(57)【要約】【課題】  露光画像を精度良く投影すること。【解決手段】  露光装置の構成要素として、露光光を出射する光源３８と、複数の画素部が２次元状に配列されてなり、光源３８から複数の画素部に入射された露光光を、画像信号に基づいて画素部毎に空間光変調するＤＭＤ３６と、ＤＭＤ３６に入射する露光光の光路上に配置され、露光光の主光線を平行にするテレセントリック光学系４８と、を備えることとする。【選択図】  図３
2006337834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光を出射する光源と、
複数の画素部が２次元状に配列されてなり、前記光源から前記複数の画素部に入射された露光光を、画像信号に基づいて前記画素部毎に空間光変調する空間光変調手段と、
該空間光変調手段に入射する前記露光光の光路上に配置され、前記露光光の主光線を平行にするテレセントリック光学手段と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元状に配列されてなり、前記画素部によって空間光変調された露光光を、前記マイクロレンズ毎で集光するマイクロレンズアレイを備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記露光光が、前記空間光変調手段の照射面に対して斜入射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記空間光変調手段が反射型の空間光変調手段であることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
テレセントリック光学系によって主光線が平行にされた露光光を画像信号に基づいて空間光変調し、該空間光変調された露光光を感光材料上に投影することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調素子によって空間光変調された露光光を感光材料に照射して露光を行う露光装置及び露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、入射された光を画像信号に基づいて空間光変調して２次元パターンを形成する空間光変調手段を備え、形成された２次元パターンを感光材料上に投影して露光する露光装置が知られている。上記空間光変調手段としては、傾斜角度が変更可能なマイクロミラーを２次元状に多数配列したデジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、「ＤＭＤ」と表記する。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。尚、ＤＭＤとしては、例えば米国Texas Instruments社が開発したものが知られている。
【０００３】
このようなＤＭＤを備えた露光装置は、露光光を出射する光源と、露光光をＤＭＤに照射するための照射光学系と、照射光学系の略焦点位置に配置されたＤＭＤと、ＤＭＤによって反射された２次元パターンの光を結像する結像光学系と、を有する露光ヘッドを複数備える。そして、露光ヘッドから照射される２次元パターンの光は走査方向に移動するステージ上の感光材料に投影されて露光される。
【特許文献１】特開２００１−３０５６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した露光ヘッドを備える露光装置において、ＤＭＤは照射された露光光を空間光変調して２次元パターンを形成するが、換言すると、ＤＭＤを構成する各マイクロミラーによって反射された露光光が２次元パターンの各画素を形成する。従って、各マイクロミラーは露光光を正確に反射して２次元パターンを形成することが重要となる。しかし実際には各マイクロミラーに入射される露光光の主光線の角度にバラツキがあるため、各マイクロミラーによって反射された露光光の主光線の角度にもバラツキが生じてしまい、２次元パターンを形成する各画素のピッチの乱れを招いていた。感光材料上に投影される２次元パターンの画素ピッチが乱れると露光画質が低下し、露光品質低下の原因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、露光画像を精度良く投影するための露光装置及び露光方法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】
【０００６】
以上の課題を解決するために、本発明の露光装置は、露光光を出射する光源と、複数の画素部が２次元状に配列されてなり、前記光源から前記複数の画素部に入射された露光光を、画像信号に基づいて前記画素部毎に空間光変調する空間光変調手段と、該空間光変調手段に入射する前記露光光の光路上に配置され、前記露光光の主光線を平行にするテレセントリック光学手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の露光方法は、テレセントリック光学手段によって主光線が平行にされた露光光を画像信号に基づいて空間光変調し、該空間光変調された露光光を感光材料上に投影することを特徴とする。
【０００８】
また、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元状に配列されてなり、前記画素部によって空間光変調された露光光を、前記マイクロレンズ毎で集光するマイクロレンズアレイを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記露光光が、前記空間光変調手段の照射面に対して斜入射されることを特徴とする。更に、前記空間光変調手段が反射型の空間光変調手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
空間光変調手段に入射する露光光の光路上にテレセントリック光学手段を配置し、露光光の各主光線を平行にすることにより、以下のような効果を得ることができる。空間光変調手段が反射型の場合、空間光変調手段の照射面に対して露光光を斜入射する必要がある。この場合、露光光の焦点は空間光変調手段の照射面の所定位置に設定されるため、所定位置以外の照射面においては、ピントずれの現象が発生する。照射面に照射される露光光の各主光線の入射角度にバラツキがあると、ピントずれによる、シェーディングの増加を招く。そこで、照射面に照射される露光光の各主光線をテレセントリック光学手段によって平行化することにより、シェーディングの発生を抑えることができる。
【００１１】
更に、空間光変調手段によって反射された光を集光するマイクロレンズアレイを備えた露光装置において、マイクロレンズアレイは各マイクロレンズが画素ピッチ（空間光変調手段の各画素部）に対応して配置されている。空間光変調手段に照射される露光光の各主光線の入射角度にバラツキがあると、反射された露光光の主光線にもバラツキが生じる。この場合、空間光変調手段より下流にある結像光学系による空間光変調手段の結像位置に対してマイクロレンズアレイの位置が光軸方向にずれると、空間光変調手段の各画素部によって反射される光が対応するマイクロレンズに正しく入射されず、画像パターンの精度を悪化させる。また、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの出射光の主光線角度にバラツキが出るため、マイクロレンズの集光位置での各画素の等ピッチ性が保たれず、露光画質が低下してしまう。そこで、テレセントリック光学手段によって各主光線を平行化することで、マイクロレンズアレイの光軸方向のずれが起こっても、空間光変調手段の各画素部によって反射される光を対応するマイクロレンズに正しく入射させることができる。また、マイクロレンズアレイ透過後の各描画単位の等ピッチ性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の露光装置及び露光方法について説明する。まず、露光装置の外観及び構成について説明する。図１は、露光装置１０の概略外観図である。露光装置１０は、シート状の感光材料１２を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ１４を備えている。４本の脚部１６に支持された厚い板状の設置台１８の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド２０が設置されている。ステージ１４は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド２０によって往復移動可能に支持されている。更に露光装置１０は、ステージ１４をガイド２０に沿って駆動するステージ駆動装置（不図示）を備えている。
【００１３】
そして、設置台１８の中央部には、ステージ１４の移動経路を跨ぐようにコの字状のゲート２２が設置されている。コの字状のゲート２２の端部の各々は、設置台１８の両側面に固定されている。ゲート２２を挟んで一方側にはスキャナ２４が設置され、他方側には感光材料１２の先端及び後端を検知する複数のセンサ２６が設置されている。スキャナ２４及びセンサ２６はゲート２２に各々固定され、ステージ１４の移動経路の上方に設置されている。尚、スキャナ２４及びセンサ２６はコントローラ（不図示）に電気的に接続されており、コントローラによって動作制御がなされる。
【００１４】
ステージ１４にはスキャナ２４による露光開始の際にスキャナ２４から感光材料１２の露光面に照射されるレーザ光の光量を検出するための露光面計測センサ２８が設置されている。露光面計測センサ２８は、ステージ１４における感光材料１２の設置面の露光開始側の端部にステージ移動方向に直交する方向に延設されている。
【００１５】
図２はスキャナ２４の概略外観図である。図２に示すように、スキャナ２４は、例えば２行５列の略マトリクス状に配列された１０個の露光ヘッド３０を備えている。各露光ヘッド３０は、ＤＭＤの画素列方向が走査方向と所定の設定傾斜角度をなすように、スキャナ２４に取り付けられている。従って、各露光ヘッド３０による露光エリア３２は走査方向に対して傾斜した矩形状のエリアとなる。また、ステージ１４の移動に伴って感光材料１２には露光ヘッド３０による帯状の露光済み領域３４が形成される。
【００１６】
図３は、露光ヘッド３０の内部構成を詳しく示した図である。光源３８から出射したレーザ光（露光光）は、照明光学系４０と、ミラー４２と、ＴＩＲプリズム７０と、ＤＭＤ（空間光変調手段）３６と、結像光学系５０とを介して感光材料１２に照射される。以下、光源３８側から順次説明していく。
【００１７】
図４は、光源３８の構成を説明するための図である。光源３８は、複数のＬＤモジュール６０を備え、各ＬＤモジュール６０には第１マルチモード光ファイバ６２の一端が結合されている。第１マルチモード光ファイバ６２の他端には、第１マルチモード光ファイバ６２よりクラッド径の小さい第２マルチモード光ファイバ６４の一端が結合されている。複数の第２マルチモード光ファイバ６４は束ねられ、光源３８のレーザ出射部６６を形成している。
【００１８】
図５は、ＬＤモジュール６０の構成を説明するための図である。ＬＤモジュール６０は、ヒートブロック８０上に配設された発光素子であるレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ１０（以下、包括的に「ＬＤ」と表記する。）と、各ＬＤに対応して配設されたコリメータレンズＣＯと、集光レンズ９０と、第１マルチモード光ファイバ６２と、を備えて構成されている。各ＬＤを出射した発光光はコリメータレンズＣＯを透過して集光レンズ９０によって集光される。集光された光は、第１マルチモード光ファイバ６２によって合波される。合波された光は第１マルチモード光ファイバ６２に結合された第２マルチモード光ファイバ６４の他端から出射され、第２マルチモード光ファイバ６４が束ねられて更に合波される。
【００１９】
尚、コリメータレンズＣＯを１０個備えることとしたが、これらのレンズが一体化されているコリメータレンズアレイを用いてもよい。また、ＬＤは、チップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザ発光素子であって、発振波長が全て共通（例えば、４０５［ｎｍ］）であり、最大出射出力も全て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００［ｍＷ］、シングルモードレーザでは３０［ｍＷ］）である。尚、ＬＤとして、３５０［ｎｍ］〜４５０［ｎｍ］の波長範囲であれば、上記４０５［ｎｍ］以外の発振波長のＬＤを用いてもよい。
【００２０】
図３に戻る。照射光学系４０は、光源３８から出射したレーザ光を集光する集光レンズ４４と、集光レンズ４４によって集光されたレーザ光の光路上に配置されたロッドインテグレータ４６と、ロッドインテグレータ４６の前方、即ちミラー４２側に配置されたテレセントリック光学系（テレセントリック光学手段）４８とを備えて構成されている。
【００２１】
ロッドインテグレータ４６は、集光レンズ４４によって集光されたレーザ光の強度を均一化させて出射するものである。テレセントリック光学系４８は２枚の平凸レンズが組み合わされてなり、ロッドインテグレータ４６から出射されたレーザ光の各主光線を平行にして出射する。
【００２２】
照射光学系４０から出射したレーザ光は、ミラー４２によって反射され、ＴＩＲ（全反射）プリズム７０を介してＤＭＤ３６に斜入射される。ＤＭＤ３６は、画素を構成する多数のマイクロミラーが格子状に配列されてなるミラーデバイスである。本実施の形態においては、空間光変調手段としてＤＭＤを用いた場合を説明するが、画像信号に基づいて２次元パターンの光を形成する空間光変調素子であれば、これに限らない。ＤＭＤ３６の概略斜視図を図６に示す。ＤＭＤ３６は、照射光学系４０から入射された光を画像信号に基づいて空間光変調し、２次元パターンを形成する空間光変調手段である。ＤＭＤ３６は、ＳＲＡＭセル（メモリセル）３６２上に画素を構成する多数の（例えば、１０２４×７５７画素）マイクロミラー３６１が２次元状に配置されて構成されているものであり、各マイクロミラー３６１は支柱（不図示）によって支持されている。
【００２３】
更にＤＭＤ３６は、データ処理部とミラー駆動制御部を備えたコントローラ（不図示）に接続されている。データ処理部は、画像信号に基づいて各マイクロミラー３６１の傾斜角度を制御するための制御信号を生成する。ミラー駆動制御部は、データ処理部によって生成された制御信号に基づいて、ＤＭＤ３６の各マイクロミラー３６１の反射面の傾斜を制御する。具体的には、ミラー駆動制御部は制御信号のオン／オフに基づいて、ＳＲＡＭセル３６２の基板に対して±α度（例えば、±１０度）の範囲でマイクロミラー３６１を傾けさせる。図７（ａ）はマイクロミラー３６１が＋α度に傾いた状態（オン状態）を示す。この場合、反射したレーザ光Ｌｒは結像光学系５０へ入射される方向に反射される。図７（ｂ）はマイクロミラー３６１が−α度に傾いた状態（オフ状態）を示す。この場合、反射したレーザ光Ｌｒは結像光学系５０には入射されず、光吸収板等によって吸収される。このようにマイクロミラー３６１の傾斜角度が制御されることによって、ＤＭＤ３６に斜入射したレーザ光が所定の方向へ反射され、２次元パターンが形成される。
【００２４】
図３に戻る。結像光学系５０は、ＤＭＤ３６で空間光変調されることによって形成された２次元パターンを感光材料１２上に結像させて投影させるための結像手段である。結像光学系５０は、レンズ５２及びレンズ５４を含む第１結像光学系５３と、マイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９と、レンズ５７及びレンズ５８を含む第２結像光学系５６とを備えて構成されている。ＤＭＤ３６によって形成された２次元パターンは、第１結像光学系５３を透過し、所定倍に拡大されて結像される。ここで、第１結像光学系５３を透過した光束は、第１結像光学系５３による結像位置の近傍に配設されたマイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズによって個別に集光される。この個別に集光された光束がアパーチャアレイ５９の各アパーチャを通過して結像される。マイクロレンズアレイ５５及びアパーチャアレイ５９を通過して結像された２次元パターンは、第２結像光学系５６を透過して更に所定倍に拡大され、感光材料１２上に結像される。最終的には、ＤＭＤ３６によって形成された２次元パターンが、第１結像光学系５３と第２結像光学系５６の拡大倍率をそれぞれ乗算した倍率で拡大されて、感光材料１２上に投影される。尚、結像光学系５０は、必ずしも第２結像光学系５６を備えた構成としなくてもよい。
【００２５】
ＤＭＤ３６の照射面に対してレーザ光は斜入射される。この様子を表したのが図９である。図９（ａ）は、照射光学系４０において、ロッドインテグレータ４６の出射側にテレセントリック光学系４８を配置しない場合（従来の露光装置）、図９（ｂ）はテレセントリック光学系４８を配置した場合（本実施の形態の露光装置）のレーザ光の光路を示している。多数回反射により光量シェーディングが略均一となったロッドインテグレータ４８の端面の像は、ＤＭＤ３６の照射面の略中央の所定位置Ｐを含む面Ｐｓで形成され、ＤＭＤ３６の照射面と完全に一致しない。その結果、ＤＭＤ３６の照射面のある部位においては、面Ｐｓに対してピントずれが生じる。（例えば、ＤＭＤ３６の周辺部において矢印Ｑに示す分だけピントずれが起こる。）図９（ａ）に示すように、レーザ光の各主光線にバラツキがあると、ピントずれが大きくなるに従って光輝度が変化してしまい、結果的にＤＭＤ３６上でのシェーディングが増加してしまう。
【００２６】
図８は、ＤＭＤ３６と結像光学系５０におけるレーザ光の光路を概略的に説明するための図である。図８（ａ）は照射光学系４０において、ロッドインテグレータ４６の出射側にテレセントリック光学系４８を配置しない場合（従来の露光装置）、図８（ｂ）はテレセントリック光学系４８を配置した場合（本実施の形態の露光装置）のレーザ光の光路を示している。結像光学系５０によるＤＭＤ３６の結像位置に対してマイクロレンズアレイ５５の位置が光軸方向に対してずれると、主光線角度のバラツキにより、各マイクロミラー３６１の反射光の等ピッチ性が崩れ、各マイクロミラー３６１とマイクロレンズアレイ５５の各レンズの対応が崩れ、露光品質に悪影響を及ぼす。例えば、図８（ａ）において、本来位置Ａであるべきマイクロレンズアレイ５５の位置が調整の結果、位置Ｂになった場合、線Ｌ４ｒに示すように、マイクロミラー３６１の反射光が対応するマイクロレンズに正しく入射されない現象が発生する。また、マイクロレンズアレイ５５に対する光の入射角度によっては、アパーチャアレイ５９を通過できない光が発生し、感光材料１２におけるシェーディング増加の原因となりうる。
【００２７】
更に、ＤＭＤ３６によって反射された光の主光線にバラツキがあると、マイクロレンズアレイ５５を構成するマイクロレンズを透過する光の主光線角度にバラツキがあるため、マイクロレンズの集光位置における各描画単位の等ピッチ性が崩れる。この描画単位の等ピッチ性の崩れは、第２結像光学系５６の有無に関わらず、露光品質を悪化させてしまう。
【００２８】
そこで、本実施の形態のように、ロッドインテグレータ４６の出射側にテレセントリック光学系４８を配置すると、図９（ｂ）に示すように、ＤＭＤ３６には各主光線が平行なレーザ光が入射される。レーザ光の各主光線の角度にバラツキがなく平行であるため、斜入射によりロッドインテグレータ３６の出射端面の結像位置に対して、ＤＭＤ３６の位置がピントずれの位置関係にあることによるシェーディングの発生を抑えることができる。
【００２９】
また、レーザ光の各主光線の平行化により、図８（ｂ）に示すようにマイクロレンズアレイ５５の位置が第１結像光学系５３によるＤＭＤ３６の結像位置から光軸方向にずれた位置に調整されても、マイクロミラー３６１によって反射された光の等ピッチ性は保たれ、マイクロミラー３６１とマイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズとの対応の崩れを回避でき、露光品質の低下を防ぐことができる。
【００３０】
更に、ＤＭＤ３６によって反射された光の主光線にバラツキがないため、マイクロレンズアレイ５５を構成するマイクロレンズを透過する光の主光線角度にバラツキがないため、マイクロレンズの集光位置における各描画単位の等ピッチ性が保たれ、露光品質の低下を防ぐことができる。
【００３１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、他の種々の形態が実施可能である。
【００３２】
例えば、テレセントリック光学系４８はロッドインテグレータ４６の出射側に配置されることとして説明したが、ＤＭＤ３６に入射するレーザ光の光路上であり、ＤＭＤ３６に主光線が平行なレーザ光を照射できる位置であればこれに限らない。
【００３３】
また、空間光変調素子としてＤＭＤ３６を備えた露光ヘッド３０について説明したが、このような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用することもできる。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ：Special Light Modulator）や電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等の液晶シャッタアレイ等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。尚、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。更に、ＧＬＶ（Grating Light Value）を複数並べて二次元状に構成したものを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】露光装置の概略外観図
【図２】スキャナの概略外観図
【図３】露光ヘッドの内部構成を詳しく示した図
【図４】光源の構成を説明するための図
【図５】ＬＤモジュールの構成を説明するための図
【図６】ＤＭＤの概略斜視図
【図７】マイクロミラーが±α度に傾いた状態を示した図
【図８】ＤＭＤと結像光学系におけるレーザ光の光路を概略的に説明するための図
【図９】ＤＭＤにおけるピントずれを説明するための図
【符号の説明】
【００３５】
１０    露光装置
３０    露光ヘッド
３８    光源
４０    照射光学系
４４    集光レンズ
４６    ロッドインテグレータ
４８    テレセントリック光学系
４２    ミラー
７０    ＴＩＲプリズム
３６    ＤＭＤ
５０    結像光学系
５３    第１結像光学系
５５    マイクロレンズアレイ
５９    アパーチャアレイ
５６    第２結像光学系
１２    感光材料
【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】
2006337834.tif 000009
【図８】
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【図９】
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