JP2006186291A - 直接露光装置および直接露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光対象基板面上に照射する光を所望の照度分布に制御することができるとともに、露光条件が変更になった場合でも目的の照度分布を容易に得ることができる直接露光装置および直接露光方法を実現する。
【解決手段】 露光対象物である露光対象基板３に光を照射する光源２を有する直接露光装置１は、露光対象基板３の露光面に相当する位置における光の照度分布を計測する計測手段１１と、計測手段１１の計測結果に基づいて、目的の照度分布が得られるよう光源２を制御する制御手段１２と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光対象物（露光対象基板）に光を照射する光源を有する直接露光装置、および、露光対象基板に光源からの光を照射して該露光対象基板を露光する直接露光方法に関する。

配線基板の配線パターンは、一般的には、配線パターンに関する設計データに基づいて基板を露光し、現像することで所望のパターンを基板上に焼き付け、そしてエッチングを施すことで形成される。この露光処理の一例として、フォトマスクを用いた方法がある。この方法では、絶縁体の上に導体層として金属箔を張り合わせた基板に感光性樹脂を貼り付け、所望の配線パターンを描画したフォトマスクを重ねる。そしてこれを露光することで、基板上の感光性樹脂にフォトマスクの配線パターンが写し取られる。その後、現像、エッチング、メッキといった工程を経て、基板上の金属箔が所望の配線パターンの形状に形成される。

フォトマスクを用いた露光方法では、露光前に基板とフォトマスクとを密着させるが、このときフォトマスク上に異物や汚れなどが付着すると、異物や汚れの形も基板上に写し取られてしまう。フォトマスク上に描かれた配線パターンが微細になるほど、異物や汚れの影響を受けやすいので、フォトマスクを特に厳重に管理する必要がある。また、配線パターンの変更や破損があった場合には、新たなフォトマスクを作成しなければならない。また、基板に生じる伸縮、歪み、ずれ等を考慮した補正を行い、何回かフォトマスクを試作しなければならない。これに伴う作成コストおよび時間の増加は、配線基板の製造プロセスの大きな負担となっている。

これに対し、近年、フォトマスクを使用しない直接露光によるパターニング方法が提案されている。この方法によれば、上述した基板の伸縮、歪み、ずれなどに対処するための補正を、露光データの生成の段階で予め行うことができ、あるいはリアルタイムで行うことができるので、製造精度の向上、歩留まりの向上、納期の短縮、製造コストの低減などの点において著しい改善がもたらされる。

直接露光によるパターニング方法として、例えばディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いて露光パターンを直接露光処理により形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。図１８は、ＤＭＤを用いた直接露光装置の一従来例を例示する図である。ＤＭＤ５１に対して相対移動する露光対象基板３上に形成したレジストを直接露光するにあたり、露光すべきパターンに対応したパターンデータがパターン生成器５２で生成され、このパターンデータはＤＭＤ５１に入力される。パターン生成器５２は、相対移動する露光対象基板３の位置を検出する位置センサ５３と連動しており、露光対象基板２の位置に同期してパターンデータを生成することになる。光源２は、拡散板５４、レンズ５５を介してＤＭＤ５１に光を照射する。ＤＭＤ５１は、その複数の各微小ミラー（マイクロミラー）をパターンデータに応じて傾動させることにより、ＤＭＤ５１中の各微小ミラーの反射光の向きを適宜変え、露光対象基板３上のレジストにレンズ５６を介して照射してパターンデータに対応した露光パターンを形成する。

直接露光方法においては、露光対象基板に光を照射する光源は、良好な露光効果を得るため、露光対象基板面上に照射する光を、場所によってムラのない、均一なものにする必要がある。

図１９は、直接露光装置において、反射板を用いて均一な照射光を得る光源の一従来例を示す図である。光源２の背面に反射板５７を設置し、光源２から直接発せられる光および反射板５７に反射して得られる光について、拡散板５４を用いてムラを補正する。

図２０は、直接露光装置において、均一な照射光を得るためにレーザダイオードを光源とした一従来例を示す図である。レーザダイオード５８を面状に並べて光源２を構成し、ここから発せられる光を拡散板５４に照射し、均一な照射光を得る。

さらに、露光対象面上の像の光量分布データに基づいて、ＤＭＤ中の各微小ミラーの傾動角を制御し、露光対象基板に対して均一な照射光を得る技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−１１２５７９号公報 特開２００２−３６７９００号公報

露光対象基板面上に照射する光を均一なものにするために反射板を用いる上記対応策は、光源２が理想的な点光源でないために理想的な面光源を作り出すことは現実的には難しい。

また、図２１は、レーザダイオードの発光強度分布を示す図であるが、１つのレーザダイオードが発する光の強度分布は、図２１に示すようにガウス分布（正規分布）に従う。図２２は、レーザダイオードを面状に並べることにより得られる面光源の光の照度分布を模式的に例示する図である。図中、色の濃い個所ほど光の照度は低い。レーザダイオードが発する光の強度はガウス分布に従うので、レーザダイオードの中心から離れると、指数関数的に発光強度は減少していく。通常、レーザダイオードでは、安定した発光出力を得るために、発光強度を制御するフィードバック回路を有する。そのため、レーザダイオードを面状に並べた面光源の場合は、各レーザダイオードの発光量を一定に制御することで面発光に近い特性をある程度は得ることができる。しかしながら、図２２に示すように、隣接するレーザダイオードによる影響が小さくなる面光源の周縁部分については光の照度は減少してしまう。つまり、レーザダイオードが個々に持つフィードバック回路だけでは、複数のレーザダイオードを面状に並べた面光源により得られる光の照度分布を十分に制御することができない。

図２３は、レーザダイオードを面状に並べて面光源とした場合において、より均一な光照度を得るための技術（その１）を説明する図である。この技術では、均一な発光出力を有するレーザダイオードを面状に並べて面光源とした場合において全てのレーザダイオードを発光させるが、隣接するレーザダイオードによる影響が小さくなる面光源の周縁部分に位置するレーザダイオード（図中、白丸で示す。）が発する光についてはフィルタなど（図示せず）を用いて光を遮断し、中央付近に位置するレーザダイオード（図中、黒丸で示す。）が発する光のみを露光に使用する。これにより、より均一な光照度を得ることができるが、露光に貢献しないレーザダイオードが多数存在することになるので効率は悪い。

図２４は、レーザダイオードを面状に並べて面光源とした場合において、より均一な光照度を得るための技術（その２）を説明する図である。この技術では、発光出力の異なるレーザダイオードを用いて面光源を構成する。すなわち、図２４に示すように、面光源の周縁部分に近い位置（図中、濃い網線で示す。）に配置されるレーザダイオードほど発光出力を大きなものとし、中心部分に近い位置（図中、薄い網線で示す。）に配置されるレーザダイオードほど発光出力を小さなものとする。しかしながら、この技術では、面光源を一度構成してしまうと、その後に再調整することは難しく、また、露光条件の変更などにも柔軟に対応することができない。

また、上記特許文献２（特開２００２−３６７９００号公報）に記載された技術では、微小ミラーの傾動角度については、露光対象基板面上の光量に応じて制御するだけでなく、配線パターンを形成するためのパターンデータによっても制御されるものであるので、微小ミラーの傾動角度の制御のためのデータ生成が非常に複雑なものとなる。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、露光対象基板面上に照射する光を所望の照度分布に制御することができるとともに、露光条件が変更になった場合でも目的の照度分布を容易に得ることができる直接露光装置および直接露光方法を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明においては、直接露光装置の光源が露光対象物である露光対象基板に照射する光の照度分布を計測し、その計測結果に基づいて、目的の照度分布が得られるよう光源を制御する。

図１は、本発明による直接露光装置の原理ブロック図である。

露光対象物である露光対象基板３に光を照射する光源２を有する直接露光装置１は、
露光対象基板３の露光面に相当する位置における光の照度分布を計測する計測手段１１と、計測手段１１の計測結果に基づいて、目的の照度分布が得られるよう光源２を制御する制御手段１２と、を備える。目的の照度分布とは、例えば、場所によってムラのない、均一な照度分布をいう。

本発明によれば、露光対象基板面上に照射する光を所望の照度分布に制御することができるとともに、露光条件が変更になった場合でも目的の照度分布を容易に得ることができる。

図２は、本発明の第１の実施例による直接露光装置の概略的な構成図である。

本実施例による直接露光装置は、図１を参照して説明した計測手段１１として、露光対象基板に対する露光処理が開始される前に、露光対象基板相当の露光面における光の照度分布を予め計測するセンサ２１を有する。光源２は、本実施例では点光源であるレーザダイオード（図示せず）を面状に複数配列した面光源である。ＤＭＤ５１、拡散板５４、レンズ５５および５６については図１８を参照して説明したとおりである。また、参照番号２２は、直接露光処理の際に露光対象基板が載せられるステージを示している。なお、図２では、本実施例に特に関係しない位置センサおよびパターン生成器については省略している。

本実施例におけるセンサ２１は、ステージ２２上に露光対象基板を仮に載せたとした場合に露光対象基板の露光面が位置するであろう高さにセンサ２１の検知部分（例えば撮像素子）（図示せず）が位置するよう、配置される。センサ２１は光の照度分布を検知可能なものであればよく、好ましくはラインセンサであるが、面センサであってもよい。ラインセンサのほうが、面センサよりも分解能が高いので、微小な配線パターンを形成する直接露光装置には適している。なお、点光源およびセンサの具体例については後述する。

本実施例では、ステージ２２に露光対象基板を載せる前に、すなわち露光対象基板に対する露光処理を開始する前に、露光対象基板相当の露光面における光の照度分布を予め計測する。計測した光の照度分布に関するデータはメモリ（図示せず）に一時的に保存しておくのが好ましい。このとき、ＤＭＤ５１には配線パターンを形成するために必要なパターンデータは入力せず、ＤＭＤ５１の微小ミラー（図示せず）を、光源２から照射される光が全てステージ２２方向に反射するような向きに傾動させる。このときにセンサ２１が検知した光の照度分布は、露光対象基板をステージ２２に載せて露光処理を実行する際に該露光対象基板に照射される光の照度分布に相当するものとなる。

ここで、この光の照度分布について説明する。図３は、露光対象基板相当の露光面における光の照度分布を説明する際に用いられる座標軸を示す図である。図示のように、露光対象基板相当の露光面、すなわち、センサ２１の検知対象面をＸＹ座標平面上に取り、光の照度をＺ軸とする。以下、図４〜６に示すグラフの座標軸は図３に基づく。

図４および５は、露光対象基板相当の露光面における光の照度分布の一例を示す図であって、図４は、ＸＹ座標関係を示す図であり、図５は、ＸＺ座標関係を示す図である。図４に示すように、光源２の周縁部分に近いレーザダイオードから発せられる光の照度は弱く（図中、濃い網線で示す。）、光源２の中心部分に近いレーザダイオードから発せられる光の照度は強い（図中、薄い網線で示す。）。光の照度分布は、図４および５に示すようにメッシュ状に分けられ（図４および５ではその一部を示す。）、メッシュごとにデータ化される。各メッシュの照度データは、例えばそのメッシュ内の平均照度に関するものである。なお、各メッシュは、光源２内の各レーザダイオードとほぼ対応させるのが、光源２の発光出力を制御を容易化する上で好ましい。

図２の制御手段１２は、センサ２１が検知した光の照度分布を均一にするために、センサ２１が検知した光の照度分布に基づいて光源２の発光出力を制御する。上述のように光源２は複数のレーザダイオードを面状に配列されているので、制御回路１２は、光源２の各レーザダイオードを、センサ２１が検知した光の照度分布に基づいて制御する。

図６は、本発明の第１の実施例における制御手段による光の照度分布の均一化を説明する図である。この図は、図５において目的の照度分布（図中、太線）を重ねて示したものである。図７は、本発明の第１の実施例におけるフィードバック制御を説明するブロック図である。レーザダイオード３０は、一般的なレーザダイオードと同様に、安定した発光出力を得るために、発光部３１の発光強度を制御するためのフィードバック回路３２を備える。

計測手段１１の計測結果に基づき、制御手段１２は、図６に示すように、光の照度が低い周縁部分については、当該メッシュに対応する光源２中のレーザダイオード３０の発光強度を上げ、光の照度が高い中心部分については、当該メッシュに対応する光源２中のダレーザイオード３０の発光強度を下げるような制御を行う。これにより、露光対象基板相当の露光面における光の照度分布を均一にすることができる。

ここで、本発明の第１の実施例における制御手段１２の具体例について説明する。図８は、点光源とセンサとの位置関係を模式的に説明する図である。図８（ａ）に示されるように、センサ２１は、複数のセンサ個体６１がマトリクス状に配列されたセンサアレイの形式を有している。各センサ個体６１は等間隔で配列される。なお、１つのセンサ個体６１は図中の１マスに相当するものとする。１つのセンサ個体６１による光の検知可能領域は、上記の１つのメッシュに対応する。図８（ｂ）に示されるように、光源２は、複数の点光源６２がマトリクス状に配列された光源アレイの形式を有している。各点光源６２は例えば等間隔に配列される。なお、１つの点光源６２は図中の１つの丸印に相当するものとする。通常、点光源６２の光の照度分布はガウス分布（正規分布）となるが、１つのセンサ個体６１で、複数個の点光源６２からの光を検知することができる。センサ２１の光源アレイの周縁部付近にあるセンサ個体６１は、光源アレイの中心部付近にあるセンサ個体６１と比べて、点光源からの光の影響を受けにくいので、光の検知量は少なくなる。

図２を参照して簡単に説明したとおり、センサ２１が検知した光源２からの光の照度分布を計測し、この計測結果に基づいて光源２の発光出力を制御する。上記のような点光源およびセンサ個体を有する直接露光装置においては、各センサ個体６１の出力は、制御手段１２内の演算処理装置（図示せず）に接続されている。該演算処理装置では、各点光源の発光量と各センサ個体の光計測量との間に成り立つ関係式を求め、この関係式を用いて、目的の照度分布を達成するための各点光源ごとの目標発光量を算出する。そして、制御手段１２は、該目標発光量が得られるよう、各点光源の発光を制御する。

図９は、本発明の第１の実施例における制御手段内の演算処理について説明する図である。

上述のように、光源アレイの１つの点光源から放射される光は、マトリクス状に配列された複数のセンサ個体で検知される。本実施例では、まず、マトリクス状に配列されたセンサ個体が全て動作している状態において、光源アレイ内の点光源を１つずつ順番に点灯させる。点光源１つの点灯によりいくつかのセンサ個体が光を検知するが、点光源と該点光源の発する光を検知するいくつかのセンサ個体との間の対応関係を、全ての点光源について調べ上げることにより、各点光源の発光量と各センサ個体の光計測量との対応関係が、ある関係式をもって特定できる。この関係式は、例えば、式（１）のような行列（以下、「行列Ａ」と称する。）の形式で表される。

ここで、点光源の数をｎ個、センサ個体の数をｍ個とする。１つの光源の発光量を複数のセンサ個体で検知することから一般に点光源の数はセンサ個体の数よりも多い。センサ個体の数のほうが少ないということはコスト低減の意味からも好ましいことである。一例を挙げると、ｎ＝１００、ｍ＝２５である。式（１）において、ｄ₁、ｄ₂、・・・、ｄ_nは各点光源Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_nの発光量を表し、ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_nは各センサ個体Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nの光計測量を表すものとする。

例えば、点光源Ｄ₁のみを点灯させると、各センサ個体Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nの光計測量は、（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_n）＝（ａ₁₁ｄ₁、ａ₂₁ｄ₁、・・・、ａ_m1ｄ₁）で表される。また例えば、点光源Ｄ_nのみを点灯させると、各センサ個体Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nの光計測量は、（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_n）＝（ａ_1nｄ_n、ａ_2nｄ_n、・・・、ａ_mnｄ_n）で表される。まとめると、点光源Ｄ_i（ただし、１≦ｉ≦ｎ）のみを点灯させると、各センサ個体Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nの光計測量は、（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_n）＝（ａ_1iｄ_i、ａ_2iｄ_i、・・・、ａ_miｄ_i）で表されるということである。つまり、点光源Ｄ_i（ただし、１≦ｉ≦ｎ）のみを点灯させると、各センサ個体Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nはそれぞれ幾らかの光を計測することになるが、行列Ａの成分ａ_ji（ただし、１≦ｊ≦ｍ）は、点光源Ｄ_iの発光量ｄ_iとセンサ個体Ｓ_jの光計測量ｓ_jとの関係を表すパラメータであるということがわかる。本実施例においては、各点光源を１つずつ点灯したときの計測手段の計測結果に基づいて、第１の算出手段７１は、各点光源の発光量と各センサ個体の光計測量との対応関係を、行列の形式で算出する。なお、光源アレイ内の点光源を１つずつ順番に点灯させる処理はコンピュータ制御により実現するのが好ましい。

第２の算出手段７２は、第１の算出手段７１で算出された行列Ａに基づいて、目的の照度分布を達成するための各点光源ごとの目標発光量を算出する。つまり、行列Ａを用いて、目的の照度分布から各点光源の目標発光量を逆算する。

ここで、行列Ａが正方行列であれば行列Ａの逆行列を求めることができるので、上記目標発光量の逆算は容易である。しかしながら、上述したように点光源の数はセンサ個体の数よりも多ので、行列Ａは正方行列とはならず、したがって、行列Ａの逆行列を求めることはできない。そこで、本実施例では、図１０に示すような処理で目標発光量を予測演算する。

なお、センサ個体や点光源ごとに個体差が存在し得るので、各点光源を同時に全て点灯させたときにおける、センサ個体により計測される実際の光の照度分布の測定結果をフィードバックして目標発光量を算出すれば、より精度の高い光源精度が実現可能である。

図１０は、本発明の第１の実施例における制御手段内の第２の算出手段による目標発光量の算出を説明するフローチャートである。

式（２）に示すように、行列Ａに対して、ｓ’₁、ｓ’₂、・・・、ｓ’_nは各センサ個体Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nが計測可能な領域における目標とすべき光量（以下、単に「目標値」と称する。）を示し、ｄ’₁、ｄ’₂、・・・、ｄ’_nは、該目標値ｓ’₁、ｓ’₂、・・・、ｓ’_nを達成することができる各点光源Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_nの目標発光量を表す。その他のパラメータについては式（１）に関して説明した通りである。

本実施例では、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_nをある発光レベルで点灯させたと仮定した場合にどの程度の光照射量になるかを行列Ａを用いて順次計算していくことで、上記目標とすべき光量を達成し得る各点光源Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_nの発光目標量を見つけ出す。つまり、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_nの１つを選択して、該点光源の発光レベルを例えば単位量だけ上げたときの、予想される各センサ個体Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nの光計測量を、行列Ａを用いて算出する。そして、算出された光計測量が、いずれかの目標値を超えるものである場合は、単位量だけ発光レベルが上げられた光源に最も影響を及ぼす行列Ａの成分を見つけ出し、さらに、見つけ出された行列Ａの成分に関与することになる光源を見つけ出し、該光源の発光レベルを下げる。以上の処理を繰り返すことにより、目標とすべき光量を達成し得る各点光源Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_nの発光目標量を見つけ出す。具体的には次の通りである。

まず、図１０のステップＳ２０１において、全ての目標値が算出されたかが判定される。全ての目標値が算出されていれば、処理を終了する。

ステップＳ２０２では、まだ目標値を達成していないような光源が存在するか否かが判定される。もはや存在しない場合は、処理を終了する。

ステップＳ２０３では、ある点光源を選択し、当該光源の発光レベルを単位量だけ上げたときの、予想される各センサ個体Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nの光計測量を、行列Ａを用いて算出する。

次いで、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で予測計算された光計測量が、いずれかの目標値を超えるものであるか否かを判定する。いずれの目標値も超えていない場合はステップＳ２０１に戻り、どれか１つでも超えている場合はステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０５では、行列Ａの各成分を検索し、単位量だけ発光レベルが上げられ、上記目標値を超えることとなったセンサ個体に最も影響を及ぼす行列Ａの成分を見つけ出す。

ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５において見つけ出された行列Ａの成分に、影響を及ぼすことになる光源を選択し、該光源の発光レベルを下げる。そしてステップＳ２０４へ戻る。なお、ステップＳ２０６で下げられる発光レベル量は、上記ステップＳ２０３における単位量と同じ値であっても、異なる値であってもよい。

以上の処理を繰り返すことにより、各点光源の目標発光量が算出される。制御手段は、目標発光量が得られるよう、各点光源の発光出力を制御する。

ここで、第２の算出手段７２による目標発光量の算出について具体的数値を挙げて説明する。なお、簡単化のため点光源を３個、センサ個体を２個とする。また、露光に必要な照度レベルの目標値はフォトレジストの特性を考慮して設定するが、ここでは一例として、各センサ個体Ｓ₁およびＳ₂が計測可能な領域における目標値ｓ’₁およびｓ’₂をそれぞれ１００に設定する。また、点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃を発光レベル１０で１つずつ順番に点灯させた場合におけるセンサ個体Ｓ₁およびＳ₂が計測した照度レベルを、表１のように仮定する。

表１から行列Ａは式（３）のように求まる。

この行列Ａを用いて、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルのそれぞれを例えば単位量１だけ上げたときの、予想される各センサ個体Ｓ₁およびＳ₂光計測量ｓ₁およびｓ₂を、算出する。すなわち、（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃）＝（１、０、０）、（１、１、０）、（１、１、１）、（２、１、１）、（２、２、１）、（２、２、２）、（３、２、２）、（３、３、２）、（３、３、３）といったように単位量１ずつ発光レベルを上げていく。この間、予測計算された照度レベルが目標値である１００を超えるか否かを判定する。

ある点光源の発光レベルを単位量１上げたときに目標値を超えることになった場合は、当該点光源の発光レベルについては固定し、当該点光源以外の点光源について、同様に単位量１ずつ発光レベルを上げていく。発光レベルを上げることができる点光源がなくなるまでこの処理を繰り返す。この例では、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルが（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃）＝（４４、４４、４３）となった状態で、予測計算された照度レベルが（ｓ₁、ｓ₂）＝（９４．６、１００．１）となる。

目標値１００を超えることになったセンサ個体Ｓ₂に係る照度レベルｓ₂に最も影響を及ぼす行列Ａの成分は、２行３列目の成分である「１１／１０」である。そして、当該成分に影響を及ぼす点光源はＤ₃である。そこで、点光源Ｄ₃の発光レベルを１だけ下げる。その結果、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルは（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃）＝（４４、４４、４２）となる。

各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルが上記の（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃）＝（４４、４４、４２）となった状態では、予測計算される照度レベルは（ｓ₁、ｓ₂）＝（９６．０、９９．０）となる。そしてこの状態から再度、上記のような処理を繰り返す。すなわち各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルのそれぞれを単位量１だけ上げたときの、予想される各センサ個体Ｓ₁およびＳ₂の光計測量ｓ₁およびｓ₂を、算出し、目標値１００を超えることになったセンサ個体に係る照度レベルに最も影響を及ぼす行列Ａの成分を見つけ出し、当該成分に影響を及ぼす点光源の発光レベルを１だけ下げる処理を行う。この処理は、予測計算される照度レベルが目標値を超えない範囲での上限値に収束するまで繰り返される。ここで挙げた数値例では、（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃）＝（４９、４３、４１）となった状態で、予測計算される照度レベルの、目標値を超えない範囲での上限値（ｓ₁、ｓ₂）＝（９９．８、９９．７）が得られる。したがって、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルの目標発光量は（ｄ’₁、ｄ’₂、ｄ’₃）＝（４９、４３、４１）となる。制御手段は、該目標発光量が得られるよう、各点光源の発光出力を制御する。

なお、より精度の高い光源精度が実現するために、センサ個体により計測される実際の光の照度分布の測定結果をフィードバックして目標発光量を算出する場合は、次のような処理を行う。すなわち、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルについて予測計算された照度レベルと、当該発光レベルで各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃を実際に発光させたときに各センサ個体Ｓ₁およびＳ₂が計測する実際の照度分布とを比較し、該比較の結果、これらの間に誤差があった場合は、当該段階については、予測計算された照度レベルを実際の照度分布に置き換えてから、上記処理を続行する。

例えば、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルが（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃）＝（４４、４４、４３）である状態において、予測計算される照度レベルが（ｓ₁、ｓ₂）＝（９４．６、１００．１）であったにもかかわらず、実際に各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃を発光レベル（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃）＝（４４、４４、４３）で発光させたときに各センサ個体Ｓ₁およびＳ₂が計測した実際の照度レベルが（ｓ”₁、ｓ”₂）＝（１００．２、９６．５）であったような場合は、処理に用いる照度レベルを（ｓ₁、ｓ₂）＝（９４．６、１００．１）から（ｓ”₁、ｓ”₂）＝（１００．２、９６．５）に置き換えて処理を実行する。したがってこの場合、目標値１００を超えることになったセンサ個体はセンサ個体Ｓ₂ではなくセンサ個体Ｓ₁あるので、センサ個体Ｓ₁に係る照度レベルｓ₁に最も影響を及ぼす行列Ａの成分は、１行１列目の成分である「１０／１０」であり、当該成分に影響を及ぼす点光源はＤ₁である。そこで、点光源Ｄ₁の発光レベルを１だけ下げることになる。その結果、各点光源Ｄ₁、Ｄ₂およびＤ₃の発光レベルは（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃）＝（４３、４４、４３）となる。

以上の処理を繰り返すことにより、各点光源の目標発光量をよりより一層正確に算出することができるので、精度の高い各点光源の発光制御を実現可能である。

図１１〜１３は、図７に示す直接露光装置の動作フローを示すフローチャートである。制御手段１２の処理（図１２に示す。）と、レーザダイオード３０のフィードバック回路３２の処理（図１０に示す。）とは、それぞれ独立に動作しており、図１２および１３に示す各処理は、図１１に示すメイン処理に対して、必要に応じて割り込みをかける。

はじめに、図１１のステップＳ１００において、レーザダイオード３０の発光出力を上げる信号を出す。次いでステップＳ１０１において、制御手段１２よりフィードバックされた信号が何であるか判定する。一番最初の段階では、フィードバックされる信号が無いいわゆるデフォルト状態であるため、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、レーザダイオード３０のフィードバック回路３２よりフィードバックされた信号が何であるか判定する。一番最初の段階では、フィードバックされる信号が無いいわゆるデフォルト状態であるため、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、レーザダイオード３０の出力を上げる。これにより、レーザダイオード３０の発光部３１は発光を開始することになる。

そして、図１２のステップＳ１０８において計測手段１１が光を感知すると、制御手段１２は、ステップＳ１０９において、レーザダイオード３０の発光出力を下げる必要があるか否かを判定する。ステップＳ１０９において、発光出力を下げる必要があると判定された場合は、ステップＳ１１０において、制御手段１２は発光出力を下げる信号を作る。一方、発光出力を下げる必要がないと判定された場合は、ステップＳ１１１において、制御手段１２は、レーザダイオード３０の発光出力を上げる必要があるか否かを判定する。ステップＳ１１１において、発光出力を上げる必要があると判定された場合は、ステップＳ１１２において、制御手段１２は発光出力を上げる信号を作る。一方、発光出力を上げる必要がないと判定された場合は、ステップＳ１１３において、光の照度分布が均一であるということを示す信号を作る。ステップＳ１１０、Ｓ１１２もしくはＳ１１３の処理が完了すると、これら各処理のいずれかで作られた信号は、制御手段１２によりフィードバックされ（Ｓ１１４）、処理は図１１のステップＳ１０１へ戻る。

一方、図１３のステップＳ１１５において発光部３１の発光をレーザダイオード３０内のセンサで感知すると、ステップＳ１１６において、レーザダイオード３０の発光出力を下げる必要があるか否かを判定する。ステップＳ１１６において、発光出力を下げる必要があると判定された場合は、ステップＳ１１７において発光出力を下げる信号を作る。一方、発光出力を下げる必要がないと判定された場合は、ステップＳ１１８において発光出力を上げる信号を作る。ステップＳ１１７もしくはＳ１１８の処理が完了すると、これら各処理のいずれかで作られた信号は、フィードバック回路３２によりフィードバックされ（Ｓ１１９）、処理は図１１のステップＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０１において、制御手段１２よりフィードバックされた信号が何であるか判定する。ステップＳ１０１において光の照度分布が均一であるということを示す信号であると判定された場合は、処理を終了する。一方、ステップＳ１０１において発光出力を下げる信号であると判定された場合は、ステップＳ１０２においてレーザダイオード３０の出力を下げる。これにより、レーザダイオード３０の発光部３１の発光出力は弱まる。また、ステップＳ１０１において発光出力を上げる信号であると判定された場合は、ステップＳ１０３においてレーザダイオード３０の出力を上げる。これにより、レーザダイオード３０の発光部３１の発光出力は強まる。

ステップＳ１０４において、フィードバック回路３２よりフィードバックされた信号が何であるか判定する。ステップＳ１０４において発光出力を下げる信号であると判定された場合は、ステップＳ１０５においてレーザダイオード３０の出力を下げる。これにより、レーザダイオード３０の発光部３１の発光出力は弱まる。一方、ステップＳ１０４において発光出力を上げる信号であると判定された場合は、ステップＳ１０６においてレーザダイオード３０の出力を上げる。これにより、レーザダイオード３０の発光部３１の発光出力は強まる。

上述のように、制御手段１２の処理と、フィードバック回路３２の処理とは、それぞれ独立に動作しており、これら各処理は、図１１に示すメイン処理に対して、必要に応じて割り込みをかける。例えば、フィードバック回路３２からの信号が、制御手段１２からの信号より先にフィードバックされた場合は、図１１のステップＳ１０５もしくはＳ１０６が実行される。また例えば、フィードバック回路３２からの信号と制御手段１２からの信号とが同時にフィードバックされた場合は、制御手段１２からフィードバックされた信号が優先され、フィードバック回路３２からフィードバックされた信号は無視されることになる。

以上の処理は、光の照度分布が均一になるまで繰り返される。

上述の本発明の第１の実施例による処理は、ステージに露光対象基板を載せる前に、すなわち露光対象基板に対する露光処理が開始される前に、実行される。例えば、露光対象基板が直接露光装置内のステージ上にローダによりロードされるまでの間に上述の本発明の第１の実施例による処理を実行すればよい。また、本処理を、露光対象基板のロードごとに実行してもよく、あるいは、露光対象基板の何回かのロードのごとに実行してもよい。

上述したように、点光源が発する光の強度はガウス分布に従うので、点光源の中心から離れると、指数関数的に発光強度は減少していく。そのため、複数の点光源をマトリクス状に配列した光源アレイにおいては、隣接する点光源による影響が小さくなる光源アレイの周縁部分については光の照度は減少してしまう問題がある。上述の実施例は、このような問題を解決するものであるが、この変形例として、上述のような点光源の制御に加えて、次に説明する図１４および１５のように点光源の配置そのものにも工夫を加えてもよい。

図１４は、本発明の第１の実施例における点光源の配置の第１の変形例を説明する図である。本変形例は、光源アレイ８０上に点光源を等間隔に配置することには変わりないが、隣接する点光源による影響が小さくなる光源アレイ８０の周縁部分、特に光源アレイ８０の４隅に位置する点光源については、通常の点光源６２に比べて高輝度の点光源６３を用いるものである。

図１５は、本発明の第１の実施例における点光源の配置の第２の変形例を説明する図である。本変形例は、光源アレイ８０の中心付近８１に比べて光源アレイ８０の４隅部分８２の点光源６２の配置密度を高くするものである。

図１６は、本発明の第１の実施例における光源アレイの構成についての変形例を示す図である。上述の変形例のように、高輝度の点光源を用いたり点光源の配置密度を高くするような場合には、点光源自体の大きさにより、隣接する点光源との間隔を十分に確保できないようなことがある。このような場合は、各点光源６２の配列を別途設け、これらから光ファイバ６４を用いて光を光源アレイ８０まで導くような構成とすればよい。なお、図中、光ファイバ６４の光源アレイ８０における発光端６５に面する拡散板５４も示されている。

図１７は、本発明の第２の実施例による直接露光装置の概略的な構成図である。

上述の本発明の第１の実施例による処理は、ステージに露光対象基板を載せる前に、すなわち露光対象基板に対する露光処理が開始される前に、実行されるものであった。これに対し、本発明の第２の実施例は、実際の露光処理中に実行され、露光対象物に照射される光の照度分布をリアルタイムに計測し、計測結果を光源の制御に迅速に反映させるものである。

本発明の第２の実施例による直接露光装置は、図１を参照して説明した計測手段１１として、露光処理中に露光対象基板３に照射される光のうち、一部の光を分光するハーフミラー２３と、ハーフミラー２３によって分光された一部の光の照度分布を計測するセンサ２１と、を有する。センサ２１は光の照度分布を検知可能なものであればよく、好ましくはラインセンサであるが、面センサであってもよい。また、光源２は、第１の実施例と同様に、本実施例では複数のレーザダイオード（図示せず）を面状に配列させた面光源である。その他、ステージ２２、ＤＭＤ５１、拡散板５４、レンズ５５および５６については図１８を参照して説明したとおりである。なお、図１７は、本実施例に特に関係しない位置センサおよびパターン生成器については省略している。

本実施例では、露光処理中に露光対象基板に照射される光の一部をハーフミラーによって分光する。分光した光の照度分布は、実際に露光対象基板に照射されている光の照度分布にほぼ一致するものであるので、これをセンサ２１によって計測し、制御手段１２によってフィードバックして光源２の制御に反映させる。このときの具体的な動作は図７〜１０を参照して説明したものと同じである。

以上説明した本発明の第２の実施例によれば、分光した光の照度分布に基づいて実際の露光処理中の照度分布を予測計算し、これに応じて光源を制御するので、露光処理中に露光条件やその他の状況が変化して光源の照度分布にムラが生じても、迅速に光の照度分布を均一化することができる。もちろん、露光処理前においても、ハーフミラーによって分光された光の照度分布を計測し、この計測結果に基づいて光源の発光出力を制御してもよい。

本発明の第２の実施例の変形例として、ミラーを、必要に応じて、露光対象基板に照射される光の光路上に配置するようにしてもよい。このためには、露光対象基板に照射される光の光路上にミラーを配置可能とする光路切替え手段を設ければよい。また、この場合において、露光処理前では露光対象基板に照射される光の光路上にミラーを配置し、ミラーによって反射された光の照度分布を計測し、この計測結果に基づいて光源を制御し、一方で露光処理中は、該光路上からミラーを退避させるようにしてもよい。ただし、この場合は露光処理中に露光条件やその他の状況が変化してもリアルタイムに光源の制御をすることはできない。

以上、本発明によれば露光対象基板面上に照射する光を所望の照度分布に制御することができるとともに、露光条件が変更になった場合でも目的の照度分布を容易に得ることができる。

なお、本発明を、光源の発光出力を均一に保つ制御に限らず、露光対象基板に対する光の照度分布を部分的に変更する制御に応用してもよい。

また、本発明は、計測手段による計測結果に基づいて光源を制御したが、光源とＤＭＤとの間に液晶フィルタを設け、計測手段による計測結果に基づいて液晶フィルタが呈する濃淡色（光の透過率）を制御して露光対象基板相当の露光面における光の照度分布を制御するようにしてもよい。

上記各実施例および変形例の点光源としては例えばレーザダイオードが好ましいがＬＥＤなどであってもよい。また、各実施例および変形例は適宜組み合わせて実施してもよい。

本発明によれば、露光対象基板面上に照射する光を所望の照度分布に制御することができるとともに、露光条件が変更になった場合でも目的の照度分布を容易に得ることができる。直接露光処理によれば、高精度な配線形成を容易かつ高速に行うことができ、また、配線の形成密度が上がる。したがって、特に高精度が要求される複雑な配線パターンを直接露光により形成する際に最適であり、また、将来の超微細配線およびそれに伴う露光データの大容量化にも十分に対応可能である。

本発明による直接露光装置の原理ブロック図である。 本発明の第１の実施例による直接露光装置の概略的な構成図である。 露光対象基板相当の露光面における光の照度分布を説明する際に用いられる座標軸を示す図である。 露光対象基板相当の露光面における光の照度分布の一例を示す図であって、ＸＹ座標関係を示す図である。 露光対象基板相当の露光面における光の照度分布の一例を示す図であって、ＸＺ座標関係を示す図である。 本発明の第１の実施例における制御手段による光の照度分布を均一化を説明する図である。 本発明の第１の実施例におけるフィードバック制御を説明するブロック図である。 点光源とセンサとの位置関係を模式的に説明する図である。 本発明の第１の実施例における制御手段内の演算処理について説明する図である。 本発明の第１の実施例における制御手段内の第２の算出手段による目標発光量の算出を説明するフローチャートである。 図７に示す直接露光装置の動作フローを示すフローチャート（その１）である。 図７に示す直接露光装置の動作フローを示すフローチャート（その２）である。 図７に示す直接露光装置の動作フローを示すフローチャート（その３）である。 本発明の第１の実施例における点光源の配置の第１の変形例を説明する図である。 本発明の第１の実施例における点光源の配置の第２の変形例を説明する図である。 本発明の第１の実施例における光源アレイの構成についての変形例を示す図である。 本発明の第２の実施例による直接露光装置の概略的な構成図である。 ＤＭＤを用いた直接露光装置の一従来例を例示する図である。 直接露光装置において、反射板を用いて均一な照射光を得る光源の一従来例を示す図である。 直接露光装置において、均一な照射光を得るためにレーザダイオードを光源とした一従来例を示す図である。 レーザダイオードの発光強度分布を示す図である。 レーザダイオードを面状に並べることにより得られる面光源の光の照度分布を模式的に例示する図である。 レーザダイオードを面状に並べて面光源とした場合において、より均一な光照度を得るための技術（その１）を説明する図である。 レーザダイオードを面状に並べて面光源とした場合において、より均一な光照度を得るための技術（その２）を説明する図である。

符号の説明

１ 直接露光装置
２ 光源
３ 露光対象基板
１１ 計測手段
１２ 制御手段
２１ センサ
２２ ステージ
２３ ハーフミラー
３０ レーザダイオード
３１ 発光部
３２ フィードバック回路
５１ ＤＭＤ
５２ パターン生成器
５３ 位置センサ
５４ 拡散板
５５ レンズ
５６ レンズ
５７ 反射板
５８ レーザダイオード

Claims (18)

1. 露光対象物に光を照射する光源を有する直接露光装置であって、
   露光対象物の露光面に相当する位置における光の照度分布を計測する計測手段と、
   該計測手段の計測結果に基づいて、目的の照度分布が得られるよう前記光源を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする直接露光装置。
2. 前記計測手段は、露光対象物に対する露光処理が開始される前に、露光対象物相当の露光面における光の照度分布を予め計測するセンサを有する請求項１に記載の直接露光装置。
3. 前記計測手段は、前記センサが計測したデータを保存するメモリをさらに有する請求項２に記載の直接露光装置。
4. 前記計測手段は、
   露光処理中に露光対象物に照射される光のうち、一部の光を分光するハーフミラーと、
   該ハーフミラーによって分光された前記一部の光の照度分布を計測するセンサと、を有する請求項１に記載の直接露光装置。
5. 前記計測手段は、
   ミラーと、
   露光対象物に照射される光の光路上に前記ミラーを配置可能とする光路切替え手段と、
   露光対象物に照射される光のうち、前記ミラーによって反射された一部の光の照度分布を計測するセンサと、
   を有する請求項１に記載の直接露光装置。
6. 前記光源は、複数の点光源がマトリクス状に配列された光源アレイを有し、
   前記計測手段は、複数のセンサ個体がマトリクス状に配列されたセンサアレイを有する請求項１に記載の直接露光装置。
7. 前記制御手段は、
   各前記点光源を１つずつ点灯したときの前記計測手段の計測結果に基づいて、各前記点光源の発光量と各前記センサ個体の光計測量との対応関係を、行列の形式で算出する第１の算出手段と、
   前記行列に基づいて、前記目的の照度分布を達成するための各前記点光源ごとの目標発光量を算出する第２の算出手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記目標発光量が得られるよう各前記点光源を制御する請求項６に記載の直接露光装置。
8. 前記第２の算出手段は、前記行列と各前記点光源を同時に全て点灯したときの前記計測手段の計測結果とに基づいて、前記目標発光量を算出する請求項７に記載の直接露光装置。
9. 前記第１の算出手段は、各前記点光源の１つを点灯したときの当該点光源の発光量と、当該点光源を点灯したときに各前記センサ個体が計測する光計測量と、に基づいて前記行列中の各成分を導出する請求項７に記載の直接露光装置。
10. 露光対象物に光源からの光を照射して該露光対象物を露光する直接露光方法であって、
    露光対象物の露光面に相当する位置における光の照度分布を計測する計測ステップと、
    該計測ステップにおける計測結果に基づいて、目的の照度分布が得られるよう前記光源を制御する制御ステップと、
    を備えることを特徴とする直接露光方法。
11. 前記計測ステップでは、露光対象物に対する露光処理が開始される前に、露光対象物相当の露光面における光の照度分布をセンサを用いて予め計測する請求項１０に記載の直接露光方法。
12. 前記センサが計測したデータをメモリに保存する保存ステップと、をさらに備える請求項１１に記載の直接露光方法。
13. 前記計測ステップでは、露光処理中に露光対象物に照射される光のうち、ハーフミラーによって分光された光の照度分布を計測する請求項１０に記載の直接露光方法。
14. 前記計測ステップは、露光対象物に照射される光の光路上にミラーを配置可能とする光路切替えステップをさらに備え、
    露光対象物に照射される光のうち、前記ミラーによって反射された光の照度分布を計測する請求項１０に記載の直接露光方法。
15. 前記光源は、複数の点光源がマトリクス状に配列された光源アレイを有し、
    前記計測ステップでは、複数のセンサ個体がマトリクス状に配列されたセンサアレイを用いて光の照度分布を計測する請求項１０に記載の直接露光方法。
16. 前記制御ステップは、
    各前記点光源を１つずつ点灯したときの前記計測ステップの計測結果に基づいて、各前記点光源の発光量と各前記センサ個体の光計測量との対応関係を、行列の形式で算出する第１の算出ステップと、
    前記行列に基づいて、前記目的の照度分布を達成するための各前記点光源ごとの目標発光量を算出する第２の算出ステップと、を備え、
    前記制御ステップは、前記目標発光量が得られるよう各前記点光源を制御する請求項１５に記載の直接露光方法。
17. 前記第２の算出ステップは、前記行列と各前記点光源を同時に全て点灯したときの前記計測ステップの計測結果とに基づいて、前記目標発光量を算出する請求項１６に記載の直接露光方法。
18. 前記第１の算出ステップは、各前記点光源の１つを点灯したときの当該点光源の発光量と、当該点光源を点灯したときに各前記センサ個体が計測する光計測量と、に基づいて前記行列中の各成分を導出する請求項１６に記載の直接露光方法。

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