JP4480339B2 - 露光装置および露光方法、ならびに描画装置および描画方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光対象基板をマスクレス露光する露光装置および露光方法、ならびに描画対象物に直接描画する描画装置および描画方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線基板の製造工程においては、基板上に感光性樹脂膜であるレジスト膜を形成し、このレジストを所望のパターンに露光し感光させ、エッチング処理することで所望のパターンが形成される。しかしこの方法ではフォトマスクを用いるのでその分コストがかかることから、近年では、フォトマスクを使用しないマスクレス露光による方法が提案されている。
【０００３】
例えばマスクレス露光による方法として、基板上に形成したレジストを露光するにあたり、露光すべきパターンに対応したパターンデータを作成し、このパターンデータをディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）に入力し、その複数の各微小ミラーをパターンデータに応じて傾動させ、このＤＭＤに光を投射してその各微小ミラーからの反射光をレジストに照射してパターンデータに対応した形状に露光させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＤＭＤを用いた各種描画装置として、レーザ光源とレーザスキャナとの間に、独立に傾動する微小ミラーからなるＤＭＤを配置し、レーザビームをＤＭＤ上で反射させて描画する技術がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１１２５７９号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７４７２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＭＤでは、複数の微小ミラーが所定の間隔を有して配列されている。ＤＭＤに投射された光は、ＤＭＤの微小ミラーによって反射し、露光対象基板に照射される。この間、露光対象基板は、光源である微小ミラーに対して所定の速度で相対移動し、順次露光処理されていく。
【０００７】
図５は、露光対象基板と光源との位置関係を説明する図である。
【０００８】
単位時間あたりに光源Ｐの点灯および消灯を切り替えることができる回数をＦとする。本明細書ではこのＦをフレームレートと称する。また、１フレームに相当する時間中に、すなわち、光源Ｐを次のタイミングで点灯させるか消灯させたままにするかを決定する間に、露光対象基板が光源Ｐに対して移動する相対距離をＳとする。本明細書ではこのＳをステップサイズと称する。
【０００９】
図５では、露光対象基板上の互いに距離ｒだけ離れたスポットＡおよびスポットＢを識別して光源Ｐからの光を照射する場合を例にとって説明する。
【００１０】
ｘ軸方向正の方向に露光対象基板が移動するとき、ある時点でスポットＡが光源Ｐによって露光されたとする。このときのスポットＡのｘ軸上の座標を原点０にとる。
【００１１】
光源Ｐを次のタイミングで点灯させるか消灯させたままにするかを決定する間すなわち１フレームに相当する時間中、露光対象基板は光源Ｐに対して距離Ｓだけ移動してしまう。したがって、スポットＡの次に露光すべきスポットＢが、スポットＡに対し、光源Ｐの相対移動の方向に沿って距離Ｓよりも短い距離ｒだけしか離れていない場合は、光源ＰはスポットＡの露光後から１フレームに相当する時間が経過した時点では、スポットＢを通り越してしまうので（図中、点線で示される円）、スポットＢを露光することができない。つまり、ステップサイズＳが、隣接する照射すべきスポット間の距離ｒよりも大きい場合すなわちｒ＜Ｓである場合は、所望の露光処理を実現することができない。換言すれば、隣接する照射すべきスポット間の距離ｒが露光システムの光源点灯制御能力の限界を超えるような場合は、所望の露光処理は実現できないということである。これ以降、本明細書では、隣接するスポット間の距離ｒを分解能と称する。
【００１２】
このように、露光対象基板上の露光パターンが微細になればなるほど、分解能ｒは小さいものが要求される。
【００１３】
ところで、隣接する照射すべきスポット間の距離ｒが光源の間隔よりも短い場合、露光対象基板の光源Ｐに対する相対移動の方向に直交する方向に関しては、従来より、２次元に複数個配列された光源列に対して特定の角度を要するように露光対象基板を相対移動させることで対処している。
【００１４】
これに対し、露光対象基板の光源Ｐに対する相対移動の方向に関しては、露光対象基板の光源Ｐに対する移動速度を遅くする、すなわち、ステップサイズＳを小さくする解決法が考えられる。しかし、分解能ｒの小さい露光処理を実現するためにステップサイズＳを小さくすると、露光速度（スループット）を悪化させてしまう。露光速度の観点から言えば、ステップサイズＳはできるだけ大きいことが好ましい。
【００１５】
このように、小さい分解能ｒを維持しつつ、露光速度を上げるすなわちステップサイズＳを大きくするということは、本質的に相反する命題であるといえる。露光パターンの高微細化および露光処理の高速化に対する産業界の要望は今後より一層大きなものになると思われる。したがって、隣接するスポット間の距離（すなわち分解能）ｒがステップサイズＳよりも小さい場合すなわちｒ＜Ｓである場合であっても、できるだけ所望の分解能ｒおよびステップサイズＳを維持して露光できるような解決策が望まれる。
【００１６】
なお、上述した問題は、ＤＭＤを用いたマスクレス露光装置に限ったことではなく、例えば、インクジェットヘッドが所定の間隔で複数配列され、描画対象物がインクジェットヘッドに対して相対移動していくことで描画処理するインクジェット描画装置などのような描画装置についても十分当てはまる問題である。
【００１７】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、隣接する照射すべきスポット間の距離が、光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離よりも短い間隔を有したスポット列に対しても、効率よく光を照射することができる露光装置および露光方法、ならびに、隣接する描画すべきスポット間の距離が、描画ヘッドの最短のヘッド制御可能周期の一周期間中に描画対象物が相対移動する距離よりも短い間隔を有したスポット列に対しても、効率よく描画することができる描画装置および描画方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明においては、光源に対して相対移動する露光対象基板上に所望の露光パターンを形成する露光装置および露光方法において、相対移動の方向に沿って並ぶ複数の光源を用いて、光源に対して相対移動する露光対象基板上の所望のスポットを、複数の光源のうち特定の光源のみを特定のタイミングで照射する。
【００１９】
すなわち、本発明の露光装置および露光方法では、相対移動の方向に沿って並ぶ複数の光源があっても、必ずしも全ての光源を用いて露光するわけではなく、状況に応じて、いくつかの光源のみを特定のタイミングで点灯させて露光対象基板を露光する、いうなれば「間引き露光」を行う。
【００２０】
本発明によれば、複数の光源のうち特定の光源のみを特定のタイミングで点灯制御することで、光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離よりも短い間隔を有するスポット列への光の照射をするが、次にこの動作原理について説明する。
【００２１】
図１は、本発明による露光装置および露光方法の原理説明図である。
【００２２】
ここでは、１フレームの間にステップサイズＳで光源に対して相対移動する露光対照基板上の、互いに距離ｒだけ離れたスポットＡおよびスポットＢに対して、光を照射する場合を説明する。
【００２３】
本発明による露光装置では、図１に示すように、ｋ個の光源が相対移動の方向に沿って直線上に並んで配置され、光源Ｐの識別番号をｉ＝１，２，・・・，ｋとする。隣接する光源間の距離をＤとする。なお、ＤＭＤを用いた露光装置においては、微小ミラーがこれら光源Ｐｉに相当する。
【００２４】
また、ｋ個の光源Ｐｉの点灯および消灯は、光源Ｐｉ毎それぞれ独立に、単位時間あたりＦ回切り替えることができるものとする。すなわち、フレームレートをＦとする。また、フレームの番号をｆで表す。
【００２５】
ここで特に注目すべき点は、隣接するスポット間の距離ｒは、光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に、すなわち、１フレームに相当する時間中に、光源に対して露光対象基板が相対移動する距離であるステップサイズＳよりも小さく、ｒ＜Ｓであるということである。
【００２６】
ｘ軸方向正の方向に露光対象基板が移動するとき、ある時点でスポットＡが光源Ｐによって露光されたとする。このときのスポットＡのｘ軸上の座標を原点０にとる。
【００２７】
１フレームに相当する時間中に、すなわち、光源Ｐｉを次のタイミングで点灯させるか消灯させたままにするかを決定するのに要する時間中に、露光対象基板が光源Ｐに対して移動する相対距離はＳであるので、ｆフレームに相当する時間が経過した後では、スポットＡはｆ×Ｓだけ移動する。したがって、スポットＡからｒだけ離れたスポットＢのｘ座標は、ｆ×Ｓ＋ｒとして得られる。
【００２８】
スポットＢに光が照射されるには、スポットＢが光源Ｐｉの直下に位置しなければならない。この条件は式（９）のように表される。
【００２９】
【数９】

【００３０】
ここで、０＜ｒ＜Ｓであることを考慮して、式（９）の左辺からｒを取り除くと式（１０）のようになる。
【００３１】
【数１０】

【００３２】
式（１０）の両辺をＳで割ると、式（１１）が得られる。
【００３３】
【数１１】

【００３４】
式（１１）は光源ＰｉがスポットＢへの光の照射に寄与できるフレーム数の上限を与える。
【００３５】
つまり、ある特定の光源Ｐｉ（ただし、２≦ｉ≦ｋ）が式（１１）を満足する任意のｆに対し式（９）を満足するならば、間隔Ｄを有するｋ個の光源の下をステップサイズＳで相対移動する露光対象基板に対して、その特定の光源Ｐｉをｆ番目のフレームで点灯させれば、スポットＢに光を照射することができる。
【００３６】
また、式（９）および(１１)を満足するｆを存在させる特定の光源Ｐｉが複数個存在するならば、これら特定の光源Ｐｉをそれぞれ対応するｆ番目のフレームで点灯させれば、スポットＢに光を複数回照射することができる。したがって、露光対象基板上の１点に照射される光エネルギー量を最大にすることが容易である。あるいは、露光に必要な光エネルギー量が一定の場合は、光源のパワー（もしくは光源を点灯させるのに要するコスト）を抑制できる。
【００３７】
以上の議論から、本発明では、間隔Ｄを有するｋ個の光源の下をステップサイズＳで相対移動する露光対象基板に対して、式（９）および（１１）を満足するｉおよびｆを算出し、そして、ｉ番目の光源Ｐｉを、対応するｆ番目のフレームで点灯させるように点灯のタイミングを制御する。これにより、光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離（すなわち分解能）よりも短い間隔を有するスポット列への光の照射をすることができる。
【００３８】
式（９）および（１１）を満足するｉおよびｆの組が複数個存在する場合は、これら光源Ｐｉをそれぞれ対応するｆ番目のフレームで点灯させる。ここで、式（９）および（１１）を満足する全ての光源Ｐｉについてを前述のように制御するのではなく、必要に応じてさらにいくつかの光源にしぼって点灯制御しても良い。
【００３９】
ここで、ステップサイズＳは定数であり、換言すれば露光対象基板の光源に対する相対速度であるので、実使用上、問題とならない範囲内で変化する変数とすることが可能である。すなわち、露光対象基板の光源に対する相対速度を所定の範囲で可変とすることができる。例えば、露光速度が目標とする値よりも若干低下してしまうことを予め把握した上で、露光対象基板の光源に対する相対速度を当初の設定値よりも下げることも可能である。
【００４０】
また、パラメータＤを隣接する光源の間隔として規定したが、露光対象基板上では、光が照射されたときに生じ得るスポットの間隔として現れる。本明細書ではこれ以降、パラメータＤを、相対移動の方向に沿って所定の間隔で複数並んだ光源から発せられた光が露光対象基板上に照射されるときに生じ得るスポットの間隔を示す「スポット間隔」として規定する。ここで、光源と露光対処基板との間に、拡大もしくは縮小レンズ系を設置すれば、光が照射されたときに生じ得る露光対象基板上のスポット間隔Ｄを所定の範囲で可変とすることができる。すなわち、パラメータＤも所定の範囲で変化する変数とすることができる。
【００４１】
このように、式（９）および（１１）を満足するｉおよびｆが存在しない場合は、ステップサイズＳもしくはスポット間隔Ｄの少なくとも一方を所定の範囲内で変化可能な変数として複数の値を設定すればよい。これら複数の値を用いて式（９）および（１１）を満足するｉおよびｆの組を算出し、この算出結果を用いて光源の点灯制御を行う。
【００４２】
なお、この場合、ステップサイズＳもしくはスポット間隔Ｄのいずれかを変数として設定するか、あるいは両方とも変数として設定するかについては、設計内容、製造に要するコストおよび時間など、様々な要因を考慮して適宜決定すればよい。好ましくは、まず、ステップサイズＳを変数として設定し、これで所望の結果が得られないようであれば、スポット間隔Ｄについても変数として設定するのがよい。
【００４３】
以上、露光装置および露光方法について説明したが、インクジェットヘッドが所定の間隔で複数配列され、描画対象物がインクジェットヘッドに対して相対移動していくことで描画処理するインクジェット描画装置などのような描画装置についても同じ原理を適用することができる。
【００４４】
本発明によれば、光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離よりも短い間隔を有するスポット列に対する光源による光の照射が、所望の分解能および露光対象基板の光源に対する相対速度を維持したまま、可能となる。また、インクジェット描画装置などのような描画装置についても、本発明を適用すれば、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第１の実施例による露光装置および露光方法について説明する。
【００４６】
図２は、本発明の第１の実施例による露光装置を示す機能ブロック図である。
【００４７】
本発明の第１の実施例による露光装置１では、ｋ個の光源が相対移動の方向に沿って直線上に並んで配置されている。光源Ｐの識別番号をｉ＝１，２，・・・，ｋとする。ＤＭＤを用いた露光装置においては、微小ミラーがこれら光源Ｐｉに相当する。この場合、ＤＭＤに光を投射してその各微小ミラーからの反射光をパターンデータに応じて適宜選択してレジストに照射し、該パターンデータに対応した形状に露光させる。
【００４８】
ｋ個の光源Ｐｉの点灯および消灯は、光源Ｐｉ毎それぞれ独立に、単位時間あたりＦ回切り替えることができるものとする。すなわち、フレームレートをＦとする。また、フレームの番号をｆで表す。
【００４９】
露光装置１は、光源Ｐｉの最短の点灯制御可能周期の一周期間中、すなわち１フレームに相当する時間中に露光対象基板２が相対移動する距離Ｓよりも短い間隔ｒを有したスポット列へ光を照射するよう、ｋ個の光源Ｐｉのうち特定の光源のみを特定のタイミングで点灯させる制御手段１０を備える。
【００５０】
制御手段１０は、第１の設定手段２１と、第２の設定手段２２と、第３の設定手段２３と、第１の計算手段２４と、第２の計算手段２５と、抽出手段２６と、保存手段２７と、計数手段２８とを備える。制御手段１０は、例えば露光装置内に設けられる制御ＩＣ、演算処理装置、メモリ、および各種ソフトウェアプログラムなどで実現される。
【００５１】
第１の設定手段２１は、露光対象基板２上の光を照射すべき目標スポット列の、隣接する目標スポット間の間隔を目標分解能ｒ０として設定する。なお、照射すべき目標スポットの位置は、露光装置１に入力される設計データにより規定される。
【００５２】
第２の設定手段２２は、光源Ｐｉの最短の点灯制御可能周期の一周期間中、すなわち１フレームに相当する時間中に露光対象基板２が相対移動する距離をステップサイズＳとして設定する。
【００５３】
第３の設定手段２３は、相対移動の方向に沿って直線状に並ぶｋ個の光源Ｐｉから発せられた光が露光対象基板２上に照射されるときに生じ得るスポットの間隔をスポット間隔Ｄとして設定する。
【００５４】
第１の計算手段２４は、直線状に並ぶｋ個の光源Ｐｉの識別番号をそれぞれｉ＝１，２，…，ｋ、単位時間に特定の光源の点灯および消灯を切り換えることができる回数をフレームレートＦ、このときのフレームの番号をｆ（ただしＦ，ｆは整数）とするとき、
【００５５】
【数１２】

【００５６】
を満たすフレーム番号ｆを全て算出する。
【００５７】
ここで、隣接するスポット間の距離ｒは、ステップサイズＳよりも小さく、ｒ＜Ｓである。
【００５８】
第２の計算手段２５は、第１の計算手段２４で算出されたフレーム番号ｆ、ステップサイズＳおよびスポット間隔Ｄの全ての組に関して、
【００５９】
【数１３】

【００６０】
から得られる分解能候補ｒを全て算出する。
【００６１】
抽出手段２６は、目標分解能ｒ０の許容範囲内にある分解能候補ｒを抽出する。
【００６２】
保存手段２７は、抽出手段２６によって抽出された目標記分解能ｒ０の許容範囲内にある分解能候補ｒに対応する、光源Ｐｉの識別番号ｉ、フレーム番号ｆ、ステップサイズＳ、およびスポット間隔Ｄの各データを保存する。
【００６３】
計数手段２８は、抽出手段２６によって抽出された分解能ｒ０の許容範囲内にある分解能候補ｒの個数を計数する。計数結果は保存手段２７によって保存される。
【００６４】
制御手段１０は、間隔Ｄを有するｋ個の光源の下をステップサイズＳで相対移動する露光対象基板に対して、保存手段２７に保存された識別番号ｉに対応する光源を、該識別番号ｉに対応するｆ番目のフレームで点灯させる。これにより、光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離よりも短い間隔を有するスポット列への光の照射をすることができる。
【００６５】
またさらに、保存手段２７が、抽出手段２６によって抽出された目標記分解能ｒ０の許容範囲内にある分解能候補ｒに対応する、光源Ｐｉの識別番号ｉ、フレーム番目ｆ、ステップサイズＳ、およびスポット間隔Ｄの組を複数組保存しているならば、これら特定の光源Ｐｉを、それぞれ対応するｆ番目のフレームで点灯させる。ここで、全ての光源Ｐｉについてを前述のように制御するのではなく、必要に応じてさらにいくつかの光源にしぼって点灯制御しても良い。
【００６６】
なお、保存手段２７が、保存する光源Ｐｉの識別番号ｉ、フレーム番目ｆ、ステップサイズＳ、およびスポット間隔Ｄの組を１組も保存していない場合、あるいは所望の数より少ない場合（この結果は計数手段２８によって計数される）、すなわち、式（１２）および（１３）を満足するｉおよびｆが存在しない場合あるいはその数が所望の数より少ない場合は、第２の設定手段２２で設定されるステップサイズＳまたは第３の設定手段２３で設定されるスポット間隔Ｄの少なくとも一方が、所定の可変範囲を有する変数として設定される。このようにして設定された各パラメータで算出された結果を用いて光源の点灯制御を行う。
【００６７】
ここで、第３の設定手段２３で設定されるスポット間隔Ｄが所定の範囲内で変化可能な変数として設定される場合は、実際に設置されている光源Ｐｉと露光対象基板２との間に、拡大もしくは縮小レンズ系（図示せず）を設置するのが好ましい。拡大もしくは縮小レンズ系によって、実際に設置されている光源Ｐｉから発せられた光が露光対象基板２上で該スポット間隔Ｄの間隔をもって照射されるように、実際に設置されている光源Ｐｉから発せられた光の光路が調整される。
【００６８】
また、第２の設定手段２２で設定されるステップサイズＳが所定の範囲内で変化可能な変数として設定される場合は、制御手段１０は、該ステップサイズＳの速度で露光対象基板２が光源Ｐｉに対して相対移動するよう、露光対象基板を載せるステージの駆動系（図示せず）を制御する。
【００６９】
なお、この場合、ステップサイズＳもしくはスポット間隔Ｄのいずれかを変数として設定するか、あるいは両方とも変数として設定するかについては、設計内容、製造に要するコストおよび時間など、様々な要因を考慮して適宜決定すればよい。例えば、まずステップサイズＳを変数として設定し、これで所望の結果が得られないようであれば、スポット間隔Ｄについても変数として設定するのがよい。
【００７０】
図３は、本発明の第１の実施例による露光方法の動作フローを示すフローチャートである。
【００７１】
ここでは、図２の第２の設定手段２２で設定されるステップサイズＳがおよび第３の設定手段２３で設定されるスポット間隔Ｄの両方が、所定の範囲内で変化可能な変数として設定される場合の動作フローについて説明する。
【００７２】
まず、ステップ１０１において、露光対象基板２上の光を照射すべき目標スポット列の、隣接する目標スポット間の間隔を目標分解能ｒ０として設定する。
【００７３】
次いで、ステップ１０２において、光源の個数ｋを設定する。光源の個数は、装置の設計内容や装置の製造コストおよび運用コストなど種々の要因を考慮し、予め設定されるものである。なお、目標分解能ｒ０との関係において光源の個数ｋを計算により導出できるのであれば、そのｋの値を用いてもよい。
【００７４】
次いでステップ１０３において、ステップサイズＳおよびその可変範囲を設定する。また、同じくステップ１０３では、スポット間隔Ｄおよびその可変範囲を設定する。ステップサイズＳおよびスポット間隔Ｄは、ステップ１０３で設定された可変範囲内で、所定の「刻み」をもった複数の値として後段の演算処理に利用されることになる。
【００７５】
次に、ステップ１０４において、上述のステップ１０３で与えら得られた（Ｓ，Ｄ）の全ての組合せに対し、式（１１）を満足するフレーム番号ｆを全て算出する。ここで、フレーム番号ｆは整数であることに注目されたい。このステップ１０４により（ｆ，Ｓ，Ｄ）の組合せが複数求められる。
【００７６】
次に、ステップ１０５において、ステップ１０４で求められた（ｆ，Ｓ，Ｄ）の１つの組合せに関して、式（１３）を満足する分解能候補ｒを全て算出する。
【００７７】
次いで、ステップ１０６において、ステップ１０４で求められた全ての分解能候補ｒについて、ステップ１０１で設定した目標分解能ｒ０と一致もしくは許容範囲内に収まるか、すなわち｜ｒ０−ｒ｜＜許容範囲を満足するかが判定される。これを満足する解が存在すればステップ１０７へ進み、そのときの（ｆ，Ｓ，Ｄ）を保存する。満足する解が存在しないのであればステップ１０８へ進み、そのときの（ｆ，Ｓ，Ｄ）は廃棄する。なお、あるステップサイズＳおよびスポット間隔Ｄの組に対する「解ｒの個数ｋ’」は、ｋ個の光源のうち点灯させるべき光源の個数であるので、照射される光エネルギー量を示唆するものである。
【００７８】
ここで、ステップ１０６における分解能候補ｒが目標分解能ｒ０と完全に一致するだけではなく、許容範囲を設けた理由について説明する。
【００７９】
式（９）の両辺は共に「正数×実数」の形をしており、ｒを求めるための実数÷実数の結果が特定の実数（ｒ０）に一致することは極めて稀だからである。また一方、露光対象基板はステージに載せられて搬送されるが、ステージの移動には機械的な要因から動作に刻み（すなわち分解能）が存在している。したがって、得られた分解能候補ｒと目標分解能ｒ０との差異がその分解能の範囲であれば、それらの点はみな同じ点とみなされる。例えば、目標分解能ｒ０＝０．５μｍで、ステージの分解能が０．１μｍ（目標分解能の２０％）であるとすると、ｒ＝０．５４８９、０．５４３８、０．５３８８μｍといったような値は全て、結局はステージ移動の際に生じる機械的な分解能により０．５μｍに丸め込まれる。このような理由から、ステップ１０６では許容範囲を設けて判定処理を実行する。
【００８０】
ステップ１０９では、ステップ１０４で求められた（ｆ，Ｓ，Ｄ）の全ての組合せに対してステップ１０５〜１０８の処理が実行されたか、すなわち、（ｆ，Ｓ，Ｄ）の全ての組合せに対して式（１２）および（１３）を用いて解ｒが求められたかが判定される。
【００８１】
（ｆ，Ｓ，Ｄ）の全ての組合せに対して上述のような演算処理が終わると、ステップ１１０において、光源の点灯制御に用いる（ｉ，ｆ，Ｓ，Ｄ）を選択する。
【００８２】
ステップ１１０で選択された（ｉ，ｆ，Ｓ，Ｄ）を用いて、ステップサイズＳの速度で露光対象基板２が光源に対して相対移動するよう露光対象基板２を載せるステージの駆動系を制御する。また、実際に設置されている光源Ｐｉと露光対象基板２との間に拡大もしくは縮小レンズ系を設置して、実際に設置されている光源Ｐｉから発せられた光が露光対象基板２上で該スポット間隔Ｄの間隔をもって照射されるよう、実際に設置されている光源Ｐｉから発せられた光の光路が調整される。そして、識別番号ｉの光源Ｐｉを、ｆ番目のフレームで点灯するように点灯のタイミングを制御する。
【００８３】
なお、どの組の（ｉ，ｆ，Ｓ，Ｄ）を選択するかは、設計内容、製造に要するコストおよび時間など、様々な要因を考慮して適宜決定すればよい。例えば、露光装置の設計に求められる優先順位を設定してこれに合致したものを選択すればよい。一例として、優先順位第１位を、点灯させるべき光源の個数ｋ’を最大にするもの（照射される光エネルギー量を最大にするものを意味する）、優先順位第２位を、ｋ’が同じ場合はステップサイズＳの大きいもの（速い露光速度を意味する）、優先順位第３位を、ｋ’およびステップサイズＳが同じ場合はスポット間隔Ｄの小さいもの（微細なスポット間隔およびスポット自体のサイズが小さくなることを意味する）、といったように優先順位を決めて、光源の点灯制御に用いる（ｉ，ｆ，Ｓ，Ｄ）を選択すればよい。もちろん、得られた（ｉ，ｆ，Ｓ，Ｄ）の組全部を選択して制御に用いてもよい。
【００８４】
次に、本発明の第１の実施例において、実際に数値を代入したコンピュータシミュレーションについて例示する。
【００８５】
シミュレーションでは、目標分解能ｒ０を０．５μｍ、目標分解能の許容範囲を±１０％、目標とするステップサイズＳに相当するスループットを３０秒、その許容範囲を±２０％、光源の個数ｋを２４、実際に設置されている光源の間隔を４３７．９７μｍとした。
【００８６】
また、光源の点灯制御に用いる（ｉ，ｆ，Ｓ，Ｄ）の選択の優先順位は、点灯させるべき光源の個数ｋ’を最大にするものを優先順位第１位とし、優先順位第２位を、ステップサイズＳの大きいもの、優先順位第３位を、スポット間隔Ｄの小さいものとした。
【００８７】
図４は、本発明の第１の実施例におけるコンピュータによるシミュレーション結果を示す図である。
【００８８】
このシミュレーションでは、８個の解ｒが存在することが示された。すなわちｋ’＝８である。ただし、ステップサイズＳを目標値の９３．２％に設定し（すなわちスループットをやや低下させ）、縮小率９１．４％の縮小レンズ系を用いてスポット間隔Ｄを実現した場合における解であることもシミュレーションで同時に示された。
【００８９】
図４では、例えば最初の解で、「あるスポットＡを０フレーム目に識別番号１の光源Ｐ１により露光したとき、識別番号２の光源Ｐ２を２４２番目のフレームで点灯するように制御すると、スポットＡから０．５４８９μｍ離れたスポットＢが露光できる」ということが示されている。なお、既に説明したように、ステージの分解能により、「０．５４８９μｍ」という値は、０．１μｍの整数倍に丸め込まれるので、この値は「０．５μｍ」と等価である。
【００９０】
以上説明したように、本発明の第１の実施例によれば、光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離よりも短い間隔を有するスポット列に対する光源による光の照射が、所望の分解能および露光対象基板の光源に対する相対速度を維持したまま、可能となる。
【００９１】
以上、本発明の第１の実施例による露光装置および露光方法について説明したが、その他の描画ヘッドが所定の間隔で複数配列され、描画対象物が描画ヘッドに対して相対移動していくことで描画処理する描画装置についてもまったく同じ原理を適用することができる。このような描画描画装置の例としてインクジェット描画装置がある。次に本発明の第２の実施例として、インクジェット描画装置について説明する。
【００９２】
インクジェットヘッドが所定の間隔で複数配列され、描画対象物がインクジェットヘッドに対して相対移動していくことで描画処理するインクジェット描画装置は、近年、基板に描画パターンを直接描画（パターニング）する手段として有望視されている。
【００９３】
インクジェット技術は、液滴を小さい穴の開いたノズルから吐出する技術である。このインクジェット技術は、一般にプリンタに用いられることが多いが、本発明のようにインクジェットパターニングに適用する場合は、ノズルから吐出する液滴を金属微粒子を含む液体や金属酸化物材料とすればよい。なお、インクジェット技術は、電圧を加えると変形する圧電素子を使い、瞬間的にインク室の液圧を高めることでノズルから液滴を押し出すピエゾ式と、ヘッドに取り付けたヒータによって、液体内に気泡を発生させ、液体を押し出すサーマル式とに大別されるが、どちらの場合も本実施例に適用可能である。
【００９４】
本実施例は、既に説明した本発明の第１の実施例における露光ヘッドすなわち光源を、インクジェットヘッドに置き換えたものである。
【００９５】
すなわち、相対移動の方向に沿って並ぶ複数のインクジェットヘッドを用いて、インクジェットヘッドに対して相対移動する描画対象物上の所望のスポットに直接描画し、所望の描画パターンを形成する描画装置は、複数のインクジェットヘッドのうち特定のインクジェットヘッドのみを特定のタイミングで描画動作させる制御手段を備え、この制御手段は、インクジェットヘッドの最短の描画動作制御可能周期の一周期間中に描画対象物が相対移動する距離よりも短い間隔を有したスポット列に直接描画するよう、複数のインクジェットヘッドのうち特定のインクジェットヘッドのみを特定のタイミングで描画動作させる。
【００９６】
インクジェットヘッドは、図１を参照して説明したマスクレス露光手段の露光ヘッドの設置の仕方と同様であるので、動作原理は第１の実施例と同様である。インクジェットヘッドが所定の間隔を有して備えられているとき、その間隔が、描画すべきスポットの間隔よりも小さい場合、既に説明した第１の露光装置の場合の動作原理をインクジェット描画装置にも適用すれば、所望の分解能および描画対象物のインクジェットヘッドに対する相対速度を維持したまま、描画対象物に直接描画することができる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の実施例の露光装置および露光方法によれば、光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離よりも短い間隔を有するスポット列に対する光源による光の照射が、所望の分解能および露光対象基板の光源に対する相対速度を維持したまま、可能となる。
【００９８】
また、本発明の第２の実施例の描画装置および描画方法によれば、インクジェットなどの描画ヘッドの最短の描画動作制御可能周期の一周期間中に描画対象物が相対移動する距離よりも短い間隔を有するスポット列に対する描画ヘッドによる直接描画が、所望の分解能および描画対象物の描画ヘッドに対する相対速度を維持したまま、可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光装置および露光方法の原理説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例による露光装置を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例による露光方法の動作フローを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施例におけるコンピュータによるシミュレーション結果を例示する図である。
【図５】露光対象基板と光源との位置関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…露光装置
２…露光対象基板
１０…制御手段
２１…第１の設定手段
２２…第２の設定手段
２３…第３の設定手段
２４…第１の計算手段
２５…第２の計算手段
２６…抽出手段
２７…保存手段
２８…計数手段
２９…拡大もしくは縮小レンズ系

Claims (20)

1. 相対移動の方向に沿って直線上に並ぶ複数の光源を用いて、該光源に対して相対移動する平面状の露光対象基板上にある所望のスポットを照射し、前記露光対象基板に所望の露光パターンを形成する露光装置であって、
   前記光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離よりも短い間隔を有したスポット列へ光を照射するよう、前記複数の光源のうち特定の光源のみを特定のタイミングで点灯制御する制御手段を備える露光装置において、
   前記制御手段は、
   前記露光対象基板上の光を照射すべき目標スポット列の、隣接する目標スポット間の間隔を目標分解能ｒ０として設定する第１の設定手段と、
   光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に前記露光対象基板が相対移動する距離をステップサイズＳとして設定する第２の設定手段と、
   前記相対移動の方向に沿って並ぶ複数の光源から発せられた光が前記露光対象基板上に照射されるときに生じ得るスポットの間隔をスポット間隔Ｄとして設定する第３の設定手段と、
   前記相対移動の方向に沿って並ぶｋ個の光源の識別番号をそれぞれｉ＝１，２，…，ｋ、単位時間に特定の光源の点灯および消灯を切り換えることができる回数をフレームレートＦ、このときのフレーム番号をｆ（ただしＦ，ｆは整数）とするとき、
   

   

   を満たすフレーム番号ｆを全て算出する第１の計算手段と、
   前記フレーム番号ｆ、前記ステップサイズＳ、および、前記スポット間隔Ｄの全ての組に関して、
   

   

   から得られる分解能候補ｒを全て算出する第２の計算手段と、
   前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒを抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段によって抽出された前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒに対応する、前記光源の識別番号ｉおよび前記フレーム番号ｆを保存する保存手段と、
   を備え、
   前記第２の設定手段で設定される前記ステップサイズＳまたは前記第３の設定手段で設定される前記スポット間隔Ｄの少なくとも一方が、所定の範囲内で変化可能な変数として設定され、
   前記制御手段は、前記保存手段に保存された前記識別番号ｉに対応する光源を、該識別番号ｉに対応するフレーム番号ｆのタイミングで点灯させることを特徴とする露光装置。
2. 前記第３の設定手段で設定される前記スポット間隔Ｄが前記所定の範囲内で複数設定される場合、実際に設置されている光源から発せられた光が前記露光対象基板上で該スポット間隔Ｄの間隔をもって照射されるように、前記実際に設置されている光源と前記露光対象基板との間に設置される拡大もしくは縮小レンズ系をさらに備える請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第２の設定手段で設定される前記ステップサイズＳが前記所定の範囲内で複数設定される場合、前記制御手段は、該ステップサイズＳの速度で前記露光対象基板が前記光源に対して相対移動するよう制御する請求項１に記載の露光装置。
4. 前記保存手段は、前記抽出手段によって抽出された前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒに対応する、前記ステップサイズＳおよび前記スポット間隔Ｄのうち少なくとも一方をさらに保存する請求項１に記載の露光装置。
5. 前記制御手段は、前記抽出手段によって抽出された前記分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒの個数を計数する計数手段をさらに備える請求項１に記載の露光装置。
6. 相対移動の方向に沿って直線上に並ぶ複数の光源を用いて、該光源に対して相対移動する平面状の露光対象基板上にある所望のスポットを照射し、前記露光対象基板に所望の露光パターンを形成する露光方法であって、
   前記複数の光源のうち特定の光源のみを特定のタイミングで点灯制御する制御ステップを備え、前記光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に露光対象基板が相対移動する距離よりも短い間隔を有するスポット列への光の照射をする露光方法において、
   前記制御ステップは、
   前記露光対象基板上の光を照射すべき目標スポット列の、隣接する目標スポット間の間隔を目標分解能ｒ０として設定する第１の設定ステップと、
   光源の最短の点灯制御可能周期の一周期間中に前記露光対象基板が相対移動する距離をステップサイズＳとして設定する第２の設定ステップと、
   前記相対移動の方向に沿って並ぶ複数の光源から発せられた光が前記露光対象基板上に照射されるときに生じ得るスポットの間隔をスポット間隔Ｄとして設定する第３の設定ステップと、
   前記相対移動の方向に沿って並ぶｋ個の光源の識別番号をそれぞれｉ＝１，２，…，ｋ、単位時間に特定の光源の点灯および消灯を切り換えることができる回数をフレームレートＦ、このときのフレーム番号をｆ（ただしＦ，ｆは整数）とするとき、
   

   

   を満たすフレーム番号ｆを全て算出する第１の計算ステップと、
   前記フレーム番号ｆ、前記ステップサイズＳ、および、前記スポット間隔Ｄの全ての組に関して、
   

   

   から得られる分解能候補ｒを全て算出する第２の計算ステップと、
   前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒを抽出する抽出ステップと、
   前記抽出ステップによって抽出された前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒに対応する、前記光源の識別番号ｉおよび前記フレーム番号ｆを保存する保存ステップと、
   を備え、
   前記第２の設定ステップで設定される前記ステップサイズＳまたは前記第３の設定ステップで設定される前記スポット間隔Ｄの少なくとも一方が、所定の範囲内で変化可能な変数として設定され、
   前記制御ステップは、前記保存ステップで保存された前記識別番号ｉに対応する光源を、該識別番号ｉに対応するフレーム番号ｆのタイミングで点灯させることを特徴とする露光方法。
7. 前記第３の設定ステップで設定される前記スポット間隔Ｄが前記所定の範囲内で複数設定される場合、実際に設置されている光源から発せられた光が前記露光対象基板上で該スポット間隔Ｄの間隔をもって照射されるように、前記実際に設置されている光源と前記露光対象基板との間に設置される拡大もしくは縮小レンズ系を設置する設置ステップをさらに備える請求項６に記載の露光方法。
8. 前記第２の設定ステップで設定される前記ステップサイズＳが前記所定の範囲内で複数設定される場合、前記制御ステップは、該ステップサイズＳの速度で前記露光対象基板が前記光源に対して相対移動するよう制御する請求項６に記載の露光方法。
9. 前記保存方法は、前記抽出ステップによって抽出された前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒに対応する、前記ステップサイズＳおよび前記スポット間隔Ｄのうち少なくとも一方をさらに保存する請求項６に記載の露光方法。
10. 前記制御ステップは、前記抽出ステップによって抽出された前記分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒの個数を計数する計数ステップをさらに備える請求項６に記載の露光方法。
11. 相対移動の方向に沿って直線上に並ぶ複数の描画ヘッドを用いて、該描画ヘッドに対して相対移動する平面状の描画対象物上にある所望のスポットに直接描画し、前記描画対象物に所望の描画パターンを形成する描画装置であって、
    前記描画ヘッドの最短の描画動作制御可能周期の一周期間中に描画対象物が相対移動する距離よりも短い間隔を有したスポット列に直接描画するよう、前記複数の描画ヘッドのうち特定の描画ヘッドのみを特定のタイミングで描画動作させる制御手段を備える描画装置において、
    前記制御手段は、
    前記描画対象物上に直接描画すべき目標スポット列の、隣接する目標スポット間の間隔を目標分解能ｒ０として設定する第１の設定手段と、
    描画ヘッドの最短の描画動作制御可能周期の一周期間中に前記描画対象物が相対移動する距離をステップサイズＳとして設定する第２の設定手段と、
    前記相対移動の方向に沿って並ぶ複数の描画ヘッドにより前記描画対象物上に直接描画されるときに生じ得るスポットの間隔をスポット間隔Ｄとして設定する第３の設定手段と、
    前記相対移動の方向に沿って並ぶｋ個の描画ヘッドの識別番号をそれぞれｉ＝１，２，…，ｋ、単位時間に特定の描画ヘッドの描画動作および描画停止を切り換えることができる回数をフレームレートＦ、このときのフレーム番号をｆ（ただしＦ，ｆは整数）とするとき、
    

    

    を満たすフレーム番号ｆを全て算出する第１の計算手段と、
    前記フレーム番号ｆ、前記ステップサイズＳ、および、前記スポット間隔Ｄの全ての組に関して、
    

    

    から得られる分解能候補ｒを全て算出する第２の計算手段と、
    前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒを抽出する抽出手段と、
    前記抽出手段によって抽出された前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒに対応する、前記描画ヘッドの識別番号ｉおよび前記フレーム番号ｆを保存する保存手段と、
    を備え、
    前記第２の設定手段で設定される前記ステップサイズＳが、所定の範囲内で変化可能な変数として設定され、
    前記制御手段は、前記保存手段に保存された前記識別番号ｉに対応する描画ヘッドを、該識別番号ｉに対応するフレーム番号ｆのタイミングで描画動作させることを特徴とする描画装置。
12. 前記第２の設定手段で設定される前記ステップサイズＳが前記所定の範囲内で複数設定される場合、前記制御手段は、該ステップサイズＳの速度で前記描画対象物が前記描画ヘッドに対して相対移動するよう制御する請求項１１に記載の描画装置。
13. 前記保存手段は、前記抽出手段によって抽出された前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒに対応する、前記ステップサイズＳをさらに保存する請求項１１に記載の描画装置。
14. 前記制御手段は、前記抽出手段によって抽出された前記分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒの個数を計数する計数手段をさらに備える請求項１１に記載の描画装置。
15. 前記描画ヘッドは、インクジェットヘッドである請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の描画装置。
16. 相対移動の方向に沿って直線上に並ぶ複数の描画ヘッドを用いて、該描画ヘッドに対して相対移動する平面状の描画対象物上にある所望のスポットに直接描画し、前記描画対象物に所望の描画パターンを形成する描画方法であって、
    前記複数の描画ヘッドのうち特定の描画ヘッドのみを特定のタイミングで描画動作するよう制御する制御ステップを備え、前記描画ヘッドの最短の描画動作制御可能周期の一周期間中に描画対象物が相対移動する距離よりも短い間隔を有するスポット列に直接描画する描画方法において、
    前記制御ステップは、
    前記描画対象物上に直接描画すべき目標スポット列の、隣接する目標スポット間の間隔を目標分解能ｒ０として設定する第１の設定ステップと、
    描画ヘッドの最短の描画動作制御可能周期の一周期間中に前記描画対象物が相対移動する距離をステップサイズＳとして設定する第２の設定ステップと、
    前記相対移動の方向に沿って並ぶ複数の描画ヘッドにより前記描画対象物上に直接描画されるときに生じ得るスポットの間隔をスポット間隔Ｄとして設定する第３の設定ステップと、
    前記相対移動の方向に沿って並ぶｋ個の描画ヘッドの識別番号をそれぞれｉ＝１，２，…，ｋ、単位時間に特定の描画ヘッドの描画動作および描画停止を切り換えることができる回数をフレームレートＦ、このときのフレーム番号をｆ（ただしＦ，ｆは整数）とするとき、
    

    

    を満たすフレーム番号ｆを全て算出する第１の計算ステップと、
    前記フレーム番号ｆ、前記ステップサイズＳ、および、前記スポット間隔Ｄの全ての組に関して、
    

    

    から得られる分解能候補ｒを全て算出する第２の計算ステップと、
    前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒを抽出する抽出ステップと、
    前記抽出ステップによって抽出された前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒに対応する、前記描画ヘッドの識別番号ｉおよび前記フレーム番号ｆを保存する保存ステップと、
    を備え、
    前記第２の設定ステップで設定される前記ステップサイズＳが、所定の範囲内で変化可能な変数として設定され、
    前記制御ステップは、前記保存ステップで保存された前記識別番号ｉに対応する描画ヘッドを、該識別番号ｉに対応するフレーム番号ｆのタイミングで描画動作させることを特徴とする描画方法。
17. 前記第２の設定ステップで設定される前記ステップサイズＳが前記所定の範囲内で複数設定される場合、前記制御ステップは、該ステップサイズＳの速度で前記描画対象物が前記描画ヘッドに対して相対移動するよう制御する請求項１６に記載の描画方法。
18. 前記保存方法は、前記抽出ステップによって抽出された前記目標分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒに対応する、前記ステップサイズＳをさらに保存する請求項１６に記載の描画方法。
19. 前記制御ステップは、前記抽出ステップによって抽出された前記分解能ｒ０の許容範囲内にある前記分解能候補ｒの個数を計数する計数ステップをさらに備える請求項１６に記載の描画方法。
20. 前記描画ヘッドは、インクジェットヘッドである請求項１６〜１９いずれか一項に記載の描画方法。

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