JP2012079740A - パターン描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照射光学系で光量が適正に変更される高精度の露光描画を行うことができるパターン描画装置を提供する。
【解決手段】 光量調節部５５０は、入射したレーザ光が光透過量変更手段５５１による透過率傾向が反映されるが、光透過分布調整手段５５２によって逆の透過率傾向が反映される。その結果、相殺され位置によるバラツキが低減された透過率がラインビーム全体で得られる。パターン描画装置１００によれば、光量調節部５５０によって、位置によるバラツキが低減されたラインビームが変調素子５３７に導入されることとなり、結果、画素間の光量バラツキが低減された露光を実現できる。
【選択図】図４

Description

本発明はパターン描画装置に関し、より詳しくは、光量補正が行われても、高精度の露光描画を行うことができる直接描画型のパターン描画装置に関する。

従来、描画装置の一例として、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サニーベール、カリフォルニア）の登録商標）等の光変調素子を用いてレーザ光等のビーム光を画像データに応じたビーム光に変調し、その変調光でフォトレジストの露光を行う装置が提案されている（特許文献１参照）。

この種の描画装置（以下、パターン描画装置と称する）は、フォトレジストが塗布された基板を載置したステージを往復移動させつつフォトレジストに変調光を照射することにより、フォトレジストに回路等のパターンを直接露光描画することができる。パターン描画装置は、描画パターンをＧＬＶで電子的に生成するものであり、それ以前の露光装置で用いられてきたマスクを必要としない。よって、マスクの製造工程が不要となる。これにより、液晶ディスプレイや半導体基板の製造工程を短縮することができ、また、マスクの製造コストが不要となる。

ところで、液晶ディスプレイ等の基板製造においては、各工程の歩留り向上や各種条件の最適化のために、商品毎にフォトレジストの種類や膜厚が変更される。その変更に伴って、露光に必要な光量（単位：ｍＪ／ｃｍ²）すなわち感度は変化する。フォトレジストの単位面積に与えられる光量は、露光ヘッドから照射された光量とステージの速度によって決まる。一方、露光ヘッドの最大出力は、描画装置毎に設定されている。従って、ステージの速度を変えることにより、露光ヘッドの最大出力を超えない範囲でフォトレジストの単位面積に与えられる光量を変え、フォトレジストの種類等の変更に対応することができる。ステージ速度が大きい程、露光のスループットは向上する。

そこで、感光性材料層の感度が多様に変更されても、高精度の露光描画を大きなスループットで行うパターン描画装置を提供するため、選択された走査速度および制御パラメータの値に基づいて走査機構および光量調節部を制御するものが提供されている（特許文献２参照）。

それによると、感光性材料層の感度が多様に変更されても、各感度にそれぞれ適した、走査速度および制御パラメータの値に基づいて制御がなされる。そして、光量調節部は、光源と光変調部の間に設けられ、入力した光源の光の一部を反射し、反射されなかった光を出力することで光量を調節する減衰器（アッテネータ）が利用されている。

光量調節部の具体的な構造に関して図１３を参照して説明する。図１３は光量調節部の構成を説明する概略説明図である。図１３に示す光量調節部１２０はレーザビームのエネルギ密度を調整するもので、減衰器を入射ビームの入射角に応じた可変の透過率に適した多層の誘電体蒸着をして、減衰特性を構成するに当たってより大きな柔軟性を達成する。これにより、ステッピングモータ４１１によって制御する可変のビーム減衰器４１０を、入射ビーム１１１を受けるように位置決めして、入射角に応じてこのビームを減衰させる。減衰したビーム１２１は、モータ４１２によって動く補償プレート４２０を通過することによって元のビーム軸に戻って、このため、ビーム減衰器４１０及び補償プレート４２０は、前記ビーム軸に対する角度が互いに逆である。そして、図示しないコンピュータの制御下でビーム減衰器４１０を、レーザ装置が放出するレーザビームのタイミングに同期して回転させて、エネルギ密度の減衰が生じる（特許文献３参照）。

ここで、特許文献３ではビーム減衰器４１０を通過したビームの角度を元に戻す補償プレート４２０が配置されているが、補償プレート４２０をビーム減衰器４１０と同様にビームを減衰させるもので構成しても良い。

特開２００３−５９８０４号公報 特開２０１０−２６４６５号公報 特表２００３−５０９８４５号公報

この場合、減衰器の入射ビームの透過率の面内分布は、誘電体多層膜の膜厚制御の限界で、例えば縦横に数十ｍｍ程度の大きさのものであれば少なくとも５％以上の面内分布があり、それ以上の均一性は素子単体では実現できない。面内分布のバラツキに関しては、誘電体多層膜に限られるものではなく、金属コートにおいても同じ状況である。

この時、減衰器を入射ビームが通過する位置により透過率が変化し、そのため透過後の照度分布が透過率即ちビーム減衰器４１０と補償プレート４２０の回転角により異なることになる。そして、光量調節部１２０をある特定の透過率に設定して、後段の光学系で照度分布を所望の分布になるよう補正しても、露光量変更のためビーム減衰器４１０の透過率を変化させると、ビームの位置により透過率変化量が異なるため補正した分布が崩れることとなる。

図１４を用いて説明する。図１４（ａ）は減衰器の配置を示す説明図、（ｂ）は減衰器への入射ビームの光路を説明する説明図、（ｃ）はビーム減衰器４１０の回転角による透過率の傾向を示すグラフ、（ｄ）は減衰器の位置による照度分布を示す説明図である。図１４（ａ）の減衰器の配置において、図１４（ｂ）に示すようにビーム減衰器４１０の縦方向に所定間隔を設定してビーム入射位置Ａ０、Ｂ０、Ｃ０を設定する。これらの位置Ａ０のビームはＡ１、Ａ２を介してＡに到達し、位置Ｂ０のビームはＢ１、Ｂ２を介してＢに到達し、位置Ｃ０のビームはＣ１、Ｃ２を介してＣに到達する。

前述のようにビーム減衰器４１０は透過率の面内分布を有するため、位置Ａ１、Ｂ１、Ｃ１における透過率は図１４（ｃ）に示すようにビーム減衰器４１０の回転角の角度θによる透過率の変化の仕方が異なる。その結果、図１４（ｄ）に示すように位置Ａ、Ｂ、Ｃに到達するビームの光量は、透過率の等しい回転角度θの小さい状態では実線で示すように透過率が大きく、その値も位置によってバラツキが無い。一方、回転角度θを透過率が異なる角度に設定すると点線に示すように透過率が小さく、その値も位置によってバラツキが発生する。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであって、その主たる目的は、適正に光量補正ができるパターン描画装置を提供することにある。

この発明にかかるパターン描画装置は、感光性基板の感光性材料層に対して光を照射することで当該基板上にパターンを露光描画するパターン描画装置であって、光源と、基板に対し光源からの光を感光性材料層に照射する照射光学系と、照射光学系内で入射する光の光量を調節する光量調節部と、を備え、光量調節部は、入力した光源の光の一部を反射し、反射されなかった光を出力することで光量を調節する光透過量変更手段と、光透過量変更手段の光透過量の面内分布傾向を相殺する面内分布傾向を有し、かつ、入力した光の出力する方向を調節する光透過分布調整手段と、より構成されることを特徴とするものである。

また本発明の請求項１記載のパターン描画装置において、光源の光を描画すべきパターンの光に変調する光変調部と、を更に備え、光量調節部は、光源と光変調部の間に設けられ、光変調部へ入射する光の光量を調節することを特徴としたものである。

本発明の請求項１に係るパターン描画装置によれば、基板に対し光源からの光を感光性材料層に照射する照射光学系内で入射する光の光量を光量調節部で調整されて露光される。光量調節部は、光透過量変更手段で光量が調節された光が光透過分布調整手段に入射することで、光透過分布調整手段が光透過量変更手段の光透過量の面内分布傾向を相殺する面内分布傾向を有することで、光量バラツキの抑制された光が出力されることを特徴とするものである。

また本発明の請求項２に係るパターン描画装置によれば、光量調節部は、光源と光変調部の間に設けられ、光変調部へ入射する光の光量を調節するので、バラツキの無いパターンで露光することができる効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るパターン描画装置の側面図である。 図１に示すパターン描画装置の平面図である。 光学ヘッド部の内部構成を示す図である。 光量調節部の構成を説明する概略説明図である。 光透過量変更手段と光透過分布調整手段の透過率の面内分布を説明する図であり、（ａ）は光透過量変更手段の分布を示す説明図、（ｂ）は光透過分布調整手段の分布を説明する説明図、（ｃ）は光量調節部の分布を示す説明図である。 空間光変調器を拡大して示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、可動リボンおよび固定リボンに対して垂直な面における空間光変調器の断面を示す図である。 パターン描画装置の各部と制御部との接続構成を示したブロック図である。 描画動作を制御する制御部を示すブロック図である。 パターン描画装置の動作のフローチャートである。 ステージ速度と露光量が示されるルックアップテーブルである。 他の実施例の光量調節部の構成を説明する概略説明図である。 従来の光量調節部の構成を説明する概略説明図である。 従来の減衰器の透過率の面内分布を説明する図であり、（ａ）は減衰器の配置を示す説明図、（ｂ）は減衰器への入射ビームの光路を説明する説明図、（ｃ）は減衰器の回転角による透過率の傾向を示すグラフ、（ｄ）は減衰器の位置による照度分布を示す説明図である。

＜１．パターン描画装置の構成について＞図１は、本発明の一実施形態に係るパターン描画装置１００の側面図であり、図２は図１に示すパターン描画装置の平面図である。

図１に示されるように、第１実施形態に係るパターン描画装置１００は、感光性基板の感光性材料層（図示せず）に対して光を照射することで感光性基板に回路等のパターンを露光描画する装置である。

このパターン描画装置１００は、感光材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板等の基板Ｗの表面に光ビームを照射してパターンを描画する直接描画装置である。更に具体的には、露光対象基板として支持基板（以下、単に「基板」という。）Ｗの上面に形成されたレジストに、配線パターンを描画するための装置である。図１および図２に示したように、パターン描画装置１００は、主として、基板Ｗを保持するステージ１０と、ステージ１０を移動させるステージ移動機構２０と、ステージ１０の位置に対応した位置パラメータを計測する位置パラメータ計測機構３０と、基板Ｗの上面にパルス光を照射する光学ヘッド部５０と、１つのアライメントカメラ６０と、制御部７０とを備えている。

そして、このパターン描画装置１００では、本体フレーム１０１に対してカバー１０２が取り付けられて形成される本体内部に装置各部が配置されて本体部が構成されるとともに、本体部の外側（本実施形態では、図１に示すように本体部の右手側）に基板収納カセット１１０が配置されている。この基板収納カセット１１０には、露光処理を受けるべき未処理基板Ｗが収納されており、本体内部に配置される搬送ロボット１２０によって本体部にローディングされる。また、未処理基板Ｗに対して露光処理（パターン描画処理）が施された後、当該基板Ｗが搬送ロボット１２０によって本体部からアンローディングされて基板収納カセット１１０に戻される。このように、搬送ロボット１２０が搬送部として機能している。

この本体部では、図１および図２に示すように、カバー１０２に囲まれた本体内部の右手端部に搬送ロボット１２０が配置されている。また、この搬送ロボット１２０の左手側には基台１３０が配置されている。この基台１３０の一方端側領域（図１および図２の右手側領域）が、搬送ロボット１２０との間で基板Ｗの受け渡しを行う基板受渡領域となっているのに対し、他方端側領域（図１および図２の左手側領域）が基板Ｗへのパターン描画を行うパターン描画領域となっている。この基台１３０上では、基板受渡領域とパターン描画領域の境界位置にヘッド支持部１４０が設けられている。このヘッド支持部１４０では、図２に示すように、基台１３０から上方に２本の脚部材１４１、１４２が立設されるとともに、それらの脚部材１４１、１４２の頂部を橋渡しするように梁部材１４３が横設されている。そして、図１に示すように、梁部材１４３のパターン描画領域側の反対側にアライメントカメラ（撮像部）６０が固定されて、後述するようにステージ１０に保持された基板Ｗの表面（被描画面、被露光面）上の複数のアライメントマークや下層パターンを撮像可能となっている。

このステージ１０は基台１３０上でステージ移動機構２０によりＸ方向、Ｙ方向ならびにθ方向に移動される。すなわち、ステージ移動機構２０は、ステージ１０を水平面内で２次元的に移動させて位置決めするとともに、θ軸（鉛直軸）回りに回転させて後述する光学ヘッド部５０に対する相対角度を調整して位置決めする。

また、このように構成されたヘッド支持部１４０に対して光学ヘッド部５０が上下方向に移動自在に取り付けられている。このようにヘッド支持部１４０に対し、アライメントカメラ６０と光学ヘッド部５０とが取り付けられており、ＸＹ平面内での両者の位置関係は固定化されている。また、この光学ヘッド部５０は、基板Ｗへのパターン描画を行うもので、ヘッド移動機構（図示省略）により上下方向に移動される。そして、ヘッド移動機構が作動することで、光学ヘッド部５０が上下方向に移動し、光学ヘッド部５０とステージ１０に保持される基板Ｗとの距離を高精度に調整可能となっている。このように、光学ヘッド部５０が描画ヘッドとして機能している。

また、基台１３０の基板受渡側と反対側の端部（図１および図２の左手側端部）においても、２本の脚部材１４４が立設されている。そして、梁部材１４３と２本の脚部材１４４の頂部とを橋渡しするように光学ヘッド部５０の光学系を収納したボックス１７２が設けられており、基台１３０のパターン描画領域を上方から覆っている。

ステージ１０は、円筒状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持するための保持部である。ステージ１０の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されている。このため、ステージ１０上に基板Ｗが載置されると、基板Ｗは、複数の吸引孔の吸引圧によりステージ１０の上面に吸着固定される。なお、本実施形態において描画処理の対象となる基板Ｗの上面（主面）には、レジスト（感光材料）の層が予め形成されている。

ステージ移動機構２０は、パターン描画装置１００の基台１３０に対してステージ１０を主走査方向（Ｙ軸方向）、副走査方向（Ｘ軸方向）、および回転方向（Ｚ軸周りの回転方向）に移動させるための機構である。ステージ移動機構２０は、ステージ１０を回転させる回転機構２１と、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート２２と、支持プレート２２を副走査方向に移動させる副走査機構２３と、副走査機構２３を介して支持プレート２２を支持するベースプレート２４と、ベースプレート２４を主走査方向に移動させる主走査機構２５と、を有している。

回転機構２１は、ステージ１０の内部に取り付けられた回転子により構成されたモータを有している。また、ステージ１０の中央部下面側と支持プレート２２との間には回転軸受機構が設けられている。このため、モータを動作させると、回転子がθ方向に移動し、回転軸受機構の回転軸を中心としてステージ１０が所定角度の範囲内で回転する。

副走査機構２３は、支持プレート２２の下面に取り付けられた移動子とベースプレート２４の上面に敷設された固定子とにより副走査方向の推進力を発生させるリニアモータ２３ａを有している。また、副走査機構２３は、ベースプレート２４に対して支持プレート２２を副走査方向に沿って案内する一対のガイドレール２３ｂを有している。このため、リニアモータ２３ａを動作させると、ベースプレート２４上のガイドレール２３ｂに沿って支持プレート２２およびステージ１０が副走査方向に移動する。

主走査機構２５は、ベースプレート２４の下面に取り付けられた移動子とヘッド支持部１４０の上面に敷設された固定子とにより主走査方向の推進力を発生させるリニアモータ２５ａを有している。また、主走査機構２５は、ヘッド支持部１４０に対してベースプレート２４を主走査方向に沿って案内する一対のガイドレール２５ｂを有している。このため、リニアモータ２５ａを動作させると、基台１３０上のガイドレール２５ｂに沿ってベースプレート２４、支持プレート２２、およびステージ１０が主走査方向に移動する。なお、このようなステージ移動機構２０としては、従来から多用されているＸ−Ｙ−θ軸移動機構を用いることができる。

位置パラメータ計測機構３０は、レーザ光の干渉を利用してステージ１０についての位置パラメータを計測するための機構である。位置パラメータ計測機構３０は、主として、測長用レーザ光出射部３１、ビームスプリッタ３２、ビームベンダ３３、第１の干渉計３４、および第２の干渉計３５を有する。

測長用レーザ光出射部３１は、計測用のレーザ光ＭＬを出射するための光源装置である。測長用レーザ光出射部３１は、固定位置、すなわち本装置の基台１３０や光学ヘッド部５０に対して固定された位置に設置されている。測長用レーザ光出射部３１から出射されたレーザ光ＭＬは、まず、ビームスプリッタ３２に入射し、ビームスプリッタ３２からビームベンダ３３へ向かう第１の分岐光ＭＬ１と、ビームスプリッタ３２から第２の干渉計３５へ向かう第２の分岐光ＭＬ２とに分岐される。

第１の分岐光ＭＬ１は、ビームベンダ３３により反射され、第１の干渉計３４に入射するとともに、第１の干渉計３４からステージ１０の−Ｙ側の端辺の第１の部位（ここでは、−Ｙ側の端辺の中央部）１０ａに照射される。そして、第１の部位１０ａにおいて反射した第１の分岐光ＭＬ１が、再び第１の干渉計３４へ入射する。第１の干渉計３４は、ステージ１０へ向かう第１の分岐光ＭＬ１とステージ１０から反射した第１の分岐光ＭＬ１との干渉に基づき、ステージ１０の第１の部位１０ａの位置に対応した位置パラメータを計測する。

一方、第２の分岐光ＭＬ２は、第２の干渉計３５に入射するとともに、第２の干渉計３５からステージ１０の−Ｙ側の端辺の第２の部位（第１の部位１０ａとは異なる部位）１０ｂに照射される。そして、第２の部位１０ｂにおいて反射した第２の分岐光ＭＬ２が、再び第２の干渉計３５へ入射する。第２の干渉計３５は、ステージ１０へ向かう第２の分岐光ＭＬ２とステージ１０から反射した第２の分岐光ＭＬ２との干渉に基づき、ステージ１０の第２の部位１０ｂの位置に対応した位置パラメータを計測する。第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれの計測により取得された位置パラメータを、制御部７０へ送信する。

光学ヘッド部５０は、ステージ１０上に保持された基板Ｗの上面に向けてパルス光を照射する光照射部である。光学ヘッド部５０は、ステージ１０およびステージ移動機構２０を跨ぐようにして基台１３０上に架設された梁部材１４３と、梁部材１４３上に副走査方向の略中央に設けられた１つの光学ヘッド部５０とを有する。光学ヘッド部５０は、照明光学系５３を介して１つの露光用レーザ発振器５４に接続されている。また、露光用レーザ発振器５４には、露光用レーザ発振器５４の駆動を行う露光用レーザ駆動部５５が接続されている。露光用レーザ駆動部５５を動作させると、露光用レーザ発振器５４からパルス光が出射され、当該パルス光が照明光学系５３を介して光学ヘッド部５０の内部に導入される。導入されたパルス光は、所定のパターン形状に成形された光束としてパルス光が基板Ｗの上面に照射され、基板Ｗ上のレジスト等の感光層を露光することにより、基板Ｗの上面にパターンが描画される。図１では、露光用レーザ発振器５４から光学ヘッド部５０までのビーム光の流れを一点鎖線で示している。照明光学系５３は、露光用レーザ発振器５４のビーム光を後述する光量調節部を介して光学ヘッド部５０に入射する。

図１のパターン描画装置１００では、光源である露光用レーザ発振器５４がボックス１７２内に設けられ、光学系を介して露光用レーザ発振器５４からの光が光学ヘッド部５０の内部へと導入される。本実施の形態における基板Ｗの主面上には紫外線の照射により感光するレジスト（感光材料）が予め形成されており、露光用レーザ発振器５４は、波長３５５ｎｍの紫外線を出射する３倍波固体レーザとされる。もちろん、露光用レーザ発振器５４は基板Ｗの感光材料が感光する波長帯に含まれる他の波長の光を出射するものであってもよい。

図３は光学ヘッド部５０の内部構成を示す図であり、図３では光学ヘッド部５０内の各構成を符号５１０で付す破線の矩形にて囲んでいる。図３に示す光学ヘッド部５０は、回折格子型の空間光変調器５１１を有する光変調ユニット５１２、並びに、画像信号処理部５１３および露光制御部５１４に接続されるとともに光変調ユニット５１２の変調制御を行う描画制御部５１５を備える。なお、図３中の露光制御部５１４および画像信号処理部５１３は図１中の制御ユニット７０内に設けられている。

光学ヘッド部５０内へと導入される露光用レーザ発振器５４からの光は、照明光学系５３内でライン光として調整され、最終的に光量調節部５５０を介して光学ヘッド部５０に導入される。光学ヘッド部５０内では、ミラー５１６により、その反射面の法線が光軸Ｊ１に対して傾斜して配置される光変調ユニット５１２の空間光変調器５１１へと導かれる。このとき、露光用レーザ発振器５４からの入射光は照明光学系５３により強度分布が均一な線状のライン光（光束断面が線状の光）とされ、空間光変調器５１１上の変調動作の有効領域に照射される。空間光変調器５１１では、描画制御部５１５の制御に基づいてミラー５１６からの光が空間変調され、光軸Ｊ１に沿って投影光学系５１７へと入射する。

投影光学系５１７は、空間光変調器５１１側から順にゴースト光を遮断する遮光板５２０と、ズーム部を構成するレンズ５１８、５１９と、高次回折光を遮光する絞り板５２１とフォーカス部を構成するフォーカシングレンズ５２２と、が配置される。レンズ５１８、５１９を通過した光は開口を有する絞り板５２１へと導かれ、一部の光（後述の０次光）は開口を通過してフォーカシングレンズ５２２へと導かれ、残りの光（後述の（±１）次回折光）は絞り板５２１にて遮蔽される。フォーカシングレンズ５２２を通過した光は所定の倍率にて感光材料上へと導かれる。なお、投影光学系５１７は必ずしも遮光板５２０、レンズ５１８、５１９、絞り板５２１、フォーカシングレンズ５２２により構成される必要はなく、他の光学素子が追加される等してもよい。

光量調節部５５０は、光学ヘッド部５０の光変調ユニット５１２へ入射する光の光量を調節する。光量調節部５５０の構成は、図４に示されるように、照明光学系５３の一端で光変調ユニット５１２の間に設けられ第一の減衰器（アッテネータ）による光透過量変更手段５５１と第二の減衰器による光透過分布調整手段５５２より構成される。この光量調節部５５０は、入力した光源の光の一部を反射し、反射されなかった光を出力することで、出射光量を入射光量の０〜１００％の量に調節する。

光量調節部５５０の具体的な構造に関して図４を参照して説明する。図４は光量調節部の構成を説明する概略説明図である。図４に示す光量調節部５５０はレーザビームのエネルギ密度を調整するもので、入射ビームの入射角に応じた可変の透過率に適した多層の誘電体蒸着された光透過量変更手段５５１と、減衰したビームを通過することによって元のビーム軸に戻すとともに減衰し、更に光透過率の面内分布を調整する光透過分布調整手段５５２と、光透過量変更手段５５１と光透過分布調整手段５５２を制御して位置決めする駆動手段としてのステッピングモータ５５３、５５４とより構成される。

これにより、ステッピングモータ５５３によって制御する光透過量変更手段５５１を、入射ビームを受けるように位置決めして、入射角に応じてこのビームを減衰させる。減衰したビームは、ステッピングモータ５５４によって動かされて位置決めされた光透過分布調整手段５５２を通過することによって元のビーム軸に戻される。このため、光透過量変更手段５５１及び光透過分布調整手段５５２は、前記ビーム軸に対する角度が互いに逆である。そして、制御部７０の制御下で光透過量変更手段５５１と光透過分布調整手段５５２を、描画処理の直前のタイミングに同期して回転させて、光量調節部５５０によって光透過量が変更され減衰が生じる。これはレーザ光の波長に対して透明な平板を光軸に対して垂直な面に面対称となるように配置し、面対称の関係を保ったまま入射角を変化させ、透過するレーザ光量を変化させるものである。

図４に示す構成の光透過量変更手段５５１は、石英板よりなる透明基板５５５上に面内で連続的に透過率が変化するように誘電体多層膜５５６を形成した減光フィルタを使用することができる。透明基板５５５の片面には反射防止コーティング５５７を有する。通常の透明基板５５５を使用した場合には裏面での反射が影響する場合があるが、これを実施することで対策できる。

図５（ａ）は光透過量変更手段５５１の回転角による透過率の傾向を示すグラフである。光透過量変更手段５５１は、透過率が光透過量変更手段５５１の回転角の入射ビームに対する角度θによって異なる。その結果、図５（ａ）に示すように射出されるビームの光量は、透過率の等しい回転角度θの小さい状態では透過率が大きく、その値も位置によってバラツキが無い。一方、回転角度θを透過率が異なる角度に設定すると透過率が小さく、その値も位置によってバラツキを有する。

光透過分布調整手段５５２は、光透過量変更手段５５１と同じ構成で、図４に示すように、石英板よりなる透明基板５５５上に面内で連続的に透過率が変化するように誘電体多層膜５５６を形成し、透明基板５５５の片面に反射防止コーティング５５７を有する。

しかしながら、光透過分布調整手段５５２は、透過率の面内傾向において光透過量変更手段５５１とは異なる。図５（ｂ）は光透過分布調整手段５５２の回転角θによる透過率の傾向を示すグラフである。光透過分布調整手段５５２は、透過率が光透過分布調整手段５５２の回転角の角度θによって異なる。その結果、図５（ｂ）に示すように射出されるビームの光量は、透過率の等しい回転角度θの小さい状態では透過率が大きく、その値も位置によってバラツキが無い。一方、回転角度θを透過率が異なる角度に設定すると透過率が小さく、その値も位置によってバラツキを有する。そして、位置による透過率は光透過量変更手段５５１とは逆の傾向を有している。なお、光透過分布調整手段５５２の回転角度θは、出射ビームに対する角度で、光透過量変更手段５５１の回転角度θと同じ値に設定されるが、それぞれが回転する向きが逆に設定されている。

以上の構成により、本願の光量調節部５５０によれば、透明基板５５５、５５５に入射したレーザ光は光透過量変更手段５５１により図５（ａ）の透過率傾向が反映されるが、光透過分布調整手段５５２によって図５（ｂ）の透過率傾向が反映される。その結果、逆の傾向がレーザ光に反映されることで相殺され、位置によるバラツキが低減された図５（ｃ）に示す透過率がラインビーム全体で得られる。即ち、光量調節部５５０は、光透過量変更手段５５１が図５（ａ）に示す透過率傾向を有していれば、同様のものを用意し、１８０度逆の配置で光透過分布調整手段５５２として用いることが出来る。そうすることで、光透過量変更手段５５１の光透過量の面内分布を光透過分布調整手段５５２で相殺することが出来る。

当然、光量調節の手段としてはレーザ励起用レーザダイオードの励起電流を制御することでも、レーザ出力を調整することは可能であるが、出力を変更した場合に出力が安定するまでに一定時間を必要とするなどの問題があるため、望ましくない。

図６は、空間光変調器５１１を拡大して示す図である。図６に示す空間光変調器５１１は半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。空間光変調器５１１には複数の可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂが交互に平行に配列形成され、後述するように、可動リボン５３０ａは背後の基準面に対して個別に昇降移動可能とされ、固定リボン５３１ｂは基準面に対して固定される。回折格子型の空間光変調器としては、例えば、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サンノゼ、カリフォルニア）の登録商標）が知られている。

図７（ａ）および図７（ｂ）は、可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂに対して垂直な面における空間光変調器５１１の断面を示す図である。なお、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す空間光変調器５１１では、実際よりも可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂの数が少ない。

可動リボン５３０ａはその上面が、空間光変調器５１１の基板の上面である基準面５３２に平行な帯状の可動反射面５３３ａとなっており、固定反射部である固定リボン５３１ｂはその上面が基準面５３２に平行な帯状の固定反射面５３４ｂとなっている。図７（ａ）は可動リボン５３０ａと基準面５３２との間に電圧（電位差）が与えられ、静電気力により可動リボン５３０ａが基準面５３２に向かって撓んだ状態における断面を示しており、図７（ｂ）は可動リボン５３０ａが撓まない初期状態を示している。

図７（ｂ）に示すように、空間光変調器５１１に電圧を入力しない状態では、可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂが基準面５３２ｃに対して同じ高さに位置して、空間光変調器５１１の表面は面一となり、入射光Ｌ１の反射光が０次光Ｌ２として導出される。一方、空間光変調器５１１に所定の電圧を入力している状態では、図７（ａ）に示すように可動リボン５３０ａが固定リボン５３１ｂよりも基準面５３２ｃ側に撓んで可動リボン５３０ａが回折格子の溝の底面となる。そして、可動リボン５３０ａの反射面と固定リボン５３１ｂの反射面との間の光路差が入射光Ｌ１の波長の半分となり、１次回折光Ｌ３が空間光変調器５１１から導出され、０次光Ｌ２は消滅する。

図７（ａ）に示すように可動リボン５３０ａが所定の量だけ撓んだ状態では、露光用レーザ発振器５４から可動反射面５３３ａを経由して感光材料へと至る光の経路と、露光用レーザ発振器５４から固定反射面５３４ｂを経由して感光材料へと至る光の経路との差（以下、単に「可動反射面５３３ａと固定反射面５３４ｂとの間の光路差」という。）が、（（ｎ＋１／２）λ）（ただし、λは入射光Ｌ１の波長であり、ｎは任意の整数である。）となるようにされている。これにより、図７（ａ）の状態では、可動反射面５３３ａにて反射される光と固定反射面５３４ｂにて反射される光との位相差により生じる空間光変調器５１１からの（±１）次回折光Ｌ３（さらには、高次の回折光）の強度が最大となり、０次光の強度は最小となる。

実際には、空間光変調器５１１にて可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂが配列される方向（すなわち、各リボンの長手方向に垂直かつ基準面５３２に平行な方向）を配列方向として、露光用レーザ発振器５４からの光は配列方向に垂直、かつ、基準面５３２の法線に対して傾斜した光軸Ｊ１に沿って空間光変調器５１１へと入射しており、空間光変調器５１１への光の入射角をα（図３参照）、可動リボン５３０ａが撓まない状態での可動反射面５３３ａと固定反射面５３４ｂとの（基準面５３２からの）高さの差をＤｆとすると、可動反射面５３３ａと固定反射面５３４ｂとの間の光路差は（２Ｄｆ・ｃｏｓα）として表される。したがって、光路差（２Ｄｆ・ｃｏｓα）が（（ｎ＋１／２）λ）となるように、露光用レーザ発振器５４からの光の波長λ、可動反射面５３３ａと固定反射面５３４ｂとの高さの差Ｄｆ、および、空間光変調器５１１への光の入射角αが予め決定されている。

例えば、可動リボン５３０ａが撓まない状態における可動反射面５３３ａと固定反射面５３４ｂとの間の光路差を（７／２）λとする場合には、可動反射面５３３ａと固定反射面５３４ｂとの高さの差Ｄｆは（（７／４）λ／ｃｏｓα）とされる。なお、空間光変調器５１１へと入射する光は、光軸Ｊ１および配列方向に垂直な方向に関して僅かに集光しつつ配列方向に関して平行な状態とされている。

一方、図７（ｂ）に示すように可動リボン５３０ａが撓まない初期状態では、可動反射面５３３ａと固定反射面５３４ｂとの間の光路差が（ｎ・λ）（ただし、λは入射光Ｌ１の波長であり、ｎは任意の整数である。）となるようにされている。すなわち、可動リボン５３０ａが撓んだ状態での可動反射面５３３ａと固定反射面５３４ｂとの高さの差をＤｎとして、光路差（２Ｄｎ・ｃｏｓα）が（ｎ・λ）と等しくなるようにされ、これにより、図７（ｂ）の状態では、可動反射面５３３ａからの反射光と固定反射面５３４ｂからの反射光とが強めあって最大強度の０次光Ｌ２が空間光変調器３３から出力される。

また、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、配列方向に関して可動リボン５３０ａと固定リボン５３１ｂとはほぼ同じ幅となっている。なお、複数の可動リボン５３０ａおよび複数の固定リボン５３１ｂのそれぞれの幅の長さはコントラストや反射率を考慮して最適化することが可能である。この場合には、これらの長さはお互いに微少量ずつ異なることになる。

既述のように、複数の可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂ上には、光束断面が配列方向に長い線状の光が照射される。空間光変調器５１１では、隣接する各１本の可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂを１つのリボン対とすると、互いに隣接する３個以上のリボン対が描画されるパターンの１つの画素に対応する。本実施の形態では、互いに隣接する４個のリボン対の集合が１つの画素に対応する変調素子とされ、図６では１つの変調素子を構成するリボン対の集合を符号５３５が付せられた太線の矩形にて囲んでいる。

空間光変調器５１１では、図６のドライバ回路ユニット５３６が有する複数のドライバ回路から入力される電圧（以下、「入力電圧」という。）に従って複数の変調素子５３７の可動リボン５３０ａの状態がそれぞれ変化し、各変調素子５３７が、１次回折光（（＋１）次回折光および（−１）次回折光））を出射するＯＦＦ状態と０次光（正反射光）を出射するＯＮ状態との間で遷移可能とされる。空間光変調器５１１から出射される０次光および１次回折光は、既述のように投影光学系５１７へと導かれ、０次光は遮蔽板５２０の開口を通過して感光材料上へと導かれ、１次回折光は遮蔽板５２０にて遮蔽される。これにより、光学ヘッド部５０において、感光材料上にてＸ方向（すなわち、走査方向に垂直な方向）に並ぶ複数の照射領域のそれぞれに変調された光の照射が可能となる。

光学ヘッド部５０は、副走査方向に沿って１個の変調素子５３７が配列されている。ステージ１０を＋Ｙ方向に移動させつつ、変調素子５３７からパルス光を断続的に照射すると、基板Ｗの上面に繰り返し投影され、図３に示したように、所定の露光幅を有する１本のパターン群として基板Ｗの上面に描画される。パターン描画装置１００は、１回の主走査方向への描画が完了すると、ステージ１０を＋Ｘ方向に略露光幅分だけ移動させる。その後、パターン描画装置１００は、ステージ１０を−Ｙ方向に移動させつつ、変調素子５３７からパルス光を断続的に照射する。このように、パターン描画装置１００は、光学ヘッド部５０の変調素子５３７の個数に対応した露光幅分ずつ基板Ｗを副走査方向にずらしながら、主走査方向へのパターンの描画を所定回数繰り返すことにより、基板Ｗの描画領域全面に所望のパターンを形成する。

アライメントカメラ６０は、後述する基板Ｗの上面に予め形成されたアライメントマークを撮影するためのモニター手段を構成する撮影部である。アライメントカメラ６０は、例えば、ＣＣＤカメラにより構成され、梁部材１４３を介して基台１３０に固定されている。本実施形態では、後述するように、基板Ｗの上面の四隅にアライメントマークが形成されている。

アライメントカメラ６０によりアライメントマークを撮影するときには、まず、パターン描画装置１は、ステージ１０を最も−Ｙ側の位置（図１、図２中の左側位置）に移動させる。そして、アライメントカメラ６０による撮影を実行させることにより、各アライメントマークの画像を取得する。取得された各アライメントマークの画像は、アライメントカメラ６０から制御部７０へ送信される。

制御部７０は、種々の演算処理を実行しつつ、パターン描画装置１００内の各部の動作を制御するための情報処理部である。図８は、パターン描画装置１００の上記各部と制御部７０との間の接続構成を示したブロック図である。図８に示したように、制御部７０は、上記のリニアモータ２１ａ，２３ａ，２５ａ、測長用レーザ光出射部３１、第１の干渉計３４、第２の干渉計３５、照明光学系５３、露光用レーザ駆動部５５、投影光学系５２３、およびアライメントカメラ６０と電気的に接続されている。制御部７０は、例えば、ＣＰＵやメモリを有するコンピュータにより構成され、コンピュータにインストールされたプログラムに従ってコンピュータが動作することにより、上記各部の動作制御を行う。

また、上記のように構成された制御部７０は描画動作を制御するために図９に示すように制御部７０としてのコンピュータ７１はＣＰＵやメモリ７２等を有しており、露光制御部５１４とともに電装ラック（図示省略）内に配置されている。図９は、描画動作を制御する制御部を示すブロック図である。コンピュータ７１内のＣＰＵが所定のプログラムに従って演算処理することにより、ラスタライズ部７３およびデータ生成部７５が実現される。例えば１つの半導体製造工程に相当するパターンのデータは外部のＣＡＤ等により生成されたパターンデータであり、予めＣＡＤデータ７６としてメモリ７２に準備されており、当該ＣＡＤデータ７６とデータ生成部７５に基づき後述するようにして描画パターンが基板Ｗ上に描画される。

ラスタライズ部７３は、データ生成部７５によって生成された描画データが示す単位領域を分割してラスタライズし、ラスタデータ７７を生成しメモリ７２に保存する。こうしてラスタデータ７７の準備後、または、ラスタデータ７７の準備と並行して、未処理の基板Ｗが描画される。

こうして生成された描画データは、データ生成部７５から露光制御部５１４へと送られ、露光制御部５１４が光変調ユニット５１２、ステージ移動機構２０の各部を制御することにより１ストライプ分の描画が行われる。なお、露光動作についは上記したとおり空間変調器５１１による電界発生制御により行われる。そして、１つのストライプに対する露光記録が終了すると、次の分割領域に対して同様の処理が行われ、ストライプごとに描画が繰り返される。

入力部７８は、感光性材料層に与える露光量を入力する。入力部７８は、制御部７０の露光制御部５１４に接続されている。露光量は、露光をしようとする基板Ｗに与える単位面積当たりのエネルギーであり、ユーザにより入力される。

第１記憶部７９は、感光性材料層の光感度に応じて選択される複数の露光量（ｍＪ／ｃｍ²）と、各露光量にそれぞれ適した走査速度（ｍｍ／ｓｅｃ）とを対応付けてルックアップテーブルを記憶する。第１記憶部７９に記憶された各走査速度は、光量調節部５５０で光量を調節しない場合の光量に対応した速度である。第１記憶部７９は、制御部７０の露光制御部５１４に接続されている。

ステージ速度は、露光量毎に１つの値が設定されている。光量調節部５５０によって照明光学系５３からの光量をその０〜１００％の光量に調節することができる。よって、入力する露光量によりルックアップテーブルを参照してステージ走査速度が設定される。露光制御部５１４は、第１記憶部７８に記憶された走査速度の中から、ユーザの光感度入力操作で入力部７９から入力された露光量に対応する走査速度を選択する。

＜２．ステージの位置制御について＞このパターン描画装置１００は、上記の第１の干渉計３４、第２の干渉計３５の各計測結果に基づいてステージ１０の位置を制御する機能を有する。以下では、このようなステージ１０の位置制御について説明する。

既述の通り、第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれ、ステージ１０の第１の部位１０ａおよび第２の部位１０ｂの位置に対応した位置パラメータを計測する。第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれの計測により取得された位置パラメータＰ１，Ｐ２を、制御部７０へ送信する。図９に示したように、制御部７０は、算出部としてのコンピュータ７１を有する。このコンピュータ７１の機能は、例えば、コンピュータ７１のＣＰＵが所定のプログラムに従って動作することにより実現される。

一方、制御部７０は、第１の干渉計３４および第２の干渉計３５から送信された位置パラメータに基づいてステージ１０の位置（Ｙ軸方向の位置およびＺ軸周りの回転角度）を算出する。次に、制御部７０は、算出されたステージ１０の位置を参照しつつ、ステージ移動機構２０を動作させることにより、ステージ１０の位置やステージ１０の移動速度を正確に制御する。ここでは、制御部７０は、ステージ１０をＺ軸周りに回転させることにより、主走査方向の移動に伴うステージ１０の傾き（Ｚ軸周りの回転角度のずれ）も補正する。また、制御部７０は、算出されたステージ１０の位置を参照しつつ、露光用レーザ駆動部５５を動作させることにより、基板Ｗの上面に対するパルス光の照射位置を正確に制御する。

＜３．パターン描画装置の動作について＞続いて、上記のパターン描画装置１００の動作の一例について、図１０のフローチャートを参照しつつ説明する。図１０は、パターン描画装置１００の特徴的な動作を示すフローチャートである。

パターン描画装置１００において基板Ｗの処理を行うときには、まず、パターン描画すべき基板Ｗの感光性材料層に与える露光量がユーザにより入力部７８へ入力される（ステップＳ１）。次いで、パターン描画すべき基板Ｗがステージ１０上へ設置される（ステップＳ２）。作業者または搬送ロボット１２０が、基板Ｗを搬入してステージ１０の上面に載置する。基板Ｗの上面の四隅には、アライメントマークが予め形成されている。また、基板Ｗの上面にはレジストによる感光材料層が予め形成されている。

次いで、露光制御部５１４は、ユーザが入力した露光量に対応するステージ１０の走査速度を第１記憶部７９のルックアップテーブルを参照して設定する（ステップＳ３）。

次に、光学ヘッド部５０から照射されるパルス光の位置や光量を調整するキャリブレーション処理を行う（ステップＳ４）。キャリブレーション処理においては、まず、ベースプレート２４を移動させることにより、図示しないＣＣＤカメラを光学ヘッド部５０の下方に配置する。そして、ＣＣＤカメラを副走査方向に移動させつつ、光学ヘッド部５０からパルス光を照射し、照射されたパルス光をＣＣＤカメラにより撮影する。制御部７０は、取得された画像データに基づいて、光学ヘッド部５０の照明光学系５３を動作させ、これにより、光学ヘッド部５０から照射されるパルス光の位置や光量を調整する。

次いで、露光制御部５１４は、選択した数値データを各部へ出力する（ステップＳ５）。具体的には、露光制御部５１４は、走査速度および制御パラメータの値をステージ移動機構２０へ出力する。また、露光制御部５１４は、選択した制御パラメータの値を光量調節部５５０、光変調ユニット５１２へ出力する。また、露光制御部５１４は、データ生成部７５から入力したデータに基づいて制御信号を生成し、その制御信号を光変調ユニット５１２へ出力する（ステップＳ６）。

ここで、露光描画時に光学ヘッド部５０に与えられるべき光量について説明する。基板Ｗの感光性材料層の種類や厚みに応じて、露光描画に必要な光量は異なる。露光用レーザ発振器５４の出力と感光性材料層の光感度を一定とした場合、描画時に光学ヘッド部５０に与えられるべき光量は走査速度に比例する。つまり、感光性材料層が単位面積当たりに必要な光量を得るためには、ステージ速度が大きければ光学ヘッド部５０に与えられる光量も大きくする必要がある。

光量調節部５５０で、光学ヘッド部５０に与えられる光量を調節する場合、光量調節部５５０での透過光量の面内分布が基板Ｗ上に与えられる露光量の面内不均一として影響を及ぼすこととなる。即ち、空間光変調器５１１には複数の可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂが交互に平行に配列形成され、４個のリボン対が１つの画素に対応しており、この複数のリボン対に同時にライン状のパルス光が入射される。よって、このパルス光の光量にバラツキがあると光変調されたパルス光にもバラツキが生じる。

そこで、本願の光量調節部５５０によれば、透明基板５５５、５５５に入射したレーザ光は光透過量変更手段５５１により図５（ａ）の透過率傾向が反映されるが、光透過分布調整手段５５２によって図５（ｂ）の透過率傾向が反映される。その結果、逆の傾向が反映されることで相殺され、位置によるバラツキが低減された図５（ｃ）に示す透過率がラインビーム全体で得られる。即ち、バラツキが低減されたラインビームが変調素子５３７に導入されることとなり、結果、画素間の光量バラツキが低減された露光を実現できる。

よって、光量調節部５５０による光量の調節は、露光量がユーザにより入力部７８へ入力される値になるようにステッピングモータ５５３によって光透過量変更手段５５１の回転角度θを制御する。入射ビームは入射角に応じてこのビームを減衰させる。減衰したビームは、ステッピングモータ５５４によって動かされて位置決めされた光透過分布調整手段５５２を通過することによって元のビーム軸に戻されるとともに更に減衰されることで所定の光量となる。制御部７０の制御下で光透過量変更手段５５１と光透過分布調整手段５５２を、描画処理の直前のタイミングに同期して回転させて、光量調節部５５０によって光透過量が変更される。

続いて、パターン描画装置１００は、ステージ１０上に載置された基板Ｗと光学ヘッド部５０との相対位置を調整するアライメント処理を行う（ステップＳ７）。上記のステップＳ３では、基板Ｗはステージ１０上のほぼ所定の位置に載置されるのであるが、微細なパターンを描画するための位置精度としては十分でない場合が多い。このため、アライメント処理を行うことにより基板Ｗの位置や傾きを微調整して、後続の描画処理の精度を向上させる。

アライメント処理においては、まず、基板Ｗの上面の四隅に形成されたアライメントマークを、アライメントカメラ６０によりそれぞれ撮影する。制御部７０は、アライメントカメラ６０により取得された画像中の各アライメントマークの位置に基づいて、基板Ｗの理想位置からのずれ量（Ｘ軸方向の位置ずれ量、Ｙ軸方向の位置ずれ量、およびＺ軸周りの傾き量）を算出する。そして、算出されたずれ量を低減させる方向にステージ移動機構２０を動作させることにより、基板Ｗの位置を補正する。

続いて、パターン描画装置１００は、アライメント処理後の基板Ｗに対して描画処理を行う（ステップＳ８）。すなわち、パターン描画装置１００は、ステージ１０を主走査方向および副走査方向に移動させつつ、光学ヘッド部５０から基板Ｗの上面に向けてパルス光を照射することにより、基板Ｗの上面に所望のパターンを描画する。

次に、描画処理（ステップＳ８）として以下の詳細な処理が行われる。パターン描画装置１００では、光学ヘッド部５０が基板Ｗの主走査方向の端部上方まで到達すると、基板Ｗの移動が停止される。そして、基板Ｗを副走査方向に所定距離だけ移動した後、基板Ｗの主走査方向への移動が開始され、基板Ｗが連続的に移動する間、光学ヘッド部５０の高さ調整および光ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御が継続して行われる。基板Ｗを副走査方向に移動しつつ、上記の処理が繰り返され、基板Ｗの全体にパターンが描画されるとパターン描画処理が完了する。ところで、本実施の形態においては、ステージ１０が主走査方向に移動している間、常に露光が行われている訳ではなく、図３に示すように、空間光変調器５１１による所定領域としての露光領域の走査が終了するごとに、パルス的に光が照射され、露光が行われる。

以上のように、ステージの主走査、副走査を繰り返しながら、ライン状の光束による露光領域での露光を基板Ｗの全露光対象領域に対して行い、１パルスによる露光領域を１単位として基板Ｗの全露光対象領域を埋め尽くすことによって、基板Ｗ全体の露光が完了する。

描画処理が完了すると、パターン描画装置１００は、ステージ移動機構２０を動作させてステージ１０および基板Ｗを搬出位置に移動させる。そして、作業者または搬送ロボット１２０が、ステージ１０の上面から基板Ｗを搬出する（ステップＳ９）。

こうして、基板Ｗ上の描画が終了して基板Ｗの表面への所望パターンの描画が完了すると、ステージ１０は描画済み基板Ｗを載置したまま基板受渡位置（図１および図２の左側領域）に移動した後、基板搬送ロボット１２０により基板Ｗがカセットへと戻され、次の基板Ｗが取り出されて上記したと同様の一連の処理が繰り返される。さらに、基板収納カセット１１０に収納されている全ての基板Ｗに対するパターン描画が終了すると、基板収納カセット１１０がパターン描画装置１００から搬出される。

以上説明したように、パターン描画装置１００によれば、第１記憶部７９は、感光性材料層の光感度に応じて選択される複数の露光量と、各露光量にそれぞれ適した走査速度とを対応付けて記憶する。従って、感光性材料層の感度が多様に変更されても、各感度にそれぞれ適した走査速度を設定することができる。また、制御部７０は、第１記憶部７９に記憶された走査速度の中から、入力部７８により入力された露光量に適した走査速度を選択する。制御部７０は、選択された制御パラメータの値に基づいて光量調節部５５０、光変調ユニット５１２を制御する。従って、感光性材料層の感度が多様に変更されても、各感度にそれぞれ適した、走査速度および制御パラメータの値に基づいた制御がなされる。よって、感光性材料層の感度が多様に変更されても、高精度かつスループットが大きな走査露光を行うことができる。

その際、光量調節部５５０によって、位置によるバラツキが低減されたラインビームが変調素子５３７に導入されることとなり、結果、画素間の光量バラツキが低減された露光を実現できる。

次に、本発明の第二実施形態に係るパターン描画装置について説明する。パターン描画装置としては上記第一実施形態の装置と異なる構成に関して説明し、同じ構成を用いるものに関してはその説明を省略する。上記第一実施形態においては１個の光学ヘッド部５０を有しているが、複数の光学ヘッド部を備え、それぞれに対して光量調節部５５０を個別に備えるようにしてもよい。

更に、第１記憶部７９は、図１１に例示されるように、感光性材料層の光感度に応じて選択される複数の露光量（ｍＪ／ｃｍ²）と、各露光量にそれぞれ適した走査速度（ｍｍ／ｓｅｃ）とを対応付けてルックアップテーブル８０として記憶する。第１記憶部７９に記憶された各走査速度は、光量調節部５５０で光量を調節しない場合の光量に対応した速度である。第１記憶部７９は、制御部７０の露光制御部５１４に接続されている。

図１１に示されるように、ステージ速度は、露光量毎に１つの値が設定されている。図１１に示されるルックアップテーブル８０は、光感度が２４０（ｍＪ／ｃｍ²）の感光性材料層に対して５０（ｍｍ／ｓｅｃ）のステージ速度で露光描画する能力を持つ描画装置におけるルックアップテーブルである。光量調節部５５０によって照明光学系５３からの光量をその０〜１００％の光量に調節することができる。よって、５０（ｍｍ／ｓｅｃ）のステージ速度においては、０〜２４０（ｍＪ／ｃｍ²）の光量で描画することが可能である。ステージ速度を２倍の１００（ｍｍ／ｓｅｃ）にした場合の光量は５０（ｍｍ／ｓｅｃ）の場合の半分、すなわち０〜１２０（ｍＪ／ｃｍ²）の光量で描画することが可能となる。以下同様に、走査速度を２００（ｍｍ／ｓｅｃ）、４００（ｍｍ／ｓｅｃ）と２倍にする毎に光量は半分になる。このようにしてルックアップテーブル２２は構成されている。

すなわち、入力する露光量が０より大きく３０以下（ｍＪ／ｃｍ²）の場合は、ステージ走査速度が４００（ｍｍ／ｓｅｃ）に設定されている。入力する露光量が３０より大きく６０以下（ｍＪ／ｃｍ²）の場合は、ステージ走査速度が２００（ｍｍ／ｓｅｃ）に設定されている。入力する露光量が６０より大きく１２０以下（ｍＪ／ｃｍ²）の場合は、ステージ走査速度が１００（ｍｍ／ｓｅｃ）に設定されている。入力する露光量が１２０より大きく２４０以下（ｍＪ／ｃｍ²）の場合は、ステージ走査速度が５０（ｍｍ／ｓｅｃ）に設定されている。

この例においては、例えば２０（ｍＪ／ｃｍ²）の光感度を有する感光性材料層にパターン描画すべく、ユーザが露光量として２０（ｍＪ／ｃｍ²）を入力部７８へ入力した場合、装置制御ユニット１６により４００（ｍｍ／ｓｅｃ）のステージ速度が選択される。３０（ｍＪ／ｃｍ²）の光感度を有する感光性材料層にパターン描画すべく、ユーザが露光量として３０（ｍＪ／ｃｍ²）を入力部７８へ入力した場合も、露光制御部５１４により４００（ｍｍ／ｓｅｃ）のステージ速度が選択される。

露光制御部５１４は、第１記憶部７８に記憶された走査速度の中から、ユーザの光感度入力操作で入力部７９から入力された露光量に対応する走査速度を選択する。このように、第二実施形態は、複数の光学ヘッド部を備えたパターン描画装置で、ルックアップテーブル８０を参照してユーザが露光量を入力部７８へ入力した場合も、露光制御部５１４によりのステージ速度が選択される装置である。

＜パターン描画装置の動作について＞続いて、上記のパターン描画装置の動作の一例について説明する。なお、図１０に示すフローチャートとの差異に関して詳述し、同じ動作に関しては説明を簡略化する。パターン描画すべき基板Ｗの感光性材料層に与える露光量がユーザにより入力部７８へ入力される（ステップＳ１）。次いで、パターン描画すべき基板Ｗがステージ１０上へ設置される（ステップＳ２）。次いで、露光制御部５１４は、ユーザが入力した露光量に対応するステージ１０の走査速度を第１記憶部７９のルックアップテーブル８０を参照して設定する（ステップＳ３）。次に、光学ヘッド部から照射されるパルス光の位置や光量を調整するキャリブレーション処理を行う（ステップＳ４）。

次いで、露光制御部５１４は、選択した数値データを各部へ出力する（ステップＳ５）。具体的には、露光制御部５１４は、走査速度および制御パラメータの値をステージ移動機構２０へ出力する。また、露光制御部５１４は、選択した制御パラメータの値を光量調節部５５０、光変調ユニット５１２へ出力する。また、露光制御部５１４は、データ生成部７５から入力したデータに基づいて制御信号を生成し、その制御信号を光変調ユニット５１２へ出力する（ステップＳ６）。

ここで、露光描画時に複数の光学ヘッド部に与えられるべき光量について説明する。基板Ｗの感光性材料層の種類や厚みに応じて、露光描画に必要な光量は異なる。露光用レーザ発振器５４の出力と感光性材料層の光感度を一定とした場合、描画時に各光学ヘッド部に与えられるべき光量は走査速度に比例する。つまり、感光性材料層が単位面積当たりに必要な光量を得るためには、ステージ速度が大きければ各光学ヘッド部に与えられる光量も大きくする必要がある。

光学ヘッド部が出力する光量をＰ、ステージ速度をＶとすると、Ｐ∝Ｖ（ＰはＶに比例する）の関係が成り立つ。感光性材料層の光感度（露光に必要な光量）が大きくなると、光学ヘッド部に与えられるべき光量も大きくなる。よって、感光性材料層の光感度をＱとすると、Ｐ∝Ｑ×Ｖ（ＰはＱおよびＶに比例する）の関係が成り立つ。

感光性材料層を走査列のパターンで走査することにより、帯状の露光パターンが感光性材料層に描画される。各々の光学ヘッド部に与えられる光量が同じであれば、理想的には、描画結果としての露光パターンの線幅も同じとなる。しかしながら、実際には、照明光学系５３のレンズ特性のばらつき等に起因して、光学ヘッド部毎に露光結果としての露光パターンの線幅が設定とは異なる場合がある。例えば、レンズ特性のばらつき等に起因して露光量が多くなると露光パターンの線幅が太くなり、逆に露光量が少なくなると露光パターンの線幅が細くなる。このような場合、描画結果である露光パターンの線幅を測定し、その測定結果に基づいて各光学ヘッド部に与えられる最適な光量を求めるとよい。そこで、その最適な光量を求めるために、比例係数Ｋを設定する。比例係数は露光パターンサイズにより決定される。すなわち、比例係数Ｋを０．０２５で、露光量として２５が入力された場合、Ｐ１＝０．０２５×２５×４００＝２５０（μＷ／ｐｉｘｅｌ）となる。Ｐ１の光量が１個の光学ヘッド部に与えられるように光量調節部５５０で光量を調節すればよい。

続いて、パターン描画装置１００は、ステージ１０上に載置された基板Ｗと光学ヘッド部５０との相対位置を調整するアライメント処理を行う（ステップＳ７）。続いて、パターン描画装置１００は、アライメント処理後の基板Ｗに対して描画処理を行う（ステップＳ８）。

次に、描画処理（ステップＳ８）として以下の詳細な処理が行われる。描画処理が完了すると、パターン描画装置１００は、ステージ移動機構２０を動作させてステージ１０および基板Ｗを搬出位置に移動させる。そして、作業者または搬送ロボット１２０が、ステージ１０の上面から基板Ｗを搬出する（ステップＳ９）。

以上説明したように、上記のパターン描画装置によれば、第１記憶部７９は、感光性材料層の光感度に応じて選択される複数の露光量と、各露光量にそれぞれ適した走査速度とを対応付けて記憶する。従って、感光性材料層の感度が多様に変更されても、各感度にそれぞれ適した走査速度を設定することができる。また、制御部７０は、第１記憶部７９に記憶された走査速度の中から、入力部７８により入力された露光量に適した走査速度を選択する。制御部７０は、選択された制御パラメータの値に基づいて光量調節部５５０、光変調ユニット５１２を制御する。従って、感光性材料層の感度が多様に変更されても、各感度にそれぞれ適した、走査速度および制御パラメータの値に基づいた制御がなされる。よって、感光性材料層の感度が多様に変更されても、高精度かつスループットが大きな走査露光を行うことができる

更に、光量調整部５５０が複数の光学ヘッド部にそれぞれ配置されているので、光学ヘッド部間のバラツキに対応して光量を調整可能であり、その際、光量調節部５５０によって、位置によるバラツキが低減されたラインビームが変調素子５３７に導入されることとなり、結果、画素間の光量バラツキが低減された露光を実現できるので光学ヘッド部間のバラツキも低減される。

本発明は、本発明の技術的思想から逸脱することなく、他の種々の形態で実施することができる。前述の実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例のみに限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求の範囲内で様々な改変を実施することができる。

図１２は光量調節部の他の実施例を説明する概略説明図である。この光量調節部７７０は、第一実施例では光透過量変更手段５５１と光透過分布調整手段５５２の一対で構成されていたのに対して、二対で構成されている。即ち、光透過量変更手段７７１と光透過分布調整手段７７２による第一光量調節手段７７３と、光透過量変更手段７７１と光透過分布調整手段７７２による第二光量調節手段７７４と、を具備してなる。

この構成によれば、第一光量調節手段７７３による面内分布の相殺が十分でなかった場合でも、第二光量調節手段７７４の面内分布が第一光量調節手段７７３の面内分布を相殺する傾向を有することで、相殺の精度を高めることが可能である。よって、位置による光量のバラツキが低減されたラインビームが実現できる。

更に、上記実施例では、光量調節部５５０からのビームを直接、光変調ユニット５１２に導入される形態であるが、光量調節部５５０と光変調ユニット５１２との間に光量調節部５５０からのビームを光変調ユニット５１２に集光させるレンズを配置する構成においても本願は適用可能である。

本発明は、半導体基板、液晶ディスプレイ、プリント基板を製造するためにフォトリソグラフィを行うパターン描画装置等に利用可能であり、特に、適正に光量補正ができるパターン描画装置等に利用可能である。

１０ ステージ
１００ パターン描画装置
５０ 光学ヘッド部
５１１ 空間光変調器
６０ アライメントカメラ
７０ 制御部
７５ データ生成部
５３ 照明光学系
１２０、５３０、７７０ 光量調節部
５５１、７７１ 光透過量変更手段
５５２、７７２ 光透過分布調整手段
Ｗ 基板

Claims (2)

1. 感光性基板の感光性材料層に対して光を照射することで当該基板上にパターンを露光描画するパターン描画装置であって、
   光源と、
   前記基板に対し前記光源からの光を前記感光性材料層に照射する照射光学系と、
   前記照射光学系内で入射する光の光量を調節する光量調節部と、
   を備え、
   前記光量調節部は、入力した前記光源の光の一部を反射し、反射されなかった光を出力することで光量を調節する光透過量変更手段と、
   前記光透過量変更手段の光透過量の面内分布傾向を相殺する面内分布傾向を有し、かつ、入力した光の出力する方向を調節する光透過分布調整手段と、より構成されることを特徴とするパターン描画装置。
2. 前記光源の光を描画すべきパターンの光に変調する光変調部と、を更に備え、
   前記光量調節部は、前記光源と前記光変調部の間に設けられ、前記光変調部へ入射する光の光量を調節することを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。

Images