JP2014092707A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度のパターンを形成しながら、スループット向上を実現させる。
【解決手段】ＤＭＤなどを用いて回路パターンなどを形成するマスクレス露光装置において、パターン像を基板Ｗに結像させる投影光学系と基板Ｗとの間に、画像分割光学系２７を設ける。画像分割光学系２７は、光学素子２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃと光学素子２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃから構成される。画像分割光学系２７は、投影光学系２６からのパターン光を３分割する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などによってパターンを直接描画するマスクレス露光装置に関し、特に、露光面にパターン像を投影する光学系に関する。

ＤＭＤを備えたマスクレス露光装置では、光変調素子（セル）をマトリクス状に２次元配列させた光変調素子アレイを制御して露光動作を行い、パターンを基板の描画面へ直接形成する。具体的には、光源から放射された照明光がＤＭＤに導かれると、投影対象となるエリアに形成すべきパターンに従い、ＤＭＤの各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＤＭＤ上で反射した光は投影光学系によって結像され、パターン像が露光面に形成される。

露光装置においては、ＤＭＤにより反射したパターン光を分割し、副走査方向に沿って複数の分割パターン像を投影することが可能である。例えば、ＤＭＤで反射した光を２つのミラーによって分割し、２つのパターン像を互いに離れた位置に形成する（特許文献１参照）。

そこでは、ＤＭＤを２つの領域に分割し、互いに反対方向へ光を導く２つのミラーを交差するように隣り合わせに配置する。ミラーによって分割されたパターン光は、投影光学系を介して基板に結像される。これによって、２つのパターン像が互いに離れて形成される。

ミラーの代わりに、プリズムから成る分割光学系によって互いに２つのパターン像を形成することもできる（特許文献２参照）。そこでは、レチクルからのパターン照明光がプリズムに入射し、照明光が互いに離間する方向へ分割される。２つの分割照明光は、ミラーを介して１つの結像光学系に入射し、２つの分割像が基板に形成される。

一方、３分割ミラーを配置して、３つのパターン像を副走査方向に並べて配置することも可能である（特許文献３参照）。そこでは、２つの結像レンズ間の共役面（結像面）付近に３分割ミラーを配置し、パターン像を分割する。そして、３つの分割像を副走査方向に隣接させながら投影する。

特開２００９−０８７９９５号公報 特開２０１０−１７７４２３号公報 特開２００７−３０４５１７号公報

スループット向上を図ることを考えれば、パターン像を数多く分割する光学系を構成することが望ましい。しかしながら、ＤＭＤなどの光変調素子アレイと投影光学系（結像光学系）との間に分割光学系を配置すると、分割された複数の照明光それぞれを結像させる投影光学系を配置しなければならず、露光装置内でスペースを確保することが難しい。

一方、分割したパターン光を１つの投影光学系で結像させる場合、光学的な精度誤差が生じ、投影パターンの解像度に影響する。また、パターン像の分割数を増やすことが難しい。

さらに、投影光学系と光変調素子アレイとの間に結像レンズを設けて共役面に分割光学系を設ける構成の場合、分割数に応じて設置すべき結像レンズの数が膨大となり、光学系を省スペースで組み立てることが困難となる。

したがって、画像の鮮明さを損なうことなく複数の分割パターン像を分割可能にすることが求められる。

本発明の露光装置は、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、光変調素子アレイからのパターン光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系と、投影光学系と被描画体との間に配置され、投影光学系から出射したパターン光によるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する画像分割光学系とを備える。感光材料を塗布もしくは貼り付けた基板に対し、パターンを形成する描画処理を実行する工程を含む基板の製造方法において、上記露光装置を用いて描画処理を行うことが可能である。

分割光学系が投影光学系よりも被描画体側に設置されることにより、その前側の光学系を従来と同様の構成で維持しながら、分割パターン像を任意に設定することが可能となる。また、光変調素子アレイの共役面上に分割光学系を設置する構成ではないことにより、光学系としてコンパクト化可能となる。

分割光学系はパターン像の分割を、結像面上において行わない。すなわち、パターン像は、その一部分においても結像面上において分割されない。これは、分割パターン像それぞれの縁部分においてボケを生じさせる。

そこで、光変調素子アレイにおける複数の分割パターン像に応じた複数の分割変調領域それぞれに対し、不使用の光変調素子を定める露光制御部を設け、露光制御部が、各分割パターン像のコントラスト低下領域に応じて不使用の光変調素子を定めるようにしてもよい。光量自身でなくコントラスト低下部分に応じて不使用と光変調素子の領域を境界付近に設定することで、不使用領域を最低限のサイズに納めることが可能となる。

たとえば、露光制御部は、投影光学系の入射側開口数と、投影光学系の出射端から画像分割光学系がない場合における焦点位置までの距離とに基いて、不使用の光変調素子を定めることができる。入射側開口数と上記距離は、コントラストと強い相関関係をもつ。

より具体的な不使用光変調素子領域設定の方法として、露光制御部は、以下の式に基き、不使用光変調素子のエリアを定めることができる。

Ｄ＝２ｔａｎ（ＮＡ／Ｍ）・（ＷＤ−ｄ＋ｄ／Ｎ）／Ｍ

ただし、Ｄは光変調素子アレイのマスク領域幅であって不使用光変調素子のエリア幅、ｄは分割光学系における全光路長、Ｎはプリズム部材屈折率、Ｍは投影光学系の倍率、ＷＤは分割光学系がなかったときの投影光学系の出射端から結像面までの光路長、ＮＡは投影光学系の入射側開口数を表す。

たとえば、画像分割光学系は、入射光を分割しながら反射する複数の第１反射面からなる第１反射部と、第１反射部それぞれの反射面と対になり第１反射部からの光を反射して基板へ導く複数の第２反射面からなる第２反射部とを備えた光学系として構成することが可能である。

このようにミラーなど反射面を複数配置する場合、被描画体面上において各パターン像をぼけることなく結像させることを考慮し、たとえば、複数の第２反射面が、画像分割光学系内における実効光路長がいずれの分割パターン像においても等しくなるように、配置することが可能である。ただし、実効光路長は、分割光学系内における媒質の屈折率を考慮した光路長である。あるいは、光路長調整部材を設けてもよい。

一方、本発明の他の局面における露光装置は、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、光変調素子アレイからのパターン光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系と、光変調素子アレイと投影光学系との間に配置され、光変調素子アレイからのパターン光によるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する画像分割光学系とを備える。

光変調素子アレイの共役面にパターン像を結像させる結像レンズを設け、その共役面で分割する分割光学系を設ける構成ではなく、簡易な構成で分割パターン像を数多く形成することが可能である。特に、光変調素子アレイ側に分割光学系を設置するため、従来の露光ヘッドのサイズを増大させることなく構成することが可能である。

本発明の他の局面における露光装置は、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、光変調素子アレイからのパターン光を、被描画体の露光面に結像させる第１投影光学系と、第１投影光学系と被描画体との間に配置され、第１投影光学系から出射したパターン光によるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する第１画像分割光学系と、第１投影光学系の結像面上において、複数の分割パターン像各々をさらに分割する複数の第２画像分割光学系と、分割された複数の分割パターン像を被描画体へ結像させる複数の第２投影光学系とを備える。

このような構成により、より多くの分割パターン像を形成することが可能であり、また、不使用の光変調素子領域を増加させることなく、パターン像の分割、そして分割パターン像のさらなる分割を実現させることができる。

本発明によれば、高精度のパターンを形成しながら、スループット向上を実現することができる。

第１の実施形態である露光装置を模式的に示した斜視図である。 露光ヘッドの内部構成を模式的に示した図である。 画像分割光学系の概略的平面図である。 画像分割光学系の模式的斜視図である。 ＤＭＤにおけるマスク領域を示した図である。 分割パターン像の投影図である。 描画装置に設けられた描画制御部のブロック図である。 露光データ生成処理、露光動作処理を示したフローチャートである。 第２の実施形態における画像分割光学系の構成を示した図である。 第２の実施形態における画像分割光学系および投影光学系を示した図である。 基板に投影される分割パターン像を示した図である。 ３つの分割パターン像に応じたＤＭＤにおける分割領域を示した図である。 露光面に投影される３つの分割パターン像の位置を示した図である。 画像分割光学系の概略的斜視図である。 画像分割光学系の概略的分解斜視図である。 画像分割光学系の一部構成を示した図である。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態である露光装置を模式的に示した斜視図である。

露光装置１０は、フォトレジストなどの感光材料を塗布した（あるいは貼り付けた）基板Ｗへパターン光を直接照射するマスクレス露光装置であって、ゲート状構造体１２、基台１４を備える。基台１４には、描画テーブル１８を支持するＸ−Ｙステージ駆動機構５６が搭載され、描画テーブル１８上に基板Ｗが設置される。

ゲート状構造体１２には光源２０ａ、２０ｂが備えられており、また、パターン形成用の露光ヘッド２１Ａ、２１Ｂが基板Ｗの上方に並んで配設されている。露光ヘッド２１Ａは、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）、投影光学系（ここでは図示せず）を備え、光源２０ａから放射される光に基づいてパターン像を基板Ｗに投影する。露光ヘッド２１Ｂも同様の構成であり、光源２０ｂの光によってパターン像を投影する。

矩形状の基板Ｗは、例えばプリント基板、ガラス基板などの電子回路用基板であり、プリベイク処理、感光材料塗布／貼り付け処理等が施されたブランクスの状態で描画テーブル１８に搭載される。基板Ｗ（描画テーブル１８）には、互いに直交するＸ−Ｙ−Ｚ座標系が規定されており、描画テーブル１８はＸ、Ｙ方向に沿って移動可能であり、さらに、Ｚ軸周りに回転可能である。ここでは、Ｘ方向を主走査方向、Ｙ方向を副走査方向と規定する。

露光装置１０は、露光動作を制御する描画制御部（ここでは図示せず）を備える。描画制御部には、ここで図示しないモニタ、キーボードなどが接続されており、オペレータの操作に従って描画処理に関するセッティングが行われる。突出部３１に設けられたＣＣＤ１９は、基板Ｗの変形状態を検出し、アライメントが調整された後に露光動作が行われる。

図２は、露光ヘッド２１Ａの内部構成を模式的に示した図である。露光ヘッド２１Ｂも同様の内部構成になっている。

光源である超高圧水銀ランプ２０ａは、紫外光である照明光を放射し、照明光学系３２へ導かれる。照明光学系３２によって平行光に成形された光は、ミラー群（図示せず）を経てＤＭＤ２２に導かれる。ＤＭＤ２２は、数μｍ〜数十μｍの微小矩形状マイクロミラーをマトリクス状に２次元配列させた光変調デバイスであり、例えば１０２４×７６８のマイクロミラーによって構成される。なお、光源２０ａは超高圧水銀ランプに限らず、ＬＤ、ＬＥＤなど他の光源を用いることも可能である。また、光源２０ｂについても、光源２０ａと同様の構成となっている。

ＤＭＤ２２では、メモリセルに格納される制御信号（露光データ）に基づいて、各マイクロミラーがそれぞれ選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光は投影すべきパターンに応じた光束であり、ミラー（図示せず）を介して投影光学系２６へ導かれる。

投影光学系２６は、パターン光を基板Ｗの露光面に結像させる光学系であり、複数のレンズから構成される。画像分割光学系２７は、投影光学系２６の結像面となる基板Ｗの描画面と投影光学系２６との間に配置されており、投影光学系２６から出射した照明光を分割し、３つのパターン像（以下、分割パターン像という）を形成する。

基板Ｗが主走査方向Ｘに沿って移動するのに伴い、ＤＭＤ２２による投影エリア（露光エリア）は基板Ｗに対して相対的に移動する。投影エリアの位置に応じたパターン光を照射するように露光動作が定められた露光ピッチに従って実行される。これにより、パターンが主走査方向に沿って形成されていく。

他方の露光ヘッド２１Ｂも同様であり、主走査方向に沿って多重露光動作が行われ、基板全体にパターンが形成されていく。描画処理が終了すると、現像処理、エッチング又はメッキ、レジスト剥離処理などが施され、パターンの形成された基板が製造される。

ここでは基板Ｗの移動方向を主走査方向に一致させているが、基板Ｗを主走査方向Ｘに対し微小傾斜した状態で描画テーブル１８に配置してもよい。この場合、描画テーブル１８が主走査方向Ｘに沿って移動するとき、露光エリアは基板Ｗの長手方向（Ｘ方向）に対し傾斜した状態で相対移動する。

露光方式としては、ステップ＆リピート方式あるいは連続移動方式による多重露光方式が適用可能である。ステップ＆リピート方式では、描画テーブル１８は間欠的にＸ方向に沿って移動し、それに合わせて各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。一方、連続移動方式では、描画テーブル１８が連続的に移動しながら露光ピッチに応じて各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。ここでは、連続移動方式が適用されている。

次に、図３、４を用いて画像分割光学系２７について説明する。

図３は、画像分割光学系２７の概略的平面図である。図４は、画像分割光学系２７の模式的斜視図である。

画像分割光学系２７は、３つの三角柱状光学素子（分割光学部材）２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃから成る光学系（第１光学系）を備え、それぞれ反射面２８ＡＲ、２８ＢＲ、２８ＣＲをもつ。光学素子２８Ａ〜２８Ｃは、側面から見てそれぞれ形状が相違し、反射面２８ＡＲ、２８ＢＲ、２８ＣＲは、投影光学系２６の光軸に対して異なる傾斜角度をもつ。

一方、光学素子２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの光軸に垂直な底面の長さは一致しており、反射面２９ＡＲ、２８Ｂ、２８Ｃの中点は、いずれも光軸Ｅ上に位置する。したがって、反射面２８ＡＲ、２８ＢＲ、２８ＣＲに入射する光の射影幅は一致し、投影光学系２６から出射した照明光が均等に３分割され、３つの分割パターン像が形成される。なお、図４では、光学素子２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃが互いに離間しているが、実際には互いに接している。

さらに画像分割光学系２７には、光学素子２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃとそれぞれ対になる光学素子（反射光学部材）２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃから成る光学系（第２光学系）が配置されている。光学素子２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃの反射面２９ＡＲ、２９ＢＲ、２９ＣＲは、対向する光学素子２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの反射面２８ＡＲ、２８ＢＲ、２８ＣＲで反射した光を、基板Ｗに向けて反射する。

このように一対の光学素子２８Ａ、２９Ａ、一対の光学素子２８Ｂ、２９Ｂ、一対の光学素子２８Ｃ、２９Ｃによって、３つの分割パターン像が形成され、それぞれ基板Ｗに投影される。また、画像分割光学系２７内部における光学素子対それぞれの光路長が等しくなるように、光学素子２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが位置決めされている。図３に示す光学素子２８Ａ、２９Ａの画像分割光学系２７内部における全光路長ｄ１＋ｄ２＋ｄ３は、光学素子対２８Ｂ、２９Ｂ、および光学素子対２９Ｃ、２９Ｃの全光路長と等しい。

光学素子２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃは、投影光学系２６の結像面には設置されていない。そのため、パターン像の分割線付近ではコントラストが不足し、ボケのある画像となる。そこで、分割線付近に光を照射するマイクロミラーを不使用に設定し、マスク領域を設ける。以下、図５、６を用いて、マスク領域の設定について説明する。

図５は、ＤＭＤ２２におけるマスク領域を示した図である。図６は、分割パターン像の投影図である。

マスク部分を設けると、露光エネルギーが減少する。そのため、このエネルギー減少量を最小にするため、以下の式に基いてマスク領域ＢＭ１、ＢＭ２を設定する。


Ｄ＝２ｔａｎ（ＮＡ／Ｍ）・（ＷＤ−ｄ＋ｄ／Ｎ）／Ｍ ・・・・・・（１）

ここで、ＤはＤＭＤ２２のマスク領域幅、すなわち不使用とするミラー領域幅を表す。ｄは画像分割光学系２７における全光路長、Ｎはプリズム部材屈折率、Ｍは投影光学系２６の倍率、ＷＤは作動距離、ＮＡは投影光学系２６の入射側（ＤＭＤ側）開口数を表す。ここでは、画像分割光学系２７がミラー部材から構成されているため、Ｎ＝１である。また、作動距離ＷＤは、画像分割光学系２７がなかったときの投影光学系２６の出射端から結像面までの光路長（距離）を表す。

上記（１）式は、マスク領域サイズを最小にする式であり、算出されるＤに従ってマスク領域を設定することによって、必要最小限の数だけマイクロミラーを描画データに関係なくＯＦＦ状態（露光しない状態）に設定することができる。上記（１）式は、コントラスト低下領域をマスク領域と定める式であり、特に、作動距離ＷＤおよび開口数ＮＡが、コントラスト低下に大きく関係する。

（１）式によってマスク領域幅Ｄが定まることにより、パターン像形成に使用する領域ＥＭ１〜ＥＭ３が定められる。図６に示すように、分割パターン像ＷＡ、ＷＢ、ＷＣは、副走査方向に沿って像の長さ１つ分ずつシフトし、走査方向に関して互いに距離Ｄ１だけ離れている。パターン像を分割しないときの露光エリアＥＡの走査幅Ｋに対し、分割パターン像は走査幅３Ｋとなる。このように走査幅を広げることにより、スループットを向上させることができる。

図７は、描画装置に設けられた描画制御部のブロック図である。

描画制御部５０は、外部のワークステーション（図示せず）と接続され、モニタ５０Ｂ、キーボード５０Ｃが接続される露光制御部５２を備える。露光制御部５２は、露光動作処理を制御し、露光データ駆動部７６、タイミングコントロール回路７３、描画テーブル制御回路５３、光源制御部６１などの回路へ制御信号を出力する。露光動作処理を制御するプログラムは、露光制御部５２内のＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

ワークステーション（図示せず）から露光制御部５２に入力されるパターンデータは、描画パターンの位置情報（輪郭位置情報）をもつベクタデータ（ＣＡＤ／ＣＡＭデータ）であり、Ｘ−Ｙ座標系に基づいた位置座標データとして表される。

第１、第２、第３ラスタデータ生成部７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃは、ベクタデータを変換し、それぞれ、走査バンドＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３に描画すべきパターンのラスタデータを順次生成する。生成されたラスタデータは、それぞれ第１、第２、第３バッファメモリ７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃに一時的に格納される。

各バッファメモリに一時的に格納されるラスタデータは、露光ピッチにあわせて出力される。すなわち、露光ピッチ分だけ部分投影エリアが移動して次の露光動作を実行可能となったとき、ラスタデータ出力が行なわれる。第１、第２、第３ラスタデータ生成部７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃにおけるラスタデータの出力制御は、露光制御部５２に設けられたアドレス制御回路（図示せず）から出力される制御信号に基づいて行われる。

ラスタデータが露光データ駆動部７６へ送られると、露光データ駆動部７６では、部分投影エリアＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３の位置に応じたラスタデータが統合し、ＤＭＤ２２の各マイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦ制御する信号が、ＤＭＤ２２全体に対する１つの露光データとして生成される。ＤＭＤ２２では、露光データ駆動部７６から出力される露光データに基づき、マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。

タイミングコントロール回路７３は、バッファメモリ７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、露光データ駆動部７６等に対し、タイミング調整のためクロックパルス信号を同期信号として出力する。また、ＣＣＤセンサ１９から出力される画像信号に基づき、画像処理部６２は基板Ｗに形成されたアライメントマークの位置を検出する。

描画テーブル制御回路５３は、駆動回路５４を介してモータ（図示せず）を備えたＸ−Ｙステージ駆動機構５６を制御し、これによって描画テーブル１８の移動速度、基板送り方向等が制御される。位置検出センサ５５は、描画テーブル１８の位置、すなわち部分投影エリアＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３の描画テーブル１８に対する相対的位置を検出する。

以上の描画データ処理は、露光ヘッド２１Ａに関するものであるが、露光ヘッド２１Ｂに対しても、同様にラスタデータ変換処理、ＤＭＤ駆動処理等に関する回路（図示せず）が設けられており、同様の露光動作処理が行われる。

図８は、露光データ生成処理、露光動作処理を示したフローチャートである。

最初の露光位置が設定されて描画処理が開始されると、描画ステージ１８が所定速度で移動するように制御される（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。露光位置に到達すると、対応するラスタデータが、第１〜第３バッファメモリ７４Ａ〜７４Ｃから読み出され、露光データ生成部７６へ送られる。これにより、ＤＭＤ２２全体に対する１つの露光データが生成される（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。

露光動作処理は、露光データに基づいて各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって実行される。ここでは多重露光方式が適用されているため、露光ピッチは部分投影エリア幅より短い。露光時間は、露光ピッチよりも短い時間に定められている。

描画テーブル１８は連続的に移動しており、露光ピッチＰＰ分の距離だけ描画テーブル１８がさらに移動すると、新たな露光位置に応じたラスタデータが、第１〜第３バッファメモリ７４Ａ〜７４Ｃから読み出される。描画が終了するまで、露光データ生成処理および露光動作処理が繰り返し行われる。

このように本実施形態によれば、パターン像を基板Ｗに結像させる投影光学系２６と基板Ｗとの間に画像分割光学系２７が設けられる。画像分割光学系２７は、投影光学系２６からの光を３分割する。これにより、副走査方向に沿って３つの分割パターン像が並び、走査方向に沿って３つの分割パターン像が互いにシフトしている。

投影光学系２６の出射端側に画像分割光学系を配置するため、小スペースに分割光学系を配置しながら、複数のパターン像を形成することができる。また、結像面外によって画像を分割するためにマスク領域を求めるが、輝度ではなくコントラスト、すなわち輝度変化に応じてマスク領域を定めるため、必要以上に不使用ミラーを設定するのを防ぐことができる。

具体的に説明すると、各分割パターン像の縁部は、コントラストの存在によって露光部分、非露光部分の境目が確実に形成されるため、コントラスト低下だけを判断するだけでよい。輝度値そのものを判断材料とすると、感光材料の感度等の関係から予備的、予防的に不使用の光変調素子を設定する可能性があるが、本実施形態ではそのようなことがないため、各分割パターン像の幅を最大化することができる。

特に、投影光学系の入射側開口数と、分割光学系が設置されない場合の投影光学系出射端から被描画体までの光路長が、コントラスト値に対して相関関係があるため、一義的に不使用光変調素子領域を定めることが可能となる。

第１の実施形態では、画像分割光学系を投影光学系と基板との間に配置する構成を説明したが、画像分割光学系をＤＭＤと投影光学系の間に配置することも可能である。この場合、結像面をＤＭＤの共役面とする結像レンズなどは設けられない。また、画像分割光学系の構成については、ミラー部材だけでなく、プリズムなど他の光学部材を適用することも可能である。

次に、図９を用いて第２の実施形態である露光装置について説明する。第２の実施形態では、画像分割光学系内に光路長を揃えるための光学部材が設けられている。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。

図９は、第２の実施形態における画像分割光学系の構成を示した図である。

画像分割光学系２７’は、３対の光学素子２８’Ａ、２９’Ａ、２８’Ｂ、２９’Ｂ、２８’Ｃ、２９’Ｃおよび光路調整光学部材３１Ａ、３１Ｂを備える。三角柱状の光学素子２９’Ａ、２９’Ｂ、２９’Ｃは、その底面が互いに揃うように配置されている。

光学部材３１Ａ、３１Ｂは、一対の光学素子２８’Ａ、２９’Ａと一対の光学素子２８’Ｂ、２９’Ｂにおける光路長を変更させる部材であり、画像分割光学系２７において、３対の光学素子２８’Ａ、２９’Ａ、２８’Ｂ、２９’Ｂの光路長が２８’Ｃ、２９’Ｃの光路長と等しくなるような屈折率をもつ。これにより、画像分割光学系２７’の光軸方向に沿ったサイズを縮小化させることができる。

次に、図１０〜１６を用いて、第３の実施形態である露光装置について説明する。第３の実施形態では、画像分割光学系によって分割されたパターン像を、さらに画像分割光学系によって分割する。

図１０は、第２の実施形態における画像分割光学系および投影光学系を示した図である。図１１は、基板に投影される分割パターン像を示した図である。

投影光学系２６の出射端側には、画像分割光学系４０が設けられている。画像分割光学系４０は、２組のミラー対４１Ａ、４３Ａおよび４１Ｂ、４３Ｂから構成される。ミラー対４１Ａ、４３Ｂとミラー対４１Ｂ、４３Ｂは、光軸に関して対称的な配置となっている。

光学素子４１Ａ、４１Ｂは、投影光学系２６から出射した照明光を２分割し、互いに離間する方向へ反射する。これによって、パターン像が２分割される。そして、光学素子４３Ａ、４３Ｂにより、投影光学系２６の光軸に沿って分割された照明光が出射する。

画像分割光学系４０の下方には、２つの画像分割光学系１２７、１２８が設けられている。２つに分割された照明光は、画像分割光学系１２７、１２８においてそれぞれ３つの光に分割される。このとき、画像分割光学系１２７、１２８は、投影光学系２６の結像面となる共役面上で照明光をそれぞれ分割する。そして、投影光学系１２６Ａ、１２６Ｂによって、６つに分割されたパターン像が基板Ｗに形成される。

その結果、図１１に示すように、投影光学系２６だけの場合に形成される露光エリアＥＡに対し、画像分割光学系４０によって露光エリアＥＡ１、ＥＡ２に分離され、さらに、画像分割光学系１２７、１２８によって、３つの分割パターン像ＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、およびＷＤ、ＷＥ、ＷＦが基板Ｗ上に形成される。画像分割光学系１２７、１２８については、投影光学系２６の結像面上で画像を分割するため、マスク領域は考慮されず、画像分割光学系４０についてのみマスク領域が設定される。

以下では、図１２〜１６を用いて、画像分割光学系１２７について説明する。画像分割光学系１２８も画像分割光学系１２７と同様の構成である。ここでは、画像分割光学系４０が配置されず、１つの投影光学系１２６Ａのみ配置されることを前提として、その構成を説明する。また、マスク部分については考慮してない。

図１２は、３つの分割パターン像に応じたＤＭＤにおける分割領域を示した図である。図１３は、露光面に投影される３つの分割パターン像の位置を示した図である。

図１２に示すように、ＤＭＤ２２の反射面には、主走査方向に応じた横方向に関して３等分した部分領域ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３（以下、分割反射領域という）が規定されている。ＤＭＤ２２全体によるパターン像は、画像分割光学系２７によって部分領域ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３ごとに異なる位置へ投影される。

図１３に示すように、画像分割光学系１２７によって生成される３つの分割パターン像ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３は、副走査方向Ｙに沿って配列し、それぞれ走査バンドＳＢ１〜ＳＢ３に投影される。

画像分割光学系１２７が設けられない場合、ＤＭＤ２２全体から成る投影エリア（露光エリア）は、走査バンドＳＢ２に沿って相対移動するが（図４では符号ＴＡで表す）、本実施形態では、ＤＭＤ２２の部分領域ＤＭ１、ＤＭ３に応じた投影エリアＴＡ１、ＴＡ３（以下、部分投影エリアという）が、走査バンドＳＢ２の上下に隣接する走査バンドＳＢ１、ＳＢ３に沿ってそれぞれ相対移動し、中間部の部分投影エリアＴＡ２だけが走査バンドＳＢ２に沿って相対移動する。

３つの部分投影エリアＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３は、一度に投影できるエリアであって、全体として３つの走査バンドＳＢ１〜ＳＢ３に渡る露光幅Ｋをもち、同時にパターン形成可能となる。ＤＭＤ２２の部分領域ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３では、それぞれ走査バンドＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３に形成すべきパターン像の描画データに基づき、各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。

また、露光動作中の部分投影エリアＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３は、主走査方向に沿って互いに所定間隔Ｌだけ離れている。ＤＭＤ２２の部分領域ＤＭ１に応じた部分投影エリアＴＡ１が先頭の投影位置に該当し、部分投影エリアＴＡ２、ＴＡ３が所定時間遅れて同じＸ方向座標位置を通過していく。

次に、図１４〜１６を用いて、画像分割光学系の構成について説明する。

図１４は、画像分割光学系の概略的斜視図である。図１５は、画像分割光学系の概略的分解斜視図である。図１６は、画像分割光学系の一部構成を示した図である。

画像分割光学系１２７は、プリズムなどの光学部材から構成されており、一対の反射光学系によって構成される。ただし、図１４、１５では、一方の反射光学系１２７Ａのみ図示している。

画像分割光学系１２７は、露光面Ｗに平行な投影光学系２６の結像面ＦＳ（図１０ではＪＺ）に形成されるパターン像ＭＰを、結像面ＦＳ上において３分割する。反射光学系１２７Ａは、ＤＭＤ２２の部分領域ＤＭ１に応じた分割パターン像ＭＰ１を形成し、投影する光学系であり、図示しない他方の反射光学系は、部分領域ＤＭ３に応じた分割パターン像ＭＰ３を形成する。

反射光学系１２７Ａは、２つのプリズム１４２、１４４と、光路長調整光学部材１４６から構成される。プリズム１４２は、互いに平行平面関係にある一対の反射面１４２Ｒ１、１４２Ｒ２を有し、また、プリズム１４４も、互いに平行平面関係にある一対の反射面１４４Ｒ１、１４４Ｒ２を有する（図１４、１５参照）。

反射光学系１２７Ａの光入射面となるプリズム表面１４２Ｓは、第１結像光学系２６の結像面ＦＳに位置し、ＤＭＤ２２の部分領域ＤＭ１（図１２参照）からの反射光によって形成される画像部分ＭＰ０１の光、すなわち分割パターン像の光がプリズム１４２に入射する。他方の反射光学系には、部分領域ＤＭ３からの反射光によって形成される画像部分ＭＰ０３の光が入射する。部分領域ＤＭ２に応じた画像部分ＭＰ０２の光は、どちらの反射光学系にも入射せずそのまま直進する。

図１６に示すように、プリズム１４２に設けられた反射面１４２Ｒ１は、投影光学系２６の結像面ＦＳに対して交差せず、接している。具体的には、その一辺１４２ＲＥがプリズム表面１４２Ｓに位置し、プリズム表面４２Ｓに対し傾斜している。また、反射面１４２Ｒ１の辺１４２ＲＥは、副走査方向に応じた方向に沿って延び、ＤＭＤ２２に規定された分割領域ＤＭ１〜ＤＭ３の境界ライン方向に対応している。

反射面１４２Ｒ１は、パターン像ＭＰの画像部分ＭＰ０１における境界ライン全体を結像面ＦＳに規定する。他の反射光学系においても同様に反射面が配置構成されており、パターン像ＭＰの画像部分ＭＰ０３を規定する境界ライン全体が反射面の一辺に対応し、結像面ＦＳ上に位置する。

このようにパターン像ＭＰは、結像面ＦＳに位置する反射面の辺（境界ライン）に従い、結像面ＦＳ上で３つの画像部分ＭＰ０１〜ＭＰ０３に分割され、それぞれ分割パターン像として規定される。画像部分ＭＰ０１を形成する反射光は、反射光学系１２７Ａに入射すると、プリズム１４２の反射面１４２Ｒ１で反射する。

上述したように、プリズム１４２の一対の反射面１４２Ｒ１、１４２Ｒ２は、平行平面関係にあり、入射光が反射面１４２Ｒ１、反射面１４２Ｒ２によって順に反射することにより、画像部分ＭＰ０１の投影位置は、主走査方向Ｘに沿って移動（シフト）する。反射面１４２Ｒ２において反射した光は、プリズム１４４に入射する。

ブロック１４４Ａ、１４４Ｂから成るプリズム１４４に入射した光は、平行平面関係にある一対の反射面１４４Ｒ１、１４４Ｒ２によって順次反射する。これにより、主走査方向Ｘに沿って移動された画像部分ＭＰ０１の投影位置が、さらに副走査方向Ｙに沿って移動する。

他方の反射光学系も反射光学系１２７Ａと同一形状の光学系で構成されており、同様に２つのプリズムを備え、各プリズムには平行平面関係にある１対の反射面が設けられている。ただし、他方の反射光学系は反射光学系１２７Ａと対向するように回転して配置されている。そのため、反射光学系１２７Ａでは、画像部分ＭＰ０１の投影位置を、主走査方向Ｘに関してプラス方向、副走査方向Ｙに関してマイナス方向に移動させるに対し、他方の反射光学系では、画像部分ＭＰ０３の投影位置を、主走査方向Ｘに関してマイナス方向、副走査方向Ｙに関してプラス方向に移動させる。

反射光学系１２７Ａのプリズム１４４から出射した光は、光路長調整光学部材１４６に入射する。光路長調整光学部材１４６は、２つの反射光学系いずれにも入射しない画像部分ＭＰ０２の光に対する露光面Ｗまでの光路長と、反射光学系１２７Ａに入射する画像部分ＭＰ０１の光の実効光路長を一致させるように、所定のサイズ、屈折率を有する。

そして、他方の反射光学系にも、同じように光路長調整光学部材が設けられている。これにより、第１結像面ＦＳにおいて分割規定された３つの分割パターン像ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３は、投影光学系１２６Ａにより露光面Ｗに合焦画像（ピントの合った画像）として形成される。

なお、画像部分ＭＰ０１と画像部分ＭＰ０３の光に対しそれぞれ光路長の調整を行う代わりに、画像部分ＭＰ０２の光にのみ光路長の調整を行ってもよい。また、光路長調整光学部材は、所定のサイズ、屈折率を有する透明体を用いる代わりに、複数の反射面を組み合わせて光路長を調整する反射光学系を用いても良いし、リレーレンズなどの屈折光学系、あるいはそれらの組み合わせを用いても良い。

このように第３の実施形態によれば、２つの画像分割光学系を配置することにより、より多くの分割パターン像を形成することができる。特に、投影光学系の結像面、すなわちＤＭＤミラー面の共役面上において画像を分割するため、後段ではマスク領域を設定せずに画像を分割することができる。すなわち、各分割パターン像の幅減少を抑えることができる。

なお、第３の実施形態においては、ＤＭＤ２２と投影光学系２６の間に画像分割光学系４０を設置し、２つに分割されたパターン光に対して２つの投影光学系を設置することも可能である。また、画像分割光学系１２７、１２８を第１の実施形態で示した構成に代えても良い。この場合、投影光学系１２６Ａ、１２６Ｂは省かれる。

１０ 描画装置（露光装置）
２２ ＤＭＤ（光変調素子アレイ）
２６ 投影光学系
２７ 画像分割光学系
４０ 画像分割光学系（第１画像分割光学系）
１２６Ａ、１２６Ｂ 投影光学系（第２投影光学系）
１２７、１２８ 画像分割光学系（複数の第２画像分割光学系）
Ｗ 基板（露光面）

Claims (8)

1. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
   前記光変調素子アレイからのパターン光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系と、
   前記投影光学系と前記被描画体との間に配置され、前記投影光学系から出射した前記パターン光によるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する画像分割光学系と
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記光変調素子アレイにおける前記複数の分割パターン像に応じた複数の分割変調領域それぞれに対し、不使用の光変調素子を定める露光制御部をさらに備え、
   前記露光制御部が、各分割パターン像のコントラスト低下領域に応じて不使用の光変調素子を定めることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記露光制御部が、前記投影光学系の入射側開口数と、前記投影光学系の出射端から前記画像分割光学系がない場合における焦点位置までの距離とに基いて、不使用の光変調素子を定めることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記露光制御部が、以下の式に基き、不使用光変調素子のエリアを定めることを特徴とする請求項２乃至３のいずれかに記載の露光装置。
   
   Ｄ＝２ｔａｎ（ＮＡ／Ｍ）・（ＷＤ−ｄ＋ｄ／Ｎ）／Ｍ
   
   ただし、Ｄは光変調素子アレイのマスク領域幅であって不使用光変調素子のエリア幅、ｄは分割光学系における全光路長、Ｎはプリズム部材屈折率、Ｍは投影光学系の倍率、ＷＤは分割光学系がなかったときの投影光学系の出射端から結像面までの光路長、ＮＡは投影光学系の入射側開口数を表す。
5. 前記画像分割光学系が、入射光を分割しながら反射する複数の第１反射面からなる第１反射部と、前記第１反射部それぞれの反射面と対になり前記第1反射部からの光を反射して基板へ導く複数の第２反射面からなる第２反射部とを備え、
   前記複数の第２反射面が、前記画像分割光学系内における実効光路長がいずれの分割パターン像においても等しくなるように、配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
6. 感光材料を塗布もしくは貼り付けた基板に対し、パターンを形成する描画処理を実行する工程を含む基板の製造方法において、
   請求項１乃至５のいずれかに記載された露光装置を用いて描画処理を行うことを特徴とする基板の製造方法。
7. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
   前記光変調素子アレイからのパターン光を、被描画体の露光面に結像させる第１投影光学系と、
   前記第１投影光学系と前記被描画体との間に配置され、前記第１投影光学系から出射した前記パターン光によるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する第１画像分割光学系と、
   前記第１投影光学系の結像面上において、複数の分割パターン像各々をさらに分割する複数の第２画像分割光学系と、
   分割された複数の分割パターン像を被描画体へ結像させる複数の第２投影光学系と
   を備えることを特徴とする露光装置。
8. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
   前記光変調素子アレイからのパターン光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系と、
   前記光変調素子アレイと前記投影光学系との間に配置され、前記光変調素子アレイからのパターン光によるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する画像分割光学系と
   を備えることを特徴とする露光装置。

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