JP2004146789A

JP2004146789A - System and method for pattern imaging

Info

Publication number: JP2004146789A
Application number: JP2003200225A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kobayashi; 小林　義則
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2023-07-23
Also published as: JP4235972B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To equalize the amount of irradiation of light to an exposure surface depending on the property of a light source. <P>SOLUTION: In a pattern imaging system, exposure areas EA1, EA2 and EA3 are relatively moved on an exposure surface SU by moving an X-Y stage 18 in the X-direction. After moving the exposure areas EA1, EA2 and EA3 in the X-direction by the amount of one line, the X-Y stage 18 is relatively moved in a sub-scanning direction (Y-direction) so that the exposure area EA relatively moves almost in the sub-scanning direction (Y"-direction) by a distance D/2 which is half the length D in the Y"-direction of the exposure area. Then, by exposing to light while overlapping half the area sequentially, a circuit pattern is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原版となるフォトマスク（レクチル）あるいは直接プリント基板やシリコンウェハといった被描画体へ回路パターンなどの描画パターンを形成するパターン描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェハやＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＷＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｗｉｒｉｎｇ　Ｂｏａｒｄ）など被描画体の表面に、フォトリソグラフィによって回路パターンを形成する描画装置が知られており、あらかじめ作成されたパターンデータに基づき、電子ビームやレーザビームによって露光面が走査される。フォトマスクの表面上において写真感材やフォトレジストなどの感光材料が光に反応することによって、回路パターンが形成される。また、光のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う光強度変調デバイスとして、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）などの代わりにＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）、あるいはＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）、ＳＬＭ（Ｓｐａｔｉａｌ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）、を使用した描画装置（露光装置）も知られている。パターン精度を上げて微細なパターンを形成させるため、例えば、隣接する露光領域を重複させながら露光動作が実行され（例えば、特開２００１−１６８００３号公報参照）、あるいは逆に、隣り合う画素同士が重ならないように画素ずらしによる露光が実行される（例えば、特開２００１−３０５６６３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載された描画方法の場合、同一エリア付近に対して複雑な露光動作を実行しなければならず、パターン形成に多大な時間が掛かり、作業効率が低下する。さらに、レーザなどの光源から放射される光の強度分布の多くは、通常中心部の強度が高く、周辺部の強度が低い。したがって、同一エリア付近で露光を繰り返し行うと、露光面への光の照射量が不均一となり、精度の高いパターンを形成することができない。
【０００４】
そこで本発明では、照明光の特性に応じて露光面に対する光の照射量を均一にすることができるパターン描画装置およびパターン描画方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン描画装置は、被パターン形成体の露光面にパターンを形成するため光を放射する光源と、規則的に配列される複数の光変調素子を有する光変調ユニットと、光変調ユニットに応じて規定される露光エリアを、被パターン形成体に対し、走査方向および副走査方向に沿って相対的に移動させる露光エリア相対移動制御手段と、露光エリアの走査方向に沿った相対移動に応じて複数の光変調素子それぞれを制御することにより、パターンデータに基づいた露光動作を実行する露光制御手段とを備える。光源は、例えばレーザビームを放射するレーザ発振器が適用される。光変調ユニットにおける光変調素子は、光源からの光を被パターン形成体へ導く第１の状態および被パターン形成体以外へ導く第２の状態のうちいずれかの状態に定められる。例えば、光変調ユニットは、光変調素子としてμｍのオーダである微小なマイクロミラーから構成されるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）であるのがよい。この場合、マイクロミラーは、露光面へ導く第１の状態と露光面外へ導く第２の状態いずれかで姿勢が制御される。あるいは、ＤＭＤの代わりにＳＬＭ、ＬＣＤを適用してもよい。ＤＭＤ、ＳＬＭ、ＬＣＤを使用する場合、例えば露光エリアは矩形状に定められる。被パターン形成体をステージに搭載した場合、露光エリア相対移動制御手段は、例えば、光変調ユニットを停止させた状態でステージを移動させるのがよい。
【０００６】
レーザ発振器により放出されるレーザビームやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）により放射される光は、一般的に、光軸に近いほど周辺部に比べて光強度が高く、光軸を中心に対称的な強度分布を有する。特に、レーザ発振器の場合、光軸を通り互いに直交する２軸方向に関してガウス分布の特性を有する光が放射される。本発明では、光変調ユニットを介して上記のような強度分布を有する光を露光面に照射させる場合、照射量が副走査方向に沿って実質的に均一となるように、露光エリアが副走査方向に相対移動する。すなわち、露光エリア相対移動制御手段は、露光面への光の照射量が副走査方向に沿って実質的に均一になるように、投影エリアの一部に露光エリアの一部を副走査方向に重ね合わせながら、露光エリアを走査方向に沿って相対移動させる。ただし、投影エリアは、先の走査方向に沿った露光動作によって光が照射されたエリアを示す。以下では、このような同一領域に対し走査方向に沿って重複露光することをオーバラップ露光という。
【０００７】
周辺付近の光の強度が中心付近に比べて低く、中心に対し対称性のある強度分布の光であるため、単一の走査動作における投影エリアにおいては副走査方向に露光量の差が発生する。これに対してオーバラップ露光をする事により重ねて露光された部分の光の照射量を副走査方向に沿って均一となるようにすることが可能であり、本発明の露光エリア相対移動制御手段は、照射量が均一となるように露光エリアを相対移動させる。これにより、パターン精度が向上し、微細なパターン形成が可能となる。また、光の照射量を均一にするための照明光学系を設ける必要がないため、照明効率を低下させることなく光を露光面に照射することができる。さらに、露光エリアの副走査方向に沿った相対移動距離を制御するだけであるため、複雑な露光動作を実行する必要がなく、作業効率が低下しない。
【０００８】
最も簡易な移動制御によるオーバラップ露光を実現することを考慮し、相対移動制御手段は、露光面の同一領域に対して２回重ねて露光動作が実行されるように、露光エリアの副走査方向に沿った長さの半分の距離だけ、露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させることが望ましい。すなわち、副走査方向に沿って露光エリアの半分の距離だけ順次相対移動させながら露光動作を実行する。あるいは、より均一な光の照射量を求めるならば、露光エリア相対移動制御手段は、露光面の同一領域に対して４回重ねて露光動作が実行されるように、露光エリアの副走査方向に沿った長さの１／４の距離だけ、露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させるのがよい。すなわち、露光エリアの１／４エリアずつ副走査方向に沿って順次相対移動させながら露光動作を実行する。
【０００９】
露光エリアは、複数の光の変調素子それぞれに応じた単位露光エリアから構成される。オーバラップ露光を実行する場合、より光の照射量を均一にするため、前回の走査方向に沿った露光動作における単位露光エリアの位置とまったく同一の位置に単位露光エリアの位置をあわせて露光するのではなく、単位露光エリアの位置をわずかにずらして走査するのが好ましい。すなわち、前回の走査における単位露光エリアによって光の照射されたエリア（単位投影エリア）と今回の走査における単位露光エリアとをずらすのがよい。そのため、露光エリア相対移動制御手段は、複数の光の変調素子それぞれに応じた単位露光エリアをずらしながら露光動作を実行するように、所定量だけ走査方向および副走査方向のうち少なくとも１方向に沿って露光エリアをさらに相対変位させる。この所定量は、オーバラップ露光を実行するための副走査方向に沿った移動距離に比べて小さい。例えば、露光エリア相対移動制御手段は、複数の光変調素子それぞれの中心位置投影像を示す中心投影プロットが交互に等間隔で並ぶように、露光エリアを相対変位させるのがよい。
【００１０】
露光エリアの相対移動に関しては、被パターン形成体を載せたステージを連続的に移動させる連続移動方式、あるいは露光動作時にはステージを停止するステップ・アンド・リピート方式のどちらを適用してもよい。しかしながら、より微細で精度あるパターンを形成するためには、連続移動方式を適用し、光変調素子の状態切替タイミングに応じて露光動作を逐次繰り返すのがよい。すなわち、露光エリア相対移動制御手段は、露光エリアを一定速度で走査方向に沿って連続的に相対移動させ、露光制御手段は、複数の光変調素子に対する第１および第２の状態への切替時間間隔および露光エリアの移動速度とに従って、露光面にパターンを形成することが望ましい。
【００１１】
光変調ユニットがＤＭＤ、ＳＬＭ、ＬＣＤなどである場合、状態を切り替える時間間隔を非常に短く設定することが可能であり、走査方向の露光エリアサイズ分だけ相対移動するのに掛かる時間より光変調素子における切替時間間隔が十分短くなるように露光エリアの相対移動速度を定めれば、単位露光エリアに応じた露光面の単位投影エリア内において複数回露光を実行することが可能である。すなわち、複数の光変調素子がマトリクス状に配置されていた場合、複数の光変調素子それぞれに応じた単位露光エリアの走査方向に沿った長さ分だけ相対移動するのに掛かる単位露光エリア通過時間より切替時間間隔が短くなるように、前記露光エリアの移動速度を定めればよい。この場合、走査方向および副走査方向それぞれに複数回露光を可能とするため、光変調ユニットの投影エリアを走査方向に対し所定角度傾けた状態で相対移動させればよい。
【００１２】
レーザ発振器、ＬＥＤなどの光源は、光束断面において中心を通り互いに直交する２軸方向に沿ってそれぞれ対称性のある強度分布を有する光を放出する。例えば、２軸方向それぞれに沿った光の強度分布がガウス分布になる光を放射する。また、ＤＭＤなどの光変調ユニットに関しては、該２軸方向に応じた縦横方向に関するアスペクト比がテレビジョン規格に従って定められている。ＤＭＤなどの微小光変調素子を配列した光変調ユニットに対しては、例えばテレビジョンの表示画面規格に従ってアスペクト比が定められている。アスペクト比と光束断面形状が不一致である場合において、光変調ユニットより十分大きい照明形状にすると強度の高い中心部分の光のみを利用し、強度の低い周辺部分の光はカットしなければならない。あるいは、光変調ユニットより小さい照明形状にすると、カットする光は発生しないが外周部の微小光変調素子には光の当たらない部分が発生して全素子を有効に使用する事ができない為にタクトが長くなる。そのため、描画装置は、該２軸方向に関するアスペクト比を光変調ユニットのアスペクト比に合わせるように、該２軸方向それぞれの強度分布の相似性を独立して維持しながら光束断面形状を修正するビーム成形光学素子をさらに有することが望ましい。ビーム成形光学素子が配置されると、光源から放射される光が実質的にすべて光変調ユニットへ照射される。強度分布の相似性を維持しながら光束断面形状が修正されるため、光全体が光変調ユニットのエリア内に収まるようにビーム成形される。これにより、光変調ユニットの微小変調素子を有効に使用しながら十分な照明光によってパターン形成することができる。
【００１３】
ビーム成形をするには、簡易な光学系の構成によって光束断面形状を修正するのが望ましい。そのため、ビーム成形光学素子は、好ましくは２軸方向に沿った発散角をそれぞれ別々に設定可能な拡散板である。すなわち、光を発散させる際に２軸方向それぞれの発散角を別々に設定することにより、光束断面形状を変えることができる。２軸方向の発散角は、光変調ユニットのアスペクト比に従って定められる。例えば、拡散板として、フロスト拡散板を適用するのがよい。フロスト拡散板は、通常、液晶表示などにおいて、単に光を均等に拡散させる目的で使用されているが、本発明においては、光束断面を光変調ユニットのアスペクト比に従って発散角を定めればよい。
【００１４】
本発明のパターン描画方法は、被パターン形成体の露光面にパターンを形成するため、光軸に近いほど周辺部に比べて光強度が高く、副走査方向に応じた第１の軸に沿って光軸を中心に対称的な強度分布を有する光を放射し、規則的に配列され、光源からの光を露光面へ導く第１の状態および被パターン形成体以外へ導く第２の状態のうちいずれかの状態に定められる複数の光変調素子を有する光変調ユニットによって光を露光面に導き、光変調ユニットに応じて規定される露光エリアを、被パターン形成体に対し、走査方向および副走査方向に沿って相対的に移動させ、露光エリアの走査方向に沿った相対移動に応じて複数の光変調素子それぞれを制御することにより、パターンデータに基づいた露光動作を実行するパターン描画方法であって、露光面への光の照射量が副走査方向に沿って実質的に均一になるように、露光動作によって光が照射された投影エリアの一部に露光エリアの一部を重ね合わせながら、走査方向に沿って露光エリアを相対移動させることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態であるパターン描画装置について説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施形態であるパターン描画装置を模式的に示した斜視図であり、図２は、パターン描画装置に設けられた露光ユニットを模式的に示した図である。第１の実施形態のパターン描画装置は、フォトレジストを表面に塗布したプリント基板やシリコンウェハ等の基板へ直接光を照射することによって回路パターンを形成する描画装置である。
【００１７】
パターン描画装置１０は、ゲート状構造体１２、基台１４を備えており、基台１４にはＸ−Ｙステージ１８を支持するＸ−Ｙステージ駆動機構１９が搭載され、Ｘ−Ｙステージ１８上には基板ＳＷが設置されている。ゲート状構造体１２には、基板ＳＷの表面に回路パターンを形成するための露光ユニット２０が設けられており、Ｘ−Ｙステージ１８の移動に合わせて露光ユニット２０が動作する。また、描画装置１０は、Ｘ−Ｙステージ１８の移動および露光ユニット２０の動作を制御する描画制御部（ここでは図示せず）を備えている。
【００１８】
図２に示すように、露光ユニット２０は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）２２、照明光学系２４、結像光学系２６を備えており、光源として使用されるアルゴンレーザ２１とＤＭＤ２２との間に照明光学系２４が配置され、ＤＭＤ２２と基板ＳＷとの間に結像光学系２６が配置されている。アルゴンレーザ２１から一定の強度で連続的に放射される光（レーザビーム）は、照明光学系２４へ導かれる。なお、図２では、１つの露光ユニット２０が示されているが、本実施形態では、後述するように３つの露光ユニットが設けられており、３つのＤＭＤはそれぞれ所定間隔をおいて配置されている。
【００１９】
照明光学系２４は、拡散板２４Ａとコリメータレンズ２４Ｂから構成されており、レーザビームＬＢが照明光学系２４を通過すると、ＤＭＤ２２を全体的に照明する光束からなる光が成形される。ＤＭＤ２２は、オーダがμｍである微小のマイクロミラーがマトリクス状に配列された光変調ユニットであり、各マイクロミラーは、静電界作用により回転変動する。本実施形態では、ＤＭＤ２２はＭ×Ｎ個のマイクロミラーがマトリクス状に配列されることによって構成されており、以下では配列（ｉ，ｊ）の位置に応じたマイクロミラーを“Ｘ_ｉｊ”（１　≦　ｉ　≦　Ｍ，１　≦　ｊ　≦　Ｎ）と表す。また、後述するように、ＤＭＤ２２は、Ｘ−Ｙステージ１８に対して微小角度αだけ相対的に傾いた状態で位置決めされている。
【００２０】
マイクロミラーＸ_ｉｊは、アルゴンレーザ２１からの光ＬＢを基板ＳＷの露光面ＳＵの方向へ反射させる第１の姿勢と、露光面ＳＵ外の方向へ反射させる第２の姿勢いずれかの姿勢で位置決めされ、描画制御部からの制御信号に従って姿勢が切り替えられる。マイクロミラーＸ_ｉｊが第１の姿勢で位置決めされている場合、マイクロミラーＸ_ｉｊ上で反射した光は、結像光学系２６の方向へ導かれる。結像光学系２６は、２つの凸レンズ２６Ａ、２６Ｃとリフレクタレンズ２６Ｂから構成されており、結像光学系２６を通った光は、感光性のあるフォトレジスト層が形成されている露光面ＳＵにおいて所定のスポットを照射する。一方、マイクロミラーＸ_ｉｊが第２の姿勢で位置決めされた場合、マイクロミラーＸ_ｉｊで反射した光は、光吸収板２９の方向へ導かれ、露光面ＳＵには光が照射されない。以下では、マイクロミラーＸ_ｉｊが第１の姿勢で支持されている状態をＯＮ状態、第２の姿勢で支持されている状態をＯＦＦ状態と定める。また、本実施形態では、結像光学系２６の倍率は１倍に定められており、１つのマイクロミラーＸ_ｉｊによって光が照射された投影スポットＹ_ｉｊのサイズ（幅、高さ）は、マイクロミラーＸ_ｉｊのサイズと一致する。
【００２１】
Ｘ−Ｙステージ１８が停止した状態ですべてのマイクロミラーがＯＮ状態である場合、露光面ＳＵ上にはＤ×Ｒ（＝（Ｍ×ｈ）×（Ｎ×ｌ））のサイズを有する露光エリアＥＡ全面に光が照射される。ただし、マイクロミラーＸ_ｉｊの副走査方向（Ｙ方向）に対応する高さをｈ、走査方向（Ｘ方向）に対応する幅をｌで示している。本実施形態では、マイクロミラーＸ_ｉｊは正方形状であり（ｈ＝ｌ）、一片の長さは、ここでは２０μｍに定められている。ＤＭＤ２２ではマイクロミラーＸ_ｉｊがそれぞれ独立してＯＮ／ＯＦＦ制御されるため、ＤＭＤ２２全体に照射した光は、各マイクロミラーにおいて選択的に反射された光の光束から構成される光となって分割される。その結果、露光面ＳＵの露光エリアＥＡに対応するスポットには、その場所に形成すべき回路パターンに応じた光が照射される。Ｘ−Ｙステージ１８が移動することにより、露光エリアＥＡは走査方向に沿って露光面ＳＵ上を相対的に移動する。これにより回路パターンが走査方向に沿って形成されていく。
【００２２】
本実施形態では、ラスタ走査に従い、Ｘ−Ｙステージ１８が走査方向（Ｘ方向）に沿って一定の速度で移動する。ＤＭＤ２２のマイクロミラーＸ_ｉｊは、回路パターンに応じたラスタデータに基づいてそれぞれ独立して制御されており、露光エリアＥＡに位置した露光面ＳＵ上の領域に対して所定の回路パターンが形成されるように、マイクロミラーＸ_ｉｊが第１の姿勢もしくは第２の姿勢でそれぞれ位置決めされる。Ｘ−Ｙステージ１８の移動に伴う露光エリアＥＡの相対的移動に従って、マイクロミラーＸ_ｉｊが順次ＯＮ／ＯＦＦ制御される。１ライン分の走査が終了すると、次のラインを露光できるようにＸ−Ｙステージ１８が副走査方向（Ｙ方向）へ相対移動し、折り返しＸ−Ｙステージ１８が走査方向に沿って移動する。すべてのラインが露光されることにより、基板ＳＷ上に回路パターンが形成される。
【００２３】
ＤＭＤ２２のサイズは、テレビジョンの表示規格に従って定められており、ＤＭＤ２２の走査方向に対応する方向を横方向、副走査方向に対応する方向を縦方向と規定し、幅（横方向長さ）および高さ（縦方向長さ）をそれぞれ「Ｗ」、「Ｋ」で表すと、本実施形態のＤＭＤ２２のアスペクト比（横縦比Ｗ：Ｋ）はここでは３：４と定められている。結像光学系２６の倍率は１倍であることから、Ｗ＝Ｒ、Ｋ＝Ｄの関係が成り立つ。
【００２４】
図３は、拡散板２４Ａを示した平面図である。
【００２５】
図３に示すように、拡散板２４Ａは、ガラス、フィルムあるいは樹脂などに凹凸を配置したフロスト型拡散板であり、後述するように、アルゴンレーザ２１から放出された光の光束断面形状を修正するように、入射した光を縦横方向に沿ってそれぞれ所定の角度で発散させる。本実施形態では、アルゴンレーザ２１からの光を実質的にすべてＤＭＤ２２全面に照射させるように、縦横方向の発散角が定められている。
【００２６】
図４は、ＤＭＤ２２へ光が照射されるときの光束断面を示した図であり、図５は、光の強度分布のグラフを示した図である。図４、図５を用いて、拡散板２４Ａによる光束断面形状の修正について説明する。
【００２７】
図５に示すように、アルゴンレーザ２１から放射されるレーザビームＬＢの強度分布は、一般的にガウス分布（正規分布）に従う。すなわち、中心における光強度をＩ_０、光束断面の有効半径を示すスポットサイズをωとした場合、光の強度は以下の式で表される。
Ｉ＝Ｉ_０ｅ^−２ ^α　　　　（α＝（ｘ／ω）^２）　　　　　・・・（１）
ただし、ｘは光軸からの距離を示し、スポットサイズωは、Ｉ＝Ｉ_０×１／ｅ^２＝０．１３５Ｉ_０の強度によって規定されており、図５では、Ｉ_０＝１、ω＝１とした場合の強度分布がグラフ化されている。
【００２８】
アルゴンレーザ２１からのレーザビームＬＢは、光束断面において規定される２軸方向に対し、強度分布が一致する。ここで、２軸方向は、光束断面における中心を通り、互いに直交する方向である。以下では、２軸方向を符号「ｘ」、「ｙ」で表す。ただし、「ｘ」はＤＭＤ２２の横方向（ｊ方向）に対応し、「ｙ」はＤＭＤ２２の縦方向（ｉ方向）に対応する。強度分布がｘ、ｙ方向とも同じであるため、レーザビームＬＢの光束断面は円形状になり、スポットサイズωを径として光束断面が形成される。したがって、光束断面における２軸方向ｘ、ｙに関する比（以下では、光束断面のアスペクト比という）は、実質的に１：１の関係を維持する。
【００２９】
拡散板２４Ａを露光ユニット２０内に配置しない場合、ＤＭＤ２２のアスペクト比と光束断面のアスペクト比が一致しない。そのため、通常の拡散レンズおよびコリメータレンズ２４Ｂを通過する過程で拡大整形されたレーザビームＬＢに関し、ＤＭＤ２２の表面を含む平面上の光束断面を「ＬＦ０」と表すと、光束断面ＬＦ０のアスペクト比（Ｌ：Ｈ）は１：１となる。したがって、レーザビームＬＢの一部はＤＭＤ２２のエリア内に照射されない（図４参照）。
【００３０】
本実施形態では拡散板２４Ａが露光ユニット２０内に配置されており、拡散板２４Ａの縦横方向の発散角は、光束断面の横縦比（アスペクト比）がＤＭＤ２２のアスペクト比に対応するようにそれぞれ定められている。すなわち、レーザビームＬＢは、強度分布の相似関係を維持しながら縦方向および横方向へそれぞれ別々の変換率で拡大され、ｘ方向のスポットサイズωがω’に修正される。これにより、拡散板２４Ａを通過したレーザビームＬＢの光束断面のアスペクト比（＝Ｌ１／Ｈ１）は、ＤＭＤ２２のアスペクト比（＝Ｗ／Ｋ）と実質的に等しくなる。その結果、ＤＭＤ２２の表面を含む平面上におけるレーザビームＬＢの光束断面ＬＦ１は、ＤＭＤ２２のエリア内にすべて収まる（図４参照）。
【００３１】
図６は、描画装置における描画制御部のブロック図である。
【００３２】
描画制御部３０は、システムコントロール回路３２、ＤＭＤ制御部３４、ステージ制御部３８、ステージ位置検出部４０、ラスタ変換部４２、光源制御部４４を備えており、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を含むシステムコントロール回路３２は、描画装置１０全体を制御する。
【００３３】
描画装置１０に応じた回路パターンデータがＣＡＭデータとして描画制御部３０のラスタ変換部４２へ送られると、回路パターンデータがラスタ走査に応じたラスタデータに変換され、ＤＭＤ制御部３４に送られる。ＤＭＤ制御部３４では、ラスタデータに基づいてＤＭＤ２２におけるマイクロミラーＸ_ｉｊそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じたビットマップデータが生成され、ビットマップメモリ（図示せず）に格納されるビットマップデータとステージ位置検出部４０からの相対位置情報に基づいて、マイクロミラーのＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＤＭＤ２２に出力される。ステージ制御部３８は、モータ（図示せず）を備えたＸ−Ｙステージ駆動機構１９を制御し、これによってＸ−Ｙステージ１８の移動速度等が制御される。ステージ位置検出部４０は、Ｘ−Ｙステージ１８の露光エリアＥＡに対するＸ−Ｙステージ１８の相対的位置を検出する。システムコントロール回路３２は、アルゴンレーザ２１から光を放出するために光源制御部４４へ制御信号を送るとともに、ＤＭＤ制御部３４に対して露光タイミングを制御するための制御信号を出力する。
【００３４】
図７は、露光エリアの相対的移動を示した図であり、図８は、露光動作におけるプロット間隔を示した図である。また、図９は、単位露光エリアにおける中心投影プロット分布を示した図である。図７〜図９を用いて、本実施形態の露光動作について説明する。
【００３５】
図７に示すように、ＤＭＤによる露光エリアＥＡ（Ｄ×Ｒ）は副走査方向（Ｙ方向）および走査方向（Ｘ方向）に対して所定の微小角度αだけ傾いた方向に沿って設置されており、基板ＳＷ上において、露光エリアＥＡの走査方向Ｘに応じた幅Ｒ方向をＸ”方向、露光エリアＥＡの副走査方向Ｙに応じた高さＤ方向をＹ”方向と規定する。ただし、角度αは微小であるため、Ｘ”、Ｙ”方向は、それぞれ略走査方向、副走査方向に相当する。
【００３６】
上述したように、ＤＭＤ２２は３つのＤＭＤから構成され、等間隔で並んで配置されており、３つの露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が、略副走査方向（Ｙ”方向）に沿って露光面ＳＵ上において規定される。露光面ＳＵ上において、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３は、Ｙ”方向に沿った各露光エリア長さＤの間隔を置いて規定される。ＤＭＤ２２のサイズが露光エリアのサイズと一致しているため、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の間隔Ｄは、ＤＭＤ２２の高さＫに等しい。
【００３７】
Ｘ−Ｙステージ１８が矢印Ｂの方向、すなわちＸ方向へ移動することにより、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３は、走査方向（Ｘ方向）へ相対的に移動していく（矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３参照）。露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３がＸ方向に沿って露光面ＳＵ上において所定距離だけ移動する、すなわち基板ＳＷ上において右端の位置ＡＡから左端の位置ＢＢまで移動すると、露光エリアＥＡが略副走査方向（Ｙ”方向）に沿った長さの約半分、すなわち、およそＤ／２だけ副走査方向（Ｙ”方向）に沿って相対移動するように、Ｘ−Ｙステージ１８が副走査方向（Ｙ方向）に沿って移動する。
【００３８】
さらに、Ｘ−Ｙステージ１８が折り返しＸ方向に沿って移動することにより、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が相対的に位置ＢＢから位置ＡＡまで移動する（矢印Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３参照）。略副走査方向に沿っておよそ距離Ｄ／２だけ相対移動するため、Ｘ方向に沿って露光エリアＥ１、Ｅ２、Ｅ３が移動する間、先のＸ方向に沿って走査されたエリアＧ１（投影エリア）の半分の領域が重ねて露光される（以下では、オーバラップ露光という）。図７では、露光エリアＥＡ１に関してオーバラップ露光された領域を符号「Ｇ２」で示している。
【００３９】
露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が再び右端位置ＡＡまで到達すると、さらに、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が略副走査方向（Ｙ”方向）に沿って距離Ｄ／２だけ相対移動するようにＸ−Ｙステージ１８が副走査方向に沿って移動した後、再びＸ方向に沿って相対移動する。このようなラスタ走査が順次行われることにより、基板ＳＷのパターン形成領域ＰＫにおいて回路パターンが形成されていく。ＤＭＤ制御部３４（図６参照）では、オーバラップ露光に従ったビットマップデータに基づいて制御信号がＤＭＤ２２へ出力されており、検出されるＸ−Ｙステージ１８の位置に応じてＤＭＤ２２の各マイクロミラーＸ_ｉｊが制御される。
【００４０】
図８は、露光エリアが相対的に露光面ＳＵ上を移動していくときの各マイクロミラーの中心位置に応じた投影プロットを示している。Ｘ−Ｙステージ１８が一定速度で移動している間、マイクロミラーは所定の時間間隔でＯＮ／ＯＦＦ切替可能な構成になっており、ここでは、１回の走査露光（Ｘ方向に沿った１ライン分の露光）終了後の各マイクロミラーの中心位置に応じた投影スポットの位置Ｐ１をドット状にプロットしている。
【００４１】
さらに、Ｘ−Ｙステージ１８の移動方向において走査方向Ｘに対する角度αは、１回の走査露光終了後に中心投影プロットが均一に分布するように定められている。したがって、投影プロットは、Ｘ”方向およびＹ方向に沿ってプロット間隔ｄ０で規則的に分布される。
【００４２】
図９では、１つのマイクロミラーＸ_ｉｊに応じた露光エリアＥａ内の中心投影プロットＰ１の分布が示されている。Ｘ−Ｙステージ１８がＸ方向に対して角度αだけ傾斜しているため、中心投影プロットＰ１は、露光面ＳＵ上から観測すると、単位露光エリアＥａ内においてＸ方向（走査方向）に関して角度αだけ傾いて分布される。プロット間隔ｄが１．２５μｍとなるようにＸ方向の露光間隔（＝ステージの移動速度×マイクロミラーＯＮ／ＯＦＦの時間間隔）およびＤＭＤ２２による露光エリアＥＡ（Ｄ×Ｒ）の走査方向（Ｘ方向）に対する傾きαが定められており、正方形状のマイクロミラーにおける一片の大きさ２０μｍに対して１／１６の大きさに定められている。したがって、単位露光エリアＥａには、１６×１６＝２５６個の投影プロットが分布される。これにより、ミラー投影サイズＹ_ｉｊ（単位露光エリアＥａ）以下の分解能（ここでは、１．２５μｍ）により描画される。
【００４３】
露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３がＸ方向に沿って１ライン分移動すると、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３がＹ方向（副走査方向）に沿ってほぼＤ／２だけ相対移動する（図７参照）。このとき、図８に示すように、折り返しＸ方向に沿って走査するときに分布される中心投影プロットＰ２が前回のＸ方向走査における中心投影プロットＰ１と等間隔で交互に並ぶように、Ｘ−Ｙステージ１８の微小な位置変動が行われる。すなわち、Ｘ”方向、Ｙ方向に沿ってｄ０／２だけ中心投影プロットＰ２が移動するように露光エリアＥＡ１の位置が微小変位させられる。このようなオーバラップ露光により、０．６２５μｍの分解能で描画することができる。すなわち、オーバラップ露光により、２５６回の露光動作を単位露光エリアＥａ全体に渡って行うことが可能であり、同一領域付近において光の照射量を偏りなく多重露光することができる。
【００４４】
図１０は、ＤＭＤ２２に対するレーザビームＬＢの光束断面を示した図であり、図１１は、光量変動および光量取得率を示すグラフを表した図である。
【００４５】
図１０に示すように、ＤＭＤ２２の幅、高さをここではＳｘ、Ｓｙと表し、拡散板２４Ａによって修正された光束断面のｘ方向に沿った長さをＢｘ、ｙ方向に沿った長さをＢｙとする。ただし、ＢｘおよびＢｙは、スポットサイズ（Ｉ_０／ｅ^２）に従う。光がＤＭＤ２２に実質的に入射する条件を満たす限り、Ｂｘ、Ｂｙは、ＤＭＤ２２の幅、高さＳｘ、Ｓｙに応じて任意に設定可能である。
【００４６】
図１１では、１回の走査露光終了後のＹ”方向移動量をＳｙ／２としてオーバラップさせた場合において走査方向（Ｘ方向）における光量取込率を１００％とした場合の副走査方向（Ｙ方向）の照明比率による光量変動率および光量取込率が表されている。横軸はＢｙとＳｙとの比（Ｂｙ／Ｓｙ）を示し、縦軸は光量変動率および光量取込率をパーセンテージで示す。図１１に示した光量変動率を表す曲線Ｊからわかるように、Ｂｙ／Ｓｙの比がおよそ０．９の場合、光量変動率がおよそ３％になり、光量取込率が高くなる。したがって、Ｂｙ／Ｓｙの比が０．９となるように、拡散板２４Ａの縦横方向の発散角をそれぞれ定めるのがよい。
【００４７】
このように本実施形態によれば、Ｘ−Ｙステージ１８の移動によってＤＭＤ２２に応じた露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が基板ＳＷ上において相対的に移動し、その露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の移動に伴ってＤＭＤ２２のマイクロミラーＸ_ｉｊがそれぞれ制御される。そして、露光エリアＥＡがＹ方向（副走査方向）へ相対的に移動する場合、実質的に露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の半分の距離Ｄ／２だけ移動する。その結果、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３は、前回走査された投影エリアＧ１の半分のエリアＧＡ２と重なりながら折り返しＸ方向（走査方向）に沿って相対移動する（図７参照）。このようなオーバラップ露光が実行されることによって、同一領域に対して２回の露光が実行される。
【００４８】
レーザビームＬＢの光強度分布は、Ｙ方向に沿ってガウス分布であり（図５参照）、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の中心付近に近いほど、周辺付近の照射量に比べて光の照射量が多い。よって、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の半分のエリアずつ順次オーバラップ露光されることにより、Ｙ方向（副走査方向）に沿った光の照射量は、最終的に略一様な分布になる。これにより、精度ある回路パターンを形成することが可能となる。
【００４９】
また、１ライン分のＸ方向の露光動作が終了して次の走査ラインへＸ−Ｙステージ１８が移動する場合、各マイクロミラーＸ_ｉｊの中心位置に応じた中心投影プロットＰ１とＰ２が交互に規則的に並ぶように、Ｘ方向およびＹ方向に沿って微小な距離だけＸ−Ｙステージ１８が変動される（図８参照）。露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３を微小に変位させることにより、同一領域に対する光の照射量が、さらに均一化される。
【００５０】
パターン描画装置においては、パターン形成に掛かる時間を短くすることは重要である。中心投影プロット間隔ｄ０は、Ｘ−Ｙステージ１８の移動速度およびマイクロミラーＸ_ｉｊのＯＮ／ＯＦＦ切替時間間隔に従って定められる。したがって、Ｘ−Ｙステージ１８の移動速度を上げる事により中心投影プロット間隔を広くすれば、露光エリアを走査させる回数が倍増してしまうオーバラップ露光を実行しても、オーバラップ露光をしない場合と同程度の時間で回路パターンを形成することが可能である。
【００５１】
本実施形態では、ＤＭＤによる露光エリアＥＡ（Ｄ×Ｒ）が所定角度αだけ走査方向に対してずれた状態で設置されると共に、マイクロミラーＸ_ｉｊのＯＮ／ＯＦＦ切替動作が非常に短い時間隔で実行可能であるため、１つのマイクロミラーＸ_ｉｊに応じた単位露光エリアＥａ内に多数の投影プロットＰ１、Ｐ２が分布される。しかしならが、このような移動方式の代わりに、ステップ・アンド・リピート方式によって露光を実行してもよい。この場合、露光エリアＥＡとともにＸ−Ｙステージ１８がＸ方向に沿って移動すればよく、各単位露光エリアＥａ中心に１つの中心投影プロットが分布される。
【００５２】
本実施形態では、できるだけ均一に光が照射されるように露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３を微小に相対変位させてから次の露光動作を開始するように構成されているが（図８参照）、中心投影プロットＰ１、Ｐ２が一致するようにオーバラップ露光を実行するように構成してもよい。また、アルゴンレーザ以外の光源（例えば、ＬＥＤなど）を適用してもよい。
【００５３】
本実施形態では、レーザビームＬＢの光束断面形状修正のため拡散板２４Ａが設けられているが、通常の拡散レンズを代わりに設けてもよい。
【００５４】
次に、図１２、図１３を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、露光エリアを１／４ずつ重複させながら露光動作が実行される。すなわち、同一領域が４回露光される。
【００５５】
図１２は、第２の実施形態における露光エリアの移動を示した図である。図１３は、中心投影プロットの分布を示した図である。図１２では、１つの露光エリアＥＡ１の移動のみ示す。
【００５６】
露光エリアＥＡ１が１ライン分Ｘ方向に沿って位置ＢＢまで移動すると、露光エリアＥＡ１は実質的に距離Ｄ／４だけＹ方向に沿って移動する。そして、折り返し露光エリアＥＡ１が位置ＡＡまで移動すると、露光エリアＥＡ１は距離Ｄ／４だけＹ方向に沿って移動する。このような移動が順次行われることにより、露光エリアＥＡ１の１／４のエリアに対して４回重ねて露光動作が実行される。
【００５７】
さらに、図１３に示すように、次の走査方向に沿った露光動作を実行するためＸ−Ｙステージ１８がＹ方向に沿って移動する場合、中心投影プロットＰ１〜Ｐ４が等間隔で交互に規則的に分布するように、Ｘ−Ｙステージ１８の位置が微小に変動される。
【００５８】
このように第２の実施形態によれば、同一領域に対して４回重ねて露光動作が実行されるとともに、中心投影プロットがより密になって交互に規則的に分布される。したがって、同一領域内に対し、さらに光の照射量が均一化される。
【００５９】
【発明の効果】
このように本発明によれば、光源の特性に応じて露光面に対する光の照射量を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態であるパターン描画装置を模式的に示した斜視図である。
【図２】パターン描画装置に設けられた露光ユニットを模式的に示した図である。
【図３】拡散板を示した平面図である。
【図４】ＤＭＤへ光が照射されるときの光束断面を示した図である。
【図５】光の強度分布のグラフを示した図である。
【図６】描画装置における描画制御部のブロック図である。
【図７】露光エリアの相対的移動を示した図である。
【図８】露光エリアが相対的に露光面上を移動していくときの各マイクロミラーの中心位置に応じた投影プロットを示した図である。
【図９】単位露光エリアにおける中心投影プロット分布を示した図である。
【図１０】ＤＭＤに対するレーザビームの光束断面を示した図である。
【図１１】光量変動および光量取得率を示すグラフを表した図である。
【図１２】第２の実施形態における露光エリアの移動を示した図である。
【図１３】第２の実施形態における中心投影プロットの分布を示した図である。
【符号の説明】
１０　パターン描画装置
１９　Ｘ―Ｙステージ駆動機構
２１　アルゴンレーザ（光源）
２２　ＤＭＤ（光変調ユニット）
２４Ａ　拡散板（ビーム成形光学素子）
３２　システムコントロール回路
３４　ＤＭＤ制御部
３８　ステージ制御部
４０　ステージ位置検出部
ＥＡ　露光エリア
Ｘ_ｉｊ　マイクロミラー（光変調素子）
Ｘ　走査方向
Ｙ　副走査方向
ＳＷ　基板（被パターン形成体）
ＳＵ　露光面
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４　中心投影プロット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern drawing apparatus for forming a drawing pattern such as a circuit pattern on a drawing object such as a photomask (rectile) or a direct printed board or a silicon wafer as an original plate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a drawing apparatus for forming a circuit pattern by photolithography on a surface of a drawing object such as a silicon wafer, an LCD (Liquid Crystal Display), or a PWB (Printed Wiring Board) has been known. The exposure surface is scanned with an electron beam or a laser beam. A photosensitive material such as a photographic material or a photoresist reacts with light on the surface of the photomask, whereby a circuit pattern is formed. In addition, as a light intensity modulation device that performs ON / OFF control of light, instead of AOM (Acoustic-Optic Modulator) or the like, LCD (Liquid Crystal Display), DMD (Digital Micro-mirror Device), SLM (Spatial Modular Lithium) A drawing apparatus (exposure apparatus) using, is also known. In order to increase the pattern accuracy and form a fine pattern, for example, an exposure operation is performed while overlapping adjacent exposure regions (see, for example, JP-A-2001-168003), or conversely, adjacent pixels are Exposure by pixel shifting is performed so as not to overlap (see, for example, JP-A-2001-305663).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the drawing method described in the above publication, a complicated exposure operation has to be performed in the vicinity of the same area, so that it takes a lot of time to form a pattern and the work efficiency is lowered. Further, many of the intensity distributions of light emitted from a light source such as a laser usually have a high intensity at the central part and a low intensity at the peripheral part. Therefore, if exposure is repeatedly performed in the vicinity of the same area, the amount of light irradiated to the exposure surface becomes non-uniform, and a highly accurate pattern cannot be formed.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a pattern drawing apparatus and a pattern drawing method that can make the amount of light irradiated to an exposure surface uniform according to the characteristics of illumination light.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A pattern drawing apparatus according to the present invention includes a light source that emits light to form a pattern on an exposure surface of a pattern forming body, a light modulation unit having a plurality of light modulation elements regularly arranged, and a light modulation unit. The exposure area relative movement control means for moving the exposure area defined in accordance with the pattern forming body in the scanning direction and the sub-scanning direction, and the relative movement of the exposure area in the scanning direction. Exposure control means for executing an exposure operation based on the pattern data by controlling each of the plurality of light modulation elements. For example, a laser oscillator that emits a laser beam is used as the light source. The light modulation element in the light modulation unit is set to one of a first state for guiding light from the light source to the pattern forming body and a second state for guiding light to other than the pattern forming body. For example, the light modulation unit may be a DMD (Digital Micro-mirror Device) composed of a micromirror having an order of μm as a light modulation element. In this case, the attitude of the micromirror is controlled in either the first state leading to the exposure surface or the second state leading outside the exposure surface. Alternatively, SLM or LCD may be applied instead of DMD. When using DMD, SLM, and LCD, for example, the exposure area is defined as a rectangular shape. When the pattern formation body is mounted on the stage, the exposure area relative movement control means may move the stage with the light modulation unit stopped, for example.
[0006]
In general, the light emitted from a laser beam emitted from a laser oscillator or the light emitted from an LED (Light Emitting Diode) has a higher light intensity as it is closer to the optical axis and is symmetric with respect to the optical axis. Have a distribution. In particular, in the case of a laser oscillator, light having a Gaussian distribution characteristic is radiated in two axial directions that pass through the optical axis and are orthogonal to each other. In the present invention, when the exposure surface is irradiated with light having the above intensity distribution through the light modulation unit, the exposure area is sub-scanned so that the irradiation amount is substantially uniform along the sub-scanning direction. Move relative to the direction. That is, the exposure area relative movement control means places a part of the exposure area in the sub-scanning direction in a part of the projection area so that the amount of light irradiated to the exposure surface becomes substantially uniform along the sub-scanning direction. While overlapping, the exposure area is relatively moved along the scanning direction. However, the projection area indicates an area irradiated with light by the exposure operation along the previous scanning direction. Hereinafter, overlapping exposure along the scanning direction for the same region is referred to as overlap exposure.
[0007]
Since the intensity of light near the periphery is lower than that near the center and the intensity distribution is symmetrical with respect to the center, a difference in exposure amount occurs in the sub-scanning direction in the projection area in a single scanning operation. . On the other hand, by performing overlap exposure, it is possible to make the irradiation amount of the light of the overlapped exposed portions uniform along the sub-scanning direction, and the exposure area relative movement control means of the present invention Move the exposure area relatively so that the dose is uniform. Thereby, the pattern accuracy is improved, and a fine pattern can be formed. In addition, since it is not necessary to provide an illumination optical system for making the light irradiation amount uniform, it is possible to irradiate the exposure surface with light without reducing the illumination efficiency. Furthermore, since only the relative movement distance in the sub-scanning direction of the exposure area is controlled, it is not necessary to perform a complicated exposure operation, and work efficiency is not lowered.
[0008]
In consideration of realizing the overlap exposure by the simplest movement control, the relative movement control means performs the exposure operation in the sub-scanning direction of the exposure area so that the exposure operation is performed twice on the same area of the exposure surface. It is desirable to relatively move the exposure area along the sub-scanning direction by a distance that is half the length along the sub-scanning direction. That is, the exposure operation is executed while sequentially moving relative to each other by a half distance of the exposure area along the sub-scanning direction. Alternatively, if a more uniform light irradiation amount is to be obtained, the exposure area relative movement control means is arranged in the sub-scanning direction of the exposure area so that the exposure operation is performed four times on the same area of the exposure surface. It is preferable that the exposure area is relatively moved along the sub-scanning direction by a distance of 1/4 of the length along the length. That is, the exposure operation is executed while sequentially moving relative to each other in the sub-scanning direction by a quarter of the exposure area.
[0009]
The exposure area is composed of unit exposure areas corresponding to a plurality of light modulation elements. When performing overlap exposure, in order to make the light irradiation more uniform, exposure is performed by aligning the position of the unit exposure area with the position exactly the same as the position of the unit exposure area in the exposure operation along the previous scanning direction. Instead, it is preferable to scan by slightly shifting the position of the unit exposure area. That is, it is preferable to shift the area irradiated with light (unit projection area) from the unit exposure area in the previous scan and the unit exposure area in the current scan. For this reason, the exposure area relative movement control means moves along at least one of the scanning direction and the sub-scanning direction by a predetermined amount so as to execute the exposure operation while shifting the unit exposure area corresponding to each of the plurality of light modulation elements. To further displace the exposure area. This predetermined amount is smaller than the moving distance along the sub-scanning direction for performing overlap exposure. For example, the exposure area relative movement control means may relatively displace the exposure area so that center projection plots indicating the center position projection images of the plurality of light modulation elements are alternately arranged at equal intervals.
[0010]
As for the relative movement of the exposure area, either a continuous movement method in which the stage on which the pattern forming body is placed is continuously moved or a step-and-repeat method in which the stage is stopped during the exposure operation may be applied. However, in order to form a finer and more accurate pattern, it is preferable to apply the continuous movement method and sequentially repeat the exposure operation according to the state switching timing of the light modulation element. That is, the exposure area relative movement control means continuously moves the exposure area at a constant speed along the scanning direction, and the exposure control means switches the time for switching to the first and second states for a plurality of light modulation elements. It is desirable to form a pattern on the exposure surface according to the interval and the moving speed of the exposure area.
[0011]
When the light modulation unit is a DMD, SLM, LCD, etc., the time interval for switching the state can be set very short, and the light modulation element can be calculated from the time required for relative movement by the exposure area size in the scanning direction. If the relative movement speed of the exposure area is determined so that the switching time interval at is sufficiently short, the exposure can be performed a plurality of times within the unit projection area of the exposure surface corresponding to the unit exposure area. That is, when a plurality of light modulation elements are arranged in a matrix, the unit exposure area passage time required for relative movement by the length along the scanning direction of the unit exposure area corresponding to each of the plurality of light modulation elements The movement speed of the exposure area may be determined so that the switching time interval becomes shorter. In this case, in order to enable exposure multiple times in each of the scanning direction and the sub-scanning direction, the projection area of the light modulation unit may be relatively moved while being inclined at a predetermined angle with respect to the scanning direction.
[0012]
A light source such as a laser oscillator or an LED emits light having a symmetrical intensity distribution along two axial directions that pass through the center of the beam cross section and are orthogonal to each other. For example, light is emitted that has a Gaussian distribution of light intensity along each of the two axial directions. In addition, for a light modulation unit such as a DMD, the aspect ratio in the vertical and horizontal directions according to the two-axis directions is determined according to the television standard. For an optical modulation unit in which minute optical modulation elements such as DMD are arranged, an aspect ratio is determined in accordance with, for example, a television display screen standard. In the case where the aspect ratio and the light beam cross-sectional shape are inconsistent, if the illumination shape is sufficiently larger than the light modulation unit, only the light at the central portion with high intensity must be used, and the light at the peripheral portion with low intensity must be cut off. Alternatively, if the illumination shape is smaller than that of the light modulation unit, the light to be cut will not be generated, but there will be a portion where the light does not come into contact with the minute light modulation element on the outer periphery, and the entire element cannot be used effectively. Becomes longer. Therefore, the drawing apparatus corrects the beam cross-sectional shape while independently maintaining the similarity of the intensity distribution in each of the two axial directions so that the aspect ratio in the two axial directions matches the aspect ratio of the light modulation unit. It is desirable to further have a shaping optical element. When the beam shaping optical element is disposed, substantially all of the light emitted from the light source is irradiated onto the light modulation unit. Since the cross-sectional shape of the light beam is corrected while maintaining the similarity of the intensity distribution, the beam is formed so that the entire light is within the area of the light modulation unit. Thereby, it is possible to form a pattern with sufficient illumination light while effectively using the micro-modulation element of the light modulation unit.
[0013]
In order to perform beam shaping, it is desirable to correct the cross-sectional shape of the light beam with a simple optical system configuration. Therefore, the beam shaping optical element is preferably a diffusing plate in which divergence angles along two axial directions can be set separately. That is, when the light is diverged, the cross-sectional shape of the light beam can be changed by separately setting the divergence angles in the two axial directions. The divergence angle in the biaxial direction is determined according to the aspect ratio of the light modulation unit. For example, a frost diffusion plate is preferably used as the diffusion plate. The frost diffusing plate is usually used for the purpose of simply diffusing light in a liquid crystal display or the like, but in the present invention, the divergence angle may be determined according to the aspect ratio of the light modulation unit.
[0014]
Since the pattern drawing method of the present invention forms a pattern on the exposure surface of the pattern forming body, the closer to the optical axis, the higher the light intensity compared to the peripheral portion, and along the first axis corresponding to the sub-scanning direction. A first state in which light having a symmetric intensity distribution around the optical axis is emitted, regularly arranged, and the light from the light source is guided to the exposure surface, and the second state is guided to other than the pattern forming body Light is guided to an exposure surface by a light modulation unit having a plurality of light modulation elements defined in any state, and an exposure area defined according to the light modulation unit is scanned in the scanning direction and sub-scanning with respect to the pattern forming body. A pattern drawing method for performing an exposure operation based on pattern data by relatively moving along the direction and controlling each of the plurality of light modulation elements according to the relative movement along the scanning direction of the exposure area. Then, while superimposing a part of the exposure area on a part of the projection area irradiated with light by the exposure operation so that the amount of light irradiation to the exposure surface becomes substantially uniform along the sub-scanning direction, The exposure area is relatively moved along the scanning direction.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a pattern drawing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the pattern drawing apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2 is a view schematically showing an exposure unit provided in the pattern drawing apparatus. The pattern drawing apparatus according to the first embodiment is a drawing apparatus that forms a circuit pattern by directly irradiating light onto a substrate such as a printed board or a silicon wafer on which a photoresist is applied.
[0017]
The pattern drawing apparatus 10 includes a gate-like structure 12 and a base 14, and an XY stage driving mechanism 19 that supports an XY stage 18 is mounted on the base 14. Is provided with a substrate SW. The gate-like structure 12 is provided with an exposure unit 20 for forming a circuit pattern on the surface of the substrate SW, and the exposure unit 20 operates in accordance with the movement of the XY stage 18. Further, the drawing apparatus 10 includes a drawing control unit (not shown here) that controls the movement of the XY stage 18 and the operation of the exposure unit 20.
[0018]
As shown in FIG. 2, the exposure unit 20 includes a DMD (Digital Micro-mirror Device) 22, an illumination optical system 24, and an imaging optical system 26, and is arranged between an argon laser 21 used as a light source and the DMD 22. The illumination optical system 24 is disposed, and the imaging optical system 26 is disposed between the DMD 22 and the substrate SW. Light (laser beam) emitted continuously from the argon laser 21 at a constant intensity is guided to the illumination optical system 24. In FIG. 2, one exposure unit 20 is shown, but in this embodiment, three exposure units are provided as will be described later, and the three DMDs are arranged at predetermined intervals. Yes.
[0019]
The illumination optical system 24 includes a diffusing plate 24A and a collimator lens 24B. When the laser beam LB passes through the illumination optical system 24, light composed of a light beam that totally illuminates the DMD 22 is formed. The DMD 22 is a light modulation unit in which minute micromirrors having an order of μm are arranged in a matrix, and each micromirror rotates and fluctuates due to an electrostatic field effect. In the present embodiment, the DMD 22 is configured by arranging M × N micromirrors in a matrix. In the following description, the micromirrors corresponding to the positions of the array (i, j) are “X”._ij“(1 ≦ i ≦ M, 1 ≦ j ≦ N). Also, as will be described later, the DMD 22 is positioned in a state of being relatively inclined with respect to the XY stage 18 by a minute angle α. .
[0020]
Micromirror X_ijIs positioned in one of the first posture for reflecting the light LB from the argon laser 21 in the direction of the exposure surface SU of the substrate SW and the second posture for reflecting the light LB in the direction outside the exposure surface SU. The posture is switched in accordance with a control signal from the unit. Micromirror X_ijIs positioned in the first position, the micromirror X_ijThe light reflected above is guided in the direction of the imaging optical system 26. The imaging optical system 26 includes two convex lenses 26A and 26C and a reflector lens 26B, and the light passing through the imaging optical system 26 is exposed on the exposure surface SU on which a photosensitive photoresist layer is formed. Irradiate a predetermined spot. Meanwhile, Micromirror X_ijIs positioned in the second position, the micromirror X_ijThe light reflected by is guided in the direction of the light absorption plate 29, and the exposure surface SU is not irradiated with light. Below, Micromirror X_ijIs defined as an ON state, and a state supported in a second posture is defined as an OFF state. In the present embodiment, the magnification of the imaging optical system 26 is set to 1 and one micromirror X_ijProjection spot Y irradiated with light by_ijThe size (width, height) of the micromirror X_ijMatches the size of.
[0021]
When all the micromirrors are in the ON state with the XY stage 18 stopped, an exposure area having a size of D × R (= (M × h) × (N × l)) on the exposure surface SU. Light is irradiated on the entire surface of the EA. However, Micromirror X_ijThe height corresponding to the sub-scanning direction (Y direction) is indicated by h, and the width corresponding to the scanning direction (X direction) is indicated by l. In this embodiment, the micromirror X_ijIs square (h = 1), and the length of one piece is set to 20 μm here. In DMD22, micromirror X_ijAre independently controlled on / off, so that the light irradiated on the entire DMD 22 is divided into light composed of light beams selectively reflected by the micromirrors. As a result, the spot corresponding to the exposure area EA on the exposure surface SU is irradiated with light corresponding to the circuit pattern to be formed at that spot. As the XY stage 18 moves, the exposure area EA relatively moves on the exposure surface SU along the scanning direction. Thereby, a circuit pattern is formed along the scanning direction.
[0022]
In the present embodiment, the XY stage 18 moves at a constant speed along the scanning direction (X direction) according to the raster scanning. DMD22 micro mirror X_ijAre controlled independently based on raster data corresponding to the circuit pattern, and the micromirror X is formed so that a predetermined circuit pattern is formed on the area on the exposure surface SU located in the exposure area EA._ijAre positioned in the first posture or the second posture, respectively. According to the relative movement of the exposure area EA accompanying the movement of the XY stage 18, the micromirror X_ijAre sequentially turned ON / OFF. When scanning for one line is completed, the XY stage 18 moves relative to the sub-scanning direction (Y direction) so that the next line can be exposed, and the folded XY stage 18 moves along the scanning direction. By exposing all the lines, a circuit pattern is formed on the substrate SW.
[0023]
The size of the DMD 22 is determined in accordance with a television display standard. The direction corresponding to the scanning direction of the DMD 22 is defined as the horizontal direction, the direction corresponding to the sub-scanning direction is defined as the vertical direction, and the width (lateral length) and When the height (length in the vertical direction) is represented by “W” and “K”, respectively, the aspect ratio (aspect ratio W: K) of the DMD 22 of this embodiment is set to 3: 4 here. Since the magnification of the imaging optical system 26 is 1, the relationship of W = R and K = D is established.
[0024]
FIG. 3 is a plan view showing the diffusion plate 24A.
[0025]
As shown in FIG. 3, the diffusing plate 24A is a frosted diffusing plate in which irregularities are arranged on glass, film, resin, or the like, and corrects the cross-sectional shape of the light beam emitted from the argon laser 21 as will be described later. Thus, the incident light is diverged at a predetermined angle along the vertical and horizontal directions. In the present embodiment, the divergence angles in the vertical and horizontal directions are determined so that substantially all the light from the argon laser 21 is irradiated on the entire surface of the DMD 22.
[0026]
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the light beam when the DMD 22 is irradiated with light, and FIG. 5 is a diagram showing a graph of light intensity distribution. The correction of the sectional shape of the light beam by the diffusion plate 24A will be described with reference to FIGS.
[0027]
As shown in FIG. 5, the intensity distribution of the laser beam LB emitted from the argon laser 21 generally follows a Gaussian distribution (normal distribution). That is, the light intensity at the center is expressed as I₀When the spot size indicating the effective radius of the light beam cross section is ω, the light intensity is expressed by the following equation.
I = I₀e^-2 ^α(Α = (x / ω)²) (1)
Where x represents the distance from the optical axis, and the spot size ω is I = I₀× 1 / e²= 0.135I₀In FIG. 5, in FIG.₀The intensity distribution when = 1 and ω = 1 is graphed.
[0028]
The intensity distribution of the laser beam LB from the argon laser 21 coincides with the biaxial direction defined in the beam cross section. Here, the biaxial direction is a direction that passes through the center of the cross section of the light beam and is orthogonal to each other. In the following, the biaxial directions are represented by “x” and “y”. However, “x” corresponds to the horizontal direction (j direction) of the DMD 22, and “y” corresponds to the vertical direction (i direction) of the DMD 22. Since the intensity distribution is the same in both the x and y directions, the light beam cross section of the laser beam LB is circular, and the light beam cross section is formed with the spot size ω as the diameter. Therefore, the ratio of the biaxial directions x and y in the light beam cross section (hereinafter referred to as the aspect ratio of the light beam cross section) substantially maintains a 1: 1 relationship.
[0029]
When the diffusing plate 24A is not arranged in the exposure unit 20, the aspect ratio of the DMD 22 and the aspect ratio of the light beam cross section do not match. Therefore, regarding the laser beam LB enlarged and shaped in the process of passing through the normal diffusing lens and collimator lens 24B, when the light beam cross section on the plane including the surface of the DMD 22 is expressed as “LF0”, the aspect ratio (L : H) is 1: 1. Therefore, a part of the laser beam LB is not irradiated into the area of the DMD 22 (see FIG. 4).
[0030]
In this embodiment, the diffusion plate 24A is disposed in the exposure unit 20, and the divergence angle in the vertical and horizontal directions of the diffusion plate 24A is such that the aspect ratio (aspect ratio) of the beam cross section corresponds to the aspect ratio of the DMD 22. It has been established. That is, the laser beam LB is expanded at different conversion rates in the vertical direction and the horizontal direction while maintaining the similarity relationship of the intensity distribution, and the spot size ω in the x direction is corrected to ω ′. As a result, the aspect ratio (= L1 / H1) of the cross section of the laser beam LB that has passed through the diffusion plate 24A is substantially equal to the aspect ratio (= W / K) of the DMD 22. As a result, the light beam cross section LF1 of the laser beam LB on the plane including the surface of the DMD 22 is entirely within the area of the DMD 22 (see FIG. 4).
[0031]
FIG. 6 is a block diagram of a drawing control unit in the drawing apparatus.
[0032]
The drawing control unit 30 includes a system control circuit 32, a DMD control unit 34, a stage control unit 38, a stage position detection unit 40, a raster conversion unit 42, and a light source control unit 44, and includes a CPU (Central Processing Unit). The control circuit 32 controls the entire drawing apparatus 10.
[0033]
When circuit pattern data corresponding to the drawing apparatus 10 is sent as CAM data to the raster conversion unit 42 of the drawing control unit 30, the circuit pattern data is converted into raster data corresponding to raster scanning and sent to the DMD control unit 34. The DMD control unit 34 uses the micromirror X in the DMD 22 based on the raster data._ijBitmap data corresponding to each ON / OFF state is generated, and the micromirror is turned on based on the bitmap data stored in the bitmap memory (not shown) and the relative position information from the stage position detector 40. A / OFF control signal is output to the DMD 22. The stage control unit 38 controls an XY stage driving mechanism 19 having a motor (not shown), and thereby the moving speed of the XY stage 18 is controlled. The stage position detector 40 detects the relative position of the XY stage 18 with respect to the exposure area EA of the XY stage 18. The system control circuit 32 sends a control signal to the light source control unit 44 in order to emit light from the argon laser 21 and outputs a control signal for controlling the exposure timing to the DMD control unit 34.
[0034]
FIG. 7 is a diagram showing relative movement of the exposure area, and FIG. 8 is a diagram showing plot intervals in the exposure operation. FIG. 9 is a diagram showing the center projection plot distribution in the unit exposure area. The exposure operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.
[0035]
As shown in FIG. 7, the DMD exposure area EA (D × R) is installed along a direction inclined by a predetermined minute angle α with respect to the sub-scanning direction (Y direction) and the scanning direction (X direction). On the substrate SW, the width R direction corresponding to the scanning direction X of the exposure area EA is defined as the X ″ direction, and the height D direction corresponding to the sub-scanning direction Y of the exposure area EA is defined as the Y ″ direction. However, since the angle α is very small, the X ″ and Y ″ directions correspond to the substantially scanning direction and the sub-scanning direction, respectively.
[0036]
As described above, the DMD 22 is composed of three DMDs and arranged side by side at equal intervals, and the three exposure areas EA1, EA2, and EA3 are exposed along the sub-scanning direction (Y ″ direction). On the exposure surface SU, the exposure areas EA1, EA2, and EA3 are defined at intervals of each exposure area length D along the Y ″ direction. Since the size of the DMD 22 matches the size of the exposure area, the interval D between the exposure areas EA1, EA2, and EA3 is equal to the height K of the DMD 22.
[0037]
As the XY stage 18 moves in the direction of arrow B, that is, in the X direction, the exposure areas EA1, EA2, and EA3 move relatively in the scanning direction (X direction) (arrows A1, A2, and A3). reference). When the exposure areas EA1, EA2, and EA3 move along the X direction by a predetermined distance on the exposure surface SU, that is, move from the right end position AA to the left end position BB on the substrate SW, the exposure area EA is substantially in the sub-scanning direction. The XY stage 18 is moved in the sub-scanning direction (Y direction) so as to relatively move along the sub-scanning direction (Y ″ direction) by about half of the length along the (Y ″ direction), that is, approximately D / 2. )
[0038]
Further, when the XY stage 18 moves along the folded X direction, the exposure areas EA1, EA2, and EA3 relatively move from the position BB to the position AA (see arrows B1, B2, and B3). Since the relative movement is approximately the distance D / 2 along the sub-scanning direction, the area G1 (projection area) scanned along the previous X direction while the exposure areas E1, E2, and E3 move along the X direction. ) Are exposed in an overlapping manner (hereinafter referred to as overlap exposure). In FIG. 7, the overlap-exposed area with respect to the exposure area EA1 is indicated by reference numeral “G2”.
[0039]
When the exposure areas EA1, EA2, EA3 reach the right end position AA again, the exposure areas EA1, EA2, EA3 are further moved relative to each other by a distance D / 2 along the substantially sub-scanning direction (Y ″ direction). After the Y stage 18 moves along the sub-scanning direction, the Y stage 18 moves again along the X direction.By performing such raster scanning sequentially, a circuit pattern is formed in the pattern formation region PK of the substrate SW. In the DMD control unit 34 (see FIG. 6), a control signal is output to the DMD 22 based on the bitmap data according to the overlap exposure, and the DMD 22 is controlled according to the detected position of the XY stage 18. Each micro mirror X_ijIs controlled.
[0040]
FIG. 8 shows a projection plot corresponding to the center position of each micromirror when the exposure area relatively moves on the exposure surface SU. While the XY stage 18 is moving at a constant speed, the micromirror is configured to be able to be switched on / off at a predetermined time interval. Here, one scanning exposure (1 along the X direction) The position P1 of the projection spot corresponding to the center position of each micromirror after completion of exposure for the line is plotted in a dot shape.
[0041]
Furthermore, the angle α with respect to the scanning direction X in the moving direction of the XY stage 18 is determined so that the central projection plot is uniformly distributed after the end of one scanning exposure. Accordingly, the projection plot is regularly distributed along the X ″ direction and the Y direction with a plot interval d0.
[0042]
In FIG. 9, one micromirror X_ijThe distribution of the central projection plot P1 in the exposure area Ea according to the above is shown. Since the XY stage 18 is inclined by an angle α with respect to the X direction, the central projection plot P1 is observed from the exposure surface SU by the angle α with respect to the X direction (scanning direction) in the unit exposure area Ea. Inclined distribution. The exposure interval in the X direction (= stage moving speed × micromirror ON / OFF time interval) and the scanning direction (X direction) of the exposure area EA (D × R) by the DMD 22 so that the plot interval d is 1.25 μm. Is set to 1/16 of the size of a piece of 20 μm in a square micromirror. Therefore, 16 × 16 = 256 projection plots are distributed in the unit exposure area Ea. As a result, the mirror projection size Y_ijDrawing is performed with a resolution (here, 1.25 μm) that is equal to or less than (unit exposure area Ea).
[0043]
When the exposure areas EA1, EA2, and EA3 are moved by one line along the X direction, the exposure areas EA1, EA2, and EA3 are relatively moved by approximately D / 2 along the Y direction (sub-scanning direction) (see FIG. 7). . At this time, as shown in FIG. 8, the central projection plot P2 distributed when scanning along the folded X direction is alternately arranged at equal intervals with the central projection plot P1 in the previous X-direction scanning. A minute position change of the Y stage 18 is performed. That is, the position of the exposure area EA1 is slightly displaced so that the central projection plot P2 moves by d0 / 2 along the X ″ direction and the Y direction. By such overlapping exposure, drawing is performed with a resolution of 0.625 μm. That is, by the overlap exposure, 256 exposure operations can be performed over the entire unit exposure area Ea, and multiple exposure can be performed without unevenness in the light irradiation amount in the vicinity of the same region. .
[0044]
FIG. 10 is a diagram showing a cross section of the laser beam LB with respect to the DMD 22, and FIG. 11 is a diagram showing a graph showing the light quantity variation and the light quantity acquisition rate.
[0045]
As shown in FIG. 10, the width and height of the DMD 22 are represented here as Sx and Sy, and the length along the x direction of the light beam cross section corrected by the diffusion plate 24A is defined as the length along the Bx and y direction. Let it be By. However, Bx and By are the spot sizes (I₀/ E²) Bx and By can be arbitrarily set according to the width and height Sx and Sy of the DMD 22 as long as the conditions for the light to substantially enter the DMD 22 are satisfied.
[0046]
In FIG. 11, when the amount of movement in the Y ″ direction after the end of one scanning exposure is set to Sy / 2 and overlapping is performed, the sub-scanning direction (when the light quantity capture rate in the scanning direction (X direction) is 100% ( The horizontal axis shows the ratio of By to Sy (By / Sy), and the vertical axis shows the light quantity fluctuation rate and the light quantity capture rate. As can be seen from the curve J representing the light quantity fluctuation rate shown in Fig. 11, when the By / Sy ratio is about 0.9, the light quantity fluctuation rate is about 3% and the light quantity capture rate is high. Therefore, the divergence angles in the vertical and horizontal directions of the diffusion plate 24A are preferably determined so that the ratio By / Sy is 0.9.
[0047]
As described above, according to the present embodiment, the exposure areas EA1, EA2, and EA3 corresponding to the DMD 22 are moved relatively on the substrate SW by the movement of the XY stage 18, and the exposure areas EA1, EA2, and EA3 are moved. Along with the micro mirror X of DMD22_ijAre controlled respectively. When the exposure area EA moves relatively in the Y direction (sub-scanning direction), the exposure area EA moves by a distance D / 2 that is substantially half of the exposure areas EA1, EA2, and EA3. As a result, the exposure areas EA1, EA2, and EA3 relatively move along the X direction (scanning direction) while overlapping with the area GA2 that is half of the projection area G1 scanned last time (see FIG. 7). By performing such overlap exposure, two exposures are performed on the same region.
[0048]
The light intensity distribution of the laser beam LB is a Gaussian distribution along the Y direction (see FIG. 5), and the closer to the center of the exposure areas EA1, EA2, and EA3, the light dose compared to the dose near the periphery. There are many. Therefore, by sequentially performing overlap exposure for each half of the exposure areas EA1, EA2, and EA3, the light irradiation amount along the Y direction (sub-scanning direction) finally has a substantially uniform distribution. This makes it possible to form an accurate circuit pattern.
[0049]
Further, when the exposure operation in the X direction for one line is completed and the XY stage 18 moves to the next scanning line, each micromirror X_ijThe XY stage 18 is fluctuated by a minute distance along the X and Y directions so that the central projection plots P1 and P2 corresponding to the center position are alternately arranged regularly (see FIG. 8). By finely displacing the exposure areas EA1, EA2, and EA3, the amount of light irradiated to the same region is further uniformized.
[0050]
In the pattern writing apparatus, it is important to shorten the time required for pattern formation. The central projection plot interval d0 depends on the moving speed of the XY stage 18 and the micromirror X._ijON / OFF switching time interval. Therefore, if the center projection plot interval is widened by increasing the moving speed of the XY stage 18, the overlap exposure is not performed even if the overlap exposure is performed in which the number of times the exposure area is scanned is doubled. The circuit pattern can be formed in the same time.
[0051]
In the present embodiment, the DMD exposure area EA (D × R) is installed with a predetermined angle α shifted from the scanning direction, and the micromirror X_ijSince one ON / OFF switching operation can be executed at very short time intervals, one micromirror X_ijA large number of projection plots P1 and P2 are distributed in the unit exposure area Ea corresponding to. However, exposure may be performed by a step-and-repeat method instead of such a moving method. In this case, the XY stage 18 only needs to move along the X direction together with the exposure area EA, and one central projection plot is distributed at the center of each unit exposure area Ea.
[0052]
In the present embodiment, the exposure areas EA1, EA2, and EA3 are slightly displaced relative to each other so that light is irradiated as uniformly as possible, and then the next exposure operation is started (see FIG. 8). You may comprise so that overlap exposure may be performed so that center projection plot P1, P2 may correspond. A light source other than an argon laser (for example, an LED) may be applied.
[0053]
In this embodiment, the diffusion plate 24A is provided for correcting the beam cross-sectional shape of the laser beam LB, but a normal diffusion lens may be provided instead.
[0054]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the exposure operation is executed while overlapping the exposure areas by ¼. That is, the same area is exposed four times.
[0055]
FIG. 12 is a diagram showing the movement of the exposure area in the second embodiment. FIG. 13 is a diagram showing the distribution of the central projection plot. FIG. 12 shows only movement of one exposure area EA1.
[0056]
When the exposure area EA1 moves to the position BB along the X direction by one line, the exposure area EA1 substantially moves along the Y direction by a distance D / 4. When the return exposure area EA1 moves to the position AA, the exposure area EA1 moves along the Y direction by a distance D / 4. By sequentially performing such a movement, the exposure operation is performed four times on the quarter of the exposure area EA1.
[0057]
Further, as shown in FIG. 13, when the XY stage 18 moves along the Y direction in order to execute an exposure operation along the next scanning direction, the center projection plots P1 to P4 are alternately arranged at regular intervals. The position of the XY stage 18 is slightly changed so as to be distributed.
[0058]
As described above, according to the second embodiment, the exposure operation is performed four times on the same region, and the central projection plot becomes denser and regularly distributed alternately. Therefore, the amount of light irradiation is further uniformized within the same region.
[0059]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, it is possible to make the amount of light irradiated to the exposure surface uniform according to the characteristics of the light source.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a pattern drawing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an exposure unit provided in the pattern drawing apparatus.
FIG. 3 is a plan view showing a diffusion plate.
FIG. 4 is a view showing a cross section of a light beam when light is applied to a DMD.
FIG. 5 is a graph showing a light intensity distribution graph;
FIG. 6 is a block diagram of a drawing control unit in the drawing apparatus.
FIG. 7 is a diagram showing a relative movement of an exposure area.
FIG. 8 is a diagram showing a projection plot corresponding to the center position of each micromirror when the exposure area relatively moves on the exposure surface.
FIG. 9 is a diagram showing a central projection plot distribution in a unit exposure area.
FIG. 10 is a diagram showing a beam cross section of a laser beam with respect to DMD.
FIG. 11 is a graph showing a light amount variation and a light amount acquisition rate.
FIG. 12 is a diagram showing movement of an exposure area in the second embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing a distribution of central projection plots in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Pattern drawing device
19 XY stage drive mechanism
21 Argon laser (light source)
22 DMD (light modulation unit)
24A diffusion plate (beam shaping optical element)
32 System control circuit
34 DMD controller
38 Stage control unit
40 Stage position detector
EA exposure area
X_ijMicro mirror (light modulation element)
X Scanning direction
Y Sub-scanning direction
SW substrate (patterned body)
SU exposure surface
P1, P2, P3, P4 center projection plot

Claims

A light source for forming a pattern on the exposed surface of the object to be patterned;
A plurality of light modulation elements that are regularly arranged and defined in any one of a first state that guides light from the light source to the exposure surface and a second state that guides light other than the pattern forming body. A light modulation unit;
Exposure area relative movement control means for moving an exposure area defined according to the light modulation unit relative to the pattern forming body along a scanning direction and a sub-scanning direction;
Exposure control means for performing an exposure operation based on pattern data by controlling each of the plurality of light modulation elements according to relative movement along the scanning direction of the exposure area,
As the light source is closer to the optical axis, the light intensity is higher than that of the peripheral portion, and emits light having a symmetric intensity distribution around the optical axis along the first axis according to the sub-scanning direction,
The exposure area relative movement control means applies the exposure to a part of the projection area irradiated with light by the exposure operation so that the amount of light irradiation to the exposure surface becomes substantially uniform along the sub-scanning direction. A pattern drawing apparatus characterized by relatively moving the exposure area along a scanning direction while overlapping a part of the area.

The pattern drawing apparatus according to claim 1, wherein the light source emits light having a Gaussian distribution of light intensity along the first axial direction.

The exposure area relative movement control means performs the exposure operation twice with respect to the same area of the exposure surface, so that the exposure area is moved by a distance half the length along the sub-scanning direction of the exposure area. The pattern drawing apparatus according to claim 1, wherein the exposure area is relatively moved along the sub-scanning direction.

The exposure area relative movement control means performs a distance of 1/4 of the length along the sub-scanning direction of the exposure area so that the exposure operation is performed four times on the same area of the exposure surface. The pattern drawing apparatus according to claim 1, wherein the exposure area is relatively moved along a sub-scanning direction.

The exposure area relative movement control means executes the exposure operation while shifting the unit exposure area corresponding to each of the plurality of light modulation elements, so that the scanning direction and the sub-direction are shifted by a predetermined amount corresponding to the size of the unit exposure area. The pattern drawing apparatus according to claim 1, wherein the exposure area is further relatively displaced along at least one of the scanning directions.

The exposure area relative movement control unit relatively displaces the exposure area so that center projection plots indicating center position projection images of the plurality of light modulation elements are alternately arranged at equal intervals. 5. The pattern drawing apparatus according to 5.

The exposure area relative movement control means continuously moves the exposure area at a constant speed along the scanning direction,
The exposure control means forms a pattern on the exposure surface according to a switching time interval to the first and second states and a moving speed of the exposure area for the plurality of light modulation elements. Item 4. The pattern drawing apparatus according to Item 1.

The plurality of light modulation elements are arranged in a matrix,
The movement speed of the exposure area is determined so that the switching time interval is shorter than the unit exposure area passage time required for relative movement by the size in the scanning direction of the unit exposure area corresponding to each of the plurality of light modulation elements. The pattern drawing apparatus according to claim 7, wherein:

The pattern drawing apparatus according to claim 7, wherein the pattern forming body relatively moves in a state where the projection area of the light modulation unit is inclined at a predetermined angle with respect to a scanning direction.

The pattern writing apparatus according to claim 1, wherein the light modulation unit is a DMD (Digital Micro-mirror Device) including a micromirror as the light modulation element.

Further comprising a beam shaping optical element for correcting the cross-sectional shape of the light emitted from the light source,
The light source emits light having symmetric intensity distributions along two axes that are perpendicular to each other through the center in the cross section of the light beam, and the first axis is one axis. And
The beam shaping optical element irradiates substantially all of the light emitted from the light source to the light modulation unit, so that the aspect ratio in the biaxial direction matches the aspect ratio of the light modulation unit. 4. The pattern drawing apparatus according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the light beam is corrected while maintaining the similarity of the intensity distribution in the axial direction independently.

The beam shaping optical element is a diffuser plate capable of individually setting a divergence angle along the two axial directions;
The pattern drawing apparatus according to claim 10, wherein a divergence angle in the biaxial direction is determined according to an aspect ratio of the light modulation unit.

The pattern drawing apparatus according to claim 11, wherein the diffusion plate is a frost type diffusion plate.

The beam shaping optical element has a beam cross-section such that a ratio of the length in the sub-scanning direction of the light modulation unit to the length in the sub-scanning direction of the beam cross-sectional shape corrected by the beam shaping optical element is 0.9. The pattern drawing apparatus according to claim 11, wherein the shape is corrected.

In order to form a pattern on the exposure surface of the pattern forming body, the closer to the optical axis, the higher the light intensity compared to the peripheral part, and the symmetry about the optical axis along the first axis corresponding to the sub-scanning direction. It has an intensity distribution and emits light,
A plurality of light modulation elements that are regularly arranged and defined in any one of a first state that guides light from the light source to the exposure surface and a second state that guides light other than the pattern forming body. The light is guided to the exposure surface by a light modulation unit,
An exposure area defined according to the light modulation unit is moved relative to the pattern formation body along a scanning direction and a sub-scanning direction,
A pattern drawing method for performing an exposure operation based on pattern data by controlling each of the plurality of light modulation elements according to relative movement along a scanning direction of the exposure area,
While superimposing a part of the exposure area on a part of the projection area irradiated with light by the exposure operation so that the amount of light irradiation to the exposure surface becomes substantially uniform along the sub-scanning direction, A pattern drawing method, wherein the exposure area is relatively moved along a scanning direction.