JP2010014797A - マスクレス露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いず構成が複雑にならずに大面積露光が高速でかつ高精度に実施可能なマスクレス露光装置を提供する。
【解決手段】このマスクレス露光装置は、被露光物Ｓに露光する光を出力するための光源２１と、光路中に設けられた光スイッチング手段２３と、光源からの光を被露光物へ導く光学系１２と、により被露光物上に多数の集光スポットＳ２を投影可能な露光ヘッド２０と、露光ヘッドと被露光物とを相対移動させる移動手段と、を備え、各集光スポットのオンオフを光スイッチング手段により制御するとともに移動手段による相対移動を制御することで被露光物上に任意のパターンを露光する。
【選択図】図２

Description

本発明は、マスクを用いないで露光が可能なマスクレス露光装置に関する。

特許文献１は、光導波路アレイの各導波路の出射口から出射した複数の光を被露光部に縮小投影するマスクレス露光装置を開示する。特許文献２は、形成した調光分布を一方向に沿って高速に移動させることが可能な二次元調光デバイスを可変成形マスクとして備えた走査型のマスクレス露光装置を開示する。特許文献３は、多数の微小ミラーが直交する２方向に整列されて配置された空間的光変調器と露光対象物とを相対的に移動させながら光源からの光を露光対象物の表面に入射させて露光対象物の表面に所望のパターンを露光するマスクレス露光装置を開示する。特許文献４は、光源アレイで所望の露光パターンを形成するようにしたマスクレスの露光パターン形成装置を開示する。特許文献５は、露光光源として偏光光源を用いたマスクレス露光装置を開示する。

特許文献６は、複数の二次元配列状の微小ミラーの配列としてスキャン方向に２段以上で、かつ複数の二次元配列状の微小ミラーの全体の配置としてスキャン移動の方向と直交する方向に長い形状の長方形領域内に並べたパターン露光装置を開示する。すなわち、特許文献６のパターン露光装置は、図７に示すように（特許文献６の図１参照）、光源（図示省略）からの紫外光を、多数のミラーデバイスが並べられたミラーデバイスアレイ１００の表面に入射させ、ミラーデバイスアレイ１００で反射した紫外光は、レンズ２００ａ、２００ｂとで構成される等倍の投影光学系３００を通り、マイクロレンズアレイ４００上に投影され、マイクロレンズアレイ４００によって形成される多数のスポットはレンズ２００ｃ、２００ｄとで構成される縮小投影光学系５００によって、ピンホール板６００上に約０．７倍に投影される。ピンホール板６００の下面の穴の位置での光の像が、多数のレンズで構成された縮小投影光学系７００によって、ウエハ８００上にパターン投影される。ウエハ８００は、ウエハステージ９００におけるステージ台１１０の上に載せられており、ステージ台１１０はスキャンステージガイド１１０内でＹ方向に往復移動できるようになっている。スキャンステージガイド１１０は、ステップステージガイド１２０内でＸ方向にステップ移動できるようになっている。ウエハ８００のスキャン移動とステップ移動によって、ウエハ８００内の全面にレーザ光照射領域１３０を移動させることができ、ウエハ８００内の全てのチップが露光できるようになっている。ミラーデバイスアレイ１００はＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）からなる。

特許文献７は、基板を投影されたパターンを構成する多数のスポットの並びに対して斜めに移動させることで、時間的に異なる照射によるパターンにおけるいくつかのスポットが基板上で同一地点に重なるようにパターン描画させるようにしたパターン描画装置を開示し、特許文献６と同様にＤＭＤからなるミラーデバイスを用いている。ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）とは、集積回路上にＭＥＭＳ技術により鏡面サイズが１０数μｍ程度の可動式マイクロミラーを多数格子状に配列したものである（非特許文献１参照）。

特許文献８は、一方の光ファイバコリメータアレイから射出される平行光と他方の光ファイバコリメータアレイから射出される平行光の偏光方向が相互に直交するように選ばれ、両平行光が偏光合成器により合成されるようにした平行光源装置を開示する。
特開２００８−４２０１５号公報 再表２００５−０８１０３４号公報 特開２００７−２１９０１１号公報 特開２００７−１９０７３号公報 特開２００４−８７７７１号公報 特開２００５−１７５２６４号公報 特開２００４−３１９５８１号公報 特開２００６−１５６２６９号公報 ディジタル・マイクロミラー・デバイス（DMD）日本テキサス・インスツルメンツ（株）新地 修、林田正尚（http://www.realize-at.jp/items/bt/112/5/index.html）

特許文献１〜５は、いずれもマスクレス露光技術を開示するが、大面積露光を高速かつ高精度に実施するようにしたものではない。特許文献６，７では、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）に光を照射した後に、ＤＭＤの各ピクセルに対応する位置で反射された光を、各ピクセル毎に置いたマイクロレンズアレイによって集光することによって周期的なスポットをサンプル表面上に露光することができる。このスポット光のオンオフ制御及びサンプルを固定したステージの位置・速度制御によって、任意のパターンのマスクレス露光を可能にしている。しかし、ＤＭＤを用いていることから露光投影領域がＤＭＤのサイズに依存し、このため、大面積の露光を行う場合にはＤＭＤを複数用いて交互に配置した構成としなければならないという問題がある。また、ＤＭＤのミラーの応答速度に応じて露光のスループットが影響を受けるという問題がある。以上の２つの問題により、特に大きな基板サイズを露光する場合には、システム構成が複雑になりコスト高になってしまう。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いず構成が複雑にならずに大面積露光が高速でかつ高精度に実施可能なマスクレス露光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態によるマスクレス露光装置は、被露光物に露光する光を出力するための光源と、光路中に設けられた光スイッチング手段と、前記光源からの光を前記被露光物へ導く光学系と、により前記被露光物上に多数の集光スポットを投影可能な露光ヘッドと、前記露光ヘッドと前記被露光物とを相対移動させる移動手段と、を備え、前記各集光スポットのオンオフを前記光スイッチング手段により制御するとともに前記移動手段による相対移動を制御することで前記被露光物上に任意のパターンを露光することを特徴とする。

このマスクレス露光装置によれば、光源から光学系までの光路中に設けた光スイッチング手段により被露光物上に投影される集光スポットをオンオフ制御することで高速に変調が可能であり、被露光物の表面上の集光スポットを周期間隔が広くかつ集積させることができるので、大面積露光が高速かつ高精度に実施できる。また、マスクもＤＭＤも不要であるから、装置構成が複雑にならず装置コストが嵩むこともない。

上記マスクレス露光装置において前記光学系は所定のピクセル数でマイクロレンズが配列されたマクロレンズアレイを有し、前記光スイッチング手段は、前記ピクセル数に応じたスイッチングが可能な液晶光スイッチを有するようにして露光ヘッドを構成することが好ましい。

または、前記光学系は所定のピクセル数でマイクロレンズが配列されたマクロレンズアレイを有し、前記光スイッチング手段は、前記ピクセル数に応じたスイッチングが可能な干渉型の光スイッチを有するようにして露光ヘッドを構成することが好ましい。

なお、前記ピクセル数に応じて多数のアパーチャが配置された開口部材を、前記液晶光スイッチまたは前記干渉光スイッチに前置させることが好ましい。

また、前記被露光物上に投影された隣り合う集光スポットの間隔が５００μｍ程度となるように構成することができ、被露光物の表面上の集光スポットの周期間隔が５００μｍ程度と広くできる。

また、前記移動手段が前記被露光物を載置し前記露光ヘッドに対し移動可能なステージから構成されることが好ましい。

また、前記多数の集光スポットの投影位置を縦横に結ぶ直線がなす正方格子を前記相対移動の方向に対し傾斜させるようにすることが好ましい。また、前記多数の集光スポットの投影位置を縦横に結ぶ直線が前記相対移動の方向に対し斜方格子をなすようにすることが好ましい。これらの構成により、露光の空間分解能を向上させることができる。

本発明のマスクレス露光装置によれば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いず装置構成が複雑にならずに大面積露光が高速でかつ高精度に実施できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。

〈第１の実施形態〉
図１は第１の実施形態のマスクレス露光装置の全体を概略的に示す図である。図２は図１の光源、光学系、試料との相対的な位置関係を概略的に示す図である。

図１，図２に示すように、マスクレス露光装置１０は、試料Ｓ（被露光物）に対する露光光を出力する光源１１と、光源１１からの光を試料Ｓの表面Ｓ１にスポット光として照射し投影する光学系１２と、光学系１２に前置されて光源１１からの光の透過・非透過を切り替える液晶光スイッチ２３と、試料Ｓを載置して２次元的（ＸＹ方向）に移動させるステージ１３と、ステージ１３の二次元的な位置を検出するエンコーダ等からなるセンサ１４と、センサ１４の検出結果に基づいてステージ１３を駆動するアクチュエータ１５と、光源１１及び液晶光スイッチ２３を制御する光源制御回路１６と、装置全体を制御するパーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」または「ＰＣ」という。）１７と、を備える。露光ヘッド２０が上述の光学系１２と光源１１等とから構成される。

図１のマスクレス露光装置１０は、光源１１からの光のオンオフおよび試料Ｓを載せたステージ１３の移動を制御することで、フォトマスクを用いることなく試料表面上のレジストなどの光感光性樹脂を設計に応じたパターンに対応して露光することができ、マスクレス露光が可能になっている。

図１，図２のように、光源１１は、ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子、または、水銀ランプ等と、開口部材２２と、液晶光スイッチ２３と、を備え、多数のピクセルからなる光源アレイ２１に構成されている。すなわち、開口部材２２は光源アレイ２１のピクセル数に対応して多数のアパーチャ２２ａ〜２２ｅが格子状に周期配置され、また、液晶光スイッチ２３は同じくピクセル数に対応して多数の液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅが格子状に周期配置されている。

光源アレイ２１では、半導体発光素子や水銀ランプ等からの光が各アパーチャ２２ａ〜２２ｅに入射し、各液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅでオンオフ（光の透過・非透過）制御されながら、各液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅから光が出力する。液晶光スイッチ２３は各液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅが光源制御回路１６により独立にオンオフ可能な構成となっている。

なお、光源１１の光源制御回路１６には、光強度をモニタする機能を備えてもよく、例えばＡＰＣ（オートパワーコントロール）制御やＡＣＣ（オート電流コントロール）制御ができるような構成としてもよい。また、光源１１には発熱の影響を避けるためにヒートシンク等の冷却機能を備えることが好ましく、水冷、空冷、ペルチェ素子による冷却等を用いることができる。

次に、図１，図２の液晶光スイッチについて図３を参照して説明する。図３は図１，図２の液晶光スイッチの作動原理を説明するために液晶光スイッチを概略的に示す要部断面図であり、光透過のオン状態（ａ）及び光非透過のオフ状態（ｂ）をそれぞれ示す図である。

図３（ａ）、（ｂ）のように、液晶光スイッチ２３は、比較的大きな偏光板２３ｋと各ピクセル毎に形成された比較的小さいＩＴＯ等からなる透光性電極２３ｎとを有する第１の基板２３ｆと、比較的大きな偏光板２３ｍと各ピクセル毎に形成された比較的小さいＩＴＯ等からなる透光性電極２３ｐとを有する第２の基板２３ｇと、を備え、第１の基板２３ｆと第２の基板２３ｇとの間の隙間に液晶２３ｈを注入したものである。

第１の基板２３ｆでは光束が通過する光通過部Ｔ以外の断面積部分に制御回路２２ｊが設けられており、制御回路２３ｊにより透光性電極２３ｎ，２３ｐに印加する電圧を制御する。制御回路２３ｊは図１の光源制御回路１６の一部を構成する。

液晶光スイッチ２３は、液晶への電圧印加時の電界により液晶の構成分子の向きが変化して液晶の中を通る光の屈折率が液晶分子が並んだ向きにより変わることを利用したもので、透光性電極２３ｎ，２３ｐへの電圧印加による電界を制御することで光の偏光を操作し光スイッチングを行うことができる。図３（ｂ）のオフ状態では、第１の基板２３ｆと第２の基板２３ｇにおける偏光が直交するために光Ｂが遮断され、透過光がゼロとなる。一方、図３（ａ）のオン状態では、偏光状態を変えることで光Ａが偏光板２３ｋ，２３ｍを通過する。図３（ａ）、（ｂ）のオン・オフを透光性電極２３ｎ，２３ｐへの電圧印加を制御することで液晶を利用したスイッチングが可能となる。

光源アレイ２１は後述のように各ピクセル間の間隔（ピッチ）が５００μｍ程度に比較的広くなるように構成され、図３（ａ）、（ｂ）のように、液晶光スイッチ２３では第１の基板２３ｆの光通過部Ｔ以外の断面積部分に制御回路２３ｊが設置可能となる。このため、上述のように光透過型の液晶光スイッチであってもメモリを搭載させることで各ピクセル（各透光性電極）を独立に制御することができる。なお、制御回路２３ｊと透光性電極２３ｎ，２３ｐとの導通のためにスルーホール電極などを形成してもよい。

図１，図２の光学系１２は、光源アレイ２１のピクセルの数に対応して多数のマイクロレンズ２４ａ〜２４ｅを配置したマイクロレンズアレイ２４を有するレンズ系を備え、液晶光スイッチ２３の各液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅから出力した光をレンズ系により試料Ｓの表面Ｓ１上に集光し集光スポットＳ２を形成するようになっている。

すなわち、光源アレイ２１の半導体発光素子や水銀ランプ等からの光が自由空間で図２の矢印方向に平行光として各アパーチャ２２ａ〜２２ｅに入射し、図３の透光性電極２３ｎ、２３ｐへの電圧印加を制御することで各液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅでオンオフ変調され、各液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅから出力した光がマイクロレンズアレイ２４によって試料Ｓの表面Ｓ１上に集光スポットＳ２として投影される。

図２の開口部材２２，液晶光スイッチ２３及びマイクロレンズアレイ２４では、各アパーチャ２２ａと２２ｂ，２２ｂと２２ｃ，・・・間の間隔（ピッチ）、各液晶スイッチ２３ａと２３ｂ，２３ｂと２３ｃ，・・・間の間隔（ピッチ）、及びマイクロレンズ２４ａと２４ｂ，２４ｂと２４ｃ，・・・間の間隔（ピッチ）がそれぞれ５００μｍ程度となるように比較的大きく構成されており、このため、試料Ｓの表面Ｓ１上で隣り合う集光スポットＳ２の間隔（ピッチ）ｐが５００μｍ程度と比較的大きくなっている。

上述のように、光源アレイ２１と光学系１２とを備える露光ヘッド２０は集光スポットＳ２の間隔ｐが５００μｍ程度と比較的大きく、かかる露光ヘッド２０をマスクレス露光装置１０が備えることで大面積露光が可能となる。

試料Ｓを載置するステージ１３は、ＰＣ１７からのステージ稼動信号により作動するアクチュエータ１５により駆動されるが、センサ１４により検出したステージ１３の位置信号に基づいて位置および速度制御を行うようにフィードバック制御が可能に構成されている。かかるフィードバック制御によるステージ稼動信号がＰＣ１７から出力する。ＰＣ１７は、上述のステージ１３の制御及び任意パターンを露光するための光源アレイ２１のオンオフ制御を統括する。

図１，図２のマスクレス露光装置１０による露光動作を説明する。例えば、表面Ｓ１上にレジストなどの光感光性樹脂が形成された試料Ｓをステージ１３に載置し、ステージ１３を等速で移動させる。例えば、図２の光源アレイ２１のアパーチャ２２ａ、液晶スイッチ２３ａ、マイクロレンズ２４ａを介した試料Ｓの表面Ｓ１上における集光スポットの軌跡が露光すべき所定の位置を通過するタイミングで液晶スイッチ２３ａを図３（ｂ）のオフ状態から図３（ａ）のオン状態にするようにして光源アレイ２１がオンオフ制御される。

ＰＣ１７は、露光すべき露光パターンの情報（露光データ）を演算し光源制御回路１６に転送し、かかる露光データに基づいて光源制御回路１６・制御回路２３ｊにより光源アレイ２１から出力する光のオンオフを変化させることで露光パターンを試料Ｓの表面Ｓ１上の光感光性樹脂にマスクレスで形成する。

次に、図２の光源アレイの別の例について図４を参照して説明する。図４は図２の光源アレイの変形例を示す図２と同様の図である。図４の光源アレイ２１Ａは、半導体発光素子や水銀ランプ等からの光を光ファイバ２５により導いた後に、マイクロレンズアレイ２６で平行光として開口部材２２の各アパーチャ２２ａ〜２２ｅに導入するように構成されたものである。

図４のように、光源アレイ２１Ａの多数のピクセルに応じて各光ファイバ２５ａ〜２５ｅが配置されるとともに、同じくピクセルに応じて各マイクロコリメートレンズ２６ａ〜２６ｅが設けられたマイクロレンズアレイ２６が配置されている。マイクロレンズアレイ２６はマイクロコリメートレンズ２６ａと２６ｂ，２６ｂと２６ｃ，・・・間の間隔（ピッチ）がそれぞれ５００μｍ程度となるように比較的大きく構成されている。また、開口部材２２及び液晶光スイッチ２３は図２と同様に構成されている。

図４の光源アレイ２１Ａでは、半導体発光素子や水銀ランプ等からの光を各光ファイバ２５ａ〜２５ｅによりマイクロレンズアレイ２６に導き、各マイクロコリメートレンズ２６ａ〜２６ｅで平行光とし、この平行光を開口部材２２の各アパーチャ２２ａ〜２２ｅに導入し、液晶光スイッチ２３の各液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅでオンオフ変調制御して出力する。光源アレイ２１Ａと光学系１２により上述と同様に露光ヘッド２０を構成できる。

本実施形態のマスクレス露光装置１０によれば、新規な構成により次のような作用効果を奏する。

各ピクセルに対応する光源アレイ２１の各ピクセルの空間的な周期が５００μｍと従来よりもかなり大きな値になるように光源１１をアレイ化し、発光の位置間隔を５００μｍ程度と広くし、光源アレイ２１の空間周期が大きくなるとともに光源アレイ２１を集積化することで、従来よりも広い範囲を網羅することのできる露光ヘッド２０を構成できる。このために大面積の露光を容易に実施可能となる。

また、光源位置の周期性が大きくなることで、露光ヘッド２０自身の放熱性がよくなる。また、光源の空間的な周期位置間隔を大きくすることで、ピクセルの充填率を下げることができるために、露光光の光束位置以外にも面積的な余裕があり、このため、様々な制御回路や配線パターンを設置することが可能となるなど回路を構成するための自由度が大きくなる。

また、光のオンオフ変調のためにアパーチャ２２ａ〜２２ｅ及び液晶スイッチ２３ａ〜２３ｅを用い、液晶光スイッチ２３において光通過部Ｔの断面積を狭く構成することで、光透過型の光スイッチであっても回路基板を設置する領域を確保できるために、光束が通過する周辺に図３の制御回路２３ｊのような制御回路を備えることができる。

上述の露光ヘッド２０を有するマスクレス露光装置１０は、特に、大面積の領域を５μｍ以下の線幅で高精度に露光するようなＦＰＤ(Flat Panel Display)やＰＤＰ (Plasma Display Panel) 用の露光装置として効果的である。

また、本実施形態のマスクレス露光装置１０を図７の特許文献６のパターン露光装置と比較すると、大面積露光への適用に関しては、図７では集光スポットの間隔が狭いため、大面積露光にはＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が複数必要であるのに対し、本実施形態では集光スポットの間隔が広いため大きな露光ヘッドが設計可能であり大面積露光に適したものに構成できる。また、露光スループットに関しては、図７では露光速度はＤＭＤのスイッチング速度により決まり、そのスイッチング速度に限界があるのに対し、本実施形態では液晶を用いて光のオンオフが可能なシンプルな構成であるため、大面積化が容易であり、高い露光スループットを得ることができる。さらに、集光スポット位置の自由度に関しては、図７ではＤＭＤを用いるために光学的な設計自由度が低いのに対し、光源アレイ２１の各ピクセルの間隔が広くなるので、制御用の回路基板をピクセルの周りに配置可能となり、設計自由度が高くなり、有利である。

次に、露光パターンの解像度を向上させるための露光配置について図５，図６を参照して説明する。図５は、図１のマスクレス露光装置の集光スポット投影位置の例を示す平面図である。図６は、図１のマスクレス露光装置の集光スポット投影位置の別の例を示す平面図である。

図５に示すように、ステージ１３上の試料Ｓの表面Ｓ１上で、図の等間隔に平行に並んだ縦線ｍと横線ｎとにより多数の正方格子が形成され、それらの正方格子がステージ１３の移動方向Ｓ３に対して傾斜するように構成することで、縦線ｍと横線ｎとの多数の交点ａが集光スポットの投影位置となると、各集光スポットの投影位置の隣り合う距離が短くなるために露光のデータ解像度が大きくなる。このように、集光スポット投影位置をステージ１３の移動方向Ｓ３に対し傾斜させることで露光の空間分解能を向上させることができる。

また、図６のように、例えば、縦線ｍ’をステージ１３の移動方向Ｓ３に対して傾斜させ、横線ｎ’とにより多数の斜方格子が形成され、それらの多数の交点ｂが集光スポットの投影位置となるように構成することで、各集光スポットの投影位置の隣り合う距離が短くなるために露光のデータ解像度が大きくなる。このように、集光スポット投影位置をステージ１３の移動方向Ｓ３に対し直交する方向に歪ませることで露光の空間分解能を向上させることができる。

次に、本実施形態の露光ヘッドにおける集積例及び露光のスループットの計算例について図８を参照して説明する。図８は図１，図２の露光ヘッドの集光スポットの出射面を部分的かつ概略的に示す平面図である。

図８のように、露光ヘッド２０の集光スポットの出射面Ｌにはマイクロレンズアレイ２４が配置され、マイクロレンズアレイ２４は、多数のマイクロレンズ２４ａ、２４ｂがピッチｐ１で格子状に規則正しく配列されるようにして集積されている。このピッチｐ１は０．５ｍｍであり、このため、集光スポットの配列ピッチｐ（図２）は０．５ｍｍである。集積数（ピクセル数）は、ステージ１３の移動方向Ｓ３に１０００個、移動方向Ｓ３に直交する方向に６０００個である。データ解像度を０．５μｍ、光源の変調速度を１００ｋＨｚとすると、露光速度は５０ｍｍ／秒となり、高い露光スループットを達成できる。

以上のように、本実施形態では、従来よりも集光スポットの間隔ｐを５００μｍ程度に大きく広げかつ集積度を増すとともに、スポット位置の精密位置決め及び半導体発光素子の高応答性を利用することで、大面積な範囲を高分解能でかつ高スループットで露光を行うことができる。

〈第２の実施形態〉
図９は第２の実施形態のマスクレス露光装置における光源アレイ、光学系、試料の相対的な位置関係を概略的に示す図である。

第２の実施形態のマスクレス露光装置の基本的構成は図１と同様であるので、各部分の説明は省略する。本実施形態のマスクレス露光装置は、図２における液晶光スイッチの代わりに、干渉型の光スイッチ（以下、「干渉光スイッチ」という。）を配置したものであり、その他の構成は同じであるので、同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

図１の光源１１は、ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体発光素子、または、水銀ランプ等と、開口部材２２と、干渉光スイッチ３３と、を備え、多数のピクセルからなる光源アレイ３１に構成されている。干渉光スイッチ３３は光源アレイ２１のピクセル数に対応して多数の光スイッチ３３ａ〜３３ｅが格子状に周期配置されている。

光源アレイ３１では、半導体発光素子や水銀ランプ等からの光が開口部材２２の各アパーチャ２２ａ〜２２ｅに入射し、各光スイッチ３３ａ〜３３ｅでオンオフ（光の透過・非透過）制御されながら、各光スイッチ３３ａ〜３３ｅから光が出力する。干渉光スイッチ３３は各光スイッチ３３ａ〜３３ｅが光源制御回路１６により独立にオンオフ可能な構成となっている。

次に、図９の干渉光スイッチについて図１０を参照して説明する。図１０は図９の干渉光スイッチの作動原理を説明するために干渉光スイッチを概略的に示す要部断面図であり、光透過のオン状態（ａ）及び光非透過のオフ状態（ｂ）をそれぞれ示す図である。

図１０（ａ）、（ｂ）のように、干渉光スイッチ３３は、各光スイッチ３３ａ〜３３ｅが固定ハーフミラー３３ｆと移動ハーフミラー３３ｇと移動ハーフミラー３３ｇを移動させる駆動手段（図示省略）とから構成され、駆動手段は、図１の光源制御回路１６により駆動され、移動ハーフミラー３３ｇを光軸方向に微小に変位させ、固定ハーフミラー３３ｆに対する間隔ｇを変えるようになっている。

図３（ｂ）のオフ状態では、移動ハーフミラー３３ｇを駆動することで２つのハーフミラー３３ｆ，３３ｇによる光の干渉が弱めあうような間隔ｇに調整することで、光Ｂを遮断する。一方、図３（ａ）のオン状態では、２つのハーフミラー３３ｆ，３３ｇによる光の干渉が強めあうような間隔ｇに調整することで、光Ａを透過させる。このように、干渉光スイッチ３３では、干渉効果を利用して高速なスイッチングが可能である。

各光スイッチ３３ａ〜３３ｅを構成する移動ハーフミラー３３ｇと固定ハーフミラー３３ｆは、ＭＥＭＳ技術により作製することができ、駆動手段は、例えば電極への電圧印加により静電吸引力を発生させるような構成とすることができる。かかる光スイッチは、例えば、非特許文献「Y.Taii,A,Higo,H.Fujita and H.Toshiyoshi,"Electrostatically Controlled Transparent Display Pixels by PEN一Film MEMS",IEEE/LEOS Int.Conf.on Optical MEMS and Their Applications,August 1-4,2005,0ulu,Finland」や「"MARS for Fiber-in-the-loop Application",J.W.Kim,M.S.Park,B.H.Park,K.S.Kwak,O'Dae Kwon,13th Opt.and Quantm Electron.Conf.,p.9(1996)（http://www.postech.ac.kr/dept/ee/light/act/mars/mars.html)」から公知である。

光源アレイ３１は、図２と同様に各ピクセル間の間隔（ピッチ）が５００μｍ程度に比較的広くなるように構成されている。干渉光スイッチ３３の各光スイッチ３３ａ〜３３ｅから出力した光を光学系１２のレンズ系により試料Ｓの表面Ｓ１上に集光し集光スポットＳ２を形成する。

すなわち、光源アレイ３１の半導体発光素子や水銀ランプ等からの光が自由空間で図９の矢印方向に平行光として各アパーチャ２２ａ〜２２ｅに入射し、図９の各光スイッチ３３ａ〜３３ｅへの電圧印加を制御することで各光スイッチ３３ａ〜３３ｅでオンオフ変調され、各光スイッチ３３ａ〜３３ｅから出力した光がマイクロレンズアレイ２４によって試料Ｓの表面Ｓ１上に集光スポットＳ２として投影される。

干渉光スイッチ３３では、各光スイッチ３３ａと３３ｂ，３３ｂと３３ｃ，・・・間の間隔（ピッチ）が５００μｍ程度となるように比較的大きく構成されており、このため、試料Ｓの表面Ｓ１上で隣り合う集光スポットＳ２の間隔（ピッチ）ｐが５００μｍ程度と比較的大きくなっている。

上述のように、光源アレイ３１と光学系１２とを備える露光ヘッド４０は集光スポットＳ２の間隔ｐが５００μｍ程度と比較的大きく、かかる露光ヘッド４０をマスクレス露光装置が備えることで大面積露光が可能となる。また、図９，図１０の露光ヘッド４０を備えたマスクレス露光装置による露光動作は、図１〜図３と同様にして行われる。

次に、図９の光源アレイの別の例について図１１を参照して説明する。図１１は図９の光源アレイの変形例を示す図９と同様の図である。図１１の光源アレイ３１Ａは、図４と同様に、半導体発光素子や水銀ランプ等からの光を光ファイバ２５により導いた後に、マイクロレンズアレイ２６で平行光として開口部材２２の各アパーチャ２２ａ〜２２ｅに導入するように構成されたものである。光ファイバ２５及びマイクロレンズアレイ２６の構成は図４と同様であり、干渉光スイッチ３３は図９，図１０と同様に構成されている。

図１１の光源アレイ３１Ａでは、半導体発光素子や水銀ランプ等からの光を各光ファイバ２５ａ〜２５ｅによりマイクロレンズアレイ２６に導き、各マイクロコリメートレンズ２６ａ〜２６ｅで平行光とし、この平行光を開口部材２２の各アパーチャ２２ａ〜２２ｅに導入し、干渉光スイッチ３３の各光スイッチ３３ａ〜３３ｅでオンオフ変調制御して出力する。光源アレイ３１Ａと光学系１２により上述と同様に露光ヘッド２０を構成できる。

本実施形態のマスクレス露光装置によれば、新規な構成により次のような作用効果を奏する。

各ピクセルに対応する光源アレイ３１の各ピクセルの空間的な周期が５００μｍと従来よりもかなり大きな値になるように光源アレイ３１を構成し、光源アレイ３１の発光部の空間周期が大きくなるとともに光源アレイ３１を集積化することで、従来よりも広い範囲を網羅することのできる露光ヘッド４０を構成できる。このために大面積の露光を容易に実施可能となる。

また、光源位置の周期性が大きくなることで、露光ヘッド４０自身の放熱性がよくなる。また、光源の空間的な周期位置間隔を大きくすることで、ピクセルの充填率を下げることができるために、露光光の光束位置以外にも面積的な余裕があり、このため、様々な制御回路や配線パターンを設置することが可能となるなど回路を構成するための自由度が大きくなる。

光のオンオフ変調のために干渉原理を用いた干渉光スイッチ３３を用いているため、少ない変位でスイッチングできるために高速性向上に寄与することができる。

上述の露光ヘッド４０を有するマスクレス露光装置は、特に、大面積の領域を５μｍ以下の線幅で高精度に露光するようなＦＰＤ(Flat Panel Display)やＰＤＰ (Plasma Display Panel) 用の露光装置として効果的である。

また、本実施形態のマスクレス露光装置を図７の特許文献６のパターン露光装置と比較すると、大面積露光への適用に関しては、図７では集光スポットの間隔が狭いため、大面積露光にはＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が複数必要であるのに対し、本実施形態では集光スポットの間隔が広いため大きな露光ヘッドが設計可能であり大面積露光に適したものに構成できる。また、露光スループットに関しては、図７では露光速度はＤＭＤのスイッチング速度により決まり、そのスイッチング速度に限界があるのに対し、本実施形態では干渉原理により干渉光スイッチを用いて光源のオンオフが可能なシンプルな構成であるので、スイッチングが高速化でき、高速変調が可能であので、大面積化が容易であり、高い露光スループットを得ることができる。

また、本実施形態のマスクレス露光装置においても図５と同様に、集光スポット位置をステージ１３の移動方向Ｓ３に対し傾斜させることで露光の空間分解能を向上させることができる。また、図６と同様に、集光スポット位置をステージ１３の移動方向Ｓ３に対し直交する方向に歪ませることで露光の空間分解能を向上させることができる。

また、本実施形態においても図８と同様の集積例で露光ヘッドを構成でき、上述と同様に高い露光のスループットを達成できる。このため、本実施形態では、従来よりも集光スポットの間隔ｐを５００μｍ程度に大きく広げかつ集積度を増すとともに、スポット位置の精密位置決め及び半導体発光素子の高応答性を利用することで、大面積な範囲を高分解能でかつ高スループットで露光を行うことができる。

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図４，図１１では、１枚のマイクロレンズアレイにより集光するように構成してもよく、また、図２，図４，図９，図１１では、複数の光学系を利用するように構成してもよい。

また、図２，図４，図９，図１１では、光源アレイが開口部材２２及び液晶光スイッチ２３や干渉光スイッチ３３を含むものとして説明したが、開口部材２２及び液晶光スイッチ２３や干渉光スイッチ３３が光学系１２に含まれるものとしてもよいことはもちろんである。

また、本実施形態では、露光ヘッド２０，４０と被露光物である試料Ｓとの相対移動を試料Ｓが載るステージ１３で行うようにしたが、露光ヘッド２０，４０側を移動させるようにしてもよく、また、両方を移動させるようにしてもよい。

また、本実施形態の各マスクレス露光装置は、プリント基板用露光、マイクロマシン製造用露光、マイクロ流路パターニング用露光、液晶パネルのカラーフィルタおよびＴＦＴ、周辺配線の露光、及びフォトマスク作製用に適用可能なフォトリソグラフィ用露光に適用可能である。

第１の実施形態のマスクレス露光装置の全体を概略的に示す図である。 図１の光源、光学系、試料との相対的な位置関係を概略的に示す図である。 図１，図２の液晶光スイッチの作動原理を説明するために液晶光スイッチを概略的に示す要部断面図であり、光透過のオン状態（ａ）及び光非透過のオフ状態（ｂ）をそれぞれ示す図である。 図２の光源アレイの変形例を示す図２と同様の図である。 図１のマスクレス露光装置の集光スポット投影位置の例を示す平面図である。 図１のマスクレス露光装置の集光スポット投影位置の別の例を示す平面図である。 特許文献６に開示のパターン露光装置を概略的に示す図である。 図１，図２，図４の露光ヘッドの集光スポットの出射面を部分的かつ概略的に示す平面図である。 第２の実施形態のマスクレス露光装置における光源アレイ、光学系、試料の相対的な位置関係を概略的に示す図である。 図９の干渉光スイッチの作動原理を説明するために干渉光スイッチを概略的に示す要部断面図であり、光透過のオン状態（ａ）及び光非透過のオフ状態（ｂ）をそれぞれ示す図である。 図９の光源アレイの変形例を示す図９と同様の図である。

符号の説明

１０ マスクレス露光装置、１１ 光源、１２ 光学系、１３ ステージ、１６ 光源制御回路、１７ ＰＣ、２０ 露光ヘッド、２１，２１Ａ 光源アレイ、２２ 開口部材、２３ 液晶光スイッチ、２３ａ〜２３ｅ 液晶スイッチ、２３ｊ 制御回路、２４ マイクロレンズアレイ、２５ 光ファイバ、２６ マイクロレンズアレイ、３１，３１Ａ 光源アレイ、３３ 干渉光スイッチ、３３ａ〜３３ｅ 光スイッチ、４０ 露光ヘッド、Ｓ 試料（被露光物）、Ｓ１ 試料Ｓの表面、Ｓ２ 集光スポット、Ｓ３ ステージの移動方向、ｐ 間隔（ピッチ）

Claims (7)

1. 被露光物に露光する光を出力するための光源と、光路中に設けられた光スイッチング手段と、前記光源からの光を前記被露光物へ導く光学系と、により前記被露光物上に多数の集光スポットを投影可能な露光ヘッドと、
   前記露光ヘッドと前記被露光物とを相対移動させる移動手段と、を備え、
   前記各集光スポットのオンオフを前記光スイッチング手段により制御するとともに前記移動手段による相対移動を制御することで前記被露光物上に任意のパターンを露光することを特徴とするマスクレス露光装置。
2. 前記光学系は所定のピクセル数でマイクロレンズが配列されたマクロレンズアレイを有し、
   前記光スイッチング手段は、前記ピクセル数に応じたスイッチングが可能な液晶光スイッチを有する請求項１に記載のマスクレス露光装置。
3. 前記光学系は所定のピクセル数でマイクロレンズが配列されたマクロレンズアレイを有し、
   前記光スイッチング手段は、前記ピクセル数に応じたスイッチングが可能な干渉型の光スイッチを有する請求項１に記載のマスクレス露光装置。
4. 前記被露光物上に投影された隣り合う集光スポットの間隔が５００μｍ程度である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
5. 前記移動手段が前記被露光物を載置し前記露光ヘッドに対し移動可能なステージから構成された請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
6. 前記多数の集光スポットの投影位置を縦横に結ぶ直線がなす正方格子を前記相対移動の方向に対し傾斜させるようにした請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
7. 前記多数の集光スポットの投影位置を縦横に結ぶ直線が前記相対移動の方向に対し斜方格子をなすようにした請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。

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