(57)【要約】【課題】ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いず構成が複雑にならずに大面積露光が高速でかつ高精度に実施可能なマスクレス露光装置を提供する。【解決手段】このマスクレス露光装置１０は、被露光物Ｓに露光する光を出力するために半導体発光素子からなる光源１１と光源からの光を被露光物へ導く光学系１２とにより被露光物上に多数の集光スポットを投影可能な露光ヘッド２０と、露光ヘッドと被露光物とを相対移動させる移動手段１３と、を備え、光源のオンオフにより各集光スポットのオンオフを制御するとともに移動手段による相対移動を制御することで被露光物上に任意のパターンを露光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被露光物に露光する光を出力するために半導体発光素子からなる光源と前記光源からの光を前記被露光物へ導く光学系とにより前記被露光物上に多数の集光スポットを投影可能な露光ヘッドと、
前記露光ヘッドと前記被露光物とを相対移動させる移動手段と、を備え、
前記光源のオンオフにより前記各集光スポットのオンオフを制御するとともに前記移動手段による相対移動を制御することで前記被露光物上に任意のパターンを露光することを特徴とするマスクレス露光装置。
【請求項２】
前記光源が所定のピクセル数で半導体発光素子からなる発光部を有し、
前記光学系が前記ピクセル数に応じて多数のマイクロレンズが配列されたマクロレンズアレイと、前記ピクセル数に応じて配置された光ファイバと、を有する請求項１に記載のマスクレス露光装置。
【請求項３】
前記光源が所定のピクセル数で半導体発光素子からなる発光部を有し、
前記光学系が前記ピクセル数に応じて多数のマイクロレンズが配列されたマクロレンズアレイと、前記ピクセル数に応じて多数のアパーチャが配置された開口部材と、を有する請求項１に記載のマスクレス露光装置。
【請求項４】
前記被露光物上に投影された隣り合う集光スポットの間隔が５００μｍ程度である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
【請求項５】
前記移動手段が前記被露光物を載置し前記露光ヘッドに対し移動可能なステージから構成された請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
【請求項６】
前記多数の集光スポットの投影位置を縦横に結ぶ直線がなす正方格子を前記相対移動の方向に対し傾斜させるようにした請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
【請求項７】
前記多数の集光スポットの投影位置を縦横に結ぶ直線が前記相対移動の方向に対し斜方格子をなすようにした請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクを用いないで露光が可能なマスクレス露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、光導波路アレイの各導波路の出射口から出射した複数の光を被露光部に縮小投影するマスクレス露光装置を開示する。特許文献２は、形成した調光分布を一方向に沿って高速に移動させることが可能な二次元調光デバイスを可変成形マスクとして備えた走査型のマスクレス露光装置を開示する。特許文献３は、多数の微小ミラーが直交する２方向に整列されて配置された空間的光変調器と露光対象物とを相対的に移動させながら光源からの光を露光対象物の表面に入射させて露光対象物の表面に所望のパターンを露光するマスクレス露光装置を開示する。特許文献４は、光源アレイで所望の露光パターンを形成するようにしたマスクレスの露光パターン形成装置を開示する。特許文献５は、露光光源として偏光光源を用いたマスクレス露光装置を開示する。
【０００３】
特許文献６は、複数の二次元配列状の微小ミラーの配列としてスキャン方向に２段以上で、かつ複数の二次元配列状の微小ミラーの全体の配置としてスキャン移動の方向と直交する方向に長い形状の長方形領域内に並べたパターン露光装置を開示する。すなわち、特許文献６のパターン露光装置は、図５に示すように（特許文献６の図１参照）、光源（図示省略）からの紫外光を、多数のミラーデバイスが並べられたミラーデバイスアレイ１００の表面に入射させ、ミラーデバイスアレイ１００で反射した紫外光は、レンズ２００ａ、２００ｂとで構成される等倍の投影光学系３００を通り、マイクロレンズアレイ４００上に投影され、マイクロレンズアレイ４００によって形成される多数のスポットはレンズ２００ｃ、２００ｄとで構成される縮小投影光学系５００によって、ピンホール板６００上に約０．７倍に投影される。ピンホール板６００の下面の穴の位置での光の像が、多数のレンズで構成された縮小投影光学系７００によって、ウエハ８００上にパターン投影される。ウエハ８００は、ウエハステージ９００におけるステージ台１１０の上に載せられており、ステージ台１１０はスキャンステージガイド１１０内でＹ方向に往復移動できるようになっている。スキャンステージガイド１１０は、ステップステージガイド１２０内でＸ方向にステップ移動できるようになっている。ウエハ８００のスキャン移動とステップ移動によって、ウエハ８００内の全面にレーザ光照射領域１３０を移動させることができ、ウエハ８００内の全てのチップが露光できるようになっている。ミラーデバイスアレイ１００はＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）からなる。
【０００４】
特許文献７は、基板を投影されたパターンを構成する多数のスポットの並びに対して斜めに移動させることで、時間的に異なる照射によるパターンにおけるいくつかのスポットが基板上で同一地点に重なるようにパターン描画させるようにしたパターン描画装置を開示し、特許文献６と同様にＤＭＤからなるミラーデバイスを用いている。ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）とは、集積回路上にＭＥＭＳ技術により鏡面サイズが１０数μｍ程度の可動式マイクロミラーを多数格子状に配列したものである（非特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献８は、一方の光ファイバコリメータアレイから射出される平行光と他方の光ファイバコリメータアレイから射出される平行光の偏光方向が相互に直交するように選ばれ、両平行光が偏光合成器により合成されるようにした平行光源装置を開示する。
【特許文献１】特開２００８−４２０１５号公報
【特許文献２】再表２００５−０８１０３４号公報
【特許文献３】特開２００７−２１９０１１号公報
【特許文献４】特開２００７−１９０７３号公報
【特許文献５】特開２００４−８７７７１号公報
【特許文献６】特開２００５−１７５２６４号公報
【特許文献７】特開２００４−３１９５８１号公報
【特許文献８】特開２００６−１５６２６９号公報
【非特許文献１】ディジタル・マイクロミラー・デバイス（DMD）日本テキサス・インスツルメンツ（株）新地 修、林田正尚（http://www.realize-at.jp/items/bt/112/5/index.html）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜５は、いずれもマスクレス露光技術を開示するが、大面積露光を高速かつ高精度に実施するようにしたものではない。特許文献６，７では、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）に光を照射した後に、ＤＭＤの各ピクセルに対応する位置で反射された光を、各ピクセル毎に置いたマイクロレンズアレイによって集光することによって周期的なスポットをサンプル表面上に露光することができる。このスポット光のオンオフ制御及びサンプルを固定したステージの位置・速度制御によって、任意のパターンのマスクレス露光を可能にしている。しかし、ＤＭＤを用いていることから露光投影領域がＤＭＤのサイズに依存し、このため、大面積の露光を行う場合にはＤＭＤを複数用いて交互に配置した構成としなければならないという問題がある。また、ＤＭＤのミラーの応答速度に応じて露光のスループットが影響を受けるという問題がある。以上の２つの問題により、特に大きな基板サイズを露光する場合には、システム構成が複雑になりコスト高になってしまう。
【０００７】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いず構成が複雑にならずに大面積露光が高速でかつ高精度に実施可能なマスクレス露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本実施形態によるマスクレス露光装置は、被露光物に露光する光を出力するために半導体発光素子からなる光源と前記光源からの光を前記被露光物へ導く光学系とにより前記被露光物上に多数の集光スポットを投影可能な露光ヘッドと、前記露光ヘッドと前記被露光物とを相対移動させる移動手段と、を備え、前記光源のオンオフにより前記各集光スポットのオンオフを制御するとともに前記移動手段による相対移動を制御することで前記被露光物上に任意のパターンを露光することを特徴とする。
【０００９】
このマスクレス露光装置によれば、光源に用いたＬＤやＬＥＤ等の半導体発光素子をオンオフ制御することで高速に変調が可能であり、被露光物の表面上の集光スポットを周期間隔が広くかつ集積させることができるので、大面積露光が高速かつ高精度に実施できる。また、マスクもＤＭＤも不要であるから、装置構成が複雑にならず装置コストが嵩むこともない。
【００１０】
上記マスクレス露光装置において、前記光源が所定のピクセル数で半導体発光素子からなる発光部を有し、前記光学系が前記ピクセル数に応じて多数のマイクロレンズが配列されたマクロレンズアレイと、前記ピクセル数に応じて配置された光ファイバと、を有するようにして露光ヘッドを構成することが好ましい。
【００１１】
または、前記光源が所定のピクセル数で半導体発光素子からなる発光部を有し、前記光学系が前記ピクセル数に応じて多数のマイクロレンズが配列されたマクロレンズアレイと、前記ピクセル数に応じて多数のアパーチャが配置された開口部材と、を有するようにして露光ヘッドを構成することが好ましい。
【００１２】
また、前記被露光物上に投影された隣り合う集光スポットの間隔が５００μｍ程度となるように構成することができ、被露光物の表面上の集光スポットの周期間隔が５００μｍ程度と広くできる。
【００１３】
また、前記移動手段が前記被露光物を載置し前記露光ヘッドに対し移動可能なステージから構成されることが好ましい。
【００１４】
また、前記多数の集光スポットの投影位置を縦横に結ぶ直線がなす正方格子を前記相対移動の方向に対し傾斜させるようにすることが好ましい。また、前記多数の集光スポットの投影位置を縦横に結ぶ直線が前記相対移動の方向に対し斜方格子をなすようにすることが好ましい。これらの構成により、露光の空間分解能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のマスクレス露光装置によれば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いず装置構成が複雑にならずに大面積露光が高速でかつ高精度に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
〈第１の実施形態〉
図１は第１の実施形態のマスクレス露光装置の全体を概略的に示す図である。図２は図１の光源、光学系、試料の相対的な位置関係を概略的に示す図である。
【００１８】
図１に示すように、マスクレス露光装置１０は、試料Ｓ（被露光物）に対する露光光を出力する光源１１と、光源１１の光を試料Ｓの表面Ｓ１にスポット光として照射し投影する光学系１２と、試料Ｓを載置して２次元的（ＸＹ方向）に移動させるステージ１３と、ステージ１３の二次元的な位置を検出するエンコーダ等からなるセンサ１４と、センサ１４の検出結果に基づいてステージ１３を駆動するアクチュエータ１５と、光源１１を制御する光源制御回路１６と、装置全体を制御するパーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」または「ＰＣ」という。）１７と、を備える。露光ヘッド２０が上述の光学系１２と光源１１等とから構成される。
【００１９】
図１のマスクレス露光装置１０は、光源１１のオンオフおよび試料Ｓを載せたステージ１３の移動を制御することで、フォトマスクを用いることなく試料表面上のレジストなどの光感光性樹脂を設計に応じたパターンに対応して露光することができ、マスクレス露光が可能になっている。
【００２０】
図１の光源１１は、ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子から構成することができる。すなわち、これらの半導体発光素子を周期的に集積させており、格子状にＬＤまたはＬＥＤを周期配置することで図２の光源アレイ２１を構成する。図２の光源アレイ２１の各発光部１１ａ，１１ｂは、光源制御回路１６により独立にオンオフ可能な構成となっている。また、光源１１は、光源アレイ２１の動作中における発熱の影響を避けるための冷却機能としてヒートシンク２５を備えている。ヒートシンク２５は、水冷・空冷のいずれの方式であってもよく、例えば、ペルチェ素子による冷却とすることができる。
【００２１】
なお、光源１１の光源制御回路１６には、光強度をモニタする機能を備えてもよく、例えばＡＰＣ（オートパワーコントロール）制御やＡＣＣ（オート電流コントロール）制御ができるような構成としてもよい。
【００２２】
図１，図２のように、光学系１２は、ＬＤまたはＬＥＤより構成される光源アレイ２１の発光部のピクセルの数に対応して多数のマイクロレンズ２２ａ，２２ｂを配置したマイクロレンズアレイ２２と、同じくピクセルの数に対応して多数のマイクロレンズ２４ａ，２４ｂを配置したマイクロレンズアレイ２４と、マイクロレンズアレイ２２と２４との間にピクセルの数に対応して配置した複数本の光ファイバ２３と、を備え、光源アレイ２１からの光をレンズ系により試料Ｓの表面Ｓ１上に集光し集光スポットＳ２を形成するようになっている。
【００２３】
すなわち、図２のように、光源アレイ２１の各発光部１１ａ，１１ｂから出力した光は、マイクロレンズアレイ２２を通して光ファイバ２３に一端２３ａで結合し、結合した光は、光ファイバ２３内で矢印方向に導かれ、光ファイバ２３の他端２３ｂから出力し、再びマイクロレンズアレイ２４によって試料Ｓの表面Ｓ１上に集光スポットＳ２として投影される。
【００２４】
光源アレイ２１及びマイクロレンズアレイ２２，２４では、各発光部１１ａ，１１ｂ間の間隔（ピッチ）、各マイクロレンズ２２ａ，２２ｂ間の間隔（ピッチ）及び２４ａ，２４ｂ間の間隔（ピッチ）がそれぞれ５００μｍ程度となるように比較的大きく構成されており、このため、試料Ｓの表面Ｓ１上で隣り合う集光スポットＳ２の間隔（ピッチ）ｐ（図２）が５００μｍ程度と比較的大きくなっている。
【００２５】
上述のように、光源１１と光学系１２とを備える露光ヘッド２０は集光スポットＳ２の間隔ｐが５００μｍ程度と比較的大きく、かかる露光ヘッド２０をマスクレス露光装置１０が備えることで大面積露光が可能となる。
【００２６】
試料Ｓを載置するステージ１３は、ＰＣ１７からのステージ稼動信号により作動するアクチュエータ１５により駆動されるが、センサ１４により検出したステージ１３の位置信号に基づいて位置および速度制御を行うようにフィードバック制御が可能に構成されている。かかるフィードバック制御によるステージ稼動信号がＰＣ１７から出力する。ＰＣ１７は、上述のステージ１３の制御及び任意パターンを露光するための光源アレイ２１のオンオフ制御を統括する。
【００２７】
図１，図２のマスクレス露光装置１０による露光動作を説明する。例えば、表面Ｓ１上にレジストなどの光感光性樹脂が形成された試料Ｓをステージ１３に載置し、ステージ１３を等速で移動させる。例えば、図２の発光部１１ａによる試料Ｓの表面Ｓ１上における集光スポットの軌跡が露光すべき所定の位置を通過するタイミングで発光部１１ａをオフからオンにするようにして光源１１がオンオフ制御される。
【００２８】
ＰＣ１７は、露光すべき露光パターンの情報（露光データ）を演算し光源制御回路１６に転送し、かかる露光データに基づいて光源制御回路１６により光源１１からの光のオンオフを変化させることで露光パターンを試料Ｓの表面Ｓ１上の光感光性樹脂にマスクレスで形成する。
【００２９】
本実施形態のマスクレス露光装置１０によれば、新規な構成により次のような作用効果を奏する。
【００３０】
各ピクセルに対応する光源アレイ２１の各発光部１１ａ，１１ｂの空間的な周期が５００μｍと従来よりもかなり大きな値になるように光源１１をアレイ化し、発光部の位置間隔を５００μｍ程度と広くし、光源アレイ２１の空間周期が大きくなるとともに光源アレイ２１を集積化することで、従来よりも広い範囲を網羅することのできる露光ヘッド２０を構成できる。このために大面積の露光を容易に実施可能となる。
【００３１】
また、光源位置の周期性が大きくなることで、露光ヘッド２０自身の放熱性がよくなる。また、光源の空間的な周期位置間隔を大きくすることで、ピクセルの充填率を下げることができるために、露光光の光束位置以外にも面積的な余裕があり、このため、様々な制御回路や配線パターンを設置することが可能となるなど回路を構成するための自由度が大きくなる。また、各ピクセルの発光部となる半導体発光素子（ＬＤまたはＬＥＤ）を独立に変調させるので、変調速度が高速になる。
【００３２】
また、ファイバ端からの出射光を用いているために、ビーム径が円形であり、シングルモードファイバを用いれば、集光性が向上する。光ファイバ２３を用いることで、光源アレイ２１と集光用のマイクロレンズアレイ２２，２４との光径路の設計自由度が増す。
【００３３】
上述の露光ヘッド２０を有するマスクレス露光装置１０は、特に、大面積の領域を５μｍ以下の線幅で高精度に露光するようなＦＰＤ(Flat Panel Display)やＰＤＰ (Plasma Display Panel) 用の露光装置として効果的である。
【００３４】
また、本実施形態のマスクレス露光装置１０を図５の特許文献６のパターン露光装置と比較すると、大面積露光への適用に関しては、図５では集光スポットの間隔が狭いため、大面積露光にはＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が複数必要であるのに対し、本実施形態では集光スポットの間隔が広いため大きな露光ヘッドが設計可能であり大面積露光に適したものに構成できる。また、露光スループットに関しては、図５では露光速度はＤＭＤのスイッチング速度により決まり、そのスイッチング速度に限界があるのに対し、本実施形態では半導体発光素子（ＬＥＤ、ＬＤ）の変調速度で光源のオンオフが可能であり、半導体発光素子は高速変調が可能であり高応答性を有するので、高速で露光が可能となる。さらに、集光スポット位置の自由度に関しては、図５ではＤＭＤを用いるために光学的な設計自由度が低いのに対し、光ファイバの採用により集光スポット位置及び光源位置の設計自由度が高く、有利である。
【００３５】
次に、露光パターンの解像度を向上させるための露光配置について図３，図４を参照して説明する。図３は、図１のマスクレス露光装置の集光スポット投影位置の例を示す平面図である。図４は、図１のマスクレス露光装置の集光スポット投影位置の別の例を示す平面図である。
【００３６】
図３に示すように、ステージ１３上の試料Ｓの表面Ｓ１上で、図の等間隔に平行に並んだ縦線ｍと横線ｎとにより多数の正方格子が形成され、それらの正方格子がステージ１３の移動方向Ｓ３に対して傾斜するように構成することで、縦線ｍと横線ｎとの多数の交点ａが集光スポットの投影位置となると、各集光スポットの投影位置の隣り合う距離が短くなるために露光のデータ解像度が大きくなる。このように、集光スポット投影位置をステージ１３の移動方向Ｓ３に対し傾斜させることで露光の空間分解能を向上させることができる。
【００３７】
また、図４のように、例えば、縦線ｍ’をステージ１３の移動方向Ｓ３に対して傾斜させ、横線ｎ’とにより多数の斜方格子が形成され、それらの多数の交点ｂが集光スポットの投影位置となるように構成することで、各集光スポットの投影位置の隣り合う距離が短くなるために露光のデータ解像度が大きくなる。このように、集光スポット投影位置をステージ１３の移動方向Ｓ３に対し直交する方向に歪ませることで露光の空間分解能を向上させることができる。
【００３８】
次に、本実施形態の露光ヘッドにおける集積例及び露光のスループットの計算例について図８を参照して説明する。図８は図１，図２の露光ヘッドの集光スポットの出射面を部分的かつ概略的に示す平面図である。
【００３９】
図８のように、露光ヘッド２０の集光スポットの出射面Ｌにはマイクロレンズアレイ２４が配置され、マイクロレンズアレイ２４は、多数のマイクロレンズ２４ａ、２４ｂがピッチｐ１で格子状に規則正しく配列されるようにして集積されている。このピッチｐ１は０．５ｍｍであり、このため、集光スポットの配列ピッチｐ（図２）は０．５ｍｍである。集積数（ピクセル数）は、ステージの移動方向Ｓ３に１０００個、移動方向Ｓ３に直交する方向に６０００個である。データ解像度を０．５μｍ、光源の変調速度を１００ｋＨｚとすると、露光速度は５０ｍｍ／秒となり、高い露光スループットを達成できる。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、従来よりも集光スポットの間隔ｐを５００μｍ程度に大きく広げかつ集積度を増すとともに、スポット位置の精密位置決め及び半導体発光素子の高応答性を利用することで、大面積な範囲を高分解能でかつ高スループットで露光を行うことができる。
【００４１】
〈第２の実施形態〉
図６は第２の実施形態のマスクレス露光装置の全体を概略的に示す図である。図７は図６の光源アレイ、光学系、試料の相対的な位置関係を概略的に示す図である。
【００４２】
図６に示すように、マスクレス露光装置３０は、試料Ｓを載置して２次元的に移動させるステージ１３と、ステージ１３の二次元的な位置を検出するエンコーダ等からなるセンサ１４と、センサ１４の検出結果に基づいてステージ１３を駆動するアクチュエータ１５と、光源制御回路１６と、装置全体を制御するパソコン（ＰＣ）１７と、を備え、これらの各部分は図１と同様の構成であるので、その説明は省略する。
【００４３】
マスクレス露光装置３０は、さらに、試料Ｓ（被露光物）に対する露光光を出力する光源アレイ３１と、光源アレイ３１の光を試料Ｓの表面にスポット光として照射する光学系３５と、を備え、露光ヘッド４０が光学系３５と光源アレイ３１等とから構成される。
【００４４】
光源アレイ３１は、ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ〈発光ダイオード）などの半導体発光素子を周期的に集積させたものであり、格子状にＬＤまたはＬＥＤを周期配置することで構成されている。光源アレイ３１の各発光部３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、光源制御回路１６により独立にオンオフ可能な構成となっている。また、光源アレイ３１は、冷却機能としてペルチェ素子等からなるヒートシンク２５を備えている。
【００４５】
なお、光源アレイ３１の光源制御回路１６には、光強度をモニタする機能を備えてもよく、例えばＡＰＣ（オートパワーコントロール）制御やＡＣＣ（オート電流コントロール）制御ができるような構成としてもよい。
【００４６】
図６，図７のように、光学系３５は、ＬＤまたはＬＥＤより構成される光源アレイ３１のピクセルの数に対応して多数のマイクロレンズ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが光源アレイ３１の基板３１ｄに配置されたマイクロレンズアレイ３２と、同じくピクセルの数に対応して多数のアパーチャ３３ａ、３３ｂ、３３ｃが配置された開口部材３３と、同じくピクセルの数に対応して多数のマイクロレンズ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが配置されたマイクロレンズアレイ３４と、を備え、光源アレイ３１からの光をレンズ系により試料Ｓの表面Ｓ１上に集光し集光スポットＳ２を形成するようになっている。
【００４７】
すなわち、図７のように、光源アレイ３１の各発光部３１ａ〜３１ｃから出力した光は、マイクロレンズアレイ２２を通して平行光とされてから開口部材３３の各アパーチャ３３ａ〜３３ｃに入射する。各アパーチャ３３ａ〜３３ｃを通過した光は、マイクロレンズアレイ３４によって試料Ｓの表面Ｓ１上に集光スポットＳ２として投影される。
【００４８】
光源アレイ３１，開口部材３３及びマイクロレンズアレイ３２，３４では、各発光部３１ａ〜３１ｂ，３１ｂ〜３１ｃ間の各間隔（ピッチ）、各マイクロレンズ３２ａ〜３２ｂ，３２ｂ〜３２ｃ間の各間隔（ピッチ）及び３４ａ〜３４ｂ，３４ｂ〜３４ｃ間の各間隔（ピッチ）がそれぞれ５００μｍ程度となるように比較的大きく構成されており、このため、試料Ｓの表面Ｓ１上で隣り合う集光スポットＳ２の間隔（ピッチ）ｐ（図７）が５００μｍ程度と比較的大きくなっている。
【００４９】
上述のように、光源アレイ３１と光学系３５とを備える露光ヘッド４０は集光スポットＳ２の間隔ｐが５００μｍ程度と比較的大きく、かかる露光ヘッド４０をマスクレス露光装置３０が備えることで大面積露光が可能となる。
【００５０】
図６，図７のマスクレス露光装置３０による露光動作を説明する。例えば、表面Ｓ１上にレジストなどの光感光性樹脂が形成された試料Ｓをステージ１３に載置し、ステージ１３を等速で移動させる。例えば、図７の発光部３１ａによる試料Ｓの表面Ｓ１上における集光スポットの軌跡が露光すべき所定の位置を通過するタイミングで発光部３１ａをオフからオンにするようにして光源アレイ３１がオンオフ制御される。
【００５１】
ＰＣ１７は、露光すべき露光パターンの情報（露光データ）を演算し光源制御回路１６に転送し、かかる露光データに基づいて光源制御回路１６により光源アレイ３１からの光のオンオフを変化させることで露光パターンを試料Ｓの表面Ｓ１上の光感光性樹脂にマスクレスで形成する。
【００５２】
本実施形態のマスクレス露光装置３０によれば、新規な構成により次のような作用効果を奏する。
【００５３】
各ピクセルに対応する光源アレイ３１の各発光部３１ａ〜３１ｃの空間的な周期が５００μｍと従来よりもかなり大きな値になるように光源アレイ３１を構成し、光源アレイ３１の発光部の空間周期が大きくなるとともに光源アレイ３１を集積化することで、従来よりも広い範囲を網羅することのできる露光ヘッド４０を構成できる。このために大面積の露光を容易に実施可能となる。
【００５４】
また、光源位置の周期性が大きくなることで、露光ヘッド４０自身の放熱性がよくなる。また、光源の空間的な周期位置間隔を大きくすることで、ピクセルの充填率を下げることができるために、露光光の光束位置以外にも面積的な余裕があり、このため、様々な制御回路や配線パターンを設置することが可能となるなど回路を構成するための自由度が大きくなる。また、各ピクセルの発光部となる半導体発光素子（ＬＤまたはＬＥＤ）を独立に変調させるので、変調速度が高速になる。
【００５５】
光学系３５は、ＬＤまたはＬＥＤからなる光源アレイ３１と、多数のアパーチャを有する開口部材３３と、マイクロレンズアレイ３２，３４とから構成され、シンプルな構成となっている。
【００５６】
上述の露光ヘッド４０を有するマスクレス露光装置３０は、特に、大面積の領域を５μｍ以下の線幅で高精度に露光するようなＦＰＤ(Flat Panel Display)やＰＤＰ (Plasma Display Panel) 用の露光装置として効果的である。
【００５７】
また、本実施形態のマスクレス露光装置３０を図５の特許文献６のパターン露光装置と比較すると、大面積露光への適用に関しては、図５では集光スポットの間隔が狭いため、大面積露光にはＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が複数必要であるのに対し、本実施形態では集光スポットの間隔が広いため大きな露光ヘッドが設計可能であり大面積露光に適したものに構成できる。また、露光スループットに関しては、図５では露光速度はＤＭＤのスイッチング速度により決まり、そのスイッチング速度に限界があるのに対し、本実施形態では半導体発光素子（ＬＥＤ、ＬＤ）の変調速度で光源のオンオフが可能であり、半導体発光素子は高速変調が可能であり高応答性を有するので、高速で露光が可能となる。さらに、集光スポット位置の自由度に関しては、図５ではＤＭＤを用いるために光学的な設計自由度が低いのに対し、光ファイバの採用により集光スポット位置及び光源位置の設計自由度が高く、有利である。
【００５８】
また、本実施形態のマスクレス露光装置３０においても図３と同様に、集光スポット位置をステージ１３の移動方向Ｓ３に対し傾斜させることで露光の空間分解能を向上させることができる。また、図４と同様に、集光スポット位置をステージ１３の移動方向Ｓ３に対し直交する方向に歪ませることで露光の空間分解能を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施形態においても図８と同様の集積例で露光ヘッドを構成でき、上述と同様に高い露光のスループットを達成できる。このため、本実施形態では、従来よりも集光スポットの間隔ｐを５００μｍ程度に大きく広げかつ集積度を増すとともに、スポット位置の精密位置決め及び半導体発光素子の高応答性を利用することで、大面積な範囲を高分解能でかつ高スループットで露光を行うことができる。
【００６０】
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１，図２の光学系１２、図６，図７の光学系３５は、１枚のマイクロレンズアレイにより集光するように構成してもよく、また、複数の光学系を利用しするように構成してもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、露光ヘッド２０，４０と被露光物である試料Ｓとの相対移動を試料Ｓが載るステージ１３で行うようにしたが、露光ヘッド２０，４０側を移動させるようにしてもよく、また、両方を移動させるようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態の各マスクレス露光装置は、プリント基板用露光、マイクロマシン製造用露光、マイクロ流路パターニング用露光、液晶パネルのカラーフィルタおよびＴＦＴ、周辺配線の露光、及びフォトマスク作製用に適用可能なフォトリソグラフィ用露光に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１の実施形態のマスクレス露光装置の全体を概略的に示す図である。
【図２】図１の光源、光学系、試料の相対的な位置関係を概略的に示す図である。
【図３】図１のマスクレス露光装置の集光スポット投影位置の例を示す平面図である。
【図４】図１のマスクレス露光装置の集光スポット投影位置の別の例を示す平面図である。
【図５】特許文献６のパターン露光装置を概略的に示す図である。
【図６】第２の実施形態のマスクレス露光装置の全体を概略的に示す図である。
【図７】図６の光源アレイ、光学系、試料の相対的な位置関係を概略的に示す図である。
【図８】図１，図２の露光ヘッドの集光スポットの出射面を部分的かつ概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ マスクレス露光装置、１１ 光源、１１ａ，１１ｂ 発光部、１２ 光学系、１３ ステージ（移動手段）、１６ 光源制御回路、２０ 露光ヘッド、２１ 光源アレイ、２２，２４ マイクロレンズアレイ、２３ 光ファイバ、３０ マスクレス露光装置、３１ 光源アレイ、３１ａ〜３１ｃ 発光部、３２，３４ マイクロレンズアレイ、３３ 開口部材、３５ 光学系、４０ 露光ヘッド、Ｓ 試料（被露光物）、Ｓ１ 試料Ｓの表面、Ｓ２ 集光スポット、Ｓ３ ステージの移動方向、ｐ 間隔（ピッチ）
【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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