JP2006344747A - 面光源制御装置および面光源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の点光源が配列されて構成される面光源の照度強度を効率的に均一化した直接露光装置のための面光源制御装置および面光源制御方法を実現する。
【解決手段】 直接露光装置のための面光源制御装置は、露光面に相当する位置における各点光源の照度分布特性の傾向が類似するグループごとに予めグループ分けされてある各点光源について、投影素子に入射された光が全て露光面の方向に反射される状態において、露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布が均一となるような各点光源の発光レベルを、当該点光源が属するグループごとに決定する発光レベル決定手段を備え、この発光レベル決定手段は、同一のグループに属する点光源については、同一の発光レベルとなるように決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の点光源が配列された面光源を用いて、これと相対移動する露光対象物（露光対象基板）の露光面上に光を照射する直接露光装置のための面光源制御装置および面光源制御方法に関する。

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、露光対象物（露光対象基板）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７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３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。面光源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中の各微小ミラーに入射した光が反射する方向を適宜変え、この光を露光対象基板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８は、直接露光装置において、均一な照射光を得るために点光源を複数配列して面光源とした一従来例を示す図である。複数の点光源５８を面状に配列して面光源２を構成する。各点光源からの光を光ファイバを用いて一旦収束させた上で凸レンズを用いて平行光線に変換し、さらにこの平行光線を拡散板５４に通して「照度のムラ」を除去した上で、図７におけるＤＭＤ５１に照射する。

また、上記方法以外にも、点光源から発せられた光を分割して等価的に多光源を実現し、これを均一化して面光源とする技術もある。

さらに、露光対象面上の像の光量分布（照度分布）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）。

同じく露光対象基板に対して均一な照射光を得るために、露光エリアを走査方向と直交する方向にずらして当該露光エリアに隣接する露光エリアと重なるようにしながら、走査方向に露光していく技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１０−１１２５７９号公報 特開２００２−３６７９００号公報 特開２００４−１４６７８９号公報

複数の点光源を配列して面光源を構成した場合おいて、露光対象基板の露光面上の照度分布を計測して、この計測結果に基づいて、露光対象基板の露光面上の照度分布が均一になるよう、各点光源の発光レベルについて個別にフィードバック制御することは、演算処理量が膨大になり、好ましくない。これと同様に、上記特許文献２（特開２００２−３６７９００号公報）に記載された技術は、露光対象基板の露光面上の照度分布が均一になるよう、微小ミラーの傾動角度を制御するものであるが、各微小ミラーの傾動角度について個別にフィードバック制御することは、演算処理量が膨大になり、好ましくない。このような演算処理量の増加は、均一の照度分布を得ることができる各点光源の発光レベルの確定までには相当の時間を要することを意味する。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、複数の点光源が配列されて構成される面光源の照度強度を効率的に均一化した、直接露光装置のための面光源制御装置および面光源制御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、まず、面光源を構成する複数の点光源を、露光対象物（露光対象基板）の露光面に相当する位置における照度分布特性の傾向が類似するグループごとに予めグループ分けしておく。そして、直接露光装置の露光パターンを発生するための投影素子が、入射した光が全て反射するような状態にあるときにおいて、露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布が均一となるような各点光源の発光レベルを、当該点光源が属するグループごとに決定する。ここで、各点光源の発光レベルについては、同一のグループに属する点光源については、同一の発光レベルとなるように決定する。

すなわち、本発明による直接露光装置のための面光源制御装置は、露光対象基板の露光面に相当する位置における各点光源の照度分布特性の傾向が類似するグループごとに予めグループ分けされてある各点光源について、投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、露光対象基板の露光面に相当する位置における照度分布が均一となるような各点光源の発光レベルを、当該点光源が属するグループごとに決定する発光レベル決定手段を備える。発光レベル決定手段は、同一のグループに属する点光源については、同一の発光レベルとなるように決定する。

本発明による直接露光装置のための面光源制御方法は、投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、露光対象基板の露光面に相当する位置における各点光源の照度分布特性の傾向が類似するグループごとに、各点光源をグループ分けするグループ分けステップと、投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、露光対象基盤の露光面に相当する位置における照度分布が均一となるような各点光源の発光レベルを、当該点光源が属する前記グループごとに決定する発光レベル決定ステップと、を備える。発光レベル決定ステップは、同一のグループに属する点光源については、同一の発光レベルとなるように決定する。

本発明によれば、複数の点光源が配列されて構成される面光源の照度強度を効率的に均一化することができ、直接露光処理における露光量のバラツキを効率的に防ぐことができる。

直接露光装置は、複数の点光源が配列されて構成される面光源が発する光を、露光パターンを発生するための投影素子に入射し、この投影素子において反射した光を、この投影素子に対して相対移動する露光対象基板の露光面上に照射することで、露光面上に所望の露光パターンを形成していく。図１は、本発明の実施例による、直接露光装置のための面光源制御方法の動作フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１００において、直接露光装置の露光パターンを発生するための投影素子に入射された光が露光対象基板の露光面の方向に全て反射されるような状態において、露光対象基板の露光面に相当する位置における各点光源の照度分布特性の傾向が類似するグループごとに、各点光源をグループ分けする。

投影素子が例えばＤＭＤである場合は、露光処理中は、パターンデータに応じて、ＤＭＤ内の微小ミラー(マイクロミラー)を傾動させてＤＭＤに入射した光が反射する方向を適宜変え、露光対象基板の露光面状に所望の露光パターンを形成する。しかし、ステップＳ１００において点光源をグループ分けする際には、ＤＭＤ内の微小ミラーは、ＤＭＤに入射した光が、全て露光対象基板の露光面の方向に反射するように傾動させる。

ステップＳ１００における点光源のグループ分けは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理からなる。

ステップＳ１０１では、投影素子に入射された光が露光対象基板の露光面の方向に全て反射される状態において、各点光源を１つずつ点灯させ、このときの露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布を計測する。ステップＳ１０１では、点光源ごとの照度分布を計測する。

続いて、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１において点光源ごとに計測した各照度分布について、当該点光源に係る光の照度を、露光対象基板の相対移動の方向に沿って積算する。これにより、露光対象基板の相対移動の方向と直交する方向に関する照度積算値分布が算出される。照度積算値分布は、点光源それぞれについて算出する。

図２は、照度分布と照度積算値分布との関係の一例を示す図であり、（ａ）は照度分布を示し、（ｂ）は照度積算値分布を示す。例えば、図２（ａ）は、計測された照度分布の一例を示して示されたものであるが、図中、濃い網線で示される部分ほど、光の照度が低いことを示している。また、図２（ａ）に示す矢印の向きは、露光対象基板の相対移動の方向を示す。図２（ａ）に示す照度分布において、露光対象基板の相対移動の方向に沿って、光の照度を積算すると、図２（ｂ）に示すような、露光対象基板の相対移動の方向と直交する方向に関する照度積算値分布が得られる。光の照度が高いほど、照度積算値は大きくなる。

図１のステップＳ１０３では、各点光源の照度積算値分布の傾向の類似性を判別する。ステップＳ１０３において照度積算値分布の傾向が類似すると判定された場合は、当該点光源の照度分布特性の傾向が類似するものと判断する。照度分布特性の傾向が類似する点光源が、同一のグループに属することになるようにグループ分けする。

ステップＳ１０３における類似性の判別は、本実施例では、各点光源の照度積算値分布の相関係数を求めることで行う。相関係数は、数値同士の類似性を示すパラメータとして一般的に用いられるものであり、式（１）のように示される。

ここで、ｎはデータの数を表し、ｘ_iはデータｘのｉ番目のデータであることを表し、ｙ_iはデータｙのｉ番目のデータであることを表す。また、μ_xはデータｘの平均値を表し、μ_yはデータｙの平均値を表す。また、σ_xはデータｘの標準偏差を表し、σ_yはデータｙの標準偏差を表す。すなわち、式（１）に示すように、本実施例で用いられる相関係数は、データｘと平均値との差分と、データｙと平均値との差分と、の積を、データｘおよびデータｙの各標準偏差の積で割り算することで、「−１」から「＋１」の範囲に入るように正規化される。相関係数が「＋１」に近いほど類似性が強く、「−１」に近いほど非類似性が強いことを示す。

図３は、相関係数を用いた類似性の判別の一具体例を説明する図である。本具体例では、ある点光源について算出された照度積算値分布のデータｘについて、他の３個の点光源それぞれについて算出された照度積算分布のデータＹＡ、ＹＢおよびＹＣとの類似性を判別する場合を示す。各データｘ、ＹＡ、ＹＢおよびＹＣは、露光対象基板の相対移動の方向と直交する方向に沿って所定の分解能でもって、すなわち図３に示す例では１０個のデータに、離散化した値とする。なお、どの程度の分解能でデータを離散化するかは、点光源のグループ分けに必要な精度、点光源の発光レベルの決定に費やすことのできる時間やコストなど、種々の要因を考慮して適宜決めればよい。

図３に示すように、データｘの、データＹＡ、ＹＢおよびＹＣに対する各相関係数は、「０．９２」、「−０．１１」、「−０．８３」となる。これら相関係数により、データｘは、データＹＡと非常に類似しているが、データＹＣとは全く類似していない、といった判断ができる。

上述のようにして各点光源をグループ分けした後、図１のステップＳ２００において、投影素子に入射された光が露光対象基板の露光面の方向に全て反射されるような状態において、露光対象基板の露光面に相当する位置における照度分布が均一となるような各点光源の発光レベルを、当該点光源が属するグループごとに決定する。ここでは、同一のグループに属する点光源については、同一の発光レベルとなるように決定する。

図４は、本発明の実施例における、点光源の発光レベルの決定を説明する図である。図１のステップＳ１００における点光源のグループ分けにより、点光源の照度分布特性は、グループの数だけの種類の照度積算値分布に集約されることになる。図４に示す例では、Ｎ個のグループにグループ分けされたとしてＮ種類の照度積算値分布が得られている。本実施例では、これらＮ種類の照度積算値分布を適宜組み合わせて合成して、露光対象基板の露光面に相当する位置における照度分布が均一となるように、すなわち照度積算値分布が一定となるように、これらＮ種類の照度積算値分布の組合せ方を決定する。同一グループに属する点光源の発光レベルは同一であることから、照度積算値分布の組合せ方の決定は、各グループに割り当てられる発光レベルの大きさを決定することと同意である。すなわち、図４に示すように、各グループ＃ｉ（ただし、ｉ＝１〜Ｎ）の照度積算値分布に「当該グループに属する点光源に対する発光レベルの指令値」を意味する係数（いわゆるゲイン）＃ｉ（ただし、ｉ＝１〜Ｎ）を乗算してこれら乗算結果を合成したときに、一定の照度積算値分布が得られるような、これら係数＃ｉ（ただし、ｉ＝１〜Ｎ）を求める。

例えば、点光源がレーザダイオードであるとして、各レーザーダイオードの発光レベルを１０２４段階の分解能で調整可能である場合を考える。９６個のレーザダイオードを配列して面光源を構成したとき、面光源として所望の照度を得るにも、１０２４⁹⁶＝１．０２４×１０²⁸⁸通りの制御パターンがある。これに対し、本発明にしたがって９６個のレーザダイオードを例えば６グループに集約させた場合には、１０２４⁶＝１．０２４×１０¹⁸通りの制御パターンとなるので、演算処理量が大幅に低減されることになる。

図５は、本発明の実施例による、直接露光装置のための面光源制御装置の基本構成図である。

直接露光装置１内の面光源２は、複数のレーザダイオード１１が発する光を導く光ファイバ１２を面状に並べて構成される。面光源２は、拡散板５４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中の各微小ミラーに入射した光が反射する方向を適宜変え、この光を、ＤＭＤ５１に対して相対移動する露光対象基板３上のレジストにレンズ５６を介して照射し、パターンデータに対応した露光パターンを形成する。

露光対象基板の露光面に相当する位置３’近傍にセンサ部５が設けられる。例えば９６個のレーザダイオード１１に対し、センサ部５は、例えば縦５個×横７個のセンサのアレイで構成される。またあるいは、センサ部５をラインセンサで構成してもよい。センサ部５は、ＤＭＤ５１に入射された光が露光対象基板３の露光面の方向に全て反射される状態において、各レーザダイオード１１を１つずつ点灯させときの、露光対象基板の露光面に相当する位置３’における照度分布を計測するのに用いられる。

演算処理部４は、センサ部５で計測した照度分布を用いて照度積算値分布を算出し、この照度積算値分布を用いて各レーザダイオード１１の照度積算値分布の類似性を判別して各レーザダイオード１１をグループ分けする。また、演算処理部４は、ＤＭＤ５１に入射された光が露光対象基板の露光面の方向に全て反射されるような状態において、露光対象基板３の露光面に相当する位置３’における照度分布が均一となるような各レーザーダイオード１１の発光レベルを、当該レーザダイオード１１が属するグループごとに決定する。

図６は、本発明の実施例の変形例による、直接露光装置のための面光源制御装置の基本構成図である。

本変形例は、図５に示したようなレーザダイオード１１の発光レベルを制御する代わりに、液晶パネル６の光の透過率を制御するようにして上述のものと同様の効果をもたらせるようにしたものである。すなわち、図６に示すように、レーザダイオードの代わりにランプ８からの光を平行光線に変換するためのレンズ７と、光の透過率が可変の液晶パネル６と、を用いて図５を参照して説明した実施例の場合と実質的に同様の効果を得る。

液晶パネル６には、光の透過率を電圧によって制御することができる素子が、マトリクス状に配列されている。すなわち、マトリクス状に配列された当該素子の１つ１つが、上述のレーザダイオードの１つ１つに相当することになる。マトリクス状に配列された当該素子の１つ１つを１００％の光の透過率にしたときにおいて、露光対象基板の露光面に相当する位置３’における照度分布を当該素子ごとに計測し、これら照度分布特性の類似性に基づいて当該素子をグループ分けする。

そして、演算処理部４は、ＤＭＤ５１に入射された光が露光対象基板３の露光面の方向に全て反射されるような状態において、露光対象基板の露光面に相当する位置３’における照度分布が均一となるような液晶パネル６の光の透過率を、当該素子が属するグループごとに決定する。

本発明によれば、複数の点光源が配列されて構成される面光源の照度強度を効率的に均一化することができ、直接露光処理における露光量のバラツキを効率的に防ぐことができる。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。

本発明の実施例による、直接露光装置のための面光源制御方法の動作フローを示すフローチャートである。 照度分布と照度積算値分布との関係の一例を示す図であり、（ａ）は照度分布を示し、（ｂ）は照度積算値分布を示す。 相関係数を用いた類似性の判別の一具体例を説明する図である。 本発明の実施例における、点光源の発光レベルの決定を説明する図である。 本発明の実施例による、直接露光装置のための面光源制御装置の基本構成図である。 本発明の実施例の変形例による、直接露光装置のための面光源制御装置の基本構成図である。 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、均一な照射光を得るために点光源を複数配列して面光源とした一従来例を示す図である。

符号の説明

１ 直接露光素子
２ 面光源
３ 露光対象基板
３’ 露光対象基板の露光面に相当する位置
４ 演算処理部
５ センサ部
６ 液晶パネル
７ レンズ
８ ランプ
１１ レーザダイオード
１２ 光ファイバ

Claims (10)

1. 複数の点光源が配列されて構成される面光源が発する光を、露光パターンを発生するための投影素子に入射し、該投影素子において反射した光を、該投影素子に対して相対移動する露光対象物の露光面上に照射することで、前記露光面上に所望の露光パターンを形成する直接露光装置のための面光源制御装置であって、
   前記露光面に相当する位置における各前記点光源の照度分布特性の傾向が類似するグループごとに予めグループ分けされてある各前記点光源について、前記投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布が均一となるような各前記点光源の発光レベルを、当該点光源が属する前記グループごとに決定する発光レベル決定手段を備えることを特徴とする面光源制御装置。
2. 前記発光レベル決定手段は、同一の前記グループに属する前記点光源については、同一の発光レベルとなるように決定する請求項１に記載の面光源制御装置。
3. 前記投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、各前記点光源を１つずつ点灯したときの露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布を、前記点光源ごとに計測する計測手段と、
   前記点光源ごとに計測した各前記照度分布に基づいて当該点光源に係る光の照度を前記の相対移動の方向に沿って積算することで、前記の相対移動の方向と直交する方向に関する照度積算値分布を、前記点光源ごとに算出する積算手段と、
   各前記点光源の前記照度積算値分布の傾向の類似性を判別する判別手段と、
   を備え、
   前記判別手段において前記照度積算値分布の傾向が類似すると判定された場合を、当該点光源の前記照度分布特性の傾向が類似するものと判断し、これら点光源を同一のグループに属するようグループ分けする請求項１または２に記載の面光源制御装置。
4. 前記判別手段は、各前記点光源の前記照度積算値分布同士の相関係数に基づいて前記照度積算値分布の傾向の類似性を判別する請求項３に記載の面光源制御装置。
5. 前記発光レベル決定手段は、前記投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、前記グループごとの前記照度積算値分布に基づいて、前記露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布が均一となる各前記点光源の発光レベルを、当該点光源が属する前記グループごとに決定する請求項３に記載の面光源制御装置。
6. 複数の点光源が配列されて構成される面光源が発する光を、露光パターンを発生するための投影素子に入射し、該投影素子において反射した光を、該投影素子に対して相対移動する露光対象物の露光面上に照射することで、前記露光面上に所望の露光パターンを形成する直接露光装置のための面光源制御方法であって、
   前記投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、前記露光面に相当する位置における各前記点光源の照度分布特性の傾向が類似するグループごとに、各前記点光源をグループ分けするグループ分けステップと、
   前記投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布が均一となるような各前記点光源の発光レベルを、当該点光源が属する前記グループごとに決定する発光レベル決定ステップと、
   を備えることを特徴とする面光源制御方法。
7. 前記発光レベル決定ステップは、同一の前記グループに属する前記点光源については、同一の発光レベルとなるように決定する請求項６に記載の面光源制御方法。
8. 前記グループ分けステップは、
   前記投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、各前記点光源を１つずつ点灯したときの露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布を、前記点光源ごとに計測する計測ステップと、
   前記点光源ごとに計測した各前記照度分布に基づいて当該点光源に係る光の照度を前記の相対移動の方向に沿って積算することで、前記の相対移動の方向と直交する方向に関する照度積算値分布を、前記点光源ごとに算出する積算ステップと、
   各前記点光源の前記照度積算値分布の傾向の類似性を判別する判別ステップと、
   を備え、
   前記判別ステップにおいて前記照度積算値分布の傾向が類似すると判定された場合を、当該点光源の前記照度分布特性の傾向が類似するものと判断し、これら点光源を同一のグループに属するようグループ分けする請求項６または７に記載の面光源制御方法。
9. 前記判別ステップは、各前記点光源の前記照度積算値分布同士の相関係数に基づいて前記照度積算値分布の傾向の類似性を判別する請求項８に記載の面光源制御方法。
10. 前記発光レベル決定ステップは、前記投影素子に入射された光が前記露光面の方向に全て反射される状態において、前記グループごとの前記照度積算値分布に基づいて、前記露光対象物の露光面に相当する位置における照度分布が均一となる各前記点光源の発光レベルを、当該点光源が属する前記グループごとに決定する請求項８に記載の面光源制御方法。

Images