CN1873540A - 绘图设备和块数确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供绘图设备和块数确定方法。该绘图设备包括DMD，用于空间调制从光源发出的光并将调制后的光束分别引导至二维排列在衬底上的多个照射区域。在扫描多个照射区域的同时，通过控制DMD来绘图。多个照射区域构成在列方向上排列的多个照射块，在每个照射块中，照射区域在行方向上排列。在DMD中，绘制信号顺序地输入到分别与多个照射块对应的多个镜块里待使用的镜块中。当绘图时，运算部件考虑向DMD输入绘制信号所需的时间和照射到衬底上的光量，确定能使扫描速度最大化的待使用镜块数。

Description

绘图设备和块数确定方法
技术领域
本发明涉及一种具有空间光调制器的绘图设备以及块(block)数确定方法，该方法用于确定绘图设备实际绘图时所用的空间光调制器的调制块(modulation block)数量。
背景技术
传统上，已经提出一种利用空间光调制器在光敏材料上绘图的技术。例如日本特开No.2003-332221(文献1)公开了一种这样的技术，其中在相对于照射区域组(DMD(数字微镜器件)投射到照射区域组上)的排列方向倾斜的扫描方向上，在光敏材料上扫描照射区域组，从而在设置于光敏材料上的绘制单元组(其密度高于照射区域组)上绘图。文献1还公开以下两种方法：其一是每当照射区域组移动了相当于两个绘制单元的距离时，通过控制每个照射区域的光照的开/关(ON/OFF)来进行双速绘制；其二是通过减少向DMD输入绘制数据所需的时间来加速绘图，其中多个镜块排列在列方向上，每个镜块由沿行方向排列的多个微镜构成，并且仅一部分镜块用于绘图。
当通过光学系统将光源(例如放电管等)的光引导至光敏材料上时，如果想要通过减小光照射区域的大小来增大每单位面积光敏材料上照射的光量，则由于某些情况下在光学系统中会发生光会聚的技术限制，不能获得理想的光量。由此，如果按照文献1的方法仅使用一部分镜块在具有较低灵敏度(即，曝光所需的光量较大)的光敏材料上绘图，则从在光敏材料上照射必要的光量的观点来看，需要将照射区域组在光敏材料上的扫描速度设置得较低，由此会限制绘图速度的提高。
发明内容
本发明旨在提供一种通过在光敏材料上照射光来绘图的绘图设备。本发明的目的是在光敏材料上高速稳定地绘图。
绘图设备包括：光源部件；空间光调制器，用于空间调制从光源部件发出的光并将调制后的光束分别引导至多个照射区域，所述多个照射区域在光敏材料上相互垂直的行方向和列方向上排列并构成在列方向上排列的多个照射块，在每个照射块中照射区域至少排列成一行，绘制信号顺序地输入到空间光调制器上分别与多个照射块对应的多个调制块中至少一个调制块，同时执行对与至少一个调制块对应的至少一个照射块中包含的多个照射区域的光照开/关控制；扫描机构，用于沿预定扫描方向在光敏材料上扫描多个照射块，在光敏材料上沿扫描方向以预定的绘制节距固定地二维排列多个绘制区域，并且包含在每个照射块中的至少任一照射区域相对地经过每个绘制区域；绘制控制器，用于与多个照射块的扫描同步地向空间光调制器输入绘制信号；以及块数确定部件，用于确定绘图所用的调制块的数量，将其作为能使扫描速度最大化的运行块数。
根据本发明，能够高速稳定地在光敏材料上绘图。
根据本发明的优选实施例，块数确定部件基于绘制节距和在以待使用的调制块数作为参数的情况下输入绘制信号所需的时间函数，获取扫描速度的第一上限值；以及基于在以待使用的调制块数作为参数的情况下光敏材料上照射的光的最大光量函数、在与对应于待使用调制块的照射块的扫描方向垂直的方向上的基本宽度以及光敏材料的灵敏度，获取扫描速度的第二上限值。块数确定部件确定在第一上限值与第二上限值中的较小值为最大时使用的调制块数，将其作为运行块数。由此能够通过计算适当地确定实际绘图所用的调制块数。
更优选地，绘图设备还包括光量传感器，用于检测通过空间光调制器从光源部件照射到光敏材料上的光量。在该设备中，块数确定部件基于所述光量获取最大光量。由此能够在光敏材料上精确地绘图。
根据本发明的另一优选实施例，绘图设备还包括用于存储参考表的存储器，该参考表表示能使扫描速度最大化的调制块数与光敏材料的灵敏度之间的关系。在该设备中，块数确定部件通过查阅参考表和待绘制的光敏材料的灵敏度来确定运行块数。这能够容易地确定实际绘图所用的调制块数。
优选地，空间光调制器包括排列成二维阵列的多个微镜，其位置可被单独改变。扫描方向相对于列方向倾斜，并且在一个照射区域中央与另一照射区域中央之间的、在垂直于扫描方向的方向上的距离等于绘制区域在垂直于扫描方向的方向上的节距，其中所述另一照射区域属于包含所述一个照射区域的列。由此能够在光敏材料上绘制高分辨率图案。
本发明还旨在提供一种块数确定方法，用于确定在光敏材料上绘图的绘图设备在实际绘图时所用的调制块的运行块数，该绘图设备包括：空间光调制器，用于空间调制从光源部件发出的光并将调制后的光束分别引导至多个照射区域，所述多个照射区域在光敏材料上相互垂直的行方向和列方向上排列并构成在列方向上排列的多个照射块，在每个照射块中照射区域至少排列成一行，绘制信号顺序地输入到空间光调制器上分别与多个照射块对应的多个调制块中至少一个调制块，同时执行对与至少一个调制块对应的至少一个照射块中包含的多个照射区域的光照开/关控制；以及扫描机构，用于沿预定扫描方向在光敏材料上扫描多个照射块，在光敏材料上沿扫描方向以预定的绘制节距固定地二维排列多个绘制区域，并且包含在每个照射块中的至少任一照射区域相对地经过每个绘制区域；在该设备中，与多个照射块的扫描同步地将绘制信号输入到空间光调制器中。
从结合附图对本发明的下述详细描述中，本发明的这些和其它目的、特点、方案和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是示出绘图设备结构的视图；
图2是示出控制单元结构的框图；
图3是示出DMD的视图；
图4是示出照射区域和绘制单元的视图；
图5是示出整个照射区域组和绘制单元组的视图；
图6是示出绘图流程的流程图；
图7至图10是示出照射区域和绘制单元的视图，其中在绘制单元上进行绘图；
图11是说明照射区域组在衬底上的移动的视图；
图12是说明每个绘制单元的位置与多次光照的次数之间关系的视图，其中所述每个绘制单元的位置是在子扫描之前和之后，绘制单元在照射区域组的主扫描中沿子扫描方向的位置；
图13是示出确定运行块数的操作流程的流程图；
图14是说明DMD的最小复位周期的视图；
图15是示出块变量与第一上限值、第二上限值之间关系的图表；
图16是说明扫描速度与衬底上通过扫描照射区域组而进行绘制的区域之间关系的视图；
图17、图18A和图18B均为示出块变量与第一上限值、第二上限值之间关系的图表；
图19是示出照射区域与绘制单元的视图；
图20A和图20B均为示出块变量与第一上限值、第二上限值之间关系的图表；
图21是示出确定运行块数的操作流程的流程图；以及
图22至图24均为以曲线图的形式示出参考表的视图。
具体实施方式
图1是示出根据本发明优选实施例的绘图设备1的结构的视图。在图1中，虚线表示的设备部分用于说明设备的内部结构。绘图设备1包括：平台2，用于固定其上形成光致抗蚀剂膜的衬底9；平台移动机构31，用于在图1的Y方向上移动平台2；光照部件4，用于向衬底9发射光束；光量传感器21，设置在平台2上，用于检测从光照部件4发射的光束量；头端移动机构32，用于在图1的X方向上移动光照部件4的头端40；控制单元51，连接到光照部件4、光量传感器21、平台移动机构31以及头端移动机构32；以及主机52，连接到控制单元51，并由用于进行各种计算的CPU和用于存储各种信息的存储器构成。
光照部件4包括光源装置(lamp house)411(例如，其中设置有汞灯)，其用作连接到头端40的光源部件，从光源装置411发出的光进入光纤412，以被引导至头端40。头端40包括DMD42，DMD42具有排列成二维阵列的微镜组，其位置(方向)可被单独改变，并且该微镜组反射从光源装置411发出的光束，以提供二维空间调制的光束。
更具体地，从光源装置411发出的光通过光纤412被引导至光控制滤波器413。光控制滤波器413包括：盘形滤光板413a，沿其圆周具有不同的透射率；以及马达413b，将滤光板413a旋转预定的旋转角，由此控制光量。由滤光板413a透射的光经杆式合光器(rod integrator)431、透镜432和镜面433被引导至镜面434，然后镜面434将光聚焦并引导至DMD42上。引入的光以预定的入射角均匀地照射到DMD42的微镜组上。由此，在光照部件4中，杆式合光器431、透镜432、镜面433和镜面434构成用于将光从光源装置411引导至DMD42的照明光学系统43。
只有由DMD42中设置在预定位置(对应于DMD42的光照描述中ON状态的位置)的部分微镜反射的光产生的调制光束(即，空间调制的光束)集进入立方体分光器441，并被反射到变焦透镜442，然后由变焦透镜442控制调制光束集的放大倍率，以将其引导至投影透镜443。通过致动器442a控制变焦透镜442变焦，从而使放大倍率可变。通过致动器443a控制投影透镜443自动聚焦(AF)，从而实现聚焦。然后将来自投影透镜443的光束引向衬底9(的光致抗蚀剂膜)上与微镜组光学共轭的区域，并使由每个微镜(其具有调制作用)调制的光束照射到相应的照射区域。由此在绘图设备1中，立方体分光器441、变焦透镜442以及投影透镜443构成投影光学系统44，其用于将从每个微镜射出的光缩小投影到衬底9的相应照射区域上。
半反镜(half mirror)451、用于自动聚焦(AF)的激光二极管(LD)452以及用于AF感测的传感器453设置在立方体分光器441上方。从LD452射出的光穿过半反镜451，并经立方体分光器441、变焦透镜442和投影透镜443照射到衬底9上。然后，光从衬底9反向行进，由半反镜451反射，以由传感器453感测。致动器443a利用传感器453的输出来控制自动聚焦AF。
平台2固定在平台移动机构31(其为线性马达)的可移动侧，控制单元51控制平台移动机构31，使得由来自微镜组(此处，一个微镜对应于一个照射区域)的光所照射的照射区域组在衬底9上方、沿图1的Y方向相对于衬底9连续移动。即，照射区域组相对于头端40固定，并通过由作为扫描机构的平台移动机构31移动衬底9而在衬底9上方移动。
头端40固定在头端移动机构32的可移动侧上，并在与照射区域组的主扫描方向(图1的Y方向)垂直的子扫描方向(X方向)上间歇性移动。即，在每次完成主扫描时，头端移动机构32在X方向上将头端40移动到下一次主扫描的起始位置。
图2是示出控制单元51与其他组成元件的结构的框图。控制单元51包括：运算部件510，其具有用于进行各种计算的CPU511和用于存储各种信息的存储器512；连接到平台移动机构31的复位控制器513和马达控制器514；以及连接到光控制滤波器413的马达控制器515。马达控制器514生成待传输到平台移动机构31的控制信号，马达控制器515在运算部件510的控制下生成待传输到光控制滤波器413的控制信号。在平台移动机构31中，设置用于检测平台2在Y方向上的位置的线性标尺311，并将线性标尺311的检测值(编码信号)输入到复位控制器513。由光量传感器21检测的光量的检测值经A/D转换器22输入到运算部件510。实际上，控制单元51还设有头端移动机构32的马达控制器，但未在图2中示出。
控制单元51还包括连接到主机52的数据转接板516，该数据转接板516经头端40中设置的DMD控制器420连接到DMD42。主机52存储绘制数据，该绘制数据表示在衬底9上绘制的图案，并且从主机52输出的绘制数据通过数据转接板516转换成用于DMD42的绘制信号，然后传输到DMD42。DMD控制器420还连接到复位控制器513，来自复位控制器513的脉冲信号(复位脉冲)经DMD控制器420传输到DMD42。
图3是示出DMD42的视图。DMD42是具有微镜组422的空间光调制器，在该微镜组422中，在硅衬底421的晶格排列中以等节距排列多个微镜(此后，这些微镜被描述为在互相垂直的两个方向上的M行N列阵列)。依据写入对应存储单元的绘制信号的值，每个微镜在静电场的作用下倾斜预定角度(例如+/-12度角)。来自照明光学系统43的光沿垂直于DMD42的平面以24度角入射到DMD42上，并与DMD42的列方向构成45度角，从而均匀地照亮微镜组的微镜。
当经DMD控制器420将来自图2所示复位控制器513的复位脉冲输入到DMD42时，基于在对应存储单元中写入的数据，每个微镜绕着其反射面的对角线在预定位置上同时倾斜。由此，照射到DMD42的光束在各微镜倾斜的方向上被反射，从而对照射区域的光照进行开/关(ON/OFF)控制。即，当微镜(其存储单元中写有表示ON状态的数据)收到复位脉冲时，入射在这些微镜上的光被反射到立方体分光器441上，然后光(细小光束)照射到对应的照射区域。另一方面，处于OFF状态的微镜将入射光反射到立方体分光器441之外的预定位置，从而不会将光引导至其对应的照射区域。
在DMD42中，边长为14μm的正方形微镜排列成768行1024列的矩阵，其中排列成48行1024列的微镜被用作可控单元(可控单元由标号423表示，后面称为“镜块”)，16个镜块423排列在列方向上。表示每个照射区域的光照开/关控制的绘制信号顺序地输入到DMD42上的镜块423(即，绘制信号逐块地输入到DMD42)。当在衬底9上绘图时，在图2的运算部件510的处理(后面将描述)中，确定绘图所用的镜块423的数量，并将其输入到DMD控制器420，并仅将16个镜块423中确定数量的镜块423用于绘图。
图4是示出绘图设备1中衬底9上的照射区域61和绘制单元620的视图。照射区域61是相对于头端40固定的区域，绘制单元620是固定在衬底9上的区域并且对应于绘制控制的最小单位(例如，边长为2μm的正方形)。通过头端40相对于衬底9的移动，照射区域61在绘制单元620上方相对移动。绘制单元620是由DMD42参考照射区域61的中央位置(更精确地说，是连续移动照射区域61的中央位置)划分衬底9上的区域而得到的绘制区。在图4中，用双点划线表示由来自DMD42的各微镜的光所照射的格状照射区域组，用实线表示衬底9上的绘制单元组。请注意，在图4中仅示出绘制单元620和照射区域61的一部分。
在图4中，绘制单元620是在X方向(子扫描方向)和Y方向(主扫描方向)上以相同节距(此后称为“绘制节距”)PW固定排列的矩形绘制区域，并且基于对应的绘制单元数据(即，在DMD42中写入的绘制信号的值)，以照射区域61的中央绘制单元620(由标号621表示)为中心进行光照。在绘制单元组中，X方向和Y方向上的节距可以相互不同。由DMD42的各微镜反射的光所照射的照射区域61近似为与微镜形状相一致的方形区域。如图5所示，对应于DMD42的微镜，照射区域61以固定的节距(此后称为“照射节距”)PI在相互垂直的两个方向上排列成M行N列，并且DMD42设置在头端40内的倾斜位置上，从而使照射区域61的排列方向相对于主扫描方向倾斜(45度或更小的角)。
如图4所示，以如下方式确定照射区域组相对于主扫描方向的倾斜角，即，对于在照射区域组的两个排列方向中，在基本沿主扫描方向延伸的方向(即与主扫描方向构成较小角度的方向)上排列的两个相邻照射区域61，使得所述两个相邻照射区域61之间沿子扫描方向(X方向)的中心-中心距离L1等于绘制单元620在X方向上的绘制节距PW(相邻绘制单元620之间沿子扫描方向的中心-中心距离)；并且使得上述两个相邻照射区域61之间沿主扫描方向(Y方向)的中心-中心距离L2等于绘制节距PW的4倍。在下文中，基本沿Y方向的方向称为DMD42的“列方向”，而基本沿X方向的另一方向称为“行方向”。如图5的阴影部分所示，刚好沿主扫描方向排列的两个相邻照射区域61在列方向上相隔照射节距PI的4倍，而在行方向上相隔照射节距PI。
如上所述，在DMD42中，由于多个镜块423排列在DMD42的列方向上，因此与包含在一个镜块423中的多个微镜对应的多个照射区域61排列在衬底9上的照射区域组的行方向上，从而构成一个集合(此后称为“照射块”)，多个照射块排列在垂直于行方向的列方向上。然后，确定绘图时所用的照射块数，仅对待使用的照射块中包含的照射区域61进行光照开/关控制，从而使光不会照射到其他照射区域61(即，处于OFF状态的照射区域)。
接下来，参照图6描述在衬底9上的光致抗蚀剂膜上绘图的绘图设备1的基本操作。在绘图设备1的下述操作中，照射区域组在主扫描方向和子扫描方向上相对于绘制单元组移动。
在开始绘图时，图2的CPU511运行存储器511内存储的预定程序，运算部件510用作块数确定部件(其用于确定绘图所用的DMD42中的镜块423数量)，并确定在照射区域组的扫描速度可被最大化的情况下镜块423的运行数量(此后称为“运行块数”)(步骤S10)。将运行块数经数据转接板516输出到DMD控制器420。将对应于运行块数的扫描速度输出到马达控制器514，并将用以确定上述扫描速度中的复位脉冲周期的预定扫描距离(下文中的控制节距)输出到复位控制器513。在描述了绘图的整体操作之后，将描述确定运行块数的处理细节。
在通过运算部件510确定运行块数之后，在下面的操作中，将列方向上连续排列的具有运行块数的镜块423(当运行块数是1时，镜块423的数量也是1，以此类推)用作实际绘图所用的镜块423(此后称为“运行块”)。随后，将绘制数据从主机52顺序地输出到数据转接板516，并生成与每个运行块的每个微镜对应的绘制信号。将所有绘制单元620中与照射区域61的第一位置对应的那些绘制单元(例如，在图4中均由标号621表示并位于照射区域61中央的那些绘制单元)的各绘制信号值传送到与DMD42的微镜对应的存储单元(步骤S11)。
在步骤S12启动对照射区域组的主扫描，该照射区域组对应于衬底9上在一次主扫描中绘制了图案的区域(此后该区域称为“条形区(stripe)”)，当基于来自线性标尺311的信号，复位控制器513确定照射区域组到达绘制单元组中待开始进行绘制的绘制起始位置时(步骤S13)，复位控制器513向DMD42传送复位脉冲，由此，输入了绘制信号的运行块所含的每个微镜能够响应存储单元的值而在某一位置同时倾斜，并进行绘制单元621的第一次曝光(步骤S14)。此时，未包含在运行块中的微镜继续处于OFF状态。更精确地说，上述曝光是指用于控制与运行块对应的照射块中所含的每个照射区域的光照开/关的操作，但包括未照射光的情况，并且在下文中将与曝光相关的控制简单地称为“曝光”。
在传送复位脉冲之后，将对应于下一绘制单元620(在该实施例中为绘制单元622，如图4示，其位于绘制单元621的(-Y)侧且分别与绘制单元621相隔四倍绘制节距)的绘制信号立即从数据转接板516传送到与运行块对应的各微镜的存储单元，并将绘制信号的值写入存储单元(步骤S16)。复位控制器513向DMD42传送复位脉冲的操作与平台移动机构31在主扫描方向连续移动平台2的操作同步进行。在输入第一复位脉冲之后，当绘制单元组在主扫描方向上移动相当于四倍绘制节距PW的距离(此后该距离也被称为“控制节距”)时，向DMD42传送下一复位脉冲(步骤S17、S14)，并且响应绘制信号的值，将(包含在运行块中的)每个微镜设置在适当的位置。相应地，在照射区域组移动相当于四倍绘制节距的距离期间，在输入第一复位脉冲之后所确定的每个照射区域的光照开/关状态保持不变。
控制单元51与由平台移动机构31对照射区域组执行的扫描同步地向作为绘制控制部件的DMD42输入绘制信号和复位脉冲，由此随着对照射区域组的光照开/关控制而重复上述曝光操作，从而利用第18个复位脉冲(从第一个复位脉冲开始算起)以已进行过一次曝光的绘制单元621为中心再次进行曝光。紧接在输入第18个复位脉冲之前(即在输入第17个复位脉冲之后)，绘图操作处于如下阶段，即，仅执行了一次以17个绘制单元(其包含经受第一次曝光的绘制单元)和16个绘制单元(其相对于经受第一次曝光的绘制单元排列在(-Y)方向上)中的每一个为中心的曝光。下面参照图7至图10具体描述上述绘制操作。
图7是示出绘制单元组和照射区域组的视图。
在输入第一复位脉冲时，以实心的绘制单元620(由标号62a表示)为中心进行曝光。在图7中，用阴影线表示刚好位于绘制单元62a(+Y)侧上的一些照射区域61，即均与其相邻照射区域在列方向上相隔四倍照射节距、在行方向上相隔一个照射节距的那些照射区域61。这些照射区域以相对于(-Y)侧的位置从近及远顺序表示为标号61a、61b、61c、61d和61e。
在下文中，将用标号62a、62b、62c、62d和62e表示在输入复位脉冲时分别对应于照射区域61a、61b、61c、61d和61e中央位置的一些绘制单元。为易于理解，利用坐标将第一次曝光时对应于照射区域61a中央位置的绘制单元62a的位置表示为C(0，0)，并将绘制单元62a的(-Y)侧上的绘制单元的位置表示为C(0，1)。以类似方式，利用沿行方向和列方向的轴构成的坐标系统，分别将照射区域61a、61b、61c、61d和61e的位置表示为R(0，0)、R(1，4)、R(2，8)、R(3，12)和R(4，16)。在下文中根据需要还会添加这种坐标表示。
图8是示出当第二复位脉冲传送到DMD42时绘制单元组和照射区域组的视图。保持在输入第一复位脉冲之后所确定的每个照射区域的曝光状态(每个照射区域的光照开/关)，直到照射区域组相对于绘制单元组移动了相当于四倍绘制节距的距离(即，一个控制节距)为止。当输入第二复位脉冲时，以与第一绘制单元62a(C(0，0))在(-Y)方向相隔四倍绘制节距的另一绘制单元62a(C(0，4))为中心进行曝光。图9示出在输入第六复位脉冲之后的状态。具体地，以位于(-Y)侧上的绘制单元62a(C(0，20))为中心对照射区域61a进行曝光，以及以绘制单元62b(C(0，3))为中心对照射区域61b(R(1，4))进行曝光，其中该绘制单元62b(C(0，3))与相对于任何其他绘制单元都位于(+Y)方向上的绘制单元62a(C(0，0))在(-Y)方向上相隔三倍绘制节距。随后，每当照射区域组移动了相当于四倍绘制节距的距离时，就以与照射区域61b中的一个绘制单元62a在(-Y)方向上相隔三倍绘制节距的绘制单元为中心进行曝光。
图10是示出紧接在第18个复位脉冲传送到DMD42之后的状态图。如图10所示，当照射区域组相对于绘制单元组在(-Y)方向上移动时，在照射区域61b、61c和61d内以如下所述的多个绘制单元为中心进行曝光，即，这些绘制单元中的每一个都位于多个绘制单元62a中的两个绘制单元之间，其中在位于(-Y)方向端点上的照射区域61a中以所述两个绘制单元为中心进行过曝光。结果，例如查看图10中位于绘制单元组(-X)侧边缘处的列中(+Y)侧上的部分，可以看到在(-Y)方向上依次排列四个绘制单元62a、62d、62c和62b，其中在照射区域61a、61d、61c和61b中对这四个绘制单元进行过曝光。由此，紧接在输入第18个复位脉冲之前，绘图操作处于如下阶段，即，仅执行了一次以17个绘制单元(其包含经受第一次曝光的绘制单元62a(C(0，0)))和16个绘制单元(其相对于绘制单元62a排列在(-Y)方向上)中的每一个为中心的曝光。
在输入第18个复位脉冲的同时，以位于(+Y)方向端点处的绘制单元62a(C(0，0)))为中心执行照射区域61e(R(4，16))的曝光。其后，在输入随后的复位脉冲的同时，在位于相对于图10所示照射区域的(+Y)方向上的照射区域中，以已经受一次曝光的绘制单元为中心再次依次分别进行曝光，从而使每个绘制单元曝光两次。进一步地，重复进行曝光，使每个绘制单元曝光3次或3次以上。重复曝光的周期为17个复位脉冲。
可利用坐标将上述重复曝光进行如下表示。在输入复位脉冲时，表示为C(0，4k(k为等于或大于0的整数))的绘制单元620位于表示为R(m，4m(m＝0，4，8，12...44))的照射区域61的中央。表示为C(0，4k+1)的绘制单元620位于表示为R(m，4m(m＝3，7，11，15...47))的照射区域61的中央，而表示为C(0，4k+2)和C(0，4k+3)的绘制单元620分别位于表示为R(m，4m(m＝2，6，10，14...46))和R(m，4m(m＝1，5，9，13...45))的照射区域61的中央。
通过重复上述操作，在由M行微镜构成的DMD42中，当采用的微镜运行块数是α和β行(由于DMD42具有16个镜块423，因此根据公式((M/16)×α)得到β)时，平台移动机构31使得多个照射区域61(的中央)相对于衬底9上的绘制单元620而移动，从而进行(β/16)次的曝光，由此对以每个绘制单元620为中心的光量实现(β/16)阶调(step gradation)的控制。
如图4所示，每个照射区域61的尺寸足够大，以覆盖多个绘制单元620，并且在绘制单元组移动相当于四倍绘制节距(即，一个控制节距)的距离时，两个复位脉冲之间的曝光状态保持不变。因而不能准确地实现(β/16)阶调的光照。但是，通常将待绘制的最小图案线宽(line width)(即图案分辨率)设置为远大于线宽的(可控)最小分辨率(即线宽精度)，并控制所述操作，以使光照射到彼此连续排列的一些绘制单元620，同时不使光照射到彼此连续排列的另一些绘制单元620。这样就不会在实践中产生问题。例如，图案线宽或相邻线之间的间隙宽度约为20μm，而线宽或间隙宽度的(可控)最小分辨率约为2μm。
在完成了某一时间段(在该时间段内对照射区域组进行一次主扫描)中应进行的绘制之后(图6：步骤S15)，暂停主扫描(步骤S18)。这样，在完成条形区(此后称为“第n个条形区”)的绘制之后，在进行另一主扫描的情况下，通过头端移动机构32在X方向对照射区域组进行子扫描，并且返回至步骤S11的操作，其中通过平台移动机构31在相反方向((-Y)方向)上移动平台2，以重复绘制下一条形区(此后称为“第(n+1)个条形区”)。
图11是示出进行了子扫描后的照射区域组在主扫描方向上移动以进行绘图的视图。在图11中，照射区域组中待使用的照射块组(即，对应于运行块的照射块集合)被表示为矩形区域721，已绘制的第n个条形区由标号71表示，正在绘制的第(n+1)个条形区由标号72表示。
如图11所示，第n个条形区71和第(n+1)个条形区72在子扫描方向(X方向)彼此间隔距离A，并且彼此局部重叠。换句话说，在一次间歇移动中，照射区域组在子扫描方向上的移动距离A小于单个条形区的宽度，该单个条形区的宽度由将在子扫描方向上使用的照射块组的宽度W定义。
图12是用于说明每个绘制单元620的位置与多次光照的次数(由于不需要实际的光照，因此更确切地说，是照射区域61的中央经过每个绘制单元620的次数)之间关系的视图，其中所述每个绘制单元620的位置是在子扫描之前和之后，绘制单元620在照射区域组的主扫描中沿子扫描方向的位置。图12的上部示出待在第n个条形区71上使用的照射块组以及待在相邻排列的第(n+1)个条形区72上使用的照射块组，并分别将其表示为矩形区域711和721。图12的下部示出在X方向(子扫描方向)上，由照射区域进行的多次光照的次数变化，其中这些照射区域包含在待用于条形区71和72的照射块组中。
在绘图设备1中，如图12的上部所示，使照射区域组的间歇移动距离A等于矩形区域711、721在子扫描方向上的一条边的宽度，且该边平行于矩形区域711、721的行方向(即，基本沿子扫描方向延伸的一条边)。即，根据公式(A＝B×cosθ)获得照射区域组的间歇移动距离A，其中B是矩形区域711、721平行于行方向的一条边的长度，θ是在照射区域组与子扫描方向之间形成的角。同时，通过公式(C＝W-B×cosθ)表示条形区71和72在子扫描方向上的重叠宽度C，其中W是矩形区域711和721在子扫描方向上的宽度。矩形区域711、721平行于行方向的一条边的长度B以及照射区域组的行方向与子扫描方向之间形成的角θ是常数，其与运行块数无关，从而间歇移动距离A也是常数。
当满足公式(A＝B×cosθ)时，如图12的上部所示，在矩形区域711右侧的由711a表示的直角三角形区域与在矩形区域721左侧的由721a表示的直角三角形区域相互重叠，并且都通过阴影区域73(与区域711a和721a重叠的区域73的部分未涂阴影；此后“区域73”称为“共享绘制区域73”)。
在待使用的照射块组包含β行照射区域的情况下，如图12下部的标号741所示，随着矩形区域711的通过，在接近矩形区域711中央部分的位置进行β/16次光照；而随着区域711a的通过，在共享绘制区域73范围内，位置x1与x2之间部分的多次光照次数从位置x1到x2线性下降。另一方面，如标号742所示，随着矩形区域721的通过，在接近矩形区域721中央部分的位置进行β/16次光照；而随着区域721a的通过，位置x1与x2之间部分的多次光照次数从位置x2到x1线性下降。
通过区域711a和721a的重复光照，共享绘制区域73上的多次光照次数也变为β/16，由此能够以每个绘制单元620为中心、以(β/16)阶调照射整个衬底9。因此，可以认为，与待使用镜块对应的照射块组在子扫描方向上的基本宽度等于间歇移动距离A。类似于间歇移动距离A，待使用照射块组在子扫描方向上的基本宽度是常数，其与运行块数无关。
如上所述，在绘图设备1中，绘制单元组在复位脉冲之间移动相当于四倍绘制节距的距离，从而以四倍于如下绘制速度的速度进行绘制，即绘制单元组在复位脉冲之间移动相当于一个绘制节距距离的情况下的绘制速度(请注意，下文中将上述绘图操作称为“四速绘制”)。从而，能够在控制图案线宽的同时以更高的速度进行绘制。此外，使照射区域组在一次间歇移动中沿子扫描方向的移动距离等于矩形区域在子扫描方向上的一条边的宽度，该边平行于由整个照射区域组的外边缘限定的矩形区域的行方向。由此，在X方向上，在衬底9的绘制单元组上的多次光照次数在较宽的范围内都变得相等，从而能够防止在衬底9上绘图时出现不均匀的情况。
接下来，将讨论图6中步骤S10的块数确定操作。图13是示出确定绘图设备1实际绘图时所用镜块423的数量(运行块数)的操作流程图。
在确定运行块数时，首先，通过图2中运算部件510的处理，依据DMD42的最小复位周期和预定控制节距获得扫描速度的上限值(此后，该扫描速度称为“第一上限值”)，其中该最小复位周期取决于待使用镜块423的数量(步骤S21)。下面将讨论DMD42的最小复位周期。
在DMD42中，由于来自数据转接板516的绘制信号的写入速度是7.6吉比特/秒(Gbit/s)，因此将绘制信号输入到一个镜块423中包含的所有微镜(即，排列成48行1024列的微镜)的存储单元所需的时间是6.5微秒，在16个镜块423的情况下(即，排列成768行1024列的微镜)是104微秒。在将复位脉冲输入到DMD42之后，只要经过了18微秒的保持时间，就可将下一绘制信号输入到每个存储单元，从而仅需预定的较少时间来将复位脉冲输入到DMD42中。因此，从将复位脉冲输入到DMD42的时间到将下一复位脉冲输入到DMD42的时间之间的时段(时间段)将大于包含如下时间的总时间，即所述总时间包括向DMD42输入绘制信号所需的时间、保持时间以及输入复位脉冲所需的时间，该总时间成为最小复位周期。DMD42的最小复位周期取决于待使用的镜块423的数量，例如，仅使用一个镜块423时，最小复位周期约为24微秒，而当使用16个镜块423时，最小复位周期约为120微秒。
为便于理解，图14示出了用于说明DMD42的最小复位周期的视图。图14的上部、中部和下部分别示出在使用一个镜块423、四个镜块423和16个镜块423的情况下，与DMD42的控制相关的每个操作所需的时间。在图14中，分别用矩形D1、D2和D3表示向一个镜块423中包含的每个微镜的存储单元输入绘制信号所需的时间、输入复位脉冲所需的时间以及保持时间。在图14中，用箭头t1、t2和t3表示的时间段分别为使用一个镜块423、四个镜块423和16个镜块423情况下的最小复位周期。请注意，在图14中，最小复位周期取决于待使用的镜块423的数量。
在运算部件510中，在待使用的镜块423的数量(此后称为“块变量”)从1变到16时，如图15的菱形所示，根据下述公式1计算相对于块变量的扫描速度第一上限值Va。在公式1中，tα表示在特定数量镜块423情况下的最小复位周期，r表示控制节距。如上所述，在绘图设备1中，由于绘制节距是2μm，且在优选实施例中执行四速绘制，所以控制节距是8μm。
Va＝r/tα                       公式1
如图15所示，第一上限值Va随着块变量的增大而变小。在调制DMD42所需的时间为极限(limitation)的情况下获得第一上限值之后，通过平台移动机构31和头端移动机构32使平台2相对于头端40移动，并使光量传感器21位于从头端40发出的光束的照射位置。在DMD42的所有微镜变为ON状态后，通过光量传感器21检测从光照部件4实际照射到平台2上的、每单位时间的光量(步骤S22)。在使用16个镜块423的情况下，由光量传感器21检测的光量是从光源装置411经DMD42照射到衬底9上的光的最大光量。
通过光源装置411、照明光学系统43和投影光学系统44的规格来确定衬底9中每单位面积上(每单位时间)照射的光量。相应地，在DMD42具有预定图像投影比率的情况下，当实际绘图所用的镜块423的数量减少时，衬底9上照射的(总)光量会变得小于光量传感器21检测到的光量。实际上，由于衬底9上照射的光的最大光量与待使用的镜块423的数量成比例，因此通过将镜块423的数量K乘以如下数值就能获得在K个镜块423中的最大光量，该数值为通过将光量传感器21检测到的最大光量除以检测光量中所用的镜块423的数量16而得到。
随后，在绘图设备1中，向控制单元5输入衬底9上的光致抗蚀剂膜的灵敏度，该灵敏度被用户预先输入到主机52中。光致抗蚀剂膜的灵敏度表示对光致抗蚀剂膜进行曝光所需的、单位面积上的光量(此后，该光量称为“必要曝光量”)。如果光致抗蚀剂膜的灵敏度增大，则必要曝光量降低，而如果光致抗蚀剂膜的灵敏度减小，则必要曝光量升高。预先获得必要曝光量，将其作为允许以(可控)最小分辨率来控制线宽和间隙宽度的值。在运算部件510中，根据取决于待使用镜块423的数量的最大光量，获得照射区域组的扫描速度的上限值以作为第二上限值，其中该扫描速度的上限值允许将必要曝光量照射到光致抗蚀剂膜(的待曝光的部分)上(步骤S23)。
参照图16，讨论扫描速度与衬底9上通过扫描照射区域组而进行绘制的区域之间的关系。在图16的左侧部分，由矩形731表示衬底9上的特定数量照射块的外边缘。在下文中，与这些照射块对应的镜块423内包含的所有微镜处于ON状态，并且其他微镜处于OFF状态。
如参照图12所述的，由于与衬底9上待使用的镜块423对应的照射块在X方向上的基本宽度等于矩形731的基本沿子扫描方向(X方向)延伸的一条边在子扫描方向上的宽度(由图12的标记A表示)，因此可以认为，代表预定数量照射块的矩形731是图16中由标号731a表示的平行四边形。平行四边形731a在子扫描方向的宽度与待使用的镜块423的数量无关。当照射区域组的扫描速度是V时，平行四边形731a在单位时间内移动到图16中由双点划线表示的位置，移动距离为V。
在图16的左侧部分，查看在X方向的某一位置处沿Y方向排列的一列绘制单元(排列在Y方向的由单点划线表示的绘制单元列75，此后将该绘制单元列称为“目标绘制单元列”)，可以看出通过照射区域组在单位时间内的移动而照射到目标绘制单元列75上的光量(累计光量)在位置y2与y3之间的部分为γ，在该部分处，平行四边形731a从下端到上端的整个部分都通过目标绘制单元列75，如图16的右部所示。移动开始时，在目标绘制单元列75与平行四边形731a的重叠部分，光量从(-Y)侧的位置y2到(+Y)侧的y1从γ线性减少；移动结束时，在目标绘制单元列75与平行四边形731a(由双点划线所示)的重叠部分，光量从(+Y)侧的位置y3到(-Y)侧的位置y4从γ线性减少。
实际上，照射区域组在Y方向的移动是连续的，平行四边形731a在单位时间内的移动开始位置是紧接在移动开始之前的单位时间内的移动结束位置，平行四边形731a在单位时间内的移动结束位置是紧接在移动结束之后的单位时间内的移动起始位置。由此可以认为，衬底9上的、通过平行四边形731a在单位时间内的移动而完成绘制的区域(即，光量γ照射到该区域上)在Y方向上的长度是V。通过公式(A×V)计算衬底9上的、通过照射区域组在单位时间内的移动而完成绘制的区域的面积。该面积与待使用的镜块423的数量无关。
这样，为了根据平行四边形731a内的最大光量而将必要曝光量照射到光致抗蚀剂膜上，需要满足下述的公式2，其中光致抗蚀剂膜的必要曝光量是E，在平行四边形731a内照射到衬底9上的光的最大光量是P，衬底9上通过照射区域组在单位时间内的移动而完成绘制的区域的面积是(A×V)。
E＝P/(A×V)                      公式2
在运算部件510中，如图15中的圆圈所示，根据下述公式3计算相对于块变量的扫描速度的第二上限值Vb，其中块变量从1变到16。在公式3中，Pα是基于光量传感器21的检测值得到的值，并且其是使用特定数量的镜块423时的最大光量；E是光致抗蚀剂膜的必要曝光量；A是照射块在子扫描方向上的基本宽度。在根据优选实施例提供的绘图设备1中，照射块在子扫描方向上的基本宽度是8.192mm，光量传感器21检测的最大光量是960mW(毫瓦)，光致抗蚀剂膜的必要曝光量E是50mJ/cm2。
Vb＝Pα/(A×E)                         公式3
如图15所示，第二上限值Vb随着块变量的增大而变大。实际上，由于基于绘制单元数据会有一些照射区域处于OFF状态，因此不必通过照射区域组在单位时间内的移动而将最大光量照射到衬底9上。但是，对于待曝光的绘制单元，可以通过以等于或小于从公式3得到的第二上限值Vb的扫描速度来移动照射区域组，而至少根据绘制单元的面积照射曝光所需的光量。
在照射到光致抗蚀剂膜上的光量(必要曝光量)为极限的情况下获得第二上限值之后，在第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值为最大值的情况下获得块变量的值，并将其确定为运算部件510中实际绘图时所用的镜块423的数量(即，运行块数)(步骤S24)。在图15中，运行块数被确定为8个。然后，将图15中上述运行块数的第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值输出到马达控制器514，以作为扫描速度，并用于控制平台移动机构31；并将运行块数输出到数据转接板516，以利用具有该运行块数的镜块423来进行绘图。
当在运行块数中第二上限值大于第一上限值时，采用对应于第一上限值的扫描速度，但是在这种情况下，为了准确地将必要曝光量照射到光致抗蚀剂膜上并且实现以最小分辨率精确地控制线宽和间隙宽度，可通过控制光控制滤波器413来减少照射到DMD42的光强度，以满足上述扫描速度下的公式2。当在运行块数中第一上限值大于第二上限值时，在向DMD42输入绘制信号之后会产生等待时间，直到输入复位脉冲时为止。
在运算部件510中，当如图15所示得到第一上限值和第二上限值时，运行块数可被确定为7个或9个。换句话说，在运算部件510中，考虑到绘制所需的其它条件等，可使用与在第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值恰好为最大值情况下的块变量值相差1的值，作为第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值为最大值情况下的块变量值。
如上所述，在绘图设备1的运算部件510中，基于绘制节距和在以待使用镜块423的数量为参数的情况下输入绘制信号所需的时间函数，获得扫描速度的第一上限值；并且基于以待使用镜块423的数量为参数的情况下照射到衬底9上的光的最大光量函数、与待使用镜块423对应的照射块在子扫描方向上的基本宽度以及衬底9上光敏材料的灵敏度，获得扫描速度的第二上限值。然后，指定在第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值接近最大值情况下的镜块423的数量。从而，考虑到向DMD42输入绘制信号所需的时间和照射到光致抗蚀剂膜上的光量，可以通过计算而适当地确定实际绘图时所用的镜块423的数量，并将其作为扫描速度能够接近最大值的情况下的运行块数。在绘图设备1中，通过仅利用具有所述运行块数的镜块423进行绘图，能够高速稳定地在衬底9上绘图。此外，在绘图设备1中，即使光源装置411中的光源状态变化，由于基于光量传感器21实际检测到的光量来确定绘图所用的镜块423的数量，因此也能够在衬底9上精确地绘图。
图17是示出当光致抗蚀剂膜的必要曝光量为300mJ/cm2时的第一上限值和第二上限值的视图。在图17中，用菱形表示第一上限值，用圆圈表示第二上限值。同样在这种情况下，第二上限值随着块变量的增大而变大，但是在任一块变量值的情况下第二上限值都小于第一上限值。相应地，在运算部件510中，将第二上限值为最大值情况下的镜块423的数量16确定为运行块数。
接下来，将讨论每当以相当于两倍绘制节距的距离扫描照射区域组后(即在图1的绘图设备1中进行双速绘制)向DMD42输入复位脉冲时，由运算部件510确定运行块数的情况。绘制节距是2μm，控制节距是4μm。由光量传感器21检测的光量(即，在16个镜块的情况下照射到衬底9上的最大光量)是900mW。
图18A是示出当光致抗蚀剂膜的必要曝光量是50mJ/cm2时第一上限值和第二上限值的视图。在图18A中，用菱形表示第一上限值，用圆圈表示第二上限值。同样在这种情况下，随着块变量的增大，第一上限值变小，第二上限值变大。在运算部件510中，将在第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值为最大值情况下的镜块423的数量6确定为运行块数。
图18B是示出当光致抗蚀剂膜的必要曝光量是300mJ/cm2时第一上限值和第二上限值的视图。在图18B中，用菱形表示第一上限值，用圆圈表示第二上限值。同样在这种情况下，第一上限值和第二上限值相对于块变量的变化趋势与图18A中的相同，但是在图18B中，在任一块变量值的情况下第二上限值都小于第一上限值。相应地，在运算部件510中，将第二上限值为最大值情况下的镜块423的数量16确定为运行块数。
下面，将讨论在照射区域组的列方向相对于绘图设备的扫描方向不倾斜情况下的绘制操作中，由运算部件510确定运行块数的情况。图19是示出绘图设备中相互重叠的照射区域组和绘制单元组的视图，其中照射区域组相对于扫描方向不倾斜，绘制单元组位于衬底9上。在图19中，由虚线表示格状的照射区域组，由实线表示在衬底9上固定地二维排列的绘制单元组。尽管图19示出了照射区域组的位置相对于绘制单元组略微偏移的状态，但是实际上，每个照射区域61的尺寸与每个绘制单元620的尺寸相同，并且照射区域组中各照射区域61在X方向上的位置与对应的绘制单元的位置相同。在该方案的绘图设备中，采用与图1的绘图设备1相同的DMD42(其具有排列成768行1024列的微镜)。
在照射区域组不倾斜的情况下，利用照射到照射区域61的光对每个绘制单元620进行多次曝光，所述照射区域61在X方向上与上述绘制单元620处于相同的位置。每当以相当于一个绘制节距的距离来扫描照射区域组时，对每个照射区域61进行光照开/关控制。当在DMD42中使用β行微镜时，对每个绘制单元620进行β次曝光。实际上，绘制节距是2μm，控制节距也是2μm，照射区域组在X方向上的宽度是2.048mm。光量传感器21检测的光量(即，在16个镜块情况下照射到衬底9上的最大光量)是160mW。
图20A是示出当光致抗蚀剂膜的必要曝光量是50mJ/cm2时第一上限值和第二上限值的视图。在图20A中，用菱形表示第一上限值，用圆圈表示第二上限值。同样在图20A中，随着块变量的增大，第一上限值变小，第二上限值变大。在运算部件510中，将在第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值为最大值情况下的镜块的数量5确定为运行块数。
图20B是示出当光致抗蚀剂膜的必要曝光量是300mJ/cm2时第一上限值和第二上限值的视图。在图20B中，用菱形表示第一上限值，用圆圈表示第二上限值。如图20B所示，在运算部件510中，将在第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值为最大值情况下的镜块的数量12确定为运行块数。
如上所述，在绘图设备1中，即使在照射区域组的列方向相对于扫描方向不倾斜的情况下进行绘制，考虑到向DMD42输入绘制信号所需的时间和照射到光致抗蚀剂膜上的光量，也能够通过计算适当地确定实际绘图时所用的镜块423的数量。从而，能够高速稳定地在衬底9上绘图。
在照射区域组相对于扫描方向不倾斜的绘图设备中，如果以与图1的绘图设备1的绘制节距相同的绘制节距在衬底9上绘图，则衬底9上DMD42的图像应被更大程度地缩小投影。实际上，在图1的绘图设备1中，照射区域组在子扫描方向上的基本宽度是8.192mm；相反，在该方案的绘图设备中，尽管也与上述相同将绘制节距设置为2μm，但照射区域组在子扫描方向上的基本宽度却是2.048mm。相应地，为了以相同的图案分辨率在衬底9上绘图，该方案的绘图设备需要更长时间的间歇性移动，从而花费较长的绘图时间。
换句话说，在相同投影比率的情况下，通过使照射区域组相对于扫描方向倾斜，能够将绘制节距设置为小于照射区域组不倾斜情况下的绘制节距。从在衬底9上绘制高分辨率图案的角度出发(即，通过使一个绘制单元的面积更小来提高绘图设备的图案分辨率)，优选使照射区域组的列方向相对于扫描方向倾斜，从而使一个照射区域的中心与另一照射区域(其属于包含所述一个照射区域的那一列)的中心之间相对于子扫描方向的距离等于绘制单元在照射区域组的子扫描方向上的节距。另一方面，在照射区域组相对于扫描方向不倾斜的绘图设备中，能够通过简单的控制在衬底9上绘图。
不管照射区域组是否倾斜，可以认为，与由运算部件510确定的运行块数对应的扫描速度大于绘图设备的平台移动机构31中照射区域组的最大扫描速度。在这种情况下，在运算部件510中，根据公式4计算最大光量Pc(即在运行块中所含的所有微镜都处于ON状态时获得的光量)，其中，Vmax是平台移动机构31的最大扫描速度，A是照射块在子扫描方向上的基本宽度，E是衬底9上的光致抗蚀剂膜的必要曝光量。
Pc＝Vmax×(A×E)                        公式4
依据获得的最大光量Pc，控制光控制滤波器413，并减小照射到DMD42的光强度。从而，即使由运算部件510利用运行块数确定的扫描速度大于平台移动机构31的最大扫描速度，也能够在衬底9上以最大扫描速度扫描照射区域组的同时，以适当的光量在衬底9上绘图。
下面，将讨论本发明的第二优选实施例。图21是示出在根据第二优选实施例的绘图设备中，用于确定运行块数的操作流程的流程图，并且示出图6的步骤S10的操作。在第二优选实施例中，首先，预先制备参考表，通过改变光致抗蚀剂膜的必要曝光量，经由获得扫描速度最大化情况下的镜块数来生成该参考表(步骤S31)。在下文中，将描述在绘图设备中，生成为进行双速绘制而制备的参考表的操作。绘图设备的组成元件与图1相同。
例如，当必要曝光量E分别为10、30、50、70、100、150、200、250、300和400(mJ/cm2)时，如表1所示，根据上述公式3计算相对于块变量的第二上限值Vb。在公式3中，Pα是取决于镜块数的最大光量；A是照射块在子扫描方向上的基本宽度。此时，通过将预定值(50mW)乘以镜块数来获得最大光量Pα，照射块在子扫描方向上的基本宽度是8.192mm。
                                  表1
  块变量   最大光量(mW)                                          第二上限值(mm/s)
  10   30   50   70   100   150   200   250   300   400
  1   50   61.0   20.3   12.2   8.7   6.1   4.1   3.1   2.4   2.0   1.5
  2   100   122.1   40.7   24.4   17.4   12.2   8.1   6.1   4.9   4.1   3.1
  3   150   183.1   61.0   36.6   26.2   18.3   12.2   9.2   7.3   6.1   4.6
  4   200   244.1   81.4   48.8   34.9   24.4   16.3   12.2   9.8   8.1   6.1
  5   250   305.2   101.7   61.0   43.6   30.5   20.3   15.3   12.2   10.2   7.6
  6   300   366.2   122.1   73.2   52.3   36.6   24.4   18.3   14.6   12.2   9.2
  7   350   427.2   142.4   85.4   61.0   42.7   28.5   21.4   17.1   14.2   10.7
  8   400   488.3   162.8   97.7   69.8   48.8   32.6   24.4   19.5   16.3   12.2
  9   450   549.3   183.1   109.9   78.5   54.9   36.6   27.5   22.0   18.3   13.7
  10   500   610.4   203.5   122.1   87.2   61.0   40.7   30.5   24.4   20.3   15.3
  11   550   671.4   223.8   134.3   95.9   67.1   44.8   33.6   26.9   22.4   16.8
  12   600   732.4   244.1   146.5   104.6   73.2   48.8   36.6   29.3   24.4   18.3
  13   650   793.5   264.5   158.7   113.4   79.3   52.9   39.7   31.7   26.4   19.8
  14   700   854.5   284.8   170.9   122.1   85.4   57.0   42.7   34.2   28.5   21.4
  15   750   915.5   305.2   183.1   130.8   91.6   61.0   45.8   36.6   30.5   22.9
  16   800   976.6   325.5   195.3   139.5   97.7   65.1   48.8   39.1   32.6   24.4
在表1中，“第二上限值”栏下面的一栏中的“10”、“30”、“50”、“70”、“100”、“150”、“200”、“250”、“300”和“400”分别为必要曝光量的值；并且在每个值下面示出每个必要曝光量中相对于块变量的第二上限值。必要曝光量的单位是(mJ/cm2)。在表1中，还示出对应于块变量的最大光量值。
如表2所示，根据上述公式1计算相对于块变量的扫描速度的第一上限值Va，块变量从1变到16，其中tα表示在特定数量镜块423情况下的最小复位周期，r表示为绘图设备预先设定的控制节距。在表2中，还示出相对于块变量的最小复位周期的值。在根据优选实施例的绘图设备中，由于以绘制节距2μm在二维排列的绘制单元组上进行双速绘制，所以控制节距是4μm。
              表2
块变量   最小复位周期(微秒)   第一上限值(mm/s)
  1   24.5   163.3
  2   31   129.0
  3   37.5   106.7
  4   44   90.9
  5   50.5   79.2
  6   57   70.2
  7   63.5   63.0
  8   70   57.1
  9   76.5   52.3
  10   83   48.2
  11   89.5   44.7
  12   96   41.7
  13   102.5   39.0
  14   109   36.7
  15   115.5   34.6
  16   122   32.8
接下来，将表1中由块变量值和必要曝光量指定的每个第二上限值与表2中对应于相同块变量的第一上限值进行比较。当第二上限值大于第一上限值时，将表1中的第二上限值变为待与其比较的第一上限值，由此生成表3。此后，第一上限值和第二上限值中较小的一个上限值被简称为“扫描速度上限值”。
                                                    表3
  块变量 扫描速度上限值(mm/s)
  10   30   50   70   100   150   200   250   300   400
  1   61.0   20.3   12.2   8.7   6.1   4.1   3.1   2.4   2.0   1.5
  2   122.1   40.7   24.4   17.4   12.2   8.1   6.1   4.9   4.1   3.1
  3   106.7   61.0   36.6   26.2   18.3   12.2   9.2   7.3   6.1   4.6
  4   90.9   81.4   48.8   34.9   24.4   16.3   12.2   9.8   8.1   6.1
  5   79.2   79.2   61.0   43.6   30.5   20.3   15.3   12.2   10.2   7.6
  6   70.2   70.2   70.2   52.3   36.6   24.4   18.3   14.6   12.2   9.2
  7   63.0   63.0   63.0   61.0   42.7   28.5   21.4   17.1   14.2   10.7
  8   57.1   57.1   57.1   57.1   48.8   32.6   24.4   19.5   16.3   12.2
  9   52.3   52.3   52.3   52.3   52.3   36.6   27.5   22.0   18.3   13.7
  10   48.2   48.2   48.2   48.2   48.2   40.7   30.5   24.4   20.3   15.3
  11   44.7   44.7   44.7   44.7   44.7   44.7   33.6   26.9   22.4   16.8
  12   41.7   41.7   41.7   41.7   41.7   41.7   36.6   29.3   24.4   18.3
  13   39.0   39.0   39.0   39.0   39.0   39.0   39.0   31.7   26.4   19.8
  14   36.7   36.7   36.7   36.7   36.7   36.7   36.7   34.2   28.5   21.4
  15   34.6   34.6   34.6   34.6   34.6   34.6   34.6   34.6   30.5   22.9
  16   32.8   32.8   32.8   32.8   32.8   32.8   32.8   32.8   32.6   24.4
在表3中，“扫描速度上限值”栏下面的一栏中的“10”、“30”、“50”、“70”、“100”、“150”、“200”、“250”、“300”和“400”分别为必要曝光量的值；并且在每个值下面示出每个必要曝光量中相对于块变量的扫描速度上限值。必要曝光量的单位是(mJ/cm2)。
在表3中，相对于每个必要曝光量，指定扫描速度上限值为最大时的块变量值，由此生成表4所示的参考表，其示出扫描速度被最大化时的镜块数以及在光致抗蚀剂膜的每个必要曝光量中与镜块数对应的扫描速度上限值。
                                                        表4
  必要曝光量   10   30   50   70   100   150   200   250   300   400
  镜块数   2   4   6   7   9   11   13   15   16   16
  扫描速度上限值   122.1   81.4   70.2   61.0   52.3   44.7   39.0   34.6   32.6   24.4
在表4中，必要曝光量的单位是(mJ/cm2)，扫描速度的单位是(mm/s)。考虑到绘制所需的其它条件等，相对于每个必要曝光量，指定与扫描速度上限值刚好为最大值情况下的镜块数相差1的数量，并生成表示扫描速度被最大化情况下的镜块数与光致抗蚀剂膜的灵敏度之间关系的参考表。
图22以曲线图的形式示出所生成的参考表。左纵轴、右纵轴和水平轴分别代表扫描速度、镜块数以及光致抗蚀剂膜的必要曝光量。在图22中，用圆圈表示镜块数，用菱形表示扫描速度上限值。由此，在绘图设备中，预先制备表示扫描速度被最大化情况下的镜块数与光致抗蚀剂膜的灵敏度之间关系的参考表，并将其存入图2的运算部件510的存储器512中。
在控制单元51中，从主机52输入待绘制衬底9上的光致抗蚀剂膜的灵敏度(必要曝光量)，并且通过基于CPU511中的灵敏度查阅参考表，确定实际绘图所用的镜块数(即，运行块数)(步骤S32)。
在绘图设备中，对光控制滤波器413进行控制，使最大光量成为预定值(800mW)，所述最大光量是在DMD42的所有微镜都为ON状态的情况下由光量传感器21检测的。然后，利用具有运行块数的镜块进行绘图(图6：步骤S11至S18)。
如上所述，在根据优选实施例提供的运算部件510中，在存储器512中预先存储表示扫描速度被近似最大化情况下的镜块数与光致抗蚀剂膜的灵敏度之间关系的参考表。然后，CPU511用作块数确定部件，通过查阅参考表和待绘制衬底9上的光致抗蚀剂膜的灵敏度，确定运行块数。由此能够容易地确定实际绘图时所用的镜块数，从而可在绘图设备中高速稳定地在衬底9上绘图。如果参考表表示扫描速度被最大化情况下的镜块数与光致抗蚀剂膜的灵敏度之间的关系，则例如可将该参考表制备成图22所示的曲线图，并将其存储在存储器512中。
图23以曲线图的形式示出在绘图设备中进行双速绘制情况下制备的参考表。左纵轴、右纵轴和水平轴分别代表扫描速度、镜块数以及光致抗蚀剂膜的必要曝光量。在图23中，用圆圈表示镜块数，用菱形表示扫描速度的上限值。在DMD42的所有微镜都处于ON状态的情况下的最大光量被预先设定为960mW，绘图时的控制节距是8μm。在绘图设备中，由于不同控制节距下的参考表也被预先制备并存储在存储器512中，在基于用户输入的控制节距值来选择待由CPU511查阅的参考表之后，能够基于待绘制衬底9上的光致抗蚀剂膜的必要曝光量来确定运行块数。
图24以曲线图的形式示出在照射区域组相对于扫描方向不倾斜的绘图设备中进行绘制(参照图19描述的)的情况下所制备的参考表，其中左纵轴、右纵轴和水平轴分别表示扫描速度、镜块数和光致抗蚀剂膜的必要曝光量。在图24中，用圆圈表示镜块数，用菱形表示扫描速度的上限值。绘制节距和控制节距都是2μm，并且在这种情况下，照射区域组在X方向上的宽度是2.048mm。在DMD42的所有微镜都处于ON状态的情况下的最大光量被预先设定为160mW。这样，同样在照射区域组相对于扫描方向不倾斜的绘图设备中，在预先制备参考表的同时，可以容易地基于待绘制光致抗蚀剂膜的灵敏度确定运行块数。
在基于参考表确定运行块数的绘图设备中，如果与所确定运行块数对应的扫描速度大于平台移动机构31中的最大扫描速度，则通过光控制滤波器413减小照射到DMD42的光强度，可使衬底9上的照射区域组以平台移动机构31的最大扫描速度移动，并进行绘图。
尽管上面已经讨论了本发明的优选实施例，但是本发明并不限于上述优选实施例，而是允许各种变化。
在绘图设备中设置的空间光调制器不限于第一和第二优选实施例中采用的DMD42，而可以是例如液晶快门(liquid crystal shutter)，其通过对来自光源装置411的光进行空间调制来引导光，并具有在行方向和列方向上排列的多个快门元件，其中逐行地顺序接收绘制信号的输入，该绘制信号表示与每个快门元件对应的照射区域的光照开/关控制；并且对与输入了绘制信号的至少一行快门元件对应的照射区域同时进行光照开/关控制。换句话说，绘图设备中设置的空间光调制器可以是如下的空间光调制器，其空间调制从光源装置411发出的光，并将调制后的光束分别引导至多个照射区域，这些照射区域在衬底9上相互垂直的行方向和列方向上排列，构成在列方向上排列的多个照射块，在每个照射块中照射区域至少排列成一行，绘制信号顺序地输入到空间光调制器上分别与多个照射块对应的多个调制块中的至少一个调制块(DMD42上的镜块423)，同时执行与至少一个调制块对应的至少一个照射块中包含的多个照射区域的光照开/关控制。
照射区域组与绘制单元之间的关系不限于上述优选实施例中描述的那些，而可以基于设备规格作适当的改变。在这种情况下，只要在照射区域组的扫描中，包含在每个照射块中的至少任一个照射区域相对地经过固定地二维排列在衬底9上的绘制单元组中的每个绘制单元以允许重复曝光(或多次照射)，就能依据照射区域和绘制单元的尺寸以及依据重复曝光次数，适当地改变照射区域组相对于主扫描方向的倾斜角。
平台2和头端40在主扫描方向和子扫描方向上的相对移动(即，绘制单元组和照射区域组在衬底9上的相对移动)可通过仅移动平台2和头端4中的任一个来代替。
当运算部件510确定的扫描速度大于平台移动机构31中的最大扫描速度时，用于减小照射到DMD42的光强度的光强度控制部件可以是不同于光控制滤波器413的其它部件。例如，当将发光二极管用作光源装置411中的光源时，可通过减小提供给发光二极管的电力来减小照射到DMD42的光强度。
绘图设备中待绘制的对象可以是除了衬底9上形成的光致抗蚀剂膜之外的其它光敏材料。
尽管已经详细示出和描述了本发明，但是这些描述在所有方面都是示例性而非限制性的。因此应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明进行各种改型和变化。

Claims (14)

1.一种绘图设备，用于通过在光敏材料上照射光来绘图，该设备包括：
光源部件；
空间光调制器，用于空间调制从所述光源部件发出的光并将调制后的光束分别引导至多个照射区域，所述多个照射区域在光敏材料上相互垂直的行方向和列方向上排列并构成在所述列方向上排列的多个照射块，在每个照射块中照射区域至少排列成一行，绘制信号顺序地输入到所述空间光调制器上分别与所述多个照射块对应的多个调制块中至少一个调制块，同时执行对与所述至少一个调制块对应的至少一个照射块中包含的多个照射区域的光照开/关控制；
扫描机构，用于沿预定扫描方向在光敏材料上扫描所述多个照射块，在所述光敏材料上沿所述扫描方向以预定的绘制节距固定地二维排列多个绘制区域，并且包含在每个照射块中的至少任一照射区域相对地经过每个所述绘制区域；
绘制控制器，用于与所述多个照射块的扫描同步地向所述空间光调制器输入所述绘制信号；以及
块数确定部件，用于确定绘图所用的调制块的数量，将其作为能使扫描速度最大化的运行块数。
2.如权利要求1所述的绘图设备，其中
所述块数确定部件基于所述绘制节距和在以待使用的调制块数作为参数的情况下输入所述绘制信号所需的时间函数，获取扫描速度的第一上限值；基于在以所述待使用的调制块数作为参数的情况下光敏材料上照射的光的最大光量函数、在与对应于所述待使用调制块的照射块的所述扫描方向垂直的方向上的基本宽度以及所述光敏材料的灵敏度，获取扫描速度的第二上限值；并且所述块数确定部件确定在所述第一上限值与所述第二上限值中的较小值为最大时使用的所述调制块的数量，将其作为所述运行块数。
3.如权利要求2所述的绘图设备，还包括：
光量传感器，用于检测通过所述空间光调制器从所述光源部件照射到光敏材料上的光量，其中，
所述块数确定部件基于所述光量获取所述最大光量。
4.如权利要求1所述的绘图设备，还包括：
用于存储参考表的存储器，该参考表表示能使扫描速度最大化的调制块数与光敏材料的灵敏度之间的关系，其中，
所述块数确定部件通过查阅所述参考表和待绘制的光敏材料的灵敏度来确定所述运行块数。
5.如权利要求1所述的绘图设备，其中
所述空间光调制器包括排列成二维阵列的多个微镜，其位置可被单独改变。
6.如权利要求1所述的绘图设备，其中
所述扫描方向相对于所述列方向倾斜，以及
在一个照射区域中央与另一照射区域中央之间的、在垂直于所述扫描方向的方向上的距离等于所述绘制区域在垂直于所述扫描方向的方向上的节距，其中所述另一照射区域属于包含所述一个照射区域的列。
7.如权利要求1所述的绘图设备，还包括：
光强度控制部件，用于在与所述块数确定部件确定的所述运行块数对应的扫描速度大于所述扫描机构中的最大扫描速度时，减小照射到所述空间光调制器上的光强度。
8.一种块数确定方法，用于确定在光敏材料上绘图的绘图设备在实际绘图时所用的调制块的运行块数，该绘图设备包括：空间光调制器，用于空间调制从光源部件发出的光并将调制后的光束分别引导至多个照射区域，所述多个照射区域在光敏材料上相互垂直的行方向和列方向上排列并构成在所述列方向上排列的多个照射块，在每个照射块中照射区域至少排列成一行，绘制信号顺序地输入到所述空间光调制器上分别与所述多个照射块对应的多个调制块中至少一个调制块，同时执行对与所述至少一个调制块对应的至少一个照射块中包含的多个照射区域的光照开/关控制；以及扫描机构，用于沿预定扫描方向在光敏材料上扫描所述多个照射块，在所述光敏材料上沿所述扫描方向以预定的绘制节距固定地二维排列多个绘制区域，并且包含在每个照射块中的至少任一照射区域相对地经过每个所述绘制区域；其中，与所述多个照射块的扫描同步地将所述绘制信号输入到所述空间光调制器中，
所述块数确定方法包括如下步骤：
a)基于所述绘制节距和在以待使用的调制块数作为参数的情况下输入所述绘制信号所需的时间函数，获取扫描速度的第一上限值，
b)基于在以所述待使用的调制块数作为参数的情况下光敏材料上照射的光的最大光量函数、在与对应于所述待使用调制块的照射块的所述扫描方向垂直的方向上的基本宽度以及所述光敏材料的灵敏度，获取扫描速度的第二上限值；以及
c)确定在所述第一上限值与所述第二上限值中的较小值为最大时使用的所述调制块的数量，将其作为实际制图所用的调制块的运行块数。
9.如权利要求8所述的块数确定方法，还包括如下步骤：
在所述步骤b)之前，检测通过所述空间光调制器从所述光源部件照射到所述光敏材料上的光量，其中，
在所述步骤b)中，基于所述光量获取所述最大光量。
10.如权利要求8所述的块数确定方法，其中
所述空间光调制器包括排列成二维阵列的多个微镜，其位置可被单独改变。
11.如权利要求8所述的块数确定方法，其中
所述扫描方向相对于所述列方向倾斜，以及
在一个照射区域中央与另一照射区域中央之间的、在垂直于所述扫描方向的方向上的距离等于所述绘制区域在垂直于所述扫描方向的方向上的节距，其中所述另一照射区域属于包含所述一个照射区域的列。
12.一种块数确定方法，用于确定在光敏材料上绘图的绘图设备在实际绘图时所用的调制块的运行块数，该绘图设备包括：空间光调制器，用于空间调制从光源部件发出的光并将调制后的光束分别引导至多个照射区域，所述多个照射区域在光敏材料上相互垂直的行方向和列方向上排列并构成在所述列方向上排列的多个照射块，在每个照射块中照射区域至少排列成一行，绘制信号顺序地输入到所述空间光调制器上分别与多个照射块对应的多个调制块中至少一个调制块，同时执行对与所述至少一个调制块对应的至少一个照射块中包含的多个照射区域的光照开/关控制；以及扫描机构，用于沿预定扫描方向在光敏材料上扫描所述多个照射块，在所述光敏材料上沿所述扫描方向以预定的绘制节距固定地二维排列多个绘制区域，并且包含在每个照射块中的至少任一照射区域相对地经过每个所述绘制区域；其中，与所述多个照射块的扫描同步地将所述绘制信号输入到所述空间光调制器中，
所述块数确定方法包括如下步骤：
制备参考表，该参考表表示能使扫描速度最大化的调制块数与光敏材料的灵敏度之间的关系；以及
通过查阅所述参考表和待绘制的光敏材料的灵敏度来确定运行块数。
13.如权利要求12所述的块数确定方法，其中
所述空间光调制器包括排列成二维阵列的多个微镜，其位置可被单独改变。
14.如权利要求12所述的块数确定方法，其中
所述扫描方向相对于所述列方向倾斜，以及
在一个照射区域中央与另一照射区域中央之间的、在垂直于所述扫描方向的方向上的距离等于所述绘制区在垂直于所述扫描方向的方向上的节距，其中所述另一照射区域属于包含所述一个照射区域的列。
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