JP2007078764A - Exposure device and exposure method - Google Patents
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Description
本発明は露光装置および露光方法に関し、特に、制御信号に応じて光を変調する空間光変調素子を有し、感光材料に対して相対的に移動して該感光材料を露光する露光装置および露光方法に関するものである。 The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method, and more particularly, to an exposure apparatus and an exposure apparatus that have a spatial light modulation element that modulates light according to a control signal and that moves relative to the photosensitive material to expose the photosensitive material. It is about the method.
従来、画像データに基づいて空間光変調素子により変調された光を用いて感光材料を露光する露光ヘッド、および該露光ヘッドを走査させて該感光材料上に画像パターンを形成する露光装置が種々知られている。空間光変調素子は、照射された光を各々制御信号に応じて変調する多数の画素部が並設されてなるものであり、その一例としてDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)が挙げられる。DMDは、制御信号に応じて反射面の角度を変化させる多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に2次元状に配列されてなるミラーデバイスである。 Conventionally, various exposure heads for exposing a photosensitive material using light modulated by a spatial light modulator based on image data, and exposure apparatuses for forming an image pattern on the photosensitive material by scanning the exposure head are known. It has been. The spatial light modulation element is formed by arranging a large number of pixel units for modulating irradiated light according to control signals, and one example thereof is a DMD (digital micromirror device). The DMD is a mirror device in which a large number of micromirrors that change the angle of a reflecting surface according to a control signal are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon.
特許文献1および特許文献2には、DMDを空間光変調素子として用い、空間光変調素子で変調された光の光路に、空間光変調素子の各画素部にそれぞれ対応して各画素部からの光を集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを配置した構成の露光装置が記載されている。さらに特許文献2には、走査方向に対してDMDを傾斜させて配置し、1つの走査線上を重ねて露光(多重露光)することにより、画像むらの低減を図ると共に、走査時の走査線の間隔を密にして解像度の向上を図る技術が記載されている。
ところで、上記のようなマイクロレンズアレイを用いた露光装置では、DMDで変調された光をマイクロレンズアレイのマイクロレンズでドット状に成形し、その光を感光材料に投影して露光している。このときの分解能RはマイクロレンズのNA(開口数)に依存し、下式(1)で表される。
R=k1×λ/NA (1)
ここで、k1:定数、 λ:波長、 NA=n×sinθ、 n:屈折率
θ:像点から射出瞳の半径に対して張る角度
式(1)からわかるように、レンズ形状を制御して分解能を向上させるには、NAを大きくする必要がある。一方、焦点深度Zは下式(2)で表される。
Z=k2×λ/NA2 (2)
式(2)からわかるように、NAが大きいほど、焦点深度は浅い。
By the way, in an exposure apparatus using a microlens array as described above, light modulated by DMD is formed into dots by a microlens of the microlens array, and the light is projected onto a photosensitive material for exposure. The resolution R at this time depends on the NA (numerical aperture) of the microlens and is expressed by the following equation (1).
R = k1 × λ / NA (1)
Here, k1: constant, λ: wavelength, NA = n × sin θ, n: refractive index θ: an angle formula extending from the image point to the radius of the exit pupil (1), the lens shape is controlled. In order to improve the resolution, it is necessary to increase the NA. On the other hand, the focal depth Z is expressed by the following equation (2).
Z = k2 × λ / NA 2 (2)
As can be seen from equation (2), the greater the NA, the shallower the focal depth.
以上より、露光波長が一定の場合、分解能向上のためにNAを大きくすると、焦点深度が浅くなる。焦点深度が浅いと、感光材料に入射する光の光軸方向の微小な位置ズレにより生じる被露光面でのボケ量が大きくなり、感光材料に形成されるパターンの鮮鋭度が劣化するという問題が起こる。特に大型基板の場合、基板自体の平坦度が高くないために上記位置ズレの影響が大きく、鮮鋭度の劣化が著しいものとなる。 From the above, when the exposure wavelength is constant, increasing the NA to improve the resolution decreases the depth of focus. When the depth of focus is shallow, there is a problem that the amount of blur on the exposed surface caused by a slight positional shift in the optical axis direction of light incident on the photosensitive material increases, and the sharpness of the pattern formed on the photosensitive material deteriorates. Occur. In particular, in the case of a large substrate, since the flatness of the substrate itself is not high, the influence of the positional deviation is large, and the sharpness is greatly deteriorated.
上記問題を解決するには、フォーカス制御を正しく行うことが必要であり、そのためには例えば、機械的なオートフォーカス機構を付加することが考えられるが、その場合には、構造が複雑化すると共に装置全体が大型化し、コストアップする等の新たな問題が発生する。 In order to solve the above problem, it is necessary to perform focus control correctly. For this purpose, for example, it may be possible to add a mechanical autofocus mechanism. In this case, however, the structure becomes complicated. New problems such as an increase in the size and cost of the entire apparatus occur.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、複雑な構成を用いることなく、高精度なフォーカス制御が容易に可能な露光装置および露光方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of easily performing high-precision focus control without using a complicated configuration.
本発明の露光装置は、照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が多数並設されて、複数のブロック領域に分割された空間光変調素子と、前記空間光変調素子に対し感光材料を相対移動させる移動手段と、前記空間光変調素子と前記感光材料との間の光路に配置され、前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配され、前記空間光変調素子のブロック領域に対応した複数のブロック領域に分割され、該ブロック領域ごとに前記マイクロレンズの焦点距離が異なるマイクロレンズアレイと、前記感光材料の各位置の被露光面の高さを測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記感光材料の各位置の被露光面の高さに基づいて、前記被露光面の各位置に合焦可能な前記マイクロレンズアレイのブロック領域の少なくとも一部を選択し、前記相対移動において、選択された該ブロック領域の少なくとも一部に対応する前記空間光変調素子を駆動させる制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。 An exposure apparatus according to the present invention includes a plurality of pixel units that respectively modulate irradiated light according to a control signal, and a spatial light modulation element that is divided into a plurality of block regions, and the spatial light modulation element. A moving means for relatively moving the photosensitive material, and a microlens arranged in an optical path between the spatial light modulation element and the photosensitive material, and condensing light from each pixel portion of the spatial light modulation element, in an array form A microlens array that is divided into a plurality of block regions corresponding to the block region of the spatial light modulation element, the focal length of the microlens being different for each block region, and the exposure of each position of the photosensitive material Measuring means for measuring the height of the surface; and the microphone capable of focusing on each position of the exposed surface based on the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material measured by the measuring means Control means for selecting at least a part of a block area of the lens array and driving the spatial light modulation element corresponding to at least a part of the selected block area in the relative movement. To do.
前記制御手段は、前記測定手段により測定された前記感光材料の各位置の被露光面の高さに基づいてマッピングデータを作成すると共に、該マッピングデータに基づいて前記被露光面に対応する近似曲線を求めるように構成してもよい。 The control means creates mapping data based on the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material measured by the measuring means, and an approximate curve corresponding to the exposed surface based on the mapping data. You may comprise so that it may obtain | require.
また、前記制御手段は、前記相対移動方向に沿って前記ブロック領域の全部を選択するように構成してもよい。 The control means may be configured to select all of the block area along the relative movement direction.
あるいは、前記制御手段は、前記相対移動方向と交わる方向に沿って前記ブロック領域の一部のみを選択するように構成してもよい。 Alternatively, the control unit may be configured to select only a part of the block area along a direction intersecting with the relative movement direction.
本発明の露光方法は、照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が多数並設されて、複数のブロック領域に分割された空間光変調素子と、前記空間光変調素子に対し感光材料を相対移動させる移動手段と、前記空間光変調素子と前記感光材料との間の光路に配置され、前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配され、前記空間光変調素子のブロック領域に対応した複数のブロック領域に分割され、該ブロック領域ごとに前記マイクロレンズの焦点距離が異なるマイクロレンズアレイとを備えた露光装置を用いて露光する露光方法において、前記感光材料の各位置の被露光面の高さを測定する工程と、前記測定する工程で測定された前記感光材料の各位置の被露光面の高さに基づいて、前記被露光面の各位置に合焦可能な前記マイクロレンズアレイのブロック領域の少なくとも一部を選択する工程と、前記空間光変調素子を前記感光材料に対し相対移動させながら、前記選択された該ブロック領域の少なくとも一部に対応する前記空間光変調素子を駆動させて露光する工程と、を有することを特徴とするものである。 In the exposure method of the present invention, a plurality of pixel units that modulate irradiated light according to control signals are arranged in parallel and divided into a plurality of block regions, and the spatial light modulator A moving means for relatively moving the photosensitive material, and a microlens arranged in an optical path between the spatial light modulation element and the photosensitive material, and condensing light from each pixel portion of the spatial light modulation element, in an array form And is exposed to light using an exposure apparatus that includes a microlens array that is divided into a plurality of block regions corresponding to the block region of the spatial light modulator and that has a different focal length of the microlens for each block region. In the exposure method, based on the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material, and the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material measured in the measuring step Selecting at least a part of a block region of the microlens array that can be focused on each position of the exposed surface; and moving the spatial light modulator relative to the photosensitive material while selecting the selected region. And driving the spatial light modulation element corresponding to at least a part of the block region to perform exposure.
前記選択する工程は、前記測定する工程で測定された前記感光材料の各位置の被露光面の高さに基づいてマッピングデータを作成する工程と、前記マッピングデータに基づいて前記被露光面に対応する近似曲線を求める工程とを有するように構成してもよい。 The selecting step corresponds to the step of creating mapping data based on the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material measured in the measuring step and the surface to be exposed based on the mapping data. And a step of obtaining an approximated curve.
前記選択する工程では、前記相対移動方向に沿って前記ブロック領域の全部を選択することを特徴とするように構成してもよい。 In the selecting step, the entire block area may be selected along the relative movement direction.
前記選択する工程では、前記相対移動方向と交わる方向に沿って前記ブロック領域の一部のみを選択するように構成してもよい。 In the selecting step, only a part of the block region may be selected along a direction intersecting with the relative movement direction.
ここで、焦点距離が異なるとは、一方が合焦のときには他方が合焦せず、一方が非合焦のときに他方が合焦する程度に、光軸方向に近接して異なることを意味する。 Here, the different focal lengths mean that the other is not in focus when one is in focus, and is close to the optical axis direction so that the other is in focus when one is out of focus. To do.
本発明の露光装置および露光方法によれば、ブロック領域に分割された空間光変調素子と、この空間光変調素子のブロック領域に対応したブロック領域に分割されたマイクロレンズアレイを備え、該マイクロレンズアレイはブロック領域ごとにマイクロレンズの焦点距離が異なるように構成されている。そして、感光材料の各位置の被露光面の高さの測定情報に基づき、被露光面の各位置に合焦可能なマイクロレンズアレイのブロック領域の少なくとも一部を選択し、選択されたブロック領域の少なくとも一部に対応する空間光変調素子を駆動させるようにしている。これにより、分解能向上のためにマイクロレンズのNAを大きくして、個々のマイクロレンズの焦点深度が浅くなったとしても、また、感光材料にうねりや反り、または被露光面上に段差構造等の凹凸形状が存在しても、複雑な機械的なオートフォーカス等の機構を用いることなく、高精度なフォーカス制御が容易に可能となり、鮮鋭な画像を形成できる。 According to the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, the microlens includes a spatial light modulation element divided into block areas and a microlens array divided into block areas corresponding to the block areas of the spatial light modulation element. The array is configured so that the focal length of the microlens differs for each block region. Then, based on the measurement information of the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material, at least a part of the block area of the microlens array that can be focused on each position on the exposed surface is selected, and the selected block area The spatial light modulator corresponding to at least a part of the light is driven. As a result, even if the NA of the microlens is increased to improve the resolution and the depth of focus of each microlens becomes shallower, the photosensitive material is wavy or warped, or a step structure or the like is formed on the exposed surface. Even if there is an uneven shape, high-precision focus control can be easily performed without using a complicated mechanism such as mechanical autofocus, and a sharp image can be formed.
特に、露光ヘッドの露光エリア内で被露光面の高さ分布が存在する基板に対しては、従来の露光ヘッド全体を移動させる方法では適切に対応できなかったが、本発明によれば、露光エリア内のブロック領域の単位、あるいはブロック領域の一部であるより小さな単位でフォーカス制御できるため、より高精度なフォーカス制御が可能となり、より鮮鋭な画像を形成できる。 In particular, for a substrate in which the height distribution of the surface to be exposed exists within the exposure area of the exposure head, the conventional method of moving the entire exposure head has not been able to cope with it properly. Since focus control can be performed in units of block areas in the area or in smaller units that are part of the block areas, more accurate focus control can be performed, and sharper images can be formed.
上記ブロック領域の選択において、被露光面の高さの測定情報に基づいてマッピングデータを作成し、このマッピングデータに基づいて被露光面に対応する近似曲線を求め、該近似曲線に基づいて前記マイクロレンズアレイのブロック領域の少なくとも一部を選択するようにすれば、配置すべき測定手段の数を削減でき、効率的に高精度なフォーカス制御を行うことができる。 In the selection of the block area, mapping data is created based on the measurement information of the height of the exposed surface, an approximate curve corresponding to the exposed surface is obtained based on the mapping data, and the microscopic data is calculated based on the approximate curve. If at least a part of the block region of the lens array is selected, the number of measuring means to be arranged can be reduced, and highly accurate focus control can be performed efficiently.
ここで、相対移動方向に沿って前記ブロック領域の全部を選択するようにした場合は、ブロック領域の単位で制御可能となる。 Here, when all of the block areas are selected along the relative movement direction, control is possible in units of block areas.
あるいは、相対移動方向と交わる方向に沿って前記ブロック領域の一部のみを選択するようにした場合は、ブロック領域の一部であるより小さな単位でフォーカス制御できるため、より高精度な露光が可能になる。特に、1ライン分の画像を同時に露光する従来のラインヘッドでは、1ヘッド内でフォーカス制御できるのは相対移動方向のみであるのに対して、本発明のこの場合には、相対移動方向だけでなく、相対移動方向と交差する方向にもフォーカス制御が可能となり、非常に有効である。 Alternatively, if only a part of the block area is selected along the direction intersecting the relative movement direction, the focus can be controlled in a smaller unit that is a part of the block area, so that more accurate exposure is possible. become. In particular, in a conventional line head that simultaneously exposes an image for one line, focus control can be performed within one head only in the relative movement direction, whereas in this case of the present invention, only the relative movement direction can be controlled. In addition, the focus control can be performed in the direction intersecting the relative movement direction, which is very effective.
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態による露光装置および露光方法について説明する。本実施形態の露光装置および露光方法は、複数のブロック領域に分割された空間光変調素子と、このブロック領域に対応して異なる焦点距離を有するマイクロレンズがアレイ状に配されたマイクロレンズアレイを備え、露光に用いるブロック領域を全体的に選択して露光するものであるが、まず、本実施形態の露光装置の全体の構成について説明する。図1は、本実施形態の露光装置の概略構成を示す斜視図である。 Hereinafter, an exposure apparatus and an exposure method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The exposure apparatus and the exposure method of the present embodiment include a microlens array in which spatial light modulation elements divided into a plurality of block areas and microlenses having different focal lengths corresponding to the block areas are arranged in an array. First, the entire configuration of the exposure apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the exposure apparatus of the present embodiment.
図1に示すように、本実施形態の露光装置100は、4本の脚部154に支持された矩形厚板状の設置台156を備えている。設置台156の上面には、長手方向に沿って2本のガイド158が延設されており、これら2本のガイド158上には、矩形平盤状の移動手段としてのステージ152が設けられている。ステージ152は、長手方向がガイド158の延設方向を向くよう配置され、ガイド158により設置台156上を往復移動可能に支持されており、図示しない駆動装置に駆動されてガイド158に沿って往復移動する。このステージ152の上面には、感光材料150が図示しない位置決め部により載置位置を決められた状態で吸着され保持される。
As shown in FIG. 1, the
設置台156の中央部よりもステージ152の移動方向の上流側及び下流側には、ゲート160、161が所定の間隔で配置されている。ゲート160、161は、ステージ152の移動経路を跨ぐようコ字状に形成されており、両先端部が設置台156の両側面に固定されている。
ステージ152の移動方向の上流側に配置されたゲート160には、その上流側に向けられた前面の上部(ステージ152の移動経路の上方)に、3台の検出ユニット180がステージ152の移動方向と直交する方向に沿って所定の間隔で固定配置されている。検出ユニット180は、上流側に配置されたCCDカメラ182と下流側に配置された測定手段としての変位センサ184とが一体化されて略箱型とされており、CCDカメラ182のレンズ部186及び変位センサ184のセンサ部188は共に下方へ向けられている。
In the
ステージ152の移動方向の下流側に配置されたゲート161には、その下流側に向けられた後面の上部(ステージ152の移動経路の上方)に、スキャナ162が固定配置されている。よって、ステージ152の移動に伴い、スキャナ162に対し感光材料150は相対的に移動する。このスキャナ162と検出ユニット180との間隔は、スキャナ162に設けられた後述する露光ヘッド166による露光開始位置と、検出ユニット180のCCDカメラ182による撮影位置(レンズ部186の光軸中心)との距離が、感光材料150の長手方向の寸法よりも少し長くなるように設定されている。
In the
また、ステージ152の駆動装置、スキャナ162及び検出ユニット180は、これらを制御する制御手段としてのコントローラ190に接続されている。このコントローラ190により、後述する露光装置100の露光動作時には、ステージ152は所定の速度で移動するよう制御され、検出ユニット180は所定のタイミングで感光材料150を検出するよう制御され、露光ヘッド166は所定のタイミングで感光材料150を露光するよう制御される。
Further, the driving device of the
スキャナ162は、図2及び図3(B)に示すように、m行n列(例えば、2行5列)の略マトリックス状に配列された複数(例えば8個)の露光ヘッド166を備えている。なお、以下において、m行目のn列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド166mnと表記する。
As shown in FIGS. 2 and 3B, the
露光ヘッド166で露光される領域である露光エリア168は、図2に示すように、短辺が副走査方向に沿った矩形状であり、副走査方向に対し、所定の傾斜角θで傾斜している。そして、ステージ152の移動に伴い、感光材料150には露光ヘッド166ごとに帯状の露光済み領域170が形成される。なお、図1及び図2に示すように、副走査方向は、ステージ移動方向とは向きが反対である。なお、以下において、m行目のn列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア168mnと表記する。
As shown in FIG. 2, the
また、図3(A)および(B)に示すように、帯状の露光済み領域170のそれぞれが、隣接する露光済み領域170と部分的に重なるように、ライン状に配列された各行の露光ヘッド166の各々は、その配列方向に所定間隔ずらして配置されている。このため、1行目の露光エリア16811と露光エリア16812との間の露光できない部分は、2行目の露光エリア16821により露光することができる。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the exposure heads in the respective rows arranged in a line so that each of the strip-shaped exposed
各露光ヘッド166は、図4および図5に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素部ごとに変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス(以下、DMDという)50を備えている。このDMD50は、データ処理部とミラー駆動制御部とを含むスキャナ制御部を備えた前述のコントローラ190に接続されている。DMD50は複数のブロック領域に分割されており、コントローラ190のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド166ごとにDMD50の制御すべきブロック領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド166ごとにDMD50の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御については後述する。
As shown in FIGS. 4 and 5, each
DMD50の光入射側には、光ファイバの出射端部(発光点)が露光エリア168の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部68を備えたファイバアレイ光源66、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光を補正してDMD上に集光させるレンズ系67、レンズ系67を透過したレーザ光をDMD50に向けて反射するミラー69がこの順に配置されている。なお、図4では、レンズ系67を概略的に示してある。
On the light incident side of the
上記レンズ系67は、図5に詳しく示すように、ファイバアレイ光源66から出射した照明光としてのレーザ光Bを集光する集光レンズ71、この集光レンズ71を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ(以下、ロッドインテグレータという)72、およびこのロッドインテグレータ72の光出射側に配置されたコリメータレンズ74から構成されている。集光レンズ71、ロッドインテグレータ72およびコリメータレンズ74は、ファイバアレイ光源66から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてDMD50に入射させる。
As shown in detail in FIG. 5, the
上記レンズ系67から出射したレーザ光Bはミラー69で反射し、TIR(全反射)プリズム70を介してDMD50に照射される。なお図4では、このTIRプリズム70は省略してある。
The laser beam B emitted from the
DMD50は図6に示すように、SRAMセル(メモリセル)60上に、各々画素部(ピクセル)を構成する多数(例えば1024個×768個)の微小ミラー(マイクロミラー)62が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられたマイクロミラー62が設けられており、マイクロミラー62の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー62の反射率は90%以上であり、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として13.7μmである。また、マイクロミラー62の直下には、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのCMOSのSRAMセル60が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。
As shown in FIG. 6, in the
DMD50のSRAMセル60にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー62が、対角線を中心としてDMD50が配置された基板側に対して±α度(例えば±12度)の範囲で傾けられる。図7(A)は、マイクロミラー62がオン状態である+α度に傾いた状態を示し、図7(B)は、マイクロミラー62がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。したがって、画像信号に応じて、DMD50の各ピクセルにおけるマイクロミラー62の傾きを、図6に示すように制御することによって、DMD50に入射したレーザ光Bはそれぞれのマイクロミラー62の傾き方向へ反射される。
When a digital signal is written in the
なお図7には、DMD50の一部を拡大し、マイクロミラー62が+α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー62のオンオフ制御は、DMD50に接続された図示されないコントローラによって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー62で反射したレーザ光Bが進行する方向には、光吸収体(図示せず)が配置されている。そして、それぞれのマイクロミラー62のオンオフ制御は、コントローラ190からの指令を受けて、上述のデータ処理部及びミラー駆動制御部を含むスキャナ制御部により行われる。
FIG. 7 shows an example of a state in which a part of the
ここで、本実施形態のDMD50は、4つのブロック領域A、B、C、Dに分割されており、各ブロック領域は、L行×M列のマイクロミラー62により構成されている。このブロック領域は、制御の単位として扱われ、コントローラ190は、ブロック領域A、B、C、Dごとにマイクロミラー62を駆動するための制御信号を生成、送信する。
Here, the
図8に、1つのDMD50によって得られる二次元像である露光エリア168、および上記ブロック領域A、B、C、Dに対応する露光エリア168におけるブロック領域A、B、C、Dを示す。図8では、簡明化のために行列数を少なくして表しており、L=4、M=16、K=4としている。
FIG. 8 shows an
図8に示すように、露光エリア168が副走査方向に対しθ=±tan−1(k/L)の傾斜角θで傾斜するように、DMD50は傾けて配置されている。ここで、kはLに対し互いに素な自然数、またはLと等しい数である。このように露光エリア168を傾斜させることで、各マイクロミラー62による露光ビームの走査軌跡(走査線)のピッチが、露光エリア168を傾斜させない場合の走査線のピッチより狭くなり、解像度を向上させることができる。
As shown in FIG. 8, the
また、露光エリア168の傾斜角θを副走査方向に対し±tan−1(k/L)とすることで、1つの走査線上を各ブロック領域の反射光像(露光ビーム)が走査可能になる。例えば図8において、走査線L1に着目すると、図8において黒丸で示すブロック領域A、B、C、Dそれぞれの反射光像(露光ビーム)が、この走査線L1上を走査可能である。なお、副走査方向はステージ移動方向と逆方向であり、主走査方向は副走査方向と垂直な方向である。
Further, by setting the inclination angle θ of the
図4および図5に示すように、DMD50の光反射側には、DMD50で反射されたレーザ光Bを、感光材料150上に結像する結像光学系51が配置されている。この結像光学系51は図4では概略的に示してあるが、図5に詳細を示すように、レンズ系52、54からなる光学系と、この光学系を透過した光が入射するマイクロレンズアレイ55と、アパーチャアレイ59とから構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, an imaging
レンズ系52、54からなる光学系は、DMD50による像を拡大してマイクロレンズアレイ55上に結像する。マイクロレンズアレイ55は、DMD50の各画素部に対応し、各画素部からの光をそれぞれ集光する多数のマイクロレンズ56が2次元状に配列されてなるものである。各マイクロレンズ56は、それぞれ対応するマイクロミラー62からのレーザ光Bが入射する位置において、レンズ系52、54によるマイクロミラー62の結像位置近傍に配されている。アパーチャアレイ59は、マイクロレンズアレイ55の各マイクロレンズ56に対応する多数のアパーチャ(開口)が形成されてなるものである。なお同図中において、感光材料150は矢印F方向に副走査送りされる。
The optical system including the
マイクロレンズアレイ55は、図9に示すように、上記DMDのブロック領域A、B、C、Dに対応する4つのブロック領域A、B、C、Dに分割され、このブロック領域ごとにマイクロレンズの焦点距離が異なる。以下ブロック領域A、B、C、Dに配設されたマイクロレンズをそれぞれマイクロレンズ56A、56B、56C、56Dという。なお、図9においても、簡明化のために実際よりも行列数を少なくして表している。図10に模式的に示すように、マイクロレンズ56A、56B、56C、56Dの焦点距離は、この順に長くなるように設定されており、その差は例えば数十μmである。なお、マイクロレンズアレイ55に配設されるマイクロレンズは、その焦点距離だけでなく、焦点深度も考慮して設定されることが望ましい。
As shown in FIG. 9, the
上述したDMD50の傾斜と同様に、マイクロレンズアレイ55のレンズの配列方向も副走査方向に対し傾斜角θを有する。また、上述したDMD50のマイクロミラー62の走査と同様に、マイクロレンズアレイ55においても、図9に黒丸で示すように、走査線L1上を、各ブロック領域A、B、C、D内のマイクロレンズ56A、56B、56C、56Dが走査可能である。すなわち、感光材料150上の同一位置を焦点距離の異なるマイクロレンズ56A、56B、56C、56Dからの光により露光可能な構成となっている。
Similar to the tilt of the
以上説明した本実施形態に係る露光装置100の動作の概要は以下のようなものとなる。まず、露光装置100では、画像データに応じて変調されたレーザ光により感光材料150を走査露光するスキャナ162(各露光ヘッド166)と、感光材料150とは、ステージ152により副走査方向に沿った方向へ相対移動する。この感光材料150に対し、検出ユニット180のCCDカメラ182は感光材料150に設けられた露光位置の基準部を検出し(アライメント測定)、CCDカメラ182の近傍に設けられた変位センサ184は、CCDカメラ182による基準部の検出と同時に、感光材料150の各位置の被露光面151の高さを測定する(フォーカス測定)。そして、コントローラ190は、CCDカメラ182による検出情報に基づいてレーザ光による露光位置ずれの補正制御を行い、且つ、変位センサ184による測定情報に基づいてレーザ光の焦点位置を感光材料150の被露光面151に一致させるべく、合焦可能なマイクロレンズアレイのブロック領域を選択する。次に、感光材料150に対してスキャナ162を移動させながら、選択されたブロック領域に対応するDMD50のブロック領域を駆動することで、高精度にフォーカス制御しながら露光を行う。
The outline of the operation of the
以下に、上記動作の詳細および上記動作におけるデータ処理内容について、図11〜図15を参照しながら説明する。露光パターンに応じた画像データは、コントローラ190に入力されて、コントローラ内のフレームメモリに一旦記憶されている。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を2値(ドットの記録の有無)で表したデータである。
The details of the above operation and the contents of data processing in the above operation will be described below with reference to FIGS. Image data corresponding to the exposure pattern is input to the
次に、感光材料150をステージ152にセットし、オペレータがコントローラ190の操作部から露光開始の入力操作を行う。なお、露光装置100により画像露光を行う感光材料150としては、プリント配線基板や液晶表示装置等のパターンを形成(画像露光)する材料としての基板やガラスプレート等の表面に、感光性エポキシ樹脂等のフォトレジストを塗布、又ドライフィルムの場合はラミネートしたものなどが挙げられる。
Next, the
上記の入力操作により、露光装置100の露光動作が開始すると、コントローラ190は駆動装置を制御し、ステージ152が原点位置からガイド158に沿って下流側に一定速度で移動開始する。このステージの移動開始に同期して、又は、感光材料150の先端が検出ユニット180のCCDカメラ182の真下に達する少し手前のタイミングで、各検出ユニット180はコントローラ190により制御されて作動する。
When the exposure operation of the
ステージ152の移動に伴い、感光材料150が検出ユニット180の下方を通過する際には、CCDカメラ182によるアライメント測定と、変位センサ184によるフォーカス測定とが同時に行われる。
As the
まず、感光材料150が3台のCCDカメラ182の下方を通過する際には、図11(A)に示すように、各CCDカメラ182は感光材料150を撮影し、その撮影した画像データ(撮影データ)をコントローラ190のデータ処理部へ出力する。
First, when the
データ処理部は、入力された撮影データから、アライメント用の基準部として感光材料150に設けられたアライメントマークや基準孔、あるいは感光材料150の縁部や角部等を検出して感光材料150の位置及び被露光面151に対する適正な露光位置を把握する。そして、後述するスキャナ162による画像露光時に、フレームメモリに記憶されている露光パターンの画像データに基づいて生成する制御信号をその適正な露光位置に合わせ込んで画像露光する補正制御(アライメント)を行う。
The data processing unit detects an alignment mark or a reference hole provided in the
また、感光材料150が3台の変位センサ184の下方を通過する際には、各変位センサ184は図11(A)に示すように感光材料150の先端と後端の検出(エッジ検出処理)と、各位置の被露光面151の高さを測定し、その測定情報である高さデータ(フォーカス測定データ)をコントローラ190のスキャナ制御部へ出力する。ここで、高さとは、ある基準点からの被露光面までの光軸方向の距離である。
Further, when the
スキャナ制御部は、入力されたフォーカス測定データに基づいて感光材料150の先端及び後端を認識すると共に、感光材料150のうねりや厚さ寸法誤差を把握するための演算処理を実行する。
The scanner control unit recognizes the leading end and the trailing end of the
感光材料150の移動方向(副走査方向)をY方向とし、移動方向と直交する方向(主走査方向)をX方向とすると、Y方向の演算処理は、最初に、変位センサ184によって感光材料150の移動に伴い所定の移動間隔で取得したデータの平均値を複数求めることを行う。本実施形態では、図12(A)に示すように、感光材料150の移動に伴いデータの平均値を演算する平均演算間隔は1mmに設定しており、測定間隔は200μmとして5回づつデータ取得し平均化演算を行う。
Assuming that the moving direction (sub-scanning direction) of the
コントローラ190のスキャナ制御部は、図12(B)に示すように、測定動作スタート後、感光材料150が測定開始位置からY方向(ステージ移動方向)へ1mm移動する度に算出される移動平均値データ(5回測定の平均値データ)をフレームメモリに順次保存する。この移動平均値データは、測定開始位置から測定終了位置までのデータが保存される。
As shown in FIG. 12B, the scanner control unit of the
また、ノイズデータを除去するため、予め設定された計測範囲を超えたデータは平均化演算処理の対象外として扱い、このデータが所定回数(例えば15回)以上続いた場合はクリアデータ(無効データ)として扱う。例えば、感光材料となるプリント配線板の基板にスルーホールが形成されており、そのスルーホールを検出した場合などはクリアデータとなる。また、感光材料150が測定開始位置に達する前(感光材料150の先端検出前)と測定終了位置を通過した後(感光材料150の後端検出後)も、クリアデータが保存される。ただし、スルーホールのようにその形成位置が事前に把握できるものについては、対応する領域の高さ測定を行わないよう予め指定する、あるいは対応する領域のデータをキャンセルすることも可能である。
In addition, in order to remove noise data, data exceeding a preset measurement range is treated as not subject to averaging calculation processing, and clear data (invalid data) when this data continues for a predetermined number of times (for example, 15 times). ). For example, when a through hole is formed in the substrate of a printed wiring board serving as a photosensitive material and the through hole is detected, clear data is obtained. The clear data is also stored before the
続いて、スキャナ制御部は、保存した各移動平均値データを、平均演算間隔の1/2だけ(1mm×1/2=0.5mm)測定開始方向へシフトして、各平均化演算測定区間の中間点のX−Y座標値に対応するZ座標値として設定する。さらにこのZ座標値を、各Y座標値、及び、3台の変位センサ184の設置位置である各X座標値にマッピングして図13に示すようなマッピングデータを作成し、このマッピングデータに基づいて被露光面151に対応する近似曲線を求める。
Subsequently, the scanner control unit shifts each stored moving average value data by 1/2 of the average calculation interval (1 mm × 1/2 = 0.5 mm) in the measurement start direction, and each averaging calculation measurement section. Is set as the Z coordinate value corresponding to the XY coordinate value of the intermediate point. Further, this Z coordinate value is mapped to each Y coordinate value and each X coordinate value that is the installation position of the three
まず、X方向の近似曲線は以下の演算処理により求める。図14に示すように、特定のY方向位置(移動平均値データをシフトしたY座標値)におけるX方向断面で、感光材料150の中央部が両側端部に対して盛り上がるように反っている場合、3台の変位センサ184がそれぞれ測定した被露光面−変位センサ間距離から被露光面151の3点の(X,Y,Z)座標値が取得され、この座標値から以下の(3)式にあてはまる曲率半径:Rを導く。
First, an approximate curve in the X direction is obtained by the following calculation process. As shown in FIG. 14, in the X direction cross section at a specific Y direction position (Y coordinate value obtained by shifting the moving average value data), the central portion of the
(X−X0)2+(Z−Z0)2=R2・・・(3)
この(3)式から算出されたRによって描かれる曲線(曲率円)が被露光面151のX方向断面における近似曲線になる。
(X−X 0 ) 2 + (Z−Z 0 ) 2 = R 2 (3)
A curve (curvature circle) drawn by R calculated from the equation (3) becomes an approximate curve in the X-direction cross section of the exposed
また、Rで描かれる近似曲線の曲率中心(X0,Y0,Z0)から露光ヘッド166の光軸LまでのX方向距離:HX、曲率中心から近似曲線までの露光ヘッド166の光軸位置におけるZ方向距離:Zとすると、R、HX、Zには以下の(4)式の関係が成立する。
Further, the distance in the X direction from the center of curvature (X 0 , Y 0 , Z 0 ) of the approximate curve drawn by R to the optical axis L of the exposure head 166: HX, the optical axis of the
R2=HX2+Z2・・・(4)
この(4)式によって算出されるZから、露光ヘッド166の光軸位置(Xn,Yn)におけるZ座標値(Zn)が得られる。また、露光ヘッド166の光軸位置(Xn,Yn)におけるZ座標値(Zn)を、各移動平均値データをシフトした各Y座標値で繋いだ曲線が、Y方向の近似曲線になる。
R 2 = HX 2 + Z 2 (4)
A Z coordinate value (Zn) at the optical axis position (Xn, Yn) of the
上記のようにして求めた近似曲線に基づきY方向に沿って、被露光面151に合焦可能なマイクロレンズアレイ55のブロック領域を選択する。なお、この選択では、ブロック領域を部分的に選択するのではなく、ブロック領域の全部を選択する。図15に一例として、Y方向の近似曲線と、この近似曲線に基づき選択されたブロック領域名を示す。図15の横軸はY方向(副走査方向)の位置、縦軸はZ方向の位置(被露光面の高さ)である。図15に示す例では、マイクロレンズ56A、56B、56C、56Dの焦点距離を考慮し、Z方向(高さ方向)を4つの区間に分け、この区間ごとに合焦可能なブロック領域を選択している。例えば最も高さが高い区間に対しては、合焦可能なブロック領域として、上記4つの中で最も焦点距離の短いマイクロレンズ56Aが配設されているブロック領域Aを選択している。
Based on the approximate curve obtained as described above, a block region of the
なお、スキャナ制御部は、図13に示したマッピングデータで、Z座標値の最大値と最小値の差が予め設定されている閾値を超えたか否かを判別し、閾値を超えたと判定した場合には、感光材料150のうねり又は厚さ寸法誤差が大きく精度不良であると判断して、コントローラ190によりエラー制御を行う。エラー制御では、感光材料150が精度不良である判断されると、スキャナ162による画像露光には移行せず、露光動作を直ちに中止してステージ152を最上流側にある原点位置に戻す。そして、コントローラ190のモニタには露光動作を中止したことを報知する情報(エラー情報)を表示する。
When the scanner control unit determines whether the difference between the maximum value and the minimum value of the Z coordinate value exceeds a preset threshold value in the mapping data shown in FIG. 13, and determines that the threshold value is exceeded. In this case, it is determined that the waviness or thickness dimension error of the
感光材料150が検出ユニット180を通過すると、検出ユニット180によるアライメント測定及びフォーカス測定(同時測定)が完了する。さらに、検出ユニット180を通過した感光材料150はステージ152の移動に伴いスキャナ162側へ移動し、露光開始位置に達すると、スキャナ162の各露光ヘッド166は光ビームを照射して感光材料150の被露光面151に対する画像露光を開始する(図11(B)参照)。
When the
ここで、コントローラ内のフレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部は、読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド166ごとに制御信号を生成する。この制御信号により、上記選択されたブロック領域に対応するDMD50のブロック領域を駆動して露光を行う。なお、制御信号には、前述した補正制御(アライメント)により、アライメント測定した感光材料150に対する露光位置ずれの補正が加えられる。
Here, the image data stored in the frame memory in the controller is sequentially read for each of a plurality of lines, and the data processing unit generates a control signal for each
上記構成および方法を用いることにより、高精度なフォーカス制御が可能となり、従来のように感光材料をフォーカス深度方向に移動させるような機械的な手段を用いる場合と比較して、その構成を簡素化できると共に装置全体の大型化を抑制できる。特に、露光時のスキャナ162と感光材料150との相対移動においては、選択されたブロック領域のマイクロミラーのオンオフ制御を行うだけであるため、露光ヘッド166を機械的に上下させるようなオートフォーカス機構の場合に発生する振動がなく、より安定した状態で鮮鋭度の高い画像を形成できる。
By using the above-described configuration and method, high-precision focus control is possible, and the configuration is simplified compared to the case of using mechanical means for moving the photosensitive material in the focus depth direction as in the past. While being able to suppress the enlargement of the whole apparatus. In particular, in the relative movement between the
また、露光ヘッドの露光エリア内で被露光面の高さ分布が存在する基板に対しては、従来の露光ヘッド全体を移動させる方法では適切に対応できなかったが、本実施形態によれば、露光エリア内のブロック領域の単位でフォーカス制御できるため、より高精度なフォーカス制御が可能となる。 Further, for a substrate having a height distribution of the exposed surface within the exposure area of the exposure head, the conventional method of moving the entire exposure head has not been able to respond appropriately, but according to the present embodiment, Since focus control can be performed in units of block areas in the exposure area, more accurate focus control is possible.
さらに、本実施形態では、3台の変位センサ184を主走査方向に沿って配置し、感光材料150の被露光面151との高さ測定箇所を、主走査方向で3箇所としていることにより、主走査方向での感光材料150のうねりや反りによる被露光面151の凹凸や起伏形状等が測定可能となる。
Furthermore, in this embodiment, the three
さらにまた、本実施形態では、近似曲線を作成し、これを用いてフォーカス制御を行っているため、走査方向と交差する方向に沿って複数の変位センサ184を配置する場合に、その配置数を極力少なくし、簡素化した構成によって、レーザ光の焦点位置を被露光面151に高精度に合わせられるようになる。具体的には、本実施形態の場合は、露光ヘッド166の数が10個であるのに対し、変位センサ184の数は3台であり、変位センサ台数を少なくした構成が可能である。なお、位置情報取得手段としての変位センサ184の数は3台に限定されず、露光ヘッドごとに設けてもよく、そのようにした場合には、より高精度に位置情報を取得でき、より高精度に露光できる。
Furthermore, in this embodiment, since an approximate curve is created and focus control is performed using this, when arranging a plurality of
また、本実施形態では、変位センサ184によって測定された感光材料150の被露光面151との高さの測定データが、感光材料150のうねりや反りによる被露光面151の凹凸や起伏形状等が大きい、あるいは感光材料150の厚さ寸法誤差が大きいなどにより、予め設定された閾値を超えた場合には、コントローラ190のスキャナ制御部は、感光材料150に対する露光を行わないようスキャナ162を制御する。これにより、精度不良の感光材料150に対する無駄な露光時間が削減されて生産性を向上できる。また、本実施形態のように、スキャナ162による感光材料150への露光開始前に、被露光面151における全露光範囲の高さ測定を完了するように構成及び露光動作が制御されている露光装置100であれば、露光前に精度不良の感光材料150に対する露光動作が中止されて感光材料150の無駄を削減できる。
In the present embodiment, the measurement data of the height of the
以下に、本発明の第2の実施形態による露光装置について説明する。上記第1の実施形態では、Y方向に沿ってブロック領域を全体的に選択し、DMD50をブロック領域の単位で制御していたが、本実施形態では、X方向に沿ってブロック領域を部分的に選択し、この部分に対応するDMD50を制御する点が第1の実施形態と基本的に異なる。以下、この点に注目して説明し、第1の実施形態と同様の構成については重複説明を省略する。
The exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described below. In the first embodiment, the block area is generally selected along the Y direction, and the
本実施形態のDMD50は、第1の実施形態と同様の構成を有し、図8に示すように4つのブロック領域A、B、C、Dに分割されているが、DMD50の制御は、ブロック領域単位ではなく、マイクロミラー62ごとに可能である。本実施形態のマイクロレンズアレイ55は、第1の実施形態と同様の構成を有し、図9に示すように4つのブロック領域A、B、C、Dに分割され、ブロック領域ごとにマイクロレンズの焦点距離が異なる。
The
以下に、本実施形態の動作について説明する。本実施形態の動作のうち、感光材料150の各位置の高さを得て、近似曲線を得る工程までは第1の実施形態と同様である。各Y方向位置におけるX方向の近似曲線が得られたら、この近似曲線に基づきX方向に沿って、被露光面151に合焦可能なマイクロレンズアレイ55のブロック領域の一部を選択する。この選択では、X方向をブロック領域よりも小さな所定単位に分割し、この所定単位ごとに選択してもよく、あるいはマイクロレンズごとに選択してもよい。
The operation of this embodiment will be described below. Among the operations of the present embodiment, the processes up to the step of obtaining the height of each position of the
図16に一例として、あるY方向位置におけるX方向の近似曲線、この近似曲線に基づき選択されたブロック領域名、および選択されたブロック領域の一部に対応するDMD50の反射光像を黒丸で示した図を示す。図16の近似曲線の横軸はX方向(主走査方向)の位置、縦軸はZ方向の位置(被露光面の高さ)である。図16に示す例では、マイクロレンズ56A、56B、56C、56Dの焦点距離を考慮し、Z方向(高さ方向)を4つの区間に分け、この区間ごとに合焦可能なブロック領域を選択している。例えば最も高さが高い区間に対しては、合焦可能なブロック領域として、上記4つの中で最も焦点距離の短いマイクロレンズ56Aが配設されているブロック領域Aを選択している。
As an example, FIG. 16 shows an approximate curve in the X direction at a certain position in the Y direction, a block area name selected based on this approximate curve, and a reflected light image of the
以下の動作においては、データ処理部が読み出された画像データに基づいて露光ヘッド166ごとに制御信号を生成し、制御信号によりDMD50を駆動する際、上記のように選択されたブロック領域の一部に対応するマイクロミラー62ごとに制御し、駆動する点が第1の実施形態と異なり、その他の動作は第1の実施形態と同様である。
In the following operation, when the control signal is generated for each
以上より、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加え、1ヘッド内で相対移動方向である副走査方向(Y方向)だけでなく、主走査方向(X方向)にもフォーカス制御できるという効果が得られる。従来のラインヘッドのような1ライン分の画像を同時に露光するものでは、1ヘッド内でフォーカス制御できるのは一方向に対してのみであったため、本実施形態の上記効果は非常に有効である。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, not only the sub-scanning direction (Y direction) which is the relative movement direction within one head but also the main scanning direction (X direction) is focused. The effect that it can be controlled is obtained. In the case of simultaneously exposing an image for one line as in the conventional line head, the focus control can be performed in one head only in one direction. Therefore, the above effect of the present embodiment is very effective. .
なお、ブロック領域の選択は、上記の近似曲線を用いる方法以外に、被露光面を各マイクロレンズの焦点距離に対応した等高線状にマッピングしたマッピングデータと、画像情報に対応したフレームデータと、ブロックデータとを用いる方法を採用することもできる。以下、この方法について説明する。 In addition to the method using the above approximate curve, the selection of the block area includes mapping data in which the surface to be exposed is mapped in a contour line corresponding to the focal length of each microlens, frame data corresponding to image information, and a block It is also possible to adopt a method using data. Hereinafter, this method will be described.
マッピングデータは、感光材料150の各位置の被露光面151の高さデータに基づき、各位置で合焦可能なマイクロレンズ56A、56B、56C、56Dを選択することにより得られ、図17に示すように、感光材料150を上記4種のマイクロレンズの焦点距離に対応した等高線状にマッピングしたものとなる。これを各マイクロレンズ56A、56B、56C、56Dに対応する領域に分解し、斜線を付したものをそれぞれ図18(A)、(B)、(C)、(D)として示す。なお、図17および図18共に、感光材料150のX、Y方向位置が(0,0)から(Xn,Ym)までの領域を示している。
The mapping data is obtained by selecting the
フレームデータは、各マイクロミラー62に対応する画素データを特定した上で再度配列しなおす等して、形成すべき画像パターンにおける画素データをDMDの傾きを考慮した位置になるよう変形したものであり、走査速度と変調時間(変調周期)に応じて決められる。ブロックデータは、図8に示す各ブロック領域A、B、C、Dに対応したデータであり、ブロック領域の配列により決められる。 The frame data is obtained by transforming the pixel data in the image pattern to be formed into a position taking into account the inclination of the DMD by specifying the pixel data corresponding to each micromirror 62 and rearranging the data again. It is determined according to the scanning speed and the modulation time (modulation period). The block data is data corresponding to the block areas A, B, C, and D shown in FIG. 8, and is determined by the arrangement of the block areas.
スキャナ制御部において、上記のマッピングデータと、フレームデータと、ブロックデータとのANDをとり、TRUEの場合にマイクロミラー62をオンとするよう制御することにより、被露光面151の各位置に合焦させて、所望の画像を形成することができる。
In the scanner control unit, the mapping data, the frame data, and the block data are ANDed, and in the case of TRUE, the
なお、上記の実施形態では、DMDの辺方向に沿ってDMDを4個のブロック領域に分割したが、DMDの辺方向でなく、相対移動方向やその直交方向に沿ってDMDを分割してもよく、ブロック領域の分割数や構成は任意に設定可能である。例えば、図19に示すように、焦点距離の異なる4種類のマイクロレンズa、b、c、dを、斜め方向に同一焦点距離のマイクロレンズが並ぶような千鳥格子状に配列させ、この同一焦点距離のマイクロレンズが配置された領域をブロック領域としてもよい。各マイクロレンズの外径が異なる場合には、隣接するレンズの接触を回避できるよう、大きな外径のレンズと小さな外径のレンズを隣接配置した千鳥格子配列が空間利用上有利である。また、ブロック領域自体を千鳥格子状に配列するような構成も可能である。 In the above embodiment, the DMD is divided into four block regions along the side direction of the DMD. However, the DMD may be divided along the relative movement direction or the orthogonal direction instead of the side direction of the DMD. In many cases, the number of blocks and the configuration of the block area can be arbitrarily set. For example, as shown in FIG. 19, four types of microlenses a, b, c, and d having different focal lengths are arranged in a staggered pattern in which microlenses having the same focal length are arranged in an oblique direction. An area in which microlenses having a focal length are arranged may be a block area. When the outer diameters of the microlenses are different, a staggered lattice arrangement in which a large outer diameter lens and a small outer diameter lens are arranged adjacent to each other so as to avoid contact between adjacent lenses is advantageous in terms of space utilization. Further, a configuration in which the block regions themselves are arranged in a staggered pattern is also possible.
なお、高さ測定や近似曲線の作成にあたっては、主走査方向を複数の領域に分けて行ってもよい。あるいは、ガラス基板のように平坦度に異方性がある基板を使用し、主走査方向の平坦度に問題がない場合は、主走査方向に関しては1点のみのフォーカス検出を行い、その結果から副走査方向に対してだけ上記と同様な手法で合焦可能なブロック領域を選択して露光してもよい。 In the height measurement and the creation of the approximate curve, the main scanning direction may be divided into a plurality of regions. Alternatively, when a substrate having anisotropy in flatness such as a glass substrate is used and there is no problem in the flatness in the main scanning direction, only one focus is detected in the main scanning direction, and the result is A block area that can be focused may be selected and exposed only in the sub-scanning direction by the same method as described above.
また、上記の実施形態では、CCDカメラ182によるアライメント測定と、変位センサ184によるフォーカス測定とを同時に行うようにしたが、必ずしも同時測定で行う必要はなく、アライメント測定とフォーカス測定は別のタイミングで行うようにしてもよい。
In the above embodiment, the alignment measurement by the
なお、上記実施の形態の結像光学系51に代わり、マイクロレンズ55と感光材料150との間に倍率変換等を目的としたレンズ系57、58からなる光学系を挿入した結像光学系51’を用いた図20に示す露光ヘッドに対しても本発明は適用可能である。
Note that, instead of the imaging
上記では、空間光変調素子としてDMDを備えた露光ヘッドについて説明したがこのような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子(LCD)を使用することもできる。例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)タイプの空間光変調素子(SLM;Spacial Light Modulator)や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子(PLZT素子)や液晶光シャッタ(FLC)等の液晶シャッターアレイなど、MEMSタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。なお、MEMSとは、IC製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、MEMSタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。さらに、GLV(Grating Light Valve)を複数ならべて二次元状に構成したものを用いることもできる。これらの反射型空間光変調素子(GLV)や透過型空間光変調素子(LCD)を使用する構成では、上記したレーザの他にランプ等も光源として使用可能である。 In the above description, the exposure head including the DMD as the spatial light modulation element has been described. However, in addition to such a reflective spatial light modulation element, a transmissive spatial light modulation element (LCD) can also be used. For example, a liquid crystal shutter such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type spatial light modulator (SLM), an optical element (PLZT element) that modulates transmitted light by an electro-optic effect, or a liquid crystal light shutter (FLC). It is also possible to use a spatial light modulation element other than the MEMS type, such as an array. Note that MEMS is a general term for a micro system that integrates micro-sized sensors, actuators, and control circuits based on a micro-machining technology based on an IC manufacturing process, and a MEMS type spatial light modulator is an electrostatic force. It means a spatial light modulation element driven by an electromechanical operation using Further, a plurality of GLVs (Grating Light Valves) arranged in two dimensions can be used. In the configuration using these reflective spatial light modulator (GLV) and transmissive spatial light modulator (LCD), a lamp or the like can be used as a light source in addition to the laser described above.
50 デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)
51 結像光学系
52,54 レンズ系
55 マイクロレンズアレイ
56,56A,56B,56C,56D マイクロレンズ
59 アパーチャアレイ
62 マイクロミラー
66 ファイバアレイ光源
67 レンズ系
68 レーザ出射部
71 集光レンズ
72 ロッドインテグレータ
100 露光装置
150 感光材料
151 被露光面
152 ステージ
162 スキャナ
166 露光ヘッド
168 露光エリア
170 露光済み領域
180 検出ユニット
182 CCDカメラ
184 変位センサ
190 コントローラ
A、B、C、D ブロック領域
50 Digital Micromirror Device (DMD)
Claims (8)
前記空間光変調素子に対し感光材料を相対移動させる移動手段と、
前記空間光変調素子と前記感光材料との間の光路に配置され、前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配され、前記空間光変調素子のブロック領域に対応した複数のブロック領域に分割され、該ブロック領域ごとに前記マイクロレンズの焦点距離が異なるマイクロレンズアレイと、
前記感光材料の各位置の被露光面の高さを測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記感光材料の各位置の被露光面の高さに基づいて、前記被露光面の各位置に合焦可能な前記マイクロレンズアレイのブロック領域の少なくとも一部を選択し、前記相対移動において、選択された該ブロック領域の少なくとも一部に対応する前記空間光変調素子を駆動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする露光装置。 Spatial light modulation elements divided into a plurality of block regions, in which a large number of pixel units that modulate the irradiated light according to control signals are arranged in parallel,
Moving means for moving the photosensitive material relative to the spatial light modulator;
Microlenses arranged in an optical path between the spatial light modulation element and the photosensitive material and condensing light from each pixel portion of the spatial light modulation element are arranged in an array, and the spatial light modulation element A microlens array that is divided into a plurality of block areas corresponding to the block area, and the focal length of the microlens is different for each block area;
Measuring means for measuring the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material;
Based on the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material measured by the measuring means, at least a part of the block region of the microlens array that can be focused on each position on the exposed surface is selected. An exposure apparatus comprising: a control unit that drives the spatial light modulation element corresponding to at least a part of the selected block region in the relative movement.
前記感光材料の各位置の被露光面の高さを測定する工程と、
前記測定する工程で測定された前記感光材料の各位置の被露光面の高さに基づいて、前記被露光面の各位置に合焦可能な前記マイクロレンズアレイのブロック領域の少なくとも一部を選択する工程と、
前記空間光変調素子を前記感光材料に対し相対移動させながら、前記選択された該ブロック領域の少なくとも一部に対応する前記空間光変調素子を駆動させて露光する工程と、を有することを特徴とする露光方法。 A large number of pixel units for modulating the irradiated light according to the control signal are arranged in parallel, and the spatial light modulation element divided into a plurality of block regions and the movement for moving the photosensitive material relative to the spatial light modulation element And a microlens arranged in an optical path between the spatial light modulation element and the photosensitive material and collecting light from each pixel portion of the spatial light modulation element in an array, and the spatial light In an exposure method in which exposure is performed using an exposure apparatus that is divided into a plurality of block areas corresponding to the block area of the modulation element and includes a microlens array having a different focal length of the microlens for each block area.
Measuring the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material;
Based on the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material measured in the measuring step, select at least a part of the block region of the microlens array that can be focused on each position on the exposed surface. And a process of
And performing exposure by driving the spatial light modulation element corresponding to at least a part of the selected block region while moving the spatial light modulation element relative to the photosensitive material. Exposure method.
前記測定する工程で測定された前記感光材料の各位置の被露光面の高さに基づいてマッピングデータを作成する工程と、
前記マッピングデータに基づいて前記被露光面に対応する近似曲線を求める工程とを有することを特徴とする請求項5に記載の露光方法。 The step of selecting includes
Creating mapping data based on the height of the exposed surface at each position of the photosensitive material measured in the measuring step;
6. An exposure method according to claim 5, further comprising: obtaining an approximate curve corresponding to the surface to be exposed based on the mapping data.
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