JP7780993B2 - Exposure apparatus and exposure position measuring method - Google Patents
Exposure apparatus and exposure position measuring methodInfo
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Description
本発明は、DMD(Digital Micro-mirror Device)などの光変調素子アレイを用いてパターンを形成する露光装置に関し、特に、露光位置の検出に関する。 The present invention relates to an exposure device that forms a pattern using an array of light modulation elements such as a DMD (Digital Micro-mirror Device), and in particular to detecting the exposure position.
マスクレス露光装置では、基板を搭載したステージを移動させながら、DMDなどの光変調素子アレイによってパターンの光を基板に投影する。このような露光動作では、ステージの移動に応じて基板の位置を検出し、パターン光の投影対象エリア(露光エリア)の位置に応じたパターン光を投影するように、マイクロミラーなどの光変調素子を制御する。 In a maskless exposure device, a stage carrying a substrate is moved while a pattern of light is projected onto the substrate using a light modulation element array such as a DMD. During this type of exposure operation, the position of the substrate is detected in accordance with the movement of the stage, and light modulation elements such as micromirrors are controlled to project pattern light according to the position of the area to be projected (exposure area) of the pattern light.
例えばミクロンオーダーによる微細なパターンを基板などに形成する場合、基板の位置を正確に検出する必要がある。しかしながら、DMDなどの温度変化、露光動作を重ねることによる露光光学系の固定位置変動などにより、パターン光の投影位置にずれが生じ、パターン形成に誤差が生じることがある。 For example, when forming a micron-order fine pattern on a substrate, it is necessary to accurately detect the position of the substrate. However, due to temperature changes in the DMD, etc., or fluctuations in the fixed position of the exposure optical system caused by repeated exposure operations, deviations can occur in the projection position of the pattern light, resulting in errors in pattern formation.
このような露光位置のずれを補正するため、複数のバー状の位置検出用パターン光を走査させ、露光位置のずれを検出する方法が知られている(特許文献1参照)。そこでは、描画面の傍にスリットを形成し、スリット幅より大きな幅をもつ複数のバー状のパターン光を連ねて走査させる。そして、スリットを通過するパターン光を受光するフォトセンサから時系列で出力される光量分布に基づいて、露光位置を測定(算出)し、露光位置のずれを補正する。 To correct this exposure position deviation, a method is known in which multiple bar-shaped position detection pattern lights are scanned to detect the exposure position deviation (see Patent Document 1). In this method, a slit is formed next to the drawing surface, and multiple bar-shaped pattern lights with a width greater than the slit width are scanned in succession. The exposure position is then measured (calculated) based on the light intensity distribution output in time series from a photosensor that receives the pattern light that passes through the slit, and the exposure position deviation is corrected.
近年、マスクレス露光装置においても、パターンの微細化がより一層要求されている。しかしながら、フォトセンサの感度特性やステージの送り精度などに起因して、パターン光の走査によって計測される露光位置の精度には限界がある。 In recent years, there has been a growing demand for finer patterns, even in maskless exposure equipment. However, there are limits to the accuracy of the exposure position measured by scanning the pattern light due to factors such as the sensitivity characteristics of the photosensor and the accuracy of the stage feed.
したがって、光変調素子アレイを備えた露光装置において、より高精度で露光位置を測定可能にすることが求められる。 Therefore, there is a need for exposure devices equipped with light modulation element arrays that are able to measure the exposure position with greater accuracy.
本発明の露光装置は、格子状に区切ることによって1次元または2次元配列した複数の光透過部を有する露光位置測定用のマスクと、1次元または2次元格子状パターン光を、光変調素子アレイからマスクに投影し、1次元または2次元のモアレ像を形成する露光部と、複数の光透過部を透過した光を受光する撮像部またはフォトセンサからの出力信号に基づき、モアレ法によって露光位置を測定する位置測定部とを備える。 The exposure apparatus of the present invention comprises a mask for measuring the exposure position, which has multiple light-transmitting sections arranged one- or two-dimensionally by dividing it into a grid pattern; an exposure unit that projects one- or two-dimensional grid-like pattern light from a light modulation element array onto the mask to form a one- or two-dimensional moiré image; and a position measurement unit that measures the exposure position using the moiré method based on output signals from an imaging unit or photosensor that receives light that has passed through the multiple light-transmitting sections.
露光位置測定用のマスクは、格子状の遮光部を形成することによって1次元または2次元マトリクス状に配列させた複数の光透過部を形成することができる。1次元または2次元格子状パターン光は、露光位置測定用のマスクに投影される光(光束)が1次元または2次元的に間隔をもったパターンの光として構成され、例えば、パターン光投影対象となる複数の変調素子群を規則的間隔で定め、矩形状の光が1次元または2次元的に投影される格子状パターン光を形成することができる。露光位置測定用のマスクと、格子状パターン光のピッチに差をつけることにより、モアレ像を形成することが可能である。なお、「モアレ像」は、1次元または2次元干渉縞(モアレ)が少なくとも縞として認識される像だけでなく、ピントが外れている、あるいは平滑化処理などによってボヤけた像などについても、モアレ法により位相の変化、ずれなどを測定可能な像であれば、モアレ像として含まれるものとする。 The exposure position measurement mask can form multiple light-transmitting areas arranged in a one- or two-dimensional matrix by forming grid-shaped light-blocking areas. A one- or two-dimensional grid-shaped pattern light is formed when the light (light beam) projected onto the exposure position measurement mask is a one- or two-dimensionally spaced pattern light. For example, a grid-shaped pattern light can be formed by regularly spaced multiple modulation element groups onto which the pattern light is projected, projecting rectangular light in one or two dimensions. By creating a difference in the pitch between the exposure position measurement mask and the grid-shaped pattern light, a moiré image can be formed. Note that the term "moiré image" does not only refer to an image in which one- or two-dimensional interference fringes (moiré) are at least recognizable as fringes, but also includes images that are out of focus or blurred due to smoothing processing, etc., as long as the phase change, shift, etc. can be measured using the moiré method.
露光部は、1周期未満の1次元または2次元干渉縞が現れるモアレ像を形成する1次元または2次元格子状パターン光を、マスクに投影することができる。あるいは、露光部が、1周期以上の干渉縞が現れるモアレ像を形成する1次元または2次元格子状パターン光を、マスクに投影することも可能である。 The exposure unit can project onto the mask one- or two-dimensional grid-like pattern light, which forms a moiré image in which one- or two-dimensional interference fringes with less than one period appear. Alternatively, the exposure unit can project onto the mask one- or two-dimensional grid-like pattern light, which forms a moiré image in which interference fringes with one period or more appear.
位置測定部は、露光部とマスクとを相対的に静止させている状態で、露光位置を測定することができる。位置測定部は、例えば、モアレ像における波形状の輝度分布または複数箇所の輝度値に基づいて、露光位置を算出することが可能である。また、位置測定部は、撮像部によって取得される画像データに対して平滑化処理が施された画像データに基づいて、露光位置を測定するように構成することができる。 The position measurement unit can measure the exposure position while the exposure unit and mask are kept relatively stationary. The position measurement unit can calculate the exposure position based on, for example, a waveform-shaped brightness distribution in a moiré image or brightness values at multiple locations. The position measurement unit can also be configured to measure the exposure position based on image data obtained by the imaging unit that has been smoothed.
例えば、マスクが、2次元マトリクス状に配列した複数の光透過部を有し、露光部は、2次元格子状パターン光をマスクに投影することが可能である。あるいは、露光部が、1次元格子状パターン光をマスクに投影することも可能である。 For example, the mask may have multiple light-transmitting sections arranged in a two-dimensional matrix, and the exposure section may project a two-dimensional grid-like pattern of light onto the mask. Alternatively, the exposure section may project a one-dimensional grid-like pattern of light onto the mask.
本発明の他の一態様であるマスクレス露光装置の露光位置測定方法は、1次元または2次元格子状パターン光を、光変調素子アレイから、格子状に区切ることによって1次元または2次元配列した複数の光透過部を有する露光位置測定用のマスクに投影することによって、1次元または2次元のモアレ像を形成し、1次元または2次元配列した複数の光透過部を透過した光を受光する撮像部またはフォトセンサからの出力信号に基づき、モアレ法によって露光位置を測定する。 Another aspect of the present invention is a method for measuring an exposure position in a maskless exposure device. A one-dimensional or two-dimensional grid-like pattern of light is projected from a light modulation element array onto a mask for measuring the exposure position, which has a plurality of light-transmitting sections arranged one-dimensionally or two-dimensionally by dividing the light into a grid-like pattern, thereby forming a one-dimensional or two-dimensional moiré image. The exposure position is measured by the moiré method based on the output signal from an imaging unit or photosensor that receives light that has passed through the plurality of light-transmitting sections arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
本発明の一態様である露光位置測定マスクは、光変調素子アレイを備えた露光装置に装備可能であり、光変調素子アレイによって形成される1次元または2次元格子状パターン光に対して1次元又は2次元の現れるモアレ像を形成可能なように、1次元または2次元配列した複数の光透過部を有する。 An exposure position measurement mask, one aspect of the present invention, can be installed in an exposure device equipped with a light modulation element array, and has multiple light-transmitting sections arranged one-dimensionally or two-dimensionally so as to form a moiré image that appears one-dimensionally or two-dimensionally in response to the one-dimensional or two-dimensional grid-like pattern light formed by the light modulation element array.
このような露光位置測定用マスクの交換方法として、対象となる露光装置にあらかじめ設置されていた露光位置測定用マスクと交換する方法を提供することができる。ここでの「あらかじめ設定されていた露光位置測定用マスク」は、上記モアレ像を形成可能なマスクや、モアレ像を形成せず、ガラスマスクなどにスリットなどが形成された露光位置測定用マスクも含まれる。 As a method for replacing such an exposure position measurement mask, it is possible to provide a method for replacing it with an exposure position measurement mask that was previously installed in the target exposure tool. Here, "pre-installed exposure position measurement mask" includes a mask that can form the above-mentioned moiré image, as well as an exposure position measurement mask that does not form a moiré image and has slits or the like formed in a glass mask or the like.
本発明によれば、光変調素子アレイを備えた露光装置において、より高精度で露光位置を測定可能することができる。 According to the present invention, it is possible to measure the exposure position with greater accuracy in an exposure device equipped with a light modulation element array.
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態である露光装置のブロック図である。 Figure 1 is a block diagram of the exposure apparatus of the first embodiment.
露光装置10は、フォトレジストなどの感光材料を塗布、あるいは貼り付けた基板Wへ光を照射することによってパターンを形成するマスクレス露光装置であり、コントローラ30は、露光装置10の動作を制御する。 The exposure apparatus 10 is a maskless exposure apparatus that forms a pattern by irradiating light onto a substrate W that has been coated or affixed with a photosensitive material such as photoresist, and the controller 30 controls the operation of the exposure apparatus 10.
露光装置10は、パターン光を投影する複数の露光ヘッドを備えている(ここでは1つの露光ヘッド18のみ図示)。露光ヘッド18は、照明光学系17、DMD22、結像光学系19を備え、露光部を構成する。照明光を発光する光源20は、例えばLED、レーザダイオード、放電ランプなどによって構成可能であり、光源駆動部21により駆動される。 The exposure device 10 is equipped with multiple exposure heads that project pattern light (only one exposure head 18 is shown here). The exposure head 18 comprises an illumination optical system 17, a DMD 22, and an imaging optical system 19, and constitutes an exposure unit. The light source 20 that emits the illumination light can be composed of, for example, an LED, laser diode, or discharge lamp, and is driven by a light source driver 21.
ベクタデータなどにより構成されるCAD/CAMデータが露光装置10に入力されるのに従い、ラスタ変換回路26は、ベクタデータをラスタデータに変換する。生成されたラスタデータは、バッファメモリ(図示せず)に一時的に格納された後、DMD駆動回路24へ送られる。 As CAD/CAM data composed of vector data and the like is input to the exposure device 10, the raster conversion circuit 26 converts the vector data into raster data. The generated raster data is temporarily stored in a buffer memory (not shown) and then sent to the DMD drive circuit 24.
DMD22は、微小マイクロミラーを2次元配列させた光変調素子アレイとして構成され、各マイクロミラーは、姿勢を変化させることによって光の反射方向を選択的に切り替える。DMD駆動回路24からの露光データ(ON/OFFデータ)に応じて各ミラーが姿勢制御されることにより、パターンに応じた光が、結像光学系19を通って基板Wの表面に投影される。 The DMD 22 is configured as a light modulation element array with tiny micromirrors arranged two-dimensionally, and each micromirror selectively switches the direction of light reflection by changing its position. The position of each mirror is controlled in accordance with exposure data (ON/OFF data) from the DMD drive circuit 24, and light corresponding to the pattern is projected onto the surface of the substrate W through the imaging optical system 19.
基板Wを搭載するステージ12は、ステージ駆動機構15によって、主走査方向X、副走査方向Y(以下、X方向、Y方向ともいう)に移動可能である。ステージ駆動機構15は、不図示のリニアエンコーダを備え、ステージ12の位置を測定するとともに、コントローラ30からの制御信号に従ってステージ12を移動させる。 The stage 12 carrying the substrate W can be moved in the main scanning direction X and the sub-scanning direction Y (hereinafter also referred to as the X direction and Y direction) by a stage driving mechanism 15. The stage driving mechanism 15 is equipped with a linear encoder (not shown) that measures the position of the stage 12 and moves the stage 12 in accordance with control signals from the controller 30.
露光動作中、ステージ12が走査方向Xに沿って一定速度で移動するのに伴い、DMD22全体による投影エリア(以下、露光エリアという)は、基板Wの移動に伴って基板W上を相対的に移動する。DMD22の各マイクロミラーは、露光エリアの相対位置に従ってON/OFF制御され、露光エリアの位置に応じたパターン光が投影される。露光動作は、所定の露光ピッチに従って実行され、複数の露光ヘッドにより基板W全体を描画する。 During the exposure operation, as the stage 12 moves at a constant speed along the scanning direction X, the projection area of the entire DMD 22 (hereinafter referred to as the exposure area) moves relatively on the substrate W in accordance with the movement of the substrate W. Each micromirror of the DMD 22 is controlled to turn on/off according to the relative position of the exposure area, and a pattern of light corresponding to the position of the exposure area is projected. The exposure operation is performed according to a predetermined exposure pitch, and the entire substrate W is imaged using multiple exposure heads.
露光方式としては、一定速度で移動する連続移動方式だけでなく、間欠的に移動するステップ&リピートも可能である。また、露光ショット時の投影エリアを部分的に重ねる多重露光(オーバラップ露光)も可能である。一方、露光エリアが主走査方向Xに対して微小角度傾斜するように、複数の露光ヘッドをステージ12に対して位置決めすることで、高精度のパターンを形成することが可能である。 Exposure methods include not only continuous movement, which moves at a constant speed, but also step-and-repeat, which moves intermittently. Multiple exposure (overlapping exposure), in which the projection areas during exposure shots partially overlap, is also possible. Meanwhile, highly accurate patterns can be formed by positioning multiple exposure heads relative to the stage 12 so that the exposure areas are tilted at a small angle relative to the main scanning direction X.
例えば、ロットの切り替え、一定時間経過などのとき、露光動作を始める前段階において、パターンを正確な位置に形成するため、露光開始位置に関する補正処理が行われる。具体的には、露光ヘッド18が位置検出部28に対して露光位置検出用のパターン光を投影する。そして位置算出部27が、位置検出部28からの出力信号に基づいて、露光位置、すなわち露光ヘッド18に対する基板W(ステージ12)の相対位置を算出する。なお、露光開始位置に関する補正処理では、位置検出用のベクタデータあるいはラスタデータが使用される。 For example, before starting the exposure operation, such as when switching lots or after a certain amount of time has passed, a correction process is performed on the exposure start position to form a pattern in an accurate position. Specifically, the exposure head 18 projects pattern light for detecting the exposure position onto the position detection unit 28. The position calculation unit 27 then calculates the exposure position, i.e., the relative position of the substrate W (stage 12) with respect to the exposure head 18, based on the output signal from the position detection unit 28. Note that the correction process on the exposure start position uses vector data or raster data for position detection.
位置測定部を構成する位置検出部28、位置算出部27によって露光位置が求められると、コントローラ30は、位置算出部27から送られてくる露光位置情報に基づき、露光開始位置を補正する。例えば、ベクタデータに対する補正処理を施す。ラスタデータに対する補正処理を行ってもよい。 Once the exposure position is determined by the position detection unit 28 and position calculation unit 27, which make up the position measurement unit, the controller 30 corrects the exposure start position based on the exposure position information sent from the position calculation unit 27. For example, correction processing is performed on vector data. Correction processing may also be performed on raster data.
位置検出部28は、マスク29、撮像部31を備え、ステージ12の所定位置に設置、位置決めされている。マスク29は、格子状の区切りを設けることにより形成された複数の光透過部を有し、露光ヘッド18からマスク29に向けてモアレを生じさせるパターン光を投影することにより、干渉縞が現れる像(以下、モアレ像という)が形成される。そして、撮像部31によって取得されるモアレ像の画像データから、露光位置を測定する。以下、これについて詳述する。 The position detection unit 28 includes a mask 29 and an imaging unit 31, and is installed and positioned at a predetermined position on the stage 12. The mask 29 has multiple light-transmitting sections formed by providing grid-like divisions, and an image in which interference fringes appear (hereinafter referred to as a moiré image) is formed by projecting patterned light that generates moiré from the exposure head 18 onto the mask 29. The exposure position is then measured from image data of the moiré image acquired by the imaging unit 31. This is described in detail below.
図2は、DMD22において位置測定用のパターン光を形成するためのマイクロミラーのON/OFF配列(以下、ミラー配列という)と、ガラスマスク29の光透過部の配列を示した図である。初めにモアレ法について簡単に説明し、その後、本実施形態におけるモアレ像の生成手法について説明する。 Figure 2 shows the ON/OFF array of micromirrors (hereinafter referred to as the mirror array) used to form the pattern light for position measurement in the DMD 22, and the array of light-transmitting portions of the glass mask 29. First, we will briefly explain the moiré method, and then we will explain the method for generating moiré images in this embodiment.
モアレ像は、規則的な周期パターンが重なった際に干渉縞の現れる像を表す。例えば、1組の細かい平行格子を重ね合わせたとき、重ね合わせ具合に応じて、光の通過が妨げられた場所に暗部となる縞、反対に位相の一致した場所に明るい縞が生じ、位相のずれが明暗の縞として現れる。視覚的には、位相のずれから生じる透明部分の間と不透明部分の間の割合が明暗の縞として識別されるものであり、個々の波形ではなく、位相差によって生じるうなりが知覚される。 A moiré image is an image in which interference fringes appear when regular periodic patterns are superimposed. For example, when a set of fine parallel gratings are superimposed, depending on the degree of superposition, dark fringes will appear where the light passage is blocked, and conversely, bright fringes will appear where the phase is in sync, and the phase shift will appear as light and dark fringes. Visually, the ratio between transparent and opaque areas resulting from the phase shift is identified as light and dark fringes, and the beat caused by the phase difference is perceived, rather than individual waveforms.
このようなモアレ像を利用することによって、変位やずれを測定することが可能となり、モアレ法と呼ばれている。干渉縞(モアレ)が生じるのは、幾何学的干渉に起因するものであって、モアレ像における変位測定時の目盛りに相当するものは、干渉縞の周期となる。これは、波長のオーダー(ナノメートル)よりも大きく、周期パターンのピッチに依存する。また、モアレ法において、その測定の仕方等に起因して必ずしも干渉縞が縞模様とし現れないモアレ像を対象としても変位やずれを測定することが可能である(以下では、モアレ法の適用可能なより広義、広範囲のモアレ像について、モアレが生じているという)。 By utilizing such moiré images, it is possible to measure displacement and misalignment, a process known as the moiré method. Interference fringes (moiré) are generated due to geometric interference, and the equivalent of the scale markings on a moiré image when measuring displacement is the period of the interference fringes. This is larger than the order of wavelengths (nanometers) and depends on the pitch of the periodic pattern. Furthermore, with the moiré method, it is possible to measure displacement and misalignment even with moiré images where interference fringes do not necessarily appear as stripes due to the method of measurement, etc. (In the following, moiré is said to occur in a broader sense, referring to a wide range of moiré images to which the moiré method can be applied).
1組の格子それぞれのピッチに差を設けることによりモアレが生じるが、この差の大きさ、すなわち単位距離当たりの格子数の差によって、モアレの周期が一義的に定まる。したがって、1組の格子ピッチの差を調整することにより、干渉縞の周期を調整することが可能となる。 Moiré patterns occur when there is a difference in the pitch of each of a set of gratings, and the period of the moiré pattern is uniquely determined by the magnitude of this difference, i.e., the difference in the number of gratings per unit distance. Therefore, by adjusting the difference in the pitch of a set of gratings, it is possible to adjust the period of the interference fringes.
この単位距離当たりの格子数の差をできる限り小さくすることにより、格子のピッチに対してより大きな周期をもつモアレを発生させることができる。このことは、モアレ像において、実際の変位量と比べて非常に大きな拡大率(例えば数十倍~数百倍)で、変位量を表示し、測定できることを意味する。 By minimizing the difference in the number of gratings per unit distance, it is possible to generate a moiré pattern with a period greater than the grating pitch. This means that the amount of displacement can be displayed and measured in the moiré image at a magnification (for example, several tens to several hundred times) that is significantly greater than the actual amount of displacement.
本実施形態では、従来のモアレ法のように1組の格子を重ね合わせる構成ではなく、DMD22から投影する2次元に形成される周期パターンの光(以下、格子状パターン光という)と、2次元に配列された周期パターンの光透過部を設けたマスク29との組み合わせにより、モアレ像を形成する。ここでは、2次元のモアレ像を形成するため、2次元整列状(マトリクス状)に光透過部を形成したマスク29を配置し、DMD22によって2次元格子状のパターン光を形成し、マスク29の光透過部形成領域に向けて投影する。 In this embodiment, rather than superimposing a set of grids as in conventional moiré methods, a moiré image is formed by combining a two-dimensional periodic pattern of light (hereinafter referred to as grid pattern light) projected from the DMD 22 with a mask 29 having light-transmitting portions arranged in a two-dimensional periodic pattern. Here, to form a two-dimensional moiré image, a mask 29 having light-transmitting portions formed in a two-dimensional array (matrix) is arranged, and two-dimensional grid pattern light is formed by the DMD 22 and projected toward the light-transmitting portion-forming areas of the mask 29.
図2では、マスク29における光透過部の一部配列を示している。マスク29は、互いに直交する2方向に沿って2次元方向にモアレの現れるモアレ像を発生させる2次元格子として構成される。マスク29の光透過部Mは、ここでは方形状であって縦横同じ長さであり、ステージ12の移動方向(X方向、Y方向)に対し、定められたピッチPで規則的に複数配列させた格子構造となっている。 Figure 2 shows a partial arrangement of light-transmitting portions in the mask 29. The mask 29 is configured as a two-dimensional lattice that generates a moiré image in which moiré appears in two dimensions along two mutually perpendicular directions. The light-transmitting portions M of the mask 29 are rectangular in shape and have the same length in both the vertical and horizontal directions, forming a lattice structure in which multiple portions are regularly arranged at a set pitch P in the direction of movement of the stage 12 (X direction, Y direction).
マスク29は、その表面の位置(高さ)が基板W(図1)の感光材表面の位置に合わせて設置されている。また、マスク29では、隣り合う光透過部Mの隙間から光が透過しない、あるいは光透過部Mと比べて透過率が相対的に低くなるように構成されている。例えば、マスク29は、ガラスマスクで構成し、光透過部M周囲をクロムなどで遮光する構成にすることが可能である。 The mask 29 is installed so that its surface position (height) is aligned with the position of the photosensitive material surface of the substrate W (Figure 1). The mask 29 is also configured so that light does not pass through the gaps between adjacent light-transmitting portions M, or so that the transmittance is relatively low compared to the light-transmitting portions M. For example, the mask 29 can be configured as a glass mask with the periphery of the light-transmitting portions M shielded from light with chrome or the like.
一方、DMD22からマスク29へ投影される格子状パターン光は、その投影像が、ステージの移動方向(X方向、Y方向)に沿ってピッチ(K×P)で格子状に配列するパターン光になる。各マイクロミラーは方形状であり、格子状パターン光の像は、マスク29の光透過部Mの配列と同様、X、Y方向に規則的に配列した方形状の格子像が並ぶパターンとなる一方、マスク29とは異なるピッチでX、Y方向に並ぶ。 On the other hand, the grid pattern light projected from the DMD 22 onto the mask 29 becomes a pattern light whose projected image is arranged in a grid pattern at a pitch (K x P) along the stage movement directions (X direction, Y direction). Each micromirror is rectangular, and the image of the grid pattern light becomes a pattern of rectangular grid images arranged regularly in the X and Y directions, similar to the arrangement of the light-transmitting portions M of the mask 29, but arranged at a different pitch in the X and Y directions than the mask 29.
格子状パターン光の像におけるピッチは、光透過部のピッチPに係数Kを乗じることで求められる(K×P)。2次元のモアレを形成するため、係数Kは1以外の値に定められる(K≠1)。また、撮像部31の視野範囲、モアレ像の2次元モアレの周期、拡大率などを考慮して、係数Kの値が定められる。 The pitch of the grid-pattern light image is calculated by multiplying the pitch P of the light-transmitting portions by a coefficient K (K x P). To form two-dimensional moiré, the coefficient K is set to a value other than 1 (K ≠ 1). The value of the coefficient K is determined taking into consideration the field of view of the imaging unit 31, the period of the two-dimensional moiré of the moiré image, the magnification ratio, etc.
例えば、露光位置(基準位置からのずれ)を10倍~100倍以上の拡大率で検出することを考慮し、ピッチPおよび係数Kの値を定めることができる。ピッチPは、マイクロミラーのサイズ、結像光学系19の倍率などに応じて、数μm~数百μmの範囲に定めることが可能である。 For example, the values of pitch P and coefficient K can be determined taking into account the need to detect the exposure position (deviation from the reference position) at a magnification of 10x to 100x or more. Pitch P can be set in the range of several micrometers to several hundred micrometers, depending on factors such as the size of the micromirror and the magnification of the imaging optical system 19.
拡大率をできるだけ大きな値に設定すること考慮すると、係数Kの値を比較的1に近い値に定めればよい。例えば、K<2、K<1.5、あるいはK<1.2の範囲に定めることができる。ここでは、Kが1より大きい値(K>1)に設定されているが、1未満(K<1)であってもよい。 When considering setting the magnification ratio to as large a value as possible, the coefficient K should be set to a value relatively close to 1. For example, it can be set in the range K<2, K<1.5, or K<1.2. Here, K is set to a value greater than 1 (K>1), but it can also be less than 1 (K<1).
ここでは、結像光学系19の倍率が1に定められており、DMD22において各格子の光を形成するためにON状態に設定するマイクロミラーのブロックBのサイズMSは、光透過部MのサイズSに合わせて定められている。 Here, the magnification of the imaging optical system 19 is set to 1, and the size MS of the micromirror block B that is set to the ON state to form the light of each grating in the DMD 22 is set to match the size S of the light-transmitting portion M.
そして、ブロックBのサイズMSに合わせて、ブロックBを形成するマイクロミラーの縦および横のミラー数が定められる。結像光学系19の倍率が1以外(拡大、縮小倍率)に設定されている場合、倍率に合わせてブロックBを構成するマイクロミラー数を定めればよい。 The number of vertical and horizontal micromirrors that make up block B is then determined according to the size MS of block B. If the magnification of the imaging optical system 19 is set to a value other than 1 (enlargement or reduction magnification), the number of micromirrors that make up block B can be determined according to the magnification.
DMD22に対するマスク29の位置、すなわちステージ12の位置は、撮像部31の受光面(視野領域)において、2次元にモアレの現れるモアレ像が形成される位置に定められている。そして、撮像部31の受光面において、X、Y両方向に1周期以上のモアレが現れるモアレ像を形成することが可能なように、DMD22による格子状パターン光がマスク29に投影される。 The position of the mask 29 relative to the DMD 22, i.e., the position of the stage 12, is determined so that a moiré image in which moiré appears two-dimensionally is formed on the light-receiving surface (field of view) of the imaging unit 31. The grid-like pattern light from the DMD 22 is projected onto the mask 29 so that a moiré image in which moiré appears with one or more periods in both the X and Y directions can be formed on the light-receiving surface of the imaging unit 31.
図3は、撮像部31によって捉えられるモアレ像を例示した図である。ここでは、撮像部31の受光面(視野領域)の中心部に暗部、4隅付近に明部が現れる2次元干渉縞のモアレ像が形成されている。なお、格子状パターン光は、マスク29の表面(=描画面)に結像するため、撮像部31の受光面ではピントが外れているが、露光位置の検出に対して実質的な影響はない。 Figure 3 is a diagram illustrating a moiré image captured by the imaging unit 31. Here, a moiré image of two-dimensional interference fringes is formed, with a dark area in the center of the light-receiving surface (field of view) of the imaging unit 31 and bright areas near the four corners. Note that since the grid-like pattern light is imaged on the surface of the mask 29 (= drawing surface), it is out of focus on the light-receiving surface of the imaging unit 31, but this does not substantially affect the detection of the exposure position.
マスク29のピッチPと、マイクロミラーをON状態にするブロックBのピッチK×Pとが、いずれもX、Y両方向同じピッチであるため、2次元モアレのX方向の周期Tx、Y方向の周期Tyは等しい。2次元モアレの周期Tx、Tyは設計値から求まる既知の値である。 Since the pitch P of the mask 29 and the pitch K×P of the blocks B that turn the micromirrors ON are the same in both the X and Y directions, the period Tx of the two-dimensional moiré in the X direction and the period Ty in the Y direction are equal. The periods Tx and Ty of the two-dimensional moiré are known values determined from the design values.
図4は、図3のモアレ像の一部について平滑化処理を施した画像を示した図である。このような平滑化処理により、X、Y両方向の明暗変化を、波形状の輝度分布として表することができる。これは、2次元モアレの周期を精度よく検出することを可能にする。ただし、図4に示すようなピントのずれが生じたモアレ像を取得できるように、撮像部31の撮像面の位置を調整してもよい。 Figure 4 shows an image obtained by smoothing a portion of the moiré image in Figure 3. This smoothing process allows the changes in brightness in both the X and Y directions to be represented as a waveform-shaped brightness distribution. This makes it possible to accurately detect the period of two-dimensional moiré. However, the position of the imaging surface of the imaging unit 31 may also be adjusted so that an out-of-focus moiré image such as that shown in Figure 4 can be obtained.
図3、4に示すモアレ像から、ステージ12におけるX、Y方向の露光位置(露光開始位置のずれ)を、モアレ法に従って測定することができる。モアレ法による測定手法としては、様々な手法を適用することが可能である。例えば、(出荷前などに)あらかじめ定められた基準位置と、モアレ像に現れる2次元モアレの特徴的な位置との間の距離あるいは位相との相関関係を見出し、露光位置を測定することが可能である。 From the moiré images shown in Figures 3 and 4, the exposure position (deviation from the exposure start position) in the X and Y directions on the stage 12 can be measured using the moiré method. A variety of techniques can be applied as measurement methods using the moiré method. For example, it is possible to measure the exposure position by finding the correlation between the distance or phase between a predetermined reference position (such as before shipping) and a characteristic position of the two-dimensional moiré that appears in the moiré image.
図5は、図4に相当するモアレ像の基準位置からのずれを示した図である。上述したモアレ像の画像データに対して平滑化処理を行うことで、2次元モアレのX、Y方向の輝度変化が波形状(積算波形)となって表れている。そして、波形から、基準位置と2次元干モアレの特徴点との間の位相を算出することにより、基準位置からのずれを求める。 Figure 5 shows the deviation of the moiré image from the reference position, corresponding to Figure 4. By performing a smoothing process on the image data of the moiré image described above, the brightness changes in the X and Y directions of the two-dimensional moiré appear as a waveform (accumulated waveform). Then, by calculating the phase between the reference position and the characteristic points of the two-dimensional moiré from the waveform, the deviation from the reference position can be determined.
具体的には、モアレ像における2次元モアレの特徴点(例えば、最も輝度値の高い画素位置)と、(出荷前などに)あらかじめ基準位置として定めた位置(ここでは、撮像部31の受光面の中心位置)のX方向、Y方向の位相差を、基準位置からの位相θx、θyとして求めることができる。図5では、撮像部31の撮像領域中心位置である基準位置から、位相θx、θyだけ露光位置のずれがモアレ像において生じていることを示している。 Specifically, the phase differences in the X and Y directions between a characteristic point of the two-dimensional moiré in the moiré image (for example, the pixel position with the highest brightness value) and a position determined in advance as a reference position (such as before shipping) (here, the center position of the light-receiving surface of the imaging unit 31) can be calculated as phases θx and θy from the reference position. Figure 5 shows that the exposure position in the moiré image is shifted by phases θx and θy from the reference position, which is the center position of the imaging area of the imaging unit 31.
X、Y方向に沿った基準位置からの位相θx、θyを求めると、露光位置(露光位置のずれ)を演算によって求めることができる。具体的には、モアレ位相θx、θyに基づき、モアレ像における基準位置からのずれ量を算出する。そして、算出された基準位置のずれ量から、ステージ12上における実際の基準位置からのずれ量、すなわち露光位置を測定することができる。 By determining the phases θx and θy from a reference position along the X and Y directions, the exposure position (exposure position deviation) can be calculated. Specifically, the amount of deviation from the reference position in the moiré image is calculated based on the moiré phases θx and θy. Then, from the calculated amount of deviation from the reference position, the actual deviation from the reference position on the stage 12, i.e., the exposure position, can be measured.
例えば、図5に示す位相θx、θyを求めたとき、モアレ像におけるずれ量Dmを以下の(1)式により算出する。
Dm=((K×P)/(K-1))×(θ/2π) ・・・・(1)
For example, when the phases θx and θy shown in FIG. 5 are obtained, the amount of deviation Dm in the moire image is calculated by the following equation (1).
Dm=((K×P)/(K-1))×(θ/2π)...(1)
上述したように、2次元モアレの現れるモアレ像は、実際の露光位置のずれを拡大して写し出すものであることから、実際の露光位置のずれを以下の(2)式により求める。そして、算出されたDmに基づき、露光開始位置が補正される。
d=-Dm(K-1)=-KP(θ/2π) ・・・・(2)
As described above, the moiré image in which the two-dimensional moiré appears is an enlarged image of the actual exposure position deviation, so the actual exposure position deviation is calculated using the following equation (2). Then, the exposure start position is corrected based on the calculated Dm.
d=-Dm(K-1)=-KP(θ/2π)...(2)
露光位置は、上述したようなX方向、Y方向の波形状輝度分布の位相から求める方法以外によっても、測定することが可能である。例えば、撮像部31によって捉えられるモアレ像の中で複数の特定点(特定画素)を、X方向、Y方向に沿ってそれぞれ定め、特定点の輝度値を検出する。 The exposure position can also be measured by methods other than the method described above, which uses the phase of the waveform brightness distribution in the X and Y directions. For example, multiple specific points (specific pixels) are defined along the X and Y directions in the moiré image captured by the imaging unit 31, and the brightness values of the specific points are detected.
そして、あらかじめ定められた基準位置の輝度値と、検出された特定点の輝度値との相関関係に基づいて、モアレ像における露光位置のずれを表す2次元モアレの位相を求めてもよい。2次元モアレは、X方向、Y方向いずれも周期性のある、すなわち波形状の明暗変化を生じさせた像であることから、適当な数の特定画素の輝度値を検出することにより、図5に示すような2次元モアレの基準点からのずれを求めることが可能である。 Then, the phase of the two-dimensional moiré pattern, which represents the deviation of the exposure position in the moiré image, can be determined based on the correlation between the luminance value of a predetermined reference position and the luminance value of the detected specific point. Because two-dimensional moiré patterns are periodic in both the X and Y directions, i.e., they are images that produce wave-shaped changes in brightness, it is possible to determine the deviation of the two-dimensional moiré pattern from the reference point, as shown in Figure 5, by detecting the luminance values of an appropriate number of specific pixels.
このように本実施形態によれば、格子状光透過部Mを設けた露光位置測定用のマスク29を露光装置10に設置し、DMD22に対する制御によって格子状パターン光を形成し、マスク29へ投影する。そして、撮像部31において取得されるモアレ像の画像データに基づいて、露光位置をモアレ法により測定する。 According to this embodiment, a mask 29 for measuring the exposure position, which has a grid-shaped light-transmitting portion M, is installed in the exposure device 10, and grid-shaped pattern light is formed by controlling the DMD 22 and projected onto the mask 29. The exposure position is then measured using the moiré method based on the image data of the moiré image acquired by the imaging unit 31.
モアレ法として、マスク29に2次元状格子の光透過部Mを形成し、相補的な格子状パターン光をDMD22から投影するとともに、格子状パターン光の格子ピッチ(=K×P)をマスクの格子ピッチPを基準にして定め、実際の露光位置のずれを、所望する拡大率によってモアレ像に現すことが可能となるため、露光位置のずれがミクロンオーダーレベルを超えたサブミクロンオーダーであっても、精度よく測定することが可能となる。 In the Moiré method, a two-dimensional lattice of light-transmitting portions M is formed on the mask 29, and a complementary lattice pattern of light is projected from the DMD 22. The lattice pitch (= K x P) of the lattice pattern of light is determined based on the lattice pitch P of the mask, and the actual exposure position deviation can be expressed in a Moiré image at the desired magnification, making it possible to accurately measure exposure position deviations on the submicron order, even if they exceed the micron order level.
特に、DMD22において、ON状態のマイクロミラーで構成するブロックBのサイズ、およびそのブロック位置が任意に設定可能である。そのため、互いに異なるピッチの光透過部を有する複数のマスクを用意、設置し、それに合わせてDMD22から格子状パターン光を投影することが可能である。 In particular, the size and position of the block B made up of micromirrors in the ON state on the DMD 22 can be set arbitrarily. Therefore, it is possible to prepare and install multiple masks with light-transmitting sections of different pitches, and project a grid-like pattern of light from the DMD 22 accordingly.
あるいは、単一のマスク29に対し、互いに異なるピッチPの光透過部を異なるエリアに形成し、使用される基板の種類や要求されるパターン精度等に適したピッチで配列している光透過部の形成エリアを選択し、それに合わせたピッチ(K×P)に従う格子状パターン光をDMD22によって形成し、マスク29に投影することも可能である。 Alternatively, it is possible to form light-transmitting sections with different pitches P in different areas of a single mask 29, select an area where the light-transmitting sections are arranged at a pitch appropriate for the type of substrate being used and the required pattern accuracy, and then use the DMD 22 to form a grid-like pattern of light with a pitch (K x P) that matches this, and project it onto the mask 29.
撮像部31は、X、Y方向に関して1周期以上のモアレの現れるモアレ像を視野領域内に捉えている。そのため、1つの画像データから、X、Y両方向に関する露光位置のずれを一度に求めることができる。少なくとも1周期分の2次元モアレが現れるモアレ像を撮像可能なように、マスク29の光透過部MのピッチPおよび格子状パターン光のピッチ(K×P)を定めればよい。 The imaging unit 31 captures within its field of view a moiré image in which at least one cycle of moiré appears in the X and Y directions. Therefore, it is possible to simultaneously determine the exposure position shift in both the X and Y directions from a single image data. The pitch P of the light-transmitting portions M of the mask 29 and the pitch (K x P) of the grid-like pattern light can be determined so that a moiré image in which at least one cycle of two-dimensional moiré appears can be captured.
次に、図6、7を用いて、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、格子状パターン光を形成するマイクロミラーへの露光データを変換して格子状パターン光をマスク29に対して移動させることで2次元干渉縞の像を移動させる。そして、定点観察によって、位相をシフトさせたモアレ像、すなわち移動分だけ画像がシフトしたモアレ像の画像データを複数回取得し、露光位置を測定する。 Next, a second embodiment will be described using Figures 6 and 7. In the second embodiment, the exposure data for the micromirrors that form the grid-like pattern light is converted, and the grid-like pattern light is moved relative to the mask 29, thereby moving the image of the two-dimensional interference fringes. Then, by fixed-point observation, image data of a phase-shifted moiré image, i.e., a moiré image in which the image has been shifted by the amount of movement, is acquired multiple times, and the exposure position is measured.
図6は、第2の実施形態におけるマスク29’および格子状パターン光を形成するDMD22のミラー配列を示した図である。第2の実施形態では、CCDやCMOSなど画像データとしてモアレ画像を取得可能な撮像部の代わりに、光量あるいは照度を輝度値として検出可能なフォトセンサ31’が用意され、マスク29’の下方に設置されている。マスク29’では、フォトセンサ31’の受光面サイズに合わせて光透過部Mの形成領域が定められている。 Figure 6 shows the mask 29' and the mirror arrangement of the DMD 22 that forms the grid pattern light in the second embodiment. In the second embodiment, instead of an imaging unit such as a CCD or CMOS that can acquire a moiré image as image data, a photosensor 31' that can detect the amount of light or illuminance as a brightness value is provided and installed below the mask 29'. In the mask 29', the formation area of the light-transmitting portion M is determined to match the size of the light-receiving surface of the photosensor 31'.
DMD22では、第1の実施形態と同様に2次元モアレが現れるモアレ像(例えば図5で示すモアレ像)を形成する格子状パターンを、マスク29’へ投影する。一方、マスク29’に光透過部Mの形成領域(符号R参照)は、フォトセンサ31’の受光面サイズとモアレ周期に従って定められており、その形成領域Rのサイズは、DMD22から投影される格子状パターン光の投影領域よりも狭い。 In the DMD 22, as in the first embodiment, a grid pattern that forms a moiré image (for example, the moiré image shown in Figure 5) in which two-dimensional moiré appears is projected onto the mask 29'. Meanwhile, the formation area (see symbol R) of the light-transmitting portion M on the mask 29' is determined according to the light-receiving surface size and moiré period of the photosensor 31', and the size of this formation area R is narrower than the projection area of the grid pattern light projected from the DMD 22.
そのため、フォトセンサ31’の受光面に形成されるモアレ像は、X、Y方向それぞれ1周期未満の2次元モアレの現れるモアレ像となる(以下、部分的モアレ像という)。部分的モアレ像は、第1の実施形態で示した1周期以上の2次元モアレが現れるモアレ像の一部とみなすことができる Therefore, the moiré image formed on the light-receiving surface of the photosensor 31' is a moiré image in which two-dimensional moiré patterns of less than one period appear in both the X and Y directions (hereinafter referred to as a partial moiré image). A partial moiré image can be considered a part of the moiré image in which two-dimensional moiré patterns of one period or more appear, as shown in the first embodiment.
部分的モアレ像は、1周期未満の2次元モアレしか現れないため、その画像だけから露光位置のずれを求めることはできない。しかしながら、フォトセンサ31’の受光面(マスク29’)に対して2次元モアレを移動させる露光動作(ここでは、ミラー配列変更動作という)を行うことによって、1周期以上の2次元のモアレ像の画像情報を、フォトセンサ31’によって取得することができる。 A partial moiré image only shows two-dimensional moiré patterns with less than one period, so it is not possible to determine the exposure position shift from that image alone. However, by performing an exposure operation (referred to here as a mirror array change operation) that moves the two-dimensional moiré patterns relative to the light-receiving surface (mask 29') of photosensor 31', image information for two-dimensional moiré patterns with more than one period can be obtained by photosensor 31'.
具体的には、格子状パターン光を形成するブロックBのマイクロミラーへの露光データを、2次元モアレの定められた位相だけシフトした部分的モアレ画像に変換するように、データの切り替え(データシフト)を実行する。これによって、フォトセンサ31’の受光面上には、シフトさせた位相分だけ移動した部分的モアレ像が形成される。 Specifically, data switching (data shifting) is performed so that the exposure data for the micromirrors in block B that form the grid-like pattern light is converted into a partial moiré image that is shifted by a specified phase of the two-dimensional moiré. As a result, a partial moiré image that has been shifted by the amount of the shifted phase is formed on the light-receiving surface of photosensor 31'.
このような格子状パターン光を形成するマイクロミラーに対する露光データのシフト(画像シフト)をX、Y方向へそれぞれ所定回数だけ行って露光する一方、フォトセンサ31’によって定点観察を行うことにより、第1の実施形態と同じ1周期以上の2次元のモアレ像の画像情報を取得することが可能となる。 By shifting the exposure data (image shift) for the micromirrors that form this grid-like pattern light a predetermined number of times in each of the X and Y directions and performing fixed-point observation using the photosensor 31', it is possible to obtain image information of a two-dimensional moiré image with one or more periods, just like in the first embodiment.
図7は、フォトセンサ31’の受光面に形成される部分的モアレ像を一例として示した図である。図7に示す部分的モアレ像は、図4に示す1周期以上の2次元モアレが現れるモアレ像の一部の光量情報に相当する。光透過部Mの形成領域が相対的に小さいため、フォトセンサ31’の受光面上では、略同じ位置にモアレが生じる一方、格子状パターン光のマスク29に対する相対移動に応じて、順次光量の変化が生じる。 Figure 7 shows an example of a partial moiré image formed on the light-receiving surface of photosensor 31'. The partial moiré image shown in Figure 7 corresponds to the light intensity information of a portion of the moiré image shown in Figure 4, in which two-dimensional moiré of one or more periods appears. Because the area in which the light-transmitting portions M are formed is relatively small, moiré occurs in approximately the same position on the light-receiving surface of photosensor 31', while the light intensity changes sequentially in response to the relative movement of the grid-pattern light with respect to mask 29.
例えば、ガラスマスク29’を透過した格子状パターン光によって、図7に示す部分的モアレ像が形成される場合、2次元モアレの1/4周期(π/2)に合わせて、露光ミラーのデータシフトをX、Y方向にそれぞれ行えばよい。4回のミラー配列変更動作を行うことにより、図4に示したモアレ像と同等の光量情報を取得することができる。 For example, if the partial moiré image shown in Figure 7 is formed by grid-pattern light transmitted through glass mask 29', the exposure mirror data can be shifted in both the X and Y directions to match the 1/4 period (π/2) of the two-dimensional moiré. By performing four mirror arrangement changes, it is possible to obtain light intensity information equivalent to the moiré image shown in Figure 4.
なお、フォトセンサ31’は、撮像機能を有しておらず、画像データを取得する代わりに輝度値を検出する。そのため、露光位置の測定手段としては、上述した複数の特定点(画素位置)を定め、フォトセンサ31’の受光面中心位置に特定点が定まるように、露光データをシフトさせて格子状パターン光を投影すればよい。各ミラー配列変更動作においてフォトセンサ31’により検出される輝度値から、モアレ像における基準位置からのずれを求めることができる。 Note that photosensor 31' does not have an imaging function, and instead of acquiring image data, it detects brightness values. Therefore, the exposure position can be measured by determining the multiple specific points (pixel positions) described above, shifting the exposure data and projecting the grid pattern light so that the specific points are located at the center of the light-receiving surface of photosensor 31'. The deviation of the moiré image from the reference position can be determined from the brightness values detected by photosensor 31' during each mirror arrangement change operation.
このように第2の実施形態によれば、1周期未満の2次元モアレの現れる部分的モアレ像を形成し、2次元モアレの位相(周期)に合わせて、順次位相シフトさせた部分的モアレ像を形成しながらミラー配列変更動作を複数回行う。このようなモアレ法では、1周期以上の2次元モアレのモアレ像を形成する必要がないため、第1の実施形態と比べてより拡大率の大きいモアレ像を形成することが可能となり、露光位置をより一層精度よく検出することができる。特に、定点観測によるため、露光位置測定のタクト負担とならない。 As described above, according to the second embodiment, a partial moiré image in which two-dimensional moiré of less than one period appears is formed, and partial moiré images that are sequentially phase-shifted in accordance with the phase (period) of the two-dimensional moiré are formed while the mirror arrangement is changed multiple times. This moiré method does not require the formation of a two-dimensional moiré image of one period or more, making it possible to form a moiré image with a larger magnification than in the first embodiment, and enabling the exposure position to be detected with even greater accuracy. In particular, because it relies on fixed-point observation, there is no burden on the takt time required for exposure position measurement.
また、輝度値を検出するフォトセンサ31’を設置することによって、カメラのような解像度の制限に依存することなく、露光位置を測定することができる。また、回路構成が簡素化するとともに、処理スピードを向上させることができる。 Furthermore, by installing a photosensor 31' that detects brightness values, it is possible to measure the exposure position without relying on the resolution limitations of a camera. This also simplifies the circuit configuration and improves processing speed.
第2の実施形態では、DMD22によって形成される格子状パターン光は、第1の実施形態と同様、2次元モアレの現れるモアレ像を形成し、マスク29’の格子形成領域をフォトセンサ31’の受光面サイズとモアレの周期から設定することによって部分的モアレ像を形成している。しなしながら、その逆の構成にしてもよい。 In the second embodiment, the grid-like pattern light formed by the DMD 22 forms a moiré image in which two-dimensional moiré appears, as in the first embodiment, and a partial moiré image is formed by setting the grid-forming area of the mask 29' based on the light-receiving surface size of the photosensor 31' and the moiré period. However, the reverse configuration is also possible.
すなわち、第1の実施形態と同じように光透過部を形成した2次元格子状マスク29を設ける一方、DMD22によって形成する格子状パターン光の領域を制限することによって、上述した1周期未満の2次元モアレが現れる部分的モアレ像を形成することも可能である。また、このような部分的モアレ像を形成する格子状パターン光に対し、上述したマスク29’を配置してもよい。 That is, by providing a two-dimensional grid mask 29 with light-transmitting portions formed in the same manner as in the first embodiment, and limiting the area of the grid pattern light formed by the DMD 22, it is possible to form a partial moiré image in which the above-mentioned two-dimensional moiré of less than one period appears. Furthermore, the above-mentioned mask 29' may be disposed for the grid pattern light that forms such a partial moiré image.
また、フォトセンサ31’の代わりに撮像部31を設ける構成にしてもよい。露光データシフトを伴う複数回のミラー配列変更動作を行い、撮像部31の受光面中心位置の輝度値を検出することによって、部分的モアレ像から露光位置を測定することが可能である。 Alternatively, an imaging unit 31 may be provided instead of the photosensor 31'. By performing multiple mirror arrangement changes accompanied by exposure data shifts and detecting the brightness value at the center of the light-receiving surface of the imaging unit 31, it is possible to measure the exposure position from the partial moiré image.
さらに、1周期以上の2次元モアレの現れるモアレ像を撮像部31で取得しながら、マイクロミラーへの露光データシフトを行うことも可能である。この場合、1周期以上の2次元モアレの現れるモアレ像を露光データ受光面において移動させることになるが、例えば、ミラー配列変更動作を複数回行って平均値などを算出することによって、露光位置をより精度よく測定することが可能となる。 It is also possible to shift the exposure data to the micromirror while capturing a moiré image in which two-dimensional moiré patterns of one or more periods appear using the imaging unit 31. In this case, the moiré image in which two-dimensional moiré patterns of one or more periods appear is moved on the exposure data light-receiving surface. However, by performing the mirror arrangement change operation multiple times and calculating an average value, for example, it is possible to measure the exposure position with greater accuracy.
すなわち、第2実施形態で説明したモアレ法は、1周期未満の2次元モアレが現れる部分的モアレ像だけでなく、1周期以上の2次元モアレの現れるモアレ像に対しても適用することが可能である。 In other words, the moiré method described in the second embodiment can be applied not only to partial moiré images in which two-dimensional moiré patterns of less than one period appear, but also to moiré images in which two-dimensional moiré patterns of one period or more appear.
第1、第2の実施形態では、X方向およびY方向両方に沿った2次元モアレの現れるモアレ像を形成しているが、X方向またはY方向にのみモアレの現れるモアレ像を形成してもよい。この場合、X方向、Y方向別々にモアレ法を適用し、露光位置を測定することが可能である。 In the first and second embodiments, a moiré image is formed in which two-dimensional moiré appears along both the X and Y directions, but it is also possible to form a moiré image in which moiré appears only in the X or Y direction. In this case, it is possible to apply the moiré method separately to the X and Y directions and measure the exposure position.
例えば、X方向に延びるバー状の光をY方向にピッチKPで並べた1次元格子状パターン光を、第1の実施形態あるいは第2の実施形態で用いたマスク29あるいはマスク29’に投影することにより、Y方向に沿った露光位置をモアレ法によって測定することができる。 For example, by projecting a one-dimensional grid pattern of light, in which bar-shaped light extending in the X direction is arranged in the Y direction at a pitch KP, onto the mask 29 or mask 29' used in the first or second embodiment, the exposure position along the Y direction can be measured using the moiré method.
同様に、Y方向に延びるバー状の光をX方向にピッチKPで並べた1次元格子状パターン光をマスク29あるいはマスク29’に投影することによって、Y方向に沿った露光位置をモアレ法によって測定することができる。 Similarly, by projecting a one-dimensional grid pattern of light, in which bar-shaped light extending in the Y direction is arranged in the X direction at a pitch KP, onto mask 29 or mask 29', the exposure position along the Y direction can be measured using the moiré method.
あるいは、2次元格子状光透過部Mを形成したガラスマスク29の一部領域に対し、X方向に沿った露光位置を測定する1次元格子状パターン光を投影し、他の領域に対してY方向に沿った露光位置を測定する1次元格子状パターン光を投影してもよい。 Alternatively, one-dimensional grid pattern light for measuring the exposure position along the X direction may be projected onto a portion of the glass mask 29 on which the two-dimensional grid-shaped light-transmitting portion M is formed, and one-dimensional grid pattern light for measuring the exposure position along the Y direction may be projected onto another portion.
一方で、X方向あるいはY方向に沿って光透過部が並ぶ1次元格子状マスク(あるいは1つのマスクの異なる領域に形成したマスク)を配置し、2次元格子状パターン光を投影してもよい。この場合においても、第2の実施形態のような露光データシフトを行うことにより、X方向あるいはY方向に対して露光位置を精度よく検出することができる。 On the other hand, a one-dimensional grid mask (or a mask formed in different regions of a single mask) with light-transmitting portions aligned along the X or Y direction may be arranged, and a two-dimensional grid pattern of light may be projected. Even in this case, by performing exposure data shifting as in the second embodiment, the exposure position in the X or Y direction can be detected with high accuracy.
第1、第2の実施形態では、マスク29、29’は一度設置されるとそのまま使用されることを前提としているが、様々なマスクを着脱自在、交換可能に設置してもよい。これにより、従来の露光装置に対しても、モアレ法による露光位置測定が可能となる。 In the first and second embodiments, it is assumed that masks 29 and 29' will be used as is once installed, but various masks may be installed in a detachable and interchangeable manner. This makes it possible to measure exposure positions using the moiré method even with conventional exposure equipment.
10 露光装置
22 DMD(光変調素子アレイ)
28 位置検出部
29 29’ マスク
31 撮像部
31’ フォトセンサ
10 Exposure device 22 DMD (light modulation element array)
28 Position detection unit 29 29' Mask 31 Imaging unit 31' Photosensor
Claims (5)
1次元または2次元格子状パターン光を、光変調素子アレイから前記マスクに投影し、1次元または2次元のモアレ像を形成する露光部と、
前記複数の光透過部を透過した光を受光する撮像部またはフォトセンサからの出力信号に基づき、モアレ法によって露光位置を測定する位置測定部とを備え、
前記露光部が、1次元または2次元のモアレ像の位相に応じて、1次元または2次元格子状パターン光を形成する光変調素子に対する露光データをシフトさせ、1次元または2次元モアレを、前記撮像部またはフォトセンサの受光面に対して相対移動させることを特徴とする露光装置。 a mask for measuring exposure positions, the mask having a plurality of light transmitting portions arranged one-dimensionally or two-dimensionally by dividing the mask into a grid pattern;
an exposure unit that projects one-dimensional or two-dimensional grid pattern light from a light modulation element array onto the mask to form a one-dimensional or two-dimensional moire image;
a position measurement unit that measures an exposure position by a moire method based on an output signal from an imaging unit or a photosensor that receives light that has passed through the plurality of light transmitting units ,
an exposure device characterized in that the exposure unit shifts exposure data for a light modulation element that forms a one-dimensional or two-dimensional grid pattern light in accordance with the phase of the one-dimensional or two-dimensional moiré image, and moves the one-dimensional or two-dimensional moiré relative to the light-receiving surface of the imaging unit or photosensor .
前記露光部が、2次元格子状パターン光を前記マスクに投影することを特徴とする請求項1または2に記載の露光装置。 the mask has a plurality of light transmitting portions arranged in a two-dimensional matrix,
3. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure unit projects a two-dimensional grid pattern of light onto the mask.
前記露光部が、1次元格子状パターン光を前記マスクに投影することを特徴とする請求項1または2に記載の露光装置。 the mask has a plurality of light transmitting portions arranged in a two-dimensional matrix,
3. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure unit projects a one-dimensional grid pattern of light onto the mask.
前記1次元または2次元配列した複数の光透過部を透過した光を受光する撮像部またはフォトセンサからの出力信号に基づき、モアレ法によって露光位置を測定するマスクレス露光装置の露光位置測定方法であって、
1次元または2次元のモアレ像の位相に応じて、1次元または2次元格子状パターン光を形成する光変調素子に対する露光データをシフトさせ、1次元または2次元モアレを、前記撮像部またはフォトセンサの受光面に対して相対移動させることを特徴とするマスクレス露光装置の露光位置測定方法。 a one-dimensional or two-dimensional moiré image is formed by projecting one-dimensional or two-dimensional grid-like pattern light from a light modulation element array onto a mask for exposure position measurement having a plurality of light-transmitting portions arranged one-dimensionally or two-dimensionally by dividing the mask into a grid-like pattern;
An exposure position measurement method for a maskless exposure apparatus, which measures the exposure position by a moiré method based on an output signal from an imaging unit or a photosensor that receives light that has passed through the one-dimensionally or two-dimensionally arranged plurality of light-transmitting units,
An exposure position measurement method for a maskless exposure apparatus, characterized in that exposure data for a light modulation element that forms one-dimensional or two-dimensional grid pattern light is shifted according to the phase of the one-dimensional or two-dimensional moiré image, and the one-dimensional or two-dimensional moiré is moved relative to the light receiving surface of the imaging unit or photosensor .
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