(57)【要約】【課題】複数の微小なミラーを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの位相を簡易な構造で制御する。【解決手段】パターンを描画する描画装置１に、反射面１５０によってレーザ光を分割する光分割部１５、複数の微小ミラーを備えた空間光変調デバイス１６，１７、１／４だけ位相を反転させる平行平面板１８を設ける。空間光変調デバイス１７に向けて照射されるレーザ光は、往復する間に平行平面板１８によって１／２だけ位相が変換される。空間光変調デバイス１６によって変調されたビームと、空間光変調デバイス１７によって変調され平行平面板１８によって位相が反転されたビームとを、反射面１５０において合成し、基板９に照射する。【選択図】図１
2010182934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のビームによってパターンを描画する描画装置であって、
光を照射する光源と、
前記光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する光分割手段と、
前記光分割手段により分割された第１光を複数の第１ビームに変調する第１空間光変調デバイスと、
前記光分割手段により分割された第２光を複数の第２ビームに変調する第２空間光変調デバイスと、
前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする位相変換手段と、
前記互いに異なる位相を有する第１ビームと第２ビームとを合成するビーム合成手段と、
を備えることを特徴とする描画装置。
【請求項２】
請求項１に記載の描画装置であって、
前記位相変換手段は、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）であることを特徴とする描画装置。
【請求項３】
複数のビームによってパターンを描画する描画装置であって、
光を照射する光源と、
前記光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する光分割手段と、
前記光分割手段により分割された第１光を複数の第１ビームに変調する第１空間光変調デバイスと、
前記光分割手段により分割された第２光を複数の第２ビームに変調する第２空間光変調デバイスと、
を備え、
前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とが互いに異なる位相となるように、前記第１空間光変調デバイスおよび前記第２空間光変調デバイスの配置が決定されており、前記互いに異なる位相を有する第１ビームと第２ビームとを合成することを特徴とする描画装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の描画装置であって、
前記複数のビームの光量を制御する光量制御手段をさらに備えることを特徴とする描画装置。
【請求項５】
複数のビームによってパターンを描画する描画方法であって、
(a) 光源から光を照射する工程と、
(b) 前記光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する工程と、
(c) 前記第１光を第１空間光変調デバイスによって複数の第１ビームに変調する工程と、
(d) 前記第２光を第２空間光変調デバイスによって複数の第２ビームに変調する工程と、
(e) 前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする工程と、
を有することを特徴とする描画方法。
【請求項６】
請求項５に記載の描画方法であって、
前記(e)工程は、位相変換手段によって、前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする工程であることを特徴とする描画方法。
【請求項７】
請求項５に記載の描画方法であって、
前記(e)工程は、前記第１ビームと前記第２ビームの光路長差によって、前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする工程であることを特徴とする描画方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかに記載の描画方法であって、
(f) 前記複数のビームの光量を制御する工程をさらに有することを特徴とする描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の微小なミラーを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの位相を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密な微細パターンをフォトマスクを用いずに設計データに基づきダイレクトに描画する技術（ダイレクト露光）において、高精度に、かつ、高速に描画を行うために、アレイ状に配置された複数の微小なミラーによって光源からの光をマルチビーム化して描画する技術が知られている。例えば、このようなミラーデバイス（空間光変調デバイス）を用いてパターンを描画する描画装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
一方で、微細化が進んだ半導体のパターン露光においては、位相差マスクによって光の位相を反転（１８０度シフト）させることにより、レンズの回折限界を超える微細パターンを露光する技術が実用化されている（位相シフト法）。このように、回折限界を超えた超解像で露光が行われる技術が半導体リソグラフィの分野で開発されており、パターンのマスクに光の位相をシフトさせる機能を組み込んだ現像装置（ステッパー）が実用化されている。
【０００４】
また、ダイレクト露光においても空間光変調デバイスによってマルチビーム化された光の位相を制御する技術も提案されている。例えば、空間光変調デバイスの各ミラーの裏面にスプリングを設け、このスプリングを各ミラーごとに伸縮・伸長させることにより、各ミラーの反射面の位置を光軸に対して進退させる技術が提案されている。これにより、各ミラーによって反射される光の光学系における光路長を変更することが可能となるため、各ミラーによって形成されるビームの位相が制御される。例えば、２本のビーム光路長差がビームの波長の１／２となるように制御すれば、これら２本のビームの位相は互いに反転したものとなる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３２２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来のように、位相シフトマスクを用いてパターンを描画（露光）する場合、位相シフトマスクは取り扱いが容易でない上に、非常に高価であり、また、製作にも時間を要するという問題があった。また、位相シフトマスクはパターンごとに製作しなければならず、パターンの変更（設計変更）に柔軟に対応できないという問題もある。
【０００７】
一方、ダイレクト露光においては、上記のような技術が提案されてはいるものの、ミラーデバイスは微小かつ複雑な構造物であり、構造の設計、製造が極めて困難であるという問題があった。すなわち、空間光変調デバイスに位相制御を行う機能を組み込むためには、個々の微小ミラーを偏向させる機能に加えて、光の進行方向にそれぞれの微小ミラーの位置を平行に移動させる機構が必要となる。また、このときの微小ミラーの移動量も光の波長に対して正確に１／４であることが要求される。したがって、現状では実用化に至っていないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、空間光変調デバイスを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの位相を簡易な構造で制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、複数のビームによってパターンを描画する描画装置であって、光を照射する光源と、前記光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する光分割手段と、前記光分割手段により分割された第１光を複数の第１ビームに変調する第１空間光変調デバイスと、前記光分割手段により分割された第２光を複数の第２ビームに変調する第２空間光変調デバイスと、前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする位相変換手段と、前記互いに異なる位相を有する第１ビームと第２ビームとを合成するビーム合成手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る描画装置であって、前記位相変換手段は、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、複数のビームによってパターンを描画する描画装置であって、光を照射する光源と、前記光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する光分割手段と、前記光分割手段により分割された第１光を複数の第１ビームに変調する第１空間光変調デバイスと、前記光分割手段により分割された第２光を複数の第２ビームに変調する第２空間光変調デバイスとを備え、前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とが互いに異なる位相となるように、前記第１空間光変調デバイスおよび前記第２空間光変調デバイスの配置が決定されており、前記互いに異なる位相を有する第１ビームと第２ビームとを合成することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る描画装置であって、前記複数のビームの光量を制御する光量制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、複数のビームによってパターンを描画する描画方法であって、(a)光源から光を照射する工程と、(b)前記光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する工程と、(c)前記第１光を第１空間光変調デバイスによって複数の第１ビームに変調する工程と、(d)前記第２光を第２空間光変調デバイスによって複数の第２ビームに変調する工程と、(e)前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る描画方法であって、前記(e)工程は、位相変換手段によって、前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする工程であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項５の発明に係る描画方法であって、前記(e)工程は、前記第１ビームと前記第２ビームの光路長差によって、前記第１ビームの位相と前記第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする工程であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項５ないし７のいずれかの発明に係る描画方法であって、(f)前記複数のビームの光量を制御する工程をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された第１光を複数の第１ビームに変調する第１空間光変調デバイスと、光分割手段により分割された第２光を複数の第２ビームに変調する第２空間光変調デバイスと、第１ビームの位相と第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする位相変換手段と、互いに異なる位相を有する第１ビームと第２ビームとを合成するビーム合成手段とを備えることにより、ダイレクトデジタル露光において、空間光変調デバイスに特別な構造を設けることなく、位相を制御できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、位相変換手段が、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）であることにより、請求項１に記載の発明を容易に実現できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された第１光を複数の第１ビームに変調する第１空間光変調デバイスと、光分割手段により分割された第２光を複数の第２ビームに変調する第２空間光変調デバイスとを備え、第１ビームの位相と第２ビームの位相とが互いに異なる位相となるように、第１空間光変調デバイスおよび第２空間光変調デバイスの配置が決定されており、互いに異なる位相を有する第１ビームと第２ビームとを合成することにより、ダイレクトデジタル露光において、空間光変調デバイスに特別な構造を設けることなく、位相を制御できる。
【００２０】
請求項４および８に記載の発明は、複数のビームの光量を制御することにより、位相制御と光量制御とを組み合わせることにより、位相シフトマスクを作成することなく、回折限界を超えた超解像度を実現できる。
【００２１】
請求項５ないし８に記載の発明は、光源から光を照射する工程と、光源から照射された光を第１光と第２光とに分割する工程と、第１光を第１空間光変調デバイスによって複数の第１ビームに変調する工程と、第２光を第２空間光変調デバイスによって複数の第２ビームに変調する工程と、第１ビームの位相と第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする工程とを有することにより、ダイレクトデジタル露光において、空間光変調デバイスに特別な構造を設けることなく、位相を制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２３】
＜１．  第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における描画装置１を示す図である。なお、図１において、図示および説明の都合上、Ｚ軸方向が鉛直方向を表し、ＸＹ平面が水平面を表すものとして定義する。ただし、これらの方向は位置関係を把握するために便宜上定義するものであって、以下に説明する各方向を限定するものではない。以下の各図についても同様である。
【００２４】
描画装置１は、可動ステージ１０、描画ヘッド１１および制御部２を備え、可動ステージ１０に支持された基板９に微細なパターン（像）を描画する装置として構成されている。
【００２５】
なお、パターンを描画する対象物は基板９に限定されるものではなく、紙や立体的な物体であってもよい。また、本発明における描画装置は、描画される像が視認できるものに限定されるものではなく、例えば、露光装置をも含む概念である。また、描画装置１の１回の描画動作によって描画される画像はｎ個の画素から形成されており（ｎは１以上の整数）、以下の説明では、ｎ番目の画素に対応する構成について「ｎ」の添え字を付すものとする。
【００２６】
可動ステージ１０の上面は水平面に加工されており、基板９を水平姿勢で保持する機能を有している。可動ステージ１０は、図示しない吸着口から吸引を行うことにより、載置された基板９の裏面を吸着して当該基板９を所定の位置に保持する。
【００２７】
また、可動ステージ１０は、制御部２からの制御信号に応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直線的に移動することが可能とされている。詳細は省略するが、可動ステージ１０は、基板９をＹ軸方向に移動させる主走査駆動機構と、基板９をＸ軸方向に移動させる副走査駆動機構とを備えている。このような機構としては、例えば、リニアモータを用いた直動機構を採用することができる。
【００２８】
これにより、描画装置１は、描画ヘッド１１から照射される光を基板９の表面の任意の位置に照射することが可能とされている。このように、描画装置１から照射されるレーザ光は基板９の表面を像面として結像される。
【００２９】
描画ヘッド１１は、レーザ光を照射する光源としてのレーザ発振器１３、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光を所定の方向に導く照明光学系１４、および、照明光学系１４によって導かれたレーザ光を分割する光分割部１５を備えている。また、描画ヘッド１１は、入射するレーザ光をそれぞれ変調する空間光変調デバイス１６，１７、通過するレーザ光の位相を変換する平行平面板１８、および、変調されたレーザ光を基板９に結像させる結像光学系１９を備えている。
【００３０】
レーザ発振器１３は、制御部２から周期Ｔで伝達されるリセット信号に応じて、所定のパルス幅のレーザ光を断続的に点灯させる（パルスレーザとなる）。これにより、本実施の形態におけるレーザ発振器１３は、周期Ｔ（所定の周期）でレーザ光を照射する光源として機能する。なお、本実施の形態におけるレーザ発振器１３が照射するレーザ光は、平面波のコヒーレント光である。
【００３１】
一般に露光間隔が短い場合、その間に可動ステージ１０の移動を完了しなければならないため、可動ステージ１０を比較的高速で移動させることが必要となる。一方、露光間隔が長いと、可動ステージ１０の移動を完了するための許容時間が長くなるため、可動ステージ１０を低速で移動させることが可能となる。しかしながら、可動ステージ１０を低速で移動させると、パターン全体の露光を完了するために要する時間が長くなり処理自体が遅延する。
【００３２】
本実施の形態におけるレーザ発振器１３は、先述のように、一定の露光時間（パルス幅）および一定の露光間隔（周期Ｔ）でレーザ光を照射するため、可動ステージ１０の移動速度は一定でよい。したがって、駆動制御が容易になるとともに、速度変更によって可動ステージ１０の移動が不安定になることを防止することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態における描画装置１では、パルスレーザを照射するレーザ発振器１３としてエキシマレーザを採用する。また、パルス幅は、１０［nsec］ないし数十［nsec］程度である。ただし、描画装置１において用いられるレーザ光は、このようなレーザ光に限定されるものではない。
【００３４】
照明光学系１４は、ミラー１４０およびレンズ１４１を備えている。レーザ発振器１３から照射され、照明光学系１４に入射したレーザ光は、ミラー１４０およびレンズ１４１により光分割部１５に導かれる。
【００３５】
このように、照明光学系１４は、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光の光路を適宜調整して光分割部１５に導く機能を有している。なお、照明光学系１４が備える構成は本実施の形態に示すものに限定されるものではなく、レーザ光の光路上に適宜、別のレンズやミラー等の光学素子が配置されてもよい。
【００３６】
照明光学系１４によって導かれたレーザ光が入射される光分割部１５は、いわゆるハーフミラーを構成する反射面１５０を内部に有するプリズムとして構成されている。光分割部１５に入射したレーザ光は、プリズム内の反射面１５０を通過して直進し空間光変調デバイス１６に向かう成分（第１レーザ光成分）と、プリズム内の反射面１５０に反射されて平行平面板１８に向かう成分（第２レーザ光成分）とに分割される。
【００３７】
空間光変調デバイス１６，１７は、光分割部１５からの光軸距離が互いに等しい位置に配置されており、シリコン基板の上に、微少なミラーが格子状に多数配列した構造を有している。本実施の形態における描画装置１では、このような空間光変調デバイス１６，１７としてマイクロミラーデバイスを採用する。以下、空間光変調デバイス１６，１７が備える微小ミラーを「マイクロミラー」と称し、他のミラー（例えばミラー１４０）と区別する。
【００３８】
空間光変調デバイス１６，１７の各マイクロミラーは、描画装置１によって描画される画像の各画素に対応している。すなわち、空間光変調デバイス１６，１７は、いずれもｎ個のマイクロミラーを有している。また、各マイクロミラーは、制御部２から伝達される制御信号に応じて、反射面を傾けることが可能なように設計されており、これにより、各マイクロミラーによるレーザ光の反射角度が制御されている。
【００３９】
空間光変調デバイス１６には、光分割部１５により分割された第１レーザ光が入射する。そして、空間光変調デバイス１６に入射した第１レーザ光は、空間光変調デバイス１６の各マイクロミラーによって反射されることにより、複数の第１ビームに変調される。そして、このときの各マイクロミラーの反射角度に応じて、複数の第１ビームのうちの一部は、再び、光分割部１５に向かい、光分割部１５の反射面１５０に反射されて結像光学系１９に入射する。
【００４０】
空間光変調デバイス１７には、光分割部１５により分割された第２レーザ光が、平行平面板１８を通過した後に入射する。そして、空間光変調デバイス１７に入射した第２レーザ光は、空間光変調デバイス１７の各マイクロミラーによって反射されることにより、複数の第２ビームに変調される。そして、このときの各マイクロミラーの反射角度に応じて、形成された複数の第２ビームのうちの一部は、再び、平行平面板１８に向かう。
【００４１】
平行平面板１８は、それが設けられる光路上の前後の光路長差に対する光の位相を１／４波長分だけシフトさせる機能を有する光学素子である。詳しくは、一般式、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）である。光分割部１５から平行平面板１８に入射した第２レーザ光は、平行平面板１８によって１／４波長分だけ位相が変換されて空間光変調デバイス１７に入射する。また、空間光変調デバイス１７で反射され変調された複数の第２ビームは、再び平行平面板１８に入射し、再度、１／４波長分だけ位相が変換される。
【００４２】
これにより、第２ビームの位相は、第１ビームの位相に比べて１／２波長分だけ位相が異なる光となる。すなわち、空間光変調デバイス１７によって形成される第２ビームは、空間光変調デバイス１６によって形成される第１ビームの位相を反転した光となる。
【００４３】
なお、空間光変調デバイス１６と空間光変調デバイス１７とにおいて、同一の画素に対応するマイクロミラーからの光は、光分割部１５の反射面１５０における同一の位置となるように光学系が調整されている。
【００４４】
詳細は図示しないが、制御部２は、主にデータを演算するＣＰＵと、画素データ２０や特性データ等のデータを記憶するメモリと、各種信号を生成する回路（駆動回路）とから構成されている。
【００４５】
画素データ２０は、描画するパターンに応じて作成されるデータであり、外部の装置によって作成され制御部２に格納される。本実施の形態における画素データ２０において、画素値が「正」の画素は「正位相」のビームによって描画される画素を示す。一方、画素値が「負」の画素は「逆位相（正位相のビームの位相を１８０°シフトさせた位相）」のビームによって描画される画素を示す。さらに、画素値の絶対値は、当該画素を描画するビームの光量を示す。
【００４６】
制御部２は、描画装置１の各構成を制御する機能を有し、例えば、可動ステージ１０の水平位置を制御したり、レーザ発振器１３にリセット信号を伝達することにより周期Ｔでレーザ光を照射させる。
【００４７】
また、制御部２は、画素データ２０に基づいて、空間光変調デバイス１６の各マイクロミラーの反射角度を制御して、正位相のビームで描画する画素に対応するビームのみを光分割部１５の方向（−Ｚ方向）に反射させるとともに、それ以外の画素についてはビームをＯＦＦする方向にビームを反射させる。
【００４８】
また、制御部２は、画素データ２０に基づいて、空間光変調デバイス１７の各マイクロミラーの反射角度を制御して、逆位相のビームで描画する画素に対応するビームのみを平行平面板１８の方向（＋Ｙ方向）に反射させるとともに、それ以外の画素についてはビームをＯＦＦする方向にビームを反射させる。
【００４９】
なお、詳細な説明は省略するが、本実施の形態における描画装置１では、画素データ２０における画素値の絶対値に応じて、制御部２が空間光変調デバイス１６，１７の各マイクロミラーの反射角度を制御することにより、各ビームのアパーチャ１９０への入射位置を制御し、これによって各ビームの光量を制御する。すなわち、制御部２、空間光変調デバイス１６，１７およびアパーチャ１９０によって本発明における光量制御手段が実現される。ただし、光量を制御する手法はこれに限定されるものではなく、従来から提案されている様々な手法を適宜採用できる。
【００５０】
結像光学系１９は、アパーチャ１９０、ミラー１９１および結像レンズ１９２を備えている。
【００５１】
アパーチャ１９０から出射されたビームはミラー１９１に向けて出射される。そして、ミラー１９１に向けて出射されたビームは、ミラー１９１によって反射され、結像レンズ１９２を介して像面たる基板９の表面に照射される。これにより、各ビームに対応する画素の位置に各ビームが照射され、所望の画素が描画される。
【００５２】
以上が描画装置１の構成および機能の説明である。次に、このような描画装置１において光学系の回折限界を超えた解像度が実現される原理を説明する。
【００５３】
まず、ビームの位相を制御する機能がない場合（正位相のビームのみ照射可能な場合）について説明する。
【００５４】
図２は、正位相の１本のビームで１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。図２では、一次元的に配列した７つの画素Ｐ０ないしＰ６のうちの中央の画素Ｐ３を描画する例を示している。したがって、この例では、画素Ｐ３に対応したマイクロミラーによって形成されるビームのみが照射される。なお、各画素Ｐ０ないしＰ６のサイズは、縦横の長さサイズがいずれもビームピッチＢＰとする。
【００５５】
図３は、図２に例示するパターンを描画するための理想的なビームの振幅の分布を示す図である。これによれば、画素Ｐ３に対応する位置のみに、ビームが照射されることが好ましいことがわかる。
【００５６】
図４は、画素Ｐ３に１本のビームを照射した場合の結像面における光の強度分布を示す図である。
【００５７】
図４を図３と比較すると、光の強度分布はビームピッチに比べて広くなり、ビームが照射される領域は画素Ｐ３のサイズよりも大きくなることがわかる。この広がりは、ビームの波長と光学系のレンズの開口数とで決まる回折限界により、装置の光学系によって一定となり、これ以上狭くする（絞る）ことができない。
【００５８】
図５は、図４に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。なお、図５に示す閾値Ｖは、感光材料の感度を示す値である。図５に示すように、位相を反転させずに描画する場合、ビームの描画領域の最小サイズはＶＰ0となる。
【００５９】
次に、画素ごとに位相を反転させたビームを照射することが可能な場合について説明する。
【００６０】
図６は、位相を反転したビームを複数の画素に照射しつつ、１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。図６では、図２と同様に一次元的に配列した７つの画素Ｐ０ないしＰ６のうちの中央の画素Ｐ３を描画する例を示している。ただし、画素Ｐ１，Ｐ５に位相を反転させたビームを照射する。すなわち、画素Ｐ３には正の画素値が、そして画素Ｐ１，Ｐ５には負の画素値が記憶されている。
【００６１】
図７は、図６に示すパターンを描画する際に、画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に与えるビームの振幅を示す図である。図７では、正位相のビームの振幅を正の値で示し、逆位相のビームの振幅を負の値で示す。ここに示す例では、逆位相のビームの振幅は、正位相のビームの振幅よりも小さい。
【００６２】
図８は、図７に示す例において、結像面における光の強度分布を各ビームごとに示す図である。各ビームの強度分布の広がりは、先述のように、光学系の回折限界で決まるため、各ビームの振幅によらず、ほぼ一定である。
【００６３】
図９は、図７に示す例において、結像面における光の強度分布を示す図である。正位相のビームが照射される領域と、逆位相のビームが照射される領域とが重なる領域では、ビームの強度は互いに引き算される。
【００６４】
図１０は、図９に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。３つの画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に対応するマイクロミラーからビームが照射されることにより、ビームが照射される領域は、図５に示す例に比べて拡大する。しかしながら、周辺部の成分は、図５に示す場合に比べて抑制されており、この大きさ（周辺部のピーク）を感光材料の感度以下にする（このような感光材料を選択する）ことにより、ビームの描画領域の最小サイズはＶＰ1となる。図５のＶＰ0と図１０のＶＰ1とを比較すれば、明らかにＶＰ1のサイズの方が小さい。すなわち、正位相のビームの位相を反転した逆位相のビームを照射することにより、回折限界を超えた解像度が実現できることがわかる。
【００６５】
このように、描画装置１が各画素ごと（各マイクロミラーごと）に位相および光量を制御することにより、高価な位相シフトマスクを用いることなく、回折限界を超えた高解像度を実現できる。
【００６６】
なお、ここに示す原理は簡略化した一例であり、描画するパターン形状や、用いるビームのプロファイル（強度分布）等に応じて、正位相または逆位相のビームを照射すべき画素および光量は様々に変化する。本実施の形態における画素データは、ＣＡＤデータから生成されたビットマップデータに解像度改善処理（例えば、Optical Proximity Correction等）を実行することによって作成される。先述のように、本実施の形態における画素データにおいて、画素値の絶対値は光量を示し、符号は位相を示す（「正符号」は正位相、「負符号」は逆位相）。また、解像度改善処理は、外部の装置で実行されてもよいし、制御部２において実行されてもよい。
【００６７】
次に、描画装置１を用いてパターンを描画する描画方法について説明する。
【００６８】
図１１は、本発明に係る描画方法を示す流れ図である。なお、図１１は、１回の描画の流れを示している。したがって、実際のパターンの描画には、図１１に示す工程が複数回繰り返される。また、図１１に示すステップＳ１１の処理が開始されるまでに、可動ステージ１０に基板９が載置され、可動ステージ１０（基板９）の描画ヘッド１１に対する相対位置が決定されているものとする。
【００６９】
まず、制御部２は、画素データ２０に応じて、各画素に対応するマイクロミラーの反射角度を制御する（ステップＳ１１）。これにより、空間光変調デバイス１６，１７の各マイクロミラーが、各画素に応じた反射角度となる。
【００７０】
次に、制御部２がリセット信号をレーザ発振器１３に伝達することにより、レーザ発振器１３がレーザ光を照射する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で照射されたレーザ光は、照明光学系１４に導かれて光分割部１５に入射し、空間光変調デバイス１６に向かう第１レーザ光と、空間光変調デバイス１７（平行平面板１８）に向かう第２レーザ光とに分割される（ステップＳ１３）。
【００７１】
空間光変調デバイス１６に入射した第１レーザ光は、空間光変調デバイス１６の各マイクロミラーによって反射され、複数の第１ビームに変調される（ステップＳ１４）。
【００７２】
一方、平行平面板１８に入射した第２レーザ光は、平行平面板１８によって１／４位相変換がされた後（ステップＳ１５）、空間光変調デバイス１７に入射する。そして、空間光変調デバイス１７の各マイクロミラーによって反射され、複数の第２ビームに変調される（ステップＳ１６）。さらに、複数の第２ビームのうち、逆位相のビームで描画する画素に対応するビームは平行平面板１８に再度入射し、平行平面板１８によって１／４位相変換される（ステップＳ１７）。
【００７３】
空間光変調デバイス１６からの第１ビームと、平行平面板１８（空間光変調デバイス１７）からの第２ビームは、光分割部１５において合成され（ステップＳ１８）、結像光学系１９に入射する。
【００７４】
光分割部１５からの複数のビーム（第１ビームおよび第２ビーム）は、ステップＳ１１で実行された反射角度制御に応じて、結像光学系１９のアパーチャ１９０によって光量制御が行われる（ステップＳ１９）。より詳しくは、反射角度の違いに応じて、アパーチャ１９０における入射位置がわずかに異なるために、例えば、図７に示す例では、逆位相の第２ビームの光束の一部が遮蔽され光量が減少する。
【００７５】
アパーチャ１９０を通過したビームは、ミラー１９１および結像レンズ１９２に導かれて基板９の表面に照射される。これによって、基板９の所定の位置に画素（パターン）が描画される（ステップＳ２０）。
【００７６】
以上のように、第１の実施の形態における描画装置１は、レーザ発振器１３から照射された光を第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する光分割部１５と、光分割部１５により分割された第１レーザ光を複数の第１ビームに変調する空間光変調デバイス１６と、光分割部１５により分割された第２レーザ光を複数の第２ビームに変調する空間光変調デバイス１７と、第１ビームの位相と第２ビームの位相とを互いに異なる位相とする平行平面板１８とを備え、互いに異なる位相を有する第１ビームと第２ビームとを合成することにより、ダイレクトデジタル露光において、空間光変調デバイス１６，１７に特別な構造を設けることなく、位相を制御できる。
【００７７】
また、複数のビームの光量を制御することにより、位相制御と光量制御とを組み合わせることにより、位相シフトマスクを作成することなく、回折限界を超えた超解像度を実現できる。
【００７８】
なお、平行平面板１８は、空間光変調デバイス１６側に設けられていてもよい。
【００７９】
＜２．  第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、平行平面板１８によって、正位相のビームに対して位相を反転させた逆位相のビームを形成する例を説明した。しかし、位相を変換する手法はこれに限定されるものではない。
【００８０】
図１２は、第２の実施の形態における描画装置１ａの光分割部１５、空間光変調デバイス１６，１７を示す概略図である。
【００８１】
描画装置１ａは、描画装置１における平行平面板１８に相当する構成を備えていない代わりに、光分割部１５と空間光変調デバイス１６との間の光軸距離は「Ｌ１」となっており、光分割部１５と空間光変調デバイス１７との間の光軸距離は「Ｌ２」となっている。そして、レーザ発振器１３から照射されるレーザ光の波長を「λ」とすると、整数ｉを用いて式１を満足するように、光軸距離Ｌ１，Ｌ２が決められている。
【００８２】
Ｌ２−Ｌ１＝（ｉ±１／４）×λ・・・式１
【００８３】
以上のように、第２の実施の形態における描画装置１ａは、第１ビームの位相と第２ビームの位相とが互いに異なる位相（反転する位相）となるように、空間光変調デバイス１６および空間光変調デバイス１７の配置が決定されている。これによって、第１ビームと第２ビームの光路長差によって、第１ビームの位相と第２ビームの位相とを互いに異なる位相とすることができ、第１の実施の形態における描画装置１と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
＜３．  変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００８５】
例えば、上記実施の形態では反射面１５０を有するプリズムとして光分割部１５を説明したが、光分割部１５は単なるハーフミラーであってもよい。
【００８６】
また、アパーチャ１９０に代えて、通過する光の位置によって光量が変化する光学素子、例えば、連続濃度可変フィルタなどを用いてもよい。
【００８７】
さらに、光量制御のための構成として、上述の実施の形態のように空間光変調デバイスとしてマイクロミラーデバイスを用いる代わりに、ＧＬＶ（Grating Light Valve）のような回折格子型の空間光変調素子や磁気光学式の空間光変調素子を用いた構成を採用してもよい。
【００８８】
また、上記実施の形態に示した各工程は、あくまでも例示であって、同様の効果が得られるならば、各工程の内容および順序が適宜変更されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１の実施の形態における描画装置を示す図である。
【図２】正位相の１本のビームで１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。
【図３】図２に例示するパターンを描画するための理想的なビームの振幅の分布を示す図である。
【図４】画素Ｐ３に１本のビームを照射した場合の結像面における光の強度分布を示す図である。
【図５】図４に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。
【図６】位相を反転したビームを複数の画素に照射しつつ、１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。
【図７】図６に示すパターンを描画する際に、画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に与えるビームの振幅を示す図である。
【図８】図７に示す例において、結像面における光の強度分布を各ビームごとに示す図である。
【図９】図７に示す例において、結像面における光の強度分布を示す図である。
【図１０】図９に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。
【図１１】本発明に係る描画方法を示す流れ図である。
【図１２】第２の実施の形態における描画装置の光分割部、空間光変調デバイスを示す概略図である。
【符号の説明】
【００９０】
１，１ａ  描画装置
１０  可動ステージ
１１  描画ヘッド
１３  レーザ発振器
１４  照明光学系
１５  光分割部
１５０  反射面
１６，１７  空間光変調デバイス
１８  平行平面板
１９  結像光学系
１９０  アパーチャ
２  制御部
２０  画素データ
９  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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