JP2005353927A - パターン描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２次元に空間変調された光により高解像度で高速に適切なパターンを描画する。
【解決手段】ＤＭＤの微小ミラーに対応する光照射領域６１の配列を基板上に設定された描画セル６２０の配列に対して傾斜させ、光照射領域群を描画セル群に対して主走査方向である（−Ｙ）方向に相対的に移動することによりパターンの描画を行う場合に、およそＹ方向に関して互いに隣接する２つの光照射領域６１において、Ｘ方向に対する中心間の距離を描画セル６２０の描画ピッチに等しく、かつ、Ｙ方向に対する中心間の距離を描画ピッチのａ倍とし、描画ピッチのｎ倍（ただし、ｎは３以上の整数）の距離だけ光照射領域群を相対的に移動する間に各光照射領域６１への光照射のＯＮ／ＯＦＦを１回制御する。ここで、（ａ^２＋１）とｎとを互いに素とすることにより、高解像度で高速に適切なパターンを描画することができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、感光材料に空間変調された光を照射してパターンを描画するパターン描画装置に関する。

従来より、空間光変調デバイスを用いて感光材料上にパターンを描画する技術が提案されている。このような技術として、例えば、特許文献１では、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）が投影された光照射領域群を、その配列方向に対して傾斜した走査方向へと感光材料上を走査することにより、光照射領域群よりも高い密度にて感光材料上に設定された描画セル群にパターンを描画する技術が開示されている。また、特許文献１では、各光照射領域への光の照射のＯＮ／ＯＦＦ制御を、光照射領域群が描画セル２個分の距離を移動する毎に行うことにより、倍速で描画を行う手法も開示されている。
特開２００３−３３２２２１号公報

ところで、半導体基板やプリント基板の微細化によりパターンの描画速度の向上は重要となっており、特許文献１に記載の手法においても２倍速を超える速度でのパターン描画の実現が望まれる。しかしながら単純に光照射領域群の移動速度を高くしただけで適切な高速描画が実現されるとは限らない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、２次元に配列された光照射領域群を配列方向に対して傾斜した走査方向に走査して高解像度にて描画を行う際に、高速かつ適切な描画の実現を目的としている。

請求項１に記載の発明は、感光材料に光を照射してパターンを描画するパターン描画装置であって、感光材料上において互いに垂直な２つの配列方向に一定のピッチにて配列される光照射領域群のそれぞれへと変調された光を照射する光照射部と、感光材料上において前記光照射領域群を配列方向に対して傾斜した走査方向に走査させ、前記走査方向および前記走査方向に垂直な方向に一定の描画ピッチにて前記感光材料上に固定配列された描画領域群のそれぞれに対して複数の光照射領域を相対的に通過させる走査機構と、前記光照射領域群の走査に同期しつつ前記光照射領域群への光照射のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することにより、感光材料上の各描画領域に照射される光の量を制御する制御部とを備え、前記光照射領域群の前記２つの配列方向のうち前記走査方向におよそ沿う方向に関して互いに隣接する光照射領域において、前記走査方向に垂直な方向に対する中心間の距離が前記描画ピッチに等しく、前記走査方向に対する中心間の距離が前記描画ピッチのａ倍（ただし、ａは２以上の整数）であり、前記制御部が前記描画ピッチのｎ倍（ただし、ｎは３以上の整数）の距離だけ前記光照射領域群を相対的に移動する間に前記光照射のＯＮ／ＯＦＦを１回制御し、（ａ^２＋１）とｎとが互いに素である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン描画装置であって、前記光照射領域群において前記２つの配列方向のうち前記走査方向におよそ沿う方向に配列される光照射領域の数がＭであり、Ｍが（ａ×ｎ）の整数倍である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のパターン描画装置であって、光照射領域への光の照射がＯＮとされた後、前記光照射領域群の前記描画ピッチのｎ倍の距離の相対移動が完了する前に前記光照射領域への光の照射がＯＦＦとされる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のパターン描画装置であって、前記光照射領域への光の照射がＯＮとされてからＯＦＦとされるまでの間に、前記光照射領域群が前記描画ピッチだけ相対移動する。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載のパターン描画装置であって、前記光照射部が、ＯＮ／ＯＦＦ制御可能な光源と、前記光源からの光を空間変調する空間光変調デバイスとを備える。

本発明によれば、空間変調された光を用いて解像度にて高速描画を行うことができる。また、請求項２の発明では、各描画領域に等しい回数だけ重複露光を行うことができ、請求項３および４の発明では、走査方向の描画解像度の低下を抑えることができる。請求項５の発明では、光源のＯＮ／ＯＦＦ制御により容易に走査方向の解像度の低下を抑えることができる。

図１は本発明の一の実施の形態に係るパターン描画装置１の構成を示す図である。図１では装置の内部構造を示すために装置の一部を破線にて示している。パターン描画装置１は、フォトレジスト膜が形成された基板９を保持するステージ２、ステージ２を図１中のＹ方向へと移動させるステージ移動機構３１、光ビームを基板９に向けて出射する光照射部４、光照射部４のヘッド部４０を図１中のＸ方向へと移動させるヘッド部移動機構３２、並びに、光照射部４およびヘッド部移動機構３２に接続された制御部５を有する。

光照射部４はヘッド部４０に接続された光源ユニット４１を有し、光源ユニット４１は、光源である高出力のＬＥＤ４１１およびレンズ群４１２を備え、レンズ群４１２からの光は光ファイバ４１３に入射してヘッド部４０へと導かれる。ヘッド部４０は格子状に配列された微小ミラー群が設けられたＤＭＤ４２を有し、微小ミラー群により光源ユニット４１からの光ビームが反射されることにより２次元に空間変調された光ビームが導き出される。

具体的には、光ファイバ４１３から出射された光はロッドインテグレータ４３３、レンズ４３４およびミラー４３５を介してミラー４３６へと導かれ、ミラー４３６は光ビームを集光させつつＤＭＤ４２へと導く。ＤＭＤ４２へと入射する光ビームは所定の入射角でＤＭＤ４２の微小ミラー群に均一に照射される。以上のように、ロッドインテグレータ４３３、レンズ４３４、ミラー４３５およびミラー４３６により光源ユニット４１からの光をＤＭＤ４２へと導く照明光学系４３が構成される。

ＤＭＤ４２の各微小ミラーのうち所定の姿勢（後述するＤＭＤ４２による光照射の説明において、ＯＮ状態に対応する姿勢）にある微小ミラーからの反射光のみにより形成される変調された光ビームの束（すなわち、空間変調された光ビーム）はキューブビームスプリッタ４４１へと入射して反射され、ズームレンズ４４２により倍率が調整されて投影レンズ４４３へと導かれる。ズームレンズ４４２はズーム用のアクチュエータ４４２ａにより変倍可能とされ、投影レンズ４４３はオートフォーカス（ＡＦ）用のアクチュエータ４４３ａにて焦点合わせが可能とされる。そして、投影レンズ４３９からの光ビームは微小ミラー群に対して光学的に共役とされる基板９上の領域へと導かれ、各微小ミラーにて変調された（すなわち、変調の要素となる）光ビームが対応する光照射領域に照射される。このように、パターン描画装置１ではキューブビームスプリッタ４４１、ズームレンズ４４２、投影レンズ４４３により、各微小ミラーからの光を基板９上の対応する光照射領域へと縮小投影する投影光学系４４が構成される。

なお、キューブビームスプリッタ４４１の上方には、ハーフミラー４５１、ＡＦ用のレーザダイオード（ＬＤ）４５２およびＡＦ検出用のセンサ４５３が配置され、ＬＤ４５２からの光がハーフミラー４５１を透過してキューブビームスプリッタ４４１、ズームレンズ４４２、投影レンズ４４３を介して基板９に照射され、基板９からの光が逆方向に進んでハーフミラー４５１にて反射されてセンサ４５３により検出される。センサ４５３の出力はＡＦ時のアクチュエータ４４３ａの制御に利用される。

ステージ２はリニアモータであるステージ移動機構３１の移動体側に固定されており、制御部５がステージ移動機構３１を制御することにより、微小ミラー群からの光が照射される光照射領域群（１つの微小ミラーが１つの光照射領域に対応するものとする。）がフォトレジスト膜上を図１中のＹ方向に相対的に連続的に相対移動する。すなわち、光照射領域群はヘッド部４０に対して相対的に固定され、基板９の移動により光照射領域群が基板９上を移動する。

ヘッド部４０はヘッド部移動機構３２の移動体側に固定され、光照射領域群の主走査方向（図１中のＹ方向）に対して垂直な副走査方向（Ｘ方向）に間欠的に移動する。すなわち、主走査が終了する毎にヘッド部移動機構３２は次の主走査の開始位置へとヘッド部４０をＸ方向に移動させる。

図２はＤＭＤ４２を示す図である。ＤＭＤ４２はシリコン基板４２１の上に多数の微小ミラーが格子状に等間隔に配列された（互いに垂直な２方向にＭ行Ｎ列に配列されているものとして以下説明する。）微小ミラー群４２２を有する空間光変調デバイスであり、各微小ミラーに対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って、各微小ミラーが静電界作用により所定の角度だけ傾く。なお、光は、ＤＭＤ４２に垂直であって列方向に対して４５度の角度をなす面に沿って入射角２４度で入射し、各微小ミラーを均一に照明する。ＤＭＤ４２は実際には７６８行１０２４列の微小ミラーを有するものが使用され、先頭行から１９２行分のみが照明される。

図１に示す制御部５からＤＭＤ４２にリセットパルスが入力されると、各微小ミラーは対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って反射面の対角線を軸として所定の姿勢に一斉に傾く。これにより、ＤＭＤ４２に照射された光ビームは各微小ミラーの傾く方向に応じて反射され、光照射領域への光照射のＯＮ／ＯＦＦが行われる。つまり、メモリセルにＯＮを示すデータが書き込まれた微小ミラーがリセットパルスを受信すると、その微小ミラーに入射する光はズームレンズ４３７へと反射され、対応する光照射領域に光（微小な光ビーム）が照射される。また、微小ミラーがＯＦＦ状態とされると、微小ミラーは入射した光をズームレンズ４３７とは異なる所定の位置へと反射し、対応する光照射領域は光が導かれない状態とされる。

図３はパターン描画装置１における基板９上の光照射領域６１および描画セル６２０を示す図である。光照射領域６１はヘッド部４０に対して固定された領域であり、描画セル６２０は基板９上に固定された描画制御の最小単位に相当する領域（例えば、２μｍ四方とされる。）であり、ヘッド部４０が基板９に対して相対的に移動することにより、光照射領域６１が描画セル６２０上を相対的に移動する。描画セル６２０は、ＤＭＤ４２による光照射領域６１の中心位置（正確には、連続的に移動している途中の光照射領域６１の中心位置）を基準に基板９上の領域を分割した露光領域である。図３では、ＤＭＤ４２の各微小ミラーに対応して光が照射される格子状の光照射領域群を二点鎖線にて示し、基板９上の描画セル群を実線にて示している。なお、図３では描画セル６２０および光照射領域６１の一部のみが図示されている。

描画セル６２０は図３中のＸ方向（副走査方向）およびＹ方向（主走査方向）にそれぞれ同一のピッチ（以下、「描画ピッチ」と呼ぶ。）ＰＷで固定配列された矩形の露光領域であり、対応する描画セルデータ（ＤＭＤ４２に書き込まれるデータ）に従った光の照射が光照射領域６１の中央の描画セル６２０（符号６２１を付す。）を中心として行われる。ＤＭＤ４２の各微小ミラーの反射光が照射される光照射領域６１は微小ミラーの形状に対応しておよそ正方形の領域となっている。図４に示すように、光照射領域６１はＤＭＤ４２の微小ミラーに対応して互いに垂直な２方向に対して一定のピッチ（以下、「照射ピッチ」と呼ぶ。）ＰＩにてＭ行Ｎ列に配列され、光照射領域６１の配列方向が主走査方向に対して傾斜するようにＤＭＤ４２がヘッド部４０内において傾斜して設けられる。

図３に示すように、光照射領域群の主走査方向に対する傾斜は、光照射領域群の２つの配列方向のうち、主走査方向におよそ沿う方向（主走査方向とのなす角が小さい方向）に関して互いに隣接する２つの光照射領域６１において、副走査方向（Ｘ方向）の中心間距離Ｌ１と描画セル６２０の描画ピッチＰＷ（副走査方向に関して隣接する描画セル６２０の中心間距離）とが等しくなり、かつ、主走査方向（Ｙ方向）の中心間距離Ｌ２が描画ピッチＰＷの４倍となるように傾けられる。以下の説明では、およそＹ方向に沿う方向をＤＭＤ４２における列方向といい、およそＸ方向に沿うもう一つの方向を行方向と呼ぶ。図４中に平行斜線を付して示すように、主走査方向に正確に沿って並ぶ２つの光照射領域６１は列方向に照射ピッチＰＩの４倍、行方向に照射ピッチＰＩだけ離れる。

次に、パターン描画装置１が基板９上のフォトレジスト膜へのパターンの描画を行う際の動作について図５を参照しながら説明を行う。以下、パターン描画装置１の動作の説明においては、描画セル群に対して光照射領域群が主走査方向および副走査方向に移動するものとする。

まず、描画が開始される際には、描画セル６２０のうち最初の光照射領域６１の位置に対応するもの（例えば、図３において各光照射領域６１の中央に位置する符号６２１を付す描画セル）への描画セルデータが、制御部５から対応するＤＭＤ４２の各微小ミラーのメモリセルに送信される（ステップＳ１１）。その後、光照射領域群の主走査が開始され（ステップＳ１２）、描画セル群に対して光照射領域群が描画開始位置に到達すると（ステップＳ１３）、制御部５がＤＭＤ４２にリセットパルスを送信することにより、各微小ミラーがメモリセルのデータに応じた姿勢となり、最初の描画セル６２１への露光が行われる（ステップＳ１４）。なお、正確には、上記露光は光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する動作を指し、光が照射されない場合を含むが、以下の説明では露光に係る制御を単に「露光」と呼ぶ。

リセットパルスが送信された後、すぐに次の描画セル６２０（本実施の形態では図３中の各描画セル６２１の（−Ｙ）側に４描画ピッチだけ離れた描画セル６２２）に対応する描画セルデータが各微小ミラーのメモリセルに送信され、メモリセルへのデータの書き込みが行われる（ステップＳ１６）。リセットパルスのＤＭＤ４２への送信は、ステージ移動機構３１がステージ２を主走査方向へ連続的に移動させる動作に同期して行われ、１回目のリセットパルスから描画セル群が主走査方向へ描画ピッチＰの４倍の距離だけ移動した時点で次のリセットパルスがＤＭＤ４２へと送信され（ステップＳ１７，Ｓ１４）、各微小ミラーが描画セルデータに従った姿勢となる。したがって、最初のリセットパルス後の各光照射領域への光照射のＯＮ／ＯＦＦの状態は、描画セル群が描画ピッチの４倍の距離を移動する間維持される。

制御部５がステージ移動機構３１による光照射領域群の走査に同期しつつ光照射領域群への光照射のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御して以上の露光が繰り返されると、１８回目のリセットパルス（最初のリセットパルスを含む。）で最初に露光が行われた描画セル６２１を中心とする２度目の露光が行われる。１８回目のリセットパルスの直前の状態（すなわち、１７回目のリセットパルスの後の状態）では、最初に露光が行われた描画セルから（−Ｙ）方向に向かって並ぶ１７個の描画セル（最初の描画セルを含む。）のそれぞれを中心とする露光が１回だけ行われた段階となっている。上記描画動作について、図６ないし図９を参照してさらに詳しく説明する。

図６は描画セル群と光照射領域群とを示す図であり、黒く塗りつぶした描画セル６２０（符号６２ａを付す。）を中心として最初のリセットパルス時に露光が行われる。図６では、描画セル６２ａに対して正確に（＋Ｙ）側に位置する光照射領域６１、すなわち、列方向に４照射ピッチかつ行方向に１照射ピッチだけ互いに離れた複数の光照射領域６１に平行斜線を付しており、（−Ｙ）側のものから順に、符号６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅを付している。

以下の説明では、リセットパルス時に光照射領域６１ａ〜６１ｅの中央に位置する描画セルに符号６２ａ〜６２ｅを付す。また、理解を補助するために、最初の露光時に光照射領域６１ａの中心に位置する描画セル６２ａの位置を座標表現を用いてＣ（０，０）と表し、描画セル６２ａの（−Ｙ）側に隣接する描画セルの位置をＣ（０，１）と表す。また、光照射領域６１ａ〜６１ｅの位置も行および列方向の座標表現を用いてそれぞれＲ（０，０）、Ｒ（１，４）、Ｒ（２，８）、Ｒ（３，１２）、Ｒ（４，１６）と表す。これらの座標表現は適宜説明中に付加する。

図７は２回目のリセットパルスがＤＭＤ４２に送信された時点での描画セル群と光照射領域群とを示す図である。１回目のリセットパルスの後、光照射領域群が描画セル群に対して描画ピッチの４倍の距離を移動する間、各光照射領域に対する露光状態（光照射のＯＮまたはＯＦＦ）が維持され、２回目のリセットパルスの時点では、最初の描画セル６２ａ（Ｃ（０，０））から（−Ｙ）方向に描画ピッチの４倍の距離だけ離れた描画セル６２ａ（Ｃ（０，４））を中心として露光が行われる。図８は６回目のリセットパルス時の様子を示しており、（−Ｙ）側の描画セル６２ａ（Ｃ（０，２０））を中心とする光照射領域６１ａへの露光が行われるとともに、最も（＋Ｙ）側の描画セル６２ａ（Ｃ（０，０））から３描画ピッチだけ（−Ｙ）側に離れた描画セル６２ｂ（Ｃ（０，３））を中心とする光照射領域６１ｂ（Ｒ（１，４））に対しても露光が行われる。以後、光照射領域群が描画ピッチの４倍の距離を移動する毎に光照射領域６１ｂにおいて一の描画セル６２ａから３描画ピッチだけ（−Ｙ）側に離れた描画セルを中心とする露光が行われる。

図９は１８回目のリセットパルスがＤＭＤ４２に送信された直後の状態を示す図である。図９に示すように光照射領域群が（−Ｙ）方向へと描画セル群に対して相対的に移動すると、最も（−Ｙ）側の光照射領域６１ａによる露光の中心となった複数の描画セル６２ａの間の描画セルを中心として光照射領域６１ｂ〜６１ｄにより露光が行われる。その結果、図９中の描画セル群の最も（−Ｘ）側の列の（＋Ｙ）側の部分に注目すると、光照射領域６１ａ，６１ｄ，６１ｃ，６１ｂにより露光が行われた４個の描画セル６２ａ，６２ｄ，６２ｃ，６２ｄが（−Ｙ）方向に向かって順番に並ぶこととなり、１８回目のリセットパルスの直前は、最初に露光が行われた描画セル６２ａ（Ｃ（０，０））から（−Ｙ）方向に向かって並ぶ１７個の描画セル（最初の描画セルを含む。）のそれぞれを中心とする露光が１回だけ行われた段階となる。

そして、１８回目のリセットパルスに同期して最も（＋Ｙ）側の描画セル６２ａ（Ｃ（０，０））を中心とする光照射領域６１ｅ（Ｒ（４，１６））への露光が行われる。以後、リセットパルスに同期して、図９に示す光照射領域よりもさらに（＋Ｙ）側に存在する光照射領域により、同一の描画セルを中心とする２回目の露光が順次行われ、さらに、同一描画セルへの３回目以降の露光も行われる。重複露光の周期は１７リセットパルスとなる。

上記重複露光の様子を座標表現を用いて説明すると、リセットパルス時に、Ｃ（０，４ｋ）（ｋは０以上の整数）の描画セル６２０はＲ（ｍ，４ｍ）（ｍ＝０，４，８，１２・・・４４）の光照射領域６１の中心に位置し、Ｃ（０，４ｋ＋１）の描画セル６２０はＲ（ｍ，４ｍ）（ｍ＝３，７，１１，１５・・・４７）の光照射領域６１の中心に、Ｃ（０，４ｋ＋２）の描画セル６２０はＲ（ｍ，４ｍ）（ｍ＝２，６，１０，１４・・・４６）の光照射領域６１の中心に、Ｃ（０，４ｋ＋３）の描画セル６２０はＲ（ｍ，４ｍ）（ｍ＝１，５，９，１３・・・４５）の光照射領域６１の中心にそれぞれ位置する。

以上の動作を繰り返すことにより、パターン描画装置１においてＭ行の微小ミラーを備えるＤＭＤ４２が用いられる場合には、ステージ移動機構３１により基板９上の各描画セル６２０に対して複数の光照射領域６１が相対的に通過することにより（Ｍ／１６）回重複して露光動作が行われ、各描画セル６２０を中心とする（Ｍ／１６）階調の光量制御が可能とされる。実際にはＭは１９２とされ、１２回の重複露光の制御が行われる。もちろん、図３に示すように１つの光照射領域６１は複数の描画セル６２０を覆う大きさであり、さらに、２つのリセットパルス間において露光状態を維持しつつ描画セル群が描画ピッチの４倍の距離移動するため、正確に（Ｍ／１６）階調の光照射を行うことができない。しかしながら、描画されるパターンの最小線幅（すなわち、パターン分解能）は線幅の最小制御単位（すなわち、線幅精度）よりも十分大きくされ、連続して存在する幾つかの描画セル６２０に対して光の照射が行われ、連続して存在する他の幾つかの描画セル６２０に対して光が照射されない動作が行われるため、実用上は問題は生じない。例えば、パターン中の線幅または隣接する線の間のスペースの幅が２０μｍとされ、線幅またはスペースの幅の最小制御単位が２μｍとされる。

光照射領域群の１回の主走査の間に行われる描画が完了すると（図５：ステップＳ１５）、主走査が停止される（ステップＳ１６）。そして、他の主走査が行われる場合にはヘッド部移動機構３２により光照射領域群がＸ方向に副走査されてステップＳ１１へと戻り、ステージ移動機構３１によりステージ２を逆方向（（−Ｙ）方向）へと移動させつつ次の描画が行われる。

以上のように、パターン描画装置１では、リセットパルス間に描画セル群を描画ピッチの４倍の距離だけ移動するため、リセットパルス間に描画セル群を描画ピッチだけ移動する場合に比べて４倍の速度にて描画が行われる（以下、この動作を「４倍速描画」と呼ぶ。）。これにより、パターンの線幅の制御しつつ高速に描画を行うことができる。

ところで、図９に示すように、描画ピッチの４倍だけ離れた２つの描画セル６２ａ（黒く塗りつぶしたもの）の間の各描画セルを中心とする光照射領域６１ｂ〜６１ｄへの露光が確実に行われるためには、換言すれば、各描画セルを中心とする露光を行うには、光照射領域６１間の描画ピッチ数とリセットパルス間に描画セル群が移動する距離の描画ピッチ数とが互いに素である（両者の最大公約数が１である）ことが必要となる。図９の場合、光照射領域６１間の描画ピッチ数が１７であり、リセットパルス間に描画セル群が移動する距離の描画ピッチ数は４であり、互いに素である。なお、光照射領域６１間の描画ピッチ数が１７であることから、光照射領域６１の行数が十分に大きい場合は２倍速から１６倍速の間で任意に描画速度が変更可能となる。

図１０ないし図１３は、光照射領域群の傾斜と光照射領域６１の大きさとの関係を示す図である。図１０では、走査方向に沿って並ぶ２つの光照射領域６１が、列方向に照射ピッチＰＩの２倍、行方向に照射ピッチＰＩだけ離れた状態を示し、図１１、図１２、図１３では走査方向に沿って並ぶ２つの光照射領域６１が、列方向にそれぞれ照射ピッチＰＩの３，４，５倍、行方向に照射ピッチＰＩだけ離れた状態を示している。図１０ないし図１３では、光照射領域６１および描画セル６２０が正方形であり、光照射領域群の２つの配列方向のうち走査方向におよそ沿う方向（列方向）に関して互いに隣接する光照射領域６１において、走査方向に垂直な方向に対する中心間の距離が描画ピッチＰＷに等しく、走査方向に対する中心間の距離が描画ピッチＰＷの２，３，４，５倍（以下、「ａ倍」と呼ぶ。ただし、ａは２以上の整数）となる。

一方、図１０ないし図１３において、走査方向に正確に沿って並ぶ２つの光照射領域６１間の距離は、描画ピッチＰＷの５，１０，１７，２６倍（一般的には、（ａ^２＋１）倍）となる。したがって、図１０ないし図１３では、それぞれ５，１０，１７，２６との間で互いに素である正の整数倍の速度で描画を行うことができ、図１０の場合は２，３，４倍速の描画、図１１の場合は３，５，７，９倍速の描画、図１２の場合は２，３，４，５・・・倍速の描画、図１３の場合は、３，５，７，９・・・倍速の描画が可能である。すなわち、（ａ^２＋１）とｎとが互いに素である場合、制御部５が描画ピッチＰＷのｎ倍の距離だけ光照射領域群を相対的に移動する間に光照射のＯＮ／ＯＦＦを１回制御する高解像度のｎ倍速描画を適切に行うことができる。

このとき、（ａ^２＋１）回のリセットパルス毎に、各描画セル６２０は列方向に照射ピッチＰＩの（ａ×ｎ）倍、行方向に照射ピッチＰＩのｎ倍離れた別の光照射領域６１の中心を通過することとなる。したがって、光照射領域群がＭ行、すなわち、主走査方向におよそ沿う方向に配列された光照射領域６１の数がＭであ場合、Ｍが（ａ×ｎ）の整数倍であると、光照射領域群が相対的に描画セル群を通過する際に、列方向に並ぶ各描画セル６２０に等しい回数だけ重複露光が行われることとなる（ただし、光照射領域群の（±Ｘ）側の端部が通過する描画セルを除く。）。

なお、倍速を超える描画を行う場合にはｎは３以上の整数とされ、基板上のレジスト膜への描画の場合、材料特性や光照射領域６１の大きさ等を考慮すると好ましいｎの値として４を挙げることができる。

また、ｎ倍速描画を行う場合、重複露光回数は（Ｍ／（ａ×ｎ））（小数点以下切り捨て）となり、これに対して描画セル群が描画ピッチＰＷ移動する毎にリセットパルスをＤＭＤ４２に送る１倍速描画の場合は（Ｍ／ａ）回の重複露光が可能である。実際には、（Ｍ／ａ）回重複露光する必要がない場合がほとんどであることから、ｎ倍速露光とは、ＤＭＤ４２が有するなるべく多くの微小ミラーを利用して必要最小限の重複露光回数で高速に描画を行う技術であるといえる。

ところで、図１０ないし図１３に示すように、光照射領域群の列方向の主走査方向からの傾きを小さくするほど、光照射領域６１が描画セル６２０に対して相対的に大きくなる。逆に、光照射領域６１の大きさが一定の場合は、光照射領域群の列方向の主走査方向からの傾きを小さくするほど描画セル６２０を小さく設定することができるといえる。光照射領域６１の１辺の長さは、描画ピッチＰＷの（ａ^２＋１）の平方根倍となり、例えば、ａが４で４倍速描画が行われる場合にリセットパルス間で１つの光照射領域６１への光の照射が行われると、図１４中の線６３１，６３２上での累積光量は線６４１，６４２にて示す分布となる。すなわち、描画セル６２０の大きさに対して広範囲に光の照射がなされ、特に主走査方向に関して広い範囲で光が照射される。そして、光照射のＯＮ／ＯＦＦにより図１４に示す光量分布を重ね合わせたものが基板９上の感光材料に蓄積される光エネルギーの分布となり、この分布によりパターンの描画が行われる。

図１５．Ａは、光照射領域群が１描画ピッチ移動する毎に光照射領域６１への光の照射を交互にＯＮおよびＯＦＦした場合の主走査方向に関する累積光量を示す図である。図１５．Ｂ〜図１５．Ｇは、それぞれ光照射領域群が描画ピッチの２，３，４，５，６，８倍移動する毎に光照射を交互にＯＮおよびＯＦＦした場合の累積光量を示す。ＯＮまたはＯＦＦとなる距離が長いほど、すなわち、副走査方向に伸びる線を描画する際の線幅が大きくなるほど、累積光量分布のピークが高くなり、谷が深くなることが判る。また、感光材料は一定の量以上の光が照射された際に感光することから、光量（光パワー）を制御することによってもパターンの線幅を制御することができる。

ただし、感光材料には十分に光を照射しなければならないものもあり、この場合、光源からの光の強さを調整するとともに光照射のＯＮおよびＯＦＦのタイミングを調整することにより、所定の線幅のパターンが描かれる。例えば、イメージセッタにおいて銀塩等の感光材料にパターンを描画する場合、感光材料を感光させることによりパターン描画の目的が達成されるため、感光に必要な最小限の光を感光材料に照射するのみで足りる。これに対し、半導体等の基板上のフォトレジストにパターンを描画する場合、後工程のエッチング時にフォトレジストが剥離したり過剰に除去されないようにフォトレジストを感光させる以上の量の光を照射する必要がある。

この場合、図１６に示すように、８描画ピッチ光照射をＯＮとし、８描画ピッチＯＦＦとすることにより得られる細線７１１にて示す累積光量の分布を感光材料に与えることにより、閾値ＴＨを境に線幅Ｗで感光させることができる場合であっても、光強度を上げて６描画ピッチ光照射をＯＮとし、１０描画ピッチＯＦＦとすることにより得られる太線７１２にて示す累積光量の分布を感光材料に与えることにより、十分に光が照射された線幅Ｗのパターンが得られる。

ここで、パターン描画装置１の場合、既述のように描画セル６２０に比べて大きな光照射領域６１を利用することにより、光量分布が主走査方向および副走査方向へとある程度広がる。そして、高速描画を行うことにより、図１４に示すように光量分布が主走査方向にさらに伸びる。描画されるパターンの線幅が十分に大きい場合、主走査方向に関する線幅は上述の光強度およびＯＮ／ＯＦＦ制御の組合せにより精度を維持することができるが、描画可能な最小の線幅、すなわち解像度は、副走査方向に比べて主走査方向において低下が避けられない。

そこで、パターン描画装置１では光源であるＬＥＤ４１１を描画セル群がｎ描画ピッチだけ移動する途中で瞬間的に消灯する制御も可能とされている。ＬＥＤ４１１のＯＮ／ＯＦＦ制御（すなわち、変調）が行われる場合、図５に示すパターン描画装置１の動作においてステップＳ１４とステップＳ１５との間に図１７に示すステップＳ２１〜Ｓ２３が実行される。ＬＥＤ４１１の変調が行われる場合、ステップＳ１４にて各微小ミラーの姿勢が更新された後、すぐにＬＥＤ４１１が点灯され（ステップＳ２１）、描画セル群が描画ピッチＰＷだけ移動すると（ステップＳ２２）、ＬＥＤ４１１が消灯される（ステップＳ２３）。その後、次の描画データがメモリセルに書き込まれ（ステップＳ１６）、前のリセットパルスから描画ピッチＰＷのｎ倍の距離だけ描画セル群が移動すると（ステップＳ１７）、ステップＳ１４へと戻る。

以上の動作により、光照射領域６１への光の照射がＯＮとされてからＯＦＦとされるまでの間に、光照射領域群が描画ピッチＰＷだけ相対移動し、光照射領域６１への光の照射はリセットパルスの間隔の１／ｎに制限される。その結果、光の照射の主走査方向の広がりを副走査方向と同程度に抑えつつ高速描画を行うことが実現される。

光源としてＬＥＤやＬＤが用いられる場合、ＤＭＤ４２の変調限界速度の１／１０以下の時間で光源をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。したがって、例えば、８倍速描画（ｎ＝８）であっても主走査方向の解像度の低下を抑えつつ容易に描画を行うことができる。この場合、リセットパルス間に感光材料に与えられる光エネルギーの量は１／８に減少するため、光源からの光強度が高められ、感光材料も感度の高いものが使用される。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

パターン描画装置１に設けられる空間光変調デバイスは、上記実施の形態で用いられるＤＭＤ４２には限定されず、例えば、液晶シャッタ等の空間光変調デバイスを使用することも可能である。また、光源として複数の発光ダイオード等を２次元配列し、発光ダイオード群に対応する光照射領域群の配列方向が走査方向に対して傾斜した状態で、各発光ダイオードのＯＮ／ＯＦＦを光照射領域の相対移動に同期して制御することにより、パターンの描画が行われてもよい。また、光源のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われない場合は、超高圧水銀が光源として使用されてもよい。

図１７に示す光源のＯＮ／ＯＦＦ制御において、光源は必ずしも光照射領域群が１描画ピッチＰＷ移動した時点でＯＦＦとされる必要はなく、例えば、十分な累積光量が必要な場合は、描画ピッチＰＷの２倍の距離移動した時点でＯＦＦとされてもよい。すなわち、光照射領域６１への光の照射がＯＮとされた後、光照射領域群の描画ピッチＰＷのｎ倍の距離の相対移動が完了する前に光照射領域６１への光の照射がＯＦＦとされるのであればＯＦＦとされるタイミングは適宜設定されてよい。また、光源以外の素子により、空間光変調デバイスの制御よりも速く光照射がＯＦＦとされてもよい。

ステージ２とヘッド部４０との主走査方向および副走査方向への相対移動（すなわち、基板９上の描画セル群と光照射領域群との相対移動）は、ステージ２またはヘッド部４０のいずれかのみの移動により行われてもよい。

さらに、上記実施の形態では光照射領域群において副走査方向の端に位置する光照射領域６１（例えば、図４における（−Ｘ）側かつ（＋Ｙ）側の光照射領域６１）への光照射の制御に言及していないが、制御を簡単に行うためにこれらの光照射領域６１への光照射は行われなくてもよく、副走査後の描画を考慮しつつこれらの光照射領域６１への光照射が制御されてもよい。

パターン描画装置の構成を示す図である。 ＤＭＤを示す図である。 光照射領域および描画セルを示す図である。 光照射領域群全体および描画セル群を示す図である。 パターン描画の流れを示す図である。 描画途上の光照射領域および描画セルを示す図である。 描画途上の光照射領域および描画セルを示す図である。 描画途上の光照射領域および描画セルを示す図である。 描画途上の光照射領域および描画セルを示す図である。 光照射領域群の傾斜と光照射領域の大きさとの関係を示す図である。 光照射領域群の傾斜と光照射領域の大きさとの関係を示す図である。 光照射領域群の傾斜と光照射領域の大きさとの関係を示す図である。 光照射領域群の傾斜と光照射領域の大きさとの関係を示す図である。 累積光量を示す図である。 １描画ピッチ毎のＯＮ／ＯＦＦによる累積光量を示す図である。 ２描画ピッチ毎のＯＮ／ＯＦＦによる累積光量を示す図である。 ３描画ピッチ毎のＯＮ／ＯＦＦによる累積光量を示す図である。 ４描画ピッチ毎のＯＮ／ＯＦＦによる累積光量を示す図である。 ５描画ピッチ毎のＯＮ／ＯＦＦによる累積光量を示す図である。 ６描画ピッチ毎のＯＮ／ＯＦＦによる累積光量を示す図である。 ８描画ピッチ毎のＯＮ／ＯＦＦによる累積光量を示す図である。 光強度が異なる場合の累積光量を示す図である。 光源のＯＮ／ＯＦＦ制御の流れを示す図である。

符号の説明

１ パターン描画装置
４ 光照射部
５ 制御部
９ 基板
３１ ステージ移動機構
４２ ＤＭＤ
６１ 光照射領域
４１１ ＬＥＤ
６２０ 描画領域
ＰＷ 描画ピッチ

Claims (5)

1. 感光材料に光を照射してパターンを描画するパターン描画装置であって、
   感光材料上において互いに垂直な２つの配列方向に一定のピッチにて配列される光照射領域群のそれぞれへと変調された光を照射する光照射部と、
   感光材料上において前記光照射領域群を配列方向に対して傾斜した走査方向に走査させ、前記走査方向および前記走査方向に垂直な方向に一定の描画ピッチにて前記感光材料上に固定配列された描画領域群のそれぞれに対して複数の光照射領域を相対的に通過させる走査機構と、
   前記光照射領域群の走査に同期しつつ前記光照射領域群への光照射のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することにより、感光材料上の各描画領域に照射される光の量を制御する制御部と、
   を備え、
   前記光照射領域群の前記２つの配列方向のうち前記走査方向におよそ沿う方向に関して互いに隣接する光照射領域において、前記走査方向に垂直な方向に対する中心間の距離が前記描画ピッチに等しく、前記走査方向に対する中心間の距離が前記描画ピッチのａ倍（ただし、ａは２以上の整数）であり、前記制御部が前記描画ピッチのｎ倍（ただし、ｎは３以上の整数）の距離だけ前記光照射領域群を相対的に移動する間に前記光照射のＯＮ／ＯＦＦを１回制御し、（ａ^２＋１）とｎとが互いに素であることを特徴とするパターン描画装置。
2. 請求項１に記載のパターン描画装置であって、
   前記光照射領域群において前記２つの配列方向のうち前記走査方向におよそ沿う方向に配列される光照射領域の数がＭであり、Ｍが（ａ×ｎ）の整数倍であることを特徴とするパターン描画装置。
3. 請求項１または２に記載のパターン描画装置であって、
   光照射領域への光の照射がＯＮとされた後、前記光照射領域群の前記描画ピッチのｎ倍の距離の相対移動が完了する前に前記光照射領域への光の照射がＯＦＦとされることを特徴とするパターン描画装置。
4. 請求項３に記載のパターン描画装置であって、
   前記光照射領域への光の照射がＯＮとされてからＯＦＦとされるまでの間に、前記光照射領域群が前記描画ピッチだけ相対移動することを特徴とするパターン描画装置。
5. 請求項３または４に記載のパターン描画装置であって、
   前記光照射部が、
   ＯＮ／ＯＦＦ制御可能な光源と、
   前記光源からの光を空間変調する空間光変調デバイスと、
   を備えることを特徴とするパターン描画装置。

Images