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JP7623915B2 - Direct imaging exposure device - Google Patents
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JP7623915B2 - Direct imaging exposure device - Google Patents

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Description

この出願の発明は、空間光変調器により露光パターンを形成して露光する直描式露光装置に関するものである。 The invention of this application relates to a direct imaging exposure device that uses a spatial light modulator to form an exposure pattern and then expose the pattern.

フォトリソグラフィ工程等で用いられる露光装置として、直描式露光装置が知られている。直描式露光装置は、マスクレスの露光装置の一種であり、DMD(Digital Mirror Device)のような空間光変調器により露光パターンを形成してマスクなしで直接パターンを描いて露光する装置である。
直描式露光装置は、露光パターンを必要に応じて適宜変更することが極めて容易で、多品種少量生産に適している。このため、各種製品の回路基板製作用や各種微細部品の製作用(MEMS)等に盛んに使用されている。露光の対象物は、多くの場合、板状(基板)であるが、板状でない場合もある。
A direct imaging exposure apparatus is known as an exposure apparatus used in photolithography processes, etc. The direct imaging exposure apparatus is a type of maskless exposure apparatus, which forms an exposure pattern using a spatial light modulator such as a DMD (Digital Mirror Device) and directly draws and exposes the pattern without a mask.
Direct imaging exposure devices are extremely easy to change the exposure pattern as needed, and are suitable for high-mix low-volume production. For this reason, they are widely used for manufacturing circuit boards for various products and for manufacturing various fine parts (MEMS). In most cases, the object to be exposed is plate-shaped (substrate), but there are also cases where it is not plate-shaped.

特開2009-300543号公報JP 2009-300543 A

製品の高機能化、多機能化を背景として、直描式露光装置においても露光の高精細化、高解像度化の要請が顕著となってきている。これに伴い、生産性が低下する問題が派生している。以下、この点について、図13及ぶ図14を参照して説明する。
図13及び図14は、本願発明の解決課題を説明するための図であり、直描式露光装置における照射エリアについて示した斜視概略図である。
As products become more sophisticated and multifunctional, there is a growing demand for higher definition and resolution in direct imaging exposure devices. This has led to problems with reduced productivity. This will be described below with reference to Figs. 13 and 14.
13 and 14 are diagrams for explaining the problem to be solved by the present invention, and are schematic perspective views showing an irradiation area in a direct imaging exposure apparatus.

直描式露光装置は、通常、光源及び空間光変調器を収容した露光ヘッド1を複数備えている。1個の露光ヘッド1で光が照射され得る領域が照射エリアであり、図13及び図14において方形の線Eで示されている。
図13及び図14中に拡大して示すように、実際には、各照射エリアEは、微小な照射パターン(以下、微小パターンという。)Mの集まりとなっている。各照射エリアEを示した方形は仮想的な線であり、多数の微小パターンMが照射され得る領域を示す。1個の微小パターンMは、空間光変調器の各画素に対応しており、DMDであれば、1個の微小パターンMは1個の画素ミラーによるパターンである。尚、各画素は方形であるが、露光ヘッド1内のレンズ系による投影の過程で像は円形に変換される。
A direct imaging exposure apparatus usually includes a plurality of exposure heads 1 each containing a light source and a spatial light modulator. The region that can be irradiated with light by one exposure head 1 is an irradiation area, which is indicated by a rectangular line E in Figs. 13 and 14.
As shown enlarged in Figures 13 and 14, each irradiation area E is actually a collection of minute irradiation patterns (hereinafter referred to as "micropatterns") M. The squares showing each irradiation area E are imaginary lines, and indicate an area onto which a large number of micropatterns M can be irradiated. One micropattern M corresponds to each pixel of the spatial light modulator, and in the case of a DMD, one micropattern M is a pattern formed by one pixel mirror. Although each pixel is square, the image is converted into a circle during projection by the lens system in the exposure head 1.

露光対象物である基板Wは、ステージに載置されて水平方向に移動する。以下、この移動の方向をX方向という。移動の際、各照射エリアEを通過し、この際に各微小パターンMにより露光が行われる。各微小パターンMは、空間光変調器における各画素のオンオフによって制御されるようになっている。したがって、各微小パターンMのオンオフによって形成されるパターンが露光パターンである。 The substrate W, which is the object to be exposed, is placed on a stage and moves horizontally. Hereinafter, this direction of movement is referred to as the X direction. As it moves, it passes through each irradiation area E, during which exposure is performed by each micropattern M. Each micropattern M is controlled by turning each pixel on and off in the spatial light modulator. Therefore, the pattern formed by turning each micropattern M on and off is the exposure pattern.

図13に示すように、各微小パターンMは、互いに離間してはいるものの、X方向に基板Wが移動していくと隙間無く露光される配置となっている。即ち、X方向に垂直な水平方向(以下、Y方向という。)における各微小パターンMの列は、隣りのY方向の列に対してずれて配置されており、いわゆる千鳥状配置となっている。そして、各微小パターンのY方向での配置間隔Lは、各微小パターンMの直径φより小さくなっている。このため、基板がX方向に移動して各微小パターンMにより露光が行われると、隙間無く露光がされることになる。 As shown in Figure 13, although each micropattern M is spaced apart from the others, they are arranged so that they are exposed without gaps as the substrate W moves in the X direction. That is, the rows of each micropattern M in the horizontal direction perpendicular to the X direction (hereinafter referred to as the Y direction) are arranged offset from adjacent rows in the Y direction, resulting in a so-called staggered arrangement. The arrangement interval L of each micropattern in the Y direction is smaller than the diameter φ of each micropattern M. Therefore, when the substrate moves in the X direction and exposure is performed by each micropattern M, exposure is performed without gaps.

尚、「隙間無く露光」とは、露光パターンにおいて隙間無くという意味である。例えば、各画素が全てオンである露光パターンであれば、「隙間無く露光」とは各照射エリア内が全て光に晒されることになる。形成する回路等に応じて露光パターンが決まるから、それに応じて光に晒されない部分もある。つまり、「隙間無く露光」とは、隙間無く露光パターンが転写されるという意味である。 Note that "exposure without gaps" means that there are no gaps in the exposure pattern. For example, if the exposure pattern is one in which all pixels are on, then "exposure without gaps" means that the entire illuminated area is exposed to light. The exposure pattern is determined according to the circuitry to be formed, and accordingly there will be some parts that are not exposed to light. In other words, "exposure without gaps" means that the exposure pattern is transferred without any gaps.

従来の直描式露光装置は、図13に示す構成のものが一般的であるが、露光の高精細化のため、図14に示す構成が検討されている。高精細化は、露光パターンをきめ細かくすることであり、必然的に各微小パターンMは小さくなる。具体的には、各露光ヘッド1内のレンズ系による投影倍率の縮小率はより小さくなる。また、高解像度化のため、レンズ系に含まれる投影レンズのNAは大きくなり、空間光変調器としては画素数が多い高解像度タイプのものが使用される。 Conventional direct imaging exposure devices generally have the configuration shown in Figure 13, but in order to achieve higher definition exposure, the configuration shown in Figure 14 is being considered. Higher definition means making the exposure pattern finer, which inevitably means that each micropattern M becomes smaller. Specifically, the reduction ratio of the projection magnification by the lens system in each exposure head 1 becomes smaller. Also, in order to achieve higher resolution, the NA of the projection lens included in the lens system becomes larger, and a high-resolution type spatial light modulator with a large number of pixels is used.

しかしながら、高精細化のために図14に示すような構成を採用した場合、各微小パターンMの径φがY方向での微小パターンMの配置間隔Lよりも小さいため(φ<L)、X方向に基板Wを一度移動させただけでは隙無く露光することができない。したがって、Y方向にシフト(位置変更)させた状態で各照射エリアEを2回以上通過させる必要がある。例えば、各照射エリアEを通過させて一往復する構成において、往路で各照射エリアを通り過ぎた後、Y方向にステージをシフトさせて復路で各照射エリアを再度通過させる構成が考えられる。 However, when a configuration such as that shown in FIG. 14 is adopted for higher resolution, the diameter φ of each micropattern M is smaller than the arrangement interval L of the micropatterns M in the Y direction (φ<L), so moving the substrate W in the X direction once will not allow for gap-free exposure. Therefore, it is necessary to pass each irradiation area E two or more times while shifting (changing position) in the Y direction. For example, in a configuration in which the stage makes one round trip through each irradiation area E, after passing each irradiation area on the outbound trip, a configuration can be considered in which the stage is shifted in the Y direction and passes each irradiation area again on the return trip.

このようにすると、より小さくなった各微小パターンMであっても隙間無く露光が可能であるが、生産性が低下する問題がある。即ち、各照射エリアEを通過する際には、必要な露光量を確保する等の関係でステージの移動速度は低下せざるを得ない。1回の通過で露光が終了するのであれば、復路では高速移動させることができるので生産性の低下はないが、復路でも露光するとなると、移動速度が低下するので、生産性は低下してしまう。 In this way, even smaller micropatterns M can be exposed without gaps, but there is a problem of reduced productivity. That is, when passing through each irradiation area E, the stage movement speed must be reduced in order to ensure the necessary amount of exposure. If exposure is completed in one pass, the stage can be moved at high speed on the return trip, so there is no reduction in productivity, but if exposure is also required on the return trip, the movement speed will be reduced, and productivity will decrease.

高精細化の影響で生産性が低下する問題は、露光ヘッドの大型化にも起因している。高NAのレンズは大型化する傾向があり、このため露光ヘッドも大型化する。高解像度タイプの空間光変調器も、画素数が多いため大型化する傾向があり、これも露光ヘッドの大型化を助長する。
露光ヘッドの大型化は、その断面積の増加(大口径化)として現れ、結果的に、各照射エリアの離間間隔が大きくなってしまう。特に、X方向での照射エリアの離間間隔が大きくなると、全ての照射エリアEを通過するための移動距離が長くなることを意味し、それに要する時間が長くなることを意味する。このため、生産性が低下する。
The problem of reduced productivity due to higher resolution is also caused by the larger exposure head. Lenses with higher NA tend to be larger, which in turn leads to larger exposure heads. High-resolution spatial light modulators also tend to be larger due to the large number of pixels, which also contributes to the larger exposure heads.
The increase in size of the exposure head is reflected in an increase in its cross-sectional area (larger diameter), which results in a larger distance between each irradiation area. In particular, if the distance between the irradiation areas in the X direction increases, this means that the travel distance to pass through all the irradiation areas E becomes longer, which means that the time required for this becomes longer. This results in a decrease in productivity.

このように、高精細化の要請を満足する構成では、各微小パターンの小型化と各露光ヘッドの大型化とが相まって生産性が低下してしまう。
この出願の発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、高精細化の要請により派生する生産性低下の問題を効果的に解決した直描式露光装置を提供することを目的としている。
In this way, in a configuration that satisfies the demand for higher definition, the miniaturization of each minute pattern and the increase in size of each exposure head combine to reduce productivity.
The invention of this application has been made to solve the above-mentioned problems, and has an object to provide a direct imaging exposure apparatus that effectively solves the problem of reduced productivity that arises from the demand for higher resolution.

上記課題を解決するため、この明細書において開示された発明に係る直描式露光装置は、空間光変調器により光のパターンを形成して基板を露光する直描式露光装置であり、光源及び空間光変調器を有する複数の露光ヘッドと、基板が載置されるステージと、ステージを移動させ、空間光変調器が形成したパターンの光が照射されるエリアである照射エリアを基板が通過するようにするステージ移動機構とを備えている。
この直描式露光装置において、複数の露光ヘッドは、ステージの移動方向に対して垂直な方向に沿って二列に並べられており、各露光ヘッドと各照射エリアとの間には、少なくとも一方の列の各露光ヘッドについてオフセット光学系が設けられており、各オフセット光学系は、一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアが他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアに近づく向きに光軸をオフセットする光学系である。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置は、
オフセット光学系が、二列の露光ヘッドのそれぞれに設けられており、他方の列の各露光ヘッドについて設けられた各オフセット光学系は、当該他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアが一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアに近づくよう光軸をオフセットする光学系である
という構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置において、一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアと、他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアは、ステージの移動方向に垂直な方向において重なり得る。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置において、一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアと、他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアは、一直線上であり得る。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置において、オフセット光学系は、反射面が露光ヘッドからの光軸を直角に折り曲げる第一の反射素子と、第一の反射素子により直角に曲げられた光軸を基板に向けて直角に折り曲げる反射面を有する第二の反射素子とを含み得る。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置において、第一の反射素子と第二の反射素子の間には、照射エリアまでの光路長を変更する光路長変更器が設けられ得る。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置において、第二の反射素子は、照射エリアまでの光路長を変更することができるように第一の反射素子からの光軸に沿って移動可能に設けられ得る。
In order to solve the above problems, the direct imaging exposure apparatus of the invention disclosed in this specification is a direct imaging exposure apparatus that forms a light pattern using a spatial light modulator to expose a substrate, and is equipped with a plurality of exposure heads having a light source and a spatial light modulator, a stage on which the substrate is placed, and a stage movement mechanism that moves the stage so that the substrate passes through an irradiation area, which is an area irradiated with the light of the pattern formed by the spatial light modulator.
In this direct imaging exposure device, multiple exposure heads are arranged in two rows along a direction perpendicular to the movement direction of the stage, and an offset optical system is provided for each exposure head in at least one of the rows between each exposure head and each irradiation area, and each offset optical system is an optical system that offsets the optical axis in a direction such that each irradiation area by each exposure head in one row approaches each irradiation area by each exposure head in the other row.
In order to solve the above problems, the direct imaging exposure apparatus comprises:
An offset optical system may be provided for each of the two rows of exposure heads, and each offset optical system provided for each exposure head in the other row may be an optical system that offsets the optical axis so that each illumination area by each exposure head in the other row approaches each illumination area by each exposure head in one row.
In order to solve the above problem, in this direct imaging exposure device, each irradiation area by each exposure head in one row and each irradiation area by each exposure head in the other row can overlap in a direction perpendicular to the movement direction of the stage.
In order to solve the above problem, in this direct imaging exposure device, each irradiation area by each exposure head in one row and each irradiation area by each exposure head in the other row can be on a straight line.
In addition, in order to solve the above-mentioned problems, in this direct imaging exposure apparatus, the offset optical system can include a first reflective element whose reflective surface bends the optical axis from the exposure head at a right angle, and a second reflective element having a reflective surface that bends the optical axis bent at a right angle by the first reflective element toward the substrate.
In order to solve the above problem, in the direct imaging exposure apparatus, an optical path length changer for changing the optical path length to the irradiation area can be provided between the first reflecting element and the second reflecting element.
In addition, in order to solve the above problem, in this direct imaging exposure apparatus, the second reflective element can be made movable along the optical axis from the first reflective element so that the optical path length to the irradiation area can be changed.

以下に説明する通り、開示された発明に係る直描式露光装置によれば、オフセット光学系が設けられているので、一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアと他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアが接近することになり、これら照射エリアを基板が完全に通過するための基板の移動距離が短くなる。このため、生産性が向上する。
また、双方の列の各露光ヘッドにオフセット光学系が設けられている構成では、双方から各照射エリアを互いに近づける設計となるため、各オフセット距離が長くならず、また対称的な配置にできるため、設計が容易である。
各オフセット光学系が、一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアと他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアが重なるようにオフセットする光学系であると、生産性向上の効果がより高くなり、一直線上に並ぶようにオフセットする光学系であると、生産性向上の効果がさらに高くなる。
また、オフセット光学系を形成する第一の反射素子と第二の反射素子の間に照射エリアまでの光路長を変更する光路長変更器が設けられている構成では、露光ヘッド内に光路長変更器を設ける必要がないため、露光ヘッドの構造が簡略化される。また、第一第二の反射素子及び光路長変更器の配置位置の調整が容易である。
また、オフセット光学系を形成する第一の反射素子と第二の反射素子のうち、第二の反射素子が、照射エリアまでの光路長を変更することができるよう第一の反射素子からの光軸に沿って移動可能に設けられている構成では、光路長変更器を別途設ける必要がないので、構造がシンプルになり、また部品点数の削減によりコストダウンが図られる。
As will be described below, the direct imaging exposure apparatus according to the disclosed invention is provided with an offset optical system, so that the areas irradiated by the exposure heads in one row and the areas irradiated by the exposure heads in the other row are close to each other, shortening the travel distance of the substrate for the substrate to completely pass through these irradiation areas, thereby improving productivity.
Furthermore, in a configuration in which each exposure head in both rows is provided with an offset optical system, the design brings each irradiation area closer to each other from both sides, so the offset distances do not become long and the arrangement can be symmetrical, making the design easier.
If each offset optical system is an optical system that offsets the illumination areas by each exposure head in one row so that they overlap with the illumination areas by each exposure head in the other row, the effect of improving productivity will be greater, and if the optical systems are offset so that they are aligned in a straight line, the effect of improving productivity will be even greater.
In addition, in a configuration in which an optical path length changer for changing the optical path length to the irradiation area is provided between the first and second reflecting elements forming the offset optical system, there is no need to provide an optical path length changer in the exposure head, so the structure of the exposure head is simplified. Also, it is easy to adjust the positions of the first and second reflecting elements and the optical path length changer.
Furthermore, in a configuration in which the second reflective element, of the first reflective element and the second reflective element that form the offset optical system, is arranged to be movable along the optical axis from the first reflective element so that the optical path length to the irradiation area can be changed, there is no need to provide a separate optical path length changer, which results in a simpler structure and reduced costs due to the reduced number of parts.

第一の実施形態の直描式露光装置の正面概略図である。1 is a schematic front view of a direct imaging exposure apparatus according to a first embodiment. 第一の実施形態の直描式露光装置の側面概略図である。1 is a schematic side view of a direct imaging exposure apparatus according to a first embodiment. 第一の実施形態の直描式露光装置の平面概略図である。1 is a schematic plan view of a direct imaging exposure apparatus according to a first embodiment. 露光ヘッドの内部構造を示した概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal structure of the exposure head. 第一の実施形態におけるオフセット光学系を示した正面概略図である。FIG. 2 is a schematic front view showing the offset optical system according to the first embodiment. 一つのオフセット光学系を示した斜視概略図である。FIG. 2 is a perspective schematic diagram showing one offset optical system. 各オフセット光学系による作用を示した平面概略図である。5 is a schematic plan view showing the action of each offset optical system. FIG. 実施形態の直描式露光装置の動作について示した平面概略図である。4A to 4C are schematic plan views showing the operation of the direct imaging exposure apparatus according to the embodiment. 各オフセット光学系による生産性向上の効果について示した概略図である。1A to 1C are schematic diagrams showing the effect of improving productivity by each offset optical system. 第二の実施形態の直描式露光装置の主要部を示した正面概略図である。FIG. 11 is a schematic front view showing a main part of a direct imaging exposure device according to a second embodiment. 第三の実施形態の直描式露光装置の主要部を示した正面概略図である。FIG. 11 is a schematic front view showing a main part of a direct imaging exposure device according to a third embodiment. 第四の実施形態の直描式露光装置の主要部を示した正面概略図である。FIG. 13 is a schematic front view showing a main part of a direct imaging exposure device according to a fourth embodiment. 本願発明の解決課題を説明するための図であり、直描式露光装置における照射エリアについて示した斜視概略図である。FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining a problem to be solved by the present invention, showing an irradiation area in a direct imaging exposure apparatus. 本願発明の解決課題を説明するための図であり、直描式露光装置における照射エリアについて示した斜視概略図である。FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining a problem to be solved by the present invention, showing an irradiation area in a direct imaging exposure apparatus.

以下、この出願の発明を実施するための形態(実施形態)について説明する。
図1~図3は、第一の実施形態の直描式露光装置の概略図であり、図1は正面概略図、図2は側面概略図、図3は平面概略図である。
図1~図3に示す直描式露光装置は、複数の露光ヘッド1A,1Bと、基板Wが載置されるステージ6と、ステージ移動機構61とを備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a description will be given of a mode (embodiment) for carrying out the invention of this application.
1 to 3 are schematic diagrams of a direct imaging exposure apparatus according to a first embodiment, with FIG. 1 being a schematic front view, FIG. 2 being a schematic side view, and FIG. 3 being a schematic plan view.
The direct imaging exposure apparatus shown in FIGS. 1 to 3 comprises a plurality of exposure heads 1 A, 1 B, a stage 6 on which a substrate W is placed, and a stage moving mechanism 61 .

各露光ヘッド1A,1Bは、全体としては円筒形であり、垂直に立てた状態で配置されており、下方に向けて光を出射するものとなっている。図4は、露光ヘッドの内部構造を示した概略図である。図4に示すように、露光ヘッド1A,1Bは、不図示の筐体内に、光源2と、光源2からの光を空間的に変調する空間光変調器3と、空間光変調器3により変調された光による像を投影する光学系(以下、投影光学系)4等を収容した構造となっている。 Each exposure head 1A, 1B is cylindrical overall, arranged vertically, and emits light downward. Figure 4 is a schematic diagram showing the internal structure of the exposure head. As shown in Figure 4, exposure heads 1A, 1B are structured to house, in a housing (not shown), a light source 2, a spatial light modulator 3 that spatially modulates the light from the light source 2, and an optical system (hereinafter, projection optical system) 4 that projects an image formed by the light modulated by the spatial light modulator 3, etc.

光源2は、基板Wにおける感光層の感光波長に応じて最適な波長の光を出力するものが使用される。レジストフィルムの感光波長は可視短波長域から紫外域である場合が多く、光源2としては、405nmや365nmのような可視短波長域から紫外域の光を出力するものが使用される。また、空間光変調器3の性能を活かすには、コヒーレントな光を出力するものであることが好ましく、このためレーザー光源2が好適に使用される。例えば、窒化ガリウム(GaN)系の半導体レーザーが使用される。 The light source 2 used is one that outputs light of an optimal wavelength depending on the photosensitive wavelength of the photosensitive layer on the substrate W. The photosensitive wavelength of the resist film is often in the visible short wavelength range to the ultraviolet range, so the light source 2 used is one that outputs light in the visible short wavelength range to the ultraviolet range, such as 405 nm or 365 nm. In order to make the most of the performance of the spatial light modulator 3, it is preferable for the light source 2 to output coherent light, and for this reason a laser light source 2 is preferably used. For example, a gallium nitride (GaN) semiconductor laser is used.

空間光変調器3としては、この実施形態ではDMDが使用されている。図4中に拡大して示すように、DMDでは、各画素は微小なミラー31である。ミラー(以下、画素ミラーという。)31は、例えば13.68μm角程度の正方形のミラーであり、多数の画素ミラー31が直角格子状に配列された構造とされる。配列数は、例えば1024×768個である。 In this embodiment, a DMD is used as the spatial light modulator 3. As shown enlarged in FIG. 4, in the DMD, each pixel is a tiny mirror 31. The mirror (hereinafter referred to as pixel mirror) 31 is, for example, a square mirror with a size of about 13.68 μm on each side, and a large number of pixel mirrors 31 are arranged in a rectangular lattice. The number of mirrors arranged is, for example, 1024 × 768.

空間光変調器3は、各画素ミラー31を制御する変調器コントローラ32を備えている。実施形態の露光装置は、全体を制御するメインコントローラ7を備えている。変調器コントローラ32は、メインコントローラ7からの信号に従って各画素ミラー31を制御する。尚、各画素ミラー31は、各画素ミラー31が配列された平面を基準面とし、この基準面に沿った第一の姿勢と、この基準面に対して例えば11~13°程度に傾いた第二の姿勢とを取り得るようになっている。第一の姿勢がオフ状態であり、第二の姿勢がオン状態である。
空間光変調器3は、各画素ミラー31を駆動する駆動機構を含んでおり、変調器コントローラ32は、各画素ミラー31について、第一の姿勢を取るのか第二の姿勢を取るのかを独立して制御できるようになっている。このような空間光変調器3は、テキサス・インスツルメンツ社から入手できる。
The spatial light modulator 3 includes a modulator controller 32 that controls each pixel mirror 31. The exposure apparatus of the embodiment includes a main controller 7 that controls the entire apparatus. The modulator controller 32 controls each pixel mirror 31 in accordance with a signal from the main controller 7. Each pixel mirror 31 has a plane on which the pixel mirrors 31 are arranged as a reference plane, and can take a first attitude along this reference plane and a second attitude inclined, for example, at about 11 to 13 degrees with respect to this reference plane. The first attitude is an off state, and the second attitude is an on state.
The spatial light modulator 3 includes a driving mechanism for driving each pixel mirror 31, and the modulator controller 32 can independently control whether each pixel mirror 31 takes the first position or the second position. Such a spatial light modulator 3 is available from Texas Instruments.

図4に示すように、露光ヘッド1A,1Bは、このような空間光変調器3に光源2からの光を照射する照射光学系5を備えている。この実施形態では、照射光学系5は光ファイバ51を含んでいる。より高い照度で像形成を行うため、一つの露光ヘッド1A,1Bは複数の光源2を備えており、各光源2について光ファイバ51が設けられている。光ファイバ51としては、例えば石英系のマルチモードファイバが使用される。 As shown in FIG. 4, the exposure heads 1A and 1B are equipped with an irradiation optical system 5 that irradiates the spatial light modulator 3 with light from the light source 2. In this embodiment, the irradiation optical system 5 includes an optical fiber 51. To form an image with higher illuminance, each exposure head 1A and 1B is equipped with multiple light sources 2, and an optical fiber 51 is provided for each light source 2. As the optical fiber 51, for example, a quartz-based multimode fiber is used.

DMDである空間光変調器3を使用して精度の良い像形成を行うためには、平行光を入射させて各画素ミラー31に反射させるのが望ましく、また各画素ミラー31に対して斜めに光を入射させることが望ましい。このため、照射光学系5は、図4に示すように、各光ファイバ51から出射して広がる光を平行光にするコリメータレンズ52を含んでいる。 To form an image with high accuracy using the spatial light modulator 3, which is a DMD, it is desirable to make parallel light incident and reflect it on each pixel mirror 31, and it is also desirable to make the light incident obliquely on each pixel mirror 31. For this reason, the irradiation optical system 5 includes a collimator lens 52 that converts the light emitted from each optical fiber 51 and diverging into parallel light, as shown in FIG. 4.

投影光学系4は、二つの投影レンズ群41,42と、投影レンズ群41,42の間に配置されたマイクロレンズアレイ(以下、MLAと略す。)43等から構成されている。MLA43は、より形状精度の高い露光を行うため、補助的に配置されている。MLA43は、微小なレンズを直角格子状に多数配列した光学部品である。各レンズ素子は、空間光変調器3の各画素ミラー31に1対1で対応している。 The projection optical system 4 is composed of two projection lens groups 41, 42 and a microlens array (hereinafter abbreviated as MLA) 43 arranged between the projection lens groups 41, 42. The MLA 43 is arranged as an auxiliary to perform exposure with higher shape accuracy. The MLA 43 is an optical component in which many tiny lenses are arranged in a rectangular lattice pattern. Each lens element has a one-to-one correspondence with each pixel mirror 31 of the spatial light modulator 3.

上述した露光ヘッド1A,1Bにおいて、光源2からの光は、光ファイバ61で導かれた後、照射光学系5により空間光変調器3に入射する。この際、空間光変調器3の各画素ミラー31は、変調器コントローラ32により制御され、露光パターンに応じて選択的に傾斜した姿勢とされる。即ち、形成すべき露光パターンに従い、光を照射エリアに到達させるべき位置に位置している画素ミラー31はオン状態とされ、それ以外の画素ミラー31はオフ状態とされる。オフ状態の画素ミラー31に反射した光は照射エリアには到達せず、オン状態の画素ミラー31に反射した光のみが到達する。このため、所定の露光パターンの光が照射エリアに照射される。 In the above-mentioned exposure heads 1A and 1B, the light from the light source 2 is guided by the optical fiber 61 and then enters the spatial light modulator 3 through the irradiation optical system 5. At this time, each pixel mirror 31 of the spatial light modulator 3 is controlled by the modulator controller 32 and is selectively tilted according to the exposure pattern. That is, according to the exposure pattern to be formed, the pixel mirror 31 located at the position where the light should reach the irradiation area is turned on, and the other pixel mirrors 31 are turned off. The light reflected by the pixel mirror 31 in the off state does not reach the irradiation area, and only the light reflected by the pixel mirror 31 in the on state reaches it. As a result, the light of the specified exposure pattern is irradiated onto the irradiation area.

ステージ6は、水平な上面に基板Wが載置される部材である。上面には、基板Wを真空吸着する不図示の真空吸着孔が設けられている。ステージ移動機構61は、基板Wが載置されたステージ6を照射エリアを通して移動させる機構である。
この実施形態では、ステージ移動機構61は、露光のためにX方向にステージ6を移動させて照射エリアを通過させるほか、Y方向にもステージを移動できる機構となっている。具体的には、ステージ移動機構61は、X方向に沿って照射エリアEA,EBを通して配設されたX方向リニアガイド611と、X方向リニアガイド611上に設けられたベース612と、ベース612をX方向リニアガイド611に沿って移動させる不図示のX方向駆動源と、ベース612上にけられたY方向リニアガイド613とを含んでいる。ステージ6は、Y方向リニアガイド613上に搭載されており、ステージ6をY方向リニアガイド613に沿って移動させる不図示のY方向駆動源が設けられている。X方向駆動源及びY方向駆動源としては例えばリニアモータが使用され、リニアモータステージの構成が採用され得る。
尚、X方向において、照射エリアEA,EBから離れた一方の側にはステージ6の待機位置が設定されている。待機位置には、不図示の移載機構が配置されている。
The stage 6 is a member on whose horizontal upper surface the substrate W is placed. The upper surface is provided with vacuum suction holes (not shown) for vacuum-suctioning the substrate W. The stage moving mechanism 61 is a mechanism for moving the stage 6 on which the substrate W is placed, through the irradiation area.
In this embodiment, the stage moving mechanism 61 is a mechanism that can move the stage 6 in the X direction for exposure to pass through the irradiation area, and also move the stage in the Y direction. Specifically, the stage moving mechanism 61 includes an X-direction linear guide 611 arranged through the irradiation areas EA and EB along the X direction, a base 612 provided on the X-direction linear guide 611, an X-direction drive source (not shown) that moves the base 612 along the X-direction linear guide 611, and a Y-direction linear guide 613 provided on the base 612. The stage 6 is mounted on the Y-direction linear guide 613, and a Y-direction drive source (not shown) that moves the stage 6 along the Y-direction linear guide 613 is provided. For example, a linear motor is used as the X-direction drive source and the Y-direction drive source, and a linear motor stage configuration can be adopted.
In addition, in the X direction, a standby position for the stage 6 is set on one side away from the irradiation areas EA and EB. A transfer mechanism (not shown) is disposed at the standby position.

図1に示すように、メインコントローラ7は記憶部71を備えており、記憶部71には、装置全体のシーケンス制御のためのメインシーケンスプログラム72と、1枚の基板Wに対する露光の際に各露光ヘッド1A,1B内の空間光変調器3の各画素ミラー31をシーケンス制御する画素シーケンスプログラム731,732とが記憶されている。この実施形態では、往路と復路とで露光が行われるので、往路用の画素シーケンスプログラム731と、復路用の画素シーケンスプログラム732とが記憶されている。メインシーケンスプログラム72は、各基板Wの露光の際に、画素シーケンスプログラム731,732を順次呼び出して実行する。尚、各画素ミラー31を実際に制御するのは変調器コントローラ32であるので、画素シーケンスプログラム731,732は、変調器コントローラ32にシーケンスを与えてそのシーケンスで各画素ミラー31が駆動されるようにするプログラムである。 As shown in FIG. 1, the main controller 7 includes a storage unit 71, which stores a main sequence program 72 for sequence control of the entire device, and pixel sequence programs 731 and 732 for sequence control of each pixel mirror 31 of the spatial light modulator 3 in each exposure head 1A, 1B when exposing one substrate W. In this embodiment, exposure is performed in the forward and return passes, so a pixel sequence program 731 for the forward pass and a pixel sequence program 732 for the return pass are stored. The main sequence program 72 sequentially calls and executes the pixel sequence programs 731 and 732 when exposing each substrate W. Note that since it is the modulator controller 32 that actually controls each pixel mirror 31, the pixel sequence programs 731 and 732 are programs that provide a sequence to the modulator controller 32 so that each pixel mirror 31 is driven by that sequence.

尚、待機位置と照射エリアとの間には、基板Wに対する露光パターンの形成位置の制御(アライメント)のため、基板Wのアライメントマークを撮影する不図示のカメラが設けられている。カメラの撮影データは、メインコントローラ7に送られるようになっている。メインコントローラ7は、撮影データを引数にして画素シーケンスプログラム731,732を実行することで、露光パターンの形成位置を制御する。 Between the waiting position and the irradiation area, a camera (not shown) is provided to capture an image of an alignment mark on the substrate W in order to control (align) the formation position of the exposure pattern on the substrate W. The captured image data from the camera is sent to the main controller 7. The main controller 7 controls the formation position of the exposure pattern by executing pixel sequence programs 731 and 732 using the captured image data as an argument.

また、待機位置と各照射エリアが並んだ場所との間には、露光の際のオートフォーカス用の距離計(以下、AF用距離計という。)10が設けられている。AF用距離計10は、直下を通過する際の基板Wとの距離を計測するものであり、例えばレーザー変位計が使用される。AF用距離計10はメインコントローラ7に接続されており、計測した値をメインコントローラ7に送る。メインコントローラ7は、この値を各露光ヘッド1A,1B内の投影光学系4にフィードバックし、投影レンズ41,42のフォーカス制御に利用する。 In addition, a rangefinder for autofocus during exposure (hereinafter referred to as AF rangefinder) 10 is provided between the standby position and the location where each irradiation area is lined up. The AF rangefinder 10 measures the distance to the substrate W when it passes directly underneath, and for example a laser displacement meter is used. The AF rangefinder 10 is connected to the main controller 7 and sends the measured value to the main controller 7. The main controller 7 feeds back this value to the projection optical system 4 in each exposure head 1A, 1B and uses it for focus control of the projection lenses 41, 42.

このような実施形態の直描式露光装置は、高精細化に伴う生産性低下の問題に対応するため、照射エリアの形成位置が従来とは異なるようにしており、そのための構成としてオフセット光学系8A,8Bを備えている。これらの点について、図5~図7を参照して説明する。図5は、第一の実施形態におけるオフセット光学系を示した正面概略図、図6は一つのオフセット光学系の斜視概略図、図7は各オフセット光学系による作用を示した平面概略図である。 In this embodiment of the direct imaging exposure apparatus, the position at which the irradiation area is formed is different from that of the conventional apparatus in order to address the problem of reduced productivity that accompanies higher resolution, and offset optical systems 8A and 8B are provided as a configuration for this purpose. These points will be explained with reference to Figures 5 to 7. Figure 5 is a front schematic diagram showing the offset optical system in the first embodiment, Figure 6 is a perspective schematic diagram of one offset optical system, and Figure 7 is a plan schematic diagram showing the action of each offset optical system.

オフセット光学系8A,8Bは、露光ヘッド1A,1Bによる照射エリアEA,EBが直下の位置ではなく、X方向にずれた(オフセットされた)位置になるようにする光学系である。オフセット光学系8は、各露光ヘッド1A,1Bについて設けられている。以下、説明の都合上、Y方向に二列の露光ヘッド1A,1Bのうち、待機位置に近い側(図1において左側)の列の露光ヘッド1Aを第一列とし、待機位置から遠い側の露光ヘッド1Bを第二列とする。また、第一列の各露光ヘッド1Aに設けられたオフセット光学系8Aを第一列オフセット光学系と呼び、第二列の各露光ヘッド1Bに設けられたオフセット光学系8Bを第二列オフセット光学系と呼ぶ。 The offset optical system 8A, 8B is an optical system that causes the irradiation areas EA, EB of the exposure heads 1A, 1B to be shifted (offset) in the X direction rather than directly below. An offset optical system 8 is provided for each exposure head 1A, 1B. For convenience of explanation, of the two rows of exposure heads 1A, 1B in the Y direction, the exposure heads 1A in the row closer to the standby position (left side in FIG. 1) are referred to as the first row, and the exposure heads 1B farther from the standby position are referred to as the second row. The offset optical system 8A provided for each exposure head 1A in the first row is referred to as the first row offset optical system, and the offset optical system 8B provided for each exposure head 1B in the second row is referred to as the second row offset optical system.

各オフセット光学系8A,8Bは、二枚のミラー(全反射ミラー)81A,82A,81B,82Bによって構成されている。二枚のミラー81A,82A,81B,82Bのうち、露光ヘッド1A,1Bの近い位置の光軸上に配置されたミラー81A,81Bは、光軸に対して45度の姿勢であり、隣の列の露光ヘッド1A,1Bの側に水平に光軸を折り曲げるミラーである(以下、第一ミラーという。)。もう一つのミラー82A,82Bも、光軸に対して45度の姿勢のミラーであり、水平方向に折り曲げられた光軸を垂直方向に戻すミラーである(以下、第二ミラーという。)。 Each offset optical system 8A, 8B is composed of two mirrors (total reflection mirrors) 81A, 82A, 81B, 82B. Of the two mirrors 81A, 82A, 81B, 82B, the mirror 81A, 81B arranged on the optical axis close to the exposure heads 1A, 1B is oriented at 45 degrees to the optical axis and is a mirror that bends the optical axis horizontally toward the exposure heads 1A, 1B in the adjacent row (hereinafter referred to as the first mirror). The other mirror 82A, 82B is also oriented at 45 degrees to the optical axis and is a mirror that returns the optical axis bent horizontally to the vertical direction (hereinafter referred to as the second mirror).

つまり、図5及び図6から解るように、第一列オフセット光学系8Aにおける各第一ミラー81Aは光軸を第二列の側に向けて折り曲げるミラーであり、逆に、第二列オフセット光学系8Bにおける各第一ミラー81Bは光軸を第一列の側に向けて折り曲げるミラーとなっている。尚、第一列オフセット光学系8Aにおける各第一ミラー81Aは、Y方向に沿って配列されており且つ同じ高さの位置に位置している。第二列オフセット光学系8Bにおける各第一ミラー81BもY方向に沿って配列されて同じ高さの位置であり、その高さは第一列オフセット光学系8Aにおける各第一ミラー81Aと同じである。 In other words, as can be seen from Figures 5 and 6, each first mirror 81A in the first row offset optical system 8A is a mirror that bends the optical axis toward the second row, and conversely, each first mirror 81B in the second row offset optical system 8B is a mirror that bends the optical axis toward the first row. Note that each first mirror 81A in the first row offset optical system 8A is arranged along the Y direction and is located at the same height. Each first mirror 81B in the second row offset optical system 8B is also arranged along the Y direction and is located at the same height, which is the same height as each first mirror 81A in the first row offset optical system 8A.

そして、図5に示すように、各第一列オフセット光学系8Aにおける各第二ミラー82Aは、Y方向に沿って配列され、各第一ミラー81Aと同じ姿勢で同じ高さである。各第二列オフセット光学系8Bにおける各第二ミラー82Bも、Y方向に沿って配列され、各第一ミラー81Bと同じ姿勢で同じ高さである。したがって、各第一列オフセット光学系8Aにおける各第二ミラー82Aと各第二列オフセット光学系8Bにおける各第二ミラー82Bは、すべてY方向の同一直線上に配列され、角度が互いに180度異なる姿勢となっている。 As shown in FIG. 5, each second mirror 82A in each first row offset optical system 8A is arranged along the Y direction, and has the same posture and height as each first mirror 81A. Each second mirror 82B in each second row offset optical system 8B is also arranged along the Y direction, and has the same posture and height as each first mirror 81B. Therefore, each second mirror 82A in each first row offset optical system 8A and each second mirror 82B in each second row offset optical system 8B are all arranged on the same straight line in the Y direction, and are oriented such that their angles differ by 180 degrees from each other.

このため、図5及び図7に示すように、第一列の各露光ヘッド1Aからの光の各照射エリアEAは各第一列オフセット光学系8Aにより第二列の側にシフトし、第二列の各露光ヘッド1Bからの光の各照射エリアEBは各第二列オフセット光学系8Bにより第一列の側にシフトする。特に、この実施形態では、各第一列オフセット光学系8Aにおける各第二ミラー82Aと、各第二列オフセット光学系8Bにおける各第二ミラー82BとがY方向に沿って同一直線上に並んでいるため、第一列の各露光ヘッド1Aによる各照射エリアEAと第二列の各露光ヘッド1Bによる各照射エリアEBは、図7に示すようにY方向に沿って同一直線上に並ぶ状態となる。 5 and 7, each irradiation area EA of light from each exposure head 1A in the first row is shifted toward the second row by each first row offset optical system 8A, and each irradiation area EB of light from each exposure head 1B in the second row is shifted toward the first row by each second row offset optical system 8B. In particular, in this embodiment, each second mirror 82A in each first row offset optical system 8A and each second mirror 82B in each second row offset optical system 8B are aligned on the same line along the Y direction, so that each irradiation area EA by each exposure head 1A in the first row and each irradiation area EB by each exposure head 1B in the second row are aligned on the same line along the Y direction as shown in FIG. 7.

各照射エリアEA,EBにおける各微小パターンMは、前述した図14におけるものと同様となっている。即ち、図6に示すように、千鳥状配置ではあるものの、Y方向の各微小パターンMの離間距離は、微小パターンMの直径φよりも長く、一回通過のみでは隙間のない露光ができない構成となっている。
尚、この実施形態では、各照射エリアEA,EBは、図7等に示すように長方形となっている。これは、空間光変調器3における各画素ミラー31の配列による。また、図7等では、各照射エリアEA,EBの長手方向はY方向に一致しているが、Y方向に対して僅かに(数度程度)傾いた状態とされることが多い。これも、空間光変調器3を僅かに傾けて配置することにより実現される。
Each micropattern M in each irradiation area EA, EB is similar to that in Fig. 14. That is, as shown in Fig. 6, although they are arranged in a staggered pattern, the distance between each micropattern M in the Y direction is longer than the diameter φ of the micropattern M, and exposure without gaps cannot be performed by a single pass.
In this embodiment, each of the irradiation areas EA, EB is rectangular as shown in Fig. 7 and other figures. This is due to the arrangement of the pixel mirrors 31 in the spatial light modulator 3. In Fig. 7 and other figures, the longitudinal direction of each of the irradiation areas EA, EB coincides with the Y direction, but in many cases, the longitudinal direction is slightly tilted (by a few degrees) relative to the Y direction. This is also achieved by disposing the spatial light modulator 3 at a slight tilt.

次に、このような実施形態の直描式露光装置の動作について、図8を参照して説明する。図8は、実施形態の直描式露光装置の動作について示した平面概略図である。
実施形態の直描式露光装置により露光を行う際、図8(1)に示すように、基板Wは待機位置において不図示の移載機構によりステージ6に載置される。ステージ6は基板Wを真空吸着し、ステージ移動機構61によりX方向に各照射エリアEA,EBに向けて移動する。
Next, the operation of the direct imaging exposure apparatus of this embodiment will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a schematic plan view showing the operation of the direct imaging exposure apparatus of the embodiment.
8A, a substrate W is placed on a stage 6 at a standby position by a transfer mechanism (not shown). The stage 6 holds the substrate W by vacuum suction, and moves the substrate W in the X direction toward each of the irradiation areas EA and EB by a stage moving mechanism 61.

そして、ステージ6が不図示のカメラの直下を通過する際、カメラは基板Wのアライメントマークを撮影し、メインコントローラ7に送る。また、ステージ6がAF用距離計10の直下を通過する際、AF用距離計10がステージ6上の基板Wとの距離を計測し、計測データはメインコントローラ7に送られる。 When the stage 6 passes directly below a camera (not shown), the camera captures an image of the alignment mark on the substrate W and sends the image to the main controller 7. Also, when the stage 6 passes directly below the AF rangefinder 10, the AF rangefinder 10 measures the distance to the substrate W on the stage 6, and the measurement data is sent to the main controller 7.

そして、往路においてステージ6上の基板Wが各照射エリアEA,EBを通過する際、メインコントローラ7は、往路用の画素シーケンスプログラム731を実行し、各露光ヘッド11によって各照射エリアEA,EBに露光パターンの光が照射されるようにする。この際、カメラによるアライメントマークの撮影データが渡されて所定位置に露光パターンの光が照射されるのに加え、AF用距離計10による計測データにより各投影レンズ41,42が制御されて最適な合焦状態で露光が行われる。 When the substrate W on the stage 6 passes through each of the irradiation areas EA, EB on the outward journey, the main controller 7 executes the pixel sequence program 731 for the outward journey, so that each of the exposure heads 11 irradiates each of the irradiation areas EA, EB with light of an exposure pattern. At this time, in addition to receiving image data of the alignment mark captured by the camera and irradiating the light of the exposure pattern at a predetermined position, each of the projection lenses 41, 42 is controlled by measurement data from the AF rangefinder 10, and exposure is performed in an optimally focused state.

このようにして往路において露光が行われ、ステージ6上の基板Wは各照射エリアEA,EBを通り過ぎる。そして、その後、ステージ6は、反転位置で反転動作を行う。反転位置は、図8(2)に示すように、反転位置は、基板Wが完全に各照射エリアEA,EBを通過し(基板Wの後端が各照射エリアEA,EBを通過し)、少し進んだ位置である。 In this way, exposure is performed on the outward journey, and the substrate W on the stage 6 passes through each of the irradiation areas EA and EB. Then, the stage 6 performs an inversion operation at the inversion position. As shown in FIG. 8 (2), the inversion position is a position where the substrate W has completely passed through each of the irradiation areas EA and EB (the rear end of the substrate W has passed through each of the irradiation areas EA and EB) and is slightly further ahead.

図8(3)に示すように、反転位置において、ステージ移動機構61は、ステージ6をY方向に移動(シフト)させる。この際の移動距離(以下、シフト距離という。)は、復路での露光により往路と復路とを合わせて基板Wが隙間無く露光されるようにするため距離であり、予め設定される。シフト距離を、図8(3)においてSで示す。尚、シフト距離Sに加え、シフト距離Sの移動の向きも、隙間の無い露光がされるように予め設定される。 As shown in FIG. 8 (3), at the inversion position, the stage movement mechanism 61 moves (shifts) the stage 6 in the Y direction. The movement distance (hereinafter referred to as the shift distance) at this time is a distance for exposing the substrate W without gaps by combining the outward and return passes by exposure on the return pass, and is set in advance. The shift distance is indicated by S in FIG. 8 (3). In addition to the shift distance S, the movement direction of the shift distance S is also set in advance so that exposure is performed without gaps.

ステージ6は反転位置でシフト距離Sの移動が行われた後、各照射エリアEA,EBに向けて逆向きに移動を開始する。そして、各照射エリアEA,EBを通過する際、復路用の画素シーケンスプログラム732が実行され、各露光ヘッド11により復路での露光が行われる。
復路において各照射エリアEA,EBを基板Wが通過した後、図8(4)に示すようにステージ6が待機位置に戻る。そして、不図示の移載機構により基板Wがステージ6から搬出される。そして、未露光の基板Wが再びステージ6に載置され、同様の処理が繰り返される。
After the stage 6 has been moved by the shift distance S at the reversal position, it starts moving in the opposite direction toward each of the irradiation areas EA and EB. Then, when passing through each of the irradiation areas EA and EB, the pixel sequence program 732 for the return pass is executed, and exposure on the return pass is performed by each exposure head 11.
After the substrate W passes through each of the irradiation areas EA and EB on the return path, the stage 6 returns to the standby position as shown in Fig. 8(4). Then, the substrate W is carried out from the stage 6 by a transfer mechanism (not shown). Then, an unexposed substrate W is placed on the stage 6 again, and the same process is repeated.

このような実施形態の直描式露光装置によれば、オフセット光学系8A,8Bが設けられているので、第一列の露光ヘッド1Aによる各照射エリアEAと第二列の露光ヘッド1Bによる各照射エリアEBが接近することになり、これら照射エリアEA,EBを基板Wが完全に通過するためのステージ6の移動距離が短くなる。図7において、オフセットしない場合に基板Wが照射エリアEA,EBを完全に通過するために要する移動距離をDで示し、オフセットした場合に基板Wが照射エリアEA,EBを完全に通過するために要する距離をD’で示す(尚、実際にはこれに基板WのX方向の長さが加わるが、共通しているので省略する)。このような移動距離の短縮のため、生産性が大きく向上する。この効果は、高精細化の要請を満足するために微小パターンMが小さくなって往路及び復路での露光が必要となるケースにおいて特に有利であり、露光の高精細化を達成しつつも生産性低下を抑制することができる。 According to the direct imaging exposure apparatus of this embodiment, the offset optical systems 8A and 8B are provided, so that each irradiation area EA by the first row of exposure heads 1A and each irradiation area EB by the second row of exposure heads 1B approach each other, and the movement distance of the stage 6 for the substrate W to completely pass through these irradiation areas EA and EB is shortened. In FIG. 7, the movement distance required for the substrate W to completely pass through the irradiation areas EA and EB when there is no offset is indicated by D, and the distance required for the substrate W to completely pass through the irradiation areas EA and EB when there is an offset is indicated by D' (note that in reality, the length of the substrate W in the X direction is added to this, but since it is common, it is omitted). Due to such a reduction in the movement distance, productivity is greatly improved. This effect is particularly advantageous in cases where the micropattern M becomes small to meet the demand for high resolution and exposure on the outward and return paths is required, and it is possible to suppress a decrease in productivity while achieving high resolution exposure.

そして、この実施形態では、各オフセット光学系8A,8Bは、第一列の露光ヘッド1Aによる各照射エリアEAと第二列の露光ヘッド1Bによる各照射エリアEBとが一直線上に並ぶようにオフセットする光学系であるため、上記生産性向上の効果が最も高くなる。
但し、完全な一直線上でなくとも生産性向上の効果は十分に期待できる。この点について、図9を参照して説明する。図9は、各オフセット光学系による生産性向上の効果について示した概略図である。
In this embodiment, each offset optical system 8A, 8B is an optical system that offsets each irradiation area EA by the first row of exposure heads 1A and each irradiation area EB by the second row of exposure heads 1B so that they are aligned in a straight line, thereby maximizing the effect of improving productivity.
However, even if the alignment is not perfectly straight, the effect of improving productivity can be expected. This point will be explained with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a schematic diagram showing the effect of improving productivity by each offset optical system.

図9(1)には、第一列の露光ヘッド1Aによる各照射エリアEAと第二列の露光ヘッド1Bによる各照射エリアEBとが完全な一直線上ではないが、Y方向で見ると重なった状態になっている例が示されている。また、図9(2)には、第一列の露光ヘッド1Aによる各照射エリアEAと第二列の露光ヘッド1Bによる各照射エリアEBとが重なってはいないが、直下の位置から互いに近づいた位置にオフセットされている。これらの構成においても、従来のオフセットされていない構成と比べると生産性向上の効果があり、実施し得る。 Figure 9 (1) shows an example in which each irradiation area EA by the first row of exposure heads 1A and each irradiation area EB by the second row of exposure heads 1B are not in a perfect straight line, but overlap when viewed in the Y direction. Also, in Figure 9 (2), each irradiation area EA by the first row of exposure heads 1A and each irradiation area EB by the second row of exposure heads 1B do not overlap, but are offset from a position directly below to a position closer to each other. Even with these configurations, there is an effect of improving productivity compared to conventional non-offset configurations, and they can be implemented.

尚、上記各例では、双方の列の各露光ヘッド1A,1Bにおいてオフセット光学系8A,8Bが設けられたが、一方の列にのみオフセット光学系が設けられていても良い。例えば、第一列の各露光ヘッド1Aにのみオフセット光学系が設けられており、第二列の各露光ヘッド1Bにはオフセット光学系は設けられておらず、直下の位置が各照射エリアEBになっていても良い。この場合には、第一列の各露光ヘッド1Aによる各照射エリアEAが第二列の各露光ヘッド1Bによる各照射エリアEBに近づく向きにオフセットされることで生産性が向上する。この場合も、各照射エリアEA,EBが完全に一直線上になるようにすると最も効果が高いが、重なっていたり、重なってはいないが接近したりしていても、生産性向上の効果は得られる。
但し、双方の列の各露光ヘッド1A,1Bにオフセット光学系8A,8Bが設けられている構成では、双方から照射エリアEA,EBを互いに近づける設計となるため、各照射エリアEA,EBを重ならせたり又は一直線上にしたりする場合でもオフセット距離はそれほど長くならず、また対称的な配置にできるため、設計が容易である。
In the above examples, the offset optical systems 8A and 8B are provided in each of the exposure heads 1A and 1B in both rows, but the offset optical system may be provided only in one row. For example, the offset optical system may be provided only in each of the exposure heads 1A in the first row, and the offset optical system may not be provided in each of the exposure heads 1B in the second row, and the position directly below the offset optical system may be each of the irradiation areas EB. In this case, the productivity is improved by offsetting each of the irradiation areas EA by each of the exposure heads 1A in the first row in a direction approaching each of the irradiation areas EB by each of the exposure heads 1B in the second row. In this case, the most effective method is to make each of the irradiation areas EA and EB completely aligned, but the effect of improving productivity can be obtained even if they overlap or are close to each other but not overlapping.
However, in a configuration in which offset optical systems 8A, 8B are provided on each exposure head 1A, 1B in both rows, the design brings the irradiation areas EA, EB closer to each other from both sides, so even if the irradiation areas EA, EB are overlapped or aligned in a straight line, the offset distance does not become very long and the arrangement can be made symmetrical, making the design easier.

また、生産性向上の効果は、基板Wが各照射エリアEA,EBを完全に通過するのに要する距離が短くなることで得られるから、必ずしも往路及び復路で露光が行われる構成には限られない。例えば、復路のみで露光が行われ、往路では露光が行われない場合も効果がある。露光の際には、所定の露光量を確保するためにステージ6の移動速度は低くされるから、低い速度での移動距離が短くなってタクトタイムが短くなり、生産性が向上する。 In addition, the effect of improving productivity is obtained by shortening the distance required for the substrate W to pass completely through each irradiation area EA, EB, and is not necessarily limited to a configuration in which exposure is performed on the outbound and return journeys. For example, it is also effective if exposure is performed only on the return journey and not on the outbound journey. During exposure, the movement speed of the stage 6 is reduced to ensure a predetermined amount of exposure, so the movement distance at low speeds is shortened, shortening the takt time and improving productivity.

次に、第二の実施形態の直描式露光装置について説明する。図10は、第二の実施形態の直描式露光装置の主要部を示した正面概略図である。
第二の実施形態の直描式露光装置は、各オフセット光学系8A,8Bにオートフォーカス機能を持たせた点が第一の実施形態と異なっている。具体的には、図10に示すように、各オフセット光学系8A,8Bに、光路長変更器9が設けられている。この例では、光路長変更器9は、プリズムペアユニットとなっている。
Next, a direct imaging type exposure apparatus according to a second embodiment will be described with reference to Fig. 10, which is a schematic front view showing the main part of the direct imaging type exposure apparatus according to the second embodiment.
The direct imaging exposure apparatus of the second embodiment differs from the first embodiment in that each of the offset optical systems 8A and 8B has an autofocus function. Specifically, as shown in Fig. 10, each of the offset optical systems 8A and 8B is provided with an optical path length changer 9. In this example, the optical path length changer 9 is a prism pair unit.

プリズムペアユニットである光路長変更器9は、同一の寸法及び形状の二個のプリズム91,92を組み合わせたもので、この例では、断面が直角三角形状の二個のプリズム91,92を斜面を向かい合わせて配置した構造となっている。斜面に対して鋭角を成す他の一つの面は、光軸に対して垂直である。 The optical path length changer 9, which is a prism pair unit, is a combination of two prisms 91, 92 of the same size and shape. In this example, the two prisms 91, 92, each with a right-angled triangular cross section, are arranged with their inclined faces facing each other. The other face, which forms an acute angle with the inclined face, is perpendicular to the optical axis.

二個のプリズム91,92のうちの一方は固定プリズム91であり、他方は可動プリズム92である。可動プリズム92には、ピエゾ素子のようなアクチュエータ93が設けられている。アクチュエータ93は、メインコントローラ7に接続されており、AF用距離計10の計測データに従ってメインコントローラ7がアクチュエータ93を制御するようになっている。
可動プリズム92が図10中矢印で示す方向に移動すると、光路長(光学的距離)が変化する。このため、AF用距離計10の計測データに従ってアクチュエータ93を制御することで、最適な合焦状態を達成することができる。
One of the two prisms 91, 92 is a fixed prism 91, and the other is a movable prism 92. The movable prism 92 is provided with an actuator 93 such as a piezoelectric element. The actuator 93 is connected to the main controller 7, and the main controller 7 controls the actuator 93 in accordance with measurement data from the AF rangefinder 10.
10, the optical path length (optical distance) changes, so that the optimal focusing state can be achieved by controlling the actuator 93 in accordance with the measurement data of the AF rangefinder 10.

第二の実施形態では、オフセット光学系8A,8Bに光路長変更器9が設けられているので、露光ヘッド1内に設ける必要がなく、露光ヘッド1内の構造が簡略化される。特に、第二の実施形態では、光路長変更器9が第一ミラー81と第二ミラー82との間に設けられているので、配置の際の調整が容易である。第一ミラー81、第二ミラー82及び光路長偏光器9を筐体内に収容して軸合わせをした後、筐体を露光ヘッド1に対して精度良く配置すれば良く、調整が容易である。 In the second embodiment, the optical path length changer 9 is provided in the offset optical systems 8A and 8B, so there is no need to provide it within the exposure head 1, and the structure within the exposure head 1 is simplified. In particular, in the second embodiment, the optical path length changer 9 is provided between the first mirror 81 and the second mirror 82, so adjustments during placement are easy. After the first mirror 81, the second mirror 82, and the optical path length changer 9 are housed in a housing and aligned, the housing can be precisely positioned relative to the exposure head 1, making adjustments easy.

尚、光路長変更器9は第一ミラー81と露光ヘッド1A,1Bとの間の光路上に配置されていても良く、第二ミラー82の出射側(下方)に配置されていても良い。また、光路長変更器9としては、プリズムペアユニット以外の他の構成のものを採用することも可能である。 The optical path length changer 9 may be disposed on the optical path between the first mirror 81 and the exposure heads 1A and 1B, or may be disposed on the exit side (below) of the second mirror 82. In addition, it is also possible to adopt a configuration other than a prism pair unit as the optical path length changer 9.

次に、第三の実施形態の直描式露光装置について説明する。図11は、第三の実施形態の直描式露光装置の主要部を示した正面概略図である。
第三の実施形態の直描式露光装置も第二の実施形態と同様、各オフセット光学系8A,8Bがオートフォーカス機能を有している。第三の実施形態が第二の実施形態と異なるのは、オフセット用のミラーの移動によってオートフォーカス機能を実現している点である。
Next, a direct imaging exposure apparatus according to a third embodiment will be described with reference to Fig. 11, which is a schematic front view showing the main components of the direct imaging exposure apparatus according to the third embodiment.
In the direct imaging exposure apparatus of the third embodiment, each of the offset optical systems 8A and 8B has an autofocus function, similar to the second embodiment. The third embodiment differs from the second embodiment in that the autofocus function is realized by moving an offset mirror.

具体的には、図11に示すように、第二ミラー82Aが可動ミラーとなっており、アクチュエータ83が付設されている。アクチュエータ83は同様にメインコントローラ7に接続されており、AF用距離計10の計測データに従って制御される。アクチュエータ83により第二ミラー82Aが移動する結果、光路長が変化し、最適な合焦状態となる。図示は省略されているが、第二列オフセット光学系8Bにおいても、同様の構成が採用されている。
第三の実施形態によれば、オフセット光学系8を構成する光学素子を移動させることで合焦状態を実現しており、光路長変調器は用いていない。このため、構成がシンプルになり、部品点数の削減によるコストダウンが見込める。
11, the second mirror 82A is a movable mirror and is provided with an actuator 83. The actuator 83 is similarly connected to the main controller 7 and is controlled according to measurement data from the AF rangefinder 10. As a result of the actuator 83 moving the second mirror 82A, the optical path length changes and an optimal focusing state is achieved. Although not shown in the figure, a similar configuration is also adopted in the second row offset optical system 8B.
According to the third embodiment, the focusing state is achieved by moving the optical elements constituting the offset optical system 8, and no optical path length modulator is used. This simplifies the configuration and is expected to reduce costs by reducing the number of parts.

次に、第四の実施形態の直描式露光装置について説明する。図12は、第四の実施形態の直描式露光装置の主要部を示した正面概略図である。
第四の実施形態も、第三の実施形態と同様、オフセット光学系8A,8Bを構成する光学素子を用いてオートフォーカス機能を実装している。第四の実施形態では、第二ミラー82Aの出射側に二つのミラー84,85を追加している。即ち、第二ミラー82の直下の位置に第三ミラー84が光軸に対して45度の姿勢で設けられている。第三ミラー84は、第二ミラー82に対しては180度異なる姿勢であり、光軸を水平方向(X方向)の逆向きに折り返す。
Next, a direct imaging type exposure apparatus according to a fourth embodiment will be described with reference to Fig. 12, which is a schematic front view showing the main part of the direct imaging type exposure apparatus according to the fourth embodiment.
In the fourth embodiment, as in the third embodiment, an autofocus function is implemented using optical elements constituting the offset optical systems 8A and 8B. In the fourth embodiment, two mirrors 84 and 85 are added to the exit side of the second mirror 82A. That is, a third mirror 84 is provided immediately below the second mirror 82A at an angle of 45 degrees to the optical axis. The third mirror 84 is oriented 180 degrees differently from the second mirror 82, and bends the optical axis in the opposite direction to the horizontal direction (X direction).

そして、第三ミラー84と同じ高さの位置に第四ミラー85が設けられている。第四ミラー85も光軸に対して45度の姿勢であり、第三ミラー84と同じ姿勢で配置されている。
図12に示すように、第四ミラー85によって光軸は下方に垂直に折り曲げられ、照射エリアEAに達している。第三ミラー84と第四ミラー85との距離は、第一ミラー81Aと第二ミラー82Aとの距離よりも短く、X方向で見た第一ミラー81Aと第四ミラー85との距離がオフセットの距離である。
A fourth mirror 85 is provided at the same height as the third mirror 84. The fourth mirror 85 is also oriented at 45 degrees with respect to the optical axis, and is disposed in the same orientation as the third mirror 84.
12, the optical axis is bent vertically downward by the fourth mirror 85 and reaches the irradiation area EA. The distance between the third mirror 84 and the fourth mirror 85 is shorter than the distance between the first mirror 81A and the second mirror 82A, and the distance between the first mirror 81A and the fourth mirror 85 as viewed in the X direction is the offset distance.

第四の実施形態では、第二ミラー82Aと第三ミラー84は不図示のフレームにより一体に保持されており、このフレームに対してアクチュエータ86が設けられている。アクチュエータ86は、第二ミラー82Aと第三ミラー84とを一体にX方向に移動させるよう不図示のフレームに連結されている。 In the fourth embodiment, the second mirror 82A and the third mirror 84 are held together by a frame (not shown), and an actuator 86 is provided for this frame. The actuator 86 is connected to the frame (not shown) so as to move the second mirror 82A and the third mirror 84 together in the X direction.

第四の実施形態においても、メインコントローラ7からの信号によりアクチュエータ86が制御され、AF用距離計10の計測データに従って第二ミラー82A及び第三ミラー84が一体に移動して位置が変更される。この結果、光路長が変化して最適な合焦状態が実現される。図示は省略されているが、第二列オフセット光学系8Bにおいても、同様の構成が採用されている。 In the fourth embodiment, the actuator 86 is also controlled by a signal from the main controller 7, and the second mirror 82A and the third mirror 84 move together and change their positions according to the measurement data of the AF rangefinder 10. As a result, the optical path length changes and the optimal focusing state is achieved. Although not shown in the figure, a similar configuration is also adopted in the second row offset optical system 8B.

第三の実施形態と比べると、第四の実施形態では、オートフォーカスの際に照射エリアEAが移動しないというメリットがある。第三の実施形態では、第二ミラー82A,81Bのみの移動によってオートフォーカスを実現しているので、照射エリアEA,EBの位置もX方向でシフトしてしまう。このため、アクチュエータ83の駆動量(向きと距離)に応じて画素シーケンスプログラム731を変更し、シフトを補償した位置で露光が行われるようにする必要がある。このような必要がない点で、第四の実施形態の構成は優れている。 Compared to the third embodiment, the fourth embodiment has the advantage that the irradiation area EA does not move during autofocus. In the third embodiment, autofocus is achieved by moving only the second mirrors 82A and 81B, so the positions of the irradiation areas EA and EB also shift in the X direction. For this reason, it is necessary to change the pixel sequence program 731 according to the drive amount (direction and distance) of the actuator 83 so that exposure is performed at a position that compensates for the shift. The configuration of the fourth embodiment is superior in that it does not require this.

上述した各実施形態において、オフセット光学系8A,8Bはミラーを使用した光学系であったが、ミラーに代えてプリズムを使用しても良い。各プリズムは、ミラーと同様、光軸をそれぞれ直角に折り曲げる姿勢で配置される。
尚、各実施形態において、露光は往路と復路とで行われたが、これは必須ではなく、二往復する場合に二回の往路で露光が行われたり、二回の復路で露光が行われたりする場合もある。
In the above-described embodiments, the offset optical systems 8A and 8B are optical systems using mirrors, but prisms may be used instead of mirrors. Each prism is disposed in a position in which the optical axis is bent at a right angle, similar to the mirror.
In each embodiment, exposure is performed on the outbound and return journeys, but this is not essential, and when two round trips are made, exposure may be performed on two outbound journeys, or on two return journeys.

また、各照射エリアEA,EBを基板Wが2回通過することは本願発明において必須ではなく、1回通過のみで隙間のない露光が行われる装置であっても良い。即ち、図13に示すようにY方向での微小パターンMの離間距離Lが微小パターンMの直径φよりも小さく、1回の通過のみで隙間のない露光が行われる場合であっても、基板Wが照射エリアEA,EBを完全に通過するのに要するステージ6の移動距離が短くなる構成は、生産性向上に寄与する。 Furthermore, it is not essential for the present invention that the substrate W passes through each irradiation area EA, EB twice, and the device may perform gap-free exposure in only one pass. That is, even if the separation distance L of the micropatterns M in the Y direction is smaller than the diameter φ of the micropatterns M as shown in FIG. 13 and gap-free exposure is performed in only one pass, a configuration that shortens the movement distance of the stage 6 required for the substrate W to completely pass through the irradiation areas EA, EB contributes to improved productivity.

尚、上述した各実施形態において、いわゆるツインステージの構成が採用されることもあり得る。ツインステージの構成とは、二台のステージを設けた構成であり、照射エリアEA,EBを挟んで両側にステージの待機位置が設定されている構成である。両側のステージは、交互に照射エリアを通して往復し、それぞれに載置されている基板Wに対して交互に露光が行われる。この場合も、各照射エリアEA,EBを基板Wが完全に通過するための移動距離が各オフセット光学系8A,8Bにより短縮化され、生産性が向上する。 In addition, in each of the above-mentioned embodiments, a so-called twin stage configuration may be adopted. A twin stage configuration is a configuration in which two stages are provided, with standby positions for the stages set on either side of the irradiation areas EA and EB. The stages on both sides alternately reciprocate through the irradiation areas, and the substrates W placed on each are exposed alternately. In this case, too, the travel distance for the substrate W to pass completely through each irradiation area EA and EB is shortened by each offset optical system 8A and 8B, improving productivity.

1A 露光ヘッド
1B 露光ヘッド
10 AF用距離計
6 ステージ
61 ステージ移動機構
611 X方向リニアガイド
613 Y方向リニアガイド
7 メインコントローラ
72 メインシーケンスプログラム
731 画素シーケンスプログラム
732 画素シーケンスプログラム
8A オフセット光学系
8B オフセット光学系
81A 第一ミラー
82A 第二ミラー
81B 第一ミラー
82B 第二ミラー
9 光路長変更器
W 基板
Reference Signs List 1A Exposure head 1B Exposure head 10 AF range finder 6 Stage 61 Stage movement mechanism 611 X-direction linear guide 613 Y-direction linear guide 7 Main controller 72 Main sequence program 731 Pixel sequence program 732 Pixel sequence program 8A Offset optical system 8B Offset optical system 81A First mirror 82A Second mirror 81B First mirror 82B Second mirror 9 Optical path length changer W Substrate

Claims (7)

空間光変調器により光のパターンを形成して基板を露光する直描式露光装置であって、
光源及び空間光変調器を有する複数の露光ヘッドと、
基板が載置されるステージと、
ステージを移動させ、空間光変調器が形成したパターンの光が照射されるエリアである照射エリアを基板が通過するようにするステージ移動機構とを備えており、
複数の露光ヘッドは、ステージの移動方向に対して垂直な方向に沿って二列に並べられており、
各露光ヘッドと各照射エリアとの間には、少なくとも一方の列の各露光ヘッドについてオフセット光学系が設けられており、
各オフセット光学系は、一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアが他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアに近づく向きに各光軸をオフセットする光学系であることを特徴とする直描式露光装置。
A direct imaging exposure apparatus that forms a light pattern using a spatial light modulator to expose a substrate, comprising:
a plurality of exposure heads each having a light source and a spatial light modulator;
a stage on which a substrate is placed;
a stage moving mechanism for moving the stage so that the substrate passes through an irradiation area, which is an area onto which the light of the pattern formed by the spatial light modulator is irradiated;
The exposure heads are arranged in two rows in a direction perpendicular to the direction of movement of the stage,
an offset optical system is provided for each exposure head in at least one row between each exposure head and each irradiation area;
a direct imaging exposure device, wherein each offset optical system is an optical system that offsets each optical axis in a direction in which each illumination area by each exposure head in one row approaches each illumination area by each exposure head in the other row.
前記オフセット光学系は、二列の前記露光ヘッドのそれぞれに設けられており、前記他方の列の各露光ヘッドについて設けられたオフセット光学系は、当該他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアが前記一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアに近づくよう光軸をオフセットする光学系であることを特徴とする請求項1記載の直描式露光装置。 The direct imaging exposure device according to claim 1, characterized in that the offset optical system is provided for each of the two rows of exposure heads, and the offset optical system provided for each exposure head of the other row is an optical system that offsets the optical axis so that each irradiation area by each exposure head of the other row approaches each irradiation area by each exposure head of the one row. 前記一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアと、前記他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアは、前記ステージの移動方向に垂直な方向において重なっていることを特徴とする請求項1又は2いずれかに記載の直描式露光装置。 The direct imaging exposure device according to claim 1 or 2, characterized in that each irradiation area by each exposure head in the one row and each irradiation area by each exposure head in the other row overlap in a direction perpendicular to the movement direction of the stage. 前記一方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアと、前記他方の列の各露光ヘッドによる各照射エリアは、一直線上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の直描式露光装置。 The direct imaging exposure device according to claim 1 or 2, characterized in that each illumination area by each exposure head in the one row and each illumination area by each exposure head in the other row are on a straight line. 前記各オフセット光学系は、反射面が露光ヘッドからの光軸を直角に折り曲げる第一の反射素子と、第一の反射素子により直角に曲げられた光軸を基板に向けて直角に折り曲げる反射面を有する第二の反射素子とを含んでいることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の直描式露光装置。 A direct imaging exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each of the offset optical systems includes a first reflecting element whose reflecting surface bends the optical axis from the exposure head at a right angle, and a second reflecting element having a reflecting surface that bends the optical axis bent at a right angle by the first reflecting element toward the substrate at a right angle. 前記第一の反射素子と前記第二の反射素子の間には、当該オフセット光学系が設けられた露光ヘッドによる照射エリアまでの光路長を変更する光路長変更器が設けられていることを特徴とする請求項5記載の直描式露光装置。 The direct imaging exposure device according to claim 5, characterized in that an optical path length changer is provided between the first reflecting element and the second reflecting element, for changing the optical path length to the irradiation area by the exposure head provided with the offset optical system. 前記第二の反射素子は、前記照射エリアまでの光路長を変更することができるように前記第一の反射素子からの光軸に沿って移動可能に設けられていることを特徴とする請求項5記載の直描式露光装置。 The direct imaging exposure device according to claim 5, characterized in that the second reflecting element is movable along the optical axis from the first reflecting element so that the optical path length to the irradiation area can be changed.
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