JP5534080B2 - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスクレス露光が可能な露光装置及び露光方法に関する。

従来、半導体集積回路や液晶デバイス等の製造工程では回路パターン形成のためにフォトリソグラフィ工程が多用されている。フォトリソグラフィは、所定のパターンが形成されたフォトマスクを用い、このフォトマスクを介してフォトレジストの塗布されたシリコンなどの基板上に露光することで、フォトマスクのパターンを基板上に転写してから、現像工程、エッチング工程等を経ることにより基板上にパターンを形成するものである。

上述のようなフォトリソグラフィ工程の代わりに、フォトマスクを用いずに所望のパターンを基板等に直接形成するマスクレス露光（直接露光）装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。かかるマスクレス露光によれば、フォトマスクが不要でありコスト的に有利であり、また、高精度露光が可能であるとされている。

特許文献１に記載のマスクレス露光装置は、露光ヘッドの結像光学系で結像される所望の露光パターンと被露光物の表面とを相対的に走査する走査手段を備え、かかる走査手段としてＸＹステージを用いている。また、光走査手段としては、ポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系が知られている。また、かかる光走査光学系の代わりに２次元光変調素子を用いることが提案されている（例えば、下記特許文献２参照）。

特許文献３は、フォトマスク、位相シフトマスクを用いて、表面に凹凸のある立体サンプルにパターニングを行うに際して、サンプル内の場所に応じて部分的に、入射角度、偏光方向、露光量などの条件の最適化可能な露光方法及び露光装置を開示する。特許文献４は、空間光変調素子を２次元的に多数配列してなる空間光変調器を使用し、光源から発せられた光で空間光変調器により露光パターンを形成する露光方法を開示する。

特開２００６−２５０９８２号公報 特開２００３−１５０７７号公報 特開２００８−９１７９３号公報 特開２００８−１１２０９３号公報

上述の光走査手段としてポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系を用いると、装置の全体構成が大きくなってしまい、装置の小型化の障害となり、また、高価であり、応答性もよくない。また、２次元光変調素子は短寿命化や誤動作発生の問題があるといわれており、誤動作対策に特別な構成やコストが必要となってしまい（特許文献１参照）、好ましくない。

また、特許文献３はマスクを用いて凹凸面に露光をするものであり、マスクレス露光ではない。特許文献４は、マスクレス露光であるが、平面露光であり、立体的に露光を行うものではない。

例えば、図７のような段差を有する被露光物Ａに、開口ＮＵを有するフォトマスクＭＡを利用して光Ｌにより露光を行う場合、フォトマスクＭＡと段差底面Ａ２との距離間隔が大きいと、段差底面Ａ２での露光精度が低下する問題がある。段差底部Ａ２での解像度を高めるために、焦点深度を大きくした露光装置（例えば、ウシオ電機製の投影露光機「ＵＳＣ−２０００ＳＴ」）を用いることで焦点深度の深さ程度であれば段差底面でのパターン露光が可能である。しかし、段差が焦点深度よりも深い場合は段差底面での高精度な露光は不可能である。また、段差の傾斜面に対しても露光が不可能である。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、小型化が可能でかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を提供することを目的とする。

また、被露光面に段差などのある被露光物に対しマスクレス露光により高精度な露光が可能な露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態による第１の露光装置は、光源と、ミラーを繰り返し傾斜させるＭＥＭＳ光スキャナと、前記光源からの光を前記ミラーを介して被露光物上に露光する露光光学系と、を備え、前記光源からの光を前記ＭＥＭＳ光スキャナで傾斜するミラーにより走査して前記被露光物上に照射することで前記被露光物を露光するものである。

この露光装置によれば、ＭＥＭＳ（メムス）光スキャナによりミラーを所定範囲内で繰り返し傾斜させて光源からの光を走査して走査光を得て、被露光物上に直接露光することができる。ＭＥＭＳ（メムス）とは、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems）の略で、機械要素部品を極小サイズで作製した小型デバイスである。ＭＥＭＳ光スキャナは、アクチュエータによりミラーを駆動して光を走査するＭＥＭＳ（メムス）光デバイスであり、小型に構成され信頼性が高く動作が安定している。このように、ＭＥＭＳ光スキャナを光走査に用いることによって、装置を小型化できかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を実現できる。

上記露光装置において前記被露光物を移動可能なステージを備え、前記ステージの移動を制御することで前記被露光物上にパターンを露光することにより、被露光物上に所望のパターンを露光できる。なお、この場合、前記ステージを移動させながら走査光により露光してもよく、また、前記ステージを移動させ所定位置で停止させて走査光により露光してもよい。

また、前記ＭＥＭＳ光スキャナによる光走査方向と略直交する方向に前記ステージを移動させることが好ましい。

また、前記ステージの位置を検出する位置検出部を備え、前記ステージが駆動源としてモータを有し、前記位置検出部の検出信号に基づいて前記モータを駆動し前記ステージの位置を制御することで、フィードバック制御を行い、ステージの位置を高精度に制御できる。

また、前記光源からの光のオンオフを制御することで前記被露光物上にパターンを露光することにより、例えば、走査方向に断続的なパターンや走査方向と直交する方向に間欠的なパターン等の所望のパターンを露光できる。

また、前記露光光学系が対物レンズを含み、前記対物レンズを前記被露光物に対し駆動し自動的に合焦させるオートフォーカス機構を備えることで、露光中に自動的に合焦させることができるので、被露光物の表面に凹凸があっても高精度な露光が可能となる。

本実施形態による第２の露光装置は、光源と、ミラーを繰り返し傾斜させるＭＥＭＳ光スキャナと、前記光源からの光を前記ミラーを介して被露光物上に露光する露光光学系と、を備え、前記光源からの光を前記ＭＥＭＳ光スキャナで傾斜するミラーにより走査して前記被露光物上に照射することで前記被露光物を露光する露光装置であって、
前記露光光学系と前記被露光物とを前記被露光物の被露光面に対し垂直な方向に相対的に移動させる駆動手段を備え、前記被露光物に対する前記垂直方向における照射位置を前記駆動手段により調整可能であり、
前記露光光学系の対物レンズと一体に移動する鏡筒部を備え、前記駆動手段は、本体部とモータとスライダと前記本体部に内蔵されたボールねじからなる直動機構とを有するアクチュエータにより前記鏡筒部を移動させ、
前記鏡筒部の前記垂直方向の垂直位置を検出する位置検出手段と、前記垂直位置を制御する垂直位置制御手段と、前記被露光物の被露光面の三次元形状を測定する形状測定手段と、をさらに備え、
前記前記被露光面の形状測定結果に基づいて前記駆動手段により前記垂直方向における照射位置を調整し、
前記測定結果に基づいて前記被露光面の傾斜に関する境界位置を算出し、前記境界位置に基づいて描画パターンを分割して前記被露光物の被露光面の三次元形状に対応した露光を行う。

この露光装置によれば、被露光面に対する垂直方向における被露光物に対する照射位置を駆動手段により調整可能であるので、被露光物が被露光面に段差や傾斜を有する場合でも、マスクレス露光により高精度な露光が可能となる。これにより、段差などの傾斜面や底面に対して精度のよい露光が可能となる。

前記分割された各被露光面の等高線に沿って露光することが好ましい。

本実施形態による露光方法は、光源からの光をＭＥＭＳ光スキャナで繰り返し傾斜させるミラーにより走査して露光光学系を介して被露光物上に照射することで被露光物を露光する露光方法であって、
前記露光光学系と前記被露光物とを前記被露光物の被露光面に対し垂直な方向に相対的に移動させることで、前記被露光物に対する前記垂直方向における照射位置を前記駆動手段により調整し、
前記露光光学系の対物レンズと一体に移動する鏡筒部を、本体部とモータとスライダと前記本体部に内蔵されたボールねじからなる直動機構とを有するアクチュエータにより移動させ、
前記鏡筒部の前記垂直方向の垂直位置を検出し、
前記被露光物の被露光面の三次元形状を測定し、
前記前記被露光面の形状測定結果に基づいて前記鏡筒部の垂直方向における照射位置を調整し、
前記測定結果に基づいて前記被露光面の傾斜に関する境界位置を算出し、前記境界位置に基づいて描画パターンを分割して前記被露光物の被露光面の三次元形状に対応した露光を行う。

この露光方法によれば、被露光物の被露光面の三次元形状に応じて被露光物の面に対し垂直な方向における照射位置を調整して露光操作を実行するので、被露光物が被露光面に段差を有する場合でも、マスクレス露光により高精度な露光が可能となる。これにより、段差などの傾斜面や底面に対して精度のよい露光が可能となる。

上記露光方法において前記被露光物を保持したステージを前記ＭＥＭＳ光スキャナによる光走査方向と略直交する方向に一定速度で移動させるとともに、前記光源からの光のオンオフを制御することで前記被露光物上にパターンを露光することができる。

また、前記被露光物を保持したステージを移動させ停止させることを繰り返すことで前記被露光物上にパターンを露光することができる。

また、上記露光方法では、前記被露光物の被露光面は、平面とその平面から傾斜した傾斜面とを含む場合に、前記被露光物の平面及び傾斜面に対し前記露光操作を行うようにできる。

本発明の露光装置によれば、小型化が可能でかつ安定した動作でマスクレス露光が可能となる。

本発明の露光装置及び露光方法によれば、被露光面に段差や傾斜のある被露光物に対しマスクレス露光により高精度な露光が可能となる。

第１の実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す図である。 図１の露光光学系を説明するための図である。 図２の露光光学系のＭＥＭＳ光スキャナのミラーとレンズとの関係を説明するための模式図である。 図１〜図３の露光装置で使用可能なＭＥＭＳ光スキャナの基本構造及び動作原理を説明するための概略図である。 図１〜図３の露光装置で使用可能なＭＥＭＳ光スキャナの具体例を示す上面図（ａ）、b-b線方向に切断してみた断面図（ｂ）及び下面図（ｃ）である。 図１の被露光物の表面に露光されるパターンの一例を説明するための模式図である。 被露光物が段差を有する場合に段差底面に対しフォトマスクを用いて露光を行う場合の問題を説明するための概略的な断面図である。 第２の実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す側面図である。 図８のＸＹステージ１１に保持された被露光物Ａの表面Ａ１が凹部を有する場合の露光制御を説明するための概略的な斜視図（ａ）及びbb-bb線方向に切断してみた図（ｂ）である。 第３の実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す図である。 第３の実施の形態における被露光物の平面図（ａ）及びS-S線方向に切断してみた断面図（ｂ）である。 図１２は図１１の被露光物に露光を行う際の形状測定を説明するためのフローチャートである。 図１０の露光装置により実行可能な露光動作を説明するためのフローチャートである。 図１３の露光動作により被露光物Ｓの露光面に形成する露光パターンを示す平面図である。 図１４の露光パターンを露光のために分割したパターン（ａ）〜（ｄ）を示す平面図である。 図１０の露光装置により露光可能な通常の断面形状を有する被露光物の平面図（ａ）及びＸ方向の線SS-SSで切断してみた断面図（ｂ）である。 第４の実施の形態において露光可能な各種の形状（ａ）〜（ｃ）を有する被露光物の断面形状を示す図である。 第１〜第４の実施の形態における制御装置１３による定速露光制御を説明するためのブロック線図である。 図１８の定速露光制御における各信号（ａ）〜（ｆ）のタイミングチャートである。 図９（ｂ）と同様の図であり段差形状を有する被露光物の断面形状を示す図（ａ）及び図２０（ａ）の被露光物を傾斜させて露光を行う状態を概略的に示す図（ｂ）である。 図２０（ｂ）のように被露光物を傾斜させるための回転ステージの概略的構成を示す図（ａ）及び回転ステージにおける傾斜角度と回転角度の定義を示す図（ｂ）である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

〈第１の実施の形態〉
図１は第１の実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す図である。図２は図１の露光光学系を説明するための図である。図３は図２の露光光学系のＭＥＭＳ光スキャナのミラーとレンズとの関係を説明するための模式図である。

図１に示すように、露光装置１０は、被露光物Ａを載置し保持してＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ１１と、半導体レーザからなる光源１２と、光源１２から光ファイバＦＩで導かれた光により被露光物Ａに対し露光する露光光学系と、露光を行う際に露光光学系の鏡筒３１内の対物レンズをＸＹステージ１１上の被露光物Ａに対し図の上下方向に駆動し自動的に合焦させるオートフォーカス機構と、ＸＹステージ１１上の被露光物Ａを観察するための観察光学系と、ＸＹステージ１１及び光源１２等を制御する制御装置１３と、を備えている。

露光光学系は、図１〜図３のように、光源１２からの光が光ファイバＦＩを介して導入されてコリメートレンズＣで平行化されてＭＥＭＳ光スキャナのミラーＭで反射し、レンズＬ２，ミラー１９，レンズＬ１，ビームスプリッタ２９を介して鏡筒３１内の対物レンズＪでステージ１１上の被露光物Ａの表面Ａ１に集光されて結像しスポット照射するようになっている。

上述の露光光学系の内のコリメートレンズＣからレンズＬ１までの各光学要素はハウジング２０内に配置され収容されている。

オートフォーカス機構は、図１のように、オートフォーカス用レーザ光源２２からの光がビームスプリッタ２７，２８，２９を介して鏡筒３１内の対物レンズＪ（図２）でＸＹステージ１１上の被露光物Ａの表面Ａ１に集光され、その反射光が対物レンズＪ、ビームスプリッタ２９，２８，２７，チューブレンズ３２，ビームスプリッタ２６を介してフォトダイオード（ＰＤ）からなる受光素子２１に入射し、その入射光信号に基づいて公知のピエゾ素子からなるアクチュエータ２３で鏡筒３１を光軸方向に駆動して鏡筒３１内の対物レンズＪ（図２）を移動させて合焦させるようになっている。

上述のビームスプリッタ２６，２７，２８，２９及びチューブレンズ３２はハウジング３０内に配置され収容されている。

観察光学系は、照明光を光導入部２５から導入してＸＹステージ１１上の被露光物Ａに照射してその反射光をＣＣＤカメラ２４で撮像して被露光物Ａを観察できるようになっている。

図１のように、ハウジング３０には、受光素子２１，オートフォーカス用レーザ光源２２，ＣＣＤカメラ２４及び光導入部２５が取り付けられており、ハウジング３０の下端にアクチュエータ２３が配置され、さらにアクチュエータ２３の下方に鏡筒３１が配置されている。

ＸＹステージ１１には、図１のステッピングモータ１５ａ，１５ｂとステッピングモータ１５ａ，１５ｂによる各回転運動をＸ方向及びＹ方向への直線運動に変換する公知のボールねじ等から構成された直動機構とが内蔵されている。ステッピングモータ１５ａ，１５ｂの各等速回転によりＸＹステージ１１は図１の横方向（Ｘ方向）及び図１の紙面垂直方向（Ｙ方向）に等速で移動可能になっている。

制御装置１３は、モータドライバ１６を介してステッピングモータ１５ａ，１５ｂを制御する。また、露光装置１０はＸＹステージ１１のＸ方向及びＹ方向の各位置を検出するエンコーダ等から構成された位置検出部１４を備えている。

制御装置１３は、ＸＹステージ１１のＸ方向及びＹ方向の各移動量を制御するが、このとき、位置検出部１４から入力した位置検出信号に基づいてステッピングモータ１５ａ，１５ｂをフィードバック制御することで、ＸＹステージ１１を高精度に制御できる。

また、制御装置１３は、ドライバ１７を介して光源１２をオンオフ制御し、光源１２からの光をオンオフするようになっている。なお、光源１２に対し公知の電動シャッタを後置し、この電動シャッタを制御装置１３が制御することにより、光源１２からの光をオンオフするようにしてもよい。

また、制御装置１３は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、ＣＰＵにより光源１２及びＸＹステージ１１を所定のシーケンスで制御し、所定パターンの露光が可能となっている。

図１〜図３に示すミラーＭは、ＭＥＭＳ光スキャナの一部を構成するものであるが、かかるＭＥＭＳ光スキャナについて図４、図５を参照して説明する。

図４は図１〜図３の露光装置で使用可能なＭＥＭＳ光スキャナの基本構造及び動作原理を説明するための概略図である。図５は図１〜図３の露光装置で使用可能なＭＥＭＳ光スキャナの具体例を示す上面図（ａ）、b-b線方向に切断してみた断面図（ｂ）及び下面図（ｃ）である。

図４に示すＭＥＭＳ光スキャナは、矩形状のヨークＹ内に矩形平面状のミラーＭを一対のねじり棒Ｔ，ＴでヨークＹと連結するように形成し、ミラーＭの外周に沿って駆動コイルＤを形成し、ヨークＹの外側に対向するように一対の永久磁石Ｐ１，Ｐ２を配置するものであり、電磁駆動アクチュエータによりミラーを駆動する電磁駆動式の共振型である。

ＭＥＭＳ光スキャナは、図４のように、永久磁石Ｐ１，Ｐ２により磁束密度Ｂの磁界がねじり棒Ｔ，Ｔに直交する方向に生じ、駆動コイルＤに電流ｉを流すと、ローレンツ力Ｆによる回転トルクでねじり棒Ｔ，Ｔがその弾性復元力に抗して回動してミラーＭが傾く。
電流ｉを交流電流とすることにより、ねじり棒Ｔ，Ｔが回転方向ｒとその逆方向ｒ’に共振して回動することでミラーＭが共振して傾斜を繰り返す。ここで、Ｆ∝ｉ・Ｂであるので、電流量を変化させることで、ミラーＭの傾きを変えることができる。ミラーＭは回転方向ｒ，ｒ’に傾斜し、ミラーＭに入射して反射する光の方向を一方向において変えるので、図４のＭＥＭＳ光スキャナは１次元可動タイプである。

ＭＥＭＳ光スキャナ１は、具体的には、図５（ａ）〜（ｃ）のように、基板６の基準面６ａ側にヨーク４を設け、ヨーク４の内側に永久磁石２，３を対向させて配置し、永久磁石２，３の間にシリコンチップ７を設け、ミラー５をシリコンチップ７で包囲するようにして配置し、図４のように駆動コイルを形成し、この駆動コイルにコネクタ８を介して外部から交流電流を流すことで、図５（ｂ）、（ｃ）のようにミラー５が回転中心軸ｐを中心にして回転方向ｒ、その逆方向ｒ’に共振して傾斜を繰り返すようになっており、１次元可動タイプの電磁駆動式共振型に構成されている。

図５（ａ）〜（ｃ）のＭＥＭＳ光スキャナ１では、基板６の基準面６ａの反対面６ｂ側において入射光ｎがミラーＭで反射するとき、その反射光ｎ’の基準面６ａに対する反射角度がミラー５の傾斜角に応じて変化する。なお、ＭＥＭＳ光スキャナ１には、図４のねじり棒Ｔと同様のねじり棒が回転中心軸ｐ上に設けられている。

図５（ａ）〜（ｃ）のＭＥＭＳ光スキャナ１は、各部品が微小に構成されており、その全体寸法が、例えば、３０ｍｍ×２２ｍｍ×５ｍｍ（厚さ）であり、ミラー５の平面寸法が４ｍｍ×４ｍｍである。このようなＭＥＭＳ光スキャナは、例えば、日本信号株式会社から商品名「ECO SCAN:ESS115B」として販売されている。

ＭＥＭＳ光スキャナ１は、図１〜図３のミラーＭの位置に配置される。すなわち、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、基板６の四隅に取付孔６ｃを有し、基準面６ａを基準にして図１の露光装置１０のハウジング２０内の所定位置にミラー５がミラーＭの機能を発揮するように取付孔６ｃで取り付けられる。また、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、図１のように、制御装置１３により制御される。

次に、図１〜図３の露光装置１０の露光動作について図１〜図６を参照して説明する。
図６は図１の被露光物の表面に露光されるパターンの一例を説明するための模式図である。

最初に、露光装置１０による露光について説明する。まず、光源１２からの光がコリメートレンズＣで平行光ｍになって図２，図３のようにミラーＭに入射する。ミラーＭは、図５（ａ）〜（ｃ）のＭＥＭＳ光スキャナ１のミラー５に相当し、ＭＥＭＳ光スキャナ１に図４の駆動コイルＤのように交流電流を流すことで、図４のねじり棒Ｔを中心に回動を繰り返し、図２，図３の光軸ｂに対し傾斜を繰り返す。すなわち、ミラーＭは、図２，図３のように光軸ｂを中心にしてＸ方向に傾斜角α２で傾く。

ここで、図３のように、Ｘ方向に傾斜するミラーＭで反射した光ｍ’に関し、ミラーＭとレンズＬ２との間で次式が成立する。
tan(α２)＝ｘ２／ｆ２

次に、ミラーＭで反射した光ｍ’は、焦点距離ｆ２のレンズＬ２，ミラー１９（図１），焦点距離ｆ１のレンズＬ１，ビームスプリッタ２９（図１）を介して焦点距離ｆ０の対物レンズＪにより図１の被露光物Ａの表面Ａ１に集光される。

ＭＥＭＳ光スキャナ１によりミラーＭは光源１２からの平行光ｍを図３のＸ方向に走査し、図２の表面Ａ１上における光軸ｃからのＸ方向への走査光の走査長さｘ０は、次式（１）により表すことができる。
ｘ０＝ｆ０・(ｆ２／ｆ１)・tan(α２) ・・・（１）
ただし、α２：ミラーＭの光軸ｂに対するＸ方向への傾斜角（振れ角）

上述のようにして、図１のＸＹステージ１１に載置されて保持された被露光物Ａの表面Ａ１に対し、光源１２からの光をミラーＭでＸ方向に走査長さｘ０で走査しながらライン照射し露光することができる。

次に、上述の露光装置１０による所定パターンの露光について説明する。ＸＹステージ１１上に被露光物Ａを載せて保持し、ＭＥＭＳ光スキャナ１を駆動し、ミラーＭを振動させることで、図６のように、走査光は被露光物Ａの表面Ａ１上において走査方向Ｘに走査される。また、ＸＹステージ１１による被露光物Ａの移動方向をＹ方向とし、ＸＹステージ１１のステッピングモータ１５ｂを駆動することでＸＹステージ１１を移動方向（走査方向Ｘと直交する方向）Ｙに等速で移動させる。

共振周波数で駆動されるＭＥＭＳ光スキャナ１を安定して駆動するためには一定周波数でミラーＭを振動させることが必要である。そこで、かかる共振型のミラーを用いて露光を行う場合は、露光のタイミング基準がＭＥＭＳ光スキャナ１になるようにステージ１１を移動させて露光を行う。

すなわち、ＸＹステージ１１の移動をＭＥＭＳ光スキャナ１によるミラーＭの振動と同期させることで、ＸＹステージ１１を等速で移動させながらミラーＭの角度と露光位置とを同期（一致）させて光源１２からの光をオンオフして露光を行う。

例えば、ＸＹステージ１１を等速で移動させながら、図６のように、被露光物Ａの表面Ａ１上にＸ方向に走査長さｘ０に対応する長さのラインパターンＰＡ１を露光し、所定幅に対応する時間だけ光源１２からの光をオフとしてから、次のラインパターンＰＡ２を露光することで、Ｙ方向に間欠的なパターンを露光できる。ラインパターンＰＡ２は、光源１２からの光をオンオフすることで、断続的なラインパターンとなっている。同様にして、ラインパターンＰＡ３〜ＰＡ６を露光する。

また、ＸＹステージ１１を移動させ所定の露光位置で停止して図６のラインパターンＰＡ１を露光するようにして、ラインパターンＰＡ２〜ＰＡ６を露光してもよい。

また、上記露光の際に、図１のオートフォーカス機構を作動させると、レーザ光源２２から光が対物レンズＪ（図２）を介して被露光物Ａの表面Ａ１に集光され、その反射光が受光素子２１に入射し、その入射光信号に基づいてアクチュエータ２３で鏡筒３１内の対物レンズＪを光軸方向に駆動して自動的に合焦させる。オートフォーカス機構は、露光の間に継続して作動させることで、被露光物Ａの表面Ａ１に凹凸があっても高精度に露光を行うことができる。また、必要に応じて、ＣＣＤカメラ２４で被露光物Ａの表面Ａ１を観察する。

以上のように、ＭＥＭＳ光スキャナは、電磁駆動アクチュエータによりミラーを共振させ光を走査するＭＥＭＳ（メムス）光デバイスであり、小型に構成されて信頼性が高く動作が安定しているので、ＭＥＭＳ光スキャナを露光装置１０の光走査に用いることによって、装置を小型化できかつ安定した動作でマスクレス露光が可能な露光装置を実現できる。

従来の光走査手段であるポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系によれば、装置の全体構成が大きく、高価であり、応答性もよくなかったのに対し、本実施の形態のようにＭＥＭＳ光スキャナを用いることで、安価でかつ小型化が可能となり、応答性のよい露光装置１０の光走査が可能となり、さらに従来構成よりも省電力になる。また、従来の別の光走査手段である２次元光変調素子には短寿命化や誤動作発生の問題があったのに対し、ＭＥＭＳ光スキャナを用いることで、信頼性が高く安定した露光が可能となる。

また、本実施の形態において、露光可能なパターンに関し、図６はほんの一例であり、ＸＹステージ１１の移動及び光源１２からの光のオンオフを制御することで、光源１２からの光により任意のパターンを被露光物Ａの表面Ａ１上に露光できる。例えば、制御装置１３は、装置内部または外部のハードディスク記憶装置等の記憶装置から、所望のパターンで露光するプログラムをＣＰＵに読み取らせ、そのプログラムに従って光源１２及びＸＹステージ１１を制御することで、露光装置１０は所望のパターンによる自動露光が可能である。

〈第２の実施の形態〉
図８は第２の実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す側面図である。図８の露光装置５０は、基本的に図１の露光装置１０に鏡筒アクチュエータ５１を追加した構成であるので、以下、鏡筒アクチュエータ５１について主に説明する。

図８のように、露光装置５０は鏡筒アクチュエータ５１を備え、鏡筒アクチュエータ５１は、対物レンズ部３１ａ（図２の対物レンズＪを内蔵する）を含む鏡筒３１をＸＹステージ１１のＸＹ平面に対し垂直な方向であるＺ方向（図８の上下方向）に移動させるようになっている。

図８の破線で示す鏡筒アクチュエータ５１は、本体部５７と、モータ５２と、エンコーダ５３と、スケール５４と、スライダ５５と、本体部５７に内蔵されたボールねじ等からなる直動機構（図示省略）と、を有し、本体部５７がＸＹステージ１１とともに露光装置５０のベース６５に取り付けられて固定されている。なお、ＸＹステージ１１の代わりに、Ｘ方向とＹ方向と水平面内の角度θ（水平面に鉛直な軸周りの回転角）の方向とに移動可能なＸＹθステージを用いるようにしてもよく、これにより、被露光物Ａの移動方向を調整することができる。

モータ５２は、公知のステッピングモータやサーボモータなどを用いることができるが、モータの励磁により鏡筒を静止するように制御可能であるためステッピングモータが好ましい。

スライダ５５は、モータ５２によって回転するボールねじの回転で直動機構により図８の上下方向（Ｚ方向）に直線的に移動する。

鏡筒３１の垂直位置を検出するためのエンコーダ５３が本体部５７の側面に設けられるとともに、スライダ５５の側面にエンコーダ５３用のリニアスケール５４が設けられ、スライダ５５のＺ方向の変位をエンコーダ５３によって参照し測定する。なお、エンコーダ５３は、公知のアブソリュートエンコーダやインクリメンタルエンコーダを利用できる。

スライダ５５にはブラケット５６が取り付けられ、手動ステージ５８，手動移動板５９，鏡筒保持具６０等を介して鏡筒３１の全体が固定されることで、モータ５２の回転駆動によるスライダ５５の上下動に応じて鏡筒３１の全体がｚ方向に移動し変位可能になっている。

また、ブラケット５６に固定された手動ステージ５８は、手動位置調整部６１を手動で回動させることで手動移動板５９をＺ方向に上下動させることができるようになっている。手動位置調整部６１を手動操作することにより、鏡筒保持具６０等を介して鏡筒３１の全体をＺ方向に移動させ、鏡筒３１の垂直位置を調整可能である。

図８のように、制御装置１３は、図１と同様の制御を行うとともに、モータドライバ５２ａを介して鏡筒アクチュエータ５１のモータ５２の駆動をエンコーダ５３の測定結果に基づいて制御することで、鏡筒３１を対物レンズ部３１ａとともにＺ方向に駆動して変位させて位置決めることができる。かかる鏡筒３１の位置決め制御は、クローズループ制御またはオープンループ制御により行うことができる。

図８の露光装置５０によれば、鏡筒アクチュエータ５１により鏡筒３１を対物レンズ部３１ａ内の対物レンズＪ（図３）とともにＺ方向に移動させ変位できるので、図１〜図３の露光光学系による光源１２からの走査光の鏡筒３１内の対物レンズＪによるＺ方向のスポット照射位置を調整できる。このため、被露光物Ａの表面Ａ１の段差等の凹凸があっても精度よく露光を行うことができる。

図８の露光装置５０の露光動作について図９を参照して説明する。図９は、図８のＸＹステージ１１に保持された被露光物Ａの表面Ａ１が凹部を有する場合の露光制御を説明するための概略的な斜視図（ａ）及びbb-bb線方向に切断してみた図（ｂ）である。

図９（ａ）、（ｂ）のように、被露光物Ａの表面（被露光面）Ａ１に凹部Ａ９による段差が存在し、凹部Ａ９が表面Ａ１から凹んだ底面Ａ２と、表面Ａ１から底面Ａ２へと傾斜する傾斜面Ａ３，Ａ４と、を有し、凹部Ａ９を含めて表面Ａ１に露光する場合、傾斜面に関しては、傾斜面Ａ３の露光位置に対し鏡筒アクチュエータ５１により鏡筒３１をＺ方向に移動させて走査光のＺ方向のスポット照射位置を調整してから、傾斜面Ａ３の等高線方向（図９（ａ）のＸ方向と一致する）に光を走査しラインパターンＰＡ７を露光する。

次に、光の走査方向と垂直な方向（図９（ａ）のＹ方向と一致する）にステージ１１により被露光物Ａを移動させ、底面Ａ２の露光位置に対し鏡筒アクチュエータ５１により走査光のＺ方向のスポット照射位置を調整してから、底面Ａ２においてＸ方向に光を走査しラインパターンＰＡ８を露光する。さらに、被露光物Ａを移動させて、同様にして表面Ａ１の露光位置に対し鏡筒アクチュエータ５１により走査光のＺ方向のスポット照射位置を調整してから、表面Ａ１に光を走査し露光しラインパターンＰＡ９を露光する。

上述のように、対物レンズＪを含む鏡筒全体をＺ方向（上下方向）に移動させる鏡筒アクチュエータ５１により、被露光物Ａに凹部Ａ９のような段差がある場合でも、図９（ｂ）のように傾斜面Ａ３や底面Ａ２のようなＺ方向位置が異なる露光位置に対して走査光のＺ方向のスポット照射位置を調整できるので、段差のある被露光物にも高解像度で高精度に露光することが可能となる。

また、通常の対物レンズピエゾアクチュエータでは、１００μｍ程度が可動範囲であり、被露光物に段差があると解像度が低下してしまうのに対し、鏡筒アクチュエータ５１により対物レンズが大きく移動可能であるので、被露光物Ａに凹部Ａ９が１００μｍ以上、更には１０ｍｍ以上の深い段差であっても、Ｚ方向のスポット照射位置を調整することで高解像度で露光が可能となる。

図１の露光装置によれば、ＭＥＭＳスキャナによる光走査とレーザ光源のオンオフとステージの移動とによって任意のパターンを被露光物の表面上に露光することができ、これを用いることで、半導体微細プロセス、周辺配線、ＭＥＭＳ製造、フォトマスク作製が可能であるが、被露光面が図７のような段差を有する場合、対物レンズアクチュエータの可動範囲内でしか、露光光であるレーザスポット収束光を追従させて照射することができないのに対し、図８の露光装置によれば、鏡筒全体を移動させる鏡筒アクチュエータ５１を設置することでレーザスポット収束光のＺ方法の照射位置を調整できるので、比較的深さのある段差面をもつ被露光物に対しても高解像度で露光できるのである。

また、マスクレス露光であり、マスク不要のため、サンプルの形状に応じて露光パターンの補正が容易である。また、被露光面の等高線方向に光を走査し、光の走査方向と垂直な方向にステージを移動することによって、段差面や傾斜面への効率的な露光が可能となる。

上述の図９（ａ）、（ｂ）のラインパターンＰＡ７，ＰＡ８，ＰＡ９の露光は、制御部１３の制御によりＸＹステージ１１を一定速度で移動させながら行うことができる（定速露光）。

また、制御部１３の制御によりＸＹステージ１１の位置を位置検出部１４で検出し、ＸＹステージ１１が所定位置で停止し、その停止位置で被露光物Ａに対して露光を行ってから、次の所定位置まで移動し停止して露光を行うことを繰り返す（ステップリピート露光）ようにしてもよい。

次に、上述の定速露光の制御について図１８，図１９を参照して説明する。図１８は、本実施の形態における図８の制御装置１３による定速露光制御を説明するためのブロック線図である。図１９は、図１８の定速露光制御における各信号（ａ）〜（ｆ）のタイミングチャートである。

図１８に示すように、ＸＹステージ１１の速度制御に関する設定値Ｖを入力し、ＸＹステージ１１を一定速度で移動させるとき、ＸＹステージ１１の周期的な位置の通過に伴って論理が反転する図１９（ｆ）のような一定周波数のブレークポイント信号（周期ＢＰ出力信号）が出力し、この周期ＢＰ出力信号がサンプラ６３０に入力し、そのサンプリング信号Ｙout(i)が積分器６５０に入力し、また、基準信号発生器６１０から図１９（ｄ）のような基準ブレークポイント周期信号（基準ＢＰ周期信号）が-1/2オフセット回路６２０を介してサンプラ６４０に入力し、そのサンプリング信号Ｙo(i)が積分器６５０に入力し、これらの周期信号の位相差に基づいて積分器６５０で所定のサンプル数ｉ分だけ積分された位相差信号がＩmaxで規格化されて目標値ｅが出力する一方、ΔＶmaxに変換されてｅΔＶmaxがフィードバックされて（Ｖ−ｅΔＶmax）による制御がなされる。このようなＰＬＬ制御は、比例制御となっており、目標値ｅ＝０で、図１９（ｇ）のように周期ＢＰ出力信号の位相がロックされ、位相差がゼロとなる。

なお、ブレークポイント（ＢＰ）とは登録位置によって信号論理が反転する位置をいう。また、基準ＢＰ周期信号は、図１９（ｃ）のようなスキャナゼロクロス信号を逓倍または分周させて得ることができる。

図１のＭＥＭＳ光スキャナ（スキャナ）１のミラーＭは、図１９（ａ）の時間間隔（角度）で振動し、図８の制御装置１３は図１９（ｂ）のスキャナ１の逆起電力信号から図１９（ｃ）のようなスキャナゼロクロス信号を得て露光タイミング信号とする。

図６と同様に、ＸＹステージ１１の移動方向ＹをＭＥＭＳ光スキャナによるミラーＭの光走査方向Ｘと直交させてＸＹステージ１１を一定速度で移動させる。このとき、図１９（ｆ）のように、ＸＹステージ１１の周期的な移動により周期ＢＰ出力信号が出力する。

図１９（ｃ）のようなスキャナゼロクロス信号を逓倍または分周させて基準ＢＰ周期信号を得て、この基準ＢＰ周期信号と図１９（ｆ）の周期ＢＰ出力信号とにより、上述のようにＰＬＬ制御（位相ロック制御）を行うことで、図１９（ｇ）のように位相が一致した周期ＢＰ出力信号を得る。

上述のようなＰＬＬ制御により、ＸＹステージ１１の速度制御を行うとともに、ＭＥＭＳ光スキャナ１のミラーＭの振動と、ＸＹステージ１１上の被露光物Ａの被露光面における露光位置とを同期させることができる。

ＸＹステージ１１が一定速度で移動し、被露光物Ａの被露光面上の所定の露光位置に達すると、ミラーＭの図１９（ｃ）のゼロクロス信号をトリガとして露光指令値にしたがって、所定のクロック数で光照射をオンオフすることで、露光を行う。

次に、上記定速度露光制御における各制御パラメータについて説明する。
図６のＹ方向における露光最小間隔：Δxex（ｍｍ）
周期的ＢＰ間隔：ΔxＢＰ（ｍｍ）
露光ステージ速度：Ｖex（ｍｍ／ｓ）
周期的ＢＰ出力周波数：fＢＰ（Ｈｚ）
ＭＥＭＳ光スキャナ１の振動数：ｆscan（Ｈｚ）
周期的ＢＰ間隔ΔxＢＰと露光最小間隔Δxexとの比：Δxex／ΔxＢＰ≧１

各制御パラメータの計算式は次のとおりである。ただし、Δxex／ΔxＢＰ≧２（整数）Ｖex（ｍｍ／ｓ）＝ｆscan（Ｈｚ）×Δxex（ｍｍ）
ΔxＢＰ（ｍｍ）＝Δxex（ｍｍ）×（Δxex／ΔxＢＰ）
ステージ速度ｖ＝ｆscan・Δxex＝fＢＰ（２ΔxＢＰ）から
fＢＰ＝ｆscan・Δxex／（２ΔxＢＰ）

以上のような定速露光制御により、ＸＹステージ１１で被露光物Ａを一定速度で移動させながらＭＥＭＳ光スキャナ１のミラーＭの角度と露光位置とを一致（同期）させて光源１２から光照射を行い、かかる光照射をオンオフ制御することで、図６のようなラインパターンＰＡ１〜ＰＡ６や図９（ａ）のようなラインパターンＰＡ７，ＰＡ８，ＰＡ９を露光することができる。また、ＸＹステージ１１を移動させ続けながら被露光物Ａに露光を行うので、従来の静止露光（ステップリピート露光）方式と比べて、露光時間を短縮化でき、生産性を向上できる。

なお、ＭＥＭＳ光スキャナ１のミラーＭの振動周波数は、ＸＹステージ１１の速度よりもかなり大きいので、ＸＹステージ１１を一定速度で移動させながらミラーＭによる走査光で露光をしても、ラインパターンＰＡ１〜ＰＡ９の直線性に影響はない。

また、本実施の形態において、露光可能なパターンに関し、図６、図９はほんの一例であり、光源１２からの光のオンオフを制御することで、光源１２からの光により任意のパターンを被露光物Ａの被露光面上に露光できる。例えば、制御装置１３は、装置内部または外部のハードディスク記憶装置等の記憶装置から、所望のパターンで露光するプログラムをＣＰＵに読み取らせ、そのプログラムに従って光源１２を制御することで、露光装置１０，５０は所望のパターンによる自動露光が可能である。

〈第３の実施の形態〉
図１０は第３の実施の形態による露光装置の全体の概略的構成を示す図である。図１１は第３の実施の形態における被露光物の平面図（ａ）及びS-S線方向に切断してみた断面図（ｂ）である。図１２は図１１の被露光物に露光を行う際の形状測定を説明するためのフローチャートである。

図１０の露光装置７０は、基本的に図１，図８の露光装置と同様の構成を有し、被露光面の３次元形状を測定し、その測定結果に基づいて露光を行うことが可能に構成されている。また、被露光物Ａの移動手段として上述のＸＹθステージ１１’を有し、水平面内の角度（水平面に鉛直な軸周りの回転角）が制御部１３の制御の下でモータ１５ｃの駆動により調整される。

露光装置７０は、ＣＣＤカメラ２４が被露光面のＸ、Ｙ、Ｚ方向の座標位置を自動測定する。被露光面のＺ方向の座標位置に関しては、測定位置において図８の鏡筒アクチュエータ５１の作動により鏡筒３１をＺ方向に移動させて焦点を合わせてから、Ｚ方向の位置をＣＣＤカメラ２４により測定する。これらの測定結果はＲＡＭやハードディスク等から構成されるメモリ６６に保存され、演算部６７で必要な演算を行う。

なお、手動位置調整部６１の操作で鏡筒３１を移動させて合焦させてからＺ方向の位置を測定するようにしてもよい。また、Ｚ方向の位置を詳細に測定するために、図１０のオートフォーカス機構のＡ／Ｆ信号を参照するようにしてもよい。

図１１（ａ）、（ｂ）の被露光物Ｓは、(100)Ｓｉ基板をウェットエッチングして得たものであり、ウェットエッチングによりＳｉ基板に形成された凹部Ｓ０は、上面Ｓ１から傾斜面Ｓ３，Ｓ５で底面Ｓ２まで傾斜し、上面Ｓ１と底面Ｓ２とが平行になっている。上面Ｓ１及び底面Ｓ２はともに(100)面となり、傾斜面Ｓ３，Ｓ５は(111)面となり、結晶面が露出しており面の法線が既知であるため、少ない測定点で被露光面の空間的な境界位置を把握できる。例えば、被露光物Ｓの上面Ｓ１及び底面Ｓ２の(100)面が水平になるように配置すれば、図１１（ａ）、（ｂ）の上面Ｓ１と凹部Ｓ０との境界の交点の１つであるＧ点のｘｙｚ座標と、Ｇ点の対角位置にある境界の交点であるＨ点のｘｙｚ座標と、Ｇ点とＨ点との中点であるＩ点のｚ位置と、を測定すれば、すべての面の境界位置を算出できる。

図１２を参照して露光装置７０における被露光物Ｓの形状測定について説明する。図１２のように、被露光物Ｓの被露光面上の図１１（ａ）の点Ｇ、Ｈ（平面内の点）のｘｙｚ座標をＣＣＤカメラ２４により測定する（Ｓ１１）。ｚ座標は、ＣＣＤカメラ２４で被露光面上を観察しながら、ステージ１１および鏡筒３１を移動させ、測定点において合焦した位置をｚ位置として取得する。測定した点Ｇのｘｙｚ座標（ｘＧ，ｙＧ，ｚＧ）及び点Ｈのｘｙｚ座標（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）がメモリ６６に保存される。

次に、図１１（ｂ）の上面Ｓ１の高さ位置Ｚtopを式（１）により求め、Ｉ点のｘ、ｙ位置の座標ｘＩ，ｙＩを式（２）より算出する（Ｓ１２）。これらの演算はメモリ６６に保存されたｘｙｚ座標データに基づいて図１０の演算部６７で行われる。

次に、点Ｉのｚ位置を測定する（Ｓ１３）。点Ｉは点Ｇ、Ｈと深さが異なるが、鏡筒３１をＺ方向へ移動させ焦点を合わせた後、ＣＣＤカメラ２４によりその深さ（底面Ｓ２の高さ）を測定する。この底面Ｓ２の高さ位置Ｚbottomを点Ｉの座標ｚＩとする。上述のようにして得られた点Ｉのｘｙｚ座標（ｘＩ，ｙＩ，ｚＩ）がメモリ６６に保存される。

上述のように、上面Ｓ１及び底面Ｓ２の(100)面が水平に位置し、点Ｇ，Ｈのｘｙｚ座標及び点Ｇ，Ｈの中点Ｉのｚ座標を測定することで、被露光面の全面の境界位置が算出可能となり、必要な境界位置を求めることができる（Ｓ１４）。

次に、図１０の露光装置による図１１の被露光物に対する露光動作について図１３〜図１５を参照して説明する。

図１３は図１０の露光装置により実行可能な露光動作を説明するためのフローチャートである。図１４は図１３の露光動作により被露光物Ｓの露光面に形成する露光パターンを示す平面図である。図１５は図１４の露光パターンを露光のために分割したパターン（ａ）〜（ｄ）を示す平面図である。

図１４の被露光物Ｓは、図１１（ａ）、（ｂ）に示すものと同様で凹部Ｓ０を有し、太線で示す線状のパターンが露光パターンである。まず、図１２のような方法により被露光物Ｓの各被露光面Ｓ１〜Ｓ４の形状を測定する（Ｓ２１）。

次に、各被露光面Ｓ３，Ｓ４の法線方向（例えば、図１１（ｂ）の傾斜面Ｓ３の法線ｈのような傾斜面鉛直方向）を算出する（Ｓ２２）。法線方向の算出に基づいて傾斜面の等高線方向を算出することができ、後の露光ステップで被露光物Ｓの傾斜面の被露光面Ｓ３，Ｓ４で図９（ａ）、ｂのように等高線に沿った光走査が可能となる。傾斜面を等高線に沿って露光するのは、Ｚ方向の露光位置が露光中に変化しないようにするためである。Ｚ方向の露光位置が変化すると、鏡筒アクチュエータ５１により鏡筒３１をＺ方向に移動させ、再び焦点合わせる必要がある。

次に、図１４の露光面を図１５（ａ）〜（ｄ）の被露光面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に分割し、ステップＳ２１の形状測定に基づいて各被露光面Ｓ１〜Ｓ４の境界位置を算出する（Ｓ２３）。このとき、図１４の露光パターンが分割され、図１５（ａ）〜（ｄ）の太線で示す露光パターンが分割生成される。

次に、光源１２に対する露光指令値の演算を行う（Ｓ２４）。すなわち、図１５（ａ）〜（ｄ）の各露光パターンの形状に合わせて走査光をオンオフするためのデータ列を各被露光面Ｓ１〜Ｓ４ごとに演算部６７で演算する。

次に、各被露光面Ｓ１〜Ｓ４ごとに上記露光指令値により、光走査を行いつつ、その走査光のオンオフを実行して、露光パターンの露光を行う（Ｓ２５）。このとき、各被露光面Ｓ１〜Ｓ４の高さ位置に応じて鏡筒アクチュエータ５１により走査光のＺ方向のスポット照射位置を自動的に調整してから露光を行う。

上記露光動作は、図９（ａ）、（ｂ）と同様に、一次元的な光走査と、光走査方向と垂直な方向にＸＹステージ１１を移動させる露光方式であり、各被露光面Ｓ１〜Ｓ４の高さ位置に応じて走査光のＺ方向のスポット照射位置を自動的に調整することで、被露光物Ａの各被露光面Ｓ１〜Ｓ４の形状に追従した露光を実施することができる。これにより、深い段差のある被露光物に対しても高い解像度で露光することができる。

次に、図１６を参照して被露光物が通常の断面形状を有する場合の形状測定について説明する。図１６は図１０の露光装置により露光可能な通常の断面形状を有する被露光物の平面図（ａ）及びＸ方向の線SS-SSで切断してみた断面図（ｂ）である。図１６（ａ）、（ｂ）のように、被露光物ＡのＸ方向断面における各被露光面Ｓ１，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ５の境界位置の境界点Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍのｘｙｚ位置座標を上述の図１１（ａ）、（ｂ）の場合と同様にして求めることで、各被露光面の形状を測定することができる。

〈第４の実施の形態〉

第４の実施の形態は図１０の露光装置を用いて各種の段差形状のある被露光物に露光する場合のＸＹステージの移動制御に関するものであり、図１７を参照しながら説明する。
図１７は、第４の実施の形態において露光可能な各種の形状（ａ）〜（ｃ）を有する被露光物の断面形状を示す図である。

図１７（ａ）の被露光物Ａは、図９と同様に、表面Ａ１の凹部Ａ９が表面Ａ１から凹んだ底面Ａ２と、表面Ａ１から底面Ａ２へと傾斜する傾斜面Ａ３，Ａ４と、を有する。平面である表面Ａ１と底面Ａ２とに対しては上述の定速露光を、ＸＹステージ１１を実線に示すようにＹ方向に一定速で移動させながら行い、傾斜面Ａ３，Ａ４に対しては上述のステップリピート露光を、ＸＹステージ１１を破線に示すようにＹ方向に移動させて停止させてから露光することを繰り返すことで行うことが好ましい。

上述のようにＸＹステージ１１を定速で移動させながら露光する定速露光は、スループットがよいが、ＸＹステージ移動に対して鏡筒３１のｚ方向変位を追従させる必要があるために、ｚ方向変位が小さい平面露光に有利であり、また、ＸＹステージ１１を移動させ静定後に露光するステップリピート露光は、スループットが低いが鏡筒３１の位置を静定後に露光できるために、傾斜面の露光に有利であると考えられる。

なお、平面露光では、対物レンズアクチュエータを用いたオートフォーカス機能はオンでもオフでもよいが、傾斜面露光では、オートフォーカス機能はオフにする。

図１７（ｂ）の被露光物ＡＡは、高さの異なる平面ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３がステップ形状（階段形状）になっており、各平面ＡＡ１〜ＡＡ３に対しては定速露光し、各平面ＡＡ１〜ＡＡ３の境界で露光停止とする。

図１７（ｃ）の被露光物ＡＢは、傾斜面ＡＢ１，ＡＢ２からＶ字状溝に構成され、各傾斜面ＡＢ１，ＡＢ２に対してステップリピート露光とする。

以上のように、本実施形態によれば、定速露光とステップリピート露光とによって平面及び傾斜面を露光する露光方法を採用することでスループットを向上できるという効果がある。

また、第２〜第４の実施形態によれば、被露光物が深い立体的な段差形状を有する場合でも高い解像度で露光することが可能になるため、微細な配線パターンや、実装用のバンプ、位置決め用のマーカーパターンのプロセスに有効である。

例えば、図１７（ａ）、（ｂ）のような段差形状やステップ形状を有する被露光面に対し、上述のようにして露光を行うことで立体的な配線のプロセスが可能となり、電子回路に対するフォトダイオードチップやレーザチップやレンズなどの微小光学部品の実装、ＭＥＭＳをパッケージングする実装基板として応用できる。また、図１７（ｃ）のＶ字状溝は光ファイバなどのガイドとして利用できる。

次に、第２〜第４の実施形態において、被露光物が被露光面に図９，図１１，図１６，図１７（ａ）、（ｃ）のような傾斜面を有する場合に、かかる傾斜面を露光する例について図２０，図２１を参照して説明する。図２０は図９（ｂ）と同様の図であり段差形状を有する被露光物の断面形状を示す図（ａ）及び図２０（ａ）の被露光物を傾斜させて露光を行う状態を概略的に示す図（ｂ）である。図２１は図２０（ｂ）のように被露光物を傾斜させるための回転ステージの概略的構成を示す図（ａ）及び回転ステージにおける傾斜角度βと回転角度ψの定義を示す図（ｂ）である。図２１（ａ）の回転ステージ１１０により図２１（ｂ）のように水平面に対する傾斜角度βと回転角度ψ（ステージ面に鉛直な軸周りの回転角）との制御を実現できる。

図２０（ａ）のように、露光時に被露光物Ａの凹部Ａ９の傾斜面Ａ３に対しては対物レンズＪにより集光される走査光が斜めに照射されるため傾斜面における露光強度が平面Ａ１やＡ２と比べて異なってしまう。そこで、図２０（ｂ）のように被露光物Ａの全体を傾斜させることで傾斜面Ａ３が水平に位置するようにしてから露光を行うようにすることで、傾斜面Ａ３における露光強度が平面Ａ１やＡ２と同じになる。

なお、図８（図１），図１０の制御装置１３は、光源１２を制御する際に、被露光面の傾斜方向・角度に応じて光源１２から出射するレーザ光の光強度を変えるように制御するようにしてもよい。

図２０（ｂ）のような被露光物の傾斜露光を可能とするために、図２１（ａ）に示すように、ＸＹＺθステージ１１１またはＸＹＺステージ１１２に回転ステージ１１０を取り付ける。回転ステージ１１０はβ傾斜ステージ１１Ａとψ回転ステージ１１Ｂとを備え、β傾斜ステージ１１Ａ及びψ回転ステージ１１Ｂは、図２１（ａ）、（ｂ）のようにβ傾斜ステージ１１Ａが傾斜角度βで傾き、ψ回転ステージ１１Ｂが回転角度ψで回転する公知の傾斜回転機構（図示省略）を有する。傾斜回転機構は各モータにより駆動され、図８（図１），図１０の制御装置１３が各モータの駆動を制御することで、β傾斜ステージ１１Ａによる傾斜角度β及びψ回転ステージ１１Ｂによる回転角度ψが制御される。図２１（ａ）のように、ψ回転ステージ１１Ｂに被露光物Ａが取り付けられて、その傾斜角や回転角が調整可能となる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、被露光物Ａの表面Ａ１上における走査光のＸ方向の走査長さｘ０は、ミラーＭのＭＥＭＳ光スキャナ１への駆動電流を変えることによりミラー傾斜角を変えることができ、所定範囲内で調整可能である。

また、ＭＥＭＳ光スキャナは交流電流により変位する共振タイプから構成したが、直流電流で変位するＭＥＭＳ光スキャナであってもよい。

また、図８の露光装置５０では、鏡筒アクチュエータ５１が露光光学系を被露光物に対し垂直方向に移動させる構成であるが、本発明はこれに限定されず、ＸＹステージ１１をＺ方向（ＸＹ平面に直交する方向）にも移動するように構成してもよい。すなわち、Ｚ方向移動のためのステッピングモータと、このステッピングモータによる回転運動をＺ方向への直線運動に変換する公知のボールねじ等から構成された直動機構とをさらに備えるＸＹＺステージとすることで、被露光物を露光光学系に対しＺ方向に移動させる構成としてもよい。

また、図１０では、ＣＣＤカメラにより被露光物の形状測定を行うようにしたが、本発明はこれに限定されず、電子線や二次電子やレーザ光や白色干渉などを利用した表面形状測定装置を用いるようにしてもよい。

また、傾斜面を含む被露光面に露光を行う際に、傾斜面で傾斜角に応じて反射した光が別の面に照射されてしまう影響を防止するために光源からの光を偏光させるようにしてもよい。

本発明による露光装置及び露光方法によれば、パッケージング基板、ＭＥＭＳ実装、ＬＥＤ実装基板、微小光学素子実装基板、太陽電池用実装基板、μＴＡＳ用流路周辺配線、光ファイバのガイド基板などの微細加工プロセスに適用して好ましく、マスクレス露光により高精度な露光を低コストで行うことができる。

１ ＭＥＭＳ光スキャナ
５ ミラー
１０ 露光装置
１１ ＸＹステージ
１１’ ＸＹθステージ
１１０ 回転ステージ
１２ 光源
１３ 制御装置
１４ 位置検出部
１５ａ，１５ｂ ステッピングモータ
２１ 受光素子
２２ オートフォーカス用レーザ光源
２３ アクチュエータ
２４ ＣＣＤカメラ
２５ 光導入部
２６〜２９ ビームスプリッタ
２０，３０ ハウジング
３１ 鏡筒
３２ チューブレンズ
Ａ 被露光物
Ａ１ 表面、平面、被露光面
Ｂ 磁束密度
Ｃ コリメートレンズ
Ｄ 駆動コイル
Ｆ ローレンツ力
ＦＩ 光ファイバ
Ｊ 対物レンズ
Ｌ１，Ｌ２ レンズ
Ｍ ＭＥＭＳ光スキャナのミラー
Ｐ１，Ｐ２ 永久磁石
ＰＡ１〜ＰＡ６ ラインパターン
Ｔ ねじり棒
Ｙ ヨーク
ｂ 光軸
ｃ 光軸
ｉ 電流
ｍ 平行光
ｍ’ 反射光
ｐ 回転中心軸
ｒ 回転方向
ｒ’回転方向ｒの逆方向
５０，７０ 露光装置
５１ 鏡筒アクチュエータ、駆動手段
３ エンコーダ
Ａ２ 底面
Ａ３，Ａ４ 傾斜面
Ｓ 被露光物

Claims (4)

1. 光源と、ミラーを繰り返し傾斜させるＭＥＭＳ光スキャナと、前記光源からの光を前記ミラーを介して被露光物上に露光する露光光学系と、を備え、前記光源からの光を前記ＭＥＭＳ光スキャナで傾斜するミラーにより走査して前記被露光物上に照射することで前記被露光物を露光する露光装置であって、
   前記露光光学系と前記被露光物とを前記被露光物の被露光面に対し垂直な方向に相対的に移動させる駆動手段を備え、前記被露光物に対する前記垂直方向における照射位置を前記駆動手段により調整可能であり、
   前記露光光学系の対物レンズと一体に移動する鏡筒部を備え、前記駆動手段は、本体部とモータとスライダと前記本体部に内蔵されたボールねじからなる直動機構とを有するアクチュエータにより前記鏡筒部を移動させ、
   前記鏡筒部の前記垂直方向の垂直位置を検出する位置検出手段と、前記垂直位置を制御する垂直位置制御手段と、前記被露光物の被露光面の三次元形状を測定する形状測定手段と、をさらに備え、
   前記前記被露光面の形状測定結果に基づいて前記駆動手段により前記垂直方向における照射位置を調整し、
   前記測定結果に基づいて前記被露光面の傾斜に関する境界位置を算出し、前記境界位置に基づいて描画パターンを分割して前記被露光物の被露光面の三次元形状に対応した露光を行う露光装置。
2. 前記分割された各被露光面の等高線に沿って露光する請求項１に記載の露光装置。
3. 光源からの光をＭＥＭＳ光スキャナで繰り返し傾斜させるミラーにより走査して露光光学系を介して被露光物上に照射することで被露光物を露光する露光方法であって、
   前記露光光学系と前記被露光物とを前記被露光物の被露光面に対し垂直な方向に相対的に移動させることで、前記被露光物に対する前記垂直方向における照射位置を前記駆動手段により調整し、
   前記露光光学系の対物レンズと一体に移動する鏡筒部を、本体部とモータとスライダと前記本体部に内蔵されたボールねじからなる直動機構とを有するアクチュエータにより移動させ、
   前記鏡筒部の前記垂直方向の垂直位置を検出し、
   前記被露光物の被露光面の三次元形状を測定し、
   前記前記被露光面の形状測定結果に基づいて前記鏡筒部の垂直方向における照射位置を調整し、
   前記測定結果に基づいて前記被露光面の傾斜に関する境界位置を算出し、前記境界位置に基づいて描画パターンを分割して前記被露光物の被露光面の三次元形状に対応した露光を行う露光方法。
4. 前記分割された各被露光面の等高線に沿って露光する請求項３に記載の露光方法。

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