ジの移動方向(第1の方向)に拡大する拡大部材と、拡大
焦点領域において第1の方向に区画された100以上の
増分位置で露光を制御する制御手段とを有するものであ
る。
び消費電力の減少が保証される。可動部の慣性の減少の
ため、機械は従来の比較できるシステムより高い機械的
速度で操作することができる。可動質量が小さいことは
また、全ての機械的なびびりを減少させ、これによって
操業をより静かにし、位置決めのフィードバックシステ
ムの動作を速くする。第2の利点はデザインをモジュー
ル化できることである。ステージ及び支持枠は、案内レ
ール及び搬送器から完全に独立している。異なる書込フ
ォーマットを持つ機械を、同じ搬送器、同じ案内レール
及び制御システムによって構築することができる。書込
速度を増加させる1つの方法は、1つの支持枠の上に2
つの書込ヘッドと2つのレール単位(モジュール)を載せ
ることである。そこで、2つのヘッドを並行して用いる
か、又はステージを連続的速度で移動させて2つの書込
ヘッドを交互に働かせるかのいずれもが可能である。後
者の場合は、レーザ出力と電気的なデータのやり取りの
能力は、機械的繰り返しによる妨害を伴わずに、時間に
関して100%利用され、そして、連続的な動作によっ
て慣性力がさらに減少させられる。
生器の寸法と重量を減少する方法が示されている。さら
に、可動質量はその重要度の順に応じて減少させられ
る。従来の設計では、600×600mmで書込む形式
は大きすぎて非実用的でなく、1000×1000mm
の形式はとても不可能であったのに対し、この発明では
大きな寸法にまで範囲を拡大することができる。
ール上の空気ベアリングの上を滑ることができ、搬送器
は電動リニアモータによって駆動することもできる。さ
らなる改良によって、実用上の問題を解決するために位
置決めのフィードバックシステムの簡単化を図ることが
できる。従来のシステムでは、レーザ干渉計によってレ
ンズの上の鏡に対するステージの位置が測定されてい
る。このステージは、干渉計のための長い鏡を持ち、こ
の鏡は波長の何分の一かの長さ範囲において平坦で、ス
テージの移動範囲に渡って延び、つまり、典型的には、
150×150mmのステージに対して180mmの長
さを持っている。この干渉計の信号は制御電気機構によ
って所望の位置と比較され、そして修正信号がサーボモ
ーターに与えられる。この方式が大領域の書込装置に応
用されるときは多くの問題が生じる。鏡は製造するのが
難しく、制御のループはステージの重量のために速度が
遅くなる。さらなる改良は、ステージの集束レンズに対
する横方向の位置を測定し、焦点が合わされたレーザ光
の位置を、書込過程の間補正することによってなされ
る。この測定はレーザの干渉の測定によってなされる。
バックはステージには適用されていないが、書込ビーム
の位置については適用されている。小さい変位はスキャ
ニング動作に対してデータを遅らせることにより作り出
せる。交互に、そして特定の適用においてはより好適と
なるが、データはパターンを干渉計のエラー情報に基づ
いて変位させて改変することができる。
な変位が作り出される。集束レンズを移動させること
は、ビームを同じ距離だけ動かすことと等価であり、そ
の他のことは変りがない。位置決めエラーの補正のため
に、案内レールの端部を動かして集束レンズを動かすの
は特に有利である。
においては基板10が載せられるステージ13は1つの
方向9、つまり、遅い方向yのみに動く。ストライプを
生成し、焦点を合せるための光学的システムを含む書込
ヘッドは、本質的に方向xに沿った案内レール16に沿
った連続的動作15内において滑る搬送器14の上に載
せられている。搬送器14と一緒に動く部分は、図2に
色を付けて示されている。レールの遠い側の端部の支持
構造は、見やすさを考慮して削除されている。これは高
速の機械的動作であり、搬送器14が従来設計されたシ
ステムのステージトップ1(図1)よりもかなり軽く、よ
りコンパクトに作ることができるので、慣性エネルギー
を重要度に応じて減少させられることができる。光学シ
ステム2はストライプを生成し、典型的には、案内レー
ル16に沿った各x位置に対してy方向に数100の画
素が書込まれる。光ビームは、固定された枠体18の上
に搭載されたレーザ17によって生成され、そして、レ
ーザビーム20は光学システム19によって拡大され、
視準されて案内レール16と平行な方向に放射され、そ
れによって、搬送器がレールに沿って移動する間その横
方向の位置、角度及び断面を変えることなく、レーザビ
ームが搬送器14のピックアップ21に当たるようにな
っている。
けて放射される前に拡大される状態を説明している。高
品質のレーザビーム20は、ビームの直径が最小である
ようなガウスの括れ61を持つ。括れ61においては、
ビームの波面67は平坦であるが、括れ61から遠ざか
るに従って波面67が湾曲するのが分る。これは、括れ
のところでは、光源からの見掛けの距離が無限であるの
に対し、括れから遠ざかるに従って有限の距離となるか
らである。この見掛けの光源からの距離は集束レンズ3
の後の焦点62の真の位置に影響する。最終集束レン
ズ、ストライプ形成光学部材2及びビームピックアップ
用光学部材21を搭載した搬送器14がレール16に沿
って滑るとき、波面の湾曲が変化し、それによって真の
焦点は、移動範囲の遠い側の端部62においては基板1
0の表面よりも下になり、近い側の端部65ではそれよ
り上になる。湾曲の変化は、括れ61における波長と直
径によって決定され、拡大されてないレーザビームによ
る場合は実用的な範囲66は機械的なストローク63よ
りも小さい。ビーム拡大装置の後でより広い括れ68
(図3b)が生成されている場合は、波面はどこにおいて
もより平坦であり、焦点の変位はより小さく、許容範囲
69は機械的ストローク63よりも大きい。
ーク、波長、レンズの焦点深さに依存する。442nm
(ナノメータ)の波長において、ストロークが600mm
で焦点深さが±2.5ミクロンの場合、適当な1/e2
直径は3.5mmである。このレーザビームのための尺
度として共通に使われる1/e2直径は、強度がビーム
の中心の強度の1/e2(=13.53%)であるような
直径である。
ィードバックシステムの簡略化である。図4に示す実施
例によれば、位置決めのフィードバックはステージ13
には用いられていないが、集束レンズ3の位置決めの制
御には用いられている。レンズ3を動かすことは、焦点
が合ったレーザビーム5を、それ以外のものは同じとし
て、同じ距離だけ動かすことと等価である。特に有利な
のは、案内レール16の端部を動かすことによって集束
レンズ3を動かすことである。
3の非直線的な動き(誇張されている)と機械的な振動が
どのように測定され、どのように補正されるかを示して
いる。ステージ(干渉計の測定腕)上の後方反射鏡40と
案内レール16(参照腕)に搭載された他の後方反射鏡4
1との距離が干渉計42によって測定される。ステージ
13が新しいストライプのために位置決めされたとき、
サーボモーター44はその位置のエラーが許容範囲内に
なる迄駆動される。不完全な案内機構45のために起る
ステージ13の残る位置エラー及び角度エラーは、2つ
の干渉計42、43の読み取り値から計算される。これ
らのエラーは、2つの機構によって補正される。つま
り、高速の電気サーボと、より低速の機械的サーボであ
る。小さなエラーは、データの流れを即時に修正する
か、又は副次的スキャニングによるデータ形成の場合に
は副次的スキャンのタイミングに対してデータを遅らせ
るかのいずれかの方法によって、書込データをストライ
プに対して電気的に変位させることによって補正され
る。より大きなエラーは、最終レンズの前で鏡の角度を
変えるか、又はレンズ自体を機械的に変位させるかのい
ずれかによってビームを機械的に変位させることによっ
て補正する。特に利点が多いのは、図4に示す機械的な
サーボシステムである。レンズ3の位置は案内レール1
6の動きによって影響される。ステージ13がストライ
プのための位置へほぼ位置決めされたとき、案内レール
16は、固定枠18に搭載された2つの剛性の高いばね
47の力に対抗して作用する2つの圧電素子アクチュエ
ーター46によって正しい位置まで動かされ、正しい角
度まで回転させられる。これらのアクチュエーター46
は、干渉計の信号を入力信号として用いるフィードバッ
ク回路34からのアナログ電圧によって制御される。フ
ィードバックがゼロ位置エラーのところに落ち着いた
後、案内レールは次のストライプ7のための正しい位置
に位置決めされるが、いまだレール16における振動と
非直線性に対する補正が必要である。これは、電気的な
変位と、アクチュエーター46による移動との結合によ
って行われる。
る。第1は、空気ベアリング22(図2)の剛性が高いこ
と及び機械的な遊びがないことである。そして第2に、
レール16が検知できる程度に曲らないことである。搬
送器14にはいかなる力も働かないから、それは、本質
的にレール16の機械的な曲り共鳴性と空気ベアリング
22の剛性によって決定される時定数に基づき、案内レ
ール16の端部の動きに従う。適切に設計された案内レ
ール16においては、位置の修正はレール16の端部に
適用すれば充分であり、そして、最終レンズ(集束レン
ズ3)の動きはレール16の端部の動きに正確に追随す
る。
y方向の長い鏡は、定規49上に搭載されてステージ1
3の端面を感知する後方反射鏡によって置き換えられて
いる。定規49とステージ13の間の空気ベアリング3
3によって、定規49は端面の平均的な位置に沿って追
随させられ、その際端面を小径の鏡の表面仕上の程度ま
で磨き上げることを必要としない。参照用鏡としては、
焦点合せ用光学部材3を含む構造体の上に搭載された後
方反射鏡31が用いられる。干渉計32は、光学的シス
テム2(図2)に含まれる光学的書込部材にタイミング情
報を送り、これによって、集束レンズ3が正しい位置を
通過するときにデータが書込まれる。
テムによって動かされる必要がある負荷が小さいという
ことである。この装置はまた、長い精緻な鏡を必要とし
ないようなより簡単な設計をもたらし、さらに、レール
ユニットに位置決めのフィードバックを設けることによ
って発明のモジュール性を増す。ステージの動きの遅さ
に対する要求は緩和され、特別な目的のための装置用の
ステージに改変することが簡単になる。
成される方法を説明するもので、ここではストライプは
少なくとも100画素の幅を持っている。この発明の1
つの要素は、許容できる程度の電力消費と円滑な操作を
伴った機械的な高速性を許容するような機械的な機構で
ある。他の要素は、案内レール16に沿った各位置に対
して高速機械軸を横切る方向に隙間を明けてなされた大
量の画素の書込である。小さな床占有面積、低い燃料消
費、静かな操業、及び高い書込速度という望ましい特性
を与えることができるのは、これらの要素の結合であ
る。
のための基本的な要件を示す。これらの光学的装置は、
単一の焦点50の替りにスポット列51を、順次又は組
合わせて感光性表面の上に生成し、この表面は同時に感
光されて、これによって拡大焦点領域52が形成され
る。異なる点50,53はそれぞれ個々に制御すること
ができる。それらの点は、焦点領域の中の1つの線上
か、複数の線上に、又は列を作るように分布させること
もできるが、これらは、図2に示す矢印15に沿った搬
送器14の動きによって引起こされた機械的スキャニン
グ15の方向に直交する方向に互いに懸隔されている。
図5bは、図5aに示す列54の機械的なスキャニング
が、スキャニングの間に図2に示すストライプ7のうち
の1つに対応するストライプ55の中に表面を充填する
パターンをいかに形成するかを示している。図5bは、
機械的なスキャニングの方向54に沿って、7つの連続
した位置のそれぞれにおいて露光された画素を示す。図
5cにおいては、焦点スポットはパターン56を露光す
るように個々に制御される。
質量の搬送器14と両立しうるようなストライプを発生
させる方法を見つけることが必要となる。このような振
動のないストライプの形成の方法の一つは、音響光学的
な副次的スキャニングである。これは、米国特許第4,
455,485号に開示されている。音響光学的な副次
的スキャニングは、書込ヘッドのストライプ生成光学部
材2によって行われる。ビームが、各x軸上の各位置に
対してy軸に沿って完全な音響光学的スキャンを行い、
そしてその結果として250〜1000が露光される。
音響光学的偏光部材は、光学部材2の中の搬送器14の
上に最終焦点合せ光学装置3とともに置かれていること
が望ましく、一方、変調器は固定支持枠18の上の光学
部材19の一部であってもよい。他の好適な書込光学部
材はDE40 22 732 A1に記載されている。
トライプを作り出す方法が、ゼロックス(xerox)社
パロアルトリサーチセンター刊行の「多重ビームの音響
光学的及び電気光学的変調器」の2頁〜9頁においてD
avid L. Hechtによって論議されている。
これらの方法のいくつかは、包括的な用語である、空間
的光変調器(SLM)と名付けられている。1つのSLM
は、互いに並行して操作される沢山の素子を持つ光バル
ブである。各素子の光伝播は他の素子から独立に制御す
ることができる。例は、LCDセルの列及び文献2に記
載されている電気的光学的部材についてのものである。
この発明では、SLMはレーザビームによって照射さ
れ、SLMの像が感光性表面に形成される。SLMは搬
送器の上に搭載されるのが好ましい。
00mmまでの大きさのパターンのための書込装置であ
る。支持枠18は御影石のブロックにより形成され、6
00×1200×150mmの寸法を持っている。その
上に620×620×25mmの寸法を持つステージ1
3があり、これは約25kgの重さである。ステージ1
3の上方には、案内レール16があり、これは700m
mの長さで、中空の100×100mmの断面を持って
いる。支持構造を含む案内レールの重量は10kgで、
その上に100mmの長さの搬送器14があり、これ
は、光学部材2,3,21を含めて2kgの重量があ
る。この搬送器14は剛性の大きい空気ベアリング22
の上をレール16に沿って滑る。レールの凹部の中に
は、搬送器14をレール16に沿って駆動するためのリ
ニアモーター23がある。
ましい実施例は、床のスペースに対する要求を半減さ
せ、移動する質量を1/10までに減少させる。特に、
高速スキャニングは、従来の設計における25kgの重
量のあるステージトップの場合と比べて、2kgの重量
の搬送器によって行われる。
テッピングモーター44によって駆動され、これによっ
てステージを、その可動範囲9に沿った多くの不連続
な、しかし必ずしも正確でない位置に位置決めすること
ができる。ステージの上では精密な位置決めは存在しな
いが、しかし、替りにその実際の位置が機械的及び電気
的サーボによって測定され補正される。
は、レール16をy方向に沿って変位させるための圧電
素子アクチュエーター46が設けられている。このアク
チュエーター46は、干渉計42,43及び干渉計によ
ってステージ13に対するレール16の位置を感知する
ためのフィードバック回路34を含む制御システムから
のアナログ電圧によって駆動される。2つのアクチュエ
ーター46が一緒になって、ステッピングモーター44
の限定された位置決め感度及びステージ13の非直線的
走行に対する補正を行う。それぞれのアクチュエーター
46は、100ミクロンの移動範囲を持ち、7kgの最
大慣性負荷に対して作動し、応答時間は許容範囲内であ
る。
気ベアリングの上を滑らかに滑る。搬送器14は電動リ
ニアモーター23によって駆動され、電気ケーブルと空
気供給チューブを除いては、レール16と搬送器14の
間の物理的なつながりはない。それに働く力は、非接触
モーター23によるものと慣性によるもののみである。
補正するために較正をすることができる。機械が組立ら
れた後、試験板に書込を行い、書込エラーを測定する必
要がある。このエラーは較正用ファイルに収納され、そ
れに続く書込の間補正値として制御システムに供給され
る。定規49がそれに向かって滑るステージ13の端面
の直線性についても、同様の較正が用いられる。
集束レンズ3のすぐ上に搭載されたストライプ生成光学
部材2の中の音響光学的偏光器によるy方向における音
響光学的スキャニングによって形成される。この画素は
1×1ミクロンで、各ストライプは512ミクロンの幅
を持つ。レンズは、NA=0,14の平面場補正がされ
たレンズで、焦点距離は12mmである。画素の速度は
4千万画素/秒であり、偏光器のスキャニング周波数は
50kHzである。x方向の細かい位置決めは、各音響
光学的スキャンの開始のタイミングに基いている。干渉
計32に連結された干渉計用論理回路が、集束レンズ3
が正しい位置に来たときにスキャンの開始のパルスを出
力する。上述した機械的サーボは、y方向においては、
音響光学的スキャンに沿ってDE40 22 732
A1に記述されたようにデータを動かすデータ遅延の特
徴によって補われている。これは、位置決め制御の帯域
を100Hz以上にまで向上させるような慣性のないフ
ィードフォワード制御システムと等価である。
許容される角度の振れは約10マイクロラディアンのみ
であり、ストロークに沿ういかなる焦点のずれの存在も
許されない。これは、好ましい実施例においてはいくつ
かの方法で解決される。最初に搬送器を剛性の高い状態
で負荷を設定した空気ベアリング上を走らせる方法があ
り、これによって搬送器14の案内レール16に対する
位置が充分に、そして、外部の空気の圧力や温度から独
立して確定される。完全とは言えない案内レールに沿っ
て書込エラーを生じる場合がある。しかしながら、この
エラーは較正の手順において測定され、補正カーブとし
て収納され、書込手順において補正用として位置決めフ
ィードバックシステムに対して供給される。焦点を一定
に保つために、ビーム成形用光学部材19によってビー
ムが照射される前に、レーザビーム20を拡大し視準す
る必要がある。ビームは、少なくとも2.0mm、好ま
しくは3.5mmの1/e2直径にまで拡大され、そし
て、計算によれば、スキャンの間の焦点エラーは0.5
ミクロンより小さいことが示されている。
おいて平坦でない基板の上でさえ表面を焦点位置に保つ
ような自動焦点システムを作ることである。実用可能な
焦点深さは±2.5ミクロンであり、基板の厚さは10
0ミクロン変化することができる。駆動力を持つ焦点シ
ステムは従来の技術において知られているが、この発明
において用いられた場合には、重量とそしておそらく搬
送器に対する振動が加えられることになる。その代り
に、空気のクッションによる自動焦点が用いられる。最
終レンズは搬送器に固定して搭載されておらず、上下に
自由に滑ることができる。空気クッションは、下側に圧
縮空気が噴射される平坦な表面であり、レンズの下端に
搭載されている。レンズと基板の間の空気の流れによっ
て、レンズはほぼ20ミクロンだけ基板の表面より上に
浮せられる。感光性表面からのレンズの高さは常に一定
であり、基板が平坦でない場合でも完全な焦点が保たれ
ている。焦点用レンズの重量は、搬送器でなく、レンズ
の下の空気クッションを介して基板によって負荷されて
いる。
定されるものではない。特に、単一レーザからの多重ビ
ームや、多重レーザ、単一の搬送器の上の多重レンズ、
単一ステージの上の多重搬送器を持つ多重のレール等の
ような多重要素を用いることは、基本的な機能を変える
ことなしにこの発明を改変するだけの自明なものであ
る。
消費電力の減少が保証される。可動部の慣性の減少のた
め、機械は従来の比較できるシステムより高い機械的速
度で操作することができる。従来の設計では、600×
600mmで書込む形式は大きすぎて非実用的でなく、
1000×1000mmの形式はとても不可能であった
のに対し、この発明では大きな寸法にまで範囲を拡大す
ることができる。
的なびびりを減少させ、これによって操業をより静かに
し、位置決めのフィードバックシステムの動作を速くす
る。第2の利点はデザインをモジュール化できることで
ある。ステージ及び支持枠は、案内レール及び搬送器か
ら完全に独立している。異なる書込フォーマットを持つ
機械を、同じ搬送器、同じ案内レール及び制御システム
によって構築することができる。書込速度は、1つの支
持枠の上に2つの書込ヘッドと2つのレールモジュール
を載せることにより増加させるすることができる。この
場合、2つのヘッドを並行して用いるか、又はステージ
を連続的速度で移動させて2つの書込ヘッドを交互に働
かせるかのいずれもが可能であり、後者の場合は、レー
ザ出力と電気的なデータのやり取りの能力は、機械的繰
り返しによる妨害を伴わずに、時間に関して100%利
用され、そして、連続的な動作によって慣性力がさらに
減少させられる。
細を示す。
て生成されるパターンのストライプの中のスポットの配
列を模式的に示す。
Claims (36)
- 【請求項1】 パターンの幾何学的記述を含む1又は数
個のデータベースにおいて記述されたパターンを、レー
ザ光の波長において感光性を持つ基板の上に集束レーザ
光を用いて書込むことにより露光する方法において、 書込手続の間、固定枠に対して第1の方向(y)に基板を
動かす工程と、 レーザ光を上記感光性面上に集束させる光学部材を上記
第1の方向に実質的に直交する第2の方向(x)に連続的
に動かす工程と、 感光表面に集束するレーザ光を第1の方向(y)に広げて
拡大焦点領域を形成する工程、及び集束レーザ光を独立
に制御して、第1の方向(y)に沿って拡大焦点領域を横
切るように区画された100以上の増分位置に当てるよ
うにする工程とを含むことを特徴とする基板の露光方
法。 - 【請求項2】 固定枠に搭載された1又は数個のレーザ
からのビームを視準し、このビームを移動する光学部材
に向けてその連続的な動きに平行な方向に発射すること
を特徴とする請求項1の基板の露光方法。 - 【請求項3】 制御手段によって、基板の集束レンズに
対する位置が検出され、固定枠に対する書込パターンの
位置に対して補正がなされることを特徴とする請求項1
又は2のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項4】 基板の位置検出が、(x,y)の2つの方
向の動きの少なくとも1つの方向に沿ってなされること
を特徴とする請求項1ないし3のいずれかの基板の露光
方法。 - 【請求項5】 基板の位置検出がレーザ干渉計によって
なされることを特徴とする請求項4の基板の露光方法。 - 【請求項6】 レンズが基板の中心に近いときに、少な
くとも1つの干渉計の測定腕及び参照腕の長さが等しい
ことを特徴とする請求項3ないし5のいずれかの基板の
露光方法。 - 【請求項7】 第2の方向(x)に沿った測定が、第1の
方向(y)に対しては静止し、第2の方向(x)へは基板の
動きに追随する鏡に対してなされるレーザ干渉によって
行われることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか
の基板の露光方法。 - 【請求項8】 基板の動き及び/又は集束レンズの動き
の直線性からのエラーを記述するデータが較正手続にお
いて生成され、書込手続において補正のために用いられ
ることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかの基板
の露光方法。 - 【請求項9】 第2の方向(x)に沿った各増分位置にお
ける書込のタイミングが、干渉計の信号に同期させられ
ていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかの
基板の露光方法。 - 【請求項10】 各増分位置における書込が、干渉計の
信号から得られた数えパルスを時間的に補間することに
よって生成された同期パルスによって開始されることを
特徴とする請求項1ないし9のいずれかの基板の露光方
法。 - 【請求項11】 集束レンズが案内レールによって第2
の方向(x)に沿って動かされ、基板がステージによって
第1の方向(y)に沿って動かされることを特徴とする請
求項1ないし10のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項12】 ステージの案内レールに対する位置
が、レーザ干渉計によって測定されることを特徴とする
請求項1ないし11のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項13】 ステージの案内レールに対する位置
が、案内レールに沿った2つの位置でレーザ干渉計によ
って測定されることを特徴とする請求項12の基板の露
光方法。 - 【請求項14】 案内レールの端部の支持構造の位置を
制御する際に位置の補正を行うことを特徴とする請求項
3ないし13のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項15】 レールのステージに対する位置がレー
ルの各端部の近くで測定され、その端部の位置はフィー
ドバックシステムによって制御されることを特徴とする
請求項14の基板の露光方法。 - 【請求項16】 位置決めの補正が圧電素子アクチュエ
ーターによって行われることを特徴とする請求項3ない
し15のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項17】 y方向の位置エラーが、1つ又は数個
のデータベースに記述されたパターンデータを即時に電
気的に変位させることによって補正されることを特徴と
する請求項1ないし16のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項18】 較正手続の間、案内レールの形状エラ
ーを記述するデータが生成され、書込手続の間、補正の
ために用いられることを特徴とする請求項1ないし17
のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項19】 基板の寸法や形状のエラー及び/又は
基板のステージ上の正確な位置を記述する補助的補正デ
ータが、書込手続の間、補正のために用いられることを
特徴とする請求項1ないし18のいずれかの基板の露光
方法。 - 【請求項20】 補正データがレーザ光の反射状態の分
析によって生成されることを特徴とする請求項8,18
又は19のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項21】 レーザビームが、放射される前に2.
0mmより大きい1/e2直径にまで拡大されることを
特徴とする請求項2ないし20のいずれかの基板の露光
方法。 - 【請求項22】 拡大焦点領域が、第1の移動方向(y)
に対して本質的に平行な方向における音響光学的偏光に
よって生成されることを特徴とする請求項1ないし21
のいずれかの基板の露光方法。 - 【請求項23】 拡大焦点領域が、レーザビームによっ
て照光させられた空間的光変調器の像として生成させら
れることを特徴とする請求項1ないし22のいずれかの
基板の露光方法。 - 【請求項24】 幾何学的データを含む1又は数個のデ
ータベースにおいて記述されたパターンを、レーザ光の
波長にまで感光性を持つ基板の上に集束レーザ光を用い
て書込むことにより露光するための装置において、 固定された支持枠(18)と、 上記固定枠(18)上の第1の方向(y)に機械的に移動可能
な基板(10)搬送用ステージ(13)と、 本質的に上記支持枠(18)に固定された案内レール(16)
と、 第1の方向(y)に直交する第2の方向(x)に連続的に移
動しつつ上記案内レール(16)の上を滑り、集束用光学部
材(3)を搬送するための搬送器(14)と、 1又は数個のレーザ源(17)と、レーザビームエネルギー
を搬送器(14)に向けて第2の方向(x)に平行な方向に放
射する部材(19)と、 集束レーザ光を、拡大焦点領域(52)においてステージの
移動方向(第1の方向)に拡張する拡張部材(2)と、 拡大焦点領域(52)において第1の方向に区画された10
0以上の増分位置で露光を制御する制御手段とを有する
ことを特徴とする基板の露光装置。 - 【請求項25】 空気ベアリング(22)が、搬送器(14)と
案内レール(16)の間に設けられていることを特徴とする
請求項24の基板の露光装置。 - 【請求項26】 電動リニアモーター(23)が、搬送器(1
4)を案内レール(16)に沿って駆動するために設けられて
いることを特徴とする請求項24又は25の基板の露光
装置。 - 【請求項27】 さらに、集束用光学部材(3)の位置に
対するステージ(13)の側面方向の位置を測定するための
測定手段(40,41,42,43)と、支持枠(18)に対する書込パ
ターンの位置を制御するために補正用信号を出力する制
御手段とを具備する位置決めフィードバックシステムを
有することを特徴とする請求項24ないし26のいずれ
かの基板の露光装置。 - 【請求項28】 フィードバック補正信号が、案内レー
ル(16)の端部の支持体に設けられた補正手段(46)に出力
されることを特徴とする請求項27の基板の露光装置。 - 【請求項29】 補正手段(46)が圧電素子アクチュエー
ターであることを特徴とする請求項28の基板の露光装
置。 - 【請求項30】 ステージ(13)の案内レール(16)に対す
る位置を、案内レール(16)に沿った2つの点で測定する
ための少なくとも2つの測定手段(42,43)が設けられて
いることを特徴とする請求項24ないし29のいずれか
の基板の露光装置。 - 【請求項31】 ステージ(13)の集束用光学部材(3)に
対する位置を、搬送器上の1つの鏡と、空気ベアリング
(33)によってステージの端面の位置を感知する他の鏡と
を用いて測定するための少なくとも1つの付加的測定手
段(48,49,50)が設けられていることを特徴とする請求項
24ないし30のいずれかの基板の露光装置。 - 【請求項32】 最終レンズと基板(10)の表面の間に、
空気クッションが設けられていることを特徴とする請求
項24の基板の露光装置。 - 【請求項33】 支持枠(18)の上に搭載され、レーザビ
ームをその1/e2直径が2.0mmよりも大きく拡大
するための拡大光学部材(19)を有することを特徴とする
請求項24ないし32のいずれかの基板の露光装置。 - 【請求項34】 搬送器(14)に拡張部材(2)が設けられ
ていることを特徴とする請求項24ないし33のいずれ
かの基板の露光装置。 - 【請求項35】 拡張部材(2)がビームを本質的に案内
レール(16)又は第2の方向(x)に対して直交する方向に
偏向させるための音響光学的偏向器であることを特徴と
する請求項24ないし34のいずれかの基板の露光装
置。 - 【請求項36】 拡張部材(2)が空間的光変調器であ
り、拡大焦点領域(52)が空間光変調器の像であることを
特徴とする請求項24ないし33のいずれかの基板の露
光装置。
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