JP2018041025A - パターン露光装置、露光ヘッドおよびパターン露光方法 - Google Patents

パターン露光装置、露光ヘッドおよびパターン露光方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パターン光のピント合わせを好適に行う技術を提供する。
【解決手段】パターン露光装置１０は、基板Ｗの感光材料面にパターン光を出力する露光ヘッド８２と、基板Ｗの位置を測定する測定部８４と、基板Ｗの感光材料面の位置に応じて、パターン光の結像位置を調節するフォーカス制御部９０２とを備える。露光ヘッド８２は、露光ヘッド８２は、第１結像光学系８２２の第２レンズ１２Ｌ及びマイクロレンズアレイ８２４を、第１レンズ１０Ｌに接近および離隔する方向に移動させるレンズ移動部８２８を備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、パターン露光を行う際におけるパターン光のピント合わせを行う技術に関する。
特許文献１には空間変調によって形成されたパターン光を感光材料に照射することによって、感光材料に所定のパターンを露光する投影露光装置が記載されている。
上記投影露光装置においては、光源から出力された光をマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）によって空間変調してパターン光が形成される。そのパターン光は、光学系によって感光材料上に結像される。
上記光学系は、例えば、ＤＭＤによって形成したパターン光を結像する第１結像光学系と、第１結像光学系の結像面に配されたマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイを通過した光を感光材料上に結像する第２結像光学系とを含む。マイクロレンズアレイは、ＤＭＤのマイクロミラー各々に対応するように、二次元状に配列された複数のマイクロレンズを備える。
また、特許文献１には、第２結像光学系と感光材料の間に、プリズムを利用した空気間隔調節部を設けることが記載されている。空気間隔調節部によって、第２結像光学系と感光材料の間の空気間隔が変更され、これによって、第２結像光学系から出力される光（パターン光）の結像位置（ピント位置）が調節可能とされている。
特開２００４−３３５６９２号公報
高解像度のパターン露光を実現するため、第２結像光学系と感光材料の間は、できるだけ狭くなるように設計されることが一般的である。このため、特許文献１のように、この第２結像光学系と感光材料の間に空気間隔調節部を配することが困難な場合があった。また、そのような狭い間隔に空気間隔調節部を配することによって、メンテナンスが困難となるおそれもあった。
そこで、本発明は、パターン光のピント合わせを好適に行う技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、第１態様は、パターン露光装置であって、感光材料を保持する保持部と、前記感光材料に向けてパターン光を出力する露光ヘッドと、前記保持部に保持された前記感光材料の位置を測定する測定部と、前記感光材料の位置に応じて、前記パターン光の結像位置を調節するフォーカス制御部とを備え、前記露光ヘッドは、光源から出力された光を空間光変調してパターン光を形成する複数の変調素子を有する空間光変調器と、前記空間光変調器から出力されたパターン光の光路に配された第１レンズおよび第２レンズを有し、前記第２レンズが像側テレセントリックである第１結像光学系と、前記第１結像光学系の前記第２レンズを通過した前記パターン光を集光する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイを通過した前記パターン光の光路に配されており、前記パターン光を結像する第２結像光学系と、前記第２レンズおよび前記マイクロレンズアレイを前記第１レンズに対して接近又は離隔する方向に移動させるレンズ移動部とを有し、前記フォーカス制御部は、前記レンズ移動部の動作を制御することによって、前記パターン光の前記結像位置を調節する。
第２態様は、第１態様のパターン露光装置であって、前記第２結像光学系が、両側テレセントリックである。
第３態様は、第１又は第２態様のパターン露光装置であって、前記第１結像光学系が、１倍を超える横倍率で結像する拡大光学系である。
第４態様は、第３態様のパターン露光装置であって、複数の前記露光ヘッドを並んだ状態で支持する露光ヘッド支持部、をさらに備える。
第５態様は、第１から第４態様のいずれか１つのパターン露光装置であって、前記第２結像光学系が、第１結像光学系の横倍率よりも大きい横倍率で結像する拡大光学系である。
第６態様は、パターン光を出力する露光ヘッドであって、光源から出力された光を空間光変調してパターン光を形成する複数の変調素子を有する空間光変調器と、前記空間光変調器から出力されたパターン光の光路に配された第１レンズおよび第２レンズを有し、前記第２レンズが像側テレセントリックである第１結像光学系と、前記第１結像光学系の前記第２レンズを通過した前記パターン光を集光する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイを通過した前記パターン光の光路に配されており、前記パターン光を結像する両側テレセントリックの第２結像光学系と、前記第２レンズおよび前記マイクロレンズアレイを前記第１レンズに対して接近又は離隔する方向に移動させるレンズ移動部とを備える。
第７態様は、パターン露光方法であって、(a)感光材料を保持する工程と、(b)前記感光材料に向けてパターン光を出力する工程と、(c)前記感光材料の位置を測定する工程と、(d)前記(c)工程にて測定された前記感光材料の位置に応じて、前記(b)工程における前記パターン光の結像位置を調節する工程とを含み、前記(b)工程は、(b-1)光源から出力された光を複数の変調素子によって空間変調して前記パターン光を形成する工程と、(b-2)前記パターン光の光路に配された第１レンズおよび第２レンズを含み、前記第２レンズが像側テレセントリックである第１結像光学系によって、前記パターン光を結像する工程と、(b-3)前記(b-1)工程にて前記第１結像光学系の前記第２レンズから出力された前記パターン光を複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイによって集光する工程と、(b-4)前記(b-3)工程にて前記マイクロレンズアレイを通過した前記パターン光を第２結像光学系によって結像する工程とを含み、前記(d)工程は、(d-1)前記第２レンズおよび前記マイクロレンズアレイを、前記第１レンズに対して接近および離隔する方向に移動させる工程を含む。
第１態様のパターン露光装置によると、第１結像光学系の第２レンズおよびマイクロレンズアレイを移動させることによって、第２結像光学系から出力されるパターン光の焦点位置を調節できる。また、第２結像光学系と感光材料の間に、ピント合わせのための構成を配さなくてよいため、第２結像光学系を感光材料に接近させることができる。これらの理由により、パターン露光を良好に行うことができる。
第２態様のパターン露光装置によると、感光材料の位置がパターン光の光軸の方向にずれても、第２結像光学系の横倍率が一定であるため、パターン光の像の大きさが一定とされる。このため、精度良く露光できる。また、第２結像光学系の物体側もテレセントリックであるため、第１結合光学系の第２レンズ及びマイクロレンズアレイを光軸方向に移動させても、第２結像光学系の像側におけるパターン光の像の大きさを維持できる。
第３態様のパターン露光装置によると、第１結像光学系が拡大光学系であるため、パターン光の像を拡大して感光材料上で結像できる。
第４態様のパターン露光装置によると、レンズ移動部を小型にできることによって、露光ヘッドを小型化できる。したがって、複数の露光ヘッドを並んだ状態で保持する場合でも、互いに干渉することを抑制できる。また、適切な間隔を設けることが可能となることで、着脱や各種調整などのメンテナンスを容易にできる。
第５態様のパターン露光装置によると、第２結像光学系の拡大率を第１結像光学系の拡大率よりも大きくすることによって、露光のスループットを向上させることができる。また、ピント合わせにおいて、第１結像光学系の第２レンズおよびマイクロレンズを移動させることによって、第２結像光学系の大口径かつ高重量のレンズを移動させる場合よりも、レンズ移動部を小さくできる。さらに、第２結像光学系の拡大率に応じて、第１結像光学系の第２レンズ及びマイクロレンズの移動量を小さくでき、移動駆動系を小さくできる。これによって、露光ヘッドを小型化できる。
第６態様の露光ヘッドによると、第１結像光学系の第２レンズおよびマイクロレンズアレイを移動させることによって、第２結像光学系から出力されるパターン光の焦点位置を調節できる。また、第２結像光学系と感光材料の間に、ピント合わせのための構成を配さなくてよいため、第２結像光学系を感光材料に接近させることができる。これらの理由により、パターン露光を良好に行うことができる。
第７態様の露光方法によると、第１結像光学系の第２レンズおよびマイクロレンズアレイを移動させることによって、第２結像光学系から出力されるパターン光の焦点位置を調節できる。また、第２結像光学系と感光材料の間に、ピント合わせのための構成を配さなくてよいため、第２結像光学系を感光材料に接近させることができる。これらの理由により、パターン露光を良好に行うことができる。
実施形態のパターン露光装置１０を示す側面図である。 実施形態のパターン露光装置１０を示す平面図である。 実施形態の露光ユニット８００に係る構成を示す概略斜視図である。 実施形態の露光ヘッド８２に係る構成を示す概略側面図である。 実施形態のパターン露光装置１０に係るバス配線を示すブロック図である。 パターン露光を行っている複数の露光ヘッド８２を示す概略斜視図である。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。
＜１．第１実施形態＞
図１は、実施形態のパターン露光装置１０を示す側面図である。図２は、実施形態のパターン露光装置１０を示す平面図である。
パターン露光装置１０は、レジストなどの感光材料の層が形成された基板Ｗ（感光材料）の上面に、ＣＡＤデータなどに応じて空間変調したパターン光（描画光）を照射して、パターン（例えば、回路パターン）を露光（描画）する装置である、直描型の描画装置である。パターン露光装置１０で処理対象とされる基板Ｗは、例えば、半導体基板、プリント基板、液晶表示装置などに具備されるカラーフィルタ用基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置などに具備されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、磁気ディスク用基板、光ディスク用基板、太陽電池用パネル、などである。以下の説明では、基板Ｗが、長方形状の基板であるものとする。
パターン露光装置１０は、基台１５および支持フレーム１６を備える。支持フレーム１６は基台１５上に設けられており、基台１５をＸ軸方向に横断する門型状に形成されている。
パターン露光装置１０は、ステージ４、ステージ駆動機構５、ステージ位置計測部６、露光部８、および、制御部９を備える。
＜ステージ４＞
ステージ４は、筐体内部に基板Ｗを保持する保持部である。ステージ４は、基台１５上に配置される。ステージ４は、具体的には、例えば、平板状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持する。ステージ４の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されている。ステージ４は、この吸引孔に負圧（吸引圧）を形成することによって、基板Ｗをステージ４の上面に固定保持する。
＜ステージ駆動機構５＞
ステージ駆動機構５は、ステージ４を基台１５に対して移動させる。ステージ駆動機構５は、基台１５上に配置されている。
ステージ駆動機構５は、ステージ４を回転方向（Ｚ軸周りの回転方向（θ軸方向））に回転させる回転機構５１と、回転機構５１を介してステージ４を支持する支持プレート５２と、支持プレート５２を副走査方向（Ｘ軸方向）に移動させる副走査機構５３とを備える。ステージ駆動機構５は、さらに、副走査機構５３を介して支持プレート５２を支持するベースプレート５４と、ベースプレート５４を主走査方向（Ｙ軸方向）に移動させる主走査機構５５とを備える。
回転機構５１は、ステージ４の上面（基板Ｗの載置面）の中心を通り、当該載置面に垂直な回転軸Ａを中心としてステージ４を回転させる。回転機構５１は、例えば、上端が載置面の裏面側に固着され、鉛直軸に沿って延在する回転軸部５１１と、回転軸部５１１の下端に設けられ、回転軸部５１１を回転させる回転駆動部（例えば、回転モータ）５１２とを含む構成とすることができる。この構成においては、回転駆動部５１２が回転軸部５１１を回転させることにより、ステージ４が水平面内で回転軸Ａを中心として回転することになる。
副走査機構５３は、支持プレート５２の下面に取り付けられた移動子とベースプレート５４の上面に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ５３１とを有している。また、ベースプレート５４には、副走査方向に延びる一対のガイド部材５３２が敷設されており、各ガイド部材５３２と支持プレート５２との間には、ガイド部材５３２に摺動しながら当該ガイド部材５３２に沿って移動可能なボールベアリングが設置されている。つまり、支持プレート５２は、当該ボールベアリングを介して一対のガイド部材５３２上に支持される。この構成においてリニアモータ５３１を動作させると、支持プレート５２はガイド部材５３２に案内された状態で副走査方向に沿って滑らかに移動する。
主走査機構５５は、ベースプレート５４の下面に取り付けられた移動子と基台１５上に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ５５１を有している。また、基台１５には、主走査方向に延びる一対のガイド部材５５２が敷設されており、各ガイド部材５５２とベースプレート５４との間には例えばエアベアリングが設置されている。エアベアリングにはユーティリティ設備から常時エアが供給されており、ベースプレート５４は、エアベアリングによってガイド部材５５２上に非接触で浮上支持される。この構成においてリニアモータ５５１を動作させると、ベースプレート５４はガイド部材５５２に案内された状態で主走査方向に沿って摩擦なしで滑らかに移動する。
＜ステージ位置計測部６＞
ステージ位置計測部６は、ステージ４の位置を計測する。ステージ位置計測部６は、具体的には、例えば、ステージ４外からステージ４に向けてレーザ光を出射するとともにその反射光を受光し、当該反射光と出射光との干渉からステージ４の位置（具体的には、主走査方向に沿うＹ位置）を計測する、干渉式のレーザ測長器により構成される。
＜露光部８＞
露光部８は、パターン光を形成して基板Ｗにそのパターン光を照射する光学装置である。露光部８は、複数の露光ユニット８００を備える。露光ユニット８００の構成について、図３および図４を参照しつつ説明する。
図３は、実施形態の露光ユニット８００に係る構成を示す概略斜視図である。図４は、実施形態の露光ヘッド８２に係る構成を示す概略側面図である。なお、図４においては、ミラー８２５が省略されており、空間光変調器８２０、第１結像光学系８２２、マイクロレンズアレイ８２４および第２結像光学系８２６が同一光軸上に並べられている。
露光部８は、図３に示す露光ユニット８００を複数台（ここでは、９台）備える。もっとも、露光ユニット８００の搭載台数が９台であることは必須ではなく、１台であってもよい。露光ユニット８００各々は、支持フレーム１６に支持されている。ここでは、支持フレーム１６は、複数の露光ユニット８００の露光ヘッド８２が、Ｘ軸方向に複数列に並ぶ状態で支持している（図２および図６参照）。
＜光源部８０＞
図３に示すように、光源部８０は、レーザ駆動部からの駆動信号を受けてレーザ光を出力するレーザ発振器を備える。また、光源部８０は、レーザ発振器から出力された光（スポットビーム）を、強度分布が均一な光とする照明光学系を備える。光源部８０から出力された光は、露光ヘッド８２に入力される。なお、１つの光源部からレーザ光を分割して、複数の露光ヘッド８２に入力する構成としてもよい。
＜露光ヘッド８２＞
露光ヘッド８２は、空間光変調器８２０、第１結像光学系８２２、マイクロレンズアレイ８２４、ミラー８２５、第２結像光学系８２６、レンズ移動部８２８および測定器８４を備える。図３に示すように、空間光変調器８２０、第１結像光学系８２２、マイクロレンズアレイ８２４、レンズ移動部８２８は、支持フレーム１６の＋Ｚ側に設けられており、第２結像光学系８２６および測定器８４は、支持フレーム１６の＋Ｙ側に設けられている。
支持フレーム１６の＋Ｚ側および＋Ｙ側に延びる第１の収容ボックス（不図示）に収容されている。なお、光源部８０は、その第１の収容ボックスの＋Ｚ側に固定された第２の収容ボックス８０２に収容されている。光源部８０から−Ｚ方向に出力された光は、ミラー８０４にて反射して、空間光変調器８２０に入射する。
＜空間光変調器８２０＞
空間光変調器８２０は、入射光を空間変調して、パターンの描画に寄与させる必要光と、パターンの描画に寄与させない不要光とを、互いに異なる方向に反射させるデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を備えている。ＤＭＤは、例えば、１９２０×１０８０個のマイクロミラー（変調素子）を、メモリセル上にマトリクス状に配列することによって構成される空間変調素子である。マイクロミラー各々は、１辺が約１０μｍの正方形とされた画素を構成しており、ＤＭＤの全体サイズは、約２０ｍｍ×１０ｍｍである。
制御部９からの制御信号に基づき、メモリセルにデジタル信号が書き込まれると、マイクロミラー各々は、対角線を中心として、所要角度に傾く。これによって、デジタル信号に応じたパターン光が形成される。
＜第１結像光学系８２２＞
第１結像光学系８２２は、第１レンズ１０Ｌを保持する第１鏡筒８２２０および第２レンズ１２Ｌを保持する第２鏡筒８２２２を備える。第１レンズ１０Ｌおよび第２レンズ１２Ｌは、空間光変調器８２０によって形成されたパターン光の光路上に配されている。第１レンズ１０Ｌは、空間光変調器８２０から出力されたパターン光を平行光に整えて第２レンズ１２Ｌに導く。第２レンズ１２Ｌは、像側テレセントリックであり、第１レンズ１０Ｌからのパターン光を、レンズ光軸に平行にマイクロレンズアレイ８２４へ導く。
第１結像光学系８２２は、ここでは、パターン光を、１倍を超える横倍率（約２倍）で結像する拡大光学系とされている。第２レンズ１２Ｌの半径は、第１レンズ１０Ｌの半径よりも大きくなっている。
＜マイクロレンズアレイ８２４＞
マイクロレンズアレイ８２４には、ＤＭＤのマイクロミラーと同数のマイクロレンズを備える。マイクロレンズ各々は、ＤＭＤのマイクロミラー各々に対応するマトリクス状に配列されている。ＤＭＤのマイクロミラー各々で反射した光束は、マイクロレンズアレイ８２４に入射して集光される。その集光スポット各々は、マイクロレンズアレイ８２４のマイクロレンズのピッチで並ぶスポットアレイ８２４ＳＡとなる。スポットアレイ８２４ＳＡの像サイズは、第１結像光学系８２２によって約２倍に拡大されることによって、約４０ｍｍ×２０ｍｍとなる。
ＤＭＤのマイクロミラー各々からの光はマイクロレンズ各々によって集光される。このため、マイクロミラー各々からの光束のスポットサイズは絞られて小さく保たれるので、基板Ｗに投影された像（ＤＭＤ像）の鮮鋭度は高く保たれる。
空間光変調器８２０のＤＭＤ、第１結像光学系８２２の第１レンズ１０Ｌおよび第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４は、Ｙ軸方向に沿って同軸に配置されている。図３に示すように、第１結像光学系８２２を通過したパターン光は、＋Ｙ方向に進んでミラー８２５に入射し、−Ｚ方向に反射する。その反射したパターン光は、第２結像光学系８２６に入力される。
＜第２結像光学系８２６＞
第２結像光学系８２６は、第１レンズ２０Ｌを保持する第１鏡筒８２６０および第２レンズ２２Ｌを保持する第２鏡筒８２６２を備える。第１レンズ２０Ｌおよび第２レンズ２２Ｌは、Ｚ軸方向に所要の間隔をあけて、支持フレーム１６に固定されている。より具体的には、第１鏡筒８２６０および第２鏡筒８２６２は、連結部材によって一体に連結されており、これらの鏡筒間の間隔が一定に維持されている。この連結部材は、第１鏡筒８２６０および第２鏡筒８２６２を収容する筐体であってもよい。
第２結像光学系８２６は、ここでは両側テレセントリックとされている。第２結像光学系８２６の像側をテレセントリックとすることによって、基板Ｗの感光材料の位置がパターン光の光軸方向にずれても、パターン光の像の大きさが一定となるため、精度良く露光できる。また、第２結像光学系８２６の物体側もテレセントリックとすることによって、後述するように第１結像光学系８２２の第２レンズ１２Ｌ及びマイクロレンズアレイ８２４を光軸方向に移動させても、第２結像光学系の像側におけるパターン光の像の大きさ維持したまま露光できる。
第２結像光学系８２６の第２レンズ２２Ｌは、ここでは、１倍を超える横倍率（約３倍）で拡大して結像する拡大光学系とされている。第２レンズ２２Ｌの半径は、第１レンズ２０Ｌの半径よりも大きくなっている。スポットアレイ８２４ＳＡは、第２結像光学系８２６によって約３倍に拡大されることによって、約１２０ｍ×６０ｍｍの大きさとなって、基板Ｗの感光材料面に投影される。
空間光変調器８２０のＤＭＤによって形成されたパターン光は、第１結像光学系８２２、マイクロレンズアレイ８２４、および、第２結像光学系８２６を介して、基板Ｗに投影される。ＤＭＤによって形成されるパターン光は、主走査機構５５によるステージ４の移動に伴って、主走査機構５５のエンコーダー信号を元に作られるリセットパルスによって連続的に変更される。これによって、パターン光が基板Ｗの感光材料面上に照射され、ストライプ状の像が形成される（図６参照）。
＜レンズ移動部８２８＞
レンズ移動部８２８は、移動プレート８２８０、一対のガイドレール８２８２、および、移動駆動部８２８４を備える。
移動プレート８２８０は、矩形の板状に形成された部材であり、支持フレーム１６上に取付けられている。移動プレート８２８０の上面には、第２鏡筒８２２２およびマイクロレンズアレイ８２４が、Ｙ軸方向に所要の間隔をあけた状態で固定されている。一対のガイドレール８２８２は、支持フレーム１６に設けられており、Ｙ軸方向に平行に延びる移動プレート８２８０は、移動駆動部８２８４からの駆動力を受けて、一対のガイドレール８２８２に案内されつつ、Ｙ軸方向に沿って移動する。これによって、第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４を、第１レンズ１０Ｌに接近する方向（−Ｙ方向）および離隔する方向（＋Ｙ方向）に移動させる。移動駆動部８２８４は、リニアモータ式又はボールネジ式の駆動部などで構成されており、制御部９からの制御信号を受けて、移動プレート８２８０を移動させる。
＜測定器８４＞
図３に示すように、第２鏡筒８２６２の下端部には、測定器８４が設けられている。測定器８４は、露光ヘッド８２および基板Ｗの表面（感光材料面）の間の離間距離を測定する。測定器８４は、レーザ光を基板Ｗに照射する照射器８４０と、基板Ｗで反射したレーザ光を受光する受光器８４２とを備える。照射器８４０は、基板Ｗの表面に対する法線方向（ここでは、Ｚ軸方向）に対して所定の角度だけ傾斜した軸に沿って、基板Ｗの上面にレーザ光をスポット状に照射する。受光器８４２は、例えばＺ軸方向に延びるラインセンサーで構成されており、そのラインセンサー上における上記レーザ光の入射位置を検出する。これによって、露光ヘッド８２と基板Ｗの感光材料面との間の離間距離が測定される。
測定器８４によって検出された離間距離は、制御部９に送られる。制御部９のフォーカス制御部９０２は、その離間距離に応じて、露光ヘッド８２が出力するパターン光の結像位置（ピント位置）を調整する。すなわち、フォーカス制御部９０２が、レンズ移動部８２８に制御信号を出力して移動プレート８２８０を移動させることによって、第２鏡筒８２２２の第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４をＹ軸方向に沿って移動させる。
基板Ｗの感光材料面における測定器８４の位置は、第２結像光学系８２６から出力されるパターン光が照射される位置に近接した位置とされている。このため、露光する直前もしくはほぼ同時に基板Ｗの感光材料面の高さの変動を測定し、その測定結果に基づいて、パターン光のピント合わせが行われる。
なお、測定器８４を第２結像光学系８２６の第２鏡筒８２６２に設けることは必須ではない。例えば、測定器８４を第２結像光学系８２６から離れた位置に設けてもよく、あるいは、支持フレーム１６に設けてもよい。この場合、基板Ｗの感光材料面の各部分の高さを露光前に測定しておき、各部分ごとに露光ヘッド８２が露光するタイミングでフォーカス制御部９０２がピント合わせを行うとよい。
＜制御部９＞
図５は、実施形態のパターン露光装置１０に係るバス配線を示すブロック図である。制御部９は、演算回路として機能するＣＰＵ９０、読み取り専用のＲＯＭ９２、ＣＰＵ９０の一時的なワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ９４、および、不揮発性の記録媒体である記憶部９６を備える。
制御部９は、回転機構５１、副走査機構５３、主走査機構５５、光源部８０（詳細には光源ドライバ）、空間光変調器８２０、レンズ移動部８２８、および、測定器８４といったパターン露光装置１０の構成要素各々とバス配線、ネットワーク回線又はシリアル通信回線などによって接続されており、これらの構成要素各々の動作を制御する。
ＣＰＵ９０は、ＲＯＭ９２内に格納されているプログラム９２０を読み取りつつ実行することにより、ＲＡＭ９４または記憶部９６に保存されている各種データについての演算を行う。制御部９は、一般的なコンピュータとしての構成を備えている。描画制御部９００およびフォーカス制御部９０２は、ＣＰＵ９０がプログラム９２０に従って動作することにより実現される機能である。ただし、これらの要素の一部または全部は、論理回路などによって実現されてもよい。これらの要素の動作内容の詳細については、後述する。
記憶部９６は、基板Ｗ上に描画すべきパターンを示すパターンデータ９６０を記憶する。パターンデータ９６０は、例えば、ＣＡＤソフトなどによって作成されたベクトル形式のデータを、ラスター形式のデータに展開した画像データである。制御部９は、このパターンデータ９６０に基づき、空間光変調器８２０（ＤＭＤ）を制御することによって、露光ヘッド８２から出力する光ビームを変調する。なお、パターン露光装置１０においては、主走査機構５５のリニアモータ５５１から送られてくるリニアスケール信号に基づいて、変調のリセットパルスが生成される。このリセットパルスに基づいて動作する空間光変調器８２０（ＤＭＤ）によって、基板Ｗの位置に応じて変調されたパターン光が、露光ヘッド８２各々から出力される。
なお、本実施形態では、パターンデータ９６０は、単一の画像（基板Ｗの全面に形成すべきパターンを示す画像）としてもよいが、例えば、その単一の画像を示すパターンデータ９６０から、露光ヘッド８２各々が描画を担当する部分の画像を、露光ヘッド８２ごとに個別に生成してもよい。
制御部９には、表示部９８０および操作部９８２が接続されている。表示部９８０は、一般的なＣＲＴモニタや液晶ディスプレイなどで構成され、各種データを示す画像を表示する。また、操作部９８２は、各種ボタンやキー、マウス、タッチパネルなどで構成され、オペレータがパターン露光装置１０に各種指令を入力する際に操作される。なお、操作部９８２がタッチパネルを含む場合、操作部９８２が表示部９８０の機能の一部または全部を備えていてもよい。
図６は、パターン露光を行っている複数の露光ヘッド８２を示す概略斜視図である。図６に示すように、露光ヘッド８２各々は、複数の列（ここでは、２列）に沿って直線状に並べられている。２列目の露光ヘッド８２各々は、１列目における隣接する２つの露光ヘッド８２，８２の間の各々に配置されている。このため、複数の露光ヘッド８２は、千鳥状に並べられている。
露光ヘッド８２各々の露光エリア８２Ｒは、主走査方向（Ｙ軸方向）を短辺とする矩形状としている。ステージ４がＹ軸方向への移動に伴って、基板Ｗの感光材料には、露光ヘッド８２ごとについて、帯状の被露光領域８Ｒが形成される。帯状の被露光領域８ＲがＸ軸方向に隙間なく並ぶように、露光ヘッド８２各々がずらして配列されている。
なお、複数の露光ヘッド８２の配列構成は、図６に示されるものに限定されない。例えば、隣接する被露光領域８Ｒ間に、露光エリア８２Ｒの長辺の自然数倍の隙間ができるように、露光ヘッド８２を配列してもよい。この場合、Ｙ軸方向の主走査を、Ｘ軸方向に露光エリア８２Ｒの長辺の長さ分ずらしながら複数回行うことによって、基板Ｗの感光材料に複数の帯状の被露光領域８Ｒを隙間なく形成できる。
＜ピント合わせ＞
図６に示す露光工程の間、露光ヘッド８２ごとに、測定器８４によって測定される基板Ｗの位置に応じて、ピント合わせが行われる。具体的には、露光ヘッド８２から出力されるパターン光のピント位置ＦＬ１を、基板Ｗの感光材料面のＺ軸方向の位置に合わせるように、レンズ移動部８２８が移動プレート８２８０を移動させる。
例えば、レンズ移動部８２８が、移動プレート８２８０を＋Ｙ方向へｐだけ移動させたと仮定する。この場合、第１結像光学系８２２の第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４が＋Ｙ方向にｐだけ移動することによって、スポットアレイ８２４ＳＡも＋Ｙ方向にｐだけ移動する（図４参照）。第２結像光学系８２６の横倍率をｎとすると、縦倍率は横倍率の二乗（ｎ２）となる。このため、第２結像光学系８２６のピント位置ＦＬ１は−Ｚ方向にｐｎ２だけ移動する。
具体的に、パターン光のピント位置と、基板Ｗの感光材料面との距離が１００μｍずれていた場合、第２結像光学系８２６の横倍率が３倍であると、縦倍率が９倍となるため、第２結像光学系の物体面を約１１μｍ（＝１００／９）動かすとよい。この物体面はマイクロレンズアレイ８２４のスポットアレイ８２４ＳＡの面に相当するため、このスポットアレイ８２４ＳＡの面をピント方向に動かせばよい。そのため、レンズ移動部８２８によって第１結像光学系８２２の第２鏡筒８２２２およびマイクロレンズアレイ８２４をピント方向に、約１１μｍだけ移動させるとよい。
第２鏡筒８２２２およびマイクロレンズアレイ８２４を一体的に移動させる場合、第１結像光学系８２２がマイクロレンズアレイ８２４へ投影するＤＭＤ像のピント位置がマイクロレンズアレイ８２４の表面に一致した状態を維持できる。このため、スポットアレイ８２４ＳＡのスポット各々の集光状態を維持したまま、スポットアレイ８２４ＳＡをピント方向に移動させることができる。
ここで、第２結像光学系８２６の第２レンズ２２Ｌを移動させることによっても、ピント位置ＦＬ１を変更することができる。しかしながら、第２結像光学系８２６の第２レンズ２２Ｌを移動させる場合は、ピント合わせのために１００μｍ移動させる必要がある。これに対して、第１結像光学系８２２の第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４を移動させる場合には、ピントずれ量を第２結像光学系８２６の縦倍率で除した大きさの移動量で済む。このため、レンズ移動部８２８を小さくでき、かつ、ピント合わせを高速に実行することが可能となる。
また、第２結像光学系８２６の横倍率が２〜３倍の場合、第１結像光学系８２２の第２レンズ１２Ｌの直径は、第２結像光学系８２６の第２レンズ２２Ｌの直径の１／２〜１／３倍である。また、第２レンズ１２Ｌの重量は、第２レンズ２２Ｌの１／４〜１／９程度とすることができる。このため、大型の移動機構が必要となってしまう第２鏡筒８２６２を移動させる方式と比べて、第２鏡筒８２２２を移動させるレンズ移動部８２８で構成する方式を採用するほうが露光ヘッド８２を小型化できる。したがって、複数の露光ヘッド８２を並べた状態で保持することが容易となる。
第１結像光学系８２２の拡大率は、可能な限り小さいことが望ましい。これによって、第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４を小さくすることができる。したがって、第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４の総重量を小さくできるため、レンズ移動部８２８を小さくすることができる。これによって、露光ヘッド８２の大きさを小さくすることができるため、露光ヘッド８２を並べた状態で支持することが容易となる。また、第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４の総重量を小さくすることができるため、移動プレート８２８０を容易に精度よく移動させることができる。
一方、第２結像光学系８２６の拡大率は、第１結像光学系８２２の拡大率よりも大きく、かつ可能な限り大きいことが望ましい。これによって、露光のスループットを向上させることができる。
＜２．変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなもの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、上記実施形態では、レンズ移動部８２８は、移動プレート８２８０によって、第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４を一体的に移動させている。しかしながら、第２レンズ１２Ｌおよびマイクロレンズアレイ８２４各々を、独立に移動させるように、レンズ移動部８２８を構成としてもよい。
上記実施形態では、第１結像光学系８２２および第２結像光学系８２６が、拡大光学系とされているが、これは必須ではない。例えば、第１結像光学系８２２および第２結像光学系８２６のどちらか一方のみが拡大光学系とされてもよい。
上記実施形態では、空間光変調器８２０がＤＭＤを備えているが、これは必須ではない。例えば、ＤＭＤの代わりに、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）を採用してもよい。ＧＬＶは、光回折素子であるマイクロリボンを一列に配列したマイクロリボンアレイを備えている。マイクロリボンアレイに光を照射しつつ、マイクロリボン各々の高さを制御することによって、明暗を有する帯状のパターン光が形成される。このようなＧＬＶを採用した場合においても、本発明は有効である。
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
１０ パターン露光装置
１０Ｌ 第１レンズ
１２Ｌ 第２レンズ
１６ 支持フレーム（露光ヘッド支持部）
２０Ｌ 第１レンズ
２１ 基材保持プレート
４ ステージ（保持部）
５ ステージ駆動機構
８ 露光部
８００ 露光ユニット
８０ 光源部
８２ 露光ヘッド
８２Ｒ 露光エリア
８２０ 空間光変調器
８２２ 第１結像光学系
８２２０ 第１鏡筒
８２２２ 第２鏡筒
８２４ マイクロレンズアレイ
８２４ＳＡ スポットアレイ
８２５ ミラー
８２６ 第２結像光学系
８２６０ 第１鏡筒
８２６２ 第２鏡筒
８２８ レンズ移動部
８２８０ 移動プレート
８２８２ ガイドレール
８２８４ 移動駆動部
８４ 測定器
８Ｒ 被露光領域
２２Ｌ 第２レンズ
５１ 回転機構
５２ 支持プレート
５３ 副走査機構
５４ ベースプレート
５５ 主走査機構
９ 制御部
９０２ フォーカス制御部
ＦＬ１ ピント位置（焦点位置）
Ｗ 基板

Claims (7)

  1. パターン露光装置であって、
    感光材料を保持する保持部と、
    前記感光材料に向けてパターン光を出力する露光ヘッドと、
    前記保持部に保持された前記感光材料の位置を測定する測定部と、
    前記感光材料の位置に応じて、前記パターン光の結像位置を調節するフォーカス制御部と、
    を備え、
    前記露光ヘッドは、
    光源から出力された光を空間光変調してパターン光を形成する複数の変調素子を有する空間光変調器と、
    前記空間光変調器から出力されたパターン光の光路に配された第１レンズおよび第２レンズを有し、前記第２レンズが像側テレセントリックである第１結像光学系と、
    前記第１結像光学系の前記第２レンズを通過した前記パターン光を集光する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
    前記マイクロレンズアレイを通過した前記パターン光の光路に配されており、前記パターン光を結像する第２結像光学系と、
    前記第２レンズおよび前記マイクロレンズアレイを前記第１レンズに対して接近又は離隔する方向に移動させるレンズ移動部と、
    を有し、
    前記フォーカス制御部は、前記レンズ移動部の動作を制御することによって、前記パターン光の前記結像位置を調節する、パターン露光装置。
  2. 請求項１のパターン露光装置であって、
    前記第２結像光学系が、両側テレセントリックである、パターン露光装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載のパターン露光装置であって、
    前記第１結像光学系が、１倍を超える横倍率で結像する拡大光学系である、パターン露光装置。
  4. 請求項３のパターン露光装置であって、
    複数の前記露光ヘッドを並んだ状態で支持する露光ヘッド支持部、
    をさらに備える、パターン露光装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか１項のパターン露光装置であって、
    前記第２結像光学系が、第１結像光学系の横倍率よりも大きい横倍率で結像する拡大光学系である、パターン露光装置。
  6. パターン光を出力する露光ヘッドであって、
    光源から出力された光を空間光変調してパターン光を形成する複数の変調素子を有する空間光変調器と、
    前記空間光変調器から出力されたパターン光の光路に配された第１レンズおよび第２レンズを有し、前記第２レンズが像側テレセントリックである第１結像光学系と、
    前記第１結像光学系の前記第２レンズを通過した前記パターン光を集光する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
    前記マイクロレンズアレイを通過した前記パターン光の光路に配されており、前記パターン光を結像する両側テレセントリックの第２結像光学系と、
    前記第２レンズおよび前記マイクロレンズアレイを前記第１レンズに対して接近又は離隔する方向に移動させるレンズ移動部と、
    を備える、露光ヘッド。
  7. パターン露光方法であって、
    (a) 感光材料を保持する工程と、
    (b) 前記感光材料に向けてパターン光を出力する工程と、
    (c) 前記感光材料の位置を測定する工程と、
    (d) 前記(c)工程にて測定された前記感光材料の位置に応じて、前記(b)工程における前記パターン光の結像位置を調節する工程と、
    を含み、
    前記(b)工程は、
    (b-1) 光源から出力された光を複数の変調素子によって空間変調して前記パターン光を形成する工程と、
    (b-2) 前記パターン光の光路に配された第１レンズおよび第２レンズを含み、前記第２レンズが像側テレセントリックである第１結像光学系によって、前記パターン光を結像する工程と、
    (b-3) 前記(b-1)工程にて前記第１結像光学系の前記第２レンズから出力された前記パターン光を複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイによって集光する工程と、
    (b-4) 前記(b-3)工程にて前記マイクロレンズアレイを通過した前記パターン光を第２結像光学系によって結像する工程と、
    を含み、
    前記(d)工程は、
    (d-1) 前記第２レンズおよび前記マイクロレンズアレイを、前記第１レンズに対して接近および離隔する方向に移動させる工程を含む、パターン露光方法。
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