(57)【要約】【課題】基材へのマスクレス高精細レーザ直描機能と、レーザ反射光検出によるレーザ共焦点顕微鏡機能の両者を有する安価でコンパクトな構成のレーザ走査装置を提供する。【解決手段】  レーザ直描用の第１のレーザ光源と、基材表面検査用の第２のレーザ光源と、それぞれのレーザ光源に対応して設けられたコリメートレンズ、２つのレーザ光を同一光路として偏向器に送り出す導光光学系、偏向器により反射されたレーザ光を基材表面に結像させるｆθレンズ、基材表面からの反射光の光量をｆθレンズ、偏向器、導光光学系中に設けられた第２のビームスプリッタ、レンズ、該レンズに対して基材のピント位置と光学的に共役の位置（共焦点の結像位置）に配置したピンホール、を介して検出する検出素子とで構成し、基材への直接描画を第１のレーザ光源で、基材表面の検査を第２のレーザ光源で行ない、１台の装置でレーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡の機能を持たせた。【選択図】  図１
2013235202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ直接描画用基材への直接描画を行うための第１のレーザ光源と、
前記レーザ直接描画用基材を含む基材の表面検査用、もしくは観察用の基材表面を検査するための第２のレーザ光源と、
前記それぞれのレーザ光源に対応して設けられてレーザ光を平行光とするコリメートレンズと、
前記平行化された２つのレーザ光を同一光路にし、偏向器に送り出すための第１のビームスプリッタを含む導光光学系と、
前記偏向器により反射されたレーザ光を走査光として前記基材表面に結像させるｆθレンズと、
前記基材表面から反射された反射光の光量を、前記ｆθレンズ、偏向器、前記導光光学系中に設けられた第２のビームスプリッタ、レンズ、該レンズに対して前記基材のピント位置と光学的に共役の位置（共焦点の結像位置）に配置されているピンホール、を介して検出する検出素子と、
からなり、前記レーザ直接描画用基材への直接描画を第１のレーザ光源で、前記レーザ直接描画用基材を含む表面検査用、もしくは観察用の基材表面の検査を第２のレーザ光源で行うことを特徴とするハイブリッドレーザ走査装置。
【請求項２】
前記基材を載置し、前記偏向器により偏向されて前記基材上を走査するレーザ光の走査方向（Ｘ方向）と直行する方向（Ｙ方向）への移動機構と、前記Ｘ方向とＹ方向とで形成される平面に対して垂直な方向（Ｚ方向）への移動機構とを有するステージを有することを特徴とする請求項１に記載したハイブリッドレーザ走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフセット印刷版のマスクレス・デジタルデータ直接描画（直描）、プリント基板の回路形成におけるドライフィルムへの直描、シリコンウエハや精密硝子基材にコートした薄膜レジストへの微細パターンの直描、等を行えると共に、これらオフセット印刷版、ドライフィルム、シリコンウエハや精密硝子基材にコートされた薄膜レジスト、等に存在する微小のスクラッチ、ディグ等の欠陥検査を一緒に行える、ハイブリッドレーザ走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オフセット印刷版へのデジタルデータ描画やプリント基板の回路形成におけるドライフィルムへの描画、シリコンウエハや精密硝子基材にコートした薄膜レジストへの微細パターンの形成等には、例えば特許文献１、２のようなレーザ直接描画（直描）装置が使われている。
【０００３】
この特許文献１、２に示されたレーザ直描装置は、デジタルデータによってＯＮ／ＯＦＦされるレーザなどの光源から出た光を高速回転しているポリゴンミラーで反射し、ｆθレンズを介して前記したオフセット印刷版やプリント基板、シリコンウエハや精密硝子基材にコートした薄膜レジスト上を走査して、所望パターンや画像を直接描画するものである。
【０００４】
このうち、オフセット印刷版やプリント基板の基材面における微小キズは、その上のレジスト層に覆い隠されるため後工程において大きな問題となることはなかった。しかしながら最近、このようなレーザ直描装置を用い、シリコンウエハや精密硝子基材にコートした薄膜レジストに微細パターンを直描する用途が増えてきた。この場合、基材にある微小のスクラッチ、ディグ等の欠陥は、薄膜レジストゆえに露光、現像後のパターン形成の不良要因となることが多い。
【０００５】
そのため、たとえばシリコンウエハへの微細パターン形成時には、まず特許文献３に示したようなレーザ共焦点顕微鏡を使用し、ブランクウエハの段階で表面の欠陥検査を実施することが一般化している。この特許文献３に示された装置は、レーザなどの光源から出た光をコリメータレンズ、ビームスプリッタを介して高速回転しているポリゴンミラーで反射し、走査レンズ、反射ミラーを介して資料の上を走査すると共に、資料から反射した光を今とは逆に反射ミラー、走査レンズ、ポリゴンミラー、ビームスプリッタと戻し、最終的に光電子増倍菅などの光電素子で検出して欠陥を検査するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２８４９９号公報
【特許文献２】特開２００５−１２８３１３号公報
【特許文献３】特開２０１１−７６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら最近、特に国内企業においては付加価値の高い多品種小ロットでの製作が多くなり、こういった検査も全品検査が一般化している。従って企業は、こういったレーザ共焦点顕微鏡を用いた欠陥検査装置とレーザ直描装置の両方を備える必要があり、それぞれは高価であるから大きな費用がかかると共に、広い設置場所が必要となる。
【０００８】
また行程的にも、上記基材段階（ブランクウエハ）での欠陥検査を経て別に設置されたレーザ直描装置等でパターン描画、現像を行い、エッチングや部品実装等の後工程で、再度レーザ共焦点顕微鏡等での精密欠陥検査を実施し、基材の設置、移動を繰り返す必要があると共に、異なった装置を使うために検査の再現性を保つことが難しい、などの問題もあった。
【０００９】
そのため本発明においては、主要光学系部品を共通に使用し、オフセット印刷版、プリント基板、シリコンウエハや精密硝子、等の基材への直描機能と、これら基材に存在する微小のスクラッチ、ディグ等の欠陥検査を行うレーザ共焦点顕微鏡機能、の両方の機能を有するハイブリッドレーザ走査装置を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明は、
レーザ直接描画用基材への直接描画を行うための第１のレーザ光源と、前記レーザ直接描画用基材を含む基材の表面検査用、もしくは観察用の基材表面を検査するための第２のレーザ光源と、前記それぞれのレーザ光源に対応して設けられてレーザ光を平行光とするコリメートレンズと、前記平行化された２つのレーザ光を同一光路にし、偏向器に送り出すための第１のビームスプリッタを含む導光光学系と、前記偏向器により反射されたレーザ光を走査光として前記基材表面に結像させるｆθレンズと、前記基材表面から反射された反射光の光量を、前記ｆθレンズ、偏向器、前記導光光学系中に設けられた第２のビームスプリッタ、レンズ、該レンズに対して前記基材のピント位置と光学的に共役の位置（共焦点の結像位置）に配置されているピンホール、を介して検出する検出素子と、
からなり、前記レーザ直接描画用基材への直接描画を第１のレーザ光源で、前記レーザ直接描画用基材を含む表面検査用、もしくは観察用の基材表面の検査を第２のレーザ光源で行うことを特徴とする。
【００１１】
このように本発明になるハイブリッドレーザ走査装置は、レーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡の両方の機能を有するから、従来のようにレーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡とを別個に備える必要がなく、システムを安価に形成でき、また設置スペースも１台分のスペースのみで設置が可能となる。また、レーザ直描とレーザ共焦点顕微鏡のそれぞれに使うレーザを異ならせたから、基材の欠陥検査装置（すなわちレーザ共焦点顕微鏡）として機能させるための第２のレーザ光源として、レジスト塗布もしくはラミネート塗布の状態で検査しても感光しない波長のレーザ光源を選ぶことができる。そのため、レジスト塗布前の生基材の状態、もしくはレーザ直描・現像後の状態、に限らず、あらゆる状態での検査が可能となり、さらにレーザ直描動作と同時に欠陥検査を実施することさえも可能となって、基材をレーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡で設置しなおす場合に比較し、検査の再現性を保つことが可能となる。
【００１２】
また本発明は、前記基材を載置し、前記偏向器により偏向されて前記基材上を走査するレーザ光の走査方向（Ｘ方向）と直行する方向（Ｙ方向）への移動機構と、前記Ｘ方向とＹ方向とで形成される平面に対して垂直な方向（Ｚ方向）への移動機構とを有するステージを有することで、基材全面を自動的にレーザ直描すること、また基材の形状測定を含む２次元的および３次元的な検査もすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上記載のごとく本発明になるハイブリッドレーザ走査装置は、システムを安価に形成できる上に設置スペースも１台分のスペースのみで設置が可能となり、大幅なコストダウンが可能となる。また基材の欠陥検査装置は、レジスト塗布もしくはラミネート塗布の状態での検査が可能であるから基材を取り外してレーザ共焦点顕微鏡で検査するなどのことが不要になるばかりでなく、レーザ直描動作と同時に欠陥検査を実施することも可能となって、行程的に非常にスピーディな処理が可能となると共に、検査の再現性を保つことも可能となる。
【００１４】
また、Ｘ方向とＹ方向への移動を可能とした機構と組み合わせることで、基材全面を自動的にレーザ直描すること、また基材の形状測定を含む２次元的および３次元的な検査もすることが可能となるなど、大きな効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の基本構成概略を説明するための図である。
【図２】レーザ光の走査方向（Ｘ方向）と直行する方向（Ｙ方向）への移動機構と、前記Ｘ方向とＹ方向とで形成される平面に対して垂直な方向（Ｚ方向）への移動機構とを有するステージを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明になるハイブリッドレーザ走査装置の実施例の基本構成概略を説明するための図である。図中１はレーザ直描装置として動作させるための第１のレーザ光源で、例えば３５０〜１０６４ｎｍの範囲の、感光材料もしくは被加工物における感光又は加工に最適な分光感度波長範囲内の波長のレーザを用いる。
【００１８】
この第１のレーザ光源１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２で平行光にされ、後で詳細に説明するビームスプリッタ２０３、ビームスプリッタ３、コーナミラー４などからなる導光光学系を経由し、高速回転しているポリゴンミラーなどの偏向器５に送られる。そしてこの偏向器５の各反射面で偏向されながら反射され、ｆθレンズ６で集光されて、基材８上を７−１〜７−３のような走査幅で直線走査しながら露光してゆく。
【００１９】
この第１のレーザ光源１からの光は、レーザドライバ１０３に送られるパターンを描画するためのデータによりＯＮ／ＯＦＦ制御されるが、そのパターンを描画するためのデータは、制御装置としてのパソコン１０１でベクトルデータからビットマップ等のラスターデータに変換され、メモリー部１０２に保存されてレーザドライバ１０３に送られる。
【００２０】
基材８上の露光面には例えば液体レジストが塗布、もしくはドライフィルムがラミネートされており、この図１に示した構成を後述する図２に示すようなステージ類と組み合わせることで、２次元または３次元でのバターン描画用レーザ直描装置として機能させることができる。
【００２１】
一方、基材８の微小欠陥を検査する場合、まず、基材８の被測定面を以上説明したレーザ露光ピント面と同じ位置に置く。そして第１のレーザ光源１とは波長を異ならせた第２のレーザ光源２０１、コリメートレンズ２０２、および、第１のレーザ光源１からのレーザ光を透過し、第２のレーザ光源２０２からの波長のレーザ光を反射するビームスプリッタ２０３、第２のレーザ光源２０１を駆動するレーザドライバ２０４を用いる。
【００２２】
そして基材８の欠陥を検査する場合、パソコン１０１から欠陥検査用のデータをレーザドライバ２０４に与え、第２のレーザ光源２０１を駆動する。この第２のレーザ光源２０１から出たレーザ光は、コリメートレンズ２０２で平行光束にされてビームスプリッタ２０３で反射され、第１のレーザ光源１からのレーザ光と同様ビームスプリッタ３、コーナミラー４を経由してポリゴンミラーなどの偏向器５に送られる。そしてこの偏向器５の各反射面で偏向されながらｆθレンズ６で集光され、基材８上を７−１〜７−３のような走査幅で直線走査しながら照射する。
【００２３】
すると、基材８の被測定面から反射した光が今度は逆に、ｆθレンズ６、ポリゴンミラーなどの偏向器５、コーナミラー４を経てビームスプリッタ３を透過し、第１のレーザ光源１からの反射レーザ光を遮って第２のレーザ光源２０１からの反射レーザ光のみを通過させるフィルター１２を通り、レンズ９にてピンホール１０に集光される。このピンホール１０は、基材８のピント位置と光学的に共役の位置（共焦点の結像位置）に配置されている。そのためピンホール１０を通過する光の光量は、基材８の被測定面がｆθレンズ６のピント位置にある時に最大となり、ピントがズレるとピンホール１０位置で集光ビーム径が大きくなってそれだけ単位面積あたりの光量が減少し、ピンホール１０を通過する光量も少なくなる。
【００２４】
従って被測定面に凹凸があると、被測定面上のピント位置から反射した光がピンホール１０を通過する場合に光量が最も大きくなる。逆にピント位置でない面からの反射光や異物、欠陥により、ピント位置からズレた位置から反射された光（散乱光）は、レンズ９による集光ビーム径が大きくなってそれだけ単位面積あたりの光量が少なくなり、ピンホール１０を通過する光量も少なくなる。
【００２５】
このピンホール１０を通過する光量を連続的に検出するため、ピンホール１０後方にフォトダイオード、ＣＣＤなどの光電変換素子１１が設けられ、さらにその光電変換素子１１のアナログ出力信号は、Ａ／Ｄ変換素子（アナログ／デジタル変換基板）１０４によりデジタル信号に変換されてパソコン１０１に取り込まれる。このパソコン１０１には、Ａ／Ｄ変換素子１０４の出力を基材８表面の濃淡画像としてモニタ１０５画面に可視化するソフトが組み込まれ、欠陥部、異物部からの反射光は前記したように少なくなるから、平滑部（明部）に比べて暗部画像として表示されるようになっている。
【００２６】
そのため基材８に欠陥や異物がある場合はモニタ１０５で黙視でき、また暗部の存在を外部に知らせるようソフトを構成することで、確実に欠陥や異物を検出できるようにすることができる。また、後述する図２に示すようなステージ類と組み合わせることで、２次元または３次元のレーザ共焦点顕微鏡として機能させることができる。
【００２７】
このように本発明の実施例１では、レーザ走査光学系における偏向器５やｆθレンズ光学系６の主要部分を共通に使用しながら、レーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡の両方の機能を有したハイブリッドレーザ走査装置を提供することができる。従って、従来のようにレーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡を別個に備える必要がないからシステムを安価に形成でき、また設置スペースも１台分のみで設置が可能となる。
【００２８】
なお、以上説明した構成要素のうち偏向器５はポリゴンミラーだけではなく、ガルバノミラーを用いても良いことは自明である。また、レーザ直描動作と同時に欠陥検査を実施する場合、図1に示した構成では、基材８から第1のレーザ光源１、第2のレーザ光源２０１の両者の反射光がビームスプリッタ３を通過して光電変換素子１１に届くことになり、正しい光量を測定できない場合が生じる。そのため、ビームスプリッタ３とレンズ９の間、またはレンズ９とピンホール１０の間に第１のレーザ光源１からの反射光を遮ると共に、第２のレーザ光源２０１からの反射光のみを通すフィルターを設置するなどしてもよい。
【実施例２】
【００２９】
図２は、以上説明してきた図１に於ける基材８を載置し、偏向器５により偏向されて基材８上を走査するレーザ光の走査方向（Ｘ方向とする）とは直行する方向（Ｙ方向とする）、及びこのＸＹ平面に対して垂直な方向（Ｚ方向とする）にそれぞれ移動させるためのステージ構成の一例である。
【００３０】
図中１０１は、図１と同じ制御装置としてのパソコン、３０１は、図１における光学系１から６、光学系２０１から２０３等の光学系をユニットとして示した光学ユニット、３０２は上記したＸ方向のレーザ走査ライン、３０３は基材８をＸ方向に移動させるＹステージ、３０４は基材８をＺ方向に移動させるＺステージ、３０５は図１で１０３、２０４で示したレーザドライバを含むデータ制御筐体、３０６はＹステージ３０３、Ｚステージ３０４を制御するステージ制御筐体である。
【００３１】
このうちＹステージ３０３、Ｚステージ３０４は、例えばパルスモータやサーボモータと減速用のギアやボールネジなどを組み合わせ、基材を載置する台を微少変異で移動させることができるように構成してある。
【００３２】
このようなステージ構成において、例えば図１の構成をレーザ直描装置として動作させる場合、パソコン１０１から図１に示したメモリー部１０２、レーザドライバ１０３を含むデータ制御筐体３０５にラスターデータが送られる。すると前記したようにこのラスターデータで第１のレーザ光源１がＯＮ／ＯＦＦされ、そのレーザ光がコリメートレンズ２、ビームスプリッタ３、コーナミラー４を経由して高速回転しているポリゴンミラーなどの偏向器５に送られる。そしてレーザ光はこの偏向器５の各反射面で偏向されながら反射され、ｆθレンズ６で集光されて、レーザ走査ライン３０２のような直線走査が行われて基材表面が露光されてゆく。
【００３３】
そして１本のレーザ走査ライン３０２が走査されると、パソコン１０１からステージ制御筐体３０６にＹステージ３０３を１ライン分Ｙ方向に移動させる指令が送られ、Ｙステージ３０３が１ライン分Ｙ方向に移動する。そして同様にして次の走査ラインが露光されて１ライン分Ｙ方向に移動させることが基材８の全面に渡って行われ、レーザ直描が行われる。なお、このＹ方向への移動は１ラインの走査が終わる毎ではなく、１ラインの走査時間の間に連続して１ライン分移動するようにしても良い。
【００３４】
一方、図１の構成をレーザ共焦点顕微鏡として動作させる場合、パソコン１０１からレーザドライバ２０４に第２のレーザ光源２０１の発光指示が送られ、また図２のステージ制御筐体３０６には各走査毎に１ライン分のＹ方向への移動指示が送られる。
【００３５】
そして先の図１の説明で説明したように、光電変換素子１１で検出してＡ／Ｄ変換素子１０４によりデジタル信号に変換した基材８からの反射光の光強度をパソコン１０１に取り込み、欠陥部、異物部を平滑部（明部）に比べて暗部となる画像としてモニタ１０５に表示し、欠陥部、異物部を検査する。
【００３６】
そして欠陥部、異物部のＺ方向高さなどのデータが必要な場合、まず欠陥部、異物部がレーザ光で走査されるよう、パソコン１０１からステージ制御筐体３０６にＹ方向移動指示を出す。そして欠陥部、異物部の暗部がモニタ１０５に表示されたら、パソコン１０１からステージ制御筐体３０６にＺ方向移動指示を出してその暗部が明部となるようステージをＺ方向に移動させる。このとき、欠陥部、異物部が明るくならずにさらに暗く表示される場合は逆方向に動いたことになるから移動方向を逆にし、最高明度の位置とＺ方向移動前の位置との差、すなわち移動距離を求めると、それが欠陥部、異物部のＺ方向高さとなる。
【００３７】
このようにすることで、２次元的および３次元的なレーザ直描、および形状測定を含むレーザ共焦点顕微鏡検出機能をシステム的に構築することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明になるハイブリッドレーザ走査装置は、レーザ直描装置とレーザ共焦点顕微鏡の両方の機能を有し、システムを安価に形成できる上に設置スペースも１台分のスペースのみで設置が可能となり、大幅なコストダウンが可能となる。また基材の欠陥検査装置は、レジスト塗布もしくはラミネート塗布の状態での検査が可能であるから基材を取り外してレーザ共焦点顕微鏡で検査するなどのことが不要になるばかりでなく、レーザ直描動作と同時に欠陥検査を実施することも可能となって、行程的に非常にスピーディな処理が可能となると共に、検査の再現性を保つことも可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１のレーザ光源
２  コリメートレンズ
３  ビームスプリッタ
４  コーナミラー
５  偏向器
６  ｆθレンズ
７−１〜７−３  レーザ走査光
８  基材
９  レンズ
１０  ピンホール
１１  光電変換素子
１２  フィルター
１０１  パソコン
１０２  メモリー部
１０３  レーザドライバ
１０４  Ａ／Ｄ変換素子
１０５  モニタ
２０１  第２のレーザ光源
２０２  コリメートレンズ
２０３  ビームスプリッタ
２０４  レーザドライバ
３０１  光学ユニット
３０２  レーザ走査ライン
３０３  Ｙステージ
３０４  Ｚステージ
３０５  データ制御筐体
３０６  ステージ制御筐体
【図１】
2013235202.tif 000003
【図２】
2013235202.tif 000004