JP6590638B2 - 露光装置用露光ヘッドおよび露光装置用投影光学系 - Google Patents

露光装置用露光ヘッドおよび露光装置用投影光学系 Download PDF

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Description

本発明は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などの光変調素子アレイによってパターンを直接描画するマスクレス露光装置に関し、特に、露光面にパターン像を投影する光学系に関する。
ＤＭＤを備えたマスクレス露光装置では、光変調素子（セル）をマトリクス状に２次元配列させた光変調素子アレイを制御して露光動作を行い、パターンを基板の描画面へ直接形成する。具体的には、光源から放射された照明光がＤＭＤに導かれると、投影対象となるエリアに形成すべきパターンに従い、ＤＭＤの各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＤＭＤ上で反射した光は投影光学系によって結像され、パターン像が露光面に形成される。
露光装置においては、スループット向上のため、ＤＭＤにおいて反射した光（パターン光）を分割し、複数の分割パターン像を投影することが可能である。例えば、基板とＤＭＤとの間における共役面（結像面）に分割光学系を配置し、共役面上においてパターン像を副走査方向に沿って分割する。共役面上で分割されたパターン像は、主走査方向に沿って所定間隔で並ぶとともに、副走査方向に沿って互いに離れた走査バンドの位置に投影される（特許文献１参照）。また、結像光学系の出射端側に分割光学系を配置し、パターン像を分割することも可能である（特許文献２参照）。
特開２０１２−２４７７１１号公報 特開２０１４−０９２７０７号公報
共役面上でパターン像全体を分割する場合、複数の平行平面（ミラー）を組み込んだ光学系を配置する構成となり、複雑なミラー配置の光学系となる。そのため、パターン像を多数（例えば４分割以上）に分割しようとしても、隣接するミラーが干渉し、光量ロスにつながる。また、結像光学系の出射端側でパターン像を多数分割する場合、共役面でパターン像を分割していないため、光束の拡がりによる光量ロスが大きい。
したがって、パターン像をより多く分割するとともに、各分割パターン像を十分な解像度で露光面に形成する露光装置用の光学系が必要とされる。
本発明の露光装置用露光ヘッドは、マスクレス露光装置に適用可能であって、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、前記光変調素子アレイで反射した光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系とを備え、前記投影光学系は、第１光学系と、画像分割光学系と、第２光学系とを備える。
第１光学系は、前記光変調素子アレイで反射したパターン像の光を、第１結像面に結像させる。画像分割光学系は、分割領域に従って前記第１結像面に形成される（中間像としての）パターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する複数のミラー対を備える。複数のミラー対の配置は分割領域に従っている。例えば分割領域は、光変調素子アレイの受光面上において規定される。第２光学系は、画像分割光学系によって形成された複数の分割パターン像の光を、露光面に結像させる。
本発明では、複数のミラー対各々は、第１結像面と交差するように配置される分割ミラーと、前記分割ミラーと平行であって前記分割ミラーからの光を前記第２光学系へ導くガイドミラーとを有する。画像分割光学系は、分割ミラーにより第１結像面近傍においてパターン像を分割する。すなわち、調整可能な焦点深度の範囲で許容されるパターン解像度を得ることができる第１結像面垂直方向に沿った第１結像面付近の光軸方向に沿ったレンジで、パターン像を分割する。
そして、複数の分割パターン像が主走査方向および副走査方向に沿って互いに離れて投影されるように、複数の分割ミラーが第１結像面に対してそれぞれ所定の角度で傾斜している。ここで、「第１結像面に対して傾斜している」とは、分割ミラーの反射面法線方向が、第１結像面の法線方向に対して傾斜していることを示す。
この場合、反射面の各辺を第１結像面に正射影したときに規定される投影線は、主走査方向、副走査方向の少なくともいずれかの方向に対して傾斜する、あるいは主走査方向、副走査方向ともに平行となる場合両方とも含まれる。例えば、反射面が矩形状であれば、反射面の各辺の射影線は主走査方向および副走査方向に対して平行となるか、あるいはともに傾斜する状態となる。
主走査方向、副走査方向に沿って互いに離れて分割パターン像を投影することにより、複数の走査バンドそれぞれにパターン像を投影することが可能となり、一回で走査可能なエリアが分割パターン像の数だけ拡大し、スループットが向上する。
複数の分割ミラーの配置については、複数の分割パターン像が露光面においてリング状に投影されるように、それぞれ傾斜させることが可能である。ここで、リング状の投影とは、従来のように斜め一列方向に沿って分割パターン像を投影するのではなく、その一方でランダムな投影でもなく、複数の分割パターン像を辿ったときの軌跡がおよそ輪の形状（円、楕円いずれでもよく、輪ゴムのように形状が崩れていてもよい）となるような像のパターン配置によって特徴づけられる投影を意味する。この場合、分割パターン像の長手方向の縁となるラインが副走査方向に沿って並ぶように投影するのがよい。
例えば、露光面投影中心に従って規定される４つの象限内それぞれに少なくとも１つの分割パターンが露光面に投影するように、複数の分割ミラーがそれぞれの角度で傾斜している。ここで、露光面投影中心とは、パターン像の中心に位置する光線が画像分割光学系により分割（反射）されずに被描画体（基板Ｗ）の露光面に到達したと仮定するときの仮想の点を示す。また、光変調素子アレイが結像光学系の光学中心に位置合わせされている場合、結像光学系の光軸と露光面との交わる点を投影中心と見なすことができる。
できるだけ隣り合う分轄パターン像の距離を離すため、例えば、中心側に位置する中心側分割ミラーは、露光面投影中心からの距離が主走査方向よりも副走査方向に沿って離れた位置に分割パターン像が投影されるように、傾斜する構成にするのがよい。また、中心側分割ミラーと隣接する分割ミラーが、露光面投影中心からの距離が副走査方向よりも主走査方向に沿って離れた位置に分割パターン像が投影されるように、傾斜する構成にしてもよい。
描画データのタイミング調整などを考慮すれば、複数の分割ミラーは、パターン像の一方の半分の領域に応じた分割パターン像と、他方の半分の領域に応じた分割パターン像とが露光面投影中心に関して点対称的関係となるように、それぞれ傾斜しているのが好ましい。
各分割パターン像の鮮明さのバラツキを防ぐことを考慮すると、複数のガイドミラーは、前記複数の分割ミラーから露光面までのそれぞれの光路長が等しくなるように、配置される構成にするのがよい。
パターン像をできる限り鮮明にすることを考慮すれば、複数の分割ミラーが、第１結像面に対し、前記投影光学系の焦点深度に応じた角度で傾斜しているのがよい。すなわち、許容されるパターン像の鮮明さに応じた焦点深度の範囲内に反射面が収まるような傾斜角度にすればよい。例えば、複数の分割ミラーが、第１結像面に対し４５°以下で傾斜する構成にすることが可能であり、より好ましくは、３０°以下、１５°以下で傾斜させるのがよい。
本発明の他の態様における露光装置用投影光学系は、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイで反射した光を、第１結像面に結像させる第１結像光学系と、分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を第１結像面近傍で少なくとも４つに分割することにより、少なくとも４つの分割パターン像を形成する画像分割光学系と、少なくとも４つの分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２結像光学系とを備え、前記画像分割光学系が、複数の分割パターン像が主走査方向および副走査方向に沿って互いに離れて投影されるように、少なくとも４つの分割パターン像を形成する。
本発明によれば、パターン像の鮮明さを維持しながら、スループット向上を実現することができる。
本実施形態である露光装置を模式的に示した斜視図である。 露光ヘッドの内部構成を模式的に示した図である。 ＤＭＤにおけるパターン像の分割領域を示した図である。 基板の露光面に投影される６つの分割パターン像の位置を示した図である。 中心側分割領域に応じたミラー対の配置を示した図である。 中間分割領域に応じたミラー対の配置を示した図である。 外側分割領域に応じたミラー対の配置を示した図である。 分割ミラーの共役面に対する配置を示した図である。 分割ミラーの配置角度を示した図である。 ３つの分割ミラーおよびガイドミラーの配置関係を示した図である。 ３つの分割ミラーを示した斜視図である。 ガイドミラーの配置を示した図である。 描画装置に設けられた描画制御部のブロック図である。 奇数の数に分割するときのＤＭＤにおける分割領域を示した図である。
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を模式的に示した斜視図である。
露光装置１０は、フォトレジストなどの感光材料を塗布した（あるいは貼り付けた）基板Ｗへパターン光を直接照射するマスクレス露光装置であって、ゲート状構造体１２、基台１４を備える。基台１４には、描画テーブル１８を支持するＸ−Ｙステージ駆動機構５６が搭載され、描画テーブル１８上に基板Ｗが設置される。
ゲート状構造体１２には光源２０ａ、２０ｂが備えられており、また、パターン形成用の露光ヘッド２０1、２０2が基板Ｗの上方に並んで配設されている。露光ヘッド２０1は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）、投影光学系（ここでは図示せず）を備え、光源２０ａから放射される光に基づいてパターン像を基板Ｗに投影する。露光ヘッド２０2も同様の構成であり、光源２０ｂの光によってパターン像を投影する。
矩形状の基板Ｗは、例えばプリント基板、ドライフィルム、ガラス基板などの電子回路用基板であり、プリベイク処理、感光材料の塗布／貼り付け処理等が施されたブランクスの状態で描画テーブル１８に搭載される。基板Ｗ（描画テーブル１８）には、互いに直交するＸ−Ｙ−Ｚ座標系が規定されており、描画テーブル１８はＸ、Ｙ方向に沿って移動可能であり、さらに、Ｚ軸周りに回転可能である。ここでは、Ｘ方向を主走査方向、Ｙ方向を副走査方向と規定する。
露光装置１０は、露光動作を制御する描画制御部（ここでは図示せず）を備える。描画制御部には、ここで図示しないモニタ、キーボードなどが接続されており、オペレータの操作に従って描画処理に関するセッティングが行われる。突出部３１に設けられたＣＣＤ１９は、基板Ｗの変形状態を検出し、アライメントが調整された後に露光動作が行われる。
図２は、露光ヘッド２０1の内部構成を模式的に示した図である。露光ヘッド２０2も同様の内部構成になっている。
図１に示す光源２０ａ、２０ｂから放射された照明光は、照明光学系（図示せず）を介して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デバイスであり、例えば１０２４×７６８のマイクロミラーによって構成される。
ＤＭＤ２２では、メモリセルに格納される制御信号（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で反射した光は投影すべきパターンに応じた光束であり、ミラー（図示せず）を介して投影光学系２４へ導かれる。
投影光学系２４は、ＤＭＤ２２からの光を基板Ｗの露光面に結像させる光学系であり、第１結像光学系２５、第２結像光学系２６、そして画像分割光学系３０を備える。第１結像光学系２５は、ＤＭＤ２２からのパターンに応じた光を焦点位置にある結像面（第１結像面）に結像させるとともに、パターン像全体を所定倍率で拡大する。
画像分割光学系３０は、第１結像光学系２５の結像面に形成されるパターン像を６分割し、６つの部分的パターン像（以下、分割パターン像という）を形成する。画像分割光学系３０によって形成された６つの分割パターン像は、第２結像光学系２６によって基板Ｗの露光面に形成される。
像形成に関して言えば、画像分割光学系３０は第２結像光学系２６に組み込まれた光学系とみなすことができ、第２結像光学系２６の前側焦点位置にある結像面は第１結像光学系２５の結像面（焦点位置）に一致し、また、後側焦点位置にある結像面は、基板Ｗの露光面と一致する。以下では、第１結像光学系２５の結像面を共役面ともいう。
基板Ｗが主走査方向Ｘに沿って移動するのに伴い、ＤＭＤ２２による投影エリア（露光エリア）は基板Ｗに対して相対的に移動する。投影エリアの位置に応じたパターン光を照射するように露光動作が定められた露光ピッチに従って実行される。これにより、パターンが主走査方向に沿って形成されていく。
他の露光ヘッド２０2も同様であり、ラスタ走査をしながら露光動作が行われ、基板全体にパターンが形成されていく。描画処理が終了すると、現像処理、エッチング又はメッキ、レジスト剥離処理などが施され、パターンの形成された基板が製造される。
ここでは基板Ｗの移動方向を主走査方向に一致させているが、基板Ｗを主走査方向Ｘに対し微小傾斜した状態で描画テーブル１８に配置してもよい。この場合、描画テーブル１８が主走査方向Ｘに沿って移動するとき、露光エリアは基板Ｗの長手方向（Ｘ方向）に対し傾斜した状態で相対移動する。
露光方式としては、ステップ＆リピート方式あるいは連続移動方式による多重露光方式が適用可能である。ステップ＆リピート方式では、描画テーブル１８は間欠的にＸ方向に沿って移動し、それに合わせて各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。一方、連続移動方式では、描画テーブル１８が連続的に移動しながら露光ピッチに応じて各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。ここでは、連続移動方式が適用されている。
次に、図３〜１２を用いて、パターン像の分割および投影位置について説明する。なお、以下では、パターン像を分割しないとき（分割光学系を備えないとき）の露光エリアの中心点、すなわちＤＭＤの中心位置の投影点を、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系の原点と定めて説明する。
図３は、ＤＭＤにおけるパターン像の分割領域を示した図である。図４は、基板の露光面に投影される６つの分割パターン像の位置を示した図である。
図３に示すように、ＤＭＤ２２の反射面には、主走査方向に応じた横方向に等分割された部分領域ＤＭ１〜ＤＭ６（以下、分割領域という）が定められる。ＤＭＤ２２全体によって形成されるパターン像の光は、図４に示すように、画像分割光学系３０によって部分領域ＤＭ１〜ＤＭ６ごとに互いに異なる位置へ投影される。投影された分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６は、それぞれ分割領域ＤＭ１〜ＤＭ６のパターン光によって形成される。
図４に示すように、６つの分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６は、主走査方向Ｘに沿って互いに所定間隔離れて投影されており、また、副走査方向Ｙに沿って重ならないように離れており、互いに隣接する走査バンドＳＢ１〜ＳＢ６の位置に合わせて投影される。すなわち、仮に主走査方向Ｘに関して分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６を同じ位置に並べると、副走査方向Ｙに関して連なった１つの像となる。
このときの副走査方向Ｙに沿ったパターン像の並び順は、上から分割パターン像ＤＡ１、ＤＡ６、ＤＡ２、ＤＡ５、ＤＡ３、ＤＡ４の順で並ぶ。すなわち、ＤＭＤ２２の中心側に位置する分割領域ＤＭ１、ＤＭ４に応じた分割パターン像ＤＡ１、ＤＡ４が副走査方向Ｙに沿って原点から遠い位置に投影され、その隣の分割領域ＤＭ２、ＤＭ５の分割パターン像ＤＡ２、ＤＡ５が、分割パターン像ＤＡ１、ＤＡ４とそれぞれ同じ象限内で副走査方向Ｙに沿って原点からより近い位置に投影される。
一方、分割領域ＤＭ３、ＤＭ６の分割パターン像ＤＡ３、ＤＡ６は、分割パターン像ＤＡ１、ＤＡ４、分割パターン像ＤＡ２、ＤＡ５とは異なる象限内に投影されており、分割パターン像ＤＡ２、ＤＡ４、分割パターン像ＤＡ１、ＤＡ５の中間付近の位置にそれぞれ投影される。
その結果、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６の投影位置は、副走査方向Ｙに関して点対称な投影位置関係をもつ。すなわち、分割パターン像ＤＡ１、ＤＡ４、分割パターン像ＤＡ２、ＤＡ５、分割パターン像ＤＡ３、ＤＡ６は、原点に関して対称な位置関係にある。また、ＤＭＤ２２の右半分の部分領域ＤＭ１〜ＤＭ３、左半分の部分領域ＤＭ４〜ＤＭ６の間で交互に分割パターン像を副走査方向に沿って投影していることから、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ３、分割パターン像ＤＡ４〜ＤＡ６は、互いに補完する相補的な関係にある。
一方、各分割パターン像の原点からの距離（投影中心位置までの距離）ＸＬは一致していない。ここでいう投影中心とは、ＤＭＤ２２によるパターン像の中心に位置する光線が画像分割光学系により分割（反射）されずに被描画体（基板Ｗ）の露光面に到達したと仮定するときの仮想の点である。また、ＤＭＤ２２が投影光学系２４の光学中心に位置合わせされている場合、第１結像光学系２５、第２結像光学系２６の光軸と露光面との交わる点を投影中心と見なすことができる。
このように画像分割光学系３０は、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６を、従来のような斜め一列方向ではなく、すべての象限内に分布するように概ねリング状に投影させる。ここでリング状には、円形のみではなく、非円形の輪や多角形の意を含む。分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６はこれらの図形輪郭に沿って配置されるが、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６の向きはリング接線方向に縛られることはなく、所定の角度で配置される。また、分割パターン像の配置がリングを想起させる必要は無く、例えば分割パターン像が４つであったとしても、リング状であると見なす。
リング状投影を実現させる画像分割光学系３０は、ＤＭＤ２２の分割領域ＤＭ１〜ＤＭ６に応じて６つのミラー対を備え、各ミラー対は平行平面の組として構成される。以下、ミラー対について説明する。
図５は、分割領域ＤＭ１に応じたミラー対の配置を示した図である。図６は、分割領域ＤＭ２に応じたミラー対の配置を示した図である。図７は、分割領域ＤＭ３に応じたミラー対の配置を示した図である。
図５〜７に示すように、ミラー対３２、３４、３６は、分割領域ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３からの反射光を、それぞれ分割パターン像ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３の投影位置（図４参照）へ導くミラーであり、矩形状の分割ミラー３２Ａ、３４Ａ、３６Ａと矩形状ガイドミラー３２Ｂ、３４Ｂ、３６Ｂから構成される。ただし、図５〜７に示す各ミラーのサイズは、ここでは説明を容易にするためにＤＭＤ２２の各分割領域に合わせたサイズで描かれている。
分割ミラー３２Ａは、その反射面全体が共役面ＣＳと平行でなく、共役面ＣＳと交差する。すなわち、その法線方向が共役面ＣＳの法線方向と平行でなく、傾斜するように配置されている。したがって、共役面ＣＳに対し垂直なＺ軸方向に沿って共役面ＣＳからの距離は、分割ミラー３２Ａの場所によって異なる。
また、分割ミラー３２Ａの矩形状である反射面は、傾斜主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙおよびそれぞれ所定の角度で傾斜している。すなわち、分割ミラー反射面各辺を共役面ＣＳに射影したときに規定される投影線は、Ｘ軸、Ｙ軸に対してそれぞれ平行でなく傾斜している。ここでは、このような分割ミラー３２Ａの共役面ＣＳに対する配置を「共役面ＣＳ近傍における傾斜配置」という。
主走査方向Ｘ、副走査方向ＹおよびＺ軸に対する傾斜角度は、図４に示す分割パターン像ＤＡ１の投影位置に応じて定められる。図４では、分割ミラー３２Ａ、ガイドミラー３２Ｂによって、２．５走査バンドの距離だけ分割パターン像ＤＡ１を副走査方向Ｙにシフトさせている。
主走査方向Ｘよりも副走査方向Ｙに関して原点から離れた位置に分割パターン像ＤＡ１を投影させることから、Ｘ軸に対する傾斜角度がＹ軸に対する傾斜角度よりも大きい。また、その反射面の法線方向は＋Ｙ方向、＋Ｘ方向に向いている。分割ミラー３２Ａと平行平面の関係にあるガイドミラー３２Ｂは、分割ミラー３２Ａからの光を第２光学系２６へ導く。
図６に示すミラー対３４の分割ミラー３４Ａも、共役面ＣＳと交差するように配置されており、主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに対してそれぞれ異なる角度で傾斜している。副走査方向Ｙよりも主走査方向Ｘに関して原点から離れた位置に分割パターン像ＤＡ２を投影させることから、Ｙ軸に対する傾斜角度がＸ軸に対する傾斜角度よりも大きい。また、分割ミラー３２Ａに反射した光と干渉しないように、その反射面の法線方向が分割ミラー３２Ａと比べてより大きく＋Ｘ側へ向くように傾斜している。図６では、分割ミラー３４Ａ、ガイドミラー３４Ｂによって、０．５走査バンド分だけ副走査方向Ｙにシフトさせている。
さらに、図７に示すミラー対３６の分割ミラー３６Ａも、共役面ＣＳと交差するように配置されており、主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに対してそれぞれ異なる角度で傾斜している。ここでは、分割パターン像ＤＡ１を第４象限に投影させるため、その反射面の法線方向は−Ｘ、−Ｙ方向を向いている。図７では、分割ミラー３６Ａ、ガイドミラー３６Ａによって、１．５走査バンド分だけ副走査方向Ｙのマイナス方向にシフトさせている。
図８は、分割ミラー３６Ａの共役面ＣＳに対する配置を示した図である。図９は、分割ミラー３６Ａの配置角度を示した図である。
分割ミラー３６Ａは、その中心が共役面ＣＳ上に位置するように傾斜しており、共役面ＣＳと交差するライン３６ＡCを挟んで共役面ＣＳより上側（−Ｚ方向）の領域と下側の領域（＋Ｚ方向）に分かれる。分割ミラー３６Ａの辺（以下、分割辺という）３６ＡLの共役面ＣＳに対する傾斜角度は、隣設する分割ミラー３４Ａ（図６参照）の分割辺の傾斜角度とは相違し、Ｘ軸方向から見ると互いの辺は交差する。分割ミラー３６Ａ、ガイドミラー３６Ｂによって投影パターン像ＤＡ３が原点から＋Ｘ方向、−Ｙ方向に移動していることから明らかなように、交差ライン３６ＡCは主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに対して傾斜している。
図９に示す分割ミラー３６Ａの共役面ＣＳに対する傾斜角度αは、できる限りミラー両縁３６ＡEが共役面ＣＳから離れない角度に定められる。例えば、３０°以下、１５°以下に定められる。傾斜角度αを微小角度にすることによって、隣接する分割ミラーとの干渉を避けることができる。他の分割ミラー３２Ａ、３４Ａも、同様に定められる。
なお、投影光学系２４の焦点深度は、分割パターン像がそれぞれ合焦範囲に収まる焦点深度である。各分割ミラーの共役面ＣＳに対する傾斜角度は、分割パターン像に求められる鮮明さを維持するための焦点深度の範囲内に収まるように定められる。焦点深度の範囲は、要求されるパターンの解像度、投影光学系２４の光学特性などに従う。例えば、分割ミラー３６の傾斜角度は、少なくとも４５°、３０°、あるいは１５°以下に定めればよい。
図１０は、３つの分割ミラーおよびガイドミラーの配置関係を示した図である。図１１は、３つの分割ミラーを示した斜視図である。そして、図１２は、ガイドミラーの配置を示した図である。
上述したように、分割パターン像ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３は、一組の平行平面で構成されるミラー対３２Ａ、３２Ｂ（３２）、ミラー対３４Ａ、３４Ｂ（３４）、ミラー対３６Ａ、３６Ｂ（３６）によって図１０に示す位置に投影される。分割ミラー３２Ａ、３４Ａ、３６Ａ、およびガイドミラー３２Ｂ、３４Ｂ、３６Ｂのサイズは、ＤＭＤ２２の各分割領域に応じた共役面ＣＳ上における投影領域よりも大きい。
特に、ガイドミラー３２Ｂ、３４Ｂ、３６Ｂは、分割ミラー３２Ａ、３４Ａ、３６Ａが結像面である共役面ＣＳに対して傾斜していることから、分割パターン像の光束の広がりを考慮したサイズに定められている。なお、図５〜７、１０には、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ３の光束の広がり範囲ＬＭを示している。
また、ガイドミラー３２Ｂ、３４Ｂ、３６Ｂは、−Ｚ方向に沿った任意のＸ−Ｙ平面からの距離（ミラー中心位置までの距離）が等しくなるように配置されている。図１２では、各ガイドミラーから共役面ＣＳまでの距離Ｚ０が等しいことを示している。また、分割ミラー３２Ａ、３４Ａ、３６Ａから分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ３の投影される露光面までの光路長がいずれも同じとなるように、ガイドミラー３２Ｂが配置されている。
ＤＭＤ２２の分割領域ＤＭ４〜ＤＭ６に合わせて配置される３つのミラー対（図示せず）も、同様の配置となっており、６つの分割ミラーが互いに隣り合いながら、それぞれ主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに沿って異なる角度で傾斜している。分割領域ＤＭ４、ＤＭ５、ＤＭ６に応じた分割ミラーの傾斜角度は、それぞれ、分割ミラー３２Ａ、３４Ａ、３６Ａに対称的な角度であり、主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙの正負が逆になる。また、６つの分割ミラーから分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６までの光路長は、いずれも等しい。
図１３は、描画装置に設けられた描画制御部のブロック図である。
描画制御部５０は、外部のワークステーション（図示せず）と接続され、モニタ５０Ｂ、キーボード５０Ｃが接続される露光制御部５２を備える。露光制御部５２は、露光動作処理を制御し、露光データ生成部７６、タイミングコントロール回路７３、描画テーブル制御回路５３、光源制御部６１などの回路へ制御信号を出力する。露光動作処理を制御するプログラムは、露光制御部５２内のＲＯＭ（図示せず）に格納されている。
ワークステーション（図示せず）から露光制御部５２に入力されるパターンデータは、描画パターンの位置情報（輪郭位置情報）をもつベクタデータ（ＣＡＤ／ＣＡＭデータ）であり、Ｘ−Ｙ座標系に基づいた位置座標データとして表される。
第１〜第６ラスタデータ生成部７２1〜７２6は、ベクタデータを変換し、それぞれ、走査バンドＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３に描画すべきパターンのラスタデータを順次生成する。生成されたラスタデータは、それぞれ第１〜第６バッファメモリ７４1〜７４6に一時的に格納される。
各バッファメモリに一時的に格納されるラスタデータは、露光ピッチにあわせて出力される。すなわち、露光ピッチ分だけ部分投影エリアが移動して次の露光動作を実行可能となったとき、ラスタデータ出力が行なわれる。第１〜第６ラスタデータ生成部７２1〜７２6におけるラスタデータの出力制御は、露光制御部５２に設けられたアドレス制御回路（図示せず）から出力される制御信号に基づいて行われる。
ラスタデータが露光データ生成部７６へ送られると、露光データ生成部７６では、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６の各投影エリアの位置に応じたラスタデータが統合し、ＤＭＤ２２の各マイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦ制御する信号が、ＤＭＤ２２全体に対する１つの露光データとして生成される。ＤＭＤ２２では、露光データ生成部７６から出力される露光データに基づき、マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。
タイミングコントロール回路７３は、バッファメモリ７４1〜７４6、露光データ生成部７６等に対し、タイミング調整のためクロックパルス信号を同期信号として出力する。また、ＣＣＤ１９から出力される画像信号に基づき、画像処理部６２は基板Ｗに形成されたアライメントマークの位置を検出する。
描画テーブル制御回路５３は、駆動回路５４を介してモータ（図示せず）を備えたＸ−Ｙステージ駆動機構５６を制御し、これによって描画テーブル１８の移動速度、基板送り方向等が制御される。位置検出センサ５５は、描画テーブル１８の位置、すなわち部分パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６の投影位置について、描画テーブル１８に対する相対的位置を検出する。
露光ヘッド２０2に対しても、同様にラスタデータ変換処理、ＤＭＤ駆動処理等に関する回路（図示せず）が設けられており、同様の露光動作処理が行われる。
このように本実施形態によれば、それぞれ分割ミラーとガイドミラーとから構成された平行平面の組である６つのミラー対を備えた画像分割光学系３０が、ＤＭＤ２２からのパターン像をＤＭＤ２２の分割領域ＤＭ１〜ＤＭ６に従って６分割し、６つの分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６を主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに沿って互いに離れるように投影位置を移動させる。これによって、スループット向上を図ることができる。
平行平面関係にあるミラー対を複数配置することによってパターン像を分割することにより、簡易な光学系を構成することが可能となり、４つあるいはそれ以上の数だけパターン像を分割することができる。特に、中心側の分割パターン像を副走査方向に関してもっとも離れた位置に投影させるため、分割パターン像の距離間隔を広げることができる。
そして、中心側の分割ミラーに隣接する中間位置の分割ミラーについては、主走査方向に対してもっとも離れた位置に分割パターン像を投影し、隣接分割ミラー間での分割パターン像の投影位置距離間隔を長くしている。これにより、隣接するミラー間での干渉を避けることができる。特に、パターン像の右側半分、左側半分の分割パターン像を副走査方向に沿って交互に並べることにより、より大きな投影位置の距離間隔をとることができるまた、隣接するミラー間での光の干渉がないように分割ミラーの傾斜角度を抑えることにより、光量ロスを抑えて必要な解像度を得ることができる。
さらに、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６の投影位置が、その中心に関して点対称的な位置関係にあって、パターン像の左側半分、右側半分の分割パターン像が相補的な位置関係にあることにより、描画処理における描画タイミングの調整などを容易に設定することができる。そして、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡをリング状に配置するとともに、分割パターン像ＤＡ１〜ＤＡ６が投影される露光面までの全光路長が等しくなるように分割ミラー対（各ガイドミラー）を配置することにより、各分割パターン像の鮮明さが均一となる。
パターン像の分割数は任意であり、任意の偶数の数に分割することができる。この場合、分割数に合わせてミラー対を配置すればよい。また、パターン像を奇数の数に分割することも可能である。
図１４は、奇数の数に分割するときのＤＭＤにおける分割領域を示した図である。ＤＭＤ２２’の反射面を５等分することによって定められる５つの分割領域ＤＭ１〜ＤＭ５に合わせて５つのミラー対が配置される。分割ミラーの傾斜角度については、偶数の分割時と同様に定められる。
本実施形態では、分割パターン像は投影中心からＸ、Ｙ方向それぞれ離れるように分割ミラーの傾斜角度が設定されているが、例えば中止側分割ミラー３２Ａの辺を正射影したときの投影線がＸ方向、Ｙ方向に沿って平行になるように傾斜させてもよい。
１０ 描画装置（露光装置）
２２ ＤＭＤ（光変調素子アレイ）
２４ 投影光学系
２５ 第１結像光学系(第１光学系)
２６ 第２結像光学系(第２光学系)
３０ 画像分割光学系
３２ ３４、３６ ミラー対
３２Ａ、３４Ａ、３６Ａ 分割ミラー
３２Ｂ、３４Ｂ、３６Ｂ ガイドミラー

Claims (10)

  1. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
    前記光変調素子アレイで反射した光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系とを備え、
    前記投影光学系が、
    前記光変調素子アレイからのパターン像の光を、第１結像面に結像させる第１光学系と、
    分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する複数のミラー対を有する画像分割光学系と、
    前記複数の分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２光学系とを有し、
    前記複数のミラー対それぞれが、第１結像面と交差するように配置される分割ミラーと、前記分割ミラーと平行であって前記分割ミラーからの光を前記第２光学系へ導くガイドミラーとを有し、
    複数の分割ミラーが、副走査方向に沿って連なっている走査バンドの位置に合わせて、複数の分割パターン像が露光面上で互いに間隔を空けて投影されるように、第１結像面に対してそれぞれ傾斜していることを特徴とする露光装置用露光ヘッド。
  2. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
    前記光変調素子アレイで反射した光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系とを備え、
    前記投影光学系が、
    前記光変調素子アレイからのパターン像の光を、第１結像面に結像させる第１光学系と、
    分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する複数のミラー対を有する画像分割光学系と、
    前記複数の分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２光学系とを有し、
    前記複数のミラー対それぞれが、第１結像面と交差するように配置される分割ミラーと、前記分割ミラーと平行であって前記分割ミラーからの光を前記第２光学系へ導くガイドミラーとを有し、
    複数の分割ミラーが、複数の分割パターン像が主走査方向および副走査方向に沿って互いに離れて投影されるように、第１結像面に対してそれぞれ傾斜し、
    前記複数の分割ミラーが、複数の分割パターン像が露光面においてリング状に投影されるように、それぞれ傾斜していることを特徴とする露光装置用露光ヘッド。
  3. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
    前記光変調素子アレイで反射した光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系とを備え、
    前記投影光学系が、
    前記光変調素子アレイからのパターン像の光を、第１結像面に結像させる第１光学系と、
    分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する複数のミラー対を有する画像分割光学系と、
    前記複数の分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２光学系とを有し、
    前記複数のミラー対それぞれが、第１結像面と交差するように配置される分割ミラーと、前記分割ミラーと平行であって前記分割ミラーからの光を前記第２光学系へ導くガイドミラーとを有し、
    複数の分割ミラーが、複数の分割パターン像が主走査方向および副走査方向に沿って互いに離れて投影されるように、第１結像面に対してそれぞれ傾斜し、
    前記複数の分割ミラーが、露光面投影中心に従って規定される４つの象限内それぞれに少なくとも１つの分割パターンが露光面に投影するように、それぞれ傾斜していることを特徴とする露光装置用露光ヘッド。
  4. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
    前記光変調素子アレイで反射した光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系とを備え、
    前記投影光学系が、
    前記光変調素子アレイからのパターン像の光を、第１結像面に結像させる第１光学系と、
    分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する複数のミラー対を有する画像分割光学系と、
    前記複数の分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２光学系とを有し、
    前記複数のミラー対それぞれが、第１結像面と交差するように配置される分割ミラーと、前記分割ミラーと平行であって前記分割ミラーからの光を前記第２光学系へ導くガイドミラーとを有し、
    複数の分割ミラーが、複数の分割パターン像が主走査方向および副走査方向に沿って互いに離れて投影されるように、第１結像面に対してそれぞれ傾斜し、
    中心側に位置する中心側分割ミラーが、露光面投影中心からの距離が主走査方向よりも副走査方向に沿って離れた位置に分割パターン像が投影されるように、傾斜していることを特徴とする露光装置用露光ヘッド。
  5. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
    前記光変調素子アレイで反射した光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系とを備え、
    前記投影光学系が、
    前記光変調素子アレイからのパターン像の光を、第１結像面に結像させる第１光学系と、
    分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する複数のミラー対を有する画像分割光学系と、
    前記複数の分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２光学系とを有し、
    前記複数のミラー対それぞれが、第１結像面と交差するように配置される分割ミラーと、前記分割ミラーと平行であって前記分割ミラーからの光を前記第２光学系へ導くガイドミラーとを有し、
    複数の分割ミラーが、複数の分割パターン像が主走査方向および副走査方向に沿って互いに離れて投影されるように、第１結像面に対してそれぞれ傾斜し、
    中心側に位置する中心側分割ミラーと隣接する分割ミラーが、露光面投影中心からの距離が副走査方向よりも主走査方向に沿って離れた位置に分割パターン像が投影されるように、傾斜していることを特徴とする露光装置用露光ヘッド。
  6. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
    前記光変調素子アレイで反射した光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系とを備え、
    前記投影光学系が、
    前記光変調素子アレイからのパターン像の光を、第１結像面に結像させる第１光学系と、
    分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する複数のミラー対を有する画像分割光学系と、
    前記複数の分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２光学系とを有し、
    前記複数のミラー対それぞれが、第１結像面と交差するように配置される分割ミラーと、前記分割ミラーと平行であって前記分割ミラーからの光を前記第２光学系へ導くガイドミラーとを有し、
    複数の分割ミラーが、複数の分割パターン像が主走査方向および副走査方向に沿って互いに離れて投影されるように、第１結像面に対してそれぞれ傾斜し、
    前記複数の分割ミラーが、パターン像の一方の半分の領域に応じた分割パターン像と、他方の半分の領域に応じた分割パターン像とが露光面投影中心に関して点対称的関係となるように、それぞれ傾斜していることを特徴とする露光装置用露光ヘッド。
  7. 前記複数のガイドミラーが、前記複数の分割ミラーから露光面までのそれぞれの光路長が等しくなるように、第１結像面垂直方向に沿ってその中心が同じ位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の露光装置用露光ヘッド。
  8. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
    前記光変調素子アレイで反射した光を、被描画体の露光面に結像させる投影光学系とを備え、
    前記投影光学系が、
    前記光変調素子アレイからのパターン像の光を、第１結像面に結像させる第１光学系と、
    分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を分割し、複数の分割パターン像を形成する複数のミラー対を有する画像分割光学系と、
    前記複数の分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２光学系とを有し、
    前記複数のミラー対それぞれが、第１結像面と交差するように配置される分割ミラーと、前記分割ミラーと平行であって前記分割ミラーからの光を前記第２光学系へ導くガイドミラーとを有し、
    複数の分割ミラーが、複数の分割パターン像が主走査方向および副走査方向に沿って互いに離れて投影されるように、第１結像面に対してそれぞれ傾斜し、
    前記複数の分割ミラーが、第１結像面に対し、前記投影光学系の焦点深度に応じた角度で傾斜していることを特徴とする露光装置用露光ヘッド。
  9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の露光装置用露光ヘッドを備えることを特徴とする露光装置。
  10. 複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイからのパターン像の光を、第１結像面に結像させる第１結像光学系と、
    分割領域に従って前記第１結像面に形成されるパターン像を第１結像面近傍で少なくとも４つに分割することにより、少なくとも４つの分割パターン像を形成する画像分割光学系と、
    少なくとも４つの分割パターン像の光を前記露光面に結像させる第２結像光学系とを備え、
    前記画像分割光学系が、副走査方向に沿って連なっている走査バンドの位置に合わせて少なくとも４つの分割パターン像が露光面上で互いに間隔を空けて投影されるように、少なくとも４つの分割パターン像を形成することを特徴とする露光装置用投影光学系。
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