JP2007271867A - 描画位置測定方法および装置並びに描画方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射された光を変調して描画面上に描画点を形成する描画点形成手段と描画面とを相対的に移動させ、描画点形成手段により描画点を描画面に順次形成して画像を描画する際における描画点の位置を測定する描画位置測定方法において、より高精度に描画点の位置を測定する。
【解決手段】描画面と同一面に、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットを設け、描画点形成手段により変調され、上記少なくとも３つのスリットを通過した光を検出し、その少なくとも３つのスリットを通過した光の各検出時点に対応する描画面の各相対的移動位置情報に基づいて、描画点の位置情報を少なくとも２つ取得し、その少なくとも２つの描画点の位置情報に基づいて描画点の位置を測定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、入射された光を変調して描画面上に描画点を形成する描画点形成手段と描画面とを相対的に移動させ、描画点形成手段により描画点を描画面に順次形成して画像を描画する際における描画点の位置を測定する描画位置測定方法および装置並びに描画方法および装置に関するものである。

近年、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）といった空間光変調素子等を利用して、画像データに応じて変調された光ビームにより、被露光部材上に画像露光を行う露光装置の開発が進められている。

このＤＭＤは、例えば制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーをシリコン等の半導体基板上に２次元的に配列したミラーデバイスであり、各メモリセルに蓄えた電荷による静電気力でマイクロミラーの反射面の角度を変化させるよう構成されている。

上記のようなＤＭＤを用いた露光装置においては、例えば、レーザビームを出射する光源から出射されたレーザビームをレンズ系でコリメートし、このレンズ系の略焦点位置に配置されたＤＭＤの複数のマイクロミラーでそれぞれレーザビームを反射して複数のビーム出射口から各ビームを出射する露光ヘッドを用い、さらに露光ヘッドのビーム出射口から出射された各ビームを１画素毎に１つのレンズで集光させるマイクロレンズアレイ等の光学素子を持つレンズ系により感光材料（被露光部材）の露光面上にスポット径を小さくして結像し、解像度の高い画像露光を行う。

そして、この露光装置においては、画像データ等に応じて生成した制御信号に基づいてＤＭＤのマイクロミラーの各々を制御装置でオンオフ制御してレーザビームを変調し、変調されたレーザビームを露光面上に照射して露光する。

そして、この露光装置においては、露光面に感光材料（フォトレジスト等）を配置し、露光装置の複数の露光ヘッドからそれぞれ感光材料上にレーザビームが照射されて結像されたビームスポットの位置を感光材料に対して相対的に移動させながら、各々のＤＭＤを画像データに応じて変調することにより、感光材料上にパターン露光が施される。

ここで、上記のような露光装置においては、例えば基板上に高精度に回路パターンを露光する処理に利用する場合、露光ヘッドの照明光学系や結像光学系に用いられるレンズがディストーションと呼ばれる固有の歪み特性を有しているため、ＤＭＤの全マイクロミラーにより構成された反射面と、露光面上における投影像とが正確な相似の関係にならず、露光面上の投影像がディストーションにより変形して位置ずれを生じ設計された回路パターンに厳密に一致しない場合がある。

そこで、上記のようなディストーションを補正する方法が提案されている。たとえば、特許文献１においては、露光面の端部に、くの字型のスリットとこのスリットを透過した光を検出するフォトセンサとを設け、ＤＭＤの各マイクロミラーから射出され、くの字型のスリットを通過したレーザビームを検出するとともに、その検出時点における露光面の位置を測定することにより、ＤＭＤの各マイクロミラーのビームスポット位置を測定し、このビームスポット位置情報と、ＤＭＤの各マイクロミラーの反射面の位置情報とから、これらの相対的な位置ずれを算出し、この位置ずれに基づいて画像データを補正することによってディストーションを補正する方法が提案されている。
特開２００５−３１６４０９

しかしながら、特許文献１に記載の方法においては、２つの直線状のスリットからなる１つのくの字型のスリットを用いてビームスポット位置を測定するため、たとえば、このスリットが形成される位置に誤差がある場合、この誤差がそのままビームスポット位置の誤差となって正確なビームスポットの位置を測定することができず、適切なディストーションの補正を行うことができず、高精度な描画を行うことができない。

また、上記のようにスリットを用いてビームスポット位置を測定する際、たとえば、フォトセンサによりビームスポットの最大光量の半値が検出された時点がそのビームスポットの検出時点として決定されるが、たとえば、ビームスポットが非対称な形状に変形している場合には、上記のように最大光量の半値が検出された時点をそのビームスポットの検出時点として決定したのでは、正確なビームスポット位置を測定することができない場合があり、やはり、適切なディストーションの補正を行うことができず、高精度な描画を行うことができない。

本発明は、上記事情に鑑み、より高精度な描画を可能にするため、より高精度にビームスポット位置を測定することができる描画位置測定方法および装置並びに描画方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の描画位置測定方法は、入射された光を変調して描画面上に描画点を形成する描画点形成手段と描画面とを相対的に移動させ、描画点形成手段により描画点を描画面に順次形成して画像を描画する際における描画点の位置を測定する描画位置測定方法において、描画面と同一面に、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットを設け、描画点形成手段により変調され、少なくとも３つのスリットを通過した光を検出し、その少なくとも３つのスリットを通過した光の各検出時点に対応する描画面の各相対的移動位置情報に基づいて描画点の位置を測定することを特徴とする。

また、上記本発明の描画位置測定方法においては、少なくとも３つのスリットを互いに平行でないものとすることができる。

また、スリットの幅を、描画点の径よりも大きくするようにすることができる。

また、複数の描画点を測定できる位置に複数の前記少なくとも３つのスリットを持つようにすることができる。

本発明の描画方法は、ヘッドと描画面とを相対的に移動させつつ、ヘッドが形成する複数のビームによって描画面に描画点を順次形成する描画方法であって、描画面と同一面に設けられた、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットを通過したビームを検出し、その少なくとも３つのスリットを通過したビームの各検出時点に対応する描画面の各相対的移動位置情報に基づいて、ビームの位置を測定し、その測定されたビームの位置に基づいて、ビームを変調させるためのデータを形成し、そのデータをヘッドに供給してビームを変調し、描画面に描画点を形成することを特徴とする。

本発明の描画位置測定装置は、入射された光を変調して描画面上に描画点を形成する描画点形成手段と描画面とを相対的に移動させ、描画点形成手段により描画点を描画面に順次形成して画像を描画する際における描画点の位置を測定する描画位置測定装置において、描画面と同一面に設けられた、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットと、描画点形成手段により変調され、少なくとも３つのスリットを通過した光を検出する検出手段と、検出手段による上記少なくとも３つのスリットを通過した光の各検出時点に対応する描画面の各相対的移動位置情報に基づいて描画点の位置を測定する位置測定手段とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の描画位置測定装置においては、少なくとも３つのスリットを互いに平行でないものとすることができる。

また、スリットの幅を、描画点の径よりも大きいものとすることができる。

また、複数の描画点を測定できる位置に複数の前記少なくとも３つのスリットを持つようにすることができる。

本発明の描画装置は、複数のビームを形成するヘッドと、ビームにより描画面に描画点が順次形成されるように、ヘッドと描画面とを相対的に移動させる機構と、描画面上におけるビームの位置を測定するセンセユニットと、測定されたビームの位置に基づいて、ビームを変調させるためのデータを形成するデータ処理ユニットとを備えた描画装置であって、センサユニットが、描画面と同一面に設けられた、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットと、少なくとも３つのスリットを通過したビームを検出するセンサと、センサによる少なくとも３つのスリットを通過したビームの各検出時点に対応する描画面の各相対的移動位置情報に基づいて、ビームの位置を測定する位置測定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の描画位置測定方法および装置によれば、入射された光を変調して描画面上に描画点を形成する描画点形成手段と描画面とを相対的に移動させ、描画点形成手段により描画点を描画面に順次形成して画像を描画する際における描画点の位置を測定する描画位置測定方法において、描画面と同一面に、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットを設け、描画点形成手段により変調され、少なくとも３つのスリットを通過した光を検出し、その少なくとも３つのスリットを通過した光の各検出時点に対応する描画面の各相対的移動位置情報に基づいて描画点の位置を測定するようにしたので、たとえば、描画点の位置情報を少なくとも２つ取得し、その少なくとも２つの描画点の位置情報に基づいて描画点の位置を測定するようにすれば、描画点の位置スリットが形成される位置に誤差があったとしても、その誤差は描画点の位置情報の数で平均化されるため、より小さい誤差とすることができ、より正確に描画点の位置を測定することができる。

また、上記本発明の描画位置測定方法および装置において、少なくとも３つのスリットを互いに平行でないものとした場合には、たとえば、描画点が非対称に変形していたとしても、互いに異なる角度のスリットを通過した光を検出するので、より正確に描画点の位置を測定することができる。

本発明の描画方法および装置によれば、上記本発明の描画位置測定方法および装置と同様に、より正確に描画点の位置を測定することができ、より高精度な描画を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の描画位置測定方法および装置の一実施形態を用いた露光装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態を用いた露光装置の概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、露光装置１０は、いわゆるフラットベッド型に構成したものであり、４本の脚部材１２Ａに支持された基台１２と、この基台１２上に設けられた図中Ｙ方向に移動し、感光材料が載置固定されて移動する移動ステージ１４と、紫外波長領域を含む、一方向に延在したマルチビームをレーザ光として射出する光源ユニット１６と、このマルチビームを、所望の画像データに基づきマルチビームの位置に応じて空間変調し、マルチビームの波長領域に感度を有する感光材料に、この変調されたマルチビームを露光ビームとして照射する露光ヘッドユニット１８と、移動ステージ１４の移動に伴って露光ヘッドユニット１８に供給する変調信号を画像データから生成する制御ユニット２０とを備えている。

この露光装置１０では、移動ステージ１４の上方に感光材料を露光するための露光ヘッドユニット１８が配置されている。そして、この露光ヘッドユニット１８には、複数の露光ヘッド２６が設置されている。各露光ヘッド２６には、光源ユニット１６からそれぞれ引き出されたバンドル状光ファイバ２８が接続されている。

この露光装置１０には、基台１２を跨ぐように門型フレーム２２が設けられ、その片側の面に一対の位置検出センサ２４が取り付けられている。この位置検出センサ２４は、移動ステージ１４の通過を検知したときの検出信号を制御ユニット２０に供給する。

この露光装置１０では、基台１２の上面に、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド３０が設置されている。この２本のガイド３０上には、移動ステージ１４が往復移動可能に装着されている。この移動ステージ１４は、図示しないリニアモータによって、例えば、１０００ｍｍの移動量を４０ｍｍ／秒といった比較的低速の一定速度で移動されるよう構成されている。

この露光装置１０では、固定された露光ヘッドユニット１８に対して、移動ステージ１４に載置された被露光部材である感光材料（基板）１１を移動しながら、走査露光する。

図２に示すように、露光ヘッドユニット１８の内部にはｍ行ｎ列（例えば、２行４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２６が設置されている。

露光ヘッド２６による露光エリア３２は、例えば走査方向を短辺とする矩形状に構成される。この場合、感光材料１１には、その走査露光の移動動作に伴って露光ヘッド２６毎に帯状の露光済み領域３４が形成される。

また、図２に示すように、帯状の露光済み領域３４が走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッド２６の各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍）ずらして配置されている。このため、例えば第１行目の露光エリア３２と第２行目の露光エリア３２との間の露光できない部分は、第２行目の露光エリア３２により露光される。

図３に示すように、各露光ヘッド２６は、それぞれ入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎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
（ＤＭＤ）３６を備えている。このＤＭＤ３６は、データ処理手段とミラー駆動制御手段を備えた制御ユニット（制御手段）２０に接続されている。

この制御ユニット２０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２６毎にＤＭＤ３６の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号が生成される。また、ＤＭＤコントローラとしてのミラー駆動制御手段は、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２６毎にＤＭＤ３６における各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、この反射面の角度の制御に付いては後述する。

各露光ヘッド２６におけるＤＭＤ３６の光入射側には、図１に示すように、紫外波長領域を含む一方向に延在したマルチビームをレーザ光として射出する照明装置である光源ユニット１６からそれぞれ引き出されたバンドル状光ファイバ２８が接続される。

光源ユニット１６は、図示しないがその内部に、複数の半導体レーザチップから射出されたレーザ光を合波して光ファイバに入力する合波モジュールが複数個設置されている。各合波モジュールから延びる光ファイバは、合波したレーザ光を伝搬する合波光ファイバであって、複数の光ファイバが１つに束ねられてバンドル状の光ファイバ２８として形成される。

図３に示すように、各露光ヘッド２６におけるＤＭＤ３６の光入射側には、バンドル状光ファイバ２８の接続端部から出射されたレーザ光をＤＭＤ３６に向けて反射するミラー４２が配置されている。

ＤＭＤ３６は、図４に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）４４上に、微小ミラー（マイクロミラー）４６が支柱により支持されて配置されたものであり、画素を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列したミラーデバイスとして構成されている。各画素には、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー４６が設けられており、マイクロミラー４６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。

また、マイクロミラー４６の直下には、図示しないヒンジ及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４４が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。

ＤＭＤ３６のＳＲＡＭセル４４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４６が、対角線を中心としてＤＭＤ３６が配置された基板側に対して±ａ度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図５（Ａ）は、マイクロミラー４６がオン状態である＋ａ度に傾いた状態を示し、図５（Ｂ）は、マイクロミラー４６がオフ状態である−ａ度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ３６の各画素におけるマイクロミラー４６の傾きを、図４に示すように制御することによって、ＤＭＤ３６に入射された光はそれぞれのマイクロミラー４６の傾き方向へ反射される。

なお、図４には、ＤＭＤ３６の一部を拡大し、マイクロミラー４６が＋ａ度又は−ａ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４６のオンオフ（ｏｎ／ｏｆｆ）制御は、ＤＭＤ３６に接続された制御ユニット２０によって行われるもので、オン状態のマイクロミラー４６により反射された光は露光状態に変調され、ＤＭＤ３６の光出射側に設けられた投影光学系（図３参照）へ入射する。またオフ状態のマイクロミラー４６により反射された光は非露光状態に変調され、光吸収体（図示省略）に入射する。

また、ＤＭＤ３６は、その短辺方向が走査方向と所定角度（例えば、０．１°〜０．５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図６（Ａ）はＤＭＤ３６を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）４８の走査軌跡を示し、図６（Ｂ）はＤＭＤ３６を傾斜させた場合の露光ビーム４８の走査軌跡を示している。

ＤＭＤ３６には、長手方向（行方向）に沿ってマイクロミラー４６が多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図６（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ３６を傾斜させることにより、各マイクロミラー４６による露光ビーム４８の走査軌跡（走査線）のピッチＰ２が、ＤＭＤ３６を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ１より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ３６の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ３６を傾斜させた場合の走査幅Ｗ２と、ＤＭＤ３６を傾斜させない場合の走査幅Ｗ１とは略同一である。

また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上における略同一の位置（ドット）が重ねて露光（多重露光）されることになる。このように、多重露光されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、走査方向に配列された複数の露光ヘッド間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。

なお、ＤＭＤ３６を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。

次に、露光ヘッド２６におけるＤＭＤ３６の光反射側に設けられる投影光学系（結像光学系）について説明する。図３に示すように、各露光ヘッド２６におけるＤＭＤ３６の光反射側に設けられる投影光学系は、ＤＭＤ３６の光反射側の露光面にある感光材料１１上に光源像を投影するため、ＤＭＤ３６の側から感光材料１１へ向って順に、レンズ系５０，５２、マイクロレンズアレイ５４、対物レンズ系５６，５８の各露光用の光学部材が配置されて構成されている。

ここで、レンズ系５０，５２は拡大光学系として構成されており、ＤＭＤ３６により反射される光線束の断面積を拡大することで、感光材料１１上のＤＭＤ３６により反射された光線束による露光エリア３２（図２に図示）の面積を所要の大きさに拡大している。

図３に示すように、マイクロレンズアレイ５４は、光源ユニット１６から各光ファイバ２８を通じて照射されたレーザ光を反射するＤＭＤ３６の各マイクロミラー４６に１対１で対応する複数のマイクロレンズ６０が一体的に成形されたものであり、各マイクロレンズ６０は、それぞれレンズ系５０，５２を透過した各レーザビームの光軸上にそれぞれ配置されている。

このマイクロレンズアレイ５４は、矩形平板状に形成され、各マイクロレンズ６０を形成した部分には、それぞれアパーチャ６２が一体的に配置されている。このアパーチャ６２は、各マイクロレンズ６０に１対１で対応して配置された開口絞りとして構成されている。

図３に示すように、対物レンズ系５６，５８は、例えば、等倍光学系として構成されている。また感光材料１１は、対物レンズ系５６，５８の後方焦点位置に配置される。なお、投影光学系における各レンズ系５０，５２，対物レンズ系５６，５８は、図３においてそれぞれ１枚のレンズとして示されているが、複数枚のレンズ（例えば、凸レンズと凹レンズ）を組み合せたものであっても良い。

上述のように構成された露光装置１０では、露光ヘッド２６の投影光学系における
各レンズ系５０，５２や対物レンズ系５６，５８等が有するディストーションや、露光ヘッド２６で露光処理する際に温度や振動といった要因で経時変化する描画の歪み量を、適宜検出するための描画の歪み量検出手段が設けられている。

この描画の歪み量検出手段の一部として、図１〜図３に示すように、この露光装置１０には、その移動ステージ１４の搬送方向上流側に、照射されたビーム位置を検出するためのビーム位置検出手段を配置する。

このビーム位置検出手段は、移動ステージ１４における搬送方向（走査方向）に直交する方向に沿って上流側の端縁部に一体的に取り付けたスリット板７０と、このスリット板７０の裏側に、各スリット毎に対応して設置したフォトセンサ７２とを有する。

このスリット板７０には、露光ヘッド２６から射出されたレーザビームを透過する検出用スリット７４が穿孔されている。

各検出用スリット７４は、図７に示すように、第１くの字型スリット７５Ａと第２くの字型スリット７５Ｂとからなり、各くの字型スリット７５Ａ，７５Ｂは、搬送方向上流側に位置する所定長さを持つ直線状の第１スリット部７４ａと搬送方向下流側に位置する所定長さを持つ直線状の第２スリット部７４ｂとをそれぞれの一端部で直角に接続したものである。

すなわち、第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとは互いに直交するとともに、Ｙ軸（走行方向）に対して第１スリット部７４ａは１３５度、第２スリット部７４ｂは４５度の角度を有するように構成されている。なお、本実施の形態では、走査方向をＹ軸にとり、これに直交する方向（露光ヘッド２６の配列方向）をＸ軸にとる。

なお、第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとは、相互に所定の角度をなすように配置するものであれば良く、両者が交差する構成以外に、別々に離れて配置される構成であっても良い。

また、この露光装置では、ビーム位置検出手段により検出する対象となるビームスポットＢＳの光量が低くても、Ｓ／Ｎ比を良好にして高精度の測定を可能とするため、検出用スリット７４における第１スリット部７４ａと第２スリット部７４ｂとのスリット幅を、ガウスビームのビームスポットＢＳ径よりも、フォトセンサ７２が光量を十分に得られるだけ幅広に形成する。要するに、検出用スリット７４における第１スリット部７４ａと第２スリット部７４ｂとのスリット幅を、ガウスビームのビームスポットＢＳ径以上に形成する。

このように検出用スリット７４のスリット幅をビームスポットＢＳ径よりも、フォトセンサ７２が光量を十分に得られるだけ幅広に形成した場合には、ビームスポットＢＳに照射されるビームの光量を全面的に利用できるから、フォトセンサ７２が受光する光量を可能な限り大きくして、Ｓ／Ｎ比を良好にできる。

ここで、一般的に定義されているように、ガウスビームとは、ビームに垂直な断面の強度が中心対称なガウス分布の形をとるものをいう。

また、ガウスビームにおけるビームスポット径とは、強度が中心軸上の強度の１／ｅ²
（約１３．５％）に低下する周縁部の径をいう。

なお、検出用スリット７４における第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとは、走査方向に対して４５度の角度を成すように形成したものを図示したが、これら第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとを、露光ヘッド２６の画素配列に対して傾斜すると同時に、走査方向、即ちステージ移動方向に対して傾斜する状態（お互いが平行でないように配置した状態）とできれば、走査方向に対する角度を任意に設定し、又はハの字状に構成しても良い。

各検出用スリット７４直下の各所定位置には、それぞれ露光ヘッド２６からの光を検出するフォトセンサ７２（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ又はフォトディテクタ等でも良い）が配置されている。

また、この露光装置１０に設けられるビーム位置検出手段は、図１に示すように、移動ステージ１４の搬送方向に沿った一方の側部に、移動ステージ１４の位置を検出するためのリニアエンコーダ７６を備えている。

このリニアエンコーダ７６は、一般に市販されているリニアエンコーダを利用できる。このリニアエンコーダ７６は、移動ステージ１４における搬送方向（走査方向）に沿った側部に一体的に取り付けた、光を透過する微細なスリット状の目盛りを等間隔で平面部分に形成した目盛り板７８と、この目盛り板７８を挟むように、基台１２に設けた図示しない固定フレームに固着された投光器８０及び受光器８２とを有する。

このリニアエンコーダ７６は、投光器８０から測定用のビームを出射し、目盛り板７８の微細なスリット状の目盛りを透過した測定用のビームを裏側に配置された受光器８２で検出し、その検出信号を制御ユニット２０へ送信するように構成する。

このリニアエンコーダ７６では、初期位置にある移動ステージ１４を移動操作したときに、移動ステージ１４と一体に移動する目盛り板７８によって投光器８０から出射された測定用のビームが断続的に遮断されて受光器８２へ入射される。

よって、この露光装置１０では、受光器８２で受光した回数を制御ユニット２０がカウントすることにより、移動ステージ１４の移動位置を制御ユニット２０が認識可能に構成されている。

この露光装置１０では、制御手段である制御ユニット２０に、歪み量検出手段の一部となる電気系の構成を設ける。

この制御ユニット２０は、図示しないが、歪み量演算手段の一部を兼ねる制御装置としてのＣＰＵ及びメモリを有する。この制御装置は、ＤＭＤ３６における各々のマイクロミラー４６を駆動制御可能に構成されている。

また、この制御装置は、リニアエンコーダ７６の受光器８２の出力信号を受信し、各フォトセンサ７２からの出力信号を受信し、移動ステージ１４の位置とフォトセンサ７２からの出力状態とを関連付けた情報に基づき、画像データに対して歪み補正処理を行って、
適切な制御信号を生成してＤＭＤ３６を制御すると共に、感光材料１１が載置された移動ステージ１４を走査方向に駆動制御する。

さらに、制御装置は、露光装置１０で露光処理する際に必要となる光源ユニット１６といった露光装置１０の露光処理動作全般に係わる各種装置の制御を行う。

次に、この露光装置１０に設けた描画の歪み量検出手段において、検出用スリット７４とリニアエンコーダ７６とを利用してビーム位置を検出する方法について説明する。

まず、この露光装置１０において、被測定画素である一つの特定画素Ｚ１を点灯したときの露光面上に実際に照射された位置を、検出用スリット７４とリニアエンコーダ７６とを利用して特定するときの方法について説明する。

まず、移動ステージ１４を移動操作してスリット板７０の所定露光ヘッド２６用の所定検出用スリット７４を露光ヘッドユニット１８の下方に位置させる。

次に、所定のＤＭＤ３６における特定画素Ｚ１だけをオン状態（点灯状態）とするよう制御する。

さらに、移動ステージ１４を移動制御することにより、図８（Ａ）に実線で示すように、検出用スリット７４が露光エリア３２上の所要位置（例えば原点とすべき位置）となるように移動させる。このとき、制御装置は、第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０Ａ，Ｙ０Ａ）と認識し、メモリに記憶する。なお、図８（Ａ）に示す検出用スリット７４は、第１くの字型スリット７５Ａである。

次に、図８（Ａ）に示すように、制御装置は、移動ステージ１４を移動制御することにより、検出用スリット７４をＹ軸に沿って図８（Ａ）に向かって右方へ移動を開始させる。

そして、制御装置は、図８（Ａ）に向かって右方の想像線で示した位置を通過する際に図８（Ｂ）に例示するように点灯している特定画素Ｚ１からの光が第１スリット部７４ａを透過してフォトセンサ７２で検出されたときの出力信号と、移動ステージ１４の移動位置との関係から特定画素Ｚ１の位置情報を演算処理し、このときの第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０Ａ，Ｙ１１Ａ）として認識し、メモリに記憶する。

このビーム位置検出手段では、検出用スリット７４のスリット幅を、ビームスポットＢＳ径よりも十分に幅広に形成しているので、図９に示すように、フォトセンサ７２の検出値が最大の位置が、ある範囲に渡って広がってしまうので、フォトセンサ７２の検出値が最大となったときの位置を、特定画素Ｚ１の位置とすることができない。

そこで、フォトセンサ７２が検出した最大値の半分の値である半値を算出する。そしてこの制御装置は、移動ステージ１４を連続的に移動しながらフォトセンサ７２の出力が半値となったときの２箇所の位置（移動ステージ１４の移動位置）を、それぞれリニアエンコーダ７６の検出値から求める。

次に、フォトセンサ７２の出力が半値となったときの第１の位置と、第２の位置との中央の位置を算出する。そして、この算出した中央の位置を、特定画素Ｚ１の位置情報（第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０Ａ，Ｙ１１Ａ））としてメモリに記憶する。これにより、ビームスポットＢＳの中心位置を特定画素Ｚ１の位置として求めることができる。

次に、移動ステージ１４を移動操作し、検出用スリット７４をＹ軸に沿って図８（Ａ）に向かって左方へ移動を開始させる。そして、制御装置は、図８（Ａ）に向かって左方の想像線で示した位置で、図８（Ｂ）に例示するように点灯している特定画素Ｚ１からの光が第１スリット部７４ａを透過してフォトセンサ７２で検出されたときの出力信号と、移動ステージ１４の移動位置との関係から、前述した図９で説明したのと同じ手法で特定画素Ｚ１の位置情報を演算処理し、このときの第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０Ａ，Ｙ１２Ａ）として認識し、メモリに記憶する。

次に、制御装置は、メモリに記憶した、座標（Ｘ０Ａ，Ｙ１１Ａ）と（Ｘ０Ａ，Ｙ１２Ａ）とを読み出して、特定画素Ｚ１の座標を求めるため、下記式で演算を行う。ここで、特定画素Ｚ１の座標を（Ｘ１Ａ，Ｙ１Ａ）とすると、Ｘ１Ａ＝Ｘ０Ａ＋（Ｙ１１Ａ−Ｙ１２Ａ）／２で表され、Ｙ１Ａ＝（Ｙ１１Ｂ＋Ｙ１２Ｂ）／２で表される。

そして、次に、第２くの字型スリット７５Ｂを用いて、上記と同様にして、特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ｂ，Ｙ１Ｂを求める。なお、第１くの字型スリット７５ＡのＸ０Ａと第２くの字型スリットＸ０Ｂとは同じ値でないため、第２くの字型スリット７５Ｂを用いて求めた特定画素の座標Ｘ１Ｂからは、そのずれ分だけ座標がずらされる。

そして、第１くの字型スリット７５Ａを用いて求めた特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ａ，Ｙ１Ａと、第２くの字型スリット７５Ｂを用いて求めた特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ｂ，Ｙ１Ｂとの平均を求めることによって特定画素Ｚ１の座標Ｘ１，Ｙ１が求められる。

なお、上記実施形態においては、第１くの字型スリット７５Ａと第１くの型スリット７５Ｂを用いて、それぞれ特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ａ，Ｙ１Ａと座標Ｘ１Ｂ，Ｙ１Ｂとを求め、これらの平均を算出して特定画素Ｚ１の座標Ｘ１，Ｙ１を求めるようにしたが、これに限らず、たとえば、検出用スリット７４を、図１０に示すような、第１スリット部７４ａ、第２スリット部７４ｂおよび第３スリット部７４ｃの３つのスリットから構成し、たとえば、第１スリット部７４ａと第２スリット部７４ｂとを用いて、上記と同様にして、特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ａ，Ｙ１Ｂを求め、また、第１スリット部７４ａと第３スリット部７４ｃとを用いて、上記と同様にして、特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ｂ，Ｙ１Ｂを求め、これらの平均を求めることによって、特定画素Ｚ１の座標Ｘ１，Ｙ１を求めるようにしてもよい。

また、検出用スリット７４を、図１１に示すような、第１スリット部７４ａ、第２スリット部７４ｂ、第３スリット部７４ｃ、第４スリット部７４ｄ、第５スリット部７４ｅおよび第６スリット部７４ｆの６つのスリットから構成し、たとえば、第１スリット部７４ａと第６スリット部７４ｆとを用いて、上記と同様にして、特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ａ，Ｙ１Ｂを求め、また、第２スリット部７４ｂと第５スリット部７４ｅとを用いて、上記と同様にして、特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ｂ，Ｙ１Ｂを求め、また、第３スリット部７４ｃと第４スリット部７４ｄとを用いて、上記と同様にして、特定画素Ｚ１の座標Ｘ１Ｃ，Ｙ１Ｃとを求め、座標ＸＡ１，ＸＢ１、ＸＣ１の平均を求めることによって特定画素Ｚ１の座標Ｘ１を求め、座標ＹＡ１，ＹＢ１、ＹＣ１の平均を求めることによって特定画素Ｚ１の座標Ｙ１を求めるようにしてもよい。

次に、この露光装置１０において、一つの露光ヘッド２６によって露光面上に像を投影可能な露光エリア３２の描画の歪み量を検出する方法について説明する。

露光エリア３２の歪み量を検出するため、この露光装置１０では、図７に示すように、一つの露光エリア３２に対して複数、本実施の形態では５個の検出用スリット７４Ａ〜７４Ｅが同時に位置検出するよう構成されている。

このため、一つの露光ヘッド２６による露光エリア３２内には、測定対象となる露光エリア内で平均的に分散して点在する複数の被測定画素を設定する。本実施の形態では、被測定画素を５組み設定する。これら複数の被測定画素は、露光エリア３２の中心に対して対象位置に設定する。図１２に示す露光エリア３２では、その長手方向中央位置に配置した一組（ここでは被測定画素３個で一組）の被測定画素Ｚｃ１、Ｚｃ２、Ｚｃ３に対して、左右対称に２組づつの被測定画素Ｚａ１、Ｚａ２、Ｚａ３、Ｚｂ１、Ｚｂ２、Ｚｂ３のペアと、Ｚｄ１、Ｚｄ２、Ｚｄ３、Ｚｅ１、Ｚｅ２、Ｚｅ３ペアとを設定する。

また図１２に示すように、スリット板７０には、各被測定画素の組みを検出可能にそれぞれ対応する位置に、５個の検出用スリット７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ及び７４Ｅを配置する。

次に、制御装置が露光エリア３２の歪み量を検出する場合には、制御装置がＤＭＤ３６を制御して、所定一群の被測定画素（Ｚａ１、Ｚａ２、Ｚａ３、Ｚｂ１、Ｚｂ２、Ｚｂ３、Ｚｃ１、Ｚｃ２、Ｚｃ３、Ｚｄ１、Ｚｄ２、Ｚｄ３、Ｚｅ１、Ｚｅ２、Ｚｅ３）をオン状態としてスリット板７０を設置した移動ステージ１４を各露光ヘッド２６の直下で移動させることにより、これら被測定画素の各々に対して、それぞれ対応する検出用スリット７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ及び７４Ｅを利用して座標を求める。その際、所定一群の被測定画素は個々にオン状態としても良く、また全てをオン状態として検出しても良い。

次に、制御装置は、ＤＭＤ３６における各被測定画素に対応した所定マイクロミラー４６の反射面の位置情報と、検出用スリット７４とリニアエンコーダ７６とを利用して検出された所定マイクロミラー４６から露光面（露光エリア３２）に投射された所定光ビームの露光点位置情報とから、これらの相対的な位置ずれをそれぞれ演算することにより、図１３に例示するような露光エリア３２内における描画の歪み量（歪み状態）を求める。

図１４には、１ヘッド内における描画の歪みと補正方法、画像への影響を示す。

図１４（ａ）に示すように、光学系や感光材料に歪みのない状態であれば、ＤＭＤ３６に入力される画像データは図１４（ｂ）のように特に補正されず、そのまま感光材料１１上に出力されることで図１４（ａ）のように理想的な画像が描画される。

しかし出射されたビームにより露光処理する際に温度や振動といった要因で変化する描画の歪みを１ヘッド内の画像において生じるような場合には、露光エリア３２に露光された画像９９は（補正しない画像をそのままＤＭＤ３６に入力すれば）図１４（ｃ）のように変形してしまい、このため補正が必要となる。

そこで図１４（ｆ）のように、ＤＭＤ３６に入力される画像データを補正し、感光材料１１上に出力される画像そのものを位置ズレ検出手段で検出した位置情報から、歪み量演算手段により描画の歪み量を求め、この検出した描画の歪み量に対応して適切に補正すれば、最終的に歪みのない正しい画像９９’が得られる。

次に、上述のように構成した露光装置１０の動作について説明する。

この露光装置１０に設けるファイバアレイ光源である光源ユニット１６は、図示し
ないが、レーザ発光素子の各々から発散光状態で出射した紫外線等のレーザビームをコリメータレンズによって平行光化して集光レンズによって集光し、マルチモード光ファイバのコアの入射端面から入射させて光ファイバ内を伝搬させ、レーザ出射部で１本のレーザビームに合波させてマルチモード光ファイバの出射端部に結合させた光ファイバ２８から出射する。

この露光装置１０では、露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ３６に接続された制御ユニット２０に入力され、制御ユニット２０内のメモリに一旦記憶される。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。この画像データは、制御装置により、前述した描画の歪み量検出手段で検出した描画の歪み量（歪み状態）に基づいて、適切に補正される。

感光材料１１を表面に吸着した移動ステージ１４は、図示しない駆動装置により、ガイド３０に沿って搬送方向上流側から下流側に一定速度で移動される。移動ステージ１４が門型フレーム２２の下を通過する際に、門型フレーム２２に取り付けられた位置検出センサ２４により感光材料１１の先端が検出されると、メモリに記憶された描画の歪み量検出手段で検出した描画の歪み量に基づいて補正済みの画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部としての制御装置で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド２６毎に制御信号が生成される。なお、制御装置で読み出された未補正の画像データに基づいて各露光ヘッド２６毎に制御信号を生成する際に、前述した描画の歪み量検出手段で検出した描画の歪み量（歪み状態）に基づいて補正する処理を行うようにしても良い。そして、この生成された制御信号に基づいて各露光ヘッド２６毎に空間光変調素子（ＤＭＤ）３６のマイクロミラーの各々がオンオフ制御する。

光源ユニット１６から空間光変調素子（ＤＭＤ）３６にレーザ光が照射されると、ＤＭＤ３６のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、適正に補正された描画のための露光位置に結像される。このようにして、光源ユニット１６から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１１が露光処理される。

また、感光材料１１が移動ステージ１４と共に一定速度で移動されることにより、感光材料１１が露光ヘッドユニット１８によりステージ移動方向と反対の方向に走査され、各露光ヘッド２６毎に帯状の露光済み領域３４（図２に図示）が形成される。

露光ヘッドユニット１８による感光材料１１の走査が終了し、位置検出センサ２４で感光材料１１の後端が検出されると、移動ステージ１４は、図示しない駆動装置により、ガイド３０に沿って搬送方向最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド３０に沿って搬送方向上流側から下流側に一定速度で移動される。

また、本実施の形態に係る露光装置１０では、露光ヘッド２６に用いる空間光変調素子としてＤＭＤを用いたが、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐｅｃｉａｌ 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、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子をＤＭＤに代えて用いることができる。

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。

また、本実施形態に係る露光装置１０では、露光ヘッド２６に用いる空間光変調素子（ＤＭＤ）１４を、複数の画素を選択的にｏｎ／ｏｆｆする手段（複数の画素を選択的に変調する手段）に置き換えて構成しても良い。この複数の画素を選択的にｏｎ／ｏｆｆする手段は、例えば、各画素に対応したレーザビームを選択的にｏｎ／ｏｆｆして出射可能にしたレーザ光源で構成し、または、各微小レーザ発光面を各画素に対応して配置することにより面発光レーザ素子を形成し、各微小レーザ発光面を選択的にｏｎ／ｏｆｆして発光可能にしたレーザ光源で構成することができる。

本発明の描画位置測定装置の一実施形態を用いた露光装置の全体概略斜視図 露光ヘッドユニットの各露光ヘッドによって感光材料に露光する状態を示す概略斜視図 露光ヘッドに関する光学系の概略構成図 ＤＭＤの構成を示す拡大斜視図 ＤＭＤの動作を説明するための図 （Ａ）はＤＭＤを傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）の走査軌跡を示す平面図、（Ｂ）はＤＭＤを傾斜させた場合の露光ビームの走査軌跡を示す平面図 一つの露光ヘッドによる露光エリアに対する検出用スリットを示す図 （Ａ）は検出用スリットを利用して点灯している特定画素の位置を検出する状態を示す説明図、（Ｂ）は点灯している特定画素をフォトセンサが検知したときの信号を示す図 検出用スリットを利用して点灯している特定画素を検出する方法を説明するための図 検出用スリットのその他の実施形態を示す図 検出用スリットのその他の実施形態を示す図 複数の検出用スリットを利用して複数点灯している特定画素を検出する状態を示す図 歪み量検出手段で検出した描画の歪み量（歪み状態）を説明するための図 描画の歪み補正を説明するための図

符号の説明

１０ 露光装置
１１ 感光材料
１２ 基台
１４ 移動ステージ
１８ 露光ヘッドユニット
２０ 制御ユニット
２４ 位置検出センサ
２６ 露光ヘッド
３２ 露光エリア
４６ マイクロミラー
７０ スリット板
７２ フォトセンサ
７４ 検出用スリット
７４ａ 第１スリット部
７４ｂ 第２スリット部
７５Ａ 第１くの字型スリット
７５Ｂ 第２くの字型スリット
７６ リニアエンコーダ

Claims (10)

1. 入射された光を変調して描画面上に描画点を形成する描画点形成手段と前記描画面とを相対的に移動させ、前記描画点形成手段により前記描画点を前記描画面に順次形成して画像を描画する際における前記描画点の位置を測定する描画位置測定方法において、
   前記描画面と同一面に、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットを設け、
   前記描画点形成手段により変調され、前記少なくとも３つのスリットを通過した光を検出し、
   該少なくとも３つのスリットを通過した光の各検出時点に対応する前記描画面の各相対的移動位置情報に基づいて前記描画点の位置を測定することを特徴とする描画位置測定方法。
2. 前記少なくとも３つのスリットが互いに平行でないことを特徴とする請求項１記載の描画位置測定方法。
3. 前記スリットの幅が、前記描画点の径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の描画位置測定方法。
4. 複数の前記描画点を測定できる位置に複数の前記少なくとも３つのスリットを持つことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の描画位置測定方法。
5. ヘッドと描画面とを相対的に移動させつつ、前記ヘッドが形成する複数のビームによって前記描画面に描画点を順次形成する描画方法であって、
   前記描画面と同一面に設けられた、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットを通過したビームを検出し、
   該少なくとも３つのスリットを通過した前記ビームの各検出時点に対応する前記描画面の各相対的移動位置情報に基づいて、前記ビームの位置を測定し、
   該測定された前記ビームの位置に基づいて、前記ビームを変調させるためのデータを形成し、
   前記データを前記ヘッドに供給して前記ビームを変調し、前記描画面に前記描画点を形成することを特徴とする描画方法。
6. 入射された光を変調して描画面上に描画点を形成する描画点形成手段と前記描画面とを相対的に移動させ、前記描画点形成手段により前記描画点を前記描画面に順次形成して画像を描画する際における前記描画点の位置を測定する描画位置測定装置において、
   前記描画面と同一面に設けられた、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットと、
   前記描画点形成手段により変調され、前記少なくとも３つのスリットを通過した光を検出する検出手段と、
   該検出手段による前記少なくとも３つのスリットを通過した光の各検出時点に対応する前記描画面の各相対的移動位置情報に基づいて前記描画点の位置を測定する位置測定手段とを備えたことを特徴とする描画位置測定装置。
7. 前記少なくとも３つのスリットが互いに平行でないことを特徴とする請求項４記載の描画位置測定装置。
8. 前記スリットの幅が、前記描画点の径よりも大きいことを特徴とする請求項４または５記載の描画位置測定装置。
9. 複数の前記描画点を測定できる位置に複数の前記少なくとも３つのスリットを持つことを特徴とする請求項６から８いずれか１項記載の描画位置測定装置。
10. 複数のビームを形成するヘッドと、前記ビームにより描画面に描画点が順次形成されるように、前記ヘッドと前記描画面とを相対的に移動させる機構と、前記描画面上における前記ビームの位置を測定するセンセユニットと、測定された前記ビームの位置に基づいて、前記ビームを変調させるためのデータを形成するデータ処理ユニットとを備えた描画装置であって、
    前記センサユニットが、
    前記描画面と同一面に設けられた、少なくとも２つが互いに平行でない少なくとも３つのスリットと、
    前記少なくとも３つのスリットを通過したビームを検出するセンサと、
    該センサによる前記少なくとも３つのスリットを通過したビームの各検出時点に対応する前記描画面の各相対的移動位置情報に基づいて、前記ビームの位置を測定する位置測定手段とを備えたことを特徴とする描画装置。

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