JP2024035753A - デジタル露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空間光変調器を使用したデジタル露光装置において、高分解能化と生産性向上を両立させる。【解決手段】 第一第二の空間光変調器２１，２２が形成したパターンの光が照射される露光作業エリアＥを通して基板Ｗが移動する。第一の空間光変調器２１と第二の空間光変調器２２の各画素は、変調器制御系８によりオンオフ周期を単位としてオンオフが切り替えられ、第一の空間光変調器２１と第二の空間光変調器２２とはオンオフ周期の周期長が一致し位相がずれた状態とされる。第一の照射系３１は、パルス光の周期が第一の空間光変調器２１のオンオフ周期に一致しパルス幅がオンオフ周期のオンの時間帯の半分であるパルス光を第一の空間光変調器２１に照射し、第二の照射系３２は、パルス光の周期が第二の空間光変調器２２のオンオフ周期に一致しパルス幅がオンオフ周期のオンの時間帯の半分であるパルス光を第二の空間光変調器２２に照射する。【選択図】 図３

Description

この出願の発明は、空間的に変調された光を基板に照射して基板において所望のパターンの露光済み領域を得るデジタル露光装置に関するものである。

フォトリソグラフィ工程等で用いられる露光装置として、デジタル露光装置が知られている。デジタル露光装置は、マスクレスの露光装置であり、ＤＭＤ(Digital Mirror Device）のような空間光変調器により光を空間的に変調することでマスクなしで直接パターンを描いて露光する装置である。尚、デジタル露光装置は、マスクレス露光装置、直描式露光装置等の名称で呼ばれることもあるが、この明細書では、デジタル露光装置の名称を採用する。
デジタル露光装置は、照射される光のパターンを必要に応じて適宜変更することが極めて容易で、多品種少量生産に適している。このため、各種製品の回路基板製作用や各種微細部品の製作用（ＭＥＭＳ）等に盛んに使用されている。露光の対象物は、多くの場合、板状（基板）であるが、板状でない場合もある。

特開２００４－２８４２３６号公報 特開平６－２２０３１３号公報

デジタル露光装置は、空間光変調器により形成した光のパターンの照射エリア（以下、露光作業エリアという。）を通して基板を移動させながら露光を行う方式の装置であるため、マスクを使用する投影露光装置等に比べるとスループットが悪く、生産性が低いという欠点がある。このため、生産性を高くすることが継続的に要求されている。

その一方、製品の高機能化、多機能化を背景として、デジタル露光装置においても露光の高分解能化の要請が顕著となってきている。しなしながら、発明者の検討によると、高分解能化の要請と生産性向上の要請とはトレードオフの関係にあり、両立させることが難しい。以下、この点について図１１～図１３を参照して説明する。図１１は、デジタル露光装置における露光作業エリアについて示した斜視概略図、図１２は空間光変調器の一例としてのＤＭＤにおけるオンオフ周期について示した概略図、図１３は高分解能化と生産性向上のトレードオフ的な関係について示した概略図である。

デジタル露光装置は、通常、光源及び空間光変調器を収容した露光ヘッド１を複数備えている。１個の露光ヘッド１の下方の領域が露光作業エリアであり、図１１において方形の線Ｅで示されている。
露光は、空間光変調器が形成する光のパターンが露光作業エリアＥに照射され、そこを基板が通過することで行われる。空間光変調器は、多数の微小な画素のオンオフにより光を空間的に変調する素子であり、例えばＤＭＤであれば、多数の微細なミラーが画素である。液晶表示素子を空間光変調器として使用する場合、各セルが画素となる。

露光作業エリアＥには、オン状態である各画素により光照射される。したがって、露光作業エリアＥに照射される光のパターンは、図１１中に拡大して示すように、多数の小さな照射パターン（以下、微小パターンという。）Ｍの集まりである。図１１に示すように、オフ状態の画素が対応する位置には微小パターンＭは照射されない。理解のため、オン状態であれば微小パターンＭの照射がされるであろう領域を白丸（ハッチング無し）で示す。基板Ｗが移動していく際に、各画素のオン状態とオフ状態とを適宜切り替えることで、所望の微細パターンＭの集まりがその時々に露光作業エリアＥに形成され、現像後に所望のパターンを基板Ｗ上に得ることができる。以下、その時々での微小パターンＭの集まりを瞬時パターンという。

図１１に示すように、各微小パターンＭは、互いに離間してはいるものの、Ｘ方向に基板Ｗが移動していくと隙間無く露光される配置となっている。即ち、Ｘ方向に垂直な水平方向（以下、Ｙ方向という。）における各微小パターンＭの列は、隣りのＹ方向の列に対してずれて配置されており、いわゆる千鳥状配置となっている。そして、各微小パターンＭのＹ方向での配置間隔Ｌは、各微小パターンＭの直径φより小さくなっている。このため、基板がＸ方向に移動して各微小パターンＭにより露光が行われると、隙間無く露光がされることになる。尚、「隙間無く露光」とは、オン状態の画素により隙間無くという意味である。

各画素のオンオフの切り替えは、所定の周期を単位として行われる。以下、この周期をオンオフ周期と呼ぶ。オンオフ周期について、図１２を参照して説明する。
空間光変調器は、上述したように、露光作業エリアに光照射する状態であるオン状態と光照射しない状態であるオフ状態と取り得る多数の画素を有して光を空間的に変調する素子である。この場合、オンオフの切り替えについては、素子の性能上、可能な範囲で最も短いオン状態の時間長と、可能な範囲で最も短いオフ状態の短い時間長とが存在する。これらを加えた時間長は、最も短い時間でオンオフであり、この時間以上の時間を単位としてオンオフの制御が行われる。

ＤＭＤを例にして説明すると、図１２（１）に示すように、ＤＭＤ１００の各画素ミラー１０は、オン状態では露光作業エリアに光が向かう姿勢となり、オフ状態では露光作業エリアに光が向かわない姿勢となる。この場合、オン状態とする制御信号が入力されてもすぐにオン状態の姿勢が取れる訳ではなく、短い時間ではあるものの、ある程度の時間を要してオン状態となる。即ち、光が完全に露光作業エリアに向かう状態となる。また、オン状態を取っている際にオフ状態とする制御信号が入力されてもすぐにオフ状態の姿勢が取れる訳ではなく、短い時間ではあるものの、ある程度の時間を要してオフ状態となる。

仮に、可能な範囲で最も短い時間幅でオンオフを交互に繰り返すようＤＭＤに制御信号を送った場合、画素ミラー１０の姿勢は、概念的には、図１２（２）に示すように切り替えられる。即ち、角度θの姿勢を取って光が完全に露光作業エリアに向かう状態と完全オンとし、角度０度の姿勢を取って光が完全に露光作業エリアに向かわない状態と完全オフとした場合、画素ミラー１０は、ほぼ三角波状に完全オンと完全オフとを交互に繰り返す。この場合、三角波におけるある時間領域が実質的にオン（光が露光作業エリアに向かう状態）であり、それ以外の時間領域が実質的にオフ（光が露光作業エリアに向かわない状態）である。したがって、オンとオフとを切り分けると、図１２（３）に破線で示すような矩形波状となる。一つのオンとオフの周期においてオンの時間とオフの時間とは同じ長さである。尚、完全オンの姿勢（角度θ）となってからすぐに角度を変える動作に移れず、また完全オフの姿勢（角度０度）からすぐに角度を変える動作に移れない場合もある。この場合には、三角波の山と底には少し平坦な時間帯が存在することになり、オンとオフの時間はその分だけ長くなる。

このような最小単位のオンオフの周期（最も短いオンの時間と最も短いオフの時間とを加えた長さ）は、ＤＭＤにおいてパターンレートと呼ばれる。パターンレートは、ＤＭＤのグレードや用途等によって変わるが、概ね４０００Ｈｚ～９０００Ｈｚ程度であり、周期はその逆数である。このような空間光変調器の各画素のオンオフの最小単位を、この明細書においてはオンオフ周期と呼ぶ。
尚、オンオフ周期は、パターンレートの逆数より短くなることはないが、パターンレートの逆数より長くすることはあり得る。パターンレートの逆数は、ＤＭＤの性能を示すもので、最も短い時間でオンオフを行った場合の周期であるが、限界性能でＤＭＤを使用せず、それより低いレート（長い周期）で使用する場合もあり、その場合にはその低いレートの逆数がオンオフ周期である。

また、透過型の空間光変調器として液晶表示素子を転用したものも知られているが、液晶表示素子においても、上記のようなオンオフ周期が存在する。液晶の配列構造の切り替えには最小限の時間を要し、この時間のため、同様に、オンオフ周期として把握される切り替えの最小時間単位が存在する。

このようなデジタル露光装置において、生産性の向上は露光時間の短縮を意味し、それはステージを速く移動させることに他ならない。しかしながら、ステージを高速移動させただけでは露光処理の高速化は実現できず、空間光変調器もステージの高速化に合わせて高速でオンオフさせる必要がある。
しかしながら、ＤＭＤのような空間光変調器において、パターンレートの向上には限界があり、ステージの高速化に追いついていくことは現実には難しい。ステージの移動については、より高出力のモータ等を使用することで実現はできるが、空間光変調器についてはパターンレートの限界があり、分解能の低下を招くことなく高速化させることは困難である。

上記の点を、図１３を参照してより具体的に説明する。説明を簡単にするため、露光により基板Ｗ上に二本の直線状のパターンの露光済み領域を得る場合を例にする。基板Ｗには、設計上の点として、要露光点が設定される。要露光点はＡ_１、Ａ_２，Ａ_３，・・・であり、Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・である。図１３（１）に示すように、Ａ_１、Ａ_２，Ａ_３，・・・は一直線上に並んでおり、Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・も一直線上に並んでいる。説明を簡単にするため、Ａ_１、Ａ_２，Ａ_３，・・・、Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・ともに、ステージ（基板Ｗ）の移動方向に対して垂直な方向に並んでいるとする。以下、基板Ｗの移動方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な水平方向をＹ方向とする。基板Ｗは水平な姿勢である。

一方、露光作業エリアＥには、上述したように微小パターンの集まりより成る瞬時パターンの光が照射される。図１３（１）には、各微小パターンの光が照射され得る領域形状（以下、微小パターン領域という。）が白抜きの円形パターンで示されている。対応する画素がオンにされると、この円形の微小パターン領域の形状で光が照射される。
要露光点Ａ_１、Ａ_２，Ａ_３，・・・，Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・が設定されている基板Ｗが移動して露光作業エリアＥを通過する際、適切なタイミングで空間光変調器の各画素をオンオフさせると、図１３（２）に示すような露光済み領域のパターンが各要露光点Ａ_１、Ａ_２，Ａ_３，・・・、Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・を通して得られる。各微小パターンＭは円形であるものの、基板Ｗが移動しながら照射されるので、１個の微小パターンＭで露光される領域は、Ｘ方向に少し長いほぼ楕円形（二つの半円とその間の方形とから成る形状）となり、露光済み領域はほぼ楕円形のパターンをＹ方向の直線上に連ねたパターンとなる。

図１３（２）に示す露光済み領域のパターンは、空間光変調器の各画素オンオフの切り替え時間を最も短い時間とした場合の例である。つまり、例えば要露光点Ａ_１が微小パターン領域ｍ_１の照射位置に達したタイミングで当該領域に対応する画素を最も短い時間長でオンにした場合のパターンである。他の要露光点についても同様である。尚、「最も短い時間」とは、前述したオンオフ周期の１単位におけるオン時間である。

図１３（２）に示すような露光済み領域のパターンが得られると、現像後のパターンは、概略的には、図１３（３）に示すような直線状の線状パターン（例えば配線パターン）となる。基板Ｗ上に形成された感光層の感度や露光量（微小パターンの照度、同一箇所への照射回数）等を適宜選定することで、図１３（３）のようなパターンが得られる。
尚、説明の都合上、要露光点Ａ_１、Ａ_２，Ａ_３，・・・を通して形成される線状パターンＬ_Ａと、要露光点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・を通して形成される線状パターンＬ_Ｂとの間隔は、可能な範囲で最も狭い間隔であるとする。即ち、線状パターンＬ_Ａ，Ｌ_Ｂの間隔は、オンオフ周期の１単位におけるオフ時間に対応している。

同様の例で、生産性向上のためにステージの移動速度を速くした場合にどうなるかが、図１３（２’）に示されている。各画素のオン時間は可能な範囲の最も短い時間となっており、それ以上は短くできない。つまり、各画素のオン時間は変わらない状態で、基板Ｗの移動速度のみが速くなった状態である。この状態では、図１３（２’）に示すように、各微小パターンによる露光済み領域の形状はＸ方向（ステージの移動方向）に長いほぼ楕円状にならざるを得ない。この結果、図１３（３’）に示すように、現像後の線状パターンＬ_Ａ，Ｌ_Ｂの線幅は太くなってしまう（線膨れ）。
また、各画素がオンからオフになった後に再びオンになるまでの時間は最短時間で変わらずに基板Ｗの移動速度のみが速くなっているから、線状パターン線状パターンＬ_Ａ，Ｌ_Ｂの間隔は長くなってしまう（間延び）。つまり、狭い領域に微細な線を集積していくことができなくなる。

このように、空間光変調器のパターンレートに限界がある現状では、ステージの移動速度を速くして生産性向上を図ろうとすると、線膨れや間延びが生じ、分解能が低下してしまう。言い換えれば、分解能を低下させずに生産性向上を達成することはできず、両者はトレードオフの関係になっている。このような事情は、液晶表示素子を空間光変調器として使用する場合も、程度の差こそあれ、同様である。

このような問題を解決するため、特許文献１では、空間光変調器のパターンレートにおけるオン時間よりも短い時間で点灯するパルス光源を採用することが提案されている。また、特許文献２では、二つの空間光変調器を採用し、一方にｐ偏光の光を照射して変調させ、他方にｓ偏光の光を照射して偏光させながら、各空間変調された光を基板上でずらして照射することが提案されている。
しかしながら、特許文献１の構成では、「線膨れ」は解消するものの、空間光変調器のパターンレートの限界が存在するために「間延び」は解消できない。また、特許文献２の構成では、二つの空間的に変調された光のパターンを空間的にずらして基板に照射することを必須とするため、マイクロレンズアレイ（以下、ＭＬＡと略称する。）を使用することができない。

本願の発明は、これら従来技術の課題を解決するために為されたものであり、空間光変調器を使用したデジタル露光装置において、高分解能化と生産性向上を両立させることを目的とし、且つその際に「線膨れ」のみならず「間延び」も解決できるようにし、さらに二つの空間的に変調された光のパターンを空間的にずらして基板に照射する必要のない解決手段を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、この明細書において開示された発明に係るデジタル露光装置は、空間的に変調された光を基板に照射して基板において所望のパターンの露光済み領域を得るデジタル露光装置であって、
基板が載置されるステージと、
ステージを移動させ、空間光変調器が形成したパターンの光が照射されるエリアである露光作業エリアを基板が通過するようにするステージ移動機構と、
第一の空間光変調器と、
第二の空間光変調器と、
を備えている。
各空間光変調器は、露光作業エリアに光照射する状態であるオン状態と光照射しない状態であるオフ状態と取り得る多数の画素を有し、最も短いオン状態の時間長と最も短いオフ状態の短い時間長とを加えた時間長であるオンオフ周期を単位としてオン状態とオフ状態とを切り替えることが可能な変調器である。
このデジタル露光装置は、さらに、
各空間光変調器を制御する変調器制御系と、
第一の空間光変調器に対してパルス光を照射する第一の照射系と、
第二の空間光変調器に対してパルス光を照射する第二の照射系と
備えている。
変調器制御系は、所望のパターンの露光済み領域を得るべく設定されたシーケンスに従って第一の空間光変調器の各画素をオンオフ周期を単位としてオンオフさせ、所望のパターンの露光済み領域を得るべく設定されたシーケンスに従って第二の空間光変調器の各画素をオンオフ周期を単位としてオンオフさせる制御を行う系であって、第一の空間光変調器の各画素についてのオンオフ周期と第二の空間光変調器の各画素についてのオンオフ周期の周期長が一致し且つ位相がずれた状態となるように制御する系である。
第一の照射系は、パルス光の周期が第一の空間光変調器におけるオンオフ周期に一致し且つパルス幅が第一の空間光変調器のオンオフ周期におけるオンの時間帯の半分以下になるようにパルス光を照射する系である。
第二の照射系は、パルス光の周期が第二の空間光変調器におけるオンオフ周期に一致し且つパルス幅が第二の空間光変調器のオンオフ周期におけるオンの時間帯の半分以下になるようにパルス光を照射する系である。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係るデジタル露光装置は、
変調器制御系が、第一の空間光変調器におけるオンオフの周期と第二の空間光変調器におけるオンオフの周期とが互いに半周期ずれた状態とする系であり、
第一の照射系は第一の空間光変調器のオンオフ周期における前半の半周期のオンの時間帯においてパルス光を第一の空間光変調器に照射する系であって第二の照射系は第二の空間光変調器のオンオフ周期の前半の半周期のオンの時間帯においてパルス光を第二の空間光変調器に照射する系であるか、又は第一の照射系は第一の空間光変調器のオンオフ周期における後半の半周期のオンの時間帯においてパルス光を第一の空間光変調器に照射する系であって第二の照射系は第二の空間光変調器のオンオフ周期における後半の半周期のオンの時間帯においてパルス光を第二の空間光変調器に照射する系である
という構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係るデジタル露光装置において、第一の空間光変調器及び第二の空間光変調器は、第一の空間光変調器のオン状態のある画素からの光によるパターンと第二の空間光変調器のオン状態のある画素からの光にあるパターンとが露光作業エリアにおいて同じ位置に照射されるよう配置され得る。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係るデジタル露光装置は、第一の空間光変調器の各画素の像を露光作業エリアに投影するとともに第二の空間光変調器の各画素の像を露光作業エリアに投影するマイクロレンズアレイを備え得る。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係るデジタル露光装置において、第一の空間光変調器及び第二の空間光変調器は、第一の空間光変調器のオン状態のある画素からの光によるパターンと第二の空間光変調器のオン状態のある画素からの光にあるパターンとが露光作業エリアにおいてずれた位置に照射されるよう配置され得る。

以下に説明する通り、開示された発明に係るデジタル露光装置によれば、二つの空間光変調器が搭載され、各空間光変調器におけるオンオフ周期を同一の長さであって位相がずれた状態とする変調器制御系を備えており、それぞれの空間光変調器に光照射する照射系は、照射対象の空間光変調器のオンオフ周期に同期したパルス周期であって且つオンオフ周期におけるオン時間の半分以下のパルス幅のパルス光を照射するので、時間的に細密化させたシーケンスで微小パターンの照射が可能である。このため、ステージの移動速度を速くして生産性を向上させても露光の分解能が低下することはなく、逆にステージの移動速度をそのままとした場合には高分解能の露光を実現することができる。
また、第一の空間光変調器におけるオンオフ周期と第二の空間光変調器におけるオンオフ周期のずれが半周期分であり、パルス光がともに周期の前半において照射されるか又は後半において照射される構成であると、制御系全体としてシンプルになるという効果が得られる。
また、第一の空間光変調器のオン状態のある画素からの光によるパターンと第二の空間光変調器のオン状態のある画素からの光にあるパターンとが露光作業エリアにおいて同じ位置に照射される構成であると、共通の投影光学系中にマイクロレンズアレイを使用することができるので、各画素による微小パターンの間隔の調整から独立して各微小パターンの大きさの調整を行うことができる。このため、所望の大きさの微小パターンの投影による露光が容易に行える。この場合にも、共通の投影光学系とすることができるので、全体の構造が大掛かりにならない。
また、第一の空間光変調器のオン状態のある画素からの光によるパターンと第二の空間光変調器のオン状態のある画素からの光にあるパターンとが露光作業エリアにおいてずれた位置に照射される構成であると、ステージの移動速度の増加を少なくして駆動源の負荷を抑えたり、線幅をより細かく変更できる線状パターンを得たりすることができるという効果が得られる。

第一の実施形態のデジタル露光装置の正面概略図である。 第一の実施形態のデジタル露光装置の平面概略図である。 露光ヘッドの内部構造を示した概略図である。 変調器制御系による二つの空間光変調器の各画素の制御について示した概略図である。 微小パターン照射の時間的な細密化による効果について示した概略図である。 オンオフ周期のずれが半周期でない場合の制御例について示した概略図である。 第二の実施形態の主要部を示した正面概略図であり、第二の実施形態における露光ヘッド内の構成の概略図である。 二つの空間光変調器のＸ方向へのオフアクシス配置の効果について示した概略図である。 二つの空間光変調器のＹ方向へのオフアクシス配置の効果について示した概略図である。 第三の実施形態のデジタル露光装置の主要部の概略図であり、第三の実施形態における露光ヘッド内の構成の概略図である。 デジタル露光装置における露光作業エリアについて示した斜視概略図である。 空間光変調器の一例としてのＤＭＤにおけるオンオフ周期について示した概略図である。 高分解能化と生産性向上のトレードオフ的な関係について示した概略図である。

以下、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
図１は、第一の実施形態のデジタル露光装置の正面概略図であり、図２は図１に示すデジタル露光装置の平面概略図である。図１及び図２に示すように、デジタル露光装置は、複数の露光ヘッド１と、基板Ｗが載置されるステージ６と、ステージ移動機構６１とを備えている。

ステージ６は、水平な上面に基板Ｗが載置される部材である。上面には、基板Ｗを真空吸着する不図示の真空吸着孔が設けられている。ステージ移動機構６１は、基板Ｗが載置されたステージ６を露光作業エリアＥを通して移動させる機構である。ステージ６の移動方向は、水平方向である。前述したようにこの方向がＸ方向であり、Ｘ方向に垂直な水平方向がＹ方向である。
ステージ移動機構６１は、Ｘ方向に沿って露光作業エリアＥを通して配設されたリニアガイド６１１と、リニアガイド６１１上に設けられたベース６１２と、ベース６１２をリニアガイド６１１に沿って移動させる不図示の駆動源とを含んでいる。駆動源としては例えばリニアモータが使用され、リニアモータステージの構成が採用され得る。

この実施形態では、複数の露光ヘッド１が配設されている。各露光ヘッド１は、全体としては円筒形であり、垂直に立てた状態で配置されており、下方に向けて光を出射するものとなっている。この例では、図２に示すように露光ヘッド１はＹ方向に二列に設けられている。各露光ヘッド１はＸ方向ではずれて配置されており、互い違いの配置となっている。
図３は、露光ヘッドの内部構造を示した概略図である。図３に示すように、露光ヘッド１は、不図示の筐体内に、第一第二の二つの空間光変調器２１，２２と、第二の空間光変調器２１に対して光を照射して変調させる第一の照射系３１と、第二の空間光変調器２２に対して光を照射して変調させる第二の照射系３２とを収容した構造となっている。

この実施形態では、第一第二の二つの空間光変調器２１，２２により形成された光のパターンを露光作業エリアＥに照射する際、それぞれの画素の像を露光作業エリアＥに投影する構成が採用されている。この実施形態では、二つの空間光変調器２１，２２は、投影系を共用する構成となっている。また、投影系は、二つの投影光学系４１，４２より成っている。即ち、二つの空間光変調器２１，２２の各画素の像は、二つの投影光学系４１，４２によって露光作業エリアＥに投影される構成となっている。
図３に示すように、二つの投影光学系４１，４２の上下に並んでおり垂直な共通の光軸Ａを有している。以下、上側（露光作業エリアＥから遠い側）の投影光学系４１を前段投影光学系とし、下側（露光作業エリアＥに近い側）の投影光学系４２を後段投影光学系とする。

第一の空間光変調器２１は、上方に延びる光軸Ａ上に配置されている。即ち、上側の前段投影光学系４１のさらに上側に第一の空間光変調器２１が配置されている。前段投影光学系４１と第一の空間光変調器２１との間には、偏光ビームスプリッタ５２が配置されている。偏光ビームスプリッタ５２により光軸Ａは９０度に分岐して一方が水平に延びており、その水平に延びた光軸Ａ上に第二の空間光変調器２２が配置されている。この例では、水平に分岐した光軸ＡはＸ方向に延びているが、Ｙ方向であっても良く、Ｙ方向の延びた光軸上に第二の空間光変調器２２が配置されても良い。この偏光ビームスプリッタ５２は、第一第二の二つの空間光変調器２１，２２からの光を重ね合わせる合成素子として使用されている。

尚、第一の空間光変調器２１は、水平な姿勢で配置されており、上方に延びる光軸Ａに対して直角に交差する姿勢である。第二の空間光変調器２２は、垂直な姿勢で配置されており、水平に延びる光軸Ａに対して直角に交差する姿勢である。第一の空間光変調器２１において、各画素は、光を垂直下方に向けて（偏光ビームスプリッタ５２に向けて）反射する姿勢がオン状態であり、斜め下方に反射させて偏光ビームスプリッタに達しないようにする姿勢がオフ状態である。第二の空間光変調器２２については、各画素が光を水平に反射させて（１８０度反射させて戻して）偏光ビームスプリッタ５２に達するようにする姿勢がオン状態であり、斜め上方又は斜め下方に反射させて偏光ビームスプリッタ５２に達しないようにする状態がオフ状態である。

このような位置及び姿勢で配置されている第一第二の空間光変調器２１，２２に対して光照射する系として、前述したように第一第二の照射系３１，３２が設けられている。この実施形態では、第一第二の照射系３１，３２は、幾つかの素子を共用した系となっている。前述した偏光ビームスプリッタ５２もその一つである。これ以外に、共用される素子として、別の偏光ビームスプリッタ５１が配置されている。別の偏光ビームスプリッタ５１は、前段投影光学系４１と第一の空間光変調器２１との間の偏光ビームスプリッタ５２の入射側に配置されている。以下、入射側に配置された偏光ビームスプリッタ５１を第一の偏光ビームスプリッタとし、前段投影光学系４１と後段投影光学系４２との間の偏光ビームスプリッタ５２を第二の偏光ビームスプリッタとする。

この実施形態では、第一の照射系３１と第二の照射系３２とは偏光状態の異なる光を照射する系となっている。例えば、第一の照射系３１はｓ偏光の光を照射する系であり、第二の照射系３２はｐ偏光の光を照射する系である。
図３に示すように、第一の照射系３１は、ｓ偏光光を第一の偏光ビームスプリッタ５１で反射させて第二の偏光ビームスプリッタ５２に到達させる系である。第二の照射系３２は、ｐ偏光光を第一の偏光ビームスプリッタ５１を透過させて第二の偏光ビームスプリッタ５２に到達させる系である。即ち、第一の偏光ビームスプリッタ５１の分割面は、ｓ偏光反射でｐ偏光透過の分割面となっている。図３において、ｓ偏光光をｓで示し、ｐ偏光光をｐで示している。

また、第二の偏光ビームスプリッタ５２は、分割面が第一の偏光ビームスプリッタ５１の分割面に対して９０度異なる角度となっており、且つｓ偏光反射、ｐ偏光透過の分割面となっている。このため、第一の偏光ビームスプリッタ５１から第二の偏光ビームスプリッタ５２に到達したｓ偏光光は分割面で反射して第一の空間光変調器２１に向かい、第一の偏光ビームスプリッタ５１から第二の偏光ビームスプリッタ５２に到達したｐ偏光光は分割面を透過して第二の空間光変調器２２に向かう。

この実施形態では、第一の照射系３１と第二の照射系３２とはそれぞれ光源を備えた系となっている。即ち、第一の照射系３１は、第一の光源３１１と、第一の光源３１１からの光をｓ偏光光とする第一の偏光素子３１２とを含んでいる。また、第二の照射系３２は、第二の光源３２１と、第二の光源３２１からの光をｐ偏光光とする第二の偏光素子３２２とを含んでいる。
第一の光源３１１及び第二の光源３２１としては、この実施形態では、同一波長の半導体レーザが使用されている。例えば、波長４０５ｎｍの半導体レーザが第一第二の光源３２１として使用できる。半値幅は、３～５ｎｍ程度である。

尚、実際には、露光作業エリアＥにおける照度を高めるために複数の光源からの光を集積する構成が採用される。具体的には、例えば特開２０１６－０３５５０９号公報に開示されているように、各光源からの光をファイバで導き、各ファイバの出射端をバンドルして出射光を重ね合わせる構成が採用される。したがって、第一の光源３１１は、複数の第一の光源と各第一の光源からの光を導く第一のファイバ群から成る光源系であり、第二の光源３２１は複数の第二の光源と各第二の光源から光を導く第二のファイバ群から成る光源系とされ得る。

また、第一の照射系３１を構成するものとして、第二の偏光ビームスプリッタ５２と第一の空間光変調器２１との間には、第一のλ／４波長板３１３が配置されている。また、第二の照射系３２を構成するものとして、第二の偏光ビームスプリッタ５２と第二の空間光変調器２２の間には、第二のλ／４波長板３２３が配置されている。
第一のλ／４波長板３１３は、第一の空間光変調器２１に向かうｓ偏光光を円偏光にし、第一の空間光変調器２１のオン状態の各画素に反射して戻ってくる円偏光光をｐ偏光光にする。第二のλ／４波長板３２３は、第二の空間光変調器２２に向かうｐ偏光光を円偏光にし、第二の空間光変調器２２のオン状態の各画素に反射して戻ってくる円偏光光をｓ偏光光にする。したがって、厳密には、第一の照射系３１は第一のλ／４波長板３１３に対してｓ偏光光を照射する系であり、第二の照射系３２は第二のλ／４波長板３２３に対してｐ偏光光を照射する系である。

一方、この実施形態では、前段投影光学系４１と後段投影光学系４２との間には、ＭＬＡ４３が配置されている。ＭＬＡ４３は、空間光変調器の各画素に１対１で対応する微小なレンズセグメント（マイクロレンズ）を形成したプレート状の光学素子である。
前述したように、空間光変調器を使用したデジタル露光装置では、オン状態の各画素により微小パターンが投影され、各微小パターンから成る瞬時パターンで露光が行われる。ＭＬＡは、瞬時パターンにおいて、各微小パターン領域の大きさと微小パターン領域同士の間隔とを相互に独立して調整できるようにしたものである。尚、間隔は、微小パターン領域の中心点同士の間隔である。
各微小パターン領域の大きさは、空間光変調器の各画素を投影する投影光学系における投影倍率を適宜変更することで調整が可能である。しかしながら、この場合、微小パターン領域同士の間隔も同時に変わってしまう。つまり、大きさと間隔とを相互に独立して調整することができない。

ＭＬＡ４３を使用すると、ＭＬＡ４３における各マイクロレンズは、各画素の像を投影するから、図１１に示す微小パターン領域の大きさφと間隔Ｌとを個別に調整することができる。具体的には、まず、間隔Ｌを投影光学系の倍率により調整する。その上で、各マイクロレンズの倍率により大きさφを調整する。大きさφは、実際には投影光学系の倍率の影響を受けるから、投影光学系の倍率と各マイクロレンズの倍率とを掛け算したものが所望の大きさφになるように各マイクロレンズの倍率を選定する。

この実施形態では、ＭＬＡ４３は、上述した機能を第一の空間光変調器２１と第二の空間光変調器２２との双方に対して発揮するものとなっている。即ち、第一の空間光変調器２１及び第二の空間光変調器２２としては同じ仕様のＤＭＤが使用されており、光軸に対して垂直な姿勢で配置され、ＭＬＡ４３までの光路長は同じである。したがって、第一の空間光変調器２１の各画素と第二の空間光変調器２２の各画素は、ＭＬＡ４３の各マイクロレンズに対して同様の共役関係にある。

より具体的に説明すると、第一の空間光変調器２１の各画素から出た光はＭＬＡ４３の各マイクロレンズに結び、第二の空間光変調器２２の各画素から出た光はＭＬＡ４３の各マイクロレンズアレイに同様に結ぶ。空間光変調器内で同様の位置にある画素からの光は、同じマイクロレンズに結ぶ。「同様の位置」とは、同じアドレスにある画素という意味であり、縦横で同じ番目の位置にあるアドレスということである。例えば１行目の１列目の画素から出た光は、マイクロレンズアレイにおける１行目の１列目のマイクロレンズに結ぶ。これは双方の空間光変調器において同様であって、第一の空間光変調器２１の１行目の１列目の画素から出た光は、マイクロレンズアレイにおける１行目の１列目のマイクロレンズに結び、第二の空間光変調器２２の１行目の１列目の画素から出た光も１行目の１列目のマイクロレンズに結ぶ。空間光変調器の各画素から光が出射する際の光軸を画素光軸と呼ぶと、二つの空間光変調器２１，２２は互いの各画素光軸が同軸上となるように配置され、その同軸である各画素光軸上に各マイクロレンズが位置するようにＭＬＡ４３が配置されている。

尚、前段投影光学系４１は、上記のように二つの空間光変調器２１，２２の各画素を同様の共役関係にてＭＬＡ４３の各マイクロレンズに投影する光学系である。後段投影光学系４２は、ＭＬＡ４３の各マイクロレンズの像を露光作業エリアＥに投影する光学系である。前述した微小パターン領域同士の間隔Ｌは、これら投影光学系全体の投影倍率により調整される。また、微小パターン領域の大きさφについては、各空間光変調器２１，２２の各画素よりも小さくなるようにＭＬＡ４３の各マイクロレンズの倍率が選定される場合もあるし、大きくなるように倍率が選定される場合もある。

図３に示すように、この実施形態では、ＭＬＡ４３の出射側にはアパーチャ４４が配置されている。アパーチャ４４は、ＭＬＡ４３の各マイクロレンズと同軸に各ピンホールを設けたものである。各ピンホールの位置は、各マイクロレンズの焦点の位置となっている。アパーチャ４４は、回折光や迷光等を遮断し、各マイクロレンズによる微小パターンＭの投影を鮮明にする機能を有している。

また、実施形態のデジタル露光装置は、前後段投影光学系４１，４２による投影を最適化するため、図３に示すようにオートフォーカス系７を備えている。オートフォーカス系７は、露光作業エリアＥの手間の移動ライン上に設けられた距離センサ７１、距離センサ７１からの信号に応じて制御されるオートフォーカス素子７２等から構成されている。この例では、オートフォーカス素子７２は、後段投影光学系４２の出射側において光路長を変更する素子となっており、プリズムペアをピエゾ駆動源のような駆動手段７３で駆動して光路長を変更する素子となっている。

尚、デジタル露光装置は、距離センサ７１は、露光作業エリアＥに基板が達するタイミングを検出するための基板到来センサを備えている。この基板到来センサとしては、この実施形態では、オートフォーカス系７の距離センサ７１が兼用されている。ステージ上の基板の前縁（進行方法の前の縁）が距離センサ７１の直下の位置に達すると、これを距離センサ７１が検出する。

このようにして二つの投影光学系４１，４２及びＭＬＡ４３により各瞬時パターンを露光作業エリアＥに投影する第一第二の空間光変調器２１，２２の各画素を制御する系として、変調器制御系８が設けられている。変調器制御系８は、各露光ユニット１の鏡筒内に設けられている場合もあるし、鏡筒外（例えばメインコントローラ２００内）に設けられている場合もある。
実施形態のデジタル露光装置は、上記二つの空間光変調器２１，２２や二つの照射系４１，４２に加え、変調器制御系８の構成によっても特徴づけられる。以下、変調器制御系８について説明する。

図４は、変調器制御系による二つの空間光変調器の各画素の制御について示した概略図である。
図３に示すように、変調器制御系８は、第一の空間光変調器２１に対して各画素のオンオフのシーケンス制御信号を出力する第一のオンオフ信号出力部８１と、第一の空間光変調器２１に出力するオンオフのシーケンスを記憶した第一の記憶部８２と、第二の空間光変調器２２に対して各画素のオンオフのシーケンス制御信号を出力する第二のオンオフ信号出力部８３と、第二の空間光変調器２２に出力するオンオフのシーケンスを記憶した第二の記憶部８４と、第一のオンオフ信号出力部８１及び第二のオンオフ信号出力部８３に対してクロックを供給するクロック供給部等から構成されている。各記憶部８２，８４は、ＲＡＭのようなメモリである。

第一第二の記憶部８２，８４には、一枚の基板Ｗにおいて露光・現像により得ようとしている全体の露光済み領域のパターン（以下、全体パターン）に基づき、個々の露光ヘッドにおいて瞬時パターンの変化のシーケンスが予め決定され、第一第二の記憶部８４に記憶される。これらシーケンスは、ステージ６の移動速度に応じたシーケンスであるとともに、各空間光変調器２１，２２のパターンレートに応じたシーケンスである。ある露光ヘッド１内の第一第二の空間光変調器２１，２２についての各シーケンスは、他の露光ヘッド１内の第一第二の空間光変調器２１，２２についての各シーケンスと通常は異なる。つまり、得ようとする全体パターンに基づき、各露光ヘッド１内の第一第二の空間光変調器２１，２２の各シーケンスが予め決定され、各第一第二の記憶部８２，８４に記憶される。尚、記憶部８２，８４は一つの記憶部であり、その中に第一の空間光変調器２１用のシーケンスファイルと第二の空間光変調器２２用のシーケンスファイルとが記憶されている場合もある。
また、基板到来センサに兼用されている距離センサ７１の出力は、各オンオフ信号出力部８１，８３に入力されるようになっている。このため、各オンオフ信号出力部８１，８３には、露光作業エリアＥに対して所定の位置にある距離センサ７１の直下の位置を基板の前縁が通過したタイミングを示す信号が入力される。

このような変調器制御系８は、クロック供給部８５を含んでいる。クロック供給部８５は、第一第二のオンオフ信号出力部８３を所定の位相ずれで動作させるためのクロック信号を供給する回路であり、例えばクロックパルスを各オンオフ信号出力部８１，８３に入力するよう構成されている。
第一のオンオフ信号出力部８１は、第一の記憶部８２からシーケンスを読み出して当該シーケンスにてオンオフ信号を第一の空間光変調器２１に出力する。第二のオンオフ信号を第二の空間光変調器２２に出力する。この際、第一のオンオフ信号出力部８１は、第二のオンオフ信号出力部８３と同一の周期長でオンオフ信号を出力するとともにクロック供給部８５からのクロック信号に従い、半周期ずれたタイミングで同期してオンオフ信号を出力するものとなっている。

図４には、この様子が示されている。図４（１）には、クロック信号としてクロックパルスが示されている。図４（１）には、第一のオンオフ信号出力部８１が出力するオンオフ信号が示され、図４（３）には、第二のオンオフ信号出力部８３が出力するオンオフ信号が示されている。
図４（２）（３）では、一例として、オンオフが交互に繰り返されるシーケンスが示されている。これは、理解を容易にするために単純化したものである。実際には、所望の全体パターンを得るべく、オンが複数回続いたり、オフが複数回続いたりする。いずれにしても１回のオンとその後の１回のオフからなる周期がオンオフ周期であり、この周期の長さは、図４（２）（３）に示すように第一のオンオフ信号出力部８１と第二のオンオフ信号出力部８３とで一致している。

そして、図４の（２）と（３）とを比べると解るように、第一のオンオフ信号出力部８１から出力されるオンオフ信号と第二のオンオフ信号出力部８３から出力されるオンオフ信号とは、互いに半周期ずれたものとなっている。この例では、いずれもオンとオフが交互に続く信号であるため、第一のオンオフ信号出力部８１からオン信号が出力されている半周期に第二のオンオフ信号出力部８３からはオフ信号が出力され、第一のオンオフ信号出力部８１からオフ信号が出力されている半周期に第二のオンオフ信号出力部８３からはオン信号が出力される。
尚、実際には、オンオフ信号は、空間光変調器２１，２２の各画素の駆動信号であり、画素ごとの信号である。したがって、図４（２）（３）は、ある１個の画素に対してオンオフを行わせるための信号を示していると理解されるべきものである。

図４（４）は第一の空間光変調器２１の上記１個の画素のオンオフ状態を示しており、（５）は第二の空間光変調器２２の上記１個の画素のオンオフ状態を示している。この実施形態では各空間光変調器２１，２２はＤＭＤであり、各画素は画素ミラーである。各画素ミラーは、オン状態の姿勢とオフ状態の姿勢とを交互に取ることになるが、オンオフ信号と比べると瞬時に切り替えることは困難であり、図４（４）（５）に示すように、ある程度の時間がかかってオンになり、ある程度の時間がかかってオフになる。図４（４）（５）に、画素ミラーの角度を破線で概念的に一部に示す。そして、画素ミラーの実質的なオンオフを実線で示す。

図４（４）（５）に示すように、第一の空間光変調器２１の画素は、第一のオンオフ信号出力部８１からのオンオフ信号に対して少し遅れてオンオフとなり、第二の空間光変調器２２の画素は、第二のオンオフ信号出力部８１からのオンオフ信号に対して少し遅れてオンオフとなる。この例では、オンオフ周期の１／４の時間だけずれてオンオフする状態となる。そして、図４（２）（３）に示すように、第一のオンオフ信号出力部８１と第二のオンオフ信号出力部８３とは、同じ長さのオンオフ周期であって互いに半周期ずれた状態でオンオフ信号を出力するよう構成されている。例えば、第二のオンオフ信号出力部８３には、クロック信号の入力があってから半周期分だけずれた状態でオンオフ信号を出力するよう遅延回路を含む構成とされる。このため、図４（４）（５）に示すように、第二の空間光変調器２２の画素は、第一の空間光変調器２１の画素に対して半周期遅れてオンオフされる。

一方、このような変調器制御系８の構成に対して、実施形態のデジタル露光装置は、第一第二の照射系３２による光照射のタイミングも最適化している。以下、この点について説明する。
図１に示すように、第一の照射系３１が備える第一の光源３１１と第二の照射系３２が備える第二の光源３２１とに対してこれら光源の点灯を制御する光源制御系３３が設けられている。光源制御系３３は、第一の光源３１１をパルス点灯させる第一のパルス点灯回路３３１と、第二の光源３２１をパルス点灯させる第二のパルス点灯回路３３２と、第一のパルス点灯回路３３１におけるパルス点灯の周期を設定する第一のパルス周期設定回路３３３と、第二のパルス点灯回路３３２におけるパルス点灯の周期を設定する第二のパルス周期設定回路３３４と、第一のパルス点灯回路３３１によるパルス点灯におけるパルス幅を設定する第一のパルス幅設定回路３３５と、第二のパルス点灯回路３３２によるパル点灯におけるパルス幅を設定する第二のパルス幅設定回路３３６と、第一パルス点灯回路３３１と第二のパルス点灯回路３３２とを同期させる同期回路３３７とを含んでいる。

第一のパルス周期設定回路３３３と第二のパルス周期設定回路３３４は、同一の長さのパルス周期が設定される回路であり、同一の長さのパルス周期で各光源３１１，３２１が点灯するようにする回路である。したがって、１個のみのパルス周期設定回路を共用しても良い。いずれにしても、パルス周期設定回路３３３，３３４は、変調器制御系８におけるオンオフ周期の長さと同じ長さのパルス周期を設定する回路となっている。
尚、パルス点灯では、１回のパルス点灯があり、その次の回のパルス点灯が開始されるまでのタイムラグがある。パルス周期は、点灯時間とタイムラグの時間とを加えた長さの時間である。

同期回路３３７は、第一の光源３１１が第一の空間光変調器２１の各画素に同期して点灯するようにするとともに、第二の光源３２１が第二の空間光変調器２２の各画素に同期して点灯するようにする回路である。図１に示すように、変調器制御系８におけるクロック供給部８５は、同期回路３３７にも接続されており、同じクロック信号が入力されるようになっている。
この実施形態では、第一の空間光変調器２１の各画素は、第一のオンオフ信号に対して１／４周期遅れてオンオフし、第二の空間光変調器２１の各画素は、第二のオンオフ信号に対して１／４周期遅れてオンオフする。したがって、同期回路は、クロック信号に対して１／４周期遅れて第一のパルス点灯回路３３１が動作するように遅延させ、３／４周期遅れて第二のパルス点灯回路３３２が動作するよう遅延させる回路を含んでいる。
尚、各パルス点灯回路３３１，３３２におけるパルス点灯のタイミングは、同期回路３３７によって制御されるが、パルス幅は各パルス幅設定回路３３５，３３６で設定された幅である。

図４には、このような光源制御系３３による各光源のパルス点灯の制御についても示されている。図４（６）は第一のパルス点灯回路３３１による第一の光源３１１のパルス点灯を示し、（７）は第一のパルス点灯回路３３２における第二の光源３２１のパルス点灯を示す。各パルス点灯回路によるパルス点灯は、点灯（オン）と消灯（オフ）とが交互に繰り返されるパターンである。各オンオフ信号出力部８１，８３と異なり、これは定型のパターンであり、各空間光変調器２１，２２の各画素のオンオフシーケンスによらず一定である。また、各画素に対しても同じ定型のパターンである。図４（６）（７）の例では、パルス点灯の時間（パルス幅）は画素のオン時間の幅に対して半分となっているが、これは一例であり、必ずしも半分でなくとも良く、各パルス幅設定回路で適宜設定される。

図４（８）には、二つの空間光変調器２１，２２による微小パターンのシーケンスが示されている。第一の空間光変調器２１の上記１個の画素と第二の空間光変調器２２の上記１個の画素は、同じアドレスであり、同じ画素光軸上にあるから、図４（８）は、基板が移動しないと仮定した場合の基板上の１点に対する微小パターンの照射シーケンスを示している。

図４（８）から解るように、実施形態の構成では、第一の空間光変調器２１の１回のオンオフにおいて、そのオン時間帯に第一の光源３１１からのパルス光による微小パターンの照射がされるのに加え、そのオフ時間帯に第二の光源３２１からのパルス光による微小パターンが第二の空間光変調器２２の同軸画素により照射される。同様に、第二の空間光変調器２２の１回のオンオフにおいて、そのオン時間帯に第二の光源３２１からのパルス光による微小パターンの照射がされるのに加え、そのオフ時間帯に第一の光源３１１からのパルス光による微小パターンが第一の空間光変調器２１の同軸画素により照射される。このため、見かけ上、全体のオンオフ周期（第一の空間光変調器２１のオンオフと第二の空間光変調器２２のオンオフを重ね合わせたオンオフの周期）は、半分になる。つまり、従来に比べて半分の細かさで微小パターンの照射のオンオフの制御が可能となっている。

図４（８）に示すような時間的に細密化させた微小パターンの照射シーケンスの効果について、図５を使用して説明する。図５は、微小パターン照射の時間的な細密化による効果について示した概略図である。
図１３と同様、図５（１）に示すように、基板Ｗ上には要露光点Ａ_１、Ａ_２，Ａ_３，・・・と要露光点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・が設定されており、微小パターンの集まりである瞬時パターンが照射される露光作業エリアＥを通して基板Ｗが移動する。これにより、要露光点Ａ_１、Ａ_２，Ａ_３，・・・を通して線状パターンを形成し、要露光点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・を通して別の線状パターンを形成するとする。
この場合、従来に比べて２倍の速度で基板Ｗを移動させると、図１３（２’）（３’）に示すように、「線膨れ」と「間延び」が生じる。図５（２’）（３’）には、比較を容易にするため、図１３（２’）（３’）と同じ図が示されている。

一方、実施形態の構成によれば、各微小パターンのオンオフ周期が半分になっているため、図５（２）（３）に示すように「線膨れ」や「間延び」は生じない。即ち、オンの時間帯が従来に比べて半分であるため、移動速度を２倍にした場合、１個の微小パターンが照射される領域の大きさ（特にその基板移動方向の長さ）は、２倍にする前の速度の場合と変わらない。したがって、「線膨れ」は生じない。また、同軸上に位置する二つの画素によって交互に微小パターンが照射され、その間のタイムラグは従来に比べて１／２になっているから、移動速度を２倍にした場合、「間延び」は生じない。

移動速度を倍にしても「線膨れ」や「間延び」が生じないということは、移動速度を倍にしなければ、分解能を倍にできることを意味する。図５（４）（５）には、移動速度を従来と同じにした場合の露光済み領域と線状パターンが示されている。図５（３）と図５（５）とを比較すると解るように、移動速度を上げない場合、従来に比べて分解能を２倍にすることができる。

尚、図１に示すデジタル露光装置は、装置全体を制御するメインコントローラ２００を備えている。メインコントローラ２００は、装置の各部（各露光ヘッド１やステージ移動機構６１等）に制御信号を送る他、１枚の基板Ｗについて得ようとしている全体パターンを記憶したメイン記憶部を備えている。メイン記憶部に記憶された全体パターンに従い、各露光ヘッド１内の第一第二の記憶部８２，８４にシーケンス制御データが送られて記憶される。

このような実施形態のデジタル露光装置の動作について、以下にまとめて説明する。 図１に示すデジタル露光装置において、基板Ｗはロード位置において不図示の移載機構によりステージ６に載置される。ステージ６は基板Ｗを真空吸着し、ステージ移動機構６１によりＸ方向に露光作業エリアＥに向けて移動する。

そして、ステージ６上の基板Ｗの前縁が距離センサ７１の直下を通過する際、基板到来が検出されてメインコントローラ２００に送られる。また、基板Ｗとの距離が計測されて各露光ヘッド１内のオートフォーカス系７が動作し、合焦状態を確保する。そして、ステージ６がそのまま移動して基板Ｗが露光作業エリアＥに達すると、各露光ヘッド１では、光源制御系３３が動作して各光源３１１，３２１がパルス点灯するとともに、予め記憶されているシーケンスにて変調器制御系８が動作する。これにより、第一の空間光変調器２１は各画素を第一の記憶部８２のシーケンスにてオンオフし、第二の空間光変調器２２は各画素の第二の記憶部８４に記憶されているシーケンスにてオンオフする。この際のオンオフ周期は、同一同期長で且つ半周期分ずれた状態である。なお且つ、光源制御系３３による第一の光源３１１のパルス周期は第一の空間光変調器２１のオンオフ周期に一致し、第二の光源３２１のパルス周期は第二の空間光変調器２２に一致する。これにより、図４（８）～（１０）に示すように時間的に細密化された状態で各微小パターンＭが照射され、移動する基板Ｗは各微小パターンＭによって露光される。

このようにして露光作業エリアＥを通過する際に露光が行われた基板Ｗは、その後にアンロード位置に達し、不図示の移載機構により移載されて次の工程に回される。尚、装置のタイプによってはステージが往復移動し、往路と復路とで露光作業位置を通過する際に露光が行われる場合もある。この構成の場合、Ｘ方向に加えてＹ方向に多少移動できるようにＹ方向移動機構がステージに実装され、往路と復路とで異なるライン上を基板Ｗが移動するよう構成される場合もある。また、往路と復路とで異なるライン上を基板Ｗが移動する構成では、各微小パターン領域の大きさφはＹ方向の微小パターン領域同士の距離Ｌよりも小さくなるようＭＬＡ４３が設計される場合もある。

このような実施形態のデジタル露光装置によれば、二つの空間光変調器２１，２２が搭載され、各空間光変調器２１，２２におけるオンオフ周期を同一の長さであって半周期分ずれた状態とする変調器制御系８を備えており、それぞれの空間光変調器に光照射する照射系は、照射対象の空間光変調器のオンオフ周期に同期したパルス周期であって且つオンオフ周期におけるオン時間の半分のパルス幅のパルス光を照射するので、時間的に細密化させたシーケンスで微小パターンの照射が可能である。このため、ステージの移動速度を速くして生産性を向上させても露光の分解能が低下することはなく、逆にステージの移動速度をそのままとした場合には高分解能の露光を実現することができる。

上記実施形態では、二つの空間光変調器２１，２２におけるオンオフ周期のずれはちょうど半周期であったが、半周期でなくとも良い。この点について、図６を参照して説明する。図６は、オンオフ周期のずれが半周期でない場合の制御例について示した概略図である。
二つの空間光変調器２１，２２のオンオフ周期のずれが半周期でない場合の例として、図６には、１／４周期の場合が示されている。即ち、第一のオンオフ信号出力部８１からのオンオフ出力（図６（１））に対して、第二のオンオフ信号出力部８３からのオンオフ信号が１／４周期ずれている（図６（２））。この場合、第二の空間光変調器２２の画素のオンオフも、第一の空間光変調器２１の画素のオンオフに対して１／４周期ずれる（図６（３）（４））。

この場合、第一の照射系３１が例えば第一の空間光変調器２１の画素のオンオフ周期の前半の半周期においてパルス光を照射するとすると（図６（５））、第二の照射系３２は、第二の空間光変調器２２の画素のオンオフの１／４周期から１／２周期においてパルス光を照射するようにする（図６（６））。このようにすれば、図６（７）に示すように、オンオフ周期が切れ目なく連続した状態となり、同様に倍速状態での分解能の維持又は速度不変状態での高分解能化の効果が得られる。但し、半周期分のずれとした方が、第一のオンオフ信号出力部８１からのオンオフ信号の周期における第一の光源３１１からパルス光の位相と、第二のオンオフ信号出力部８２からのオンオフ信号の周期における第二の光源３２１からのパルス光の位相が同じになり、対称な制御となるので、制御系全体としてシンプルになるというメリットがある。

また、上記実施形態において、第一の照射系３１によるパルス光のパルス幅、第二の照射系３２によるパルス幅は、各空間光変調器２１，２２の半周期よりも短くても良い。より細い線幅の線状パターンを得るために、より短い時間のみオンオフ状態とすることがあり、半周期よりもパルス幅が短い場合もあり得る。

次に、第二の実施形態のデジタル露光装置について説明する。
図７は、第二の実施形態の主要部を示した正面概略図であり、第二の実施形態における露光ヘッド１内の構成の概略図である。
図７中に概略的に示すように、第二の実施形態では、第一の実施形態と異なり、第一の空間光変調器２１の各画素は、第二の空間光変調器２２の各画素と同軸に設けられておらず、軸をずらして（オフアクシスで）配置されている。図７には、代表的な画素光軸として、第一の空間光変調器２１の中央に位置する画素の画素光軸ａと、第二の空間光変調器２２の中央に位置する画素の画素光軸ａ’が概略的に示されている。そして、投影光学系４には、ＭＬＡやアパーチャは設けられていない。ＭＬＡが設けられていないので、投影光学系４は、第一の実施形態における前段投影光学系４１に相当する構成である。

第一の空間光変調器２１と第二の空間光変調器２２とをオフアクシスで配置することのメリットは、幾つか考えられる。例えば、オフアクシスの方向をＸ方向にしておくと、上記時間的なずれと空間的なずれとの双方で分解能を確保できるので、ステージの移動速度を倍速まで高速化させる必要がないという効果が得られる。この点について、図８を参照して説明する。図８は、二つの空間光変調器のＸ方向へのオフアクシス配置の効果について示した概略図である。

図８（１）には、第一の空間光変調器２１のある画素による微小パターン領域ｍ１と、第二の空間光変調器２２において同じアドレスにある画素による微小パターン領域ｍ２とが示されている。オフアクシスであるので、ｍ１とｍ２はずれている。そして、空間光変調器２１，２２同士は位相がずれて動作するので、ｍ１とｍ２は同じタイミングでは微小パターンは照射されない。図８（２）には、ｍ１に微小パターンＭ１が照射されたタイミングが示されており、ｍ２にはずれ時間ｔ秒後に微小パターンが照射される。尚、理解を容易にするため、各微小パターン領域ｍ１，ｍ２のＹ方向の間の位置の各微小パターン領域は図示が省略されている。

この場合、ステージが従来に比べて高速で移動するものの、倍速より遅いある速度で移動する場合、速度を適切に選定すると、同軸配置で倍速移動させたのと等価な結果が得られる。即ち、第一の空間光変調器２１の画素が微小パターンＭ１を要露光点Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３，・・・照射する（図８（２））。その後、当該画素が次にオンになるまでのタイムラグの間（ｔ秒後）に隣りの要露光点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・が通り過ぎてしまうが、この場合でも、第二の空間光変調器２２のオフアクシスの各画素が微小パターンＭ２を要露光点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・に照射する（図８（３））。このため、従来と同様の分解能が達成できる。つまり、ステージの速度が倍速より低い分だけ画素をずらして配置しておくことで、倍速より低い速度の高速化に対応することができる。この構成は、倍速にするにはモータ等の駆動源や駆動機構に負荷がかかり過ぎるといった課題がある場合に特に好適である。

また、Ｙ方向にオフアクシスにすると、Ｙ方向での線幅の調整の分解能が向上するという効果が得られる。この点について、図９を参照して説明する。図９は、二つの空間光変調器のＹ方向へのオフアクシス配置の効果について示した概略図である。
図９（１）には、同様に、第一の空間光変調器２１のある画素による微小パターン領域ｍ１と第二の空間光変調器２２の同一アドレスの画素による微小パターン領域ｍ２とが示されている。空間光変調器２１，２２の画素同士の位相ずれのため、ｍ２はｍ１に対してずれ時間ｔ秒後に微小パターンが照射される。

この場合、微小パターン領域ｍ１を微小パターンを照射する画素を多数回のオンオフ周期に亘って継続してオンの状態とし、微小パターン領域ｍ２に微小パターンを照射する画素を同じ回数のオンオフ周期に亘ってオンの状態を継続する。このようにすると、図９（２）に示すように、Ｘ方向に延びる線状のパターンが得られる。この際、図９から明らかなように、オフアクシスにおけるずれ量を調整することで、線幅の調整が可能となる。投影光学系４における拡大率を調整して微小パターン領域を小さくしておき、Ｙ方向のオフアクシス量を調整することで、細かな線幅の調整が可能となる。この場合も、Ｙ方向に延びる線状パターンを形成する場合には、図８に示す効果（ステージ移動機構の負荷軽減）が得られる。

このような各効果を適宜得るため、少なくも一方の空間光変調器２１，３１には、ずれ量を調整するための位置調節機構を設けると好適である。例えば、ピエゾ素子を用いた駆動源で位置調節する機構を採用することができる。位置調節機構は、Ｘ方向に画素光軸をずらす機構とＹ方向に画素光軸をずらす機構との双方が設けられることが好ましい。

次に、第三の実施形態のデジタル露光装置について説明する。
図１０は、第三の実施形態のデジタル露光装置の主要部の概略図であり、第三の実施形態における露光ヘッド１内の構成の概略図である。
第三の実施形態では、第二の実施形態と同様、第一第二の空間光変調器２１，２２がオフアクシスの配置となっているが、ＭＬＡを採用した構成となっている。具体的には、図１０に示すように、第一の空間光変調器２１の各画素の像を投影する第一の投影光学系９１と、第二の空間光変調器２２の各画素の像を投影する第二の投影光学系９２とを備えている。第一第二の各投影光学系９１，９２は、第一実施形態と同様の構成であり、それぞれ前段投影光学系９１１，９２１と後段投影光学系９１２，９２２を含み、その間にＭＬＡ９１３，９２３とアパーチャ９１４，９２４とを配置している。

そして、第一の投影投影光学系９１による像と第二の投影光学系９１による像とを露光作業エリアＥで重ね合わせるための合成素子として統合用偏光ビームスプリッタ９３が設けられている。この例では、統合用偏光ビームスプリッタ９３は、ｓ偏光透過、ｐ偏光反射の偏光ビームスプリッタである。

第一の照射系３１は、同様にｓ偏光光を得る第一の偏光素子３１２を備えており、第二の照射系３２はｐ偏光光を得る第二の偏光素子３２２を備えている。第一の空間光変調器２１により空間変調されたｓ偏光光は、ＭＬＡ９１３を含む第一の投影光学系９１を介して統合用偏光ビームスプリッタ９３に達し、統合用偏光ビームスプリッタ９３を透過して露光作業エリアＥに達する。第二の空間光変調器２２により空間変調されたｐ偏光光は、ＭＬＡ９２３を含む第二の投影光学系９２を介して統合用偏光ビームスプリッタ９３に達し、統合用偏光ビームスプリッタ９３で反射して露光作業エリアＥに達する。このため、オフアクシスの構成としつつも、ＭＬＡ９１３，９２３により各微小パターンの大きさの独立調整が可能となっている。

以上説明した各実施形態において、第一第二の照射系３２は、別々の光源（光源群）を用いた系であったが、光源（光源群）を共用する構成であっても良い。即ち、同一の光源（又は光源群）を偏光ビームスプリッタでｓ偏光とｐ偏光とに分け、一方を第一の空間光変調器２１に照射し、他方を第二の空間光変調器２２に照射する構成であっても良い。

また、ｓ偏光とｐ偏光に分ける構成は、干渉による光照射の不安定化や露光作業エリアＥによる照度のばらつき等を防止するためのものであるが、第一の空間光変調器２１の各画素による光照射の時間帯（オン時間帯）と第二の空間光変調器２２の各画素による光照射の時間帯とが重ならない構成においては、干渉はないので、特にｓ偏光とｐ偏光に分ける必要はない。例えば、第一の空間光変調器２１と第二の空間光変調器２２とのオンオフ周期の位相ずれがちょうど半周期であり、各照射系によるパルス光照射がその半周期以下のパルス幅であれば、重なる時間帯は実質的にないので、ｓ偏光とｐ偏光に分けなくても良い。
偏光制御を行わない場合には、通常の（無偏光の）ビームスプリッタで光を分離したり重ね合わせたりすれば良い。場合によっては、第一の照射系３１と第二の照射系３２とが完全に分離した系とされる場合もあり得る。

上記各実施形態では、空間光変調器２１，２２としてＤＭＤが使用されたが、透過型の空間光変調器として液晶表示素子が使用される場合もある。この場合には、オン状態の画素とは、透過状態にある画素（液晶の配列が光を透過する状態にある画素）であり、オフ状態の画素とは光を遮断する状態にある画素（液晶の配列が光を遮断する状態にある画素）である。各照射系は、各液晶表示素子の背後から光を照射し、オン状態の画素を通して光を透過させることで光が変調され、露光作業エリアＥに各微小パターンの像が投影される。

１ 露光ヘッド
２１ 第一の空間光変調器
２２ 第二の空間光変調器
３１ 第一の照射系
３２ 第二の照射系
３３ 光源制御系
３３１ 第一のパルス点灯回路
３３２ 第二のパルス点灯回路
３３３ 第一のパルス周期設定回路
３３４ 第二のパルス周期設定回路
３３５ 第一のパルス幅設定回路
３３６ 第二のパルス幅設定回路
３３７ 同期回路
４１ 前段投影光学系
４２ 後段投影光学系
４３ ＭＬＡ
５１ 第一の偏光ビームスプリッタ
５２ 第二の偏光ビームスプリッタ
６ ステージ
６１ ステージ移動機構
７ オートフォーカス系
８ 変調器制御系
８１ 第一のオンオフ信号出力部
８２ 第一の記憶部
８３ 第二のオンオフ信号出力部
８４ 第二の記憶部
８５ クロック供給部
Ｗ 基板
Ｅ 露光作業エリア
Ｍ 微小パターン

Claims (5)

1. 空間的に変調された光を基板に照射して基板において所望のパターンの露光済み領域を得るデジタル露光装置であって、
   基板が載置されるステージと、
   ステージを移動させ、空間光変調器が形成したパターンの光が照射されるエリアである露光作業エリアを基板が通過するようにするステージ移動機構と、
   第一の空間光変調器と、
   第二の空間光変調器と、
   を備えており、
   各空間光変調器は、露光作業エリアに光照射する状態であるオン状態と光照射しない状態であるオフ状態と取り得る多数の画素を有し、最も短いオン状態の時間長と最も短いオフ状態の短い時間長とを加えた時間長であるオンオフ周期を単位としてオン状態とオフ状態とを切り替えることが可能な変調器であり、
   さらに、
   各空間光変調器を制御する変調器制御系と、
   第一の空間光変調器に対してパルス光を照射する第一の照射系と、
   第二の空間光変調器に対してパルス光を照射する第二の照射系と
   備えており、
   変調器制御系は、所望のパターンの露光済み領域を得るべく設定されたシーケンスに従って第一の空間光変調器の各画素をオンオフ周期を単位としてオンオフさせ、所望のパターンの露光済み領域を得るべく設定されたシーケンスに従って第二の空間光変調器の各画素をオンオフ周期を単位としてオンオフさせる制御を行う系であって、第一の空間光変調器の各画素についてのオンオフ周期と第二の空間光変調器の各画素についてのオンオフ周期の周期長が一致し且つ位相がずれた状態となるように制御する系であり、
   第一の照射系は、パルス光の周期が第一の空間光変調器におけるオンオフ周期に一致し且つパルス幅が第一の空間光変調器のオンオフ周期におけるオンの時間帯の半分以下であるパルス光を照射する系であり、
   第二の照射系は、パルス光の周期が第二の空間光変調器におけるオンオフ周期に一致し且つパルス幅が第二の空間光変調器のオンオフ周期におけるオンの時間帯の半分以下であるパルス光を照射する系であることを特徴とするデジタル露光装置。
2. 前記変調器制御系は、前記第一の空間光変調器におけるオンオフの周期と前記第二の空間光変調器におけるオンオフの周期とが互いに半周期ずれた状態とする系であり、
   前記第一の照射系は前記第一の空間光変調器のオンオフ周期における前半の半周期のオンの時間帯においてパルス光を前記第一の空間光変調器に照射する系であって前記第二の照射系は前記第二の空間光変調器のオンオフ周期における前半の半周期のオンの時間帯においてパルス光を前記第二の空間光変調器に照射する系であるか、又は前記第一の照射系は前記第一の空間光変調器のオンオフ周期における後半の半周期のオンの時間帯においてパルス光を前記第一の空間光変調器に照射する系であって前記第二の照射系は前記第二の空間光変調器のオンオフ周期における後半の半周期のオンの時間帯においてパルス光を前記第二の空間光変調器に照射する系であることを特徴とする請求項１記載のデジタル露光装置。
3. 前記第一の空間光変調器及び前記第二の空間光変調器は、前記第一の空間光変調器のオン状態のある画素からの光によるパターンと前記第二の空間光変調器のオン状態のある画素からの光にあるパターンとが前記露光作業エリアにおいて同じ位置に照射されるよう配置されていることを特徴とする請求項１記載のデジタル露光装置。
4. 前記第一の空間光変調器の各画素の像を前記露光作業エリアに投影するとともに前記第二の空間光変調器の各画素の像を前記露光作業エリアに投影するマイクロレンズアレイを備えていることを特徴とする請求項３記載のデジタル露光装置。
5. 前記第一の空間光変調器及び前記第二の空間光変調器は、前記第一の空間光変調器のオン状態のある画素からの光によるパターンと前記第二の空間光変調器のオン状態のある画素からの光にあるパターンとが前記露光作業エリアにおいてずれた位置に照射されるよう配置されていることを特徴とする請求項１記載のデジタル露光装置。

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