JP5357617B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）など空間光変調素子によってパターンを直接描画するマスクレス露光装置に関し、特に、ビームスポットのサイズを変更した露光処理に関する。

ＤＭＤなどを備えたマスクレス露光装置では、光変調素子をマトリクス状に２次元配列させた光変調デバイスを制御して露光動作を行い、パターンを基板の描画面へ直接形成する。２次元的に高精度のパターンを形成する方法として、基板に対し走査方向を斜行させる方法が知られており、同列にあるマイクロミラー群のスポット位置を副走査方向へ徐々にシフトさせることにより、同一エリア（ドット）に対するオーバラップ露光動作が行われる（例えば、特許文献１参照）。

ＤＭＤ上で反射したパターン像は結像光学系によって拡大／縮小され、投影スポットのエリアサイズは露光面上において拡大／縮小される。しかしながら、スポットサイズを拡大させると、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性が低下してパターン解像度が低下する。ＭＴＦ値の低下を防ぐため、例えば、ＤＭＤのマイクロミラーと対向するようにマイクロレンズを２次元配列させた一対のフライアイレンズ（インテグレータ）が配置される。ＤＭＤのミラー反射像が各マイクロレンズのセル像ごとに縮小され、所定のスポットサイズで等間隔に散在するパターン像が形成される（特許文献２参照）。

特開２００３−５０４６９号公報 特開２００４−６２１５５号公報

近年、液晶基板などの基板の大型化、あるいは生産効率改善のため、パターンを形成すべき描画領域が拡大する傾向にある。その一方で、演算回路の性能を向上させるため、パターンの微細化が要求されている。このような要求を満たすためには、光変調デバイス全体の大型化およびマイクロミラーサイズの縮小化を必要とするが、露光装置専用の光変調デバイスを個別に製造することは難しい。

特許文献２では、マイクロミラーとマイクロレンズが１：１対応であるため、各マイクロレンズによって投影スポットが微小となり、パターンの微細化を可能にする。しかしながら、各マイクロレンズの光軸調整を微小サイズであるマイクロミラーに合わせて行う作業は困難であり、高精度に光学系を調整することができない。また、投影スポットサイズが微小であるため、多重露光処理を行う作業時間が増加し、スループットを向上させることができない。

本発明の露光装置は、ＤＭＤなどの空間光変調素子を利用してパターンを形成する露光装置であり、光源からの光を変調する複数の空間光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、光変調素子アレイによって規定される投影対象となるエリア（以下、露光エリアという）を被描画体に対して相対的に移動させる走査手段とを備える。例えば、マイクロミラーを空間光変調素子として２次元配列した少なくとも１つのＤＭＤが光変調素子アレイとして使用可能である。

ＤＭＤ、ＬＣＤなどの光変調素子アレイは、光源からの照明光をパターンに応じて被描画体へ導き、マイクロミラー、液晶素子など照明光を被描画体もしくは被描画体外へ選択的に導く複数の空間光変調素子によって構成される。走査手段は、光変調素子アレイ、あるいは被描画体を相対的に移動させればよく例えば、テーブル駆動機構等によって基板を走査方向に移動させればよい。また、走査手段は、間欠的に露光エリアを相対移動させるステップ＆リピート方式、あるいは連続移動させる連続移動方式などが適用可能である。

本発明の露光装置は、光変調素子アレイによる反射光を結像させ、パターン像を形成する第１光学系と、２次元配列された複数のマイクロレンズを有し、パターン像を、各マイクロレンズによって形成される部分的な像（以下、セルパターン像という）の単位で個別に縮小する第２光学系とを備える。

また、露光装置は、露光データを生成する露光データ生成手段と、露光エリアの相対的位置に基づき、複数の空間光変調素子を制御する露光制御手段とを備え、走査中に空間光変調素子をパターンに応じて制御（例えばＯＮ／ＯＦＦ制御）することによって、所定のパターンが被描画体に形成される。例えば、パターンデータとして装置に入力されるベクタデータなどをラスタデータに変換し、ラスタデータから各光変調素子を制御する露光データが生成される。パターンの形成された基板に対して現像処理、エッチングまたはメッキ処理が施され、その後感光材料の剥離処理をすることで基板が製造される。

本発明では、各マイクロミラーの反射光単位で縮小投影する光学系として、第１光学系、第２光学系が設けられている。反射光のパターン像は、第１光学系、第２光学系によってマイクロレンズサイズに分割され、セルパターン像は個別に縮小される。その結果、互いに所定間隔を空けて縮小されたセルパターン像（以下、縮小セルパターン像という）が散在する形でパターン像が被描画体に形成される。

第１光学系は、反射光によるパターン像を拡大／縮小しながら形成してもよく、あるいは等倍でパターン像を形成することが可能である。被描画体の露光領域サイズ、光変調素子アレイのサイズなどに基づいてパターン像の大きさを定めればよい。例えば第１光学系は、パターン像全体の倍率を拡大する結像光学系を含む。

一方、第２光学系は、パターン像全体をマイクロレンズサイズに応じたセルパターン像に分割しながら、各セルパターン像を個別に縮小させる結像光学系から構成される。例えば、第２光学系は、複数のマイクロレンズを互いに対向配置させたマイクロレンズアレイ群（例えば２つのマイクロレンズアレイ）から成るインテグレータ光学系によって構成される。

本発明では、マイクロレンズの配列が空間光変調素子の配列と１：１対応ではなく、セルパターン像を形成する空間光変調素子エリアとマイクロレンズが対応している。すなわち、所定数（２以上）であって隣接し合う、まとまりのある一連の空間光変調素子（以下、空間光変調素子群という）による反射光によって、１つのセルパターン像が形成される。

この空間光変調素子群は、マイクロレンズの入射瞳、すなわちパワー性能を考慮して定められる。例えば、マイクロレンズの入射瞳に光が入射する最大エリアで空間光変調素子群を構成し、あるいは、それ以下で構成することもできる。空間光変調素子群に応じたデータエリア（以下では、ブロックという）をデータ単位とすると、パターン像に応じたパターンデータは、マイクロレンズの配列に従う複数のブロックから構成される。

このようなデータブロックとマイクロレンズの対応関係に基づいた露光動作を実行するため、本発明の露光データ生成手段は、パターン像に応じたパターンデータを、セルパターン像を形成する空間光変調素子群に応じたブロックから構成されるパターンデータに変換し、スポットデータとして各ブロックの露光データを生成する。すなわち、空間光変調素子群からなる照明スポット（以下、単位露光エリアという）を照明単位としてパターンを形成する。そして、露光制御手段は、露光エリアの相対的位置に基づき、複数の空間光変調素子を各ブロックの露光データに応じて制御する。

本発明では、第１光学系などによってパターン像を拡大することによって、露光動作時の露光エリアを拡大することができる。その一方、各縮小セルパターン像のサイズは、第１光学系、第２光学系の拡大、縮小倍率などで調整可能である。これによれば、第１光学系によって拡大した露光エリア内で、セルパターン像のサイズを微細パターン形成可能なサイズに定めることもできる。特に、光変調素子群をマイクロレンズサイズ、要求されるパターン精度等に応じて定めることにより、任意のピッチ、サイズによって点在する照明スポットを投影することが可能である。

したがって、大型基板への露光、かつ微細パターンの形成という露光条件においても、スループットを向上させつつ、各縮小セルパターン像（照明スポット）のサイズを縮小化するという、相反する技術的課題をクリアすることができる。このような露光動作を実行する露光データ生成処理および露光制御が実行される。

さらに、走査方向（主走査方向）を縮小セルパターン像の配列方向に関して斜め方向にすることにより、所定間隔で並ぶ単位露光エリアの間にもパターンを照射することができる。その結果、一度の走査で照射面全体に隈無く光を照射することができ、微細パターン形成とスループット向上を実現することが可能となる。

精度あるパターン形成には、副走査方向に関して露光量をできるだけ等しくするのが望ましい。走査手段は、副走査方向に関して露光量を等しくするように所定の傾き角度に従って露光エリアを相対移動させるのがよい。

例えば、縮小セルパターン像に応じた単位露光エリアの副走査方向に沿ったサイズをＡ、隣接する単位露光エリア間の副走査方向に沿ったピッチをＢ、隣接する単位露光エリア間の走査方向に沿ったピッチをＣ、傾き角度をθ、走査方向に沿った単位露光エリアの配列数をＮ、所定の縮小セルパターン像の重なり回数をｎとする場合、傾き角度θが以下の式を満足するように構成すればよい。

ｔａｎθ＝Ｂ／Ｎ×Ｃ
Ｎ×Ａ＝Ｂ×ｎ

隣接する空間光変調素子群の境界部分については、マイクロレンズの境界、すなわち光入射の境界に合わせて明確にその境界を規定しても、規定しなくてもよい。空間光変調素子群を構成する空間光変調素子の数はマイクロレンズのサイズに従う。そのため、空間光変調素子を余らせることなく出来る限り均等に空間光変調素子アレイを分割するためには、空間光変調素子群の配列数を、空間光変調素子における配列数の公約数に従うように構成するのがよい。この場合、マイクロレンズは、公約数に従ったサイズに定められる。

本発明の露光データ処理装置は、光源からの光を変調する複数の空間光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、光変調素子アレイによる反射光を結像させ、パターン像を形成する第１光学系と、２次元配列された複数のマイクロレンズを有し、パターン像を、各マイクロレンズによって形成されるセルパターン像の単位で個別に縮小する第２光学系とを備えた露光装置のデータ処理装置であり、露光装置に組み入れられ、あるいは露光装置とは別に構成される。

そして、露光データ処理装置は、パターン像に応じたベクタデータをラスタデータに変換するラスタ変換処理手段と、ラスタデータを、縮小セルパターン像を形成する所定数の空間光変調素子群に応じたデータエリアであるブロックから構成されるラスタデータに変換し、スポットデータとして各ブロックの露光データを生成する露光データ生成手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の露光データ処理方法は、パターン像に応じたベクタデータをラスタデータに変換し、ラスタデータを、縮小セルパターン像を形成する所定数の空間光変調素子群に応じたデータエリアであるブロックから構成されるラスタデータに変換し、スポットデータとして各ブロックの露光データを生成することを特徴とする。

本発明によれば、微細なパターンを形成しながらスループット向上を実現することができる。

第１の実施形態である描画装置を模式的に示した斜視図である。 露光ヘッド２０_１の内部構成を示した図である。 描画装置１０に設けられた描画制御部のブロック図である。 投影光学系２６におけるパターン像の変換を示した図である。 単位露光エリアの配列を示した図である。 走査時の傾き角度と単位エリアの通過する軌跡を示した図である。 露光処理における投影パターンを示した図である。

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。

図１は、第１の実施形態である描画装置を模式的に示した斜視図である。

描画装置（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ＳＷ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って、ゲート状構造体１２、基台１４を備える。基台１４には、描画テーブル１８を支持するＸ−Ｙステージ機構（ここでは図示せず）が搭載され、描画テーブル１８上に基板ＳＷが設置されている。

描画装置１０は、描画制御部（ここでは図示せず）によって露光動作が実行、制御される。描画制御部には、モニタ、キーボードなどの入力装置（いずれも図示せず）が接続されており、オペレータの操作に従って描画処理が行われる。

ゲート状構造体１２には、基板ＳＷの表面にパターンを形成する８つの露光ヘッド２０_１〜２０_８が並んで配設されている。また、基板ＳＷの変形状態などを検出するＣＣＤセンサ１９が基板方向に向けて設置されている。露光ヘッド２０_１は、ランプ、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）、投影光学系（ここでは図示せず）を備え、他の露光ヘッド２０_２〜２０_８も同様の構成である。

矩形状の基板ＳＷは、例えばシリコンウェハ、プリント基板、ドライフィルム、ガラス基板、銅貼積層板などの電子回路用基板であり、プリベイク処理、フォトレジストの塗布等の処理が施されたブランクスの状態で描画テーブル１８に搭載される。基板ＳＷ、すなわち描画テーブル１８には、互いに直交なＸ−Ｙ−Ｚ座標系が規定されており、描画テーブル１８はＸ、Ｙ方向に沿って移動可能である。また、描画テーブル１８はＺ軸周りに回転可能であって、基板送り方向が調整される。ここでは、Ｙ方向を主走査方向（走査方向）、Ｘ方向を副走査方向と規定する。

図２は、露光ヘッド２０_１の内部構成を示した図である。

支持台２１に設置された超高圧水銀ランプ３５は、紫外光である照明光を放射し、リフレクター３８によって照明光は照明光学系３２へ導かれる。照明光学系３２によって平行光に成形された光は、ミラー群２５、２７を経てＤＭＤ２４_１に導かれる。ＤＭＤ２４_１は、数μｍ〜数十μｍの微小矩形状マイクロミラーをマトリクス状に２次元配列させた光変調デバイスであり、ここでは１０２４×７６８のマイクロミラーによって構成される。なお、マイクロミラーは、例えばＳＲＡＭセルなど一体的なメモリセルの上に配置されている。

ＤＭＤ２４_１では、メモリセルに格納される制御信号（露光データ）に基づいて、各マイクロミラーがそれぞれ選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＯＮ状態のマイクロミラーにおいて反射した光は、ミラー２７を介して、保持枠２２、２３によって保持される投影光学系２６へ導かれる。

投影光学系２６は、第１結像光学系２８、インテグレータ４０、第２結像光学系４６を備える。第１結像光学系２８は、ＤＭＤ２４によるパターンに応じた光を結像するとともに、パターン像全体を所定倍率で拡大する。インテグレータ４０は、２つのフライアイレンズアレイ４２、４３をスリーブ内４１に設けた構造であり、各フライアイレンズアレイは、密着した状態で２次元配列させた複数の凸−平型マイクロレンズを備え、フライアイレンズアレイ４２、４３のマイクロレンズは互いに対向配置されている。

インテグレータ４０は、第１結像光学系２８によって形成される拡大パターン像をマイクロレンズのサイズに応じて複数の微小なパターン像（以下、セルパターン像という）に分割するとともに、所定倍率で各セルパターン像を個別に縮小する。縮小したセルパターン像（縮小セルパターン像）の光は、第２結像光学系４６を通り、基板ＳＷに照射される。その結果、所定間隔で２次元配列する縮小パターン像が基板ＳＷに形成される。

露光方式として、ここではステップ＆リピート方式による多重露光方式が適用される。すなわち、描画テーブル１８は間欠的にＹ方向に沿って移動し、それに合わせて各マイクロミラーが所定の露光ピッチ時間間隔でＯＮ／ＯＦＦ制御される。基板ＳＷが走査方向Ｙに沿って移動するのに伴い、ＤＭＤ２４全体によって規定される投影領域、すなわち露光エリアが基板ＳＷに対して相対的に移動する。

また、基板ＳＷは、走査方向Ｙに対し微小角度だけ斜め方向を向いた状態で描画テーブル１８に配置されている。そのため、描画テーブル１８が走査方向Ｙに沿って移動するとき、露光エリアは基板ＳＷの長手方向に対し斜め方向に相対移動する。

各露光ヘッドによる露光エリアが走査方向Ｙに沿って相対移動する間にラスタ走査が続けられることにより、基板全体にパターンが形成されていく。描画処理が終了すると、現像処理、エッチング又はメッキ、レジスト剥離処理などが施され、パターンの形成された基板が製造される。

図３は、描画装置１０に設けられた描画制御部のブロック図である。

描画制御部３０は、外部のワークステーション（図示せず）と接続され、露光制御部５２を備える。露光制御部５２は描画処理を制御し、ＤＭＤ駆動回５９、読み出しアドレス制御回路５７、描画テーブル制御回路６１など各回路へ制御信号を出力する。描画処理を制御するプログラムは、あらかじめ露光制御部５２内のＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

ワークステーション（図示せず）から露光制御部５２に入力されるパターンデータは、描画パターンの位置情報をもつベクタデータ（ＣＡＤ／ＣＡＭデータ）であり、Ｘ−Ｙ座標系に基づいた位置座標データとして表される。ラスタ変換部５１に入力されたベクタデータは、パターンの２次元ドットデータ（ＯＮ／ＯＦＦデータ）であるラスタデータに変換される。

データ修正部５３に入力されたラスタデータは、縮小セルパターン像、すなわちインテグレータ４０のマイクロレンズサイズに応じたブロックから構成されるラスタデータ（以下、ブロックラスタデータという）に変換される。このデータ修正部５３は、ブロックを単位とする露光データ生成処理部として構成されている。

各ブロックは、１つのスポットデータ、すなわちＯＮ／ＯＦＦデータを表す。第１結像光学系２８、インテグレータ４０、第２結像光学系４６による拡大縮小倍率、および座標変換特性から、縮小セルパターン像と変換前のラスタデータとの対応関係があらかじめ決定される。生成されたブロックラスタデータは、バッファメモリ５８に格納される。

走査中、露光エリアの相対位置に従い、ブロックラスタデータが所定のタイミングでバッファメモリ３８から順次読み出される。露光エリアの相対位置情報に基づき、マイクロミラーをブロック単位でＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号が、ＤＭＤ駆動回路５９から露光ヘッド２０_１〜２０_８のＤＭＤ２４_１〜２４_８へ出力される。このような露光制御部５２、ＤＭＤ駆動回路５９の処理による露光制御によりパターンが形成されていく。なお、あらかじめ定められた座標変換、拡大縮小倍率に基づいて露光エリアの相対位置が検出される。

描画テーブル制御回路６１は、駆動回路５４を介してモータ（図示せず）を備えたＸ−Ｙステージ機構５６を制御し、これによって描画テーブル１８の移動速度、基板送り方向等が制御される。位置検出センサ５５は、描画テーブル１８の位置、すなわち露光エリアの描画テーブル１８に対する相対的位置を検出する。

図４は、投影光学系２６におけるパターン像の変換を示した図である。図４を用いて、パターン像の拡大、縮小について説明する。なお、露光ヘッドのＤＭＤ２４_１によるパターン像を説明し、以下符号を“２４”とする。

ここでは、ＤＭＤ２４のマイクロミラーが６４×６４の分割エリアＢによって分割される。７６８×１０２４のマイクロミラーがマトリクス状に配列していることから、ＤＭＤ２４は、行方向（走査方向Ｙ）、列方向（副走査方向）に沿ってそれぞれ１２×１６の分割エリアから構成される。左隅の分割エリアをＭ０（１、１）とし、分割エリアのアドレスを行、列方向に沿ってＭ０（ｋ、ｊ）（１≦ｋ≦１２、１≦ｊ≦１６）と表す。

第１結像光学系２８は、ＤＭＤ２４によって形成されるパターンの光を焦点Ｔ１（結像位置）に結像させるとともに、パターン像を拡大倍率Ｎ０で拡大する。その結果、左右上下の倒立した拡大パターン像が、第１結像光学系２８の結像位置Ｔ１に形成される。

インテグレータ４０の第１フライアイレンズ４２は、第１結像光学系２８の結像位置Ｔ１に設置されている。第１フライアイレンズ４２におけるマイクロレンズ４２Ｍの配列は、ＤＭＤ２４における分割エリアＢの配列に対応し、１２×１６のマイクロレンズ４２Ｍが２次元配列されている。

分割エリアＢのサイズ、すなわち６４×６４のマイクロミラー領域は、各マイクロレンズのサイズに基づいて規定されている。すなわち、各マイクロレンズを通る光束の断面領域は、６４×６４のマイクロミラー領域において反射する光束の断面領域に相当し、６４×６４のマイクロミラーの反射光によってマイクロレンズのセルパターン像が形成される。したがって、第１結像光学系２８によって拡大されたパターン像は、第１フライアイレンズ４２によって１２×１６のセルパターン像に分けられる。

第１結像光学系２８によって形成されるパターン像は倒立画像であることから、セルパターン像の位置も倒立している。例えば、ＤＭＤ２４において左下隅に位置する分割エリアＭ０（１、１）のセルパターン像は、第１結像光学系２８によって右上隅の位置に移動する。図４では、分割エリアＭ０（１、１）に応じたセルパターン像をＭ１（１２、１６）と表している。

第２インテグレータ４３は、第１インテグレータ４２と同じ配列で並ぶ複数のマイクロレンズ４３Ｍを有し、第１インテグレータ４２と所定間隔Ｍだけ離れた位置に配置されている。第１フライアイレンズ４２の各マイクロレンズを通った光は、第２フライアイレンズ４３の対応位置にあるマイクロレンズに入射する。

第１フライアイレンズ４２は、フィールドレンズおよびコンデンサーレンズとして機能し、第１、第２フライアイレンズ４２、４３の対向するマイクロレンズ間で像を伝搬させる。一方、第２フライアイレンズ４３は、リレーレンズとして機能する。したがって、第１フライアイレンズ４２によって形成される各セルパターン像の光は、第２マイクロレンズを通り、第１フライアイレンズ４２の焦点（結像位置）Ｔ２に結像される。

さらに、第２フライアイレンズ４３は、各マイクロレンズのセルパターン像を個別に縮小し、縮小セルパターン像が結像位置Ｔ２に形成される。第１フライアイレンズ４２に対する第２フライアイレンズ４３の位置は、第１結像位置Ｔ１に形成されるセルパターン像に対して縮小倍率Ｎ１のセルパターン像を結像位置Ｔ２に形成させる。

テレセントリック光学系である第２結像光学系４６は、結像位置Ｔ２に形成された縮小セルパターン像を拡大あるいは縮小せず、縮小セルパターン像をそのまま焦点（結像位置）Ｔ３に形成する。このとき、縮小セルパターン像は各々倒立像として結像位置Ｔ３に形成される。結像位置Ｔ３は、基板ＳＷの表面位置に相当し、縮小セルパターン像が基板ＳＷに形成される。第２結像光学系２１を配置することで、投影光学系２６と基板ＳＷとの距離間隔ＷＤが確保される。

このように、投影光学系２６は、第１結像光学系２８によってパターン像を全体的に拡大した後、第１、第２フライアイレンズ４２、４３のマイクロレンズ４２Ｍ、４３Ｍに応じたセルパターン像を形成し、かつ個別に縮小する。その結果、ある地点の露光動作において露光エリアＥＡに形成される一連の縮小セルパターン像ＣＰ_０は、互いに所定間隔を設けた２次元配列像になる。

縮小セルパターン像が単一の投影スポットになるため、走査中、マイクロミラーへ送られる露光データは、ブロック単位でＯＮ／ＯＦＦデータに切り換えられる。したがって、ベクタデータから得られたラスタデータに対し、ブロック毎の投影位置に基づいたデータ修正処理を行う。なお、データ修正処理（ブロック露光データ生成処理）においては、インテグレータ４０による座標変換を踏まえて露光データが生成され、また、２回基板ＳＷがＹ方向に対して斜行するため、その傾き角度に応じたブロックラスタデータが生成される。

図５は単位露光エリアの配列を示した図である。図６は、走査時の傾き角度と単位エリアの通過する軌跡を示した図である。図７は、露光処理における投影パターンを示した図である。図５〜７を用いて、走査時の傾き角について説明する。

図５に示すように、ある地点において露光動作を行うと、１２×１６の単位露光エリアの配列に従って縮小セルパターン像が形成される。上述したように、ＤＭＤ２４では、走査方向に沿って７６８個、副走査方向に沿って１０２４個のマイクロミラーを２次元配列させている。そして、第１、第２フライアイレンズ４２、４３のマイクロレンズ配列に合わせ、６４×６４のマイクロミラーから構成されるセル群が、単位露光エリアＥＰＡ_０として規定される。

基板ＳＷの送り方向が、基板長手方向に対して傾いている一方で、露光エリアの配列方向は、基板ＳＷを傾かせないときの基準方向に一致している。そのため、縮小セルパターン像の配列方向に対し、走査方向は斜め方向を向いている。単位露光エリアのピッチ間隔以下、あるいはその前後距離間隔を露光ピッチと定めて露光動作を行うと、各単位露光エリアの位置、すなわち縮小セルパターン像の投影位置は、徐々に副走査方向に沿ってシフトしていく。図５には、１つの縮小パターン像に応じた単位露光エリアが移動していくラインＫＭを示している。

したがって、露光エリアの相対移動に合わせて多重露光動作を実行すると、基板ＳＷに対して隙間無く縮小セルパターンが順次投影される。さらに、本実施形態では、副走査方向に沿った露光量が斜め方向走査において均一となるように構成されている。以下、露光量均一化の条件について説明する。

図６には、走査方向に沿った２列の縮小セルパターン像を図示している。ただし、説明を簡単にするため、走査方向に沿った８個の縮小セルパターン像のみ考慮する。上側（Ａ行目）の縮小セルパターン像Ａ１〜Ａ８、下側（Ｂ行面）の縮小セルパターン像Ｂ１〜Ｂ８は、それぞれある露光地点における単位露光エリアに相当し、単位露光エリアは基板ＳＷの送り方向に対して傾いた走査方向に移動していく（以下では、Ａ１〜Ａ８、Ｂ１〜Ｂ８を単位露光エリア、あるいは縮小セルパターン像として適宜選択的に扱う）。

単位露光エリア（縮小セルパターン像）のサイズをＡ、副走査方向に沿ったピッチ間隔をＢ、走査方向に沿ったピッチ間隔をＣ、基板ＳＷの走査方向に対する傾き角度をθと規定する。また、走査方向に沿った単位露光エリアの数（セルパターン数という）をＮと定める。図６では、Ｎ＝８である。

副走査方向に沿ったＺライン上で露光量が一定となるためには、２つの条件を満たす必要がある。第１の条件は、副走査方向のピッチ間隔Ｂにおける露光量にバラツキが生じないように、副走査方向に沿った縮小セルパターン像の重なりを均等にすることである。この条件を満たすため、走査方向に並んだ一連の単位露光エリア各々の端点がＺライン上を等ピッチ間隔で通過する必要がある。

副走査方向に沿ったピッチ間隔Ｂは、隣接するセルパターン像の中心間距離を表すことから、以下の式によってピッチ間隔Ｂが求められる。

Ｂ＝ＤＳ×Ｎ０×ＭＢ （１）

ただし、ＤＳは、マイクロミラーサイズ、Ｎ０は第１結像光学系２８の拡大倍率、ＭＢは走査方向に沿ったマイクロミラーの数を表す。露光ピッチは、走査方向に沿った単位露光エリアのピッチ間隔Ｃの１／ｋ（ｋは整数）に定められている。したがって、Ｚライン上では、単位露光エリアＡ１〜Ａ８、Ｂ１〜Ｂ８の縮小セルパターン像の光がＺライン通過時にいずれも投影される。

Ａ行目の走査方向に関して端点にある単位露光エリアＡ８は、他の単位露光エリアＡ１〜Ａ７と比べ、Ｚライン上を通過するときに単位露光エリアＢ１に形成される縮小セルパターン像に最も近い。一方、単位露光エリアＢ２がＺライン上を通過するとき、他の単位露光エリアＢ３〜Ｂ７に比べて、単位露光エリアＢ１に形成される縮小セルパターン像にオーバラップする割合が最も大きい。

したがって、単位露光エリアＡ１がＺライン上にあるときの縮小セルパターン像、単位露光エリアＢ１がＺライン上にあるときの縮小セルパターン像、単位露光エリアＢ２がＺライン上にあるときの縮小セルパターン像が、副走査方向に沿って順番に重なって形成される。

Ｚライン上に沿ってＡ行目の縮小セルパターン像による露光量とＢ行目の縮小セルパターン像による露光量をその境界部分で段差無く均等にするためには、単位露光エリアＡ８がＺライン上を通過するときの縮小セルパターン像と縮小セルパターン像Ｂ１の間隔ｂと、単位露光エリアＢ２がＺライン上を通過するときの縮小セルパターン像と縮小セルパターン像Ｂ１の間隔ａに関し、以下の式を満たす必要がある。

ａ＝ｂ （２）

（２）式が成り立つことから、副走査方向のピッチ間隔Ｂは、走査方向のセルパターン数Ｎとの間で以下の関係式が成り立つ。

Ｂ＝Ｎ×ａ （３）

また、縮小セルパターン像Ｂ１、Ｂ２を比較すると、走査傾き角度θと間隔ａは以下の関係式を満たす。

ｔａｎθ＝ａ／Ｃ （４）

従って、（３）、（４）式により、傾き角度θとピッチ間隔Ｂ、Ｃとの間で以下の条件式が求められる。この条件式によって第１の条件が満たされる。

ｔａｎθ＝（Ｂ／Ｎ）×Ｃ （５）

次に、Ｚライン上で露光量を均等にするための第２の条件について説明する。第２の条件では、Ｚライン上の露光量がどの地点においても同じ光量にする必要がある。各露光エリアのオーバラップの重なり具合が等しいときにこの条件を満たす。

ここで、ある縮小セルパターン像に対して走査時に通過する単位露光エリアの重なり回数をｎ（整数）とすると、以下の条件式を満たす必要がある。

Ａ／ａ＝ｎ （６）

図６では、ｎ＝４に定められている。

（３）式により、（５）式はＮ、Ｂの関係式として以下のように表すことができる。

Ａ＝Ｂ×ｎ／Ｎ （７）

図６では、Ｎ＝８、Ａ／Ｂ＝１／２に定められる。

（７）式を満たす場合、所定の縮小セルパターン像を通過する走査軌跡の長さは同じになる。図６に示すラインＬ３では、露光エリアの距離だけ走査した場合、単位露光エリアＡ８は、単位露光エリアＢ１、Ｂ２、Ａ７、Ａ８によって形成される縮小セルパターン像を通過する。このときの長さＬ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４の総和ＬＬは、いずれの走査軌跡においても等しい。例えば、図６に示す走査ラインＬ１、Ｌ２においても、総和ＬＬが得られる。

（５）、（７）式を満たす場合、Ｚライン上の露光量はどの点においても等しい。ピッチ間隔Ｂ、ＣはＤＭＤのサイズ、第１結像光学系２８の拡大倍率に従い、また、縮小セルパターン像のサイズＡは、インテグレータ４０の縮小倍率に従う。したがって、露光装置のＤＭＤ２４、投影光学系２６の特性に従って傾き角度θの条件を定めることができる。

このように本実施形態によれば、マスクレス露光装置において、露光ヘッド２０_１にＤＭＤ２４_１、投影光学系２６が設けられている。投影光学系２６は、第１結像光学系２８、インテグレータ４０、第２結像光学系４６を備える。第１結像光学系２８は、ＤＭＤ２４_１における反射光のパターン像を形成する。

そして、複数のマイクロレンズをＤＭＤ２４_１のマイクロミラー配列に合わせて２次元配列させたフライアイレンズ４２、４３を設けたインテグレータ４０は、パターン像をセルパターン像に分割し、個別に縮小する。したがって、走査方向、副走査方向に沿って互いに所定間隔離れた２次元配列の縮小セルパターン像が形成される。

一方、データ修正部５３では、セルパターン像を形成するマイクロミラー群、すなわちマイクロレンズサイズに応じたマイクロミラー群のラスタデータを一塊のデータとして扱うべく、マイクロミラー群のエリア（分割エリア）に応じたデータエリアをブロックとし、複数のブロックから構成されるラスタデータを生成する。

走査方向、副走査方向に沿って互いに所定間隔離れた２次元配列の単位露光エリアを走査させながら、ブロック単位で構成される露光データ（ＯＮ／ＯＦＦデータ）をＤＭＤ２４_１に送る。また、基板ＳＷの送り方向が単位露光エリアの配列方向に対して傾いており、上記式を満たすように傾き角度が定められる。これにより、縮小セルパターン像が基板ＳＷに対して全体的に隈無く形成され、かつ、副走査方向に沿った露光量が均一なる。

本実施形態では、マイクロレンズサイズが１つのマイクロミラーサイズに対応するのではなく、複数のマイクロミラー群からの光によってセルパターン像を形成するように構成されている。そして、マイクロミラー群からの反射光をスポット単位としてパターンを投影する。また、ラスタデータにおいても、マイクロミラー群に応じたブロックの露光データをスポットデータとして生成する。

投影光学系２６におけるパターン像全体の拡大倍率、セルパターン像の縮小倍率は、基板サイズなどを考慮して調整することが可能である。そのため、液晶基板など大型基板に対する露光動作において、スポットサイズを大きくした露光動作を実行することができる。その結果、スループットが向上する。また、マイクロレンズサイズがマイクロミラーサイズより大きいため、投影光学系２６の光軸調整を容易に行うことができる。

一方、複数の単位露光エリアが互いに間隔を空けて並ぶ露光エリアが規定されるため、縮小、拡大倍率、走査するときの傾き角度などを適宜設定することにより、縮小セルパターン像をより細かなオーダーで配列させ、スループットを低下させることなく微細パターンを形成することができる。

特に、インテグレータの光学性能、ＤＭＤの形状特性などから傾き角度を設定することにより副走査方向に沿った露光量を均一にすることが可能であるため、露光動作のとき走査角度調整によって露光量を調整することができる。

インテグレータ４０は、３枚以上のフライアイレンズによって構成してもよい。また、第１結像光学系２８においてパターン像を縮小し、あるいは拡大、縮小しないように構成することも可能である。

マイクロミラー群を構成するミラーの数は、各マイクロレンズに対してその数を均等にすることを考慮して定めればよく、例えば、マイクロミラー配列数の公約数に定められる。インテグレータ４０のマイクロレンズサイズをマイクロミラー配列に合わせて設定してもよいが、あらかじめマイクロレンズサイズが定められている場合、それに従ってマイクロミラー群のエリアサイズ、すなわち露光データのブロックサイズを定めてもよい。

また、マイクロレンズに入射する最大限のミラー群を構成してもよいが、パターン精度等に応じて、それ以下のミラー群によってセルパターン像を形成してもよい。この場合、ラスタデータのブロックもセルパターン像を形成するエリアに従って定められる。

１０ 描画装置（露光装置）
２４_１〜２４_８ ＤＭＤ（光変調素子アレイ）
３０ 描画制御部
ＳＷ 基板
２６ 投影光学系
２８ 第１結像光学系（第１光学系）
４０ インテグレータ（第２光学系）
４６ 第２結像光学系
４２、４３ フライアイレンズ（マイクロレンズアレイ）
５１ ラスタ変換部
５２ 露光制御部（露光制御手段）
５３ データ修正部（露光データ生成手段）
５６ Ｘ−Ｙステージ機構（走査手段）
５９ ＤＭＤ駆動回路（露光制御手段）
６１ 描画テーブル制御回路（走査手段）
ＥＡ 露光エリア
ＥＰＡ_０ 単位露光エリア

Claims (9)

1. 光源からの光を変調する複数の空間光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
   前記光変調素子アレイによって規定される露光エリアを被描画体に対して相対的に移動させる走査手段と、
   前記光変調素子アレイによる反射光を結像させ、パターン像を形成する第１光学系と、
   ２次元配列された複数のマイクロレンズを有し、パターン像を、マイクロレンズサイズに応じたセルパターン像に分割し、セルパターン像の単位で個別に縮小する第２光学系であって、２以上であってマイクロレンズサイズに従う数の空間光変調素子から成る空間光変調素子群の反射光によって１つのセルパターン像が形成されるように、前記複数のマイクロレンズが２次元配列された第２光学系と、
   ラスタデータであるパターン像に応じたパターンデータを、前記空間光変調素子群に応じたデータエリアであるブロックから構成されるパターンデータに変換し、スポットデータとして各ブロックの露光データを生成する露光データ生成手段と、
   前記露光エリアの相対的位置に基づき、前記複数の空間光変調素子を各ブロックの露光データに応じて制御する露光制御手段とを備え、
   前記第２光学系が、複数のマイクロレンズを互いに対向配置させた２つのマイクロレンズアレイを含み、
   前記露光データ生成手段が、前記第２光学系による座標変換特性から決定される、縮小されたセルパターン像と変換前のパターンデータとの対応関係に基づいて、各ブロックの露光データを生成することを特徴とする露光装置。
2. 前記走査手段が、前記被描画体における縮小された縮小セルパターン像の配列方向に対し傾く方向に沿って、前記露光エリアを相対移動させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記走査手段が、副走査方向に関して露光量を等しくなるように、所定の傾き角度に従って前記露光エリアを相対移動させることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 縮小セルパターン像に応じた単位露光エリアの副走査方向に沿ったサイズをＡ、隣接する単位露光エリア間の副走査方向に沿ったピッチをＢ、隣接する単位露光エリア間の走査方向に沿ったピッチをＣ、傾き角度をθ、走査方向に沿った単位露光エリアの配列数をＮ、所定の縮小セルパターン像の重なり回数をｎとする場合、ｎ、θが以下の式を満足することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
   
   ｔａｎθ＝Ｂ／Ｎ×Ｃ
   Ｎ×Ａ＝Ｂ×ｎ
5. 前記空間光変調素子群の配列数が、前記空間光変調素子における配列数の公約数に従うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
6. 前記空間光変調素子群のエリアサイズが、あらかじめ定められたマイクロレンズサイズに従って、定められることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置。
7. 前記第１光学系が、パターン像の倍率を拡大する結像光学系を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の露光装置。
8. 縮小されたセルパターン像を、拡大、縮小せずに前記被描画体の表面に結像させる結像光学系をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
9. 光源からの光を変調する複数の空間光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、前記光変調素子アレイによって規定される露光エリアを被描画体に対して相対的に移させる走査手段と、
   前記光変調素子アレイによる反射光を結像させ、パターン像を形成する第１光学１系と、
   ２次元配列された複数のマイクロレンズを有し、パターン像を、セルパターン像の単位で個別に縮小する第２光学系と、
   パターン像に応じたパターンデータを、前記空間光変調素子群に応じたデータエリアであるブロックから構成されるパターンデータに変換し、スポットデータとして各ブロックの露光データを生成する露光データ生成手段と、
   前記露光エリアの相対的位置に基づき、前記複数の空間光変調素子を各ブロックの露光データに応じて制御する露光制御手段とを備え、
   前記走査手段が、前記被描画体における縮小された縮小セルパターン像の配列方向に対し傾く方向に沿って、前記露光エリアを相対移動させ、
   前記走査手段が、副走査方向に関して露光量を等しくなるように、所定の傾き角度に従って前記露光エリアを相対移動させ、
   縮小セルパターン像に応じた単位露光エリアの副走査方向に沿ったサイズをＡ、隣接する単位露光エリア間の副走査方向に沿ったピッチをＢ、隣接する単位露光エリア間の走査方向に沿ったピッチをＣ、傾き角度をθ、走査方向に沿った単位露光エリアの配列数をＮ、所定の縮小セルパターン像の重なり回数をｎとする場合、ｎ、θが以下の式を満足することを特徴とする露光装置。
   
   ｔａｎθ＝Ｂ／Ｎ×Ｃ
   Ｎ×Ａ＝Ｂ×ｎ
   
   
   
   

Images