JP2010093044A - 描画装置、空間光変調ユニットおよび描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の微小なミラーを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの光量を、連続的な任意の値に、高精度に制御する。
【解決手段】複数の微小ミラーを備えたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）のような空間光変調デバイスと、各微小ミラーの向きを変更する動作を開始信号により開始させるミラー制御部とを設ける。レーザ光を所定の周期Ｔで照射し、各微小ミラーが所望する配置角度となっているときに当該レーザ光が当該微小ミラーに入射するように、各微小ミラーに与える開始信号のタイミングを制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の微小なミラーを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの光量を制御する技術に関する。

例えば、精密な微細パターンを描画する技術において、アレイ状に配置された複数の微小なミラーによって、光源からの光をマルチビーム化して描画する技術が知られている。例えば、このようなミラーデバイス（空間光変調素子）を用いた描画装置が特許文献１に記載されている。

光変調の制御に関しては、各ピクセル（ビーム）の光量を単純にＯＮ／ＯＦＦするだけでなく、その光量を連続的に制御したいという要請がある。すなわち、各ビームの光量をデジタル的なＯＮ／ＯＦＦのみの出力ではなく、アナログ的な（連続階調）出力として得たいという要請がある。

例えば、描画に用いられる光源によっては、当該光源から出射される光が光量に関して一様な分布になっていない場合がある。このように光源から出射される光の光量分布が一様でない場合には、各微小ミラーに入射する光の光量が各微小ミラーの位置に応じて不均一となる。これをそのまま描画に用いると、ピクセルごとに照射される光の光量が不均一となるため、露光ムラの原因となる。したがって、描画装置では、光量分布が不均一な光を照射する光源を用いた場合であっても、各ビームの光量が一様になるようにキャリブレーションしたいという要請がある。

また、連続階調画像を描画する場合にはピクセルごとに任意の光量を与えることが求められる。また、微細パターンを露光する場合、線幅やエッジを精度よく滑らかに描くためには、ピクセルごとに光量を微妙に制御することが求められる。また、ビーム配列グリッドをビーム階調でさらに細かく増やすという手法（サブグリッド）が求められることもある。

本来ミラーデバイスは、光の進行方向を制御するものであって、光量を制御する機能は有していない。しかしながら、従来より、ミラーデバイスの各ビームの光量を個別に制御する手法がいくつか提案されている。

例えば、露光時間（光源が点灯している時間）内において、各ビームをＯＮとする時間（ＯＮとなる方向に向けて反射する時間）を制御することによって、積分光量を制御するパルス幅変調方式が提案されている。

また、各ミラーの配置角度を個別に制御可能とし、当該配置角度を任意の角度（所望の光量となる角度）に停止させた状態で光源からの光を入射させて反射させることによって光量を制御するミラー角度制御方式が提案されている。

特開２００３−３３２２２１号公報

ところが、従来のパルス幅変調方式では、光源がエキシマレーザのようなパルスレーザである場合、ミラーの配置角度を変更する時間に比べてレーザ点灯時間（露光時間）が短いために、レーザ点灯時間内にミラーの配置角度を変更してレーザをＯＮ・ＯＦＦすることができないという問題があった。

また、ミラー角度制御方式では、全てのミラーを任意の角度に精度よく停止させることが求められるが、ミラーデバイスは微小かつ複雑な構造物であり、全てのミラーを任意の角度に精度よく停止させることが可能な構造の設計、製造が極めて困難であるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の微小なミラーを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの光量を、連続的な任意の値に、高精度に制御することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、照射する光によってパターンを描画する描画装置であって、光を照射する光源と、前記光源からの光を変調する空間光変調ユニットと、前記空間光変調ユニットによって変調された光を導く光学系とを備え、前記空間光変調ユニットは、反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位する複数のミラーと、前記光源から照射される光を前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向に応じて、前記複数のミラーのそれぞれについて前記状態の切り替えを行うタイミングを個別に決定しつつ、前記複数のミラーの状態を個別に制御するミラー制御手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る描画装置であって、前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定されることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明に係る描画装置であって、前記ミラー制御手段は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る描画装置であって、前記光源は、所定の周期で光を照射することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る描画装置であって、前記ミラー制御手段は、前記所定の周期に応じてタイミングを決定することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項４または５の発明に係る描画装置であって、前記光源は、パルスレーザであることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る描画装置であって、前記パルスレーザは、エキシマレーザであることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明に係る描画装置であって、前記光学系は、通過する光の位置によって光量が変化する光学素子を備えることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る描画装置であって、前記光学素子は、アパーチャであることを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、外部の光源からの光を変調して外部の光学系に入射させる空間光変調ユニットであって、反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位する複数のミラーと、前記光源から照射される光を前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向に応じて、前記複数のミラーのそれぞれについて前記状態の切り替えを行うタイミングを個別に決定しつつ、前記複数のミラーの状態を個別に制御するミラー制御手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係る空間光変調ユニットであって、前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定されることを特徴とする。

また、請求項１２の発明は、請求項１０または１１の発明に係る空間光変調ユニットであって、前記ミラー制御手段は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする。

また、請求項１３の発明は、光源から照射される光を光学系から照射することによってパターンを描画する描画方法であって、(a)反射面の配置角度が第１角度と第２角度との間で連続的に変位する複数のミラーのそれぞれが前記光源から照射される光を反射させるべき方向に応じて、前記反射面の配置角度が前記第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が前記第２角度となる状態との間で前記複数のミラーの状態を切り替えるタイミングを、前記複数のミラーのそれぞれについて個別に決定する工程と、(b)前記(a)工程において、前記複数のミラーのそれぞれについて決定されたタイミングに応じて前記複数のミラーの状態を個別に制御する工程と、(c)前記(b)工程により制御された状態の前記複数のミラーに前記光源から照射される光を反射させることにより、前記光源から照射される光を変調して前記光学系に入射させる工程とを有することを特徴とする。

また、請求項１４の発明は、請求項１３の発明に係る描画方法であって、前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定されることを特徴とする。

また、請求項１５の発明は、請求項１３または１４の発明に係る描画方法であって、前記(c)工程における複数のミラーは、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位中の状態のものを含むことを特徴とする。

また、請求項１６の発明は、請求項１３ないし１５のいずれかの発明に係る描画方法であって、前記(c)工程において、前記光源は所定の周期で光を照射することを特徴とする。

また、請求項１７の発明は、請求項１６の発明に係る描画方法であって、前記(a)工程において、前記複数のミラーの状態を切り替えるタイミングは、前記所定の周期に応じて決定されることを特徴とする。

請求項１ないし１７に記載の発明は、複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向に応じて、複数のミラーのそれぞれについて状態の切り替えを行うタイミングを個別に決定しつつ、複数のミラーの状態を個別に制御することにより、光源からの光を、簡易な構造で、任意の方向に反射させることができる。

請求項２、１１および１４に記載の発明は、複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向は、複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定されることにより、光量を任意の値に調節できる。

請求項４に記載の発明は、光源が所定の周期で光を照射することにより、一定の描画時間および描画間隔で描画することができ、制御が容易になる。

請求項６に記載の発明は、パルス幅変調方式を採用することが困難な構成であっても、光を反射するときの配置角度を、簡易な構造で、任意の値に調節できる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。

＜１． 実施の形態＞
図１は、発明に係る描画装置１を示す図である。なお、以下の説明では、図１に示すようにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を定義する。

描画装置１は、可動ステージ１０、描画ヘッド１１および制御部１２を備え、可動ステージ１０に支持された基板９に微細なパターン（像）を描画する装置として構成されている。

なお、パターンを描画する対象物は基板９に限定されるものではなく、紙や立体的な物体であってもよい。また、本発明における描画装置は、描画される像が視認できるものに限定されるものではなく、例えば、露光装置をも含む概念である。また、描画装置１の１回の描画動作によって描画される画像はｎ個の画素から形成されており（ｎは１以上の整数）、以下の説明では、ｎ番目の画素に対応する構成について「ｎ」の添え字を付すものとする。

可動ステージ１０の上面は水平面に加工されており、基板９を水平姿勢で保持する機能を有している。可動ステージ１０は、図示しない吸着口から吸引を行うことにより、載置された基板９の裏面を吸着して当該基板９を所定の位置に保持する。

また、可動ステージ１０は、制御部１２からの制御信号に応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直線的に移動することが可能とされている。すなわち、詳細は省略するが、可動ステージ１０は、基板９をＹ軸方向に移動させる主走査駆動機構と、基板９をＸ軸方向に移動させる副走査駆動機構とを備えている。このような機構としては、例えば、リニアモータを採用することができる。

これにより、描画装置１は、描画ヘッド１１から照射される光を基板９の表面の任意の位置に照射することが可能とされている。このように、描画装置１から照射されるレーザ光は基板９の表面を像面として結像される。

描画ヘッド１１は、レーザ光を照射する光源としてのレーザ発振器１３、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光を所定の方向に導く照明光学系１４、照明光学系１４によって導かれたレーザ光を変調する空間光変調ユニット２、および、変調されたレーザ光を基板９に結像させる結像光学系１５を備えている。

レーザ発振器１３は、制御部１２から周期Ｔで伝達されるリセット信号に応じて、所定のパルス幅のレーザ光を断続的に点灯させる（パルスレーザとなる）。すなわち、本実施の形態におけるレーザ発振器１３は、周期Ｔ（所定の周期）でレーザ光を照射する。

描画間隔が短い場合、その間に可動ステージ１０の移動を完了しなければならないため、可動ステージ１０を比較的高速で移動させる必要がある。一方、描画間隔が長くなると、可動ステージ１０の移動を完了するための許容時間が長くなるので、可動ステージ１０を低速で移動させることが可能となるものの、描画に要する時間が長くなり処理自体が遅延する。

しかし、本実施の形態におけるレーザ発振器１３は、先述のように、一定の描画時間（パルス幅）および一定の描画間隔（周期Ｔ）で描画するため、可動ステージ１０の移動速度を一定に保つことが可能であり、駆動制御が容易になるとともに、速度変更によって可動ステージ１０の移動が不安定になることを防止することができる。なお、本実施の形態における描画装置１では、パルスレーザを照射するレーザ発振器１３としてエキシマレーザを採用する。また、パルス幅は、１０［nsec］ないし数十［nsec］程度である。

照明光学系１４は、ミラー１４０、レンズ１４１およびミラー１４２，１４３を備えている。

レーザ発振器１３から照射され、照明光学系１４に入射したレーザ光は、ミラー１４０およびレンズ１４１によりミラー１４２へと導かれる。また、ミラー１４２はレンズ１４１によって導かれたレーザ光をミラー１４３に向けて反射し、ミラー１４３は入射したレーザ光を空間光変調ユニット２（空間光変調デバイス２０）に向けて反射する。すなわち、ミラー１４２およびミラー１４３によって、レーザ光は所定の角度（入射角）で空間光変調ユニット２に入射するように調整される。

このように、照明光学系１４は、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光の光路を適宜調整して空間光変調ユニット２に導く機能を有している。なお、照明光学系１４が備える構成は本実施の形態に示すものに限定されるものではなく、レーザ光の光路上に適宜、別のレンズやミラー等の光学素子が配置されてもよい。

照明光学系１４によって導かれたレーザ光が入射される空間光変調ユニット２は、空間光変調デバイス２０と、ミラー制御部２１とを備えている。

空間光変調デバイス２０は、シリコン基板の上に、微少なミラーが格子状に多数配列した構造を有している。以下、空間光変調デバイス２０が備える微小ミラーを「マイクロミラー」と称し、他のミラー（例えばミラー１４２）と区別する。

空間光変調デバイス２０の各マイクロミラーは、描画装置１によって描画される画像の各画素に対応している。したがって、空間光変調デバイス２０はｎ個のマイクロミラーを有している。

本実施の形態における空間光変調ユニット２では、このような空間光変調デバイス２０としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を採用する。ただし、本発明はＤＭＤに限定されるものではなく、例えば、マイクロミラー方式のＳＬＭ（Spatial Light Modulators）であってもよい。

空間光変調デバイス２０の各マイクロミラーは、ミラー制御部２１から各マイクロミラーに対して伝達される開始信号に応じて、所定の角度だけ傾くことが可能なように設計されている。具体的には、空間光変調デバイス２０における複数のマイクロミラーの反射面の配置角度θ（反射面とＸＺ平面との成す角）は、ミラー制御部２１からの開始信号に応じて、θ_on（第１角度）とθ_off（第２角度）との間で変位する。

本実施の形態では、通常時において各マイクロミラーの反射面の配置角度θはθ_offとなっている。この状態で、開始信号が与えられたマイクロミラーは、反射面の配置角度θをθ_offからθ_onへと変位させる動作を開始する。すなわち、開始信号とは、反射面の配置角度θがθ_offとなっている状態のマイクロミラーに対して、配置角度θがθ_onとなる状態へと状態の切り替えを行うタイミングを示す信号である。

厳密に言えば、製造誤差などによって各マイクロミラーごとに配置角度θは微妙に異なっている。したがって、例えば、（ｎ−１）番目の画素に対応するマイクロミラーについてのθ_onの値「θ_{on，ｎ−１}」は、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーのθ_onの値「θ_on，ｎ」と異なっている場合もあり得る。本実施の形態においてマイクロミラーの反射面の配置角度θにおけるθ_on（あるいはθ_off）とは、当該マイクロミラーにＯＮ信号（あるいはＯＦＦ信号）を与え続けたときに、最終的に変位が停止するときの反射面の配置角度θとして定義する。

図２は、マイクロミラーに開始信号が与えられたときの経過時間ｔと配置角度θとの関係を例示する図である。

図２に示す例では、開始信号が与えられることによって配置角度θの変位が開始され、時間ｔ１経過後において配置角度θが「θ_on」となり、配置角度θが「θ_on」の状態が時間（ｔ２−ｔ１）だけ経過するまで維持された後、配置角度θが再び「θ_off」へと変位している。一般的なミラーデバイスにおいて、マイクロミラーの反射面の配置角度θが「θ_off」から「θ_on」まで傾くのに要する時間ｔ１は、数μｓｅｃから数十μｓｅｃ程度である。

このように、空間光変調デバイス２０の複数のマイクロミラーのそれぞれは、開始信号により、反射面の配置角度θが「θ_off」から「θ_on」と連続的に変位する。なお、図２に示す例では、時間ｔ１が経過するまでの間、配置角度θが等速で連続的に変位している。しかし、配置角度θが、連続的、かつ、再現性があるように変位するのであれば、その変位速度は必ずしも「等速」に限定されるものではない。すなわち、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーに開始信号が与えられてからの経過時間を「ｔ_n」、当該マイクロミラーの反射面の配置角度θを「θ_n」、連続関数ｆ_nを用いて次の式１と表すことができればよい。

θ_n＝ｆ_n（ｔ_n）・・・式１

そして、本実施の形態における関数ｆ_nは、図２に示す関数となるが、一般的なミラーデバイスは式１を満足する。

また、関数ｆ_nが連続関数であることから、関数ｆ_nには逆関数Ｆ_nが存在し、式２が成立する。

ｔ_n＝Ｆ_n（θ_n）・・・式２

すなわち、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーについて、所望する配置角度θ_nが決まれば、式２によって、当該マイクロミラーに開始信号を与えるタイミングを決定することができる。なお、関数Ｆ_nも再現性のある関数であるため、実験等により予め求めて、特性データとして記憶しておくことができる。

図３は、ミラー制御部２１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ミラー制御部２１は、開始信号生成部２１０、メモリ２１１および演算部２１２を備えている。

開始信号生成部２１０は、制御部１２から周期Ｔで伝達されるリセット信号を遅延させる複数の遅延回路から構成されている。

開始信号生成部２１０における各遅延回路には、空間光変調デバイス２０の各マイクロミラーがそれぞれ一対一で対応しており、対応する遅延回路とマイクロミラーとが独立した信号線で互いに接続されている。すなわち、各遅延回路も描画されるパターンの各画素に対応しており、開始信号生成部２１０はｎ個の遅延回路を備えている。

開始信号生成部２１０の各遅延回路には、制御部１２から先述のリセット信号が同時に入力される。そして、各遅延回路によってそれぞれ遅延されたリセット信号は、各遅延回路に対応するマイクロミラーにおける開始信号として、それぞれのマイクロミラーに個別に、先述の信号線によって伝達される。

すなわち、本実施の形態における開始信号生成部２１０は、レーザ発振器１３においてパルスレーザを点灯させるタイミングを決定するためのリセット信号を基準として、開始信号を生成する機能を有している。

なお、各遅延回路における遅延時間は、後述する演算部２１２によって演算され、各遅延回路に伝達される。また、与えられた遅延時間だけ入力信号（本実施の形態ではリセット信号）を遅延させて出力する遅延回路は、既知の技術を用いてアナログ回路あるいはデジタル回路によって容易に実現できる。

メモリ２１１は、それぞれが「０」または「１」の値を記憶することが可能な複数のメモリセルを備えている。また、メモリ２１１が備える複数のメモリセルは、所定数（１以上の整数）のメモリセルからなるｎ個のメモリセル群に区分されている。

メモリ２１１の各メモリセル群は、描画するパターンを構成する各画素にそれぞれ対応している。したがって、各メモリセル群には、対応する画素の画素値が制御部１２から書き込まれる。例えば、各メモリセル群が８個のメモリセルによって構成されている場合、各メモリセル群は、対応する画素について０ないし２５５の範囲の画素値を画素データとして記憶することができる。なお、メモリセル群に記憶される画素値を「Ｑ」とし、例えば、ｎ番目の画素の画素値を「Ｑ_n」とする。

なお、描画するパターンを構成する各画素において中間階調（連続階調）を表現する必要がない場合には各メモリセル群が備えるメモリセルは１個で足りる。一方、中間階調を表現する必要がある場合には各メモリセル群は階調数に応じた複数個のメモリセルが必要となる。

メモリ２１１の各メモリセル群に記憶された各画素データは、演算部２１２によって参照され、後述する演算に用いられる。

演算部２１２は、メモリ２１１の各メモリセル群に記憶されている画素データに基づいて、開始信号生成部２１０の各遅延回路における遅延時間を求めて各遅延回路に伝達する機能を有する。

結像光学系１５は、アパーチャ１５０、ミラー１５１および結像レンズ１５２を備えている。

図４は、アパーチャ１５０の表面に形成される入射面１５３を例示する図である。図４に示す例では、（ｎ−１）番目の画素に対応する入射面１５３_n-1と、ｎ番目の画素に対応する入射面１５３_nとを示す。

アパーチャ１５０の空間光変調ユニット２に対向する側の表面には、それぞれが描画されるパターンの画素に対応する複数の入射面１５３が一面に形成される。言い換えれば、アパーチャ１５０の空間光変調ユニット２に対向する側の表面は、ｎ個の入射面１５３に分割されている。

各入射面１５３には、同じ画素に対応するマイクロミラーからの反射光（レーザ光）のみが入射するように配置されている。すなわち、ｎ番目の画素に対応したマイクロミラーからの反射光のみがｎ番目の画素に対応した入射面１５３_nに入射されるとともに、ｎ番目の画素に対応した入射面１５３_nにはｎ番目の画素に対応したマイクロミラー以外のマイクロミラーからの反射光が入射することはない。

また、各入射面１５３には、それぞれ受光領域１５４が形成されており、受光領域１５４に入射したレーザ光だけがアパーチャ１５０を透過し、描画ヘッド１１から照射される。言い換えれば、入射面１５３に入射したレーザ光のうち、受光領域１５４以外の領域に入射したレーザ光はアパーチャ１５０によって遮蔽される。

図４に示す領域８０は、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーの反射面の配置角度θが「θ_on,n」となった状態のときに、当該マイクロミラーによって反射されたレーザ光が入射する領域を示すものである。すなわち、配置角度θが「θ_on」となったとき、マイクロミラーによって反射されたレーザ光の全光束は対応する受光領域１５４に入射される（ただし製造誤差によるズレがない場合）。したがって、当該レーザ光の全光量が対応する画素を描画するために照射されるレーザ光の光量となる。

また、図４に示す領域８１は、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーの反射面の配置角度θが「θ_off,n」となった状態のときに、当該マイクロミラーによって反射されたレーザ光が入射する領域を示すものである。すなわち、配置角度θが「θ_off」となったとき、マイクロミラーによって反射されたレーザ光の全光束は受光領域１５４に入射しない状態となる（ただし製造誤差によるズレがない場合）。したがって、対応する画素を描画するために照射されるレーザ光の光量は「０」となる。

先述のように、本実施の形態におけるマイクロミラーの反射面の配置角度θは、「θ_on」と「θ_off」との間を連続的に変位するので、例えば、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーによって反射されたレーザ光が入射しうる領域は、結局、図４に示す領域８２となる。

図４に示す領域８３は、配置角度θが「θ_on,n-1」と「θ_off,n-1」との間で変位しているときに、（ｎ−１）番目の画素に対応するマイクロミラーにレーザ光が照射され反射されたレーザ光が入射する領域を示す。このような場合には、反射されたレーザ光の一部だけが受光領域１５４に入射し、その他の部分は遮蔽される。すなわち、領域８３と受光領域１５４との重なる領域８４に入射したレーザ光のみがアパーチャ１５０を透過し、そのレーザ光の光量は、反射されたレーザ光の全光束が受光領域１５４に入射した場合に比べて、アパーチャ１５０に遮蔽された分だけ減少する。

すなわち、アパーチャ１５０を透過するレーザ光の光量は、領域８４の面積に依存し、当該面積は、配置角度θに依存する。逆に言えば、ｎ番目の画素を描画するために照射すべきレーザ光の光量を「Ω_n」とすると、当該光量Ω_nを得るための配置角度θ_nは、連続関数Ｓ_nを用いて式３と表すことができる。

θ_n＝Ｓ_n（Ω_n）・・・式３

なお、関数Ｓ_nは、再現性のある関数であるため、実験等により予め求めて特性データとして記憶しておくことができる。

このように、アパーチャ１５０は、通過するレーザ光の位置によって光量が変化する光学素子として構成されている。

アパーチャ１５０は、各受光領域１５４に入射した複数のレーザ光を互いに平行な向き（Ｙ軸方向に平行な向き）に調整するとともに、各レーザ光のスポット形状を同一の形状に調整する機能を有する。

本実施の形態における受光領域１５４には、様々な配置角度θで反射されたレーザ光が入射する。したがって、アパーチャ１５０は受光領域１５４に入射したレーザ光の光軸をＹ軸方向となるように揃える機能を有しており、これによってアパーチャ１５０を通過した全てのレーザ光がＹ軸方向に進行する状態となる。

また、本実施の形態では、図４に示す領域８４の例のように、受光領域１５４に入射するレーザ光のスポット形状がマイクロミラーの反射面形状とはならない場合がある。このままのスポット形状で、レーザ光を基板９に照射すると、ムラの原因となる。したがって、アパーチャ１５０は各レーザ光の光量を揃えムラをなくす。

アパーチャ１５０を通過したレーザ光はミラー１５１に向けて出射される。

アパーチャ１５０からミラー１５１に向けて出射されたレーザ光は、ミラー１５１によって反射され、結像レンズ１５２を介して像面たる基板９の表面に照射される。これにより、当該レーザ光に対応する画素の位置に当該レーザ光が照射され、所望の画素が描画される。

ここで、演算部２１２が遅延時間を求めることができる原理を説明する。

本実施の形態における描画装置１では周期Ｔのリセット信号ごとにレーザ光が照射される。したがって、ｍ回目のレーザ光が照射されるタイミングは「ｍＴ」である。また、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーにｍ回目の描画のための開始信号が与えられてからの経過時間を「ｔ_n,m」とすると、ｍ回目の描画のためのレーザ光は当該開始信号が与えられてから「ｔ_n,m」経過したときに照射されるので、ｍ回目の開始信号が与えられるタイミングτ_n,mは、式４で表される。

τ_n,m＝ｍＴ−ｔ_n,m・・・式４

また、（ｍ−１）回目の描画からｍ回目の開始信号が与えられるまでの時間（ｎ番目の画素に対応する遅延回路のｍ回目の描画に対する遅延時間）は、次の式５で表される。

ｄ_n,m＝τ_n,m−（ｍ−１）Ｔ・・・式５

したがって、式４を式５に代入すると、式６が成立する。

ｄ_n,m＝Ｔ−ｔ_n,m・・・式６

ここで、予め特性データに記憶されている関数Ｓ_n，Ｆ_nを用いると、式３および式２から式７および式８が求まる。

θ_n,m＝Ｓ_n（Ω_n,m）・・・式７

ｔ_n,m＝Ｆ_n（θ_n,m）・・・式８

ｍ回目の描画において、ｎ番目の画素を描画するために必要なレーザ光の光量Ω_n,mは、ｎ番目の画素に対応したメモリセル群にｍ回目の画素データとして記憶される画素値Ｑ_n,mによって求まる。

したがって、各画素について、式７、式８、式６を演算することにより、演算部２１２は、各画素に対応した遅延回路における遅延時間を求めることがてきる。

以上が描画装置１の構成および機能の説明である。次に、描画装置１を用いてパターンを描画する描画方法について説明する。

図５は、本発明に係る描画方法を示す流れ図である。なお、図５に示すステップＳ１１の処理が開始されるまでに、可動ステージ１０に基板９が載置され、可動ステージ１０（基板９）の描画ヘッド１１に対する相対位置が決定されているものとする。

制御部１２は、レーザ発振器１３と空間光変調ユニット２のミラー制御部２１（開始信号生成部２１０）とにリセット信号の伝達を開始するとともに、ミラー制御部２１のメモリ２１１に次回の描画に係る画素データを書き込む（ステップＳ１１）。なお、最初に描画を開始する場合には、１回目のリセット信号のみレーザ発振器１３に入力しないように制御してもよい。

次に、ミラー制御部２１の演算部２１２が遅延時間を演算し、開始信号生成部２１０に伝達する。これにより、開始信号生成部２１０の各遅延回路によって制御部１２から伝達されたリセット信号がそれぞれ遅延され、各マイクロミラーの切り替えタイミング（開始信号を与えるタイミング）が決定される（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２においてそれぞれの遅延回路において個別に決定されたタイミングに、各開始信号が、開始信号生成部２１０から空間光変調デバイスの各マイクロミラーに伝達される。これにより、空間光変調デバイス２０の複数のマイクロミラーのそれぞれについて決定されたタイミングに応じて当該複数のマイクロミラーの状態が個別に制御される（ステップＳ１３）。すなわち、各マイクロミラーは開始信号を与えられた瞬間から、配置角度θを「θ_on」に変位させる動作を開始する。

次のリセット信号がレーザ発振器１３に与えられると、レーザ発振器１３はレーザ光を所定のパルス幅で照射し（ステップＳ１４）、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光が照明光学系１４に導かれて、空間光変調ユニット２（空間光変調デバイス２０）の各マイクロミラーに同時に照射される（ステップＳ１４）。

図６は、ｎ番目の画素に対応したマイクロミラーについてのタイミングを示す図である。

ステップＳ１４におけるレーザ光の照射は、レーザ光が照射される各マイクロミラーの配置角度θを「θ_on」に変位させる動作の完了を待って実行されるわけではない。したがって、ステップＳ１４が実行され、レーザ光が照射されたマイクロミラーの中には配置角度θを「θ_on」に変位させる動作を完了していないものも存在する。すなわち、ステップＳ１４においてレーザ光が照射される複数のマイクロミラーは、反射面の配置角度θが「θ_on」と「θ_off」との間で変位中の状態のものを含む。

図６に示す例では、３回の描画が実行されているが、当該マイクロミラーについては、いずれも反射面の配置角度θが「θ_on」と「θ_off」との間で変位中の状態でレーザ光が照射されている。

描画装置１では、図６に示すように、レーザ発振器１３から照射されるレーザ光はパルスレーザであって、レーザ光の点灯時間（パルス幅）は、マイクロミラーの遷移時間に比べて充分短い。したがって、変位中のマイクロミラーにレーザ光を照射することにより、本実施の形態における空間光変調ユニット２は、各マイクロミラーを所望の配置角度の状態に停止させる構造を有しなくても、所望の配置角度（所望の反射角）でレーザ光を反射することができる。したがって、描画時の光量を画素ごとに連続的に変化させることができる。

図６に示す例では、３回の描画において、いずれも異なる配置角度θの状態のときにレーザ光が照射されている。したがって、３回の描画において、ｎ番目の画素を描画するためのレーザ光の反射方向はいずれも異なる。

ステップＳ１４において照射されたレーザ光は、空間光変調デバイス２０の各マイクロミラーによって所望の方向に反射されることにより変調され（ステップＳ１５）、結像光学系１５（アパーチャ１５０）に入射する（ステップＳ１６）。

さらに、結像光学系１５に入射したレーザ光は、基板９の表面に導かれ、当該基板９の表面の所定の位置にそれぞれ照射され、各画素が描画される（ステップＳ１７）。

１回の描画が終了するたびに、描画装置１は、画像データに基づいて、全ての描画が終了したか否かを確認し（ステップＳ１８）、未だ描画していない画素が残っている場合には、可動ステージ１０を所定の位置に移動させた後、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。一方、全ての画素の描画を終了した場合には、処理を終了する。

以上のように、描画装置１は、従来のパルス幅変調方式を適用することができない構成（エキシマレーザのような短波長のパルスレーザを照射するレーザ発振器１３）を備えているにも関わらず、描画するレーザ光の光量を連続的に変更することができる。

また、開始信号のタイミングを制御することにより、ミラー角度制御方式のように、機械的、物理的にマイクロミラーの配置角度を直接制御するよりも、簡易な構造で実現でき、安定性、精度および分解能に優れた描画を行うことができる。

また、描画に用いられる光源から出射される光は、光量に関して一様な分布であるとは限らない。このように光の光量分布が一様でない場合には、ＤＭＤなどの空間光変調デバイスの各マイクロミラーに入射する光の光量は、各マイクロミラーの位置に応じて不均一となる。

そして、入射する光の光量が異なるマイクロミラーについては、例え、反射面の配置角度を同じ値に制御したとしても、反射される光の光量は異なる値となってしまい、描画に寄与する光の光量は同じ値にならず、描画されたパターンのムラの原因となる。

さらに、製造誤差によって各マイクロミラーごとに光の反射方向が微妙に異なっていると、結果として、同じ画素値の画素に対応するマイクロミラーからの光の光量が同一にならない。

このように、従来の描画装置では、様々な要因によって画素間の誤差（描画時の光量誤差に起因する濃度誤差）が生じるという問題があった。

しかし、描画装置１では、各画素について、特性データ（関数Ｓ_n，Ｆ_n）が実験等により予め求められ、かつ、描画に係るレーザ光の光量を連続的に変更できるので、特性データによって画素間の誤差を抑制することができ、均一な描画を実現できる。

＜２． 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

例えば、開始信号生成部２１０をミラー制御部２１に設けると説明したが、空間光変調デバイス２０に設けてもよい。

また、所望の配置角度θを求める関数Ｓ_nを実験により求めると説明したが、開始信号が与えられてからの光量変化を測定するこによって、いわば関数Ｓ_nと関数Ｆ_nとの合成関数を求めて特性データとして記憶していてもよい。

また、アパーチャ１５０に代えて、通過する光の位置によって光量が変化する光学素子、例えば、連続濃度可変フィルタなどを用いてもよい。

発明に係る描画装置を示す図である。 マイクロミラーに開始信号が与えられたときの経過時間と配置角度との関係を例示する図である。 ミラー制御部の構成を示すブロック図である。 アパーチャの表面に形成される入射面を例示する図である。 本発明に係る描画方法を示す流れ図である。 ｎ番目の画素に対応したマイクロミラーについてのタイミングを示す図である。

符号の説明

１ 描画装置
１０ 可動ステージ
１１ 描画ヘッド
１２ 制御部
１３ レーザ発振器
１４ 照明光学系
１５ 結像光学系
１５０ アパーチャ
２ 空間光変調ユニット
２０ 空間光変調デバイス（複数のミラー）
２１ ミラー制御部
２１０ 開始信号生成部
２１１ メモリ
２１２ 演算部
９ 基板
Ｔ 周期

Claims (17)

1. 照射する光によってパターンを描画する描画装置であって、
   光を照射する光源と、
   前記光源からの光を変調する空間光変調ユニットと、
   前記空間光変調ユニットによって変調された光を導く光学系と、
   を備え、
   前記空間光変調ユニットは、
   反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位する複数のミラーと、
   前記光源から照射される光を前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向に応じて、前記複数のミラーのそれぞれについて前記状態の切り替えを行うタイミングを個別に決定しつつ、前記複数のミラーの状態を個別に制御するミラー制御手段と、
   を備えることを特徴とする描画装置。
2. 請求項１に記載の描画装置であって、
   前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定されることを特徴とする描画装置。
3. 請求項１または２に記載の描画装置であって、
   前記ミラー制御手段は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする描画装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の描画装置であって、
   前記光源は、所定の周期で光を照射することを特徴とする描画装置。
5. 請求項４に記載の描画装置であって、
   前記ミラー制御手段は、前記所定の周期に応じてタイミングを決定することを特徴とする描画装置。
6. 請求項４または５に記載の描画装置であって、
   前記光源は、パルスレーザであることを特徴とする描画装置。
7. 請求項６に記載の描画装置であって、
   前記パルスレーザは、エキシマレーザであることを特徴とする描画装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の描画装置であって、
   前記光学系は、通過する光の位置によって光量が変化する光学素子を備えることを特徴とする描画装置。
9. 請求項８に記載の描画装置であって、
   前記光学素子は、アパーチャであることを特徴とする描画装置。
10. 外部の光源からの光を変調して外部の光学系に入射させる空間光変調ユニットであって、
    反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位する複数のミラーと、
    前記光源から照射される光を前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向に応じて、前記複数のミラーのそれぞれについて前記状態の切り替えを行うタイミングを個別に決定しつつ、前記複数のミラーの状態を個別に制御するミラー制御手段と、
    を備えることを特徴とする空間光変調ユニット。
11. 請求項１０に記載の空間光変調ユニットであって、
    前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定されることを特徴とする空間光変調ユニット。
12. 請求項１０または１１に記載の空間光変調ユニットであって、
    前記ミラー制御手段は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする空間光変調ユニット。
13. 光源から照射される光を光学系から照射することによってパターンを描画する描画方法であって、
    (a) 反射面の配置角度が第１角度と第２角度との間で連続的に変位する複数のミラーのそれぞれが前記光源から照射される光を反射させるべき方向に応じて、前記反射面の配置角度が前記第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が前記第２角度となる状態との間で前記複数のミラーの状態を切り替えるタイミングを、前記複数のミラーのそれぞれについて個別に決定する工程と、
    (b) 前記(a)工程において、前記複数のミラーのそれぞれについて決定されたタイミングに応じて前記複数のミラーの状態を個別に制御する工程と、
    (c) 前記(b)工程により制御された状態の前記複数のミラーに前記光源から照射される光を反射させることにより、前記光源から照射される光を変調して前記光学系に入射させる工程と、
    を有することを特徴とする描画方法。
14. 請求項１３に記載の描画方法であって、
    前記複数のミラーのそれぞれが反射させるべき方向は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定されることを特徴とする描画方法。
15. 請求項１３または１４に記載の描画方法であって、
    前記(c)工程における複数のミラーは、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位中の状態のものを含むことを特徴とする描画方法。
16. 請求項１３ないし１５のいずれかに記載の描画方法であって、
    前記(c)工程において、前記光源は所定の周期で光を照射することを特徴とする描画方法。
17. 請求項１６に記載の描画方法であって、
    前記(a)工程において、前記複数のミラーの状態を切り替えるタイミングは、前記所定の周期に応じて決定されることを特徴とする描画方法。

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