JP4324646B2 - パターン描画装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原版となるフォトマスク（レクチル）やプリント基板、プリント用紙などの被描画体に対して、回路パターンやイメージなどの描画パターンを形成するパターン描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェハやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＷＢ（Printed Wiring Board）など被描画体の表面にパターンを形成する描画装置が知られており、あらかじめ作成されたパターンデータに基づき、電子ビームやレーザビームがＯＮ／ＯＦＦ変調される。光変調ユニットとしては、音響光学変調素子（ＡＯＭ）の使用が一般的であるが、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を使用した描画装置（露光装置）も知られている（例えば、特許文献１参照）。ＤＭＤを使用する場合、ＤＭＤに入射した光は、ＤＭＤ上においてマトリクス状に配列されたマイクロミラー毎に選択的に反射され、反射光に基づきパターンが形成される。一方、微細な回路パターンを形成する、すなわちパターンの解像度を向上させるため、複数の分割された光ファイバー束から射出される光を露光面に向けて照射する露光方法が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６８００３号公報（図２３、図２６、図２７）
【特許文献２】
特開平７−１３０６２１号公報（図１）
【特許文献３】
特開平６−２９１８９号公報（図１）
【特許文献４】
特開平５−２１７８５４号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＭＤを構成するマイクロミラーは矩形状であるため、ＤＭＤ全体に対して均一に光を照射すると、１つのマイクロミラーに対する露光スポットの形状も矩形状となる。この場合、マイクロミラーの配列方向、すなわち被描画体表面における露光グリットに対し斜め方向に沿ってパターンを形成する場合のパターン線幅は、配列方向に沿ってパターンを形成した時の幅と大きく異なってしまう。その結果、斜め方向に沿って高精度のパターンを形成することができない。
【０００５】
そこで本発明では、いずれの方向にも同程度の精度によるパターンを形成することが可能なパターン描画装置、パターン描画用照明装置、パターン描画用照明方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン描画装置は、パターン形成のため光を放射する光源と、複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、複数の光変調素子それぞれを制御することにより光源からの光を変調する光変調ユニットと、光源からの光を光変調ユニットへ導く４つの光ファイバ束と、４つの光ファイバ束における４つの射出端から射出する光を光変調ユニットへ結像させる照明光学系と、光変調ユニットにより導かれる光を被描画体へ結像させる結像光学系とを備える。光変調ユニットとして、例えば複数のマイクロミラーから構成されるＤＭＤが適用される。
【０００７】
単一の光変調素子に光を照射させて被描画体に生じる露光エリア（スポット）のサイズは、解像力、すなわちエアリーディスク（＝１．２２λＦ）に従って変化する。本発明では、光変調ユニットの中心を通る光変調素子の配列方向の対角線上に沿った解像力を配列方向に沿った解像力に比べて向上させることにより、配列方向に対し斜め方向のパターンの線幅と配列方向に沿ったパターンの線幅との差を解消させる。解像力は、４つの光ファイバ束の距離間隔、すなわち、４つの射出端における４つの射出軸の距離間隔に応じて変化することから、４つの射射出軸が所定の条件を満たすように４つの光ファイバ束が配置される。
【０００８】
その条件下では、４つの射出端における４つの射出軸が、光変調ユニットの中心を通る対角線であって複数の光変調素子により規定される配列方向の対角線となる第１および第２の対角線に対し、それぞれ２つずつ光変調ユニットの中心を挟んで交差するとともに、第１および第２の対角線と４つの射出軸との４つの交点が光変調ユニットの中心から等間隔の位置にある。
【０００９】
４つの射出端と第１および第２の対角線との４つの交点が正方形の４隅に位置するため、対角線方向に沿った解像力の方が、配列方向に沿った解像力より高くなる。そのため、配列方向に沿ったパターンの線幅と斜め方向に沿ったパターンの線幅との差が小さくなり、任意の方向に対し略同程度の精度でパターンを形成することが可能である。
【００１０】
本発明のパターン描画装置は、パターン形成のため４つの射出端から光を放射する光放射手段と、複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、複数の光変調素子それぞれを制御することにより光放射手段からの光を変調する光変調ユニットと、光放射手段からの光を光変調ユニットを介して被描画体へ導く結像光学系とを備え、光変調ユニットの中心を通り配列方向の対角線となる第１及び第２の対角線方向に沿った解像力を各光変調素子の配列方向に沿った解像力より高くするように、４つの射出端における４つの射出軸が、第１および第２の対角線に対しそれぞれ２つずつ光変調ユニットの中心を挟んで交差することを特徴とする。
【００１１】
本発明のパターン描画装置は、パターン形成のため複数の射出端から光を放射する光放射手段と、複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、複数の光変調素子それぞれを制御することにより光放射手段からの光を変調する光変調ユニットと、光放射手段からの光を光変調ユニットを介して被描画体へ導く結像光学系とを備え、光変調ユニットの中心を通り配列方向の対角線となる第１及び第２の対角線方向に沿った解像力を各光変調素子の配列方向に沿った解像力より高くするように、第1及び第2の対角線方向に従って複数の射出端を配置することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態であるパターン描画装置について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態であるパターン描画装置を模式的に示した斜視図であり、図２は、パターン描画装置に設けられた露光ユニット（照明装置）を模式的に示した図である。そして、図３は、ステージの移動に伴う露光エリアの移動を示した図である。本実施形態のパターン描画装置は、プリント基板へ直接光を照射することによって回路パターンを形成する。
【００１４】
パターン描画装置１０は、ゲート状構造体１２、基台１４を備えており、基台１４には、Ｘステージ１８を支持するＸステージ駆動機構１９が搭載され、Ｘステージ１８上にはプリント基板ＳＷが設置されている。ゲート状構造体１２には、Ｙステージ１７を支持するＹステージ駆動機構（図示せず）が搭載され、Ｙステージにはプリント基板ＳＷの表面に回路パターンを形成するための露光ユニット２０が設けられており、Ｘステージ１８、Ｙステージ１７の移動に合わせて露光ユニット２０が動作する。また、描画装置１０は、Ｘステージ１８、Ｙステージ１７の移動および露光ユニット２０の動作を制御する描画制御部（図示せず）を備えている。
【００１５】
図２に示すように、露光ユニット２０は、レーザ発振器２１、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）２２、光ファイバ束２３、照明光学系２４、結像光学系２６Ａ、２６Ｂを備えており、光ファイバ束２３とＤＭＤ２２との間に照明光学系２４が配置され、互いに平行に配置されたＤＭＤ２２とプリント基板ＳＷとの間に結像光学系２６Ａ，２６Ｂが配置されている。光ファイバ束２３は、第１光ファイバ束２３Ａ、第２光ファイバ束２３Ｂ、第３光ファイバ２３Ｃ、第４光ファイバ束２３Ｄから構成されている。レーザ発振器２１から一定の強度で連続的に放射される光（レーザビーム）は、第１〜第４の光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄそれぞれの入射端に入射し、それぞれの射出端面から射出する。照明光学系２４を通った光は、ＤＭＤ２２に到達する。第１〜第４の光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄそれぞれから射出した光は照明光学系２４によってＤＭＤ２４全体を照明し、ＤＭＤ２２のどの位置においても第１〜第４の光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄからの光によって照明されている。
【００１６】
ＤＭＤ２２は、μｍオーダーである微小のマイクロミラー（ここでは図示せず）がマトリクス状に配列された光変調ユニットであり、各マイクロミラーは、静電界作用により回転変動する。マイクロミラーは、レーザ発振器２１からの光ＬＢをプリント基板ＳＷの露光面ＳＵの方向へ反射させる第１の姿勢と、露光面ＳＵの方向以外へ反射させる第２の姿勢いずれかの姿勢で位置決めされ、描画制御部からの制御信号に従って姿勢が切り替えられる。マイクロミラーが第１の姿勢で位置決めされた場合、マイクロミラー上で反射した光は、結像光学系２６Ａ、２６Ｂの方向へ導かれる。結像光学系レンズ２６Ａ、２６Ｂを通った光は、露光面ＳＵにおいて所定の場所にマイクロミラーの像を結像させレーザ光を照射する。一方、マイクロミラーが第２の姿勢で位置決めされた場合、マイクロミラーで反射した光は、光吸収板（図示せず）の方向へ導かれ、露光面ＳＵには到達しない。
【００１７】
マイクロミラーはそれぞれ独立してＯＮ／ＯＦＦ制御され、ＤＭＤ２２全体に照射した光は、各マイクロミラーにおいて選択的に反射された光の光束から構成される光となって分割される。その結果、露光面ＳＵの対応する照射エリアには、その場所に形成すべき回路パターンに応じた光が照射される。本実施形態では、ラスタ走査に従い、Ｘステージ１８が主走査方向（Ｘ方向）に沿って一定速度で移動する（図３参照）。ＤＭＤ２２のマイクロミラーは、回路パターンに応じたラスタデータに基づいてそれぞれ独立に制御されており、露光エリアＥＡの相対的移動に従ってマイクロミラーが順次ＯＮ／ＯＦＦ制御され、その結果、走査方向に沿って回路パターンが形成されていく。１ライン分の走査が終了すると、次のラインを露光するためＹステージ１７が副走査方向（Ｙ方向）へ移動し、折り返しＸステージ１８が主走査方向に沿って移動する。すべてのラインが露光されることにより、プリント基板ＳＷ上に回路パターンが形成される。
【００１８】
図４は、光ファイバ束２３の配置を示した斜視図であり、図５は、ＤＭＤ２２上における射出軸の位置を示した図である。
【００１９】
図４に示すように、４つの光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄにおける４つの射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4は規則的に等距離間隔で配置されており、射出端２３Ｘ1〜Ｘ4の射出軸２３Ｅ1〜２３Ｅ4は、ＤＭＤ２２上に規定される対角線Ｌ１、Ｌ２上を通る。ＤＭＤ２２のサイズは縦横比が３：４に定められており、ここでは、縦方向に８個のマイクロミラー、横方向に１２個のマイクロミラーが配列されている（図５参照）。対角線Ｌ１、Ｌ２は、ＤＭＤ２２の中心Ｃ０を通り、互いに直交するように規定される。したがって、対角線Ｌ１、Ｌ２は、各マイクロイラーＣjiの配列方向（ｊ，ｉ方向）に対する対角線方向に平行である。射出軸２３Ｅ1、Ｅ3は対角線Ｌ１と交差し、射出軸２３Ｅ2，Ｅ4は対角線Ｌ２と交差する。以下では、射出軸２３Ｅ1〜Ｅ4と対角線Ｌ１、Ｌ２との交点を、それぞれ２３Ｃ1、２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4とする。
【００２０】
４つの交点２３Ｃ1，２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4は、ＤＭＤ２２の中心Ｃ０からすべて等距離にあり、対角線Ｌ１、Ｌ２上において、中心Ｃ０を挟んだ交点２３Ｃ1，２３Ｃ3との距離間隔と交点２３Ｃ2，２３Ｃ4の距離間隔は一致する。言い換えると、４つの交点２３Ｃ1，２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4を順に結ぶことにより、正方形が形成される。本実施形態では、４つの交点２３Ｃ1、２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4が上記関係を維持するように、４つの射出軸２３Ｅ1〜２３Ｅ4の位置方向、すなわち光ファイバ２３の射出端２３Ｘ1〜Ｘ4の配置が定められている。例えば、図４に示すように、４つの射出軸２３Ｘ1〜Ｘ4と対角線Ｌ１、Ｌ２との交点がそれぞれＺ1〜Ｚ4の位置になるように、射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4の配置を定めてもよい。
【００２１】
図６は、光ファイバから露光面までの光学系の配置および光路図を模式的に示した図である。
【００２２】
一般に、単一のマイクロミラーＣjiに光を照射して露光面上にスポットを当てた場合、スポットの露光サイズＳは以下の式により求められる。
ここで、マイクロミラーＣjiの投影サイズを“Ｄ”で示し、解像力（エアリーディスク）を“Ｐ”で示す。結像光学系の結像レンズ２６Ｂにおける露光面側開口数を“ＮＡE”で示し、露光面側のＦナンバーを“Ｆｅ2”で示す。マイクロミラーの投影サイズＤは、マイクロミラーのサイズ×投影倍率によって求められ、ここでは投影倍率を1倍とする。また、光の波長を“λ”で示す。
【００２３】
露光面側のＦナンバーＦｅ2の値は、光変調ユニット側、すなわち結像光学系の結像レンズ２６ＡのＦナンバーＦｅ1に従い、次式によって定められる。ただし、“Ｍ”は投影倍率を示す。
Ｆｅ2＝Ｍ×Ｆｅ1 ・・・（２）
【００２４】
また、光変調ユニット側のＦナンバーＦｅ1は、以下の式で規定される。ただし、“ｆ”は照明光学系２４の焦点距離を示し、“Ｌ”は第１光ファイバー２３Ａと第３光ファイバー２３Ｃの射出端２３Ｘ1，Ｘ3の距離間隔あるいは第２光ファイバー２３Ｂと第４光ファイバー２３Ｄの射出端２３Ｘ2，Ｘ4の距離間隔を表す。
Ｆｅ1＝ｆ／Ｌ ・・・（３）
【００２５】
（１）式から明らかなように、露光エリアのサイズＳは解像力によって変化し、解像力Ｐの値が小さい、すなわちＦナンバーＦｅ2が小さいほど解像力が高く、シャープな像としてスポットが形成される。また、（２）、（３）式から明らかなように、スポットの解像力は、光ファイバ束の射出端の距離間隔に従って規定される。すなわち、第１、第３の射出端２３Ｘ1、２３Ｘ3、あるいは第２、第４の射出端２３Ｘ2、２３Ｘ4の距離間隔が長いほど、解像力が上がり、シャープな像が形成される。
【００２６】
本実施形態では、図５に示すように、４つの射出軸２３Ｅ1〜２３Ｅ4の対角線Ｌ１、Ｌ２との交点２３Ｃ1〜２３Ｃ4については、対角線Ｌ１、Ｌ２に沿った距離間隔Ｄ１の方が、マイクロミラーＣjiの配列方向（ｊ、ｉ方向）、の距離間隔Ｄ２より長い。そのため、マイクロミラーＣｊｉの配列方向、すなわちＤＭＤ２２の縦横方向に比べ、対角線Ｌ１、Ｌ２に沿った解像力が高い。
【００２７】
（１）式により、露光エリアのサイズＳは、解像力Ｐの値が小さい、すなわち解像力が高いほど小さい値になる。したがって、露光エリア（スポット）のサイズＳは、対角線Ｌ１、Ｌ２方向に沿った径が配列方向（ｊ，ｉ方向）に沿った径よりも短い形状になる。すなわち、露光エリアは、実質的に円径状に近くなる。
【００２８】
図７は、配線パターンを示した図である。
【００２９】
図７では、露光エリアが円状である場合の配線パターンと、光ファイバ２３の配置に指向性がないため露光エリアが正方形状になる場合の配線パターンが示されている。ここでは、マイクロミラーＣjiの配列方向（露光グリット）に沿って矩形状の配線パターンＰＷを形成する時に実際露光面上に生じる露光エリアと、露光グリットの対角線方向に沿って矩形状の配線パターンＰＷ１を形成する時に実際露光面上に生じる露光エリアを比較例示する。なお、光ファイバ２３の指向性をなくすため、例えば、ＤＭＤ２２の中心周りに規定される同心円に沿って射出軸が等間隔で交差するように、光ファイバ束２３を設置すればよい。
【００３０】
線幅Ｈの配線パターンを形成する描画データに基づいて露光面にビームを照射させた場合、（１）式に示すように、実際には線幅Ａ〜Ｄの配線パターンが形成される。露光エリアが実質的に円である場合、露光グリットに沿った配線パターンＰＷの線幅Ａと斜め方向の配線パターンＰＷ１の線幅Ｃは、実質的に等しい（Ａ＝Ｃ）。一方、光ファイバ束２３の配置に指向性がない場合、斜めに形成される配線パターンＰＷ１の線幅Ｄは、露光グリッドに沿った配線パターンＰＷの線幅Ｂより大きい。
【００３１】
したがって、４つの光ファイバ２３Ａ〜２３Ｄを対角線Ｌ１、Ｌ２に沿って指向性をもつように配置することにより、マイクロミラーＣjiの配列方向に沿った配線パターンの線幅と斜め方向の配線パターンの線幅との差を解消することができる。
【００３２】
以下では、露光グリッドに沿った解像力Ｐを単一のマイクロミラーＣjiの投影サイズＤの半分に設定し、光ファイバ２３の配置に指向性がない場合の露光サイズと、図５に示すように配置に指向性をもたせた場合の露光サイズを求める。
【００３３】
指向性がない場合、露光グリットに沿った解像力の値Ｐ０＝０．５Ｄであることから、露光サイズＳ０は、（１）式に基づいて以下のように求められる。
Ｓ０＝Ｄ＋Ｐ０＝Ｄ＋０．５Ｄ＝１．５Ｄ ・・・（４）
また、対角線方向の露光サイズＳ１は、解像力の値が同じであることから、以下の式により求められる。
Ｓ１＝√２Ｄ＋Ｐ１＝√２＋０．５Ｄ＝１．９１Ｄ ・・・（５）
したがって、露光エリアのサイズＳ１、Ｓ２の差は、０．４１Ｄになる。
【００３４】
一方、図５に示すように対角線方向Ｌ１、Ｌ２に沿って指向性を持たせた場合、軸方向の露光サイズＳ０は、有効エリアＰ０＝０．５Ｄであることから、（４）式と同様、１．５Ｄになる。一方、対角線方向の露光サイズＳ１は、解像力Ｐ１＝Ｐ０／√２であることから、以下の式により求められる。
Ｓ１＝√２Ｄ＋Ｐ１＝√２Ｄ＋０．５Ｄ／√２＝１．７７Ｄ ・・（６）
この場合、露光エリアのサイズＳ１、Ｓ２の差は、０．２７Ｄとなる。
【００３５】
解像力と投影像のサイズとの比を変化させた場合の線幅差を、表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、レーザ発振器２１から放射された光が、４つの光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄ、照明光学系２４を介してＤＭＤ２２に導かれる。ＤＭＤ２２において選択的に反射した光は、結像光学系２６Ａ，２６Ｂを介してプリント基板ＰＷに照射される。そして、第1〜第4の光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄの射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4は、ＤＭＤ２２上に規定される対角線Ｌ１、Ｌ２に関して指向性をもつように配置される。すなわち、射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4の射出軸２３Ｅ1〜２３Ｅ4と対角線Ｌ１、Ｌ２との交点２３Ｃ1，２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4が、ＤＭＤ２２の中心Ｃ０からすべて等距離にあり、対角線Ｌ１、Ｌ２上において、中心Ｃ０を挟んだ交点２３Ｃ1，２３Ｃ3との距離間隔と交点２３Ｃ2，２３Ｃ4の距離間隔が一致するように、射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4が配置される。これにより、斜め方向に配線パターンを形成する場合、パターンの線幅と、露光グリット、すなわちマイクロミラーＣjiの配列方向（ｊ，ｉ方向）に沿ったパターンの線幅との差が小さくなる。
【００３８】
ＤＭＤのサイズは、３：４に限定されず、正方形等任意の矩形であってよい。この場合、ＤＭＤの中心を通りマイクロミラーの対角線方向に沿った2本の対角線が規定される。また、ＤＭＤ以外の光変調ユニットも適用可能であり、ＤＭＤの代わりにＬＣＤを適用してもよい。
【００３９】
４本の光ファイバ束以外にも、指向性のないように複数の光ファイバ束をさらに配置してもよい。また、光ファイバ束を適用せず、直接、光の進行方向に指向性のある光源の射出軸が上記条件を満たすように、４つの光源を配置してもよい。
【００４０】
交点２３Ｃ1〜２３Ｃ4と中心Ｃ０との距離は等間隔であるが、それには限定されず、パターン線幅の差をより解消するように、交点２３Ｃ1、２３Ｃ3の距離間隔と、交点２３Ｃ2、２３Ｃ4の距離間隔を定めてもよい。すなわち、対角線Ｌ１、Ｌ２方向の解像力がマイクロミラーの配列方向に沿った解像力に比べて高くなるように、交点２３Ｃ1〜２３Ｃ4の位置を定めればよい。さらには、４つの光ファイバに限定されず、複数の光ファイバについても、対角線Ｌ１、Ｌ２方向の解像力が相対的に高くなるように配置すればよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、いずれの方向にも同程度の精度によるパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態であるパターン描画装置を模式的に示した斜視図である。
【図２】パターン描画装置に設けられた露光ユニット（照明装置）を模式的に示した図である。
【図３】ステージの移動に伴う露光エリアの移動を示した図である。
【図４】光ファイバ束の配置を模式的に示した斜視図である。
【図５】ＤＭＤ上における射出軸の位置を示した図である。
【図６】光ファイバから露光面までの光学系の配置および光路図を模式的に示した図である。
【図７】配線パターンを示した図である。
【符号の説明】
２１ レーザ発振器（光源）
２２ ＤＭＤ（光変調ユニット）
２３Ａ〜２３Ｄ ４つの光ファイバ束
２３Ｘ1〜Ｘ4 ４つの射出端
２３Ｅ1〜Ｅ4 ４つの射出軸
２３Ｃ1〜２３Ｃ4 ４つの交点
２４ 照明光学系
２６Ａ，２６Ｂ 結像光学系
Ｌ１、Ｌ２ 対角線
ｊ，ｉ 配列方向
ＳＷ プリント基板（被描画体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、原版となるフォトマスク（レクチル）やプリント基板、プリント用紙などの被描画体に対して、回路パターンやイメージなどの描画パターンを形成するパターン描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェハやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＷＢ（Printed Wiring Board）など被描画体の表面にパターンを形成する描画装置が知られており、あらかじめ作成されたパターンデータに基づき、電子ビームやレーザビームがＯＮ／ＯＦＦ変調される。光変調ユニットとしては、音響光学変調素子（ＡＯＭ）の使用が一般的であるが、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を使用した描画装置（露光装置）も知られている（例えば、特許文献１参照）。ＤＭＤを使用する場合、ＤＭＤに入射した光は、ＤＭＤ上においてマトリクス状に配列されたマイクロミラー毎に選択的に反射され、反射光に基づきパターンが形成される。一方、微細な回路パターンを形成する、すなわちパターンの解像度を向上させるため、複数の分割された光ファイバー束から射出される光を露光面に向けて照射する露光方法が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６８００３号公報（図２３、図２６、図２７）
【特許文献２】
特開平７−１３０６２１号公報（図１）
【特許文献３】
特開平６−２９１８９号公報（図１）
【特許文献４】
特開平５−２１７８５４号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＭＤを構成するマイクロミラーは矩形状であるため、ＤＭＤ全体に対して均一に光を照射すると、１つのマイクロミラーに対する露光スポットの形状も矩形状となる。この場合、マイクロミラーの配列方向、すなわち被描画体表面における露光グリットに対し斜め方向に沿ってパターンを形成する場合のパターン線幅は、配列方向に沿ってパターンを形成した時の幅と大きく異なってしまう。その結果、斜め方向に沿って高精度のパターンを形成することができない。
【０００５】
そこで本発明では、いずれの方向にも同程度の精度によるパターンを形成することが可能なパターン描画装置、パターン描画用照明装置、パターン描画用照明方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン描画装置は、パターン形成のため光を放射する光源と、複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、複数の光変調素子それぞれを制御することにより光源からの光を変調する光変調ユニットと、光源からの光を光変調ユニットへ導く４つの光ファイバ束と、４つの光ファイバ束における４つの射出端から射出する光を光変調ユニットへ結像させる照明光学系と、光変調ユニットにより導かれる光を被描画体へ結像させる結像光学系とを備える。光変調ユニットとして、例えば複数のマイクロミラーから構成されるＤＭＤが適用される。
【０００７】
単一の光変調素子に光を照射させて被描画体に生じる露光エリア（スポット）のサイズは、解像力、すなわちエアリーディスク（＝１．２２λＦ）に従って変化する。本発明では、光変調ユニットの中心を通る光変調素子の配列方向の対角線上に沿った解像力を配列方向に沿った解像力に比べて向上させることにより、配列方向に対し斜め方向のパターンの線幅と配列方向に沿ったパターンの線幅との差を解消させる。解像力は、４つの光ファイバ束の距離間隔、すなわち、４つの射出端における４つの射出軸の距離間隔に応じて変化することから、４つの射射出軸が所定の条件を満たすように４つの光ファイバ束が配置される。
【０００８】
その条件下では、４つの射出端における４つの射出軸が、光変調ユニットの中心を通る対角線であって複数の光変調素子により規定される配列方向の対角線となる第１および第２の対角線に対し、それぞれ２つずつ光変調ユニットの中心を挟んで交差するとともに、第１および第２の対角線と４つの射出軸との４つの交点が光変調ユニットの中心から等間隔の位置にある。
【０００９】
４つの射出端と第１および第２の対角線との４つの交点が正方形の４隅に位置するため、対角線方向に沿った解像力の方が、配列方向に沿った解像力より高くなる。そのため、配列方向に沿ったパターンの線幅と斜め方向に沿ったパターンの線幅との差が小さくなり、任意の方向に対し略同程度の精度でパターンを形成することが可能である。
【００１０】
本発明のパターン描画装置は、パターン形成のため４つの射出端から光を放射する光放射手段と、複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、複数の光変調素子それぞれを制御することにより光放射手段からの光を変調する光変調ユニットと、光放射手段からの光を光変調ユニットを介して被描画体へ導く結像光学系とを備え、光変調ユニットの中心を通り配列方向の対角線となる第１及び第２の対角線方向に沿った解像力を各光変調素子の配列方向に沿った解像力より高くするように、４つの射出端における４つの射出軸が、第１および第２の対角線に対しそれぞれ２つずつ光変調ユニットの中心を挟んで交差することを特徴とする。
【００１１】
本発明のパターン描画装置は、パターン形成のため複数の射出端から光を放射する光放射手段と、複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、複数の光変調素子それぞれを制御することにより光放射手段からの光を変調する光変調ユニットと、光放射手段からの光を光変調ユニットを介して被描画体へ導く結像光学系とを備え、光変調ユニットの中心を通り配列方向の対角線となる第１及び第２の対角線方向に沿った解像力を各光変調素子の配列方向に沿った解像力より高くするように、第1及び第2の対角線方向に従って複数の射出端を配置することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態であるパターン描画装置について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態であるパターン描画装置を模式的に示した斜視図であり、図２は、パターン描画装置に設けられた露光ユニット（照明装置）を模式的に示した図である。そして、図３は、ステージの移動に伴う露光エリアの移動を示した図である。本実施形態のパターン描画装置は、プリント基板へ直接光を照射することによって回路パターンを形成する。
【００１４】
パターン描画装置１０は、ゲート状構造体１２、基台１４を備えており、基台１４には、Ｘステージ１８を支持するＸステージ駆動機構１９が搭載され、Ｘステージ１８上にはプリント基板ＳＷが設置されている。ゲート状構造体１２には、Ｙステージ１７を支持するＹステージ駆動機構（図示せず）が搭載され、Ｙステージにはプリント基板ＳＷの表面に回路パターンを形成するための露光ユニット２０が設けられており、Ｘステージ１８、Ｙステージ１７の移動に合わせて露光ユニット２０が動作する。また、描画装置１０は、Ｘステージ１８、Ｙステージ１７の移動および露光ユニット２０の動作を制御する描画制御部（図示せず）を備えている。
【００１５】
図２に示すように、露光ユニット２０は、レーザ発振器２１、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）２２、光ファイバ束２３、照明光学系２４、結像光学系２６Ａ、２６Ｂを備えており、光ファイバ束２３とＤＭＤ２２との間に照明光学系２４が配置され、互いに平行に配置されたＤＭＤ２２とプリント基板ＳＷとの間に結像光学系２６Ａ，２６Ｂが配置されている。光ファイバ束２３は、第１光ファイバ束２３Ａ、第２光ファイバ束２３Ｂ、第３光ファイバ２３Ｃ、第４光ファイバ束２３Ｄから構成されている。レーザ発振器２１から一定の強度で連続的に放射される光（レーザビーム）は、第１〜第４の光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄそれぞれの入射端に入射し、それぞれの射出端面から射出する。照明光学系２４を通った光は、ＤＭＤ２２に到達する。第１〜第４の光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄそれぞれから射出した光は照明光学系２４によってＤＭＤ２４全体を照明し、ＤＭＤ２２のどの位置においても第１〜第４の光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄからの光によって照明されている。
【００１６】
ＤＭＤ２２は、μｍオーダーである微小のマイクロミラー（ここでは図示せず）がマトリクス状に配列された光変調ユニットであり、各マイクロミラーは、静電界作用により回転変動する。マイクロミラーは、レーザ発振器２１からの光ＬＢをプリント基板ＳＷの露光面ＳＵの方向へ反射させる第１の姿勢と、露光面ＳＵの方向以外へ反射させる第２の姿勢いずれかの姿勢で位置決めされ、描画制御部からの制御信号に従って姿勢が切り替えられる。マイクロミラーが第１の姿勢で位置決めされた場合、マイクロミラー上で反射した光は、結像光学系２６Ａ、２６Ｂの方向へ導かれる。結像光学系レンズ２６Ａ、２６Ｂを通った光は、露光面ＳＵにおいて所定の場所にマイクロミラーの像を結像させレーザ光を照射する。一方、マイクロミラーが第２の姿勢で位置決めされた場合、マイクロミラーで反射した光は、光吸収板（図示せず）の方向へ導かれ、露光面ＳＵには到達しない。
【００１７】
マイクロミラーはそれぞれ独立してＯＮ／ＯＦＦ制御され、ＤＭＤ２２全体に照射した光は、各マイクロミラーにおいて選択的に反射された光の光束から構成される光となって分割される。その結果、露光面ＳＵの対応する照射エリアには、その場所に形成すべき回路パターンに応じた光が照射される。本実施形態では、ラスタ走査に従い、Ｘステージ１８が主走査方向（Ｘ方向）に沿って一定速度で移動する（図３参照）。ＤＭＤ２２のマイクロミラーは、回路パターンに応じたラスタデータに基づいてそれぞれ独立に制御されており、露光エリアＥＡの相対的移動に従ってマイクロミラーが順次ＯＮ／ＯＦＦ制御され、その結果、走査方向に沿って回路パターンが形成されていく。１ライン分の走査が終了すると、次のラインを露光するためＹステージ１７が副走査方向（Ｙ方向）へ移動し、折り返しＸステージ１８が主走査方向に沿って移動する。すべてのラインが露光されることにより、プリント基板ＳＷ上に回路パターンが形成される。
【００１８】
図４は、光ファイバ束２３の配置を示した斜視図であり、図５は、ＤＭＤ２２上における射出軸の位置を示した図である。
【００１９】
図４に示すように、４つの光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄにおける４つの射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4は規則的に等距離間隔で配置されており、射出端２３Ｘ1〜Ｘ4の射出軸２３Ｅ1〜２３Ｅ4は、ＤＭＤ２２上に規定される対角線Ｌ１、Ｌ２上を通る。ＤＭＤ２２のサイズは縦横比が３：４に定められており、ここでは、縦方向に８個のマイクロミラー、横方向に１２個のマイクロミラーが配列されている（図５参照）。対角線Ｌ１、Ｌ２は、ＤＭＤ２２の中心Ｃ０を通り、互いに直交するように規定される。したがって、対角線Ｌ１、Ｌ２は、各マイクロイラーＣjiの配列方向（ｊ，ｉ方向）に対する対角線方向に平行である。射出軸２３Ｅ1、Ｅ3は対角線Ｌ１と交差し、射出軸２３Ｅ2，Ｅ4は対角線Ｌ２と交差する。以下では、射出軸２３Ｅ1〜Ｅ4と対角線Ｌ１、Ｌ２との交点を、それぞれ２３Ｃ1、２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4とする。
【００２０】
４つの交点２３Ｃ1，２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4は、ＤＭＤ２２の中心Ｃ０からすべて等距離にあり、対角線Ｌ１、Ｌ２上において、中心Ｃ０を挟んだ交点２３Ｃ1，２３Ｃ3との距離間隔と交点２３Ｃ2，２３Ｃ4の距離間隔は一致する。言い換えると、４つの交点２３Ｃ1，２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4を順に結ぶことにより、正方形が形成される。本実施形態では、４つの交点２３Ｃ1、２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4が上記関係を維持するように、４つの射出軸２３Ｅ1〜２３Ｅ4の位置方向、すなわち光ファイバ２３の射出端２３Ｘ1〜Ｘ4の配置が定められている。例えば、図４に示すように、４つの射出軸２３Ｘ1〜Ｘ4と対角線Ｌ１、Ｌ２との交点がそれぞれＺ1〜Ｚ4の位置になるように、射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4の配置を定めてもよい。
【００２１】
図６は、光ファイバから露光面までの光学系の配置および光路図を模式的に示した図である。
【００２２】
一般に、単一のマイクロミラーＣjiに光を照射して露光面上にスポットを当てた場合、スポットの露光サイズＳは以下の式により求められる。
【００２３】
露光面側のＦナンバーＦｅ2の値は、光変調ユニット側、すなわち結像光学系の結像レンズ２６ＡのＦナンバーＦｅ1に従い、次式によって定められる。ただし、“Ｍ”は投影倍率を示す。
Ｆｅ2＝Ｍ×Ｆｅ1 ・・・（２）
【００２４】
また、光変調ユニット側のＦナンバーＦｅ1は、以下の式で規定される。ただし、“ｆ”は照明光学系２４の焦点距離を示し、“Ｌ”は第１光ファイバー２３Ａと第３光ファイバー２３Ｃの射出端２３Ｘ1，Ｘ3の距離間隔あるいは第２光ファイバー２３Ｂと第４光ファイバー２３Ｄの射出端２３Ｘ2，Ｘ4の距離間隔を表す。
Ｆｅ1＝ｆ／Ｌ ・・・（３）
【００２５】
（１）式から明らかなように、露光エリアのサイズＳは解像力によって変化し、解像力Ｐの値が小さい、すなわちＦナンバーＦｅ2が小さいほど解像力が高く、シャープな像としてスポットが形成される。また、（２）、（３）式から明らかなように、スポットの解像力は、光ファイバ束の射出端の距離間隔に従って規定される。すなわち、第１、第３の射出端２３Ｘ1、２３Ｘ3、あるいは第２、第４の射出端２３Ｘ2、２３Ｘ4の距離間隔が長いほど、解像力が上がり、シャープな像が形成される。
【００２６】
本実施形態では、図５に示すように、４つの射出軸２３Ｅ1〜２３Ｅ4の対角線Ｌ１、Ｌ２との交点２３Ｃ1〜２３Ｃ4については、対角線Ｌ１、Ｌ２に沿った距離間隔Ｄ１の方が、マイクロミラーＣjiの配列方向（ｊ、ｉ方向）、の距離間隔Ｄ２より長い。そのため、マイクロミラーＣｊｉの配列方向、すなわちＤＭＤ２２の縦横方向に比べ、対角線Ｌ１、Ｌ２に沿った解像力が高い。
【００２７】
（１）式により、露光エリアのサイズＳは、解像力Ｐの値が小さい、すなわち解像力が高いほど小さい値になる。したがって、露光エリア（スポット）のサイズＳは、対角線Ｌ１、Ｌ２方向に沿った径が配列方向（ｊ，ｉ方向）に沿った径よりも短い形状になる。すなわち、露光エリアは、実質的に円径状に近くなる。
【００２８】
図７は、配線パターンを示した図である。
【００２９】
図７では、露光エリアが円状である場合の配線パターンと、光ファイバ２３の配置に指向性がないため露光エリアが正方形状になる場合の配線パターンが示されている。ここでは、マイクロミラーＣjiの配列方向（露光グリット）に沿って矩形状の配線パターンＰＷを形成する時に実際露光面上に生じる露光エリアと、露光グリットの対角線方向に沿って矩形状の配線パターンＰＷ１を形成する時に実際露光面上に生じる露光エリアを比較例示する。なお、光ファイバ２３の指向性をなくすため、例えば、ＤＭＤ２２の中心周りに規定される同心円に沿って射出軸が等間隔で交差するように、光ファイバ束２３を設置すればよい。
【００３０】
線幅Ｈの配線パターンを形成する描画データに基づいて露光面にビームを照射させた場合、（１）式に示すように、実際には線幅Ａ〜Ｄの配線パターンが形成される。露光エリアが実質的に円である場合、露光グリットに沿った配線パターンＰＷの線幅Ａと斜め方向の配線パターンＰＷ１の線幅Ｃは、実質的に等しい（Ａ＝Ｃ）。一方、光ファイバ束２３の配置に指向性がない場合、斜めに形成される配線パターンＰＷ１の線幅Ｄは、露光グリッドに沿った配線パターンＰＷの線幅Ｂより大きい。
【００３１】
したがって、４つの光ファイバ２３Ａ〜２３Ｄを対角線Ｌ１、Ｌ２に沿って指向性をもつように配置することにより、マイクロミラーＣjiの配列方向に沿った配線パターンの線幅と斜め方向の配線パターンの線幅との差を解消することができる。
【００３２】
以下では、露光グリッドに沿った解像力Ｐを単一のマイクロミラーＣjiの投影サイズＤの半分に設定し、光ファイバ２３の配置に指向性がない場合の露光サイズと、図５に示すように配置に指向性をもたせた場合の露光サイズを求める。
【００３３】
指向性がない場合、露光グリットに沿った解像力の値Ｐ０＝０．５Ｄであることから、露光サイズＳ０は、（１）式に基づいて以下のように求められる。
Ｓ０＝Ｄ＋Ｐ０＝Ｄ＋０．５Ｄ＝１．５Ｄ ・・・（４）
また、対角線方向の露光サイズＳ１は、解像力の値が同じであることから、以下の式により求められる。
Ｓ１＝√２Ｄ＋Ｐ１＝√２＋０．５Ｄ＝１．９１Ｄ ・・・（５）
したがって、露光エリアのサイズＳ１、Ｓ２の差は、０．４１Ｄになる。
【００３４】
一方、図５に示すように対角線方向Ｌ１、Ｌ２に沿って指向性を持たせた場合、軸方向の露光サイズＳ０は、有効エリアＰ０＝０．５Ｄであることから、（４）式と同様、１．５Ｄになる。一方、対角線方向の露光サイズＳ１は、解像力Ｐ１＝Ｐ０／√２であることから、以下の式により求められる。
Ｓ１＝√２Ｄ＋Ｐ１＝√２Ｄ＋０．５Ｄ／√２＝１．７７Ｄ ・・（６）
この場合、露光エリアのサイズＳ１、Ｓ２の差は、０．２７Ｄとなる。
【００３５】
解像力と投影像のサイズとの比を変化させた場合の線幅差を、表１に示す。
【００３６】
【表１】
以上のように本実施形態によれば、レーザ発振器２１から放射された光が、４つの光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄ、照明光学系２４を介してＤＭＤ２２に導かれる。ＤＭＤ２２において選択的に反射した光は、結像光学系２６Ａ，２６Ｂを介してプリント基板ＰＷに照射される。そして、第1〜第4の光ファイバ束２３Ａ〜２３Ｄの射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4は、ＤＭＤ２２上に規定される対角線Ｌ１、Ｌ２に関して指向性をもつように配置される。すなわち、射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4の射出軸２３Ｅ1〜２３Ｅ4と対角線Ｌ１、Ｌ２との交点２３Ｃ1，２３Ｃ2、２３Ｃ3、２３Ｃ4が、ＤＭＤ２２の中心Ｃ０からすべて等距離にあり、対角線Ｌ１、Ｌ２上において、中心Ｃ０を挟んだ交点２３Ｃ1，２３Ｃ3との距離間隔と交点２３Ｃ2，２３Ｃ4の距離間隔が一致するように、射出端２３Ｘ1〜２３Ｘ4が配置される。これにより、斜め方向に配線パターンを形成する場合、パターンの線幅と、露光グリット、すなわちマイクロミラーＣjiの配列方向（ｊ，ｉ方向）に沿ったパターンの線幅との差が小さくなる。
【００３８】
ＤＭＤのサイズは、３：４に限定されず、正方形等任意の矩形であってよい。この場合、ＤＭＤの中心を通りマイクロミラーの対角線方向に沿った2本の対角線が規定される。また、ＤＭＤ以外の光変調ユニットも適用可能であり、ＤＭＤの代わりにＬＣＤを適用してもよい。
【００３９】
４本の光ファイバ束以外にも、指向性のないように複数の光ファイバ束をさらに配置してもよい。また、光ファイバ束を適用せず、直接、光の進行方向に指向性のある光源の射出軸が上記条件を満たすように、４つの光源を配置してもよい。
【００４０】
交点２３Ｃ1〜２３Ｃ4と中心Ｃ０との距離は等間隔であるが、それには限定されず、パターン線幅の差をより解消するように、交点２３Ｃ1、２３Ｃ3の距離間隔と、交点２３Ｃ2、２３Ｃ4の距離間隔を定めてもよい。すなわち、対角線Ｌ１、Ｌ２方向の解像力がマイクロミラーの配列方向に沿った解像力に比べて高くなるように、交点２３Ｃ1〜２３Ｃ4の位置を定めればよい。さらには、４つの光ファイバに限定されず、複数の光ファイバについても、対角線Ｌ１、Ｌ２方向の解像力が相対的に高くなるように配置すればよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、いずれの方向にも同程度の精度によるパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態であるパターン描画装置を模式的に示した斜視図である。
【図２】パターン描画装置に設けられた露光ユニット（照明装置）を模式的に示した図である。
【図３】ステージの移動に伴う露光エリアの移動を示した図である。
【図４】光ファイバ束の配置を模式的に示した斜視図である。
【図５】ＤＭＤ上における射出軸の位置を示した図である。
【図６】光ファイバから露光面までの光学系の配置および光路図を模式的に示した図である。
【図７】配線パターンを示した図である。
【符号の説明】
２１ レーザ発振器（光源）
２２ ＤＭＤ（光変調ユニット）
２３Ａ〜２３Ｄ ４つの光ファイバ束
２３Ｘ1〜Ｘ4 ４つの射出端
２３Ｅ1〜Ｅ4 ４つの射出軸
２３Ｃ1〜２３Ｃ4 ４つの交点
２４ 照明光学系
２６Ａ，２６Ｂ 結像光学系
Ｌ１、Ｌ２ 対角線
ｊ，ｉ 配列方向
ＳＷ プリント基板（被描画体）
Claims (4)
- パターン形成のため光を放射する光源と、
複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、前記複数の光変調素子それぞれを制御することにより前記光源からの光を変調する光変調ユニットと、
前記光源からの光を前記光変調ユニットへ導く４つの光ファイバ束と、
前記４つの光ファイバ束における４つの射出端から射出する光を前記光変調ユニットへ結像させる照明光学系と、
前記光変調ユニットにより導かれる光を被描画体へ結像させる結像光学系とを備え、
前記４つの射出端における４つの射出軸が、前記光変調ユニットの中心を通る対角線であって前記複数の光変調素子により規定される配列方向の対角線となる第１および第２の対角線に対し、それぞれ２つずつ前記光変調ユニットの中心を挟んで交差するとともに、前記第１および第２の対角線と前記４つの射出軸との４つの交点が前記光変調ユニットの中心から等間隔の位置にあるように、前記４つの光ファイバ束が配置されていることを特徴とするパターン描画装置。 - パターン形成のため４つの射出端から光を放射する光放射手段と、
複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、前記複数の光変調素子それぞれを制御することにより前記光放射手段からの光を変調する光変調ユニットと、
前記４つの射出端から射出する光を前記光変調ユニットへ結像させる照明光学系と、
前記光変調ユニットにより導かれる光を被描画体へ結像させる結像光学系とを備え、
前記４つの射出端における４つの射出軸が、前記光変調ユニットの中心を通る対角線であって前記複数の光変調素子により規定される配列方向の対角線となる第１および第２の対角線に対し、それぞれ２つずつ前記光変調ユニットの中心を挟んで交差するとともに、前記第１および第２の対角線と前記４つの射出軸との４つの交点が前記光変調ユニットの中心から等間隔の位置にあるように、前記４つの光ファイバ束が配置されていることを特徴とするパターン描画用照明装置。 - パターン形成のため４つの射出端から光を放射する光放射手段と、
複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、前記複数の光変調素子それぞれを制御することにより前記光放射手段からの光を変調する光変調ユニットと、
前記光放射手段からの光を前記光変調ユニットを介して被描画体へ導く結像光学系とを備え、
前記光変調ユニットの中心を通り前記配列方向の対角線となる第１及び第２の対角線方向に沿った解像力を各光変調素子の配列方向に沿った解像力より高くするように、前記４つの射出端における４つの射出軸が、前記第１および第２の対角線に対し、それぞれ２つずつ前記光変調ユニットの中心を挟んで交差することを特徴とするパターン描画装置。 - パターン形成のため４つの射出端から光を放射する光放射手段と、
複数の正方形状である光変調素子がマトリクス状に配置され、前記複数の光変調素子それぞれを制御することにより前記光放射手段からの光を変調する光変調ユニットと、
前記光放射手段からの光を前記光変調ユニットを介して被描画体へ導く結像光学系とを備え、
前記光変調ユニットの中心を通り前記配列方向の対角線となる第１及び第２の対角線方向に沿った解像力を各光変調素子の配列方向に沿った解像力より高くするように、前記第1及び第2の対角線方向に沿って前記４つの射出端を配置することを特徴とするパターン描画装置。
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