JP5124400B2 - 露光パワーのキャリブレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光パワーのキャリブレーション方法に関し、特に、ライン状に並んだ光供給素子群から対象物に向けて光を発するように構成された露光装置において各光供給素子から供給される光量を補正するキャリブレーション方法に関する。

ライン状の光を対象物に向けて照射する露光装置では、経時変化や、光学特性が露光位置毎に異なるといった理由により、例えば露光面に対して光を均一に照射したい場合などに露光面で光量の分布が一様にならず、露光結果に悪影響を及ぼすという問題がある。このような問題を解決するために、露光面での光量をキャリブレーションするための種々の手法が従来存在している。

特許文献１には、複数の発光部を同時に全て点灯させて感光材料を露光し、その感光材料を現像して発色濃度を測定し、その測定結果に基づいて複数の発光部の光量のばらつきを補正するキャリブレーション方法が開示されている。

特許文献２には、複数の発光ドットを備えたライン光源における各発光ドットの発光量を均一化するために、各発光ドットから発光される光の光量分布をそれぞれ個別に測定し、隣接する発光ドットが露光すべき領域への漏れ発光を考慮して、各発光ドットの光量を補正するキャリブレーション方法が開示されている。
特開平９−１２７４８５号公報、第７−８頁及び第５図（Ａ） 特許第３２６９４２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のキャリブレーション方法では、感光材料の現像に時間と手間がかかり、迅速且つ簡易に光量のバラツキを補正することができないという問題がある。

また、特許文献２に記載のキャリブレーション方法では、隣り合う２つの発光ドットからの光の干渉（２つの発光ドットからの光の位相関係に応じて光が強まったり弱まったりすること）は考慮されず、コヒーレンシーが高いレーザー等の光を用いる発光装置にこの方法を適用した場合には正確な補正ができないという問題がある。

それゆえに本発明は、ライン状に並んだ光供給素子群から対象物に向けて光を発するように構成された露光装置において、コヒーレンシーが高いレーザー等の光を用いる場合でも、各光供給素子から供給される光量を高精度に補正可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成される。なお、括弧内の参照符号および図番号は、本発明の理解を助けるために、図面との対応関係の一例を示したものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

本発明のキャリブレーション方法は、ライン状に並んだ光供給素子群（３１）から対象物（２０）に向けて光を発するように構成された露光装置（１）において各光供給素子（３２ｂ）から供給される光量を補正するキャリブレーション方法である。当該キャリブレーション方法は、上記光供給素子群のうち、特定の光供給素子の周辺に位置する周辺光供給素子から光を供給する周辺発光工程（Ｓ２０）と、上記周辺光供給素子の光量を固定した状態で、上記特定の光供給素子の光量を第１の光量レベルから第２の光量レベルへと変化させる光量変化工程（Ｓ２２）と、上記光量変化工程において上記特定の光供給素子の光量を変化させたときの上記光供給素子群から供給される光の光量分布の変化量を計測することによって、上記特定の光供給素子の光量のみを変化させたときの上記光供給素子群から供給される光の光量分布の変化量を表すプロファイル関数を生成して記憶装置に記憶するプロファイル関数生成工程（Ｓ２４）と、各光供給素子を駆動するための制御値を上記プロファイル関数に基づいて較正する較正工程（Ｓ１１，Ｓ１２）とを備える。

上記光量変化工程では、上記周辺光供給素子の光量を中間調に固定した状態で、上記特定の光供給素子の光量を第１の光量レベルから第２の光量レベルへと変化させるようにしてもよい。

上記較正工程は、上記プロファイル関数に基づいて補正用関数を決定する補正用関数決定工程（Ｓ１１）と、各光供給素子を予め定められた個別の制御値でそれぞれ駆動することによって上記光供給素子群から光を供給する発光工程（Ｓ４０）と、上記光供給素子群から供給される光の光量分布を計測する光量分布計測工程（Ｓ４１）と、上記光量分布計測工程において計測された光量分布と目標光量分布との差分を計算する差分計算工程（Ｓ４２）と、上記差分と上記補正用関数の畳み込み積分によって、各光供給素子の制御値の補正量をそれぞれ計算する補正量計算工程（Ｓ４３）と、上記発光工程で用いた各光供給素子の制御値を上記補正量計算工程において算出された各光供給素子の制御値の補正量に応じて補正することによって、上記目標光量分布を実現するための各光供給素子の制御値を更新する制御値更新工程（Ｓ４４）とを含んでいてもよい。

なお、上記補正用関数は、上記特定の光供給素子以外の光供給素子に対応する受光領域における受光量は変化させずに上記特定の光供給素子に対応する受光領域における受光量だけを単位量だけ変化させるときの各光供給素子の光量の変化量を表す関数であってもよい。

上記補正用関数決定工程は、予め用意された複数の補正用関数の中から、上記プロファイル関数に応じた補正用関数を自動的に選択する補正用係数自動選択工程（Ｓ３０、Ｓ３１）を含んでいてもよい。

上記補正用関数決定工程は、予め用意された複数の典型プロファイル関数の中から上記プロファイル関数に応じた典型プロファイル関数を選択する第１工程（Ｓ３０）と、上記選択された典型プロファイル関数に予め関連付けられた補正用関数を上記プロファイル関数に応じた補正用関数として決定する第２工程（Ｓ３１）とを含んでいてもよい。

上記補正用関数決定工程は、上記第２工程において決定された補正用関数を、上記プロファイル関数に応じて補正する第３工程（図１７）をさらに含んでいてもよい。

上記制御値更新工程によって更新された制御値で各光供給素子をそれぞれ駆動することによって上記光供給素子群から光を供給する再発光工程（Ｓ５０）と、上記光供給素子群から供給される光の光量分布を計測する光量分布再計測工程（Ｓ５１）と、上記光量分布再計測工程において計測された光量分布に基づいて、上記目標光量分布を実現するための各光供給素子の制御値を再更新する必要があるか否かを判定する較正結果評価工程（Ｓ５２）とを更に備え、上記較正結果評価工程において各光供給素子の制御値を再度更新する必要があると判定されたときに、上記光量分布再計測工程において計測された光量分布を用いて、上記差分計算工程、上記補正量計算工程および上記制御値更新工程を再実行してもよい（Ｓ５５）。

上記制御値更新工程によって更新された制御値で各光供給素子をそれぞれ駆動することによって上記光供給素子群から光を供給する再発光工程（Ｓ５０）と、上記光供給素子群から供給される光の光量分布を計測する光量分布再計測工程（Ｓ５１）と、上記光量分布再計測工程において計測された光量分布に基づいて、上記補正用関数決定工程において決定した補正用関数が適切であるか否かを判定する補正用関数評価工程（Ｓ５３）と、上記補正用関数評価工程において上記補正用関数が適切でないと判定されたときに補正用関数を変更する補正用関数変更工程（Ｓ５４）とをさらに備え、上記補正用関数変更工程において変更された新たな補正用関数を用いて、上記発光工程、上記光量分布計測工程、上記差分計算工程、上記補正量計算工程および上記制御値更新工程を再実行してもよい（Ｓ５５）。

上記露光装置は、上記光供給素子群から上記対象物に向けてコヒーレント光を発するものであってもよい。

上記露光装置は、上記光供給素子群として回折格子光変調素子を含んでいてもよい。

本発明の露光装置は、ライン状に並んだ光供給素子群から対象物に向けて光を発するように構成された露光装置（１）であって、上記キャリブレーション方法により各光供給素子から供給される光量を補正するキャリブレーション手段（５０）を備える。

本発明によれば、ライン状に並んだ光供給素子群から対象物に向けて光を発するように構成された露光装置において、コヒーレンシーが高いレーザー等の光を用いる場合でも、各光供給素子から供給される光量を高精度に補正することができる。

図１および図２は、本発明の一実施形態に係る露光装置１の構成を示す図である。露光装置１は、入力される画像データに基づいて空間変調された光を対象物（感光材料）に向けて照射することによりパターンを描画する。露光装置１は、フォトレジストが塗布された基板２０を載置するためのステージ１１と、ステージ１１をＹ方向（主走査方向）およびＸ方向（副走査方向）に移動させるためのステージ移動機構１０と、それぞれが空間変調されたライン状の光を基板に向けて照射する８個の描画ヘッド３０と、各描画ヘッド３０にそれぞれ含まれる光変調器３１（詳細は後述）を入力される画像データに基づいて駆動する変調制御部６０と、変調制御部６０の動作を調整する調整部５０とを備える。

ステージ移動機構１０は、ステージ１１をＹ方向に移動（主走査）し、主走査が終了する毎に次の主走査の開始位置へとステージ１１をＸ方向に移動（副走査）させる。そして、次の主走査が前回の主走査とは逆向きに行われる。このように、露光装置１では、ステージ移動機構１０により、ステージ１１に対して８個の描画ヘッド３０がＸ方向およびＹ方向へと相対的に移動可能となっている。

露光装置１は、ステージ移動機構１０のステージ１１の側に配置されたセンサ部をさらに備えている。センサ部は、描画ヘッド３０からの光を受光する受光素子４０と、受光素子４０が上面に固定されたセンサステージ４５と、センサステージ４５の上面に固定されて受光素子４０からの出力を演算処理するセンサ処理部４４を備える。本実施形態では、受光素子４０としてフォトダイオードが利用される。図１に示すように、受光素子４０の受光面と基板２０の上面は同じ高さに位置する。

上記センサ部をＸ方向（副走査方向）に移動させるための機構として、露光装置１には、センサステージ４５が取り付けられたＸ方向を向くボールネジ４３と、センサステージ４５を支持するＸ方向を向く２本のガイドレール４１ａ，４１ｂと、ボールネジ４３に接続されるモータ４２が設けられている。変調制御部６０のキャリブレーションの際には、モータ４２によりボールネジ４３が回転することにより、受光素子４０およびセンサ処理部４４がセンサステージ４５と共にガイドレール４１ａ，４１ｂに沿ってＸ方向（副走査方向）に滑らかに移動し、描画ヘッド３０からの光が受光素子４０により順次受光されてセンサ処理部４４に送られる。そして、センサ処理部４４により演算処理されたデータが調整部５０に出力される。

次に、描画ヘッド３０についてより詳細に説明する。

描画ヘッド３０は、レーザ光源から出射されたレーザ光が入光される照明レンズからなる照明光学系と、光変調器３１と、プリズム、結像レンズおよびレンズからなる結像光学系とを備える。レーザ光源は、ピーク波長が８００ｎｍ乃至８２０ｎｍの範囲にあるレーザ光を出射する光源で、照明光学系から出射されたレーザ光は、光変調器３１に照射される。本実施形態では、光変調器３１として回折格子型光変調素子を利用する。光変調器３１の詳細は後述する。光変調器３１に照射されたレーザ光は、光変調器３１において多数に分割・変調された後、回折光として反射するが、回折光のうち０次回折光は、結像光学系を通じて基板２０上に（キャリブレーションの際には受光素子４０上に）結像される。

図３は、光変調器（回折格子型光変調素子）３１の構造を示す平面図であり、図４はその部分斜視図である。

光変調器３１は、図３に示すように、支持台３３上に数千本（本実施形態では一例として１６３８４本とする）の反射板（以下、リボンと称す）３２を列設した構成を有する。これらのリボン３２は、より詳細には図４に示すように、互い違いに配置された固定リボン３２ａと可動リボン３２ｂとで構成される。リボン３２の表面には、反射ミラーと電極の機能を有するように金属薄膜が形成されており、リボン３２の下部には、解放層を隔てて共通電極が設けられている。

固定リボン３２ａは、その表面の位置が固定された構成となっている。一方、可動リボン３２ｂは、表面の一部の有効可動領域が、印加される電圧に応じて下降する構成となっている。各可動リボン３２ｂに電圧が印加されていない場合には、すべての固定リボン３２ａの表面と可動リボン３２ｂの表面とは、同一平面上に配置されている。可動リボン３２ｂに電圧が印加されると、印加電圧に応じた幅だけ可動リボン３２ｂが下降し、隣接する固定リボン３２ａとの高さの差により、反射型の回折格子と同様の作用を奏する。このため、光変調器３１は、可動リボン３２ｂに電圧が印加されていない状態においては照明されるレーザ光の０次回折光を反射することになり、また、可動リボン３２ｂに電圧が印加された状態においては、正負の２本の１次回折光およびさらに高次の回折光を反射することになる。従って、光変調器３１の表面にレーザ光を照明した場合には、互いに独立して変調可能な多数の回折光が得られることになる。このような光変調器３１としては、上述したように、米国のシリコンライトマシーンズ社製の、ＧＬＶとも呼称されるグレイティングライトバルブ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ：シリコンライトマシーンズ社の商標）を使用することができる。

光変調器３１の各可動リボン３２ｂには個別に電圧を印加することができる。本実施形態では、光変調器３１は１６３８４本のリボン３２を有し、そのうちの半数である８１９２本が可動リボン３２ｂであるので、本実施形態の光変調器３１は、８１９２個の光供給素子群で構成されていると言い換えることができる。以下では図５に示すように、光変調器３１の最小制御単位（すなわち個別に電圧を制御可能な最小単位）を「チャンネル」と称する。

変調制御部６０は、入力される画像データに応じた制御値（デジタル）に基づいて、光変調器３１の各可動リボン３２ｂを駆動する。具体的には、入力される画像データに応じた各チャンネルの制御値をＤＡ変換回路によってそれぞれ電圧に変換し、これらの電圧を各チャンネルの可動リボン３２ｂにそれぞれ印加する。本実施形態では、入力される画像データは５段階の階調を有しており、それに伴い、変調制御部６０は各チャンネルについて５段階の階調制御を行うものとする。

図６は、変調制御部６０が光変調器３１を駆動する際に参照する制御値テーブルを示している。この制御値テーブルは、変調制御部６０の内部または外部に設けられた任意の記憶装置において保持されている。例えば、入力される画像データに対応する第１チャンネルの光量レベルがＬ１である場合には、変調制御部６０は、制御値テーブルを参照して、第１チャンネルの可動リボン３２ｂを制御値Ｖ１（１）で駆動する（すなわち、第１チャンネルの可動リボン３２ｂに対して制御値Ｖ１（１）に対応する電圧が印加される）。同様に、入力される画像データに対応する第２チャンネルの光量レベルがＬ５である場合には、変調制御部６０は、制御値テーブルを参照して、第２チャンネルの可動リボン３２ｂを制御値Ｖ５（２）で駆動する（すなわち、第２チャンネルの可動リボン３２ｂに対して制御値Ｖ５（２）に対応する電圧が印加される）。

なお、図６に示すような制御値テーブルに基づいて、全てのチャンネルについて同一の光量レベル（例えば光量レベルＬ１）に対応する制御値で可動リボン３２ｂを駆動したときに、光変調器３１から出力される光量分布が一様にならないことがある。例えば、図７は、目標とする光量分布と実際の光量分布とのずれの一例を示している。そこで本実施形態では、目標とする光量分布を得るために、調整部５０によってキャリブレーション処理を実行する。以下、調整部５０によるキャリブレーション処理の詳細を説明する。

図８は、調整部５０によるキャリブレーション処理の流れを示すフローチャートである。

キャリブレーション処理が開始されると、まずステップＳ１０において、調整部５０は、プロファイル関数生成処理を実行する。プロファイル関数とは、特定のチャンネルの周辺のチャンネルの光量を固定した状態で、特定のチャンネルの光量だけを変化させたときの光量分布の変化量を表す関数である。以下、図９〜図１３を参照して、プロファイル関数生成処理の詳細を説明する。

本実施形態では、図９に示すように、光変調器３１の第１チャンネル〜第８１９２チャンネルを８つの区間に区分し、これらの８つの区間毎にプロファイル関数を生成する。例えば、第１区間は、第１チャンネル〜第１０００チャンネルの範囲であり、第１区間用の特定チャンネルは、その範囲の中央の第５００チャンネルとする。同様に、第２区間は、第１００１チャンネル〜第２０００チャンネルの範囲であり、第２区間用の特定チャンネルは、その範囲の中央の第１５００チャンネルとする。

図１０は、調整部５０によるプロファイル関数生成処理の詳細を示すフローチャートである。なお本実施形態では、プロファイル関数の生成は、上記８つの区間毎に個別に行われる。すなわち、上記８つの区間のそれぞれについてプロファイル関数が個別に生成され、各区間のプロファイル関数に基づいて、対応する区間のキャリブレーション処理（後述する補正用関数決定処理および制御値更新処理）が行われる。

プロファイル関数生成処理が開始されると、ステップＳ２０において、調整部５０は、変調制御部６０を通じて全チャンネルの可動リボン３２ｂを中間調（例えば、最小の光量レベルと最大の光量レベルの中間のレベル）で駆動する。

ステップＳ２１では、調整部５０は、ステージ移動機構１０およびモータ４２を制御することによって、描画ヘッド３０の下方で受光素子４０をＸ方向に移動させて、光変調器３１から照射されるレーザ光の光量分布を計測し、計測された光量分布を任意の記憶装置に記憶する。ここで計測される光量分布の一例を図１１に示す。ただし図１１では、特定チャンネルの周辺領域における光量分布を示している。

ステップＳ２２では、調整部５０は、残りのチャンネルの光量を上記中間調で固定にしたまま、変調制御部６０を通じて特定チャンネルの光量だけを最大レベルへと変更する。

ステップＳ２３では、調整部５０は、ステップＳ２１と同様にして光変調器３１から照射されるレーザ光の光量分布を計測し、計測された光量分布を任意の記憶装置に記憶する。ここで計測される光量分布の一例を図１２に示す。ただし図１２では、特定チャンネルの周辺領域における光量分布を示している。

ステップＳ２４では、調整部５０は、ステップＳ２１で計測された光量分布と、ステップＳ２３で計測された光量分布との差分を計算し、当該差分をプロファイル関数ｆ（ｘ）として任意の記憶装置に記憶する。例えば、図１３は、図１１の光量分布と図１２の光量分布とから計算されるプロファイル関数ｆ（ｘ）を示している。図１３のプロファイル関数ｆ（ｘ）によれば、他のチャンネルの光量を固定したまま第ｋチャンネル（ｋは任意の自然数）の光量だけを増加させると、それに応じて第ｋ−１チャンネルおよび第ｋ＋１チャンネルに対応する受光領域における受光量は減少し、第ｋ−２および第ｋ＋２チャンネルに対応する受光領域における受光量は増加することが分かる。

なお、本実施形態では、ステップＳ２０において全チャンネルの可動リボン３２ｂを中間調で駆動しているが、特定チャンネルの光量を変化させたときの影響は、特定チャンネルに対応する受光領域の近辺のみに及ぶので、少なくとも特定チャンネルの周辺のチャンネル（例えば、第Ｎチャンネルを特定チャンネルとした場合、第Ｎ−２チャンネル〜第Ｎ＋２チャンネルの全５チャンネル）の可動リボン３２ｂを中間調で駆動しさえすれば、残りのチャンネルはオフ（最小の光量レベル）にした状態であってもよい。

また、本実施形態では、特定チャンネルの光量を他のチャンネルの光量と同じ状態から最大レベルへと変化させて、その変化の前後での光量分布の差分を計算することによってプロファイル関数ｆ（ｘ）を生成しているが、特定チャンネルの光量を任意のレベル（例えば最小の光量レベル）から他の任意のレベル（例えば最大の光量レベル）へと変化させて、その変化の前後での光量分布の差分を計算することによってプロファイル関数ｆ（ｘ）を生成してもよい。

なお、プロファイル関数ｆ（ｘ）を生成する際に、特定チャンネルの周辺のチャンネルの光量をオフにするのではなくて中間調にした状態で特定チャンネルの光量を変化させる理由は、特定チャンネルの光量を増加させたときに、当該特定チャンネルの光と周辺のチャンネルの光とが干渉して、周辺のチャンネルに対応する受光領域で受光量が強まるのか弱まるのかを調べるためである。

なお、本実施形態では、８つの区間毎に１つのチャンネルを特定チャンネルとして、そのチャンネルの光量を変化させることによってプロファイル関数ｆ（ｘ）を生成しているが、本発明はこれに限らず、隣接する複数のチャンネルを特定チャンネルとして、それらのチャンネルの光量を変化させることによってプロファイル関数ｆ（ｘ）を生成するようにしてもよい。例えば、第１チャンネル〜第１０００チャンネルの区間において、第４９９チャンネル〜第５０１チャンネルの隣接する３つのチャンネルを特定チャンネルとして、プロファイル関数ｆ（ｘ）を生成してもよい。これにより、１つのチャンネルの光量を変化させただけでは光量分布の変化が小さくてプロファイル関数ｆ（ｘ）を適切に生成できない場合であっても、複数のチャンネルの光量を変化させることによって光量分布の変化を大きくしてプロファイル関数ｆ（ｘ）を適切に生成することが可能となる。

なお、プロファイル関数ｆ（ｘ）の形状は種々の要因によって変化し、特に経時変化もするので、キャリブレーションを実行する度にプロファイル関数を生成するのが望ましい。

なお、厳密に言うと、プロファイル関数ｆ（ｘ）は特定チャンネルの位置（すなわち、どのチャンネルを特定チャンネルとして設定するか）によって変化する。特に、第１チャンネルを特定チャンネルとしてプロファイル関数ｆ（ｘ）を生成した場合と、第８１９２チャンネルを特定チャンネルとしてプロファイル関数ｆ（ｘ）を生成した場合とでは、プロファイル関数ｆ（ｘ）の形状が大きく異なることも考えられる。しかしながら、比較的近い距離にあるチャンネル同士であれば、それらの各チャンネルを特定チャンネルとして生成した場合のプロファイル関数ｆ（ｘ）はほぼ似た形状になると予想される。したがって、本実施形態では、図９に示したように全８１９２チャンネルを８つの区間に分割し、これらの区間毎にそれぞれ共通のプロファイル関数ｆ（ｘ）を生成している。これにより、適切なキャリブレーションと、キャリブレーション時間の短縮と、記憶領域（プロファイル関数を一時的に記憶するための領域）の節約が可能である。ただし、本発明としては、必ずしも全チャンネルを複数の区間に分割して、各区間毎にプロファイル関数ｆ（ｘ）する必要はない。

なお、特定の区間のプロファイル関数ｆ（ｘ）を他の区間のプロファイル関数ｆ（ｘ）から補間によって求めても構わない。例えば、図９の第１区間および第３区間のプロファイル関数ｆ（ｘ）から、第２区間のプロファイル関数ｆ（ｘ）を線形補間するようにしてもよい。これにより、キャリブレーション時間の短縮と、記憶領域（プロファイル関数を一時的に記憶するための領域）の節約が可能である。

図８において、ステップＳ１０のプロファイル関数生成処理が完了すると、続くステップＳ１１において、調整部５０は補正用関数決定処理を実行する。補正用関数とは、制御値を更新するために用いる関数であって、特定チャンネル以外のチャンネルに対応する受光領域における受光量は変化させずに特定チャンネルに対応する受光領域における受光量だけを単位量（例えば１ｍＷ）だけ変化させるときの各チャンネルの光量の変化量を表す関数である。以下、図１４〜図１５を参照して、補正用関数決定処理の詳細を説明する。なお本実施形態では、補正用関数の決定は、図９に示した８つの区間毎に個別に行われる。すなわち、図９に示した８つの区間のそれぞれについて、プロファイル関数生成処理において生成された、対応するプロファイル関数を用いて、補正用関数が個別に決定される。

補正用関数決定処理が開始されると、まずステップＳ３０において、調整部５０は、図８のステップＳ１０のプロファイル関数生成処理によって生成されたプロファイル関数ｆ（ｘ）に基づいて、予め用意されて記憶装置に記録されている複数の典型プロファイル関数の中から、プロファイル関数ｆ（ｘ）に最も類似した典型プロファイル関数をパターンマッチングにより選択する。図１５に、典型プロファイル関数の具体例を示す。この場合、図１３のプロファイル関数ｆ（ｘ）に最も類似した典型プロファイル関数として、第２典型プロファイル関数が選択される。なお、パターンマッチングの手法については公知の任意の手法を用いることができる。例えば、半値幅、相関係数等の指標を用いてパターンマッチングを行ってもよい。なお、各典型プロファイル関数には、予め用意された補正用関数ｈ（ｘ）がそれぞれ関連付けられている。

ステップＳ３１では、調整部５０は、ステップＳ３０で選択された典型プロファイル関数に関連付けられた補正用関数ｈ（ｘ）を、後述する制御値更新処理で利用すべき補正用関数ｈ（ｘ）として決定する。例えば、ステップＳ３０において第２典型プロファイル関数が選択された場合には、この第２典型プロファイル関数に関連付けられた第２補正用関数を、制御値更新処理で利用すべき補正用関数ｈ（ｘ）として決定する。なお、プロファイル関数ｆ（ｘ）の形状がどのようなときに、どのような形状の補正用関数ｈ（ｘ）を利用すべきかは、数学的手法または経験的法則により判断することができるので、本実施形態では各典型プロファイル関数について、対応する補正用関数ｈ（ｘ）を数学的もしくは経験的に予め求めておき、典型プロファイル関数に関連付けている。

なお、予め用意された補正用関数ｈ（ｘ）を、プロファイル関数ｆ（ｘ）の形状に応じて適宜に補正してもよい。例えば、図１６に示すように、プロファイル関数ｆ（ｘ）のピーク位置が１チャンネル分だけプラス方向にずれている場合には、図１７に示すように、ステップＳ３１で選択された補正用関数ｈ（ｘ）のピーク位置がマイナス方向に１チャンネル分だけシフトするように補正用関数ｈ（ｘ）を補正してもよい。

なお、本実施形態では上記のように、プロファイル関数ｆ（ｘ）に対応する典型プロファイル関数をまず選択し、当該典型プロファイル関数に応じて補正用関数ｈ（ｘ）を決定しているが、本発明はこれに限らない。例えば、プロファイル関数ｆ（ｘ）の形状（各種特徴量）に基づいて、予め用意した複数の補正用関数ｈ（ｘ）の中から最適な補正用関数ｈ（ｘ）を予め用意した選択基準にしたがって調整部５０が自動的に選択するようにしても構わない。また例えば、調整部５０がリアルタイムに、プロファイル関数ｆ（ｘ）から補正用関数ｈ（ｘ）を数学的に計算するようにしても構わない。

図８において、ステップＳ１１の補正用関数決定処理が完了すると、続くステップＳ１２において、調整部５０は制御値更新処理を実行する。以下、図１８〜図２２を参照して、制御値更新処理の詳細を説明する。なお本実施形態では、制御値の更新は、図９に示した８つの区間毎に個別に行われる。すなわち、図９に示した８つの区間のそれぞれについて、補正用関数決定処理において生成された、対応する補正用関数を用いて、制御値が個別に更新される。

制御値更新処理が開始されると、まずステップＳ４０において、調整部５０は、変調制御部６０を通じて全チャンネルの可動リボン３２ｂを、目標とする光量分布に対応する制御値で駆動する。例えば、図６に示す制御値テーブルにおいて、光量レベルＬ１の各チャンネルの制御値をキャリブレーションしたい場合には、第１チャンネルを制御値Ｖ１（１）で、第２チャンネルを制御値Ｖ１（２）で、第３チャンネルを制御値Ｖ１（３）で、・・・、第８１９２チャンネルを制御値Ｖ１（８１９２）で、それぞれ駆動する。同様に、光量レベルＬ２の各チャンネルの制御値をキャリブレーションしたい場合には、第１チャンネルを制御値Ｖ２（１）で、第２チャンネルを制御値Ｖ２（２）で、第３チャンネルを制御値Ｖ２（３）で、・・・、第８１９２チャンネルを制御値Ｖ２（８１９２）で、それぞれ駆動する。以下では、光量レベルＬ１の各チャンネルの制御値をキャリブレーションする場合について説明する。なお、ステップＳ４０において、全チャンネルの可動リボン３２ｂを目標とする光量分布に対応する制御値で駆動する替わりに、各チャンネルの可動リボン３２ｂを任意の光量レベルで駆動しても構わない。

ステップＳ４１では、調整部５０は、ステップＳ２１と同様にして光変調器３１から照射されるレーザ光の光量分布を計測し、計測された光量分布を任意の記憶装置に記憶する。ここで計測される光量分布の一例を図１９に示す。

ステップＳ４２では、調整部５０は、ステップＳ４１で計測された実際の光量分布と、目標とする光量分布との差分ｇ（ｘ）（すなわち、各チャンネルに対応する受光領域毎の「目標とする受光量」と「実際の受光量」の差分を表す関数）を計算する。ここで計算される差分ｇ（ｘ）の一例を図２０に示す。

ステップＳ４３では、調整部５０は、ステップＳ４２で計算された差分ｇ（ｘ）と、前述の図８のステップＳ１１の補正用関数決定処理において決定された、対応する区間の補正用関数ｈ（ｘ）とを畳み込み積分することによって、各チャンネルの制御値の補正量を計算する。ここで計算される各チャンネルの制御値の補正量の一例を図２１に示す。図２１において、Ｃ（１）、Ｃ（２）、Ｃ（３）およびＣ（８１９２）は、それぞれ、第１チャンネルの制御値の補正量、第２チャンネルの制御値の補正量、第３チャンネルの制御値の補正量および第８１９２チャンネルの制御値の補正量を示している。

ステップＳ４４では、調整部５０は、ステップＳ４３で計算された各チャンネルの制御値の補正量に従って、図６に示す制御値テーブルの中の該当する制御値を更新する。具体的には、図２２に示すように、光量レベルＬ１に対応する更新前の第１チャンネルの制御値Ｖ１（１）＿ｏｌｄに対して補正量Ｃ（１）を加算することによって、光量レベルＬ１に対応する更新後の第１チャンネルの制御値Ｖ１（１）＿ｎｅｗが決定される。同様に、光量レベルＬ１に対応する更新前の第２チャンネルの制御値Ｖ１（２）＿ｏｌｄに対して補正量Ｃ（２）を加算することによって、光量レベルＬ１に対応する更新後の第２チャンネルの制御値Ｖ１（２）＿ｎｅｗが決定される。残りのチャンネルについても同様である。

なお、上記ステップＳ４３では、各チャンネルの制御値と光量の関係が線形性であると仮定して、各チャンネルの制御値の補正量を求めている。しかしながら、各チャンネルの制御値と光量の関係が線形でない場合（もしくは、線形であると近似することが不適当な場合）には、ステップＳ４３で得られた各チャンネルの補正量の値を、例えば図２３に示すような制御値と光量の関係（非線形的な関係）を示す光量特性曲線に基づいて、適宜に補正しても構わない。

また、ステップＳ４３で得られた各チャンネルの補正量の値をＰＩＤ制御により適宜に補正しても構わない。

上記のようなキャリブレーション処理が完了すると、理想的には、更新後の制御値に基づいて光変調器３１から出力される光量分布は目標とする光量分布に完全に一致するはずであるが、実際には種々の要因により、例えば図２４のように、更新後の制御値に基づいて光変調器３１から実際に出力される光量分布が目標とする光量分布に完全に一致することはない。通常は、図８のステップＳ１２の制御値更新処理を繰り返し実行することにより、光変調器３１から実際に出力される光量分布が目標とする光量分布に徐々に近づくことになる。しかしながら、特殊なケースにおいては、制御値更新処理を繰り返すほど、光変調器３１から実際に出力される光量分布と目標とする光量分布との差が逆に広がっていってしまうことがある。そのような状況が起こる典型的なケースとして、ステップＳ１１の補正用関数決定処理において不適当な補正用関数ｈ（ｘ）を選択してしまったケースがある。したがって、図８のステップＳ１２の制御値更新処理の後に、キャリブレーション処理の効果を検証するための検証処理を行うことが望ましい。以下、図２５を参照して、この検証処理について説明する。

検証処理が開始されると、まずステップＳ５０において、調整部５０は、変調制御部６０を通じて全チャンネルの可動リボン３２ｂを、直前の制御値更新処理によって更新された後の制御値でそれぞれ駆動する。

ステップＳ５１では、調整部５０は、ステップＳ２１と同様にして光変調器３１から照射されるレーザ光の光量分布を計測し、計測された光量分布を任意の記憶装置に記憶する。

ステップＳ５２では、調整部５０は、ステップＳ５１で計測された実際の光量分布の目標光量分布に対する誤差が許容範囲に収まったかどうか（すなわち、制御値の再更新が不要かどうか）を判断し、誤差が許容範囲に収まった場合には検証処理を終了し、誤差が許容範囲に収まっていない場合には処理はステップＳ５３に進む。なお、誤差が許容範囲に収まったかどうかの判断手法としては、公知の種々の手法の中から要求精度に応じた任意の手法を用いればよい。例えば、誤差を表す指標として、二乗平均誤差、ＳＮＲ（signal-to-noise ratio）、相関係数等を利用してもよい。

ステップＳ５３では、調整部５０は、ステップＳ５１で計測された実際の光量分布の目標光量分布に対する誤差が、直前に行われた制御値更新処理の実行前のものと比較して縮小したかどうかを判断し、誤差が縮小した場合にはステップＳ５５に進み、誤差が縮小していない場合にはステップＳ５４に進む。

ステップＳ５１で計測された実際の光量分布の目標光量分布に対する誤差が、直前に行われた制御値更新処理の実行前のものと比較して縮小していないということは、その制御値更新処理において利用した補正用関数ｈ（ｘ）が適切ではなかったことを意味する。したがって、ステップＳ５３では、調整部５０は、補正用関数ｈ（ｘ）が適切かどうかを判定しているとも言える。

ステップＳ５４では、調整部５０は、補正用関数ｈ（ｘ）を変更する。例えば、予め用意されている複数の補正用関数ｈ（ｘ）の中から、直前に行われた制御値更新処理で利用した補正用関数ｈ（ｘ）とは別の補正用関数ｈ（ｘ）を選択する。

ステップＳ５５では、調整部５０は、制御値更新処理を行う。この制御値更新処理は、図８のステップＳ１２の制御値更新処理と同じであるので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ５５の制御値更新処理が終了すると、処理はステップＳ５０に戻る。

上記のような検証処理によって、光変調器３１から実際に出力される光量分布と目標とする光量分布との間の誤差が許容範囲に収まるまで、必要に応じて補正用関数ｈ（ｘ）を変更しながら、制御値更新処理が繰り返される。なお、制御値更新処理を一定回数以上繰り返しても光変調器３１から実際に出力される光量分布と目標とする光量分布との間の誤差が許容範囲に収まらない場合には、ユーザにエラー通知を行うなどしてキャリブレーション処理を終了してもよい。

以上のように、本実施形態によれば、光変調器３１の光量分布を高精度に補正することができる。

なお、本実施形態では、光変調器３１として回折格子型光変調素子を利用しているが、本発明はライン状に並んだ光供給素子群から対象物に向けて光を発するように構成された露光装置に適用可能である。ライン状に並んだ光供給素子群としては、本実施形態のような反射型に限らず、自発光型であってもよいし、透過型であってもよい。

なお、本実施形態において示した描画ヘッド３０の個数、光変調器３１におけるリボン３２の個数、画像データの階調数等の数値は単なる一例に過ぎず、これらの数値に限定されるものではない。

本発明は、ライン状に並んだ光供給素子群から対象物に向けて光を発するように構成された、コヒーレンシーが高いレーザー等の光を用いる露光装置において、各光供給素子から供給される光量を高精度に補正するキャリブレーション方法として好適である。

露光装置１の外観図 露光装置１の外観図 光変調器３１の構成を示す図 光変調器３１の部分斜視図 光変調器３１の構成を示す図 制御値テーブルの一例を示す図 キャリブレーション処理を行う前の光量分布の一例 キャリブレーション処理の流れを示すフローチャート 特定チャンネルの設定例 プロファイル関数生成処理の詳細を示すフローチャート 光量分布の計測結果の一例 光量分布の計測結果の一例 プロファイル関数の一例 補正用関数決定処理の詳細を示すフローチャート 予め用意される典型プロファイル関数と補正用関数の一例 プロファイル関数の一例 プロファイル関数に応じた補正用関数の補正の一例 制御値更新処理の詳細を示すフローチャート 光量分布の計測結果の一例 計測される光量分布と目標光量分布との差分の一例 差分と補正用関数に基づいて計算される各チャンネルの光量の補正量の一例 制御値の更新内容の一例 光量特性曲線の一例 制御値補正処理後の光量分布の一例 検証処理の詳細を示すフローチャート

符号の説明

１ 露光装置
１０ ステージ移動機構
１１ ステージ
２０ 基板
３０ 描画ヘッド
３１ 光変調器
３２ 反射板（リボン）
３２ａ 固定リボン
３２ｂ 可動リボン
３３ 支持台
４０ 受光素子
４１ａ，４１ｂ ガイドレール
４２ モータ
４３ ボールネジ
４４ センサ処理部
４５ センサステージ
５０ 調整部
６０ 変調制御部

Claims (11)

1. ライン状に並んだ光供給素子群から対象物に向けて光を発するように構成された露光装置において各光供給素子から供給される光量を補正するキャリブレーション方法であって、
   前記光供給素子群のうち、特定の光供給素子の周辺に位置する周辺光供給素子から光を供給する周辺発光工程と、
   前記周辺光供給素子の光量を固定した状態で、前記特定の光供給素子の光量を第１の光量レベルから第２の光量レベルへと変化させる光量変化工程と、
   前記光量変化工程において前記特定の光供給素子の光量を変化させたときの前記光供給素子群から供給される光の光量分布の変化量を計測することによって、前記特定の光供給素子の光量のみを変化させたときの前記光供給素子群から供給される光の光量分布の変化量を表すプロファイル関数を生成して記憶装置に記憶するプロファイル関数生成工程と、
   各光供給素子を駆動するための制御値を前記プロファイル関数に基づいて較正する較正工程とを備えた、キャリブレーション方法。
2. 前記光量変化工程では、前記周辺光供給素子の光量を中間調に固定した状態で、前記特定の光供給素子の光量を第１の光量レベルから第２の光量レベルへと変化させることを特徴とする、請求項１に記載のキャリブレーション方法。
3. 前記較正工程は、
   前記プロファイル関数に基づいて補正用関数を決定する補正用関数決定工程と、
   各光供給素子を予め定められた個別の制御値でそれぞれ駆動することによって前記光供給素子群から光を供給する発光工程と、
   前記光供給素子群から供給される光の光量分布を計測する光量分布計測工程と、
   前記光量分布計測工程において計測された光量分布と目標光量分布との差分を計算する差分計算工程と、
   前記差分と前記補正用関数の畳み込み積分によって、各光供給素子の制御値の補正量をそれぞれ計算する補正量計算工程と、
   前記発光工程で用いた各光供給素子の制御値を前記補正量計算工程において算出された各光供給素子の制御値の補正量に応じて補正することによって、前記目標光量分布を実現するための各光供給素子の制御値を更新する制御値更新工程とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のキャリブレーション方法。
4. 前記補正用関数決定工程は、予め用意された複数の補正用関数の中から、前記プロファイル関数に応じた補正用関数を自動的に選択する補正用係数自動選択工程を含む、請求項３に記載のキャリブレーション方法。
5. 前記補正用関数決定工程は、予め用意された複数の典型プロファイル関数の中から前記プロファイル関数に応じた典型プロファイル関数を選択する第１工程と、前記選択された典型プロファイル関数に予め関連付けられた補正用関数を前記プロファイル関数に応じた補正用関数として決定する第２工程とを含む、請求項３に記載のキャリブレーション方法。
6. 前記補正用関数決定工程は、前記第２工程において決定された補正用関数を、前記プロファイル関数に応じて補正する第３工程をさらに含む、請求項５に記載のキャリブレーション方法。
7. 前記制御値更新工程によって更新された制御値で各光供給素子をそれぞれ駆動することによって前記光供給素子群から光を供給する再発光工程と、
   前記光供給素子群から供給される光の光量分布を計測する光量分布再計測工程と、
   前記光量分布再計測工程において計測された光量分布に基づいて、前記目標光量分布を実現するための各光供給素子の制御値を再更新する必要があるか否かを判定する較正結果評価工程とを更に備え、
   前記較正結果評価工程において各光供給素子の制御値を再度更新する必要があると判定されたときに、前記光量分布計測工程において計測された光量分布に代わりに前記光量分布再計測工程において計測された光量分布を用いて、前記差分計算工程、前記補正量計算工程および前記制御値更新工程を再実行することを特徴とする、請求項３に記載のキャリブレーション方法。
8. 前記制御値更新工程によって更新された制御値で各光供給素子をそれぞれ駆動することによって前記光供給素子群から光を供給する再発光工程と、
   前記光供給素子群から供給される光の光量分布を計測する光量分布再計測工程と、
   前記光量分布再計測工程において計測された光量分布に基づいて、前記補正用関数決定工程において決定した補正用関数が適切であるか否かを判定する補正用関数評価工程と、
   前記補正用関数評価工程において前記補正用関数が適切でないと判定されたときに補正用関数を変更する補正用関数変更工程とをさらに備え、
   前記補正用関数変更工程において変更された新たな補正用関数を用いて、前記発光工程、前記光量分布計測工程、前記差分計算工程、前記補正量計算工程および前記制御値更新工程を再実行することを特徴とする、請求項３に記載のキャリブレーション方法。
9. 前記露光装置は、前記光供給素子群から前記対象物に向けてコヒーレント光を発するものであることを特徴とする、請求項１に記載のキャリブレーション方法。
10. 前記露光装置は、前記光供給素子群として回折格子光変調素子を含む、請求項１に記載のキャリブレーション方法。
11. ライン状に並んだ光供給素子群から対象物に向けて光を発するように構成された露光装置であって、請求項１〜１０のいずれか１つに記載のキャリブレーション方法により各光供給素子から供給される光量を補正するキャリブレーション手段を備えた、露光装置。

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