JP6633925B2 - 露光装置および露光方法 - Google Patents

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、露光対象物で高低差のある露光対象面にパターン像を露光するマスクレス露光装置および露光方法に関する。

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、パターン像が露光対象面（ワーク材の感光材層など）に形成される。

露光装置においては、高解像度のパターンを形成する必要があることから、オートフォーカス機構によって焦点調整を高精度に行う必要がある。基板は熱変形などによって変形しているため、露光対象面は完全な平面とならない。そのため、高解像度を維持しながら深い焦点深度を得るように、焦点位置を段階的にずらす投影光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、露光対象である球状半導体デバイスなど曲面への露光に対しては、露光対象面すべてを焦点深度に収めるのは困難である。そのため、半導体デバイスを投影光学系の光軸方向に沿って移動させることで焦点深度範囲にある表面部分を徐々に移動させるとともに、ＤＭＤが、半導体デバイスの移動に合わせて焦点範囲にある表面部分に応じたパターンへ順次切り替える露光装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１１−００７９４１号公報 特表２００６−５１３５６８号公報

モバイル機器などにおける配線パターンの細線化、高密度化により、焦点深度を超えた高低差のある回路パターンを形成する必要性が近年生じており、また、デザインとしてパターンをプロダクト表面に形成する新たな加飾方法が提案されている。そのため、従来の平坦な基板とは異なる立体的露光対象物に対しても、現実的なスループットでフォトリソグラフィによるパターン形成を行う必要が生じている。

しかしながら、露光対象物を光軸方向に移動させる露光動作では、１ショットエリアより大きなエリアに対して焦点の合うパターン投影を行うことができず、多重露光（オーバラップ露光）に対応できない。また、１ショットエリア内で焦点位置をずらした投影光学系を配置すると、焦点の合っていないパターン光も投影されるため、露光の解像度が低下する。

したがって、高低差があるような露光対象面に対し、焦点の合った高解像度パターンを全体的に形成できる露光動作を実現することが求められる。

本発明の露光装置は、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と、光変調素子アレイからのパターン光を、被描画体（露光対象物）の露光対象面に投影する投影光学系と、露光エリアを被描画体に対して相対的に移動させる走査部と、露光エリアの位置に応じたパターンデータに基づいて光変調素子アレイを露光制御する露光制御部とを備える。露光制御部は、オーバラップ露光動作を実行すればよい。

本発明の露光装置は、走査平面に平行でない表面、曲面などの外表面をもつ露光対象物に適応可能であり、投影光学系は、走査平面に対し傾斜する焦点面にパターン光を結像させる。ただし、走査平面は、被描画体の走査時の相対移動方向（主走査方向）に沿った平面を表す。投影光学系は、焦点深度の範囲を超えるように傾斜した焦点面に露光エリアを形成することが可能である。具体的には、投影光学系は、「Ｔ＜Ｈ」を満たすように焦点面を形成することができる。ただし、Ｔは投影光学系の焦点深度、Ｈは露光エリアを走査平面の垂線に投影したときの距離を表す。

そして本発明の露光制御部は、露光動作時、すなわち各ショット露光を行うとき、露光対象面の中で合焦範囲にある部分（ここでは、合焦エリアという）に対し、パターンデータに基づいた光変調素子の制御を行う。合焦エリアは、露光エリアの相対的位置と露光対象物の形状、相対的位置に従って露光対象面に規定される領域であり、その形状は様々である。所定のショット露光動作時において、焦点位置に当たる焦点面上に規定される露光エリアに基づいて合焦範囲が定められると、露光対象面の中でその合焦範囲にある合焦エリアに対し、パターン光が投影される。

一方、露光エリアの中で合焦エリアに該当しない部分については、パターンデータに基づく露光動作を行わない。例えば露光制御部は、合焦エリア以外のエリアに応じた光変調素子に対し、マスクデータを設定することができる。マスクデータは、不使用の光変調素子を指定するデータであり、例えば露光データと論理積演算を行うことにより、光変調素子アレイの中で特定の光変調素子を露光パターンに関わらずＯＦＦ方向に駆動することができる。

露光制御部は、被描画体の露光対象面の高さ分布データと、焦点面の走査平面に対する傾斜角度に基づき、合焦エリアに応じた光変調素子に対し、パターンデータに基づく露光制御を行うことができる。例えば、光変調素子の露光エリアにおける投影像であるセルのサイズに合わせて高さ分布データをあらかじめ作成すればよい。

投影光学系は、画質差が生じないように、走査平面の法線と焦点面の法線とのなす角が走査平面の法線と主光線の法線とのなす角より大きくなる範囲で、主光線を焦点面に対して入射させればよい。例えば投影光学系は、コリメートプリズムなどで構成することが可能であり、パターン光の主光線を走査平面に対して略垂直な光で焦点面に入射させる。なお、投影光学系は、前記光変調素子アレイからのパターン光を結像させる結像光学系と、焦点面に投影される投影像の主光線の角度を変更し、被描画体の相対移動方向に沿った走査平面に対し傾斜する焦点面に沿ってパターン光を結像させる光学系とを備えるように構成することが可能であって、投影露光制御に関連付けなくても本発明と同様の技術的意義をもつ。

本発明の他の態様における露光方法は、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からのパターン光を、被描画体の露光対象面に投影し、露光エリアを被描画体に対して相対的に移動させ、露光エリアの位置に応じたパターンデータに基づいて光変調素子アレイを露光制御する露光方法であって、被描画体の相対移動方向に沿った走査平面に対し傾斜する焦点面にパターン光を結像させ、露光動作時、露光対象面の中で焦点深度の範囲にある合焦エリアに対し、パターンデータに基づいた光変調素子の制御を行う。

一方、本発明の他の態様における露光装置は、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と、光変調素子アレイからのパターン光を、被描画体の露光対象面に投影する投影光学系と、露光エリアを被描画体に対して相対的に移動させる走査部と、露光エリアの位置に応じたパターンデータに基づいて光変調素子アレイを露光制御する露光制御部とを備え、走査部が、露光エリアを主走査方向に沿って移動させながら露光平面に垂直な方向に沿って昇降させ、露光制御部が、露光動作時、露光対象面の中で焦点深度の範囲にある合焦エリアに対し、パターンデータに基づいた光変調素子の制御を行う。

走査部は、露光エリアの昇降過程で非露光エリアが生じないように定められる、露光エリアの主走査方向への移動速度および走査平面垂直方向に沿った移動距離に従って露光対象物を相対移動させればよい。

本発明の他の態様における露光方法は、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からのパターン光を、被描画体の露光対象面に投影し、露光エリアを被描画体に対して相対的に移動させ、露光エリアの位置に応じたパターンデータに基づいて光変調素子アレイを露光制御する露光方法であって、露光エリアを主走査方向に沿って移動させながら露光平面に垂直な方向に沿って昇降させ、露光動作時、露光対象面の中で焦点深度の範囲にある合焦エリアに対し、パターンデータに基づいた光変調素子の制御を行う。

本発明によれば、マスクレス露光装置において、高低差のある露光対象物においても、全体に渡って焦点を合わせて高解像度のパターンを形成することができる。

第１の実施形態である露光装置のブロック図である。 投影光学系の概略的内部構成の一例を示した図である。 多重露光動作時の露光対象物の移動方向傾斜角度を俯瞰的に示した図である。 露光対象物の斜視図である。 露光対象物を上から見た平面図である。 露光対象物と焦点面とを横方向から見た図である。 焦点面が露光対象物と交差する断面を示した図である。 露光対象物と焦点面の交差部分を示した図である。 所定の露光位置における露光対象物外表面の合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。 露光動作処理のフローチャートである。 露光面上におけるセル高さを示した図である。 走査平面（描画面）上におけるセル配列位置を示した図である。 走査平面上における露光対象物の高さ分布を示した図である。 主光線が傾斜しているときの焦点深度と合焦可能範囲を示した図である。 露光動作中における露光エリアの鉛直方向移動を示した図である。 露光不可能エリアが生じる場合の露光エリアの移動過程を示した図である。 露光不可能エリアが生じない場合の露光エリアの移動可能を示した図である。 露光エリアの幅に対する移動高さが低くなるように変えた場合の露光エリアの移動過程を示した図である。 露光エリアの幅に対する移動高さが高くなるように変えた場合の露光エリアの移動過程を示した図である。

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、第１の実施形態である露光装置のブロック図である。

露光装置１０は、露光対象物（被描画体）Ｗの表面に設けられた感光層Ｐへ光を照射することによってパターンを形成するマスクレス露光装置であり、露光対象物Ｗがステージ（描画テーブル）１２に搭載される。ステージ駆動機構１５は、主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに沿ってステージ１２を移動させることができるとともに、ステージ１２の移動方向（Ｘ−Ｙ方向）に垂直なＺ方向にも移動させることができる。

露光装置１０は、パターン光を投影する複数の露光ヘッドを備えており（ここでは１つの露光ヘッド２０のみ図示）、露光ヘッド２０は、照明光学系２１、ＤＭＤ２２、投影光学系２３を備える。放電ランプなどによって構成される光源４０は、光源駆動部４１によって駆動される。

ベクタデータなどで構成されるＣＡＤ／ＣＡＭデータが露光装置１０へ入力されると、描画処理部２６は、ベクタデータをラスタデータに変換する。ラスタデータは、バッファメモリ（図示せず）に一時的に格納された後、画面生成部２４へ送られる。

ＤＭＤ２２は、微小マイクロミラーを２次元配列させた光変調素子アレイであり、各マイクロミラーは、姿勢を変化させることによって光の反射方向を選択的に切り替える。画面生成部２４がＤＭＤ２２を駆動することによって各ミラーが姿勢制御され、パターンに応じた光が投影光学系２３を介して焦点面に結像される。これによって、パターン像が露光対象面に形成される。

ステージ駆動機構１５は、コントローラ３０からの制御信号に従い、ステージ１２を移動させる。ステージ駆動機構１５にはエンコーダ（図示せず）が備わっており、ステージ１２の位置を測定し、コントローラ３０にフィードバックする。コントローラ３０は、露光装置１０の動作を制御し、ステージ駆動機構１５、描画処理部２６などへ制御信号を出力する。露光動作に関するプログラムは、あらかじめＲＡＭ（図示せず）などのメモリに格納されている。

露光動作前のアライメント調整および露光動作の際に、ステージ１２は、主走査方向Ｘに沿って一定速度で移動する。ＤＭＤ２２全体による投影エリア（以下、露光エリアという）は、ステージ１２の移動に伴って露光対象物Ｗ上を相対的に移動する。ここでは、多重露光動作、すなわちオーバラップ露光動作を実行するように構成されており、ステージ１２の移動方向である主走査方向Ｘは、露光エリアのカラム方向（Ｘ方向）に対して微小角度傾斜している。

また、露光ピッチは、ミラー１ショットの中心位置（以下、露光点という）が互いに重ならないように微小角度に応じて定められている。これにより、ミラー投影エリア（セル）サイズ内に露光点が多数分散して点在することになり、積算光量分布に偏りなく多重露光によってパターン形成することができる。露光ヘッド２０を含めた複数の露光ヘッドそれぞれの露光動作によって描画することによって、露光対象物Ｗの露光対象面全体にパターンが形成される。

本実施形態の露光装置は、走査平面に対して平行ではない平面、曲面あるいはそれらを組み合わせた露光対象面をもつ露光対象物Ｗに対し、パターンを形成することが可能である。結像光学系２３Ｂは、Ｘ−Ｙ平面、すなわちステージ１２の移動方向に沿った平面に対して垂直方向Ｚに傾斜する焦点面を形成するように構成されている。

コントローラ３０は、ステージ１２の移動中、露光対象物Ｗの露光対象面の中で合焦範囲にあるエリアにショット露光する投影マイロミラーを選択し、それ以外のマイクロミラーに対しては、マスク生成部２５で生成されるマスクデータに基づいてマスク処理を施す。以下、投影光学系２３および３次元露光動作について説明する。

図２は、投影光学系の概略的内部構成の1例を示した図である。

投影光学系２３は、コリメートプリズム２３Ａ、結像光学系２３Ｂ、コリメートプリズム２３Ｃを備え、結像光学系２３Ｂは、共役関係にあるコリメートプリズム２３Ａ、２３Ｃの間に配置されている。コリメートプリズム２３Ａ，２３Ｃは、それぞれ結像面に投影される投影像の主光線の角度を変更するためのウェッジプリズムであり、対として使用することで投影光学系２３の入射側光路と出射側光路を略平行に保ちながら（コリメートしながら）焦点面を傾斜させる機能を果たす。コリメートプリズム２３Ａとコリメートプリズム２３Ｃは結像光学系２３Ｂを挟むようにＤＭＤ側とステージ１２側と間に配置されている。結像光学系２３Ｂは、焦点深度Ｔの範囲でパターン光を結像させる。

コリメートプリズム２３Ａ、２３Ｃは、ＤＭＤ２２からのパターン光の主光線ＭＣを垂直方向Ｚに沿ってステージ１２方向へ導く。ここでの主光線ＭＣは、主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙによって規定される走査平面ＳＰに対して垂直に入射する。したがって、コリメートプリズム２３Ａ、２３Ｃは、焦点面（結像面）を、走査平面ＳＰに対し垂直方向Ｚ側に傾斜した平面に沿って形成する。図２では、焦点面を符号「ＥＳ」で表している。

これにより、ＤＭＤ２２からのパターン光が結像する像面エリア、すなわち露光エリアＥＡは、焦点面ＥＳに沿ったエリアとなる。コリメートプリズム２３Ａ、２３Ｃは、露光エリアＥＡの走査平面ＳＰに対する垂直方向高さＨが焦点深度Ｔよりも大きくなるように、焦点面ＥＳを走査平面ＳＰに対し傾ける。なお焦点深度Ｔについては、垂直方向Ｚに沿って定めている。なお、露光可能な主走査方向に沿った長さ（幅）について、便宜上、露光対象物と同じ符号“Ｗ”を以下において用いている。

図３は、多重露光動作時の露光対象物の移動方向傾斜角度を俯瞰的に示した図である。

図３において、ａｗは、露光エリアＥＡにおいて焦点深度に相当する高さ（＝Ｔ）までの主走査方向Ｘに沿った微小露光エリア幅を表す。上述したように、ステージ１２の移動方向である主走査方向Ｘに対して、露光エリアのカラム方向（Ｘ方向）が焦点面ＥＳに沿って微小角度だけ傾斜している。このとき、多重露光動作を実現させるため、傾斜角度は、以下の式を満たすように定められる。ただし、ａｓは、微小露光エリア幅ａｗの位置における露光エリアＥＡの副走査方向Ｙに沿った長さを示す。ＣＳは、マイクロミラーの投影像（セル）の露光面上でのサイズ（セルサイズ）を表す。

ａｓ＝ｍ×ＣＳ （ｍは素数）
・・・・・（１）

上記数式を満たすことにより、焦点深度Ｔの範囲で、多重露光動作のときの光量分布の偏りが抑えられる。特に、ｍを素数とすることで最も光量分布の偏りを抑えることができる。

次に、図４〜図１０を用いて、多重露光動作をおこなったときに露光エリアの中で露光対象となる部分の変化について説明する。

図４は、露光対象物Ｗの斜視図である。図５は、露光対象物Ｗを上から見た平面図である。ここでは、説明を簡単にするため、露光対象物Ｗを四角錐の形状とし、その外表面ＷＳは４つの三角形状平面から成る。なお、図４、５では、便宜上、露光対象物Ｗの突起部分のみを図示している。また、以下では突起部分だけに関しても符号Ｗを適宜用いる。

図６は、露光対象物Ｗと焦点面ＥＳとを横方向から見た図である。図７は、焦点面ＥＳが露光対象物Ｗと交差する断面を示した図である。図６、７には、所定の露光ピッチで移動する焦点面ＥＳとそのときの露光対象物Ｗの位置関係を示している。ここでは説明を簡単にするために比較的大きな露光ピッチを設定しているが、実際は微小距離間隔であり、実質的に連続的移動とみなせる。

図６に示すように、四角錐形状である露光対象物Ｗの外表面ＷＳは、ステージ１２すなわち走査平面ＳＰに対する傾斜角度を有する。Ｐ１〜Ｐ１０の露光位置で露光動作を行う場合、各露光動作時に焦点面ＥＳが露光対象物Ｗと交差する断面形状は、それぞれ異なる。ここでの露光対象物Ｗの外表面ＷＳは、走査平面ＳＰとは異なる傾斜角度になっている。

一方、焦点深度Ｔは焦点面ＥＳの光路方向の前後に定められるものであり、焦点面ＥＳの前後の焦点深度の半分の距離（＝Ｔ／２）の範囲で焦点面ＥＳと垂直にオフセットしていても、焦点が合うものと見なせる。したがって、焦点面ＥＳと露光対象物Ｗが交差する場合、その外表面ＷＳでは、焦点位置となる交線を内包する部分（以下、合焦エリアという）が、焦点深度Ｔの範囲に応じて存在する。

図８Ａは、露光対象物と露光位置Ｐ３における焦点面との交差部分を示した図である。図８Ｂは、露光位置Ｐ３における露光対象物外表面（以下、露光対象面ともいう）ＷＳの合焦エリアを上から示した図である。図８Ｂでは、露光エリアＥＡの中で合焦エリア（＝合焦範囲に収まる領域）ＥＰを白色で示している。また図８Ｂでは、露光対象物Ｗの露光エリアＥＡに対する相対位置に基づいて露光対象物外表面ＷＳを鎖線で示している。

図９Ａ〜図９Ｊは、露光位置Ｐ１〜Ｐ１０における合焦エリアを上から見て示した図である。ここでは、露光ヘッド２０と露光対象物Ｗの相対移動に従う合焦エリアＥＰの変化を時系列的に示している。図９Ａ〜９Ｊから明らかなように、合焦エリアＥＰは、露光エリアＥＡの移動に伴ってそのエリア形状は変遷し、その形状は１つの閉じた図形に限らず、複数の領域が分散する場合もある。一方、露光対象物外表面ＷＳの合焦エリアＥＰ以外にパターン光を投影すると、その像は焦点が合っていない。そのため、マスクデータを用いたマスク処理によって合焦エリアのみパターン光を投影し、それ以外の領域についてはパターン光を投影しない。

図１０は、露光動作処理のフローチャートである。図１１は、露光面上におけるセル高さを示した図である。図１２は、走査平面（描画面）上におけるセル位置座標を示した図である。図１３は、走査平面上における露光対象物の高さ分布を示した図である。図１０〜図１３を用いて、露光動作処理について説明する。

ステップＳ１０１では、光変調素子アレイであるＤＭＤ２２においてアレイの中の配列位置（ｒ、ｃ）をもつマイクロミラーＭＭに関し、その焦点面ＥＳでのセルＣの高さａＨが、以下の式によって算出される（図１１参照）。すなわち、１つのマイクロミラーの焦点面ＥＳ上でのショットエリアの高さが求められる。ただし、配列位置ｒは、ＤＭＤ２２上で規定される座標である。また、ＣＳは、セルサイズを表す。

ａＨ＝ｒ×ＣＳ×Ｈ／Ｗ
・・・・・（２）

ステップＳ１０２では、マイクロミラーＭＭ（＝セルＣ）の走査平面ＳＰにおける配列位置（ａｘ、ａｙ）に基づき、露光対象物外表面ＷＳの高さｈが求められる（図１２、図１３参照）。図１２に示すように、ＤＭＤ２２の描画面上における原点座標（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）から、マイクロミラーＭＭに応じたセルＣの配列位置（ａｘ、ａｙ）が以下の式によって求められる。なお、図１２に示すエリアＥＡ’は、ＤＭＤ２２全体から光を走査平面ＳＰに投影したときのエリアを示している。

ａｘ＝Ｘｐｏｓ＋ｒ×ＣＳ
ａｙ＝Ｙｐｏｓ＋ｃ×ＣＳ
・・・・・（３）

一方、露光対象物Ｗについては、セルサイズＣＳに応じた微小領域ごとの高さ分布データがあらかじめデータとしてメモリ３２に記憶されており、上記式で算出された配列位置（ａｘ、ａｙ）に対応する露光対象物Ｗの高さｈが読み出される。図１３に示すように、走査平面ＳＰの全域はセルサイズＣＳに応じてマトリクス状（格子状）に細分化されており、露光対象物Ｗの各微小領域の高さ分布データが、同一高さを示す等高線ＥＨに基づいて定められている。なお、露光対象物Ｗのステージ１２上の搭載位置および露光動作回数に基づいて露光対象物Ｗの描画面上における位置Ｗ０が検出される。

ステップＳ１０３では、露光対象物外表面ＷＳのセルＣの配列位置（ａｘ、ａｙ）での高さｈが、合焦範囲内にあるか否かが以下の式に基づいて判断される。

ａＨ−Ｔ／２＜ｈ＜ａＨ＋Ｔ／２
・・・・・（４）

（４）式を満たす場合、パターンデータに基づいてマイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦ制御するため、マスクデータをＯＦＦに設定する（Ｓ１０４）。一方、（４）式を満たさない場合、マスク処理を施すため、対象となるマイクロミラーに対してマスクデータＯＮを設定する（Ｓ１０５）。このような判断を露光エリアＥＡ全体に対して実行すると（Ｓ１０６）、マスク生成部２５はマスクデータを生成し、画面生成部２４は、描画処理部２６で生成されたラスタデータにマスクデータを重ねた露光データに基づいて、パターン光を投影する（Ｓ１０７）。露光対象面の全エリアに対する描画が終了するまで露光動作が続けられる。

このように本実施形態によれば、立体的な露光対象物Ｗに対して多重露光動作を行うため、投影光学系２３がコリメートプリズム２３Ａ、２３Ｃによって焦点面ＥＳを走査平面ＳＰに対して傾斜させる。そして、露光位置で焦点位置から外れる表面部分に光を投影するマイクロミラーについては、マスクＯＮに設定し、合焦範囲にある表面部分については、マスクＯＦＦ設定してパターンデータに基づいてマイクロミラーを制御する。

これにより、露光対象物の外表面が平坦でなく、ワンショットエリアとなる露光エリア内において焦点深度を超える高低差がある場合でも、焦点の合った高解像度のパターンを形成することができる。また、多重露光動作によってパターンを形成するため、露光対象領域が広い場合でもその表面全体に焦点の合ったパターン光を結像させることができる。

なお、本実施形態では、主光線ＭＣは走査平面ＳＰに垂直入射するように構成されているが、ある程度許容される範囲で垂直方向Ｚに対し傾斜していてもよい。この場合、走査平面ＳＰの法線と結像面ＥＳの法線とのなす角をａ、走査平面ＳＰの法線と主光線ＭＣの法線とのなす角をｂとすると、ａ＞ｂを満たすようにコリメートプリズム２３Ａ、２３Ｃの光学特性が定められる。この範囲であれば、露光対象面の傾斜する向きによって画質に差異が生じない。

図１４は、主光線ＭＣが傾斜しているときの焦点深度の範囲を示した図である。

図１４において、αは主光線ＭＣと走査平面ＳＰの法線との成す角度を表す。主光線ＭＣが垂直入射する場合（α＝０）、主走査方向Ｘに沿って焦点深度Ｔ内に収まる露光可能範囲２Ｂは、以下の式によって求められる。ただし、βは走査平面ＳＰと焦点面ＥＳのなす角度を表す。

２Ｂ＝Ｔ／ｔａｎβ
・・・・・（５）

一方、主光線ＭＣが垂直入射しない場合、露光可能範囲２Ｂは以下の式によって求められる。図１４では、主光線ＭＣが垂直入射していない場合の状態を示している。

２Ｂ＝Ｔ×ｃｏｓα／ｔａｎβ
・・・・（６）

これに基づいて、投影エリア位置座標、およびセル配列位置などが補正される。

本実施形態では、結像面ＥＳが平面であるが、光学系特性に合わせて結像面ＥＳが曲率をもつ曲面として定めてもよく、平面に限定されない。この場合、その結像面の面特性に合わせて露光動作を作成すればよい。また、焦点深度Ｔの範囲全体ではなく、焦点深度の上限値、下限値付近を除いた焦点面に近い範囲だけで合焦範囲を定めてもよい。

また本実施形態では、主光線を走査平面に対して垂直に入射するとともに、焦点面（結像面）を、走査平面に対し垂直方向Ｚ側に傾斜した平面に沿って形成するためのコリメート手段として、コリメートプリズムを使用したが、コリメート手段はコリメートプリズムに限定するものではなく、例えばレンズやミラーを用いても良い。また、コリメート手段に焦点面の傾斜角度を変更可能な機構を設け、露光対象物の形状に応じて角度調整しても良い。

本実施形態では、露光対象物Ｗについて微小領域ごとの高さデータがあらかじめデータとしてメモリ３２に記憶されているが、この高さデータは露光装置内部にて不図示のセンサを用いて測定し作成することとしてもよい。あるいは、露光装置外部の測定機によって測定した結果を入力するようにしてもよい。

次に、図１５を用いて、第２の実施形態である露光装置について説明する。第２の実施形態では、投影光学系２３が走査平面に平行な露光面を結像し、ステージ駆動機構１５が走査方向Ｘにステージ１２を移動させるとともに走査平面ＳＰに対し垂直な方向に往復移動させながら露光動作を行う。それ以外の構成については第1実施形態と共通であるので説明は省略する。

図１５Ａは、露光動作中における露光エリアの垂直方向移動を示した図である。

第２の実施形態では、投影光学系２３は、走査平面ＳＰに平行な焦点面を形成する。その一方で、ステージ１２を露光動作中、すなわちステージ１２を主走査方向Ｘに移動している間、垂直方向Ｚに沿って上昇、下降させる。このとき多重露光動作の露光ピッチに合わせて上昇、下降する。図１５Ａには、最下段から最上段まで高さａＨの距離を移動する露光エリアＥＡの位置の変動を示している。

ステージ１２が主走査方向Ｘに移動しながら垂直方向Ｚに移動していくため、ステージ１２の移動速度によっては、多重露光動作を行っているのに露光エリアＥＡが通過しない（すなわち多重露光できない）露光不可能エリアが生じてしまう。これを防ぐため、ステージ１２の往路と復路で２回露光動作を実現できる移動速度を設定する必要がある。

図１５Ｂは、露光不可能エリアが生じる場合の露光エリアＥＡの移動過程を示した図である。図１５Ｂには、露光エリアＥＡが最上段へ移動するまでに主走査方向Ｘに沿ってステージ１２の移動する距離ａＸが、高さａＨと等しい（図１５Ｂの角度γ＝４５°）。図１５Ｂの、露光エリアＥＡが通過しない三角形状空白部分ＥＴに露光対象面が存在する場合、その部分は露光できない。

図１５Ｃは、露光不可能エリアＥＡが生じない場合の露光エリアＥＡの移動過程を示した図である。Ｗｘ≧２×ａＸの場合、すべてのエリアで露光エリアＥＡが少なくとも１度通過し、多重露光することができる。このときの角度γは６０°である。

図１５Ｄは、露光エリアＥＡの幅に対する移動高さが低くなるように変えた場合の露光エリアＥＡの移動過程を示した図である。ａＸ＝ａＨである場合においても、２Ｗｘ≧ａＸであれば、すべての露光対象エリアに対して露光可能である。

図１５Ｅは、露光エリアＥＡの幅に対する移動高さが高くなるように変えた場合の露光エリアＥＡの移動過程を示した図である。Ｗｘ＞ａＨであっても、露光対象エリア全体に対して露光可能である。

このように、露光エリアＥＡが最上段へ移動するまでに主走査方向Ｘに沿ってステージ１２の移動する距離ａＸと、移動高さａＨとを調整する（実質的にはステージ１２の移動速度と移動高さａＨとを調整する）ことによって、露光対象エリアを確実に露光することができる。コントローラ３０は、ステージ１２の移動速度とステージ１２の鉛直方向移動範囲を、露光対象物Ｗの高さ情報などに基づいて定める。なお、露光動作については、第１の実施形態の図１１に示した露光制御と同様、合焦エリアに該当するマイクロミラーをパターンデータに基づいて制御し、それ以外についてはマスクデータによってＯＦＦに設定すればよい。

なお、本実施形態では、ステージのＺ方向の移動速度が往復で同じ場合について説明したが、上昇時と下降時で異なる速度で移動するようにしても良い。また、上昇または下降の一方の間のみ露光するようにしても良い。例えば、ステージを走査方向に移動させると同時に上昇させながら多重露光を行い、露光エリアＥＳがａＨまで上昇した時点でステージの走査を停止し、ステージを下降させてから、再度ステージの走査と上昇および露光を行っても良い。その場合は露光エリアの移動過程を示す図形は鋸歯状となる。

露光動作については、第１の実施形態と同様、焦点深度に合わせて露光対象物Ｗの露光対象面高さがが焦点深度の範囲に収まるか否かを判断し、合焦範囲の表面部分についてはパターンデータによる露光動作を行い、それ以外についてはマイクロミラーＯＦＦ状態にしてマスク処理を行う。なお、ステージ１２の代わりに露光ヘッドあるいは投影光学系を垂直方向Ｚに沿って相対移動ささせてもよい。

以上、第１の実施形態によれば、投影光学系の焦点深度以上の高低差のある露光対象物においても、1度の走査露光によって全体に焦点の合ったパターンを形成することができるので、スループットよく非平坦面を含む露光対象物を露光する事ができる。また、第２実施形態によれば、第1実施形態よりも更に大きな高低差のある露光対象物を1度の走査によって露光することができる。

１０ 露光装置
１２ ステージ
１５ ステージ駆動機構（走査部）
２０ 露光ヘッド
２２ ＤＭＤ（光変調素子アレイ）
２３ 投影光学系
２３Ａ コリメートプリズム
２３Ｂ 結像光学系
２３Ｃ コリメートプリズム
２４ 画面生成部
２５ マスク生成部
３０ コントローラ（露光制御部、走査部）
ＥＳ 焦点面
Ｔ 焦点深度
Ｗ 露光対象物

Claims (8)

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からのパターン光を、被描画体の露光対象面に投影する投影光学系と、
   露光エリアを前記被描画体に対して相対的に移動させる走査部と、
   露光エリアの位置に応じたパターンデータに基づいて前記光変調素子アレイを露光制御する露光制御部とを備え、
   前記投影光学系が、前記被描画体の相対移動方向に沿った走査平面に対し傾斜する焦点面にパターン光を結像させ、
   前記露光制御部が、露光動作時、露光対象面の中で焦点深度の範囲にある合焦エリアに対し、パターンデータに基づいた光変調素子の制御を行い、
   前記投影光学系が、パターン光の主光線を走査平面に対して略垂直な光で焦点面に入射させることを特徴とする露光装置。
2. 前記露光制御部が、前記被描画体の露光対象面高さ分布データと、焦点面の走査平面に対する傾斜角度に基づき、合焦エリアに応じた光変調素子に対し、パターンデータに基づく露光制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記露光制御部が、合焦エリア以外のエリアに応じた光変調素子に対し、マスクデータを設定することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の露光装置。
4. 前記投影光学系が、以下の関係式を満たすように焦点面を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
   
   Ｔ＜Ｈ
   
   ただし、Ｔは投影光学系の焦点深度、Ｈは露光エリアを走査平面の垂線に投影したときの距離である。
5. 前記投影光学系が、走査平面の法線と焦点面の法線とのなす角が走査平面の法線と主光線とのなす角より大きくなる範囲で、主光線を焦点面に対して入射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装置。
6. 焦点面が平面であ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装置。
7. 前記投影光学系が、コリメートプリズムを有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装置。
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からのパターン光を、被描画体の露光対象面に投影し、
   露光エリアを前記被描画体に対して相対的に移動させ、
   露光エリアの位置に応じたパターンデータに基づいて前記光変調素子アレイを露光制御する露光方法であって、
   前記被描画体の相対移動方向に沿った走査平面に対し傾斜する焦点面にパターン光を結像させ、
   露光動作時、露光対象面の中で焦点深度の範囲にある合焦エリアに対し、パターンデータに基づいた光変調素子の制御を行う露光方法であって、
   パターン光の主光線を走査平面に対して略垂直な光で焦点面に入射させることを特徴とする露光方法。