(57)【要約】【課題】  コストアップや露光スピードの低下を招くことなく、露光装置の露光性能を向上させること。【解決手段】  露光光を出射する光源ユニット６０と、出射された露光光を画像信号に基づいて空間光変調するＤＭＤ９０と、空間光変調された露光光を感光材料１２上に結像する結像光学系５０と、空間光変調された露光光の光路長を変更して、空間光変調された露光光を感光材料１２上に結像する際の焦点を調節するくさび型プリズムペア５４と、を備える露光装置１０において、周辺領域等にレンズ歪みを持たせ、中央部を含む領域のレンズ光学性能を高めた投影レンズを結像光学系５０に用い、投影レンズの中央部を含む略矩形状の領域のみにおいて空間光変調された露光光を結像する。【選択図】  図７
2006261155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光を出射する光源と、
該光源から出射された露光光を画像信号に基づいて空間光変調する空間光変調手段と、
該空間光変調された露光光を感光材料上に結像する結像手段と、
前記空間光変調された露光光の光路長を変更して、前記空間光変調された露光光を前記感光材料上に結像する際の焦点を調節する焦点調節手段と、
を備える露光装置において、
前記結像手段が、該結像手段の中央部を含む略矩形状の領域のみにおいて前記空間光変調された露光光を結像するものであることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記結像手段が、長辺の長さが短辺の長さの２倍以上の略矩形状の該結像手段における領域において前記空間光変調された露光光を結像するものであ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】
前記焦点調節手段が、前記空間光変調された露光光の光軸方向の厚さが変化するように形成されたくさび型プリズムペアを有し、該くさび型プリズムペアを構成する各くさび型プリズムを移動することによって、前記空間光変調された露光光を前記感光材料上に結像する際の焦点を調節するものであ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】
前記焦点調節手段が、光学系と、ピエゾ素子とを有し、前記光学系の間隔を前記ピエゾ素子により調節することによって、前記空間光変調された露光光を前記感光材料上に結像する際の焦点を調節するものであ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５】
前記結像手段はレンズを有し、該結像手段が、前記レンズの光軸を中心に回転可能、又は前記光軸に対して垂直方向に移動可能なものであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記光源が、半導体レーザ素子から発せられたレーザ光を出射するレーザ光源であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記レーザ光源は、前記半導体レーザ素子から発せられたレーザ光を一端から入射し、入射したレーザ光を他端から出射する光ファイバを複数本束ねたバンドル状のファイバ光源であることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記ファイバ光源は、複数の半導体レーザ素子から発せられた各レーザ光を１本の光ファイバに入射させて合波することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
露光光を出射する露光光出射工程と、
前記出射された露光光を画像信号に基づいて空間光変調する空間光変調工程と、
前記空間光変調された露光光を結像手段を用いて感光材料上に結像する結像工程と、
前記空間光変調された露光光の光路長を変更して、前記空間光変調された露光光を前記感光材料上に結像する際の焦点を調節する焦点調節工程と、
を含む露光方法において、
前記結像工程では、前記結像手段の中央部を含む略矩形状の領域のみにおいて前記空間光変調された露光光を結像し、
前記略矩形状の短辺方向を前記感光材料のうねり方向に向けて露光することを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
前記露光光射出工程が、半導体レーザ素子から発せられたレーザ光を露光光として出射する工程であることを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調された光を結像光学系を通して感光材料上に投影し露光する露光装置及びその露光方法に関するものである。
【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（例えば、１０２４×７５６画素）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（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、２次元パターンの光を結像させるための投影レンズを有する結像手段を備える。投影レンズは、ＤＭＤの各マイクロミラーのうち、所定角度に傾斜したマイクロミラーによって反射された光のみを感光材料上に結像する。即ち、この露光装置は、感光材料上に投影される２次元パターンを形成する各画素が各マイクロミラーに対応するようにして露光を行うものである。
【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】
従来の露光装置では、投影レンズのほぼ全面領域を用いて感光材料上に２次元パターンを結像させていた。この場合、投影レンズの全面領域において、像面湾曲、非点隔差、歪曲等を抑制し、テレセン性を向上させ、高いレンズ光学性能を持たせる必要があった。しかしながら、ほぼ全面領域において高いレンズ光学性能を持つ投影レンズの製造には、部品精度の向上、より良い部品の選別等の必要があり、高いコストが必要であった。また、全面領域において高いレンズ光学性能を持つ大口径の投影レンズの製造は困難であるため、大面積露光ができず、露光スピードの低下に繋がっていた。
【０００５】
更に、投影レンズのレンズ光学性能が悪いと、ビーム位置精度が悪化するため、多重露光の回数を増やす必要があった。これにより露光スピードの低下、画質の低下等の問題が発生し、露光性能低下の原因になっていた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、コストアップや露光スピードの低下を招くことなく、露光性能を向上させる露光装置及び露光方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明の露光装置は、露光光を出射する光源と、出射された露光光を画像信号に基づいて空間光変調する空間光変調手段と、該空間光変調された露光光を感光材料上に結像する結像手段と、前記空間光変調された露光光の光路長を変更して、前記空間光変調された露光光を前記感光材料上に結像する際の焦点を調節する焦点調節手段と、を備える露光装置において、前記結像手段が、該結像手段の中央部を含む略矩形状の領域のみにおいて前記空間光変調された露光光を結像するものであることを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記結像手段は、該結像手段の周辺領域に歪みを持たせ、その分中央部を含む領域の歪みを少なくして、該中央部を含む領域の光学性能を高めた結像手段である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の露光装置であって、前記結像手段が、長辺の長さが短辺の長さの２倍以上の略矩形状の該結像手段における領域において前記空間光変調された露光光を結像するものであることを特徴とする。
【００１０】
ここで、上記略矩形状の長辺の長さは、短辺の長さの２倍〜５倍程度の長さであることが望ましい。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の露光装置であって、前記焦点調節手段が、前記空間光変調された露光光の光軸方向の厚さが変化するように形成されたくさび型プリズムペアを有し、該くさび型プリズムペアを構成する各くさび型プリズムを移動することによって、前記空間光変調された露光光を前記感光材料上に結像する際の焦点を調節するものであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の露光装置であって、前記焦点調節手段が、光学系と、ピエゾ素子とを有し、前記光学系の間隔を前記ピエゾ素子により調節することによって、前記空間光変調された露光光を前記感光材料上に結像する際の焦点を調節するものであることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の露光装置であって、前記結像手段はレンズを有し、該結像手段が前記レンズの光軸を中心に回転可能、又は前記光軸に対して垂直方向に移動可能なものであることを特徴とする。
【００１４】
ここで、請求項６に記載の発明のように、請求項１〜５の何れか一項に記載の露光装置であって、前記光源が、半導体レーザ素子から発せられたレーザ光を出射するレーザ光源であることとしてもよい。
【００１５】
更に、請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の露光装置であって、前記レーザ光源は、前記半導体レーザ素子から発せられたレーザ光を一端から入射し、入射したレーザ光を他端から出射する光ファイバを複数本束ねたバンドル状のファイバ光源であることとしてもよい。
【００１６】
更に、請求項８に記載の発明のように、請求項７に記載の露光装置であって、前記ファイバ光源は、複数の半導体レーザ素子から発せられた各レーザ光を１本の光ファイバに入射させて合波することとしてもよい。
【００１７】
請求項９に記載の発明の露光方法は、露光光を出射する露光光出射工程と、前記出射された露光光を画像信号に基づいて空間光変調する空間光変調工程と、前記空間光変調された露光光を結像手段を用いて感光材料上に結像する結像工程と、前記空間光変調された露光光の光路長を変更して、前記空間光変調された露光光を前記感光材料上に結像する際の焦点を調節する焦点調節工程と、を含む露光方法において、前記結像工程では、前記結像手段の中央部を含む略矩形状の領域のみにおいて前記空間光変調された露光光を結像し、前記略矩形状の短辺方向を前記感光材料のうねり方向に向けて露光することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０に記載の発明のように、請求項９に記載の露光方法であって、前記露光光射出工程が、半導体レーザ素子から発せられたレーザ光を露光光として出射する工程であることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
結像手段を構成する投影レンズの周辺領域に歪みを持たせ、その分中央部を含む領域の歪みを少なくして、該中央部を含む領域の光学性能を高めた結像手段を用いることにより、光学性能の良い領域において空間光変調された露光光を結像することによって、空間光変調された露光光が感光材料上に投影される際の画質を向上させることができる。
【００２０】
また、結像手段を構成する投影レンズの全面領域において十分な光学性能を得ようとすると、大口径の投影レンズの製造が困難であった。しかし、大口径の投影レンズの周辺領域等の任意の領域にレンズ歪みを持たせて、中央部を含む領域のレンズ歪みを少なくすることによって、大口径の投影レンズでも高いレンズ光学性能を持たせることができる。これにより、露光面積が拡大し、露光スピードを速くすることができる。
【００２１】
そして、結像手段が空間光変調された露光光の光軸を中心に回転可能、又は光軸に対して垂直方向に移動可能であることにより、結像手段を構成する投影レンズの光学性能の良い領域に空間光変調された光を選択的に照射させることができる。
【００２２】
また、投影レンズの周辺領域等にレンズ歪みを持たせて中央部を含むレンズ性能のよい領域のみを使用するため、投影レンズの全面領域を使用する場合に比べて焦点調節手段の光学系を小型化することができ、その結果、高精度な安定保持及び移動機構を実現できる。更に、空間変調された露光光の光位置を安定に保ちながら高精度の焦点位置調整が可能になる。
【００２３】
また、空間光変調された露光光をマイクロレンズアレイにてより小さなスポットに集光する場合において、高価なマイクロレンズアレイを小型化できるので、よりピッチ精度が高く低コストなマイクロレンズアレイを採用することができる。更に、焦点調整手段としてピエゾ素子を用いることによって、焦点方向に対して垂直な方向への微小変位を抑制でき、高ビーム位置精度を保ちながら、高精度な焦点位置調整が可能になる。
【００２４】
また、複数の半導体レーザ素子から発せられた各レーザ光を１本の光ファイバに入射させて合波し、さらにファイババンドル状の光源として面積あたりの光量の大きい高輝度な光源を用いることで、光パワーを向上させつつ、エタンデュー（Etendue）を小さくすることができる。従って被照明体（ＤＭＤ）側の開口数（ＮＡ）を小さくできる。これにより、結像手段の中央部を含む略矩計状の領域のみにおいて空間光変調手段で空間光変調する場合であっても被照明体（ＤＭＤ）側の開口数を小さくでき、更に結像光学系が被照明体の下流側に配置された場合でもその結像光学系の焦点深度を大きくすることができ、結像される露光画像のピントずれを抑制することができる。
【００２５】
更に、結像手段が長辺の長さが短辺の長さの２倍以上の略矩形状の領域において空間光変調された露光光を結像し感光材料上に投影させる際に、短辺方向と感光材料のうねり方向とを一致させて露光を行うことにより、投影された空間光変調された露光光の投影エリア内における感光材料のうねりの度合いを少なくすることができる。このため、空間光変調された露光光の焦点位置を適切な位置に合わせることができ、露光装置の焦点深度を従来の露光装置より見かけ上大きくすることができる。これにより露光画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
１．露光装置の構成
１−１  露光装置の外観
まず、露光装置の外観について説明する。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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を備え、ＤＭＤによって形成された２次元パターンを感光材料１２上に投影する。露光エリア３２は各露光ヘッドから射出された２次元パターンが感光材料１２上に投影された時の投影エリアを示す。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。
【００３１】
１−２  露光ヘッド
図３は露光ヘッド３０の概略構成を説明するための概念図であり、図７は露光ヘッド３０中を伝播するレーザ光の光路に沿って露光ヘッド３０を構成する光学要素を説明するための図である。露光ヘッド３０は、光源である光源ユニット６０と、ＤＭＤ照射光学系７０と、ＤＭＤ８０と、結像光学系５０と、くさび型プリズムペア５４とを備えて構成されている。
【００３２】
光源ユニット６０は、図４に示すように、複数（例えば、１４個）のＬＤモジュール４０を備えており、各ＬＤモジュール４０には、第１マルチモード光ファイバ４１の一端が結合されている。第１マルチモード光ファイバ４１の他端には、第１マルチモード光ファイバより小さいクラッド径を有する第２マルチモード光ファイバ６８が結合されている。
【００３３】
図５に詳しく示すように、第２マルチモード光ファイバ６８の第１マルチモード光ファイバ４１と反対側の端部は走査方向と直交する方向に沿って７個並べられ、それが２列に配列されてレーザ出射部６６が構成されている。
【００３４】
第２マルチモード光ファイバ６４の端部で構成されるレーザ出射部６６は、図５に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、第２マルチモード光ファイバ６４の光出射端面には、その保護のために、ガラス等の透明な保護板が配置されるのが望ましい。第２マルチモード光ファイバ６８の光出射端面は、光密度が高いために集塵しやすく劣化しやすいが、上述のような保護板を配置することにより、端面への塵埃の付着を防止し、また劣化を遅らせることができる。
【００３５】
ＬＤモジュール４０は、図６に示す合波レーザ光源によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック４００上に配列固定された複数の（例えば７個）の半導体レーザ素子であるＬＤチップＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６及びＬＤ７と、ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６及び４０７と、１つの集光レンズ９０と、１本の第１マルチモード光ファイバ４１とから構成されている。尚、半導体レーザ素子の個数は７個に限定されるものではなく、その他の個数が採用されてもよい。また、上述のような７個のコリメータレンズ４０１〜４０７に代えて、そ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。
【００３６】
ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ７は、チップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザ素子であり、発振波長が全て共通（例えば、４０５［ｎｍ］程度）であり、最大出力も全て共通（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、３５０［ｎｍ］〜４５０［ｎｍ］の波長範囲であれば、上記４０５［ｎｍ］以外の発振波長を備える半導体レーザ素子をＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ７として用いてもよい。
【００３７】
このように、複数のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ７から発せられた各レーザ光を１本の第１マルチモード光ファイバ４１に入射させて合波し、さらにファイババンドル状の光源として面積あたりの光量の大きい高輝度な光源を用いることで、光パワーを向上させつつ、エタンデュー（Etendue）を小さくすることができる。従って結像手段の中央部を含む領域のみにおいて空間光変調手段で空間光変調することで被照明体（ＤＭＤ）側に対する照明領域が小さくなっても、照明ＮＡ値を抑えることができる。これにより、結像光学系が被照明体の下流側に配置された場合でもその結像光学系の焦点深度を大きくすることができ、結像される露光画像のピントずれを抑制することができるという効果が得られる。尚、エタンデューと焦点深度の詳しい関係については特開２００５−０１８０１３号公報に掲載されている。
【００３８】
以上において、複数のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ７を合波することによって露光光を構成する場合について説明したが、合波せずに、半導体レーザ素子と光ファイバの一端とを１対１で結合し、光ファイバ他端に該光ファイバよりクラッド径の小さい光ファイバを結合してもよい。この場合は、半導体レーザ素子としてマルチモードの高出力レーザを用いることが好ましく、このような高出力レーザを用いることで高輝度な光源を実現できる。
【００３９】
ＤＭＤ照射光学系７０は、コリメータレンズ７１と、マイクロフライアイレンズ７２及び７３と、フィールドレンズ７４と、ミラー７５と、プリズム７６とを備えて構成されている（図７参照）。コリメータレンズ７１は、レーザ光出射部６１から出射された複数のレーザ光を概略平行光化するためのレンズである。マイクロフライアイレンズ７２及び７３は、微小レンズセルが縦横に多数配置されてなるものであり、ＤＭＤ８０に照射するレーザ光の光量分布を均一化するためのレンズである。マイクロフライアイレンズ７２及び７３を透過したレーザ光はフィールドレンズ７４を透過してミラー７５によって反射され、プリズム７６に入射する。プリズム７６は、ＴＩＲプリズム（全反射プリズム）であり、ミラー７５によって反射されたレーザ光をＤＭＤ８０に向けて全反射する。ＤＭＤ８０の詳細については、後述する。尚、ＤＭＤ照射光学系７０は、光量分布の均一化の手段として、ロッドインテグレータを備えることとしてもよい。
【００４０】
１−２−１  結像光学系
結像光学系５０は、ＤＭＤ８０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。図７に示すように、結像光学系５０は、第１投影レンズ５１と、第２投影レンズ５２と、マイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とを備えて構成されている。ＤＭＤ８０を構成する各マイクロミラーによって反射されて形成された２次元パターンは、第１投影レンズ５１を透過し、所定倍（例えば、３倍）に拡大されて結像される。ここで、第１投影レンズ５１を透過した光束Ｌａは、第１投影レンズ５１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５５ａ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５９ａ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投影レンズ５２を透過して更に所定倍（例えば、１．６７倍）に拡大され、くさび型プリズムペア５４を透過して感光材料１２上に結像される。最終的には、ＤＭＤ８０によって形成された２次元パターンが、第１投影レンズ５１と第２投影レンズ５２の拡大倍率をそれぞれ乗算した倍率（例えば、３倍×１．６７倍＝５倍）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投影レンズ５２を備えた構成としなくてもよい。
【００４１】
第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２について詳しく説明する。図８は第１投影レンズ５１、第２投影レンズ５２を構成する投影レンズ３００を示した平面図である。露光装置の露光性能を上げるためには、高いレンズ光学性能（像面湾曲、非点隔差、歪曲等を抑制、高いテレセン性）を持つ投影レンズが必要となる。しかしながら、投影レンズの全面領域においてレンズ光学性能を向上させようとすると、レンズのコストアップに繋がり、大口径レンズの製造が困難になるという問題がある。一方、投影レンズの任意の領域のレンズ光学性能を高めるために、故意に所定の領域に歪みを持たせて投影レンズを製造することが可能であることが近年の研究で明らかになった。
【００４２】
そこで、例えば投影レンズの周辺部分に歪みを持たせ、中央部の歪みを少なくして製造することによって、投影レンズの中央部を含む領域のレンズ光学性能を高め、更に中央部を含む領域にてＤＭＤ８０によって形成された２次元パターンを透過させて結像する。例えば、図８（ａ）に示すように、投影レンズ３００の周辺領域である領域３２０に像面湾曲、領域３３０に歪曲が大きいという特性を持たせ、その分投影レンズ３００の中央部を含む領域の歪みを少なくさせて、レンズ光学性能が高くなるようにして製造する。
【００４３】
しかし、例えば図８（ａ）に示すように、ＤＭＤ８０によって形成された２次元パターンが投影レンズ３００の領域３１０に照射されて透過される場合、２次元パターンの一部が像面湾曲や歪曲が大きい特性を含む領域を透過することになる。つまり、２次元パターンは、投影レンズ３００におけるレンズ光学性能の良い領域３４０に照射される必要がある。そこで、投影レンズ３００のレンズ光学性能の良い領域３４０を選択して２次元パターンを照射するために、例えば２次元パターンの光の光軸を中心として図８（ｂ）に示す矢印Ａの方向に投影レンズ３００を回転させる。この回転により、レンズ光学性能の良い領域３４０と２次元パターンが照射される領域３１０を一致させ、レンズ光学性能の良い領域３４０において２次元パターンを透過させることができる。このように、レンズ光学性能の良い領域において２次元パターンを透過させて結像させることによって、２次元パターンが感光材料１２上に投影される際の画質を向上させることができる。
【００４４】
また、投影レンズの全面領域において十分なレンズ光学性能を得ようとすると、大口径の投影レンズの製造が困難であった。しかし、大口径の投影レンズの周辺領域等の任意の領域にレンズ歪みを持たせて、中央部を含む領域のレンズ歪みを少なくすることによって、高いレンズ光学性能を持たせることができる。このような大口径の投影レンズを用いることによって、露光面積が拡大し、露光スピードを速くすることができる。
【００４５】
尚、ＤＭＤ８０から反射された光を投影レンズの中央部を含む一部の領域において結像させるために、ＤＭＤ８０によって形成される２次元パターンは、図８に示す領域３１０のように、長辺の長さが短辺の長さより２倍以上長い略矩形状のパターンであることが望ましい。これについては後述する「１−２−２  ＤＭＤ」にて説明する。
【００４６】
投影レンズ３００のレンズ光学性能の良い領域３４０に２次元パターンを選択的に照射させるために、結像光学系５０は２次元パターンの光の光軸を中心として回転可能な構成となっている。図９（ａ）は結像光学系５０を備える鏡筒４００の概略側面断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）における矢印Ｂの方向から見た鏡筒４００の概略平面図である。鏡筒４００は側面につば状のフランジ４１０を備えている。フランジ４１０にはネジ貫通孔４１２がα［°］毎に形成されている。ブラケット４２０にはネジ貫通孔４１２に対応させて雌ネジ孔（不図示）が同じくα［°］毎に形成され、ネジ（不図示）をフランジ４１０のネジ貫通孔４１２に挿通して、ブラケット４２０の対応する雌ネジ孔に螺合させることにより、フランジ４１０とブラケット４２０が固定される。この構造により、鏡筒４００は第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２の光軸を中心としてα［°］ずつ回転させて任意の角度位置で固定させることができる。またネジによってフランジ４１０とブラケット４２０を固定させる際は、ネジ貫通孔４１２のうち、全てのネジ貫通孔４１２にネジを挿通してブラケット４２０の対応する雌ネジ孔に螺合させてもよいし、例えば対角線上に位置する２箇所のネジ貫通孔４１２にネジを挿通してブラケット４２０の対応する雌ネジ孔に螺合させてもよい。
【００４７】
鏡筒４００が回転されると、第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２も共に回転する。そして感光材料１２上に投影された２次元パターンの焦点、画質等の露光性能を計測しながら、最も良い露光性能を示す回転位置でフランジ４１０とブラケット４２０を固定する。
【００４８】
このように、鏡筒４００を２次元パターンの光の光軸を中心に回転させることによって第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２を回転させることにより、第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２を構成する投影レンズのレンズ光学性能の良い領域と２次元パターンの照射領域を一致させることができる。
【００４９】
尚、第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２を構成する各投影レンズ毎に独立して回転可能なように構成してもよい。また、鏡筒４００は２次元パターンの光軸に垂直方向に移動可能なように構成してもよい。或いは、２次元パターンの光軸の垂直方向に第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２を構成する各投影レンズが独立して移動可能なように構成してもよい。
【００５０】
１−２−２  ＤＭＤ
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。ＤＭＤ８０の概略斜視図を図１０に示す。ＤＭＤ８０は、ＤＭＤ照射光学系７０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。ＤＭＤ８０は、２次元状に多数配置されたマイクロミラー８１（例えば、１０２４×７５７画素）を有している。更にＤＭＤ８０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ＤＭＤ８０に配されている各マイクロミラー８１の駆動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、ＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１の反射面の角度を制御する。データ処理部及びミラー駆動制御部によってマイクロミラー８１の反射面が所定の角度に傾斜され、ＤＭＤ８１に照射された光のうち、所定の角度に傾斜されたマイクロミラー８１によって反射された光が２次元パターンとなって結像光学系５０に入射される。
【００５１】
ところで、本実施の形態の第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２は、第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２を構成する投影レンズの周辺部分に歪みを持たせ、中央部の歪みを少なくして製造することによって、上記投影レンズの中央部を含む領域のレンズ光学性能を高め、その中央部を含む領域にて２次元パターンを透過させて結像するものであることを説明した（「１−２−１  結像光学系」参照）。このように２次元パターンを投影レンズの中央部を含む一部の領域において結像させるために、ＤＭＤ８０によって形成される２次元パターンは、図８（ｂ）に示す領域３１０のように、長辺の長さが短辺の長さより２倍以上長い略矩形状のパターンであることが望ましい。上記のような略矩形状の２次元パターンを形成するために、本実施の形態のＤＭＤ８０は、ＤＭＤ８０の一部のマイクロミラー８１を駆動制御して辺の長さが短辺の長さより２倍以上長い略矩形状２次元パターンを形成する。
【００５２】
図１１を用いて詳しく説明する。ＤＭＤ８０には、例えば、露光する際の主走査方向、即ち行方向に１０２４画素、更に露光する際の副走査方向、即ち列方向に７５６画素のマイクロミラー８１が２次元状に配置されている。本実施の形態では、列方向に７５６画素並ぶマイクロミラー８１のうち、一部のマイクロミラー８１（例えば、２４０画素）を使用して、１０２４×２４０画素の２次元パターンを形成させる。ここで、列方向に並ぶマイクロミラー８１のうち使用するマイクロミラー８１の数は、行方向に並ぶマイクロミラー８１の数の１／２〜１／５程度の数であることが望ましい。
【００５３】
また、ＤＭＤ８０を構成する全てのマイクロミラーに対して、図１１（ａ）に示す領域８０Ｃのように、ＤＭＤ８０の中央部を占めるマイクロミラーを使用してもいいし、図１１（ｂ）に示す領域８０Ｔのように、ＤＭＤ８０の端部付近を占めるマイクロミラーを使用してもよい。また、使用しているマイクロミラーに欠陥が生じた場合は、欠陥が発生していないマイクロミラーの領域を使用するなどして、状況に応じて使用するマイクロミラーの領域を適宜変更してもよい。
【００５４】
このように、ＤＭＤ８０を構成するマイクロミラー８１において、列方向に並ぶマイクロミラー８１のうち一部のマイクロミラー８１を使用することによって、長辺の長さが短辺の長さより長い略矩形状の２次元パターンを形成することができ、第１投影レンズ５１及び第２投影レンズ５２を構成する投影レンズの高いレンズ光学性能を持つ領域のみに２次元パターンを照射させやすくすることができる。また、ＤＭＤ８０のデータ処理速度は制御するマイクロミラー８１の数（画素数）に比例する。従って、列方向に並ぶマイクロミラー８１のうち一部のマイクロミラー８１を使用することによって、データ処理速度を速くすることができ、露光スピードを速くすることができる。更に、ＤＭＤ８０によって形成される２次元パターンを小さくすることによって、高価なマイクロレンズアレイ５５を小型化できるため、露光装置のコストを削減することができる。
【００５５】
尚、長辺の長さが短辺の長さより長い略矩形状の２次元パターンを形成するために、ＤＭＤ８０において列方向に並ぶマイクロミラー８１のうち、一部のマイクロミラー８１を用いることとして説明したが、予め長辺方向のマイクロミラーの数が短辺方向のマイクロミラーの数より２倍以上多いＤＭＤであってもよい。
【００５６】
１−３  くさび型プリズムペア
図１２はくさび型プリズムペア５４の構成を示す側面図であり、図１３はくさび型プリズムペア５４を示す概略斜視図である。くさび型プリズムペア５４は、２次元パターンの光の光路長を変更して、２次元パターンを結像させる際の焦点を調節するための焦点調節手段である。くさび型プリズムペア５４は、くさび型プリズム５４０Ａ及び５４０Ｂと、くさび型プリズム５４０Ａ及び５４０Ｂをそれぞれ固定するベースプリズムホルダ５４１Ａ及び５４１Ｂと、ベースプリズムホルダ５４１Ａの両端に配設されたスライドベース５４２Ａ及びスライドベース５４２Ａ上を移動するスライダ５４２Ｂを含むスライド部５４５と、スライド部５４５を移動させる駆動部５４６とを備えて構成されている。くさび型プリズムペア５４については、図１３に示すように、例えばガラスやアクリル等の透明材料からなる平行平板を、この平行平板の平行平面Ｈ１１及びＨ２２に対して斜めに傾く平面Ｈｋに沿って切断することによって得られる一対のくさび型プリズムＡ及びＢを上記くさび型プリズム５４０Ａ及び５４０Ｂとして使用することができる。
【００５７】
図１２に戻る。くさび型プリズム５４０Ａ及び５４０Ｂは、幅ｔ（例えば、１０［ｕｍ］）の空気層５５０を介してベースプリズムホルダ５４１Ａ及び５４１Ｂに固定される。また、スライドベース５４２Ａ及びスライダ５４２Ｂとの組み合わせによってリニアスライドが可能であり、駆動部５４６がくさび型プリズム５４０Ａ及び５４０Ｂの互いの位置を空気層５５０の幅ｔが変化しないようにスライド部５４５を１方向（図中矢印ｕの方向）に相対的に移動させる。このスライド部５４５の移動により、くさび型プリズムペア５４の２次元パターンの光軸方向の厚さ（平行平面板の厚さから空気層５５０の幅ｔを除いた厚さ）が変更される。つまり、くさび型プリズムペア５４によって２次元パターンを形成する光の光路長が変更されることになる。
【００５８】
このように、第２投影レンズ５２と感光材料１２の間にくさび型プリズムペア５４を配設することによって、２次元パターンの光の光路長を簡単に調節することができる。従って、従来に比べ、第２投影レンズ５２によって結像された２次元パターンを感光材料１２上に結像する際の焦点調整が簡単且つ短時間で行うことができる。
【００５９】
尚、図１４に示すように、くさび型プリズムペア５４をマイクロレンズアレイ５５と第２投影レンズ５２との間に配置して、２次元パターンの光の光路長を変更することにより、２次元パターンの焦点を調節してもよい。
【００６０】
また、焦点調節手段としてくさび型プリズムペア５４を用いた場合を説明したが、これに限定されるものではなく、結像光学系５０を構成する投影レンズの位置を変化させずに焦点調節を行う高ビーム位置精度の焦点調節手段であればよい。例えば、図１５及び１６に示すように、マイクロレンズアレイ５５をピエゾ素子６００を用いて焦点方向（図中矢印Ｘの方向）に移動させることにより焦点調整を行ってもよい。ピエゾ素子６００を用いることによって、マイクロレンズアレイ５５の焦点方向と垂直な方向への変位を抑えつつ、焦点方向への微小移動を行うことができるため、安定したビーム位置精度を保ちながら焦点調整を行うことができる。
【００６１】
２．露光方法
次に露光装置１０の露光方法について説明する。図１７（ａ）は感光材料１２とＤＭＤ８０の位置関係を概略的に示した斜視図である。尚、図２に示すように、露光装置１０はＤＭＤ８０を有する露光ヘッド３０を１０個備えることとして説明したが、図１７では簡略化して１個のＤＭＤ８０にのみ着目して図示・説明する。
【００６２】
図１７（ａ）に示すように、ＤＭＤ８０の全てのマイクロミラー８１に対して領域８０Ｔを占めるマイクロミラー８１を使用する場合、領域８０Ｔの短辺方向を感光材料１２のうねり方向に向けて感光材料１２をそのうねり方向に移動させながら（領域８０Ｔの短辺方向を感光材料１２の移動方向に向ける）感光材料１２に対して露光を行う。図１７（ａ）において、露光エリア８１はＤＭＤ８０の全てのマイクロミラー８１を使用して２次元パターンを形成したときの露光エリアであり、露光エリア８１ＴはＤＭＤ８１において領域８０Ｔを占めるマイクロミラー８１を使用して２次元パターンを形成したときの露光エリアである。
【００６３】
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）において破線の枠Ｐで囲んだ部分を拡大して示した側面図である。図１７（ｂ）に示すように、ＤＭＤ８０の全てのマイクロミラー８１を使用して２次元パターンを形成した場合、露光エリア８１の感光材料１２に対する最大深度差（露光エリア８１内における、感光材料１２表面の最大高低差）はｄ２となる。一方、ＤＭＤ８０において領域８０Ｔを占めるマイクロミラー８１を使用した場合、露光エリア８１Ｔの感光材料１２に対する最大深度差はｄ１となる。図１７（ｂ）に示すように、ｄ１＜ｄ２であり、深度差が小さいほうが深度差が大きい場合より２次元パターン内における感光材料１２のうねりの度合いが小さい。従って、２次元パターンの焦点位置をより適切な位置に合わせることができる。
【００６４】
また、１フレームの露光が終了し、ステージ１４が走査方向に移動することによって感光材料１２が移動すると、露光エリア８１Ｔの位置が変化し、露光エリア８１Ｔ内における感光材料１２のうねりの度合いが変化するため、焦点位置も変化するが、くさび型プリズムペア５４によって焦点調節がなされることにより、焦点位置は即座に調節される。従って、感光材料１２のうねりに対応した長焦点深度を有する露光を行うことができる。
【００６５】
このように、ＤＭＤ８０を構成するマイクロミラー８１において、列方向に並ぶマイクロミラー８１のうち一部のマイクロミラー８１を使用して、略矩形状の２次元パターンを形成させたとき、２次元パターンの短辺方向を感光材料１２のうねり方向に向けて露光を行うことにより、露光エリア８１Ｔ内における感光材料１２のうねりの度合いを少なくすることができる。このため、２次元パターンの焦点位置を適切な位置に合わせることができ、露光装置１０の焦点深度を従来の露光装置より見かけ上大きくすることができる。従って、露光画質を向上させることができる。
【００６６】
尚、図２に示すように、実際には露光ヘッド３０はＤＭＤ８０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（図１７における露光エリア８１Ｔに相当）は走査方向に対して傾斜した矩形状のエリアとなる。露光エリア８１Ｔ内の感光材料１２のうねりの度合いを最小限に抑えるためには、露光エリア８１Ｔの短辺方向と感光材料１２のうねり方向を完全に一致させることが理想であるが、露光エリア８１Ｔが上記所定の設定傾斜角度をなしていても、露光エリア８１Ｔの短辺方向が長辺方向より感光材料１２のうねり方向に向いていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【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】光源ユニットの構成を示した図
【図５】レーザ出射部の構成を示した図
【図６】ＬＤモジュールの構成を示した図
【図７】露光ヘッドを構成する光学要素を説明するための図
【図８】投影レンズを示した平面図
【図９】結像光学系を備える鏡筒の概略側面断面図と鏡筒の概略平面図
【図１０】ＤＭＤの概略斜視図
【図１１】ＤＭＤを構成するマイクロミラーの使用領域を説明するための図
【図１２】くさび型プリズムペアの構成を示す側面図
【図１３】くさび型プリズムペアの概略斜視図
【図１４】露光ヘッドを構成する光学要素を説明するための図
【図１５】ピエゾ素子を備えたマイクロレンズアレイの構成を示す図
【図１６】ピエゾ素子を備えたマイクロレンズアレイの構成を示す図
【図１７】感光材料とＤＭＤの位置関係を概略的に示した斜視図と側面図
【符号の説明】
【００６８】
１０    露光装置
３０    露光ヘッド
８０    ＤＭＤ
５０    結像光学系
５１    第１投影レンズ
５２    第２投影レンズ
５４    くさび型プリズムペア
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】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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