JP3799614B2

JP3799614B2 - 露光装置

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Publication number: JP3799614B2
Application number: JP2004568764A
Authority: JP
Inventors: 徹林; 昭三石坂
Original assignee: 株式会社林創研
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: WO2004077533A1; JPWO2004077533A1

Description

本発明は、レジストなどの感光材の露光、バイオチップなどのマイクロマシン作製のときに利用する光反応を起こさせる露光、光ＣＶＤの様に光のあたったところに膜を堆積する露光、光があたったところをエッチングする露光などに利用する事ができる露光装置に関する。

近年、半導体製造やマイクロマシンや実験室チップと呼ばれる細胞培養や化学反応とその分離検出などの実験室で実施される処理のプロセスを集積化させたチップの製作などの微小な構造物を作る手段としてホトリソグラフィー技術が利用されている。
露光装置は半導体の微細化に伴い複雑化かつ大型化する傾向にあるが、実験室レベルで利用できる簡易で安価な装置に対する需要が増してきた。ＤＭＤを利用したマスクを利用しない白黒２値の露光技術が、特許文献１及び特許文献２に提案されている。また露光装置において重要である露光光の位置による不均一性を除き露光面での面内分布を均一にするため、特許文献３には外部に照明光を均一にするためフライアイレンズを利用した２値露光方法が開示されている。しかし、多階調の露光において、所望の露光値を得るためには照明光の均一性を階調の分解能以下にしなければならず、表示装置などの人間が見るものとはその要求精度が著しく異なる。フライアイレンズなどによる光学的な照明光の均一化手段では白黒の２階調の露光では十分であっても階調が高くなると均一化する効果が十分ではない。たとえば２５６階調の分解能で多階調の露光を行う場合には照明光の面内分布で０.４％の誤差以内の均一性が必要になる。白黒の２階調のリソグラフィ装置が特許文献４に開示されている。また特許文献５にはＤＭＤを平行な光束で照明し、ダミー光学系上に設けた光検出器からの検出信号を利用して均一に露光する２階調露光装置が開示されている。しかし、前記露光では検出点がまばらなので多階調の露光を行う上でその階調に見合う分解能を確保するための均一性の確保が難しい。収束する光や拡大するひかりでＤＭＤを照明すると露光面における焦点位置がずれるので、完全な平行性が要求される。焦点がずれる様子を図15に極端な収束光で照明した場合の例に示す。これは照明光軸に対してＤＭＤが傾いているために起こる現象であり、平行性が悪化すると露光の解像度が露光面内一定にならない状況を呈する。現状では高圧水銀ランプに代表される点光源とはみなし得ない大きさのある光源を利用しているので完全な平行性を持たせることは困難である。またレーザーを利用すると平行性は確保されるが、可干渉性が高いので空間光変調器の画素が二次元アレイを構成しているので、その格子が露光面に干渉パターンを発生しノイズの原因となる。

特開平１０-１１２５７９号公報特表２００１-５００６２８号公報特開２０００-４０６６０号公報特開２００１-１３５５６２号公報特開２００２-３６７９００号公報

本発明の目的は、上記の問題点を解決するため、露光光学系の照明ムラなどの要因や感光材の感度特性を加味して補正した画素毎の制御値のテーブルを用いて空間光変調器の各画素を制御し、感光材の深さ方向の露光精度を高めた多階調露光装置を提供することにある。

中間階調の露光を行う際には、中間階調の分解能以下の誤差で位置による均一性を確保しなければならない。具体的には256階調の露光を実現するためには露光面内の位置の違いによるバラツキを0.4％以内に収めなければならない。高精度な中間階調を実現する上で、対処しなければならない要因は、感光材などの露光対象試料の光に対する反応の非線形性であり、光源の輝度ムラや光学系による照明ムラである。

これを解決するため、請求項１の発明に係る露光装置は多階調の露光パターンを発生させるＤＭＤと、第一のレンズと開口しぼりと第二のレンズからなるテレセントリック光学系で構成され、前記ＤＭＤを照明する照明光学系と、前記テレセントリック光学系により前記ＤＭＤとシャインフルーフの条件を満足するよう前記テレセントリック光学系の光軸に対して所定の角度斜めに傾けて設置された平面光源と、前記露光パターンを感光材に結像する投影光学系とからなり、前記照明光学系の光軸が前記ＤＭＤに垂直な投影光学系の光軸に対して該ＤＭＤの各マイクロミラーの傾動角の２倍の角度だけ傾いて設定された露光光学系と、
前記ＤＭＤの各マイクロミラー毎に前記感光材の露光位置で露光光学系の光強度の面内分布を測定するモニタ光学系と、
前記モニタ光学系で測定した前記露光光学系の光強度の面内分布を均一にする補正テーブルＮ(x,y)、前記モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルＭ(x,y)を記憶した記憶手段と、
感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線、および感光材の露光パターンのテーブルＧ(x,y)を入力し、該テーブルＧ(x,y)を前記感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルＲ(x,y)に変換すると共に、前記ＤＭＤの各マイクロミラー毎に対応した照明ムラを均一にし感光材の直線性を補正した制御値のテーブルＳ(x,y)=Ｒ(x,y)×Ｎ(x,y)×Ｍ(x,y)を求める制御値算出手段と、
前記制御値算出手段で求めた制御値により前記ＤＭＤの各マイクロミラー毎を制御する空間光変調器制御手段と、
を備えていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、平面光源が照明光軸にオフセット角を持って設置されたロッドインテグレータの斜めにカットされた光射出端であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、利用する感光材の感度特性により設計値の感光材の除去深さを得る光量への変換と照明ムラを除外する画素毎の位置による補正との二つの過程によって高精度な多階調露光が実現される。

また、多階調の露光パターンを発生させるＤＭＤと、第一のレンズと開口しぼりと第二のレンズからなるテレセントリック光学系で構成され、前記ＤＭＤを照明する照明光学系と、前記テレセントリック光学系により前記ＤＭＤとシャインフルーフの条件を満足するよう前記テレセントリック光学系の光軸に対して所定の角度斜めに傾けて設置された平面光源と、前記露光パターンを感光材に結像する投影光学系とからなり、前記照明光学系の光軸が前記ＤＭＤに垂直な投影光学系の光軸に対して該ＤＭＤの各マイクロミラーの傾動角の２倍の角度だけ傾いて設定された露光光学系を備えたことにより、略平行光でＤＭＤを照明した場合に比べて、焦点ズレが少なく高い解像度の露光が実現できる。

本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る露光装置の第１の実施形態を示す模式図である。本実施例は空間光変調器としてデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用い、２次元に配列された画素（マイクロミラー）毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材を露光するものである。露光装置の構成は平面光源１、照明光学手段２、空間光変調器（ＤＭＤ）３、投影光学手段４、モニタ光学手段５、制御手段６を備えている。

図２は平面光源の一実施例を示す構成図である。平面光源１は、複数のＬＥＤランプ１０の光軸が互いに平行になるよう配置されたＬＥＤ光源を有し、ＬＥＤランプ１０の光束を集光レンズ１１を通してロッドインテグレータ１２の入射端に集光するよう設けられている。

ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤランプ１０が、例えば銅板で作製された平らな熱伝導性電極基板１３に配置され、各ＬＥＤランプ１０のＬＥＤチップのカソード電極とアノード電極のいずれかの電極側をマウントしたリードフレームが熱伝導性電極基板１３に電気的に接続されている。熱伝導性電極基板１３から熱を逃がすために、熱伝導性電極基板１３には放熱手段が設けられている。放熱手段の具体例として、図2に示すように熱伝導性電極基板１３の背面にペルチェ素子１４を配置し、このペルチェ素子１４に放熱器１５を設けて、それぞれを熱結合させ、更に放熱器１５を冷却ファン１６により冷却するよう構成されている。

ロッドインテグレータ１２の射出端１２ａは、角度Ｂで斜めにカットされているので、ロッドインテグレータ１２の材質の屈折率で決まる角度Ａだけ光軸が傾斜する。図１において、ＤＭＤ３０とロッドインテグレータ１２の射出端とはシャインプルーフの関係を満足するよう設置する。すなわち、本実施例では等倍の照明光学系を利用しているので、照明光軸とＤＭＤ３０のなす角をＣとすると、ロッドインテグレータ１２の射出端と照明光軸とのなす角もＣとなる。この配置では（ロッドインテグレータのカット角Ｂ）+(オフセット角Ａ)+Ｃ＝９０度となる。
このような平面光源１の配置は、ＤＭＤ３０の全べてのマイクロミラーに平面光源１を結像させることができる。

図３は平面光源の他の実施例を示すもので、図２と同一機能を有する部材には同一符号を付している。この平面光源は熱伝導性電極基板１３のＬＥＤランプ１０の配置面を、ＬＥＤランプ１０の光がロッドインテグレータ１２の入射端に向けられるよう球面に形成されていると共に、ロッドインテグレータ１２の入射端を凸レンズ１２ｂに形成し、ＬＥＤランプ１０の光を集光する作用を持たせている。

ロッドインテグレータ１２は、図４に示すように入射端から導入された光束が多重反射を繰り返し光射出端に伝播する光学伝播体である。その具体的な例としては、オプティカルファイバと同様に屈折率の低い光学材料で形成されたクラッドが屈折率の高い光学材料で形成されたコア体の周りを取り囲んでいる構造、周囲の空気にクラッドの機能を持たせて表面で全反射させることができるガラス棒、プラスチック棒のコアを有する構造、ガラスやプラスチックの表面にアルミなどの金属をコーティングして鏡としたミラーロッドなどが適用可能である。

照明光学手段２は、ＤＭＤ３０へ結像させるための光軸とＤＭＤ３０に結像した光を感光材に投影する光学系の光軸とがなす角度ＴをＤＭＤ３０のマイクロミラーの傾動角の２倍に設定されている。照明光学系はＤＭＤ３０とロッドインテグレータ１２との間に配置され、ロッドインテグレータ１２の光射出端に形成される平面光源１を、第１の凸レンズ２０、開口絞り２１、第２の凸レンズ２２からなるテレセントリック光学系を通してＤＭＤ３０に結像させる。テレセントリック光学系は、平面光源１とＤＭＤ３０の間にシャインプルーフの関係を満足するよう設置されている。

このように平面光源１とＤＭＤ３０がシャインプルーフの関係を満足したテレセントリック光学系で照明することにより、ＤＭＤ３０のすべてのマイクロミラーを所定の角度、たとえば２０度あるいは２４度で照明することが出来る。略平行光で照明したときのような焦点ズレが生じない。また開口絞りの拡大または縮小で、照明光のＮＡを容易に調節することが出来る。

本実施例では、両側テレセントリック光学系を採用した。少なくともＤＭＤ側がテレセントリックになっている必要がある。また倍率1のテレセントリック光学系を採用した。高倍率の光学系を採用すれば、小面積のロッドインテグレータの射出端をＤＭＤに結像できることはもちろんである。

投影光学手段４は、両側テレセントリック縮小投影光学系で構成され、ＤＭＤ３０のマイクロミラーを制御して、露光パターンに応じた光を投影レンズ４０を通して感光材７に結像させて露光する。

モニタ光学手段５は、ＤＭＤ３０のマイクロミラーを制御して、平面光源１をマイクロミラー毎に結像させ、反射した平面光源１を投影レンズ４０を通して画素座標（x,y）に対応した感光材７の露光位置（x,y）に結像させ、露光光学系の光強度の面内分布を測定する。基板上の感光材７を露光位置に移動させる載置台が設けられている。モニタ光の測定は、基板上の感光材７を載置しない状態で露光位置（x,y）に結像させた露光光学系の光を凸レンズ５０を通して拡散板５１に入射させ、この背後に設置された光検出器５２により検出し、制御手段６に入力する。

光学系には照明ムラが生じる。露光光学系の場合には、光源の輝度ムラや、レンズなどの光学素子では中心部と周辺部では光の伝播率が異なることが原因である。またモニター光学系の場合にもレンズや検出器の指向性のため、同じ光強度の光であってもモニター位置（露光面）が異なると検出効率に差が出てしまう。上記の露光光学系、モニター光学系で生じる照明ムラの位置による補正を行う必要があるため、制御手段６は露光光学系の照明ムラをなくす、つまり光強度の面内分布を均一にする補正テーブルＮ(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルＭ(x,y)を記憶した記憶手段を備え、設計した感光材の露光パターンのテーブルＧ(x,y)を当該感光材の現像後除去される設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルＲ(x,y)に変換すると共に、空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテーブルＳ(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求める制御値算出手段と、この制御値算出手段で求めた制御値により空間光変調器の各画素を制御する空間光変調器制御手段とをソフトウエアで実現するコンピュータにより構成されている。

ＣＡＤなどの利用により設計された64階調の段差を持つ構造物を作製するために感光材にこの構造物の鋳型を作成する場合を想定する。設計のデータはｘ、ｙ座標で決まる位置のＺ方向の高さLを要素とするの２次元のテーブルとして設計される。この２次元テーブルを中間階調を含む露光パターンとして利用する。感光材を除去する深さＬの所望値のテーブルＧ(x,y)とする。(x,y)は空間光変調器の画素に対応する位置の座標である。
レジストなどの感光材は一般的に照射される光量に対して線型には反応しない。また膜厚が厚くなると散乱や吸収のため非線形性が著しくなる。利用する所定の厚さの感光材に光量Ｉ(w.sec)を変化させて光を照射し、所定の現像過程を経て、感光材が除去される深さＬ（μ）を測定する。このデータから所望の除去深さＬを得るのに必要な光量Ｉを対応させる変換テーブルＲ(L)を作成する。変換テーブルＲ(L)を参照することによって、設計値のテーブルＧ(x,y)の要素Ｌを必要な光量Ｉに変換する。変換された新たなテーブルＲ(x,y)とする。

次に露光試料を未装着の状態で露光光の面内分布を測定する。一つの画素だけをオンし、モニタ系の光検出器で露光光学系の光強度を測定する。このオンする画素を順次切り換えて光強度を測定し、すべての画素に対応する一画面分の面内分布のテーブルを作成する。露光光の面内分布のテーブルには光源の輝度ムラや照明光学系の照明ムラ、空間光変調器の照明ムラ、また投影光学系の照明ムラなどが総合的に反映され、画素毎には均一ではない。面内分布が均一になる様に、補正テーブルＮ(x,y)を作成する。補正テーブルＮ(x,y)の画素毎の値は、光強度の逆数に比例乗数ｋをかけた値である。すなわちkに規格化する。制御値のテーブルと補正テーブルＮ(x,y)の各要素ごとに積を取り、新たな制御値のテーブルＳ(x,y)を得る。
Ｓ(x,y)=Ｒ(x,y)×Ｎ(x,y)
ここで、×は要素ごとの掛け算を表す。

ここまではモニタ系の位置による照明ムラは補正されないで残る。モニタ系の照明ムラが大きくて無視できない場合はレジスト膜などを露光し、現像後にその段差を測定する方法などでモニタ系の照明ムラを補正するテーブルＭ(x,y)を作成する。装置が組みあがった時点でモニタ系を利用して補正テーブルＮ(x,y)を作成し，これを利用してレジスト膜などを露光しその段差測定からモニタ系の検出のムラを測定し、これを均一に補正するテーブルＭ(x,y)を作成する。補正テーブルの画素毎の値は、測定段差の逆数である。一度モニタ系の検出のムラを測定すれば，このムラは変動しないので、装置定数として記憶する。

しかし、本実施例では、露光エリアが数ミリの大きさで在り、モニタ系で利用したレンズ５０の径が数センチと大きいので近軸光線のみの利用であることと、検出器の直前に散乱体を設置した効果で位置によるＭ(x,y)の要素は要求される誤差の範囲ですべて１となった。この場合には省略することができる。

光源の交換などによる大きく変動し、頻繁に発生する変動要因に対してはモニタ光強度を均一に補正するテーブルＮ(x,y)で補正することができる。
Ｓ(x,y)= Ｒ(x,y)×Ｍ(x,y)
ここで、×は要素ごとの掛け算を表す。

以上の感光材による補正と、位置による補正が終了後、制御手段が制御値Ｓ(x,y)により空間光変調器の各画素を制御し、各画素の光を投影光学系を通して感光材に結像させて露光を行う。

図５に感光材の感度曲線の一例を示す。図６に設計した露光パターンのテーブルＧ(x,y)の一例を示す。図７に感度補正露光パターンのテーブルＲ(x,y)の一例を示す。図８に補正テーブルＮ(x,y)の一例を示す。図９に補正テーブルＭ(x,y)の一例を示す。図１０に制御値のテーブルＳ(x,y)の一例を示す。

本発明の他の実施形態を説明する。

図１１は平面光源に薄膜散乱体を応用した露光装置の模式図である。本実施例は空間光変調器としてＤＭＤ３０を用い、各マイクロミラーを制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材７を露光するものである。露光装置の構成は平面光源１、照明光学手段２、空間光変調器（ＤＭＤ）３、全反射プリズム８、投影光学手段４、モニタ光学手段５、制御手段（図示せず）を備えている。ここで、モニタ光学手段５、制御手段の機能は、図１に示す実施例と同じなので、その説明を省略する。

照明光学系の光軸と投影光学系の光軸を直交して配置し、投影光学系の光軸上にＤＭＤ３０を設置する。照明光学系の光軸と投影光学系の光軸が交わる位置に全反射プリズム８を配し、この全反射プリズム８で平面光源１を全反射させてＤＭＤ３０に結像させる。結像した平面光源１はＤＭＤ３０の制御により全反射プリズム８を透過させて投影光学系４を通して感光材７に結像させ、露光する。その為、全反射プリズム８はＤＭＤ３０への入射角度が２０度又は２４度に等しい角度で平面光源１を全反射させるよう傾斜させている。光源を薄膜散乱体１７で平面光源１にし、この平面光源１を全反射プリズム又はミラー１８で照明光学系の光軸と一致した方向に全反射させ、照明光学系に入射させる。薄膜散乱体１７による平面光源１の全反射プリズム又はミラーへの入射角がＤＭＤ３０への入射角が２０度又は２４度に等しくなるよう全反射プリズム又はミラー傾斜させている。ＤＭＤ３０と平面光源１はシャインプルーフの関係を満足する。

図１２は反射型液晶パネルを用いた露光装置の模式図である。本実施例は空間光変調器３として反射型液晶パネル３１を用い、２次元に配列された液晶セル毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材７を露光するものである。露光装置の構成は平面光源１、照明光学手段２、空間光変調器（反射型液晶パネル）３、ＰＢＳ(Polarized Beam Splitter)９、投影光学手段４、モニタ光学手段５、制御手段（図示せず）を備えている。ここで、投影光学手段４、モニタ光学手段５、制御手段の機能は図１に示す実施例と同じなので、その説明を省略する。

本実施例は、照明光学手段２を通した平面状光源１を、ＰＢＳ９で偏向させて反射型液晶パネル３１に結像させ、各液晶セルの印加電圧を調節して各液晶セルの反射光の光強度を制御し、この光をＰＢＳ９、投影光学手段４を通して感光材７に結像させて露光する。

平面光源１は、図２と図３に示す構造を利用するもので、ロッドインテグレータ１２の光射出端１２aはロッドインテグレータ１２の光軸に直交する面にカットされている。

照明光学手段２は、照明光学系の光軸と投影光学系の光軸とを直交して配置し、投影光学系の光軸上に反射型液晶パネル３１を設置する。照明光学系の光軸と投影光学系の光軸が交わる位置にＰＢＳ９を配し、このＰＢＳ９で平面光源１からのＳ波は反射させて反射型液晶パネル３１に結像させる。Ｐ波はＰＢＳ９を透過し吸収される（図示せず）。結像した平面光源１は液晶セルの偏光制御によりＰＢＳ９を透過させて投影光学系を通して感光材７に結像させて露光する。その為、ＰＢＳ９の偏光分離面は平面光源１に対して４５度傾斜させている。

反射型液晶パネル３１は、個々の画素が微小な液晶セルであり、印加電圧（アナログ量）で反射される光の偏光方向が制御される。反射型液晶パネル３１とＰＢＳ９とを組み合わせて空間光変調、強度変調に利用する。反射型液晶パネル３１は、例えば、サイズが13.5μ×13.5μの液晶セルを1365×1024個集積されている。

上記の光学系では、液晶セルに印加するアナログ電圧によって液晶セルからの反射光の偏光角度が制御される。光強度は、制御された光の偏光角度によって反射されるＰＢＳ９の光の分岐作用によって制御される。具体的には液晶セルに電圧を印加しない状態では平面光源１からの光がＰＢＳ９を透過し、最も強い光強度で感光材を露光する。液晶セルに定格最大電圧を印加した場合の平面光源１からの光はＰＢＳ９によって反射され感光材７を露光しない。液晶セルに定格最大電圧以下の中間の電圧を印加した場合は、印加電圧に逆比例する光強度で感光材７を露光する。

次に制御手段の動作を説明する。図１３にＤＭＤを用いた露光のフローを示す。露光光学系の照明ムラ補正テーブルＮ_Ｄ(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを補正するテーブルＭ(x,y)を予め記憶する。感光材の感度曲線を入力する。設計した露光パターンのテーブルＧ(x,y)を入力する。露光パターンのテーブルＧ(x,y)を感光材の感度曲線を参照して感光補正露光パターンのテーブルＲ(x,y)に変換する。ＤＭＤ３０のマイクロミラー毎に対応する制御値のテーブルＳ(x,y)を次の式で求める。
S(x,y)=R(x,y)×N_Ｄ(x,y)×M(x,y)

上記制御値のテーブルＳ(x,y)を使って強度調節法又は時間調節法でＤＭＤ３０を制御する。

強度調節法は、マイクロミラーの傾動時間を全てのマイクロミラーで一定に保った状態で、制御値のテーブルＳ(x,y)でＰＷＭ制御を行い、マイクロミラーの傾動時間内で細かくスイッチングを繰り返し、マイクロミラーの傾動時間内の積分光強度を制御する。

時間調節法は、マイクロミラーの傾動時間と露光量が比例関係にあることを利用して、制御値のテーブルＳ(x,y)でオン時間を制御し、光強度を制御する。

次に反射型液晶パネルを用いた露光装置の制御手段の動作を説明する。図14に反射型液晶パネルを用いた露光のフローを示す。露光光学系の照明ムラ補正テーブルＮ_Ｌ(x,y)、モニタ光学系の照明ムラ補正テーブルＭ(x,y)を予め記憶する。感光材の感度曲線を入力する。設計した露光パターンのテーブルＧ(x,y)を入力する。露光パターンのテーブルＧ(x,y)を感光材の感度曲線を参照して感光補正露光パターンのテーブルＲ(x,y)に変換する。液晶セル毎に対応する制御値のテーブルＳ(x,y)を次の式で求める。
Ｓ(x,y)=Ｒ(x,y)×Ｎ_Ｌ(x,y)×Ｍ(x,y)

上記制御値のテーブルＳ(x,y)を使って強度調節法又は時間調節法で反射型液晶パネルを制御する。

強度調節法は、液晶セルに印加する電圧と光強度が比例関係にあることを利用して、制御値のテーブルＳ(x,y)を参照して液晶セル毎の印加電圧を制御し、光強度を制御する。

時間調節法は、液晶セル毎の印加電圧を全ての液晶セルで一定に保った状態で、制御値のテーブルＳ(x,y)でオン時間を制御し、液晶セル毎の光強度を制御する。

上記の実施例では、モニタ光学系の照明ムラ補正を行っているが、光強度補正のみを行った制御値Ｓ(x,y)=Ｒ(x,y)×Ｎ(x,y)でも良い。
また、本実施例では感光材の感度補正をＲ(x,y)として利用したが、他に光量による成膜効率の補正、或は光量によるエッチング効率の補正も同様に行うことができる。

本実施態様によれば、次のような作用効果を生ずる。
１．ＤＭＤのマイクロミラー毎の制御値に応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）で各マイクロミラーを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができる。
２．ＤＭＤのマイクロミラー毎の制御値に応じたオン時間で各マイクロミラーを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることが出来る。特別なハードウエア（ＰＷＭ装置）に依存することがなく、高い分解能での制御がしやすい。
３．テレセントリック照明光学系が平面光源とＤＭＤとをシャインプルーフの関係を満足する様に設置されたことにより、照明光軸に対して傾いて設置されているＤＭＤに対して、ＤＭＤのすべてのマイクロミラーに対して、平面光源を所定の角度で結像させることができる。
４．反射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する印加電圧で各液晶セルを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができる。
５．反射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する時間だけ所定の電圧を印加して各液晶セルを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることができると共に、高い分解能での制御がしやすい。
６．平面光源をＬＥＤ光源にすることにより、放電型のランプに比べて発光位置の変動がなく、しかも長寿命で交換を要しない。
７．平面光源が、照明された薄膜散乱体とすることにより、ロッドインテグレータより安価に平面光源を得ることができる。
８．平面光源が照明光軸にオフセット角を持って設置されたロッドインテグレータの斜めにカットされた光射出端にすることにより、シャインプルーフの関係を満足し、光軸に対して傾いているＤＭＤに結像するための平面光源を作ることができる。またオフセット角を持って設置することで光を効率よく利用することができる。

発光位置の変動のないＬＥＤランプを光源とし、光源から平面光源を生成し、平面光源と空間光変調器がシャインプルーフの関係を満足するように平面光源を空間光変調器にテレセントリックに結像して照明したので、露光面における焦点ズレが少なく、空間光変調器上の露光パターンを高解像な状態で転写したり所定の反応を起こさせることができる。

またの感光材を多階調に露光する場合には、利用する感光材の感度特性を考慮して、露光量が感光材を除去する設計値になる様に補正し、また露光ムラを起こすような照明下においても露光量が厳密に制御出きる様に画素ごとに位置による補正を実施したことで多階調の深さ方向の構造を持つ構造物を高精度に感光材上に作りこむことができる。

本発明に係る露光装置の第１の実施形態を示す模式図である。平面光源の一実施例を示す構成図である。平面光源の他の実施例を示す構成図である。ロッドインテグレータの光学伝播を説明する図である。感光材の感度曲線の一例を示す図である。設計した露光パターンのテーブルＧ(x,y)の一例を示す図である。感度補正露光パターンのテーブルＲ(x,y)の一例を示す図である。補正テーブルＮ（ｘ，ｙ）の一例を示す図である。補正テーブルＭ（ｘ，ｙ）の一例を示す図である。制御値のテーブルＳ(x,y)の一例を示す図である。平面光源に薄膜散乱体を応用した露光装置の模式図である。反射型液晶パネルを用いた露光装置の模式図である。ＤＭＤを用いた露光のフローを示す図である。反射型液晶パネルを用いた露光のフローを示す図である。集束光でＤＭＤを照明した場合の焦点位置を示す図である。

Claims

多階調の露光パターンを発生させるＤＭＤと、第一のレンズと開口しぼりと第二のレンズからなるテレセントリック光学系で構成され、前記ＤＭＤを照明する照明光学系と、前記テレセントリック光学系により前記ＤＭＤとシャインフルーフの条件を満足するよう前記テレセントリック光学系の光軸に対して所定の角度斜めに傾けて設置された平面光源と、前記露光パターンを感光材に結像する投影光学系とからなり、前記照明光学系の光軸が前記ＤＭＤに垂直な投影光学系の光軸に対して該ＤＭＤの各マイクロミラーの傾動角の２倍の角度だけ傾いて設定された露光光学系と、
前記ＤＭＤの各マイクロミラー毎に前記感光材の露光位置で露光光学系の光強度の面内分布を測定するモニタ光学系と、
前記モニタ光学系で測定した前記露光光学系の光強度の面内分布を均一にする補正テーブルＮ(x,y)、前記モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルＭ(x,y)を記憶した記憶手段と、
感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線、および感光材の露光パターンのテーブルＧ(x,y)を入力し、該テーブルＧ(x,y)を前記感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルＲ(x,y)に変換すると共に、前記ＤＭＤの各マイクロミラー毎に対応した照明ムラを均一にし感光材の直線性を補正した制御値のテーブルＳ(x,y)=Ｒ(x,y)×Ｎ(x,y)×Ｍ(x,y)を求める制御値算出手段と、
前記制御値算出手段で求めた制御値により前記ＤＭＤの各マイクロミラー毎を制御する空間光変調器制御手段と、
を備えていることを特徴とする露光装置。
請求項１において、平面光源が照明光軸にオフセット角を持って設置されたロッドインテグレータの斜めにカットされた光射出端であることを特徴とする露光装置。