JP5841381B2

JP5841381B2 - 露光用調光装置

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Publication number: JP5841381B2
Application number: JP2011191691A
Authority: JP
Inventors: 久司三好; 英治木村
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: JP2013054180A

Description

本発明は、パターンを基板等に形成する露光装置に関し、特に、基板に照射する光の光量調整に関する。

露光装置では、フォトレジストなどの感光材料を塗布等した基板に対してパターン光を投影し、感光材料にパターンを形成する。例えば、マイクロミラーを２次元配列させたＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を使用する場合、各マイクロミラーをパターンデータに基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、パターン光を生成することができる。

精度よくパターンを形成するためには、露光動作中、一定の照射量で光を基板に照射する必要がある。そのため、露光の合間に測光装置を用いて照度を計測し、放電ランプへの供給電力を調整して定照度点灯制御を行う（例えば、特許文献１参照）。

一方、照明光の強度並びに波長特性、あるいは感光材料の感度特性に起因して、１つの基板を露光するときに光量ムラが局所的に生じる。また、ランプ温度、基板温度によっても局所的な光量ムラが生じる。このような局所的光量ムラの発生を防ぐため、ＤＭＤのミラー群の中で特定のミラーを使用せず、均一な光量を維持する方法が知られている（例えば、特許文献２、３、４、５参照）。

そこでは、多重露光動作を行うとき、ＤＭＤの中で露光時にＯＦＦ状態のミラーを走査ラインに沿ったミラー列ごとに特定し、ＯＦＦ状態のミラー配列を表すマスクデータを作成する。そして、マスクデータと描画データに基づいてマイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦ制御し、基板へ到達する光の総光量が各場所において均一となるようにする。

特開２０１０−０７２５７１号公報特開２００７−０１１２９０号公報特開２００７−３１６１９４号公報特開２００７−０１１２８８号公報特開２００４−１５７２１９号公報

放電ランプを長時間点灯し続けると、光出力は経時変化によって徐々に低下する。この場合、ランプ使用開始時の光出力と寿命終期の光出力との間には、比較的大きな出力差がある。このような長期間使用に伴う光量減少は投影エリア全般に生じるものであり、局所的な光量ムラを解消する光量調整では対処できない。しかしながら、ランプの出力低下を見越して使用開始時のランプ供給電力を大きくすると、ランプ寿命が短くなる。

また、放電ランプは連続的な放射スペクトル分布をもつが、放電管内の高圧等の理由により、輝線付近の放射照度はノイズ的な放電変動に大きな影響を受けやすい。そのため、ランプ入力電力が一定で放射スペクトル分布全体の変化は小さくても、輝線付近の放射スペクトルだけが変動する場合が生ずる。あるいは、ランプ入力電力の調整によって放射スペクトル分布全体が変動しても、その全体的変動量に比べて輝線付近の放射スペクトル変動が小さい場合もある。このような放電の揺らぎ、あるいは輝線とブロードバンド全体に渡るスペクトルの連動しない変動のため、放電ランプの出力は、短期的時間間隔（スパン）においても変動し、この出力変動も投影エリア全般に渡る。光源の安定的な出力を前提とする局所的光量ムラ解消用の光量調整では、このような出力変動に対処できない。しかしながら、ランプ出力を頻繁に調整することは、ランプ寿命を悪化させる。

したがって、ランプなど光源の寿命に影響を与えることなく、光源の寿命期間全体に渡って精度よく光量調整することが必要とされる。

本発明の露光用調光装置は、光源と、二次元的に配列させた複数の光変調素子を有し、光源からの照明光を被描画体の露光対象エリアへ導く光変調素子アレイと、露光対象エリアに照射される投影光の光量を測定する光量測定手段とを備える。

露光用調光装置は、露光装置において基板に照射するパターン光の光量、照度を調整し、例えば、光変調素子アレイを利用してパターンを基板に直接形成可能な露光装置に適用可能である。あるいは、ステッパーなどマスク、レチクル使用の露光装置において、ＤＭＤ、ＬＣＤなどの光変調素子アレイを光量調整用に別途設けることも可能である。

光源としては、放電ランプ、レーザ等様々な光源が適用可能であり、例えば、封入水銀量が０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上である放電ランプが使用される。光変調素子アレイについても、ＤＭＤ、ＬＣＤ、ＳＬＭなど様々な光変調デバイスを適用することが可能である。

光量測定手段は、光変調素子アレイから基板等に導かれる光の照射エリアとなる露光対象エリアの光量を測定する。例えば、露光対象エリアの一部、あるいはエリア全体について光量を測定することが可能である。ただし、照度、積算照射量などの測定も、ここでは光量測定に含まれるものとする。例えば、光変調素子をすべて使用して照射される投影光の光量を測定する。光量の測定方法は任意であり、エリア内の各微小領域における光量を平均して求めることも可能である。

本発明の露光用調光装置は、複数の光変調素子を制御して露光対象エリアに照射される投影光の光量を調整するとともに、照明光の光量を調整可能な光量調整手段を備える。光量調整手段は、光変調素子アレイを利用した投影光の光量調整と、照明光の光量調整とを有効に組み合わせる。

光変調素子アレイに基づいた光量調整においては、定められた目標光量と、露光対象エリアにおいて測定された投影光の光量とに基づいて、不使用の光変調素子が設定される。ただし、不使用の光変調素子とは、描画時に不使用とする、すなわちパターンに関係なくＯＦＦ状態にする光変調素子を表す。不使用の光変調素子が多いほど投影光の光量が下がることから、目標光量に合わせて、使用／不使用の光変調素子を設定すればよい。例えば、光量調整手段は、目標光量と測定された投影光の光量との比に基づいて、不使用の光変調素子を定めることができる。

例えば、上述したマスクレス露光装置では、露光対象エリアを被描画体に対して相対移動させる走査手段と、露光対象エリアの位置に応じたパターンデータに基づき、光変調素子アレイに設けられた複数の光変調素子を制御する露光制御手段とを備える。この場合、露光制御手段は、不使用の光変調素子の配列を示す調光フィルタデータと、パターンデータとを組み合わせた露光データに基づいて、複数の光変調素子を制御することが可能である。

目標光量は、パターン形成において要求される光量であり、感光体の感度特性、露光方法等に基づいて定められる。露光動作としては、多重露光（オーバラップ露光）、あるいは、単発のショット露光など様々であり、光変調素子アレイを利用した光量調整も、その露光方法に合わせて行なうことが可能である。

例えば、多重露光の場合、所定の露光対象エリアに対する総光量が最終的に目標光量となるように不使用の光変調素子を定めればよく、不使用の光変調素子の配列を、露光対象エリアに対し均質に散在させ、あるいは偏在させることも可能である。

例えば、一部領域に集中的に配置される１つ以上の光変調素子群を、偏在する不使用の光変調素子として選定することができる。一方、単発のショット露光にも対応した光量調整も含めて考慮すれば、不使用の光変調素子を、素子領域全体に渡って略均等に拡散配置し、散在させるのがよい。すなわち、露光対象エリア全般に渡って均等に光量増減を行なえるように、不使用の光変調素子の配列を定めるのがよい。

一方、照明光の光量調整は、光源と光変調素子アレイの間の光量を調整することを表す。例えば、光源の出力を調整して光量調整することが可能である。あるいは、シャッタ、絞りなどの機構を光源と光変調素子アレイとの間に設けて照明光の光量調整することもできる。

そして本発明の光量調整手段は、光変調素子アレイによる投影光の光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量より少なくなると、照明光の光量を増加させる。ここで、光量調整されないときの投影光の光量とは、照明光の光量を変えずに得られる投影光の実質的な最大光量を表し、例えば、パターン形成に使用可能な光変調素子すべてを使用、あるいはそれに近い状況下での投影光の光量を示す。

照明光の光量増加によって、投影光の光量が増加する。その結果、光量調整手段は、目標光量に合わせて不使用の光変調素子を再び設定することができる。したがって、点灯中における光源の出力変動に対しては、光源側で光量調整を行なわず光変調素子アレイによって光量調整し、長期使用による光源の光出力低下に対し、光源側の光量調整を必要に応じて補完的に行なうことになる。

このように本発明の光量調整手段は、光変調素子アレイに基づく光量調整をベースにしながら、必要に応じて光源側において光量調整を実行する。光源側の光量調整は、光変調素子アレイによって目標光量を確保できなくなったときだけ行なわれるため、光源側の光量調整は最小限に抑えられる。

光変調素子アレイに基づく光量調整は、任意のタイミングで実行可能であり、それに合わせて光量測定を行なってもよい。例えば、ロットごと、一定経過時間ごと、処理基板の一定枚数ごと、あるいは１枚の基板ごとに光量調整を行なうことが可能である。

そして、投影光の得られる実質的最大光量が目標光量を下回る測定結果となったとき、照明光の光量を増加させればよい。一方、経験的に照明光の光量増加を必要とするタイミングが明らかであれば、投影光の得られる最大光量が目標光量を下回る時期をあらかじめ推定し、測定結果に関係なく照明光の光量増加を行なってもよい。

光変調素子アレイに基づく光量調整では、要求されるパターン解像度、感光体の感度特性、露光方法などにより、不使用の光変調素子の数を調整して減光できる程度（ここでは、光量調整範囲という）には制限がある。したがって、光量調整手段は、光変調素子アレイによる投影光の光量調整範囲に従って、照明光の光量を増加させるのが望ましい。

例えば、照明光の光量増加のたびに、光量調整範囲の限界レベルもしくはその付近にまで不使用光変調素子の数を設定することにより、次の照明光の光量増加までの期間が比較的長期に渡る。その結果、光源の寿命までの照明光の光量調整回数が抑えられる。

多重露光動作における同一エリアの総露光回数などを考慮すれば、光量調整範囲は、使用可能な光変調素子全体に対する使用する光変調素子の割合（使用率）が２０％〜１００％に定めることが可能である。この範囲において、解像度に差が生じないようにすることができる。一方、ＤＭＤ、汎用フィルムなどのデバイス、感光体特性などを考慮すると、解像度に差が生じないようにするため、光量調整範囲を６５％〜１００％の範囲に定めるのが良い。

照明光の光量を増加させるとき、その増加の仕方は様々な方法が適用可能であるが、段階的に一定量増加させることによって、光変調素子アレイに基づく光量調整範囲は常に同じ範囲になる。例えば、光量調整手段は、投影光の光量が目標光量よりも所定量上回るように、照明光の光量を増加させることが可能である。

上述したように、不使用の光変調素子を設定するとき、様々な設定方法が適用可能である。しかしながら、単一のショット露光にも対応することを考慮すれば、露光対象エリア全体に対して均質に光量を変化させることを考慮し、光量調整手段は、光変調素子配列領域に対し、略一様な分布であって、かつ不規則な分布となるように、不使用の光変調素子を定めるのがよい。

ここで、「略一様な分布」かつ「不規則な分布」とは、光変調素子配列領域全体から見て、不使用の光変調素子が略均等な間隔で一様に分散、散逸し、局所的な偏在、一部空白部分がなく、その一方で、配列領域全体を通じて規則的配列になっていない分布状態を表す。これは、等間隔で規則的に並べた不使用の光変調素子の配列をそれぞれ微小にずらした分布状態に相似する。

例えば、光量調整手段は、擬似乱数に従って、略一様かつ不規則な不使用の光変調素子配列を定めることができる。この場合、単に計算方法に従って自動的に算出するだけではなく、より好ましい配列となるように修正を加えるのが良い。例えば擬似乱数に従って定められた不使用の光変調素子が少なくとも２つ、あるいは３つ隣接している場合、不使用の光変調素子を再設定するのがよい。また、擬似乱数に従って不使用の光変調素子を定め、定められた不使用の光変調素子が重複している場合、不使用の光変調素子を再設定することもできる。

また、光量調整手段は、設定された不使用の光変調素子の配列を示す調光フィルタデータをメモリに格納することが可能である。露光動作時に描画データと調光フィルタデータとを組み合わせることが可能であり、また、あらかじめ測定光量に応じた調光フィルタデータを用意することも可能となる。

本発明の露光用調光方法は、二次元的に配列させた複数の光変調素子を有する光変調素子アレイによって被描画体の露光対象エリアに照射される投影光の光量を測定し、定められた目標光量と測定された投影光の光量とに基づいて不使用の光変調素子を設定することにより、投影光の光量を調整し、光変調素子アレイによる光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量より少なくなると、照明光の光量を増加させる。また、本発明のプログラムは、露光装置を、二次元的に配列させた複数の光変調素子を有する光変調素子アレイによって被描画体の露光対象エリアに照射される投影光の光量を測定する光量測定手段と、定められた目標光量と測定された投影光の光量とに基づいて不使用の光変調素子を設定することにより、投影光の光量を調整する光量調整手段として機能させるプログラムであって、光変調素子アレイによる光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量より少なくなると、照明光の光量を増加させるように、光量調整手段として機能させることを特徴とする。

本発明の他の局面における露光装置は、光源と、二次元的に配列させた複数の光変調素子を有し、光源からの照明光を被描画体の露光対象エリアへ導く光変調素子アレイと、露光対象エリアを被描画体に対して相対移動させる走査手段と、露光対象エリアの位置に応じたパターンデータに基づき、光変調素子アレイに設けられた複数の光変調素子を制御する露光制御手段と、露光対象エリアに照射される投影光の光量を測定する光量測定手段と、複数の光変調素子を制御して投影光の光量を調整し、また、照明光の光量を調整可能な光量調整手段とを備え、光量調整手段が、定められた目標光量と、測定された投影光の光量とに基づいて、不使用の光変調素子を設定し、露光制御手段が、不使用の光変調素子の配列を示す調光フィルタデータと、パターンデータとを組み合わせた露光データに基づいて、複数の光変調素子を制御し、光量調整手段が、光変調素子アレイによる投影光の光量調整より長い時間間隔で、照明光の光量を段階的に調整することを特徴とする。これにより、光源ランプ側の光量調整回数を抑えながら適切な光量調整を常に行なうことができる。

本発明によれば、露光装置において、光源の寿命を落とすことなく、適切な光量調整を行なうことができる。

本実施形態である露光装置の概略的ブロック図である。コントローラによって実行される調光処理を示したフローチャートである。使用率１００％の調光フィルタデータを示した図である。使用率８０％の調光フィルタデータを示した図である。放電ランプの使用時間経過に伴う投影光の光量、入力電力、ＤＭＤの使用率を示したグラフである。ステップ＆リピート方式による描画処理を示したフローチャートである。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態である露光装置の概略的ブロック図である。

露光装置１０は、フォトレジストなどの感光材料を表面に形成した基板ＳＷに直接パターンを形成するマスクレス露光装置であって、光源である放電ランプ２０、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）２２を備えている。放電ランプ２０から放射される照明光に基づいて基板ＳＷを照射し、基板ＳＷの表面に塗布あるいは貼り付けられた感光体に対してパターンを形成する。

放電ランプ２０は、ここではショートアーク型水銀ランプであり、放電管内に０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が含まれている。常時点灯している放電ランプ２０から放射される光は、照明光学系（図示せず）を経てＤＭＤ２２に導かれる。ＤＭＤ２２は、数μｍ〜数十μｍの微小矩形状マイクロミラーをマトリクス状に２次元配列させた光変調素子アレイ（ここでは、１０２４×１２８０）であり、ＤＭＤ駆動回路２４によって駆動される。

図示しないワークステーションから送信されてくるＣＡＤ／ＣＡＭデータなどのベクタデータは、ラスタ変換回路２６において２次元ドットパターンのラスタデータに変換される。そして、露光データ生成回路２８では、後述する調光フィルタデータとラスタデータとを合成した露光データが生成される。

ＤＭＤ２２では、ＤＭＤ駆動回路２４から送られてくる露光データに基づいて、各マイクロミラーがそれぞれ選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＯＮ状態のマイクロミラーにおいて反射した光は、投影光学系（図示せず）を経て、パターン像の光として基板ＳＷに照射される。

基板ＳＷは、ステージ駆動機構１４によって走査方向に移動する。基板ＳＷが相対移動している間、露光動作を所定の露光ピッチで行うことにより、パターンが基板全体に形成される。基板ＳＷの位置は、位置検出センサ１５によって検出される。

露光装置１０は、ステージ１２上に投影される光の光量を測定する測光装置３４を備え、測光駆動部３５によって位置制御される。露光動作が行なわれていないとき、測光駆動部３５は、測光装置３４を光路上に配置し、測定が終了すると測光装置３４を退避位置へ移動させる。ただし、測光装置３４をステージ１２に取り付け、基板ＳＷの移動に合わせて光量測定することも可能である。

コントローラ３０は、露光データ生成タイミング、ＤＭＤ駆動等、露光動作全体を制御し、メモリ３２から調光に関するデータが読み出される。露光動作の制御プログラムは、コントローラ３０内のＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

また、コントローラ３０は、調光処理（光量調整処理）機能を備えており、ＤＭＤ２２に対するミラー制御および放電ランプ２０に対する出力制御を組み合わせることにより、調光処理を実行する。放電ランプ２０のライフサイクル、すなわち点灯始動してから寿命による点灯終了までの期間全体に渡る間、コントローラ３０は、測定された光量に基づき、ミラー制御、ランプ出力制御を実行し、基板ＳＷに投影、照射する光の光量を調整する。

以下では、図２〜４を用いて、調光処理について説明する。

図２は、コントローラによって実行される調光処理を示したフローチャートである。

調光処理を行うタイミングとしては、新しい放電ランプを取り付けたとき、感度の異なる感光材料の基板を処理するときなど様々であり、ロットごと（製品単位）、一定枚数基板処理するごと、一定期間ごとに調光処理を行うことも可能である。ここでは、一定期間ごとに調光処理が実行される。

ユーザの入力操作等によって調光処理が開始されると、放電ランプ２０が点灯した状態で測光装置３４が光路上に移動し、光量測定を行なう（Ｓ１０１）。このとき、ＤＭＤ２２において描画に使用可能なミラー（以下、有効ミラーという）全てをＯＮ状態にして、光量を測定する。したがって、測光装置３４では、有効ミラー全てＯＮ状態の光による光量が、その投影エリア（露光エリア）を対象として計測される。なお、有効ミラーとは、ＤＭＤの全ミラーのうち、描画に使用しないことがあらかじめ定められたミラー（ＤＭＤ周縁部のミラー等）を除いたミラーを表す。

光量の測定後、測定された光量があらかじめ定められた光量（以下、目標光量という）以上であるか否かが判断される（Ｓ１０２）。測定光量が目標光量以上であると判断されると、ＤＭＤ２２の有効ミラー全体の中で実際に描画のため使用するミラーの割合（以下、使用率という）が算出される（Ｓ１０４）。

使用率１００％の場合、描画エリアを構成する有効ミラー全体がＯＮ状態であり、ＯＦＦ状態に設定するミラー数が増えるほど（使用ミラーの数が下がるほど）、使用率が下がる。ここでの調光処理は、基板ＳＷに投影する光の光量を目標光量に合わせることであり、測定された光量を基準にして減光の程度、すなわち使用率を定める。

ここで、ミラーの使用率をＲ、有効ミラー全数ＯＮ状態で測定される光量をＬ１、目標光量をＬ０とすると、使用率Ｒは、光量比（Ｒ＝Ｌ０／Ｌ１）によって求められる。そして、使用率Ｒが定められると、描画時に不使用とする、すなわちパターンに関係なくＯＦＦ状態にするミラーが特定、設定される（Ｓ１０４）。このとき、基板ＳＷに投影される光の光量を、局所的ではなく全体的に減少させるため、ＤＭＤの有効ミラー全体から見て、略均一、かつ規則的にならないように抽出する。

具体的には、不使用ミラーがミラー領域全体の中で２次元的に略一様分布となるように不使用ミラーが決定される。すなわち、ＤＭＤ２２の有効ミラーエリア内で略均等な距離間隔で不使用ミラーが配列し、局所的な集中なく均質に不使用ミラーが散らばった状態で配置されるように、不使用ミラーの配列が決定される。

さらに、略一様分布の配列に加え、光の干渉によるモアレを防ぐため、不使用ミラーが規則的、周期的ではなく、ランダムに配列している。このような略均等な距離間隔を保ち、かつ不規則的な不使用ミラーを選定するため、ここでは擬似乱数が使用される。例えば、一様乱数を用いた改良型レーマー法に基づいて乱数を発生させることが可能である。

このような擬似乱数では、有効ミラーの数をＮ、不使用ミラーの数をｎ（＝Ｎ（１−Ｒ））とすると、有効ミラーＭ_１、Ｍ_２、・・・、Ｍ_Ｎの中から擬似乱数を使って不使用ミラーを選択、抽出すればよい。これをｎ回繰り返すことにより、不使用ミラーが決定される。このとき、パターンデータに関係なく有効ミラー全体から不使用ミラーを決定する。

ただし、すでに抽出された所定数のミラーが再度選択された場合には、不使用ミラーの抽出が再度行なわれる。また、不使用ミラーとして抽出されたミラーの中で互いに隣接するミラーが所定の数だけ存在する場合、その選択を無効にして再度不使用ミラーを抽出する。なお、不使用ミラーを無効とする隣接ミラーの数は、使用率に応じて調節する。

このように不使用ミラーの配列を表すデータ（ここでは、調光フィルタデータという）が使用率Ｒに基づいて算出、作成され、調光フィルタデータはメモリ３２に保存される（Ｓ１０６）。

図３Ａ、３Ｂは、調光フィルタデータを示した図である。図３Ａでは、有効ミラーすべてを使用したときの調光フィルタデータを示している。黒い部分がミラーＯＮ状態を表しており、使用率１００％のためにエリア内は黒一色である。

一方、図３Ｂには、使用率Ｒ＝８０％、すなわち不使用ミラーの割合が２０％である調光フィルタデータが図示されている。図３Ｂから明らかなように、不使用ミラーは、ミラー領域に対して略一様な分布で略均等な距離間隔で散在しており、その一方でミラー領域全体から見ると規則的な配列にはなっていない。

このように使用率に応じた調光フィルタデータによって、投影光の光量がその投影エリア全体において均一に調整される。この調光フィルタデータと、描画用のパターンデータとを重ね合わせることにより、投影エリアの光量減少を伴ったパターン形成をすることができる。なお、調光フィルタデータは、パターンデータには依存しない。

一方、ステップＳ１０３において測定された光量が目標光量より少ない場合、ＤＭＤ２２を使った光量調整を行なうことができない。すなわち、測定される光量は有効ミラーすべてをＯＮ状態でも目標光量に到達しないため、不使用ミラー選定によって目標光量に一致させることができない。

これは、放電ランプ２０の使用経過に伴う出力低下であり、比較的長い点灯時間経過後に生じる。このような状態になった場合、放電ランプ２０の出力がアップするように、ランプへの入力電力が調整される（Ｓ１０３）。

具体的には、放電ランプ２０からの照明光の光量が目標光量よりも所定量多い基準光量となるように、ランプ入力電力が調整される。例えば、測定光量が目標光量の１２０％の光量に到達するまでランプ入力電力を上げる。そして、再び調光フィルタデータが作成される。放電ランプ２０の出力が一度調整されると、測定光量が目標光量より再び下回るまで、そのまま入力電力は一定に維持される。

図４は、放電ランプの使用時間経過に伴う投影光の光量、入力電力、ＤＭＤの使用率を示したグラフである。

図４に示すように、放電ランプ２０の使用開始時の入力電力（初期電力）は、目標光量より高い基準光量を得る電力に設定されている。この入力電力を一定に維持しながら、ＤＭＤ２２を利用した光量調整（減光）によって、投影光の光量を目標光量Ｌ０に調整する。

放電ランプ２０の点灯中、放電ランプ２０の出力は細かく変動することがあり、それに合わせてミラー使用率も増減する。しかしながら、点灯時間が長くなると、放電ランプ２０の出力は徐々に低下していく。それに伴い、ミラー使用率も徐々に上昇していく。

そして、測定光量が目標光量Ｌ０を下回ったとき、ランプ入力電力を増加させ、再び基準光量になるまで入力電力をＶＤだけ増加させる。新たに設定された入力電力を維持しながら、ミラー使用率を算出して光量調整を行う。

その結果、図４に示すように、ランプ入力電力一定の期間、ミラー使用率が増減しながらも１００％に向けて上昇して最終的にほぼ１００％になるまでに達し、これが繰り返される。なお、ミラー使用率をすべて１００％としたときの光量を、図４では２点鎖線Ｌ１で示している。

このように、ＤＭＤを利用した調光処理を所定時間間隔で行いながら、ＤＭＤ調光処理時間間隔よりも長いスパンで、ランプ入力電力を段階的に増加させ、最終的には上限となる最大電力までアップする。放電ランプ２０の使用開始から寿命による使用終了まで、基板ＳＷの投影エリアに対する光量、照度は、常に描画に適切な目標光量Ｌ０で維持される。

ところで、パターンの必要とされる解像度を考慮すると、ＤＭＤ２２を使った減光には限度があり、使用率Ｒに下限値を設ける必要がある。使用率Ｒの下限値は、ＤＭＤ２２のチルト角度、画素数、画素サイズ、投影光学系の倍率、解像度、感光体の感度などによって定められる。ここでは、要求される解像度に差が生じない調整範囲を定めており、その使用率Ｒの下限値ＲＺは、６５％に定められている。

したがって、放電ランプ２０の出力を増加させるとき、使用率Ｒが下限値ＲＺ＝６５％より小さくならないようにする必要がある。本実施形態では、出力増加のときに参照される基準光量が下限値ＲＺに対応しており、ランプ出力が増加する度に使用率Ｒは下限値ＲＺまで下がる。その結果、ランプ出力増加の間では、使用率Ｒが下限値ＲＺ＝６５％〜１００％までの光量調整範囲が利用される。

図５は、ステップ＆リピート方式による描画処理を示したフローチャートである。

基板ＳＷが移動する間、投影エリア（露光エリア）の相対位置が検出され、生成されたパターンデータに応じたパターンを投影すべき基板上のエリアに露光エリアが到達すると、基板ＳＷが停止する（Ｓ２０１〜Ｓ２０３）。そして、ベクタデータからラスタデータが生成される（Ｓ２０４）。

そして、メモリ３２から調光フィルタデータが読み出されると、ラスタデータと調光フィルタデータの重ね合わせ（論理積）により、露光データが生成される（Ｓ２０５、Ｓ２０６）。露光データがＤＭＤ駆動回路２４へ送られることにより、パターン光が投影される（Ｓ２０７）。描画が終了するまで、このような露光動作が繰り返し行なわれる（Ｓ２０８、Ｓ２０９）。

このように本実施形態によれば、光量調整を行なう場合、ＤＭＤ２２の有効ミラーをＯＮ状態にして投影光の光量を測定し、測定された光量と目標光量との比である使用率Ｒを定める。そして、使用率Ｒに基づいて、不使用ミラーの配列を示す調光フィルタデータを生成する。このとき、不使用ミラーが略一様な分布で、かつ不規則に並ぶようにする。

ＤＭＤ２２を利用した光量調整を行なっている間、放電ランプ２０の出力が徐々に低下し、測定光量が目標光量に達しない状況になると、測定光量が目標光量より所定量多い基準光量に達するまで放電ランプ２０の出力をアップする。

露光対象エリア全体に対する光量調整をＤＭＤ２２によって行い、ＤＭＤ２２では光量調整できない（光量アップできない）状況になって始めてランプ出力を増加させるため、ランプの寿命に悪影響を与えることなく、ランプのライフサイクル全般に渡って良好な光量調整を行なうことができる。さらに、ランプ点灯中の放電の揺らぎや、放射スペクトル分布における輝線とブロードバンド全体に渡るスペクトルの非連動的な変動に起因するランプ出力の短期スパンの変動について、ランプ出力を頻繁に変更することなく調整することができる。

特に、不使用ミラーの配列が、露光対象エリア全体に対して２次元的に略一様分布かつ規則性のない配列となっているため、２次元ドット照射によっても、モアレなどの光学的現象が生じることなく、露光対象エリア全体に渡って均一な光量減少を実現することができる。

また、擬似乱数によって調光フィルタデータを作成するので、乱数シードの共通化によってデータの再現が可能となり、描画結果を検証することができる。また、均一性を大きく損なうミラー配置となったとき、あるいは抽出した不使用ミラーが再度設定された場合には、不使用ミラーを再設定するため、より優れた調光フィルタデータを修正しながら作成することができる。

本実施形態では、測定光量が目標光量に達しない状況になると放電ランプ２０の出力増加を実行するが、あらかじめそのような状況になるタイミングを経験的に取得し、所定時間ごとに放電ランプ２０の出力増加を実行してもよい。

ランプの出力増加については、測定光量が目標光量に達したか否かを測定装置を用いて確認しているが、あらかじめ定めた一定値だけ入力電力を増加させるようにしてもよい。

ＤＭＤ２２を使った光量調整における使用ミラーの割合、すなわち使用率については、露光条件でいずれかの要件を満たす範囲で設定することも可能である。使用率の範囲は、ＤＭＤのサイズ、画素ピッチ、分解能、ＤＭＤチルト角度、フォトレジストなど感光体の多重露光限度回数などに従う。例えば、２０％〜１００％の範囲で設定可能である。

使用ミラーの使用率は、連続的に設定する代わりに、要求される光量精度に応じて、段階的（例えば５％）に設定することも可能である。また、調光フィルタデータを使用率に応じて予め作成してメモリに記憶させ、測定された光量と目標光量との比から、対応する調光フィルタデータを選択するように構成してもよい。

なお、ステップ＆リピートの代わりに連続的スキャン方式を適用しても良い。また、多重露光方式の代わりに、単一のショット露光を行なう方式であってもよい。さらに、ＤＭＤ以外の光変調素子アレイを用いてもよく、放電ランプ以外の光源を適用することも可能である。また、マスク、レクチルを用いた露光装置において、ＤＭＤなど光変調素子アレイを専用フィルタデバイスとして別途装備する構成にしてもよい。

１０露光装置
２０放電ランプ
２１ランプ駆動部
２２ＤＭＤ
２８露光データ生成回路
３０コントローラ
３４測光装置

Claims

光源と、
二次元的に配列させた複数の光変調素子を有し、前記光源からの照明光を被描画体の露光対象エリアへ導く光変調素子アレイと、
露光対象エリアに照射される投影光の光量を測定する光量測定手段と、
前記複数の光変調素子を制御して投影光の光量を調整し、また、照明光の光量を調整可能な光量調整手段とを備え、
前記光量調整手段が、投影光の光量を調整する場合、定められた目標光量と測定された投影光の光量とに基づき、光変調素子配列領域に対し略一様な分布であってかつ不規則な分布となるように、不使用の光変調素子を設定し、
前記光量調整手段が、前記光変調素子アレイによる光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量を下回らない間、前記光変調素子アレイに基づいた投影光の光量調整を行い、前記光変調素子アレイによる光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量より少なくなると、目標光量を上回るように照明光の光量を増加させることを特徴とする露光用調光装置。
前記光量調整手段が、前記光変調素子アレイによる投影光の光量調整範囲に従って、照明光の光量を増加させ、
前記光量調整手段が、照明光の光量増加のたびに、投影光の光量調整範囲の限界レベルもしくはその付近にまで不使用光変調素子の数を設定することを特徴とする請求項１に記載の露光用調光装置。
前記光量調整手段が、使用する光変調素子の割合が２０％〜１００％の光量調整範囲に従って、照明光の光量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の露光用調光装置。
前記光量調整手段が、使用する光変調素子の割合が６５％〜１００％の光量調整範囲に従って、照明光の光量を増加させることを特徴とする請求項３に記載の露光用調光装置。
前記光量調整手段が、投影光の光量が目標光量よりも所定量上回るように、照明光の光量を増加させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光用調光装置。
前記光量調整手段が、目標光量と測定された投影光の光量との比に基づいて、不使用の光変調素子を定めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光用調光装置。
前記光量測定手段が、前記光変調素子アレイによる光量調整がされない状態で、投影光の光量を測定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の露光用調光装置。
前記光量調整手段が、等間隔で規則的に並べた不使用の光変調素子の配列をそれぞれ微小にずらした分布状態となるように、不使用の光変調素子を定めることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の露光用調光装置。
前記光量調整手段が、擬似乱数に従って不使用の光変調素子を定め、定められた不使用の光変調素子が重複している場合、不使用の光変調素子を再設定することを特徴とする請求項８に記載の露光用調光装置。
前記光量調整手段が、擬似乱数に従って不使用の光変調素子を定め、定められた不使用の光変調素子が少なくとも２つ隣接している場合、不使用の光変調素子を再設定することを特徴とする請求項８に記載の露光用調光装置。
前記光量調整手段が、前記光源の出力を調整して照明光の光量を増加させることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の露光用調光装置。
前記光源が、封入水銀量が０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上である放電ランプを有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の露光用調光装置。
請求項１乃至１２のいずれかに記載された露光用調光装置を備えた露光装置。
二次元的に配列させた複数の光変調素子を有する光変調素子アレイによって被描画体の露光対象エリアに照射される投影光の光量を測定し、
定められた目標光量と測定された投影光の光量とに基づき、光変調素子配列領域に対し略一様な分布であってかつ不規則な分布となるように、不使用の光変調素子を設定することにより、投影光の光量を調整し、
前記光変調素子アレイによる光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量を下回らない間、前記光変調素子アレイに基づいた投影光の光量調整を行い、前記光変調素子アレイによる光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量より少なくなると、目標光量を上回るように、照明光の光量を増加させることを特徴とする光量調整方法。
露光装置を、
二次元的に配列させた複数の光変調素子を有する光変調素子アレイによって被描画体の露光対象エリアに照射される投影光の光量を測定する光量測定手段と、
定められた目標光量と測定された投影光の光量とに基づき、光変調素子配列領域に対し略一様な分布であってかつ不規則な分布となるように、不使用の光変調素子を設定することにより、投影光の光量を調整する光量調整手段として機能させるプログラムであって、
前記光変調素子アレイによる光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量を下回らない間、前記光変調素子アレイに基づいた投影光の光量調整を行い、前記光変調素子アレイによる光量調整がされないときの投影光の光量が目標光量より少なくなると、目標光量を上回るように、照明光の光量を増加させるように、前記光量調整手段として機能させることを特徴とするプログラム。