KR101659391B1

KR101659391B1 - Exposure head and exposure apparatus

Info

Publication number: KR101659391B1
Application number: KR1020100059199A
Authority: KR
Inventors: 타케시 후쿠다; 히로미 이시카와
Original assignee: 가부시키가이샤 아도테크 엔지니어링
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2016-09-23
Also published as: JP2011007941A; KR20100138805A; JP5328512B2

Abstract

초점 거리가 같은 광빔으로 다중 초점 노광을 행함으로써 높은 해상도를 유지하고 또한 깊은 초점 심도를 얻을 수 있는 노광 헤드 및 노광 장치를 제공한다. 노광 장치는 광을 조사하는 광원(66)과, 2차원 형상으로 배열된 복수의 마이크로미러를 구동해서 복수의 광빔을 생성하는 미러 디바이스(50)와, 미러 디바이스(50)에 의해 생성된 복수의 광빔 각각을 집광하는 집광 광학계와, 집광 광학계에 의해 집광된 복수의 광빔 각각을 감광 재료 상에 결상시키는 결상 광학계(80,82)와, 집광 광학계와 결상 광학계 사이의 복수의 광빔의 광로 상에 광축과 직교하도록 배치된 두께가 다른 복수의 부분을 갖는 평행 평판(10)을 구비한 복수의 노광 헤드를 갖는다. 이들 복수의 노광 헤드를 감광 재료에 대하여 소정 방향으로 상대 이동시켜서 감광 재료의 대략 동일 위치를 초점 위치가 다른 광빔으로 중첩해서 노광한다. Provided are an exposure head and an exposure apparatus capable of maintaining a high resolution and obtaining a deep depth of focus by performing multi-focus exposure with a light beam having the same focal distance. The exposure apparatus includes a light source 66 for irradiating light, a mirror device 50 for generating a plurality of light beams by driving a plurality of micromirrors arranged in a two-dimensional shape, a plurality of mirrors An optical system (80, 82) for focusing each of the plurality of light beams condensed by the condensing optical system on a photosensitive material, and a condenser lens And a parallel plate 10 having a plurality of portions different in thickness arranged so as to be orthogonal to each other. The plurality of exposure heads are relatively moved in a predetermined direction with respect to the photosensitive material so that the substantially same position of the photosensitive material is overlaid with a light beam having a different focal position.

Description

[0001] EXPOSURE HEAD AND EXPOSURE APPARATUS [0002]

본 발명은 노광 헤드 및 노광 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an exposure head and an exposure apparatus.

종래, 화상 데이터에 의거하여 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광을 이용하여 감광 재료를 노광하는 노광 헤드, 및 상기 노광 헤드를 주사시켜서 상기 감광 재료 상에 화상 패턴을 형성하는 노광 장치가 여러 가지 알려져 있다. 공간 광변조 소자는 조사된 광을 각각 제어 신호에 따라서 변조하는 다수의 화소부가 병설되어 이루어지는 것이다. 공간 광변조 소자의 일례로서 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD : 등록상표)를 들 수 있다. DMD는 제어 신호에 따라서 반사면의 각도를 변화시키는 다수의 마이크로미러가 규소 등의 반도체 기판 상에 2차원 형상으로 배열되어 이루어지는 미러 디바이스이다. Conventionally, various types of exposure apparatuses have been known, including an exposure head for exposing a photosensitive material using light modulated by a spatial light modulation element based on image data, and an exposure apparatus for forming an image pattern on the photosensitive material by scanning the exposure head have. The spatial light modulating device is composed of a plurality of pixel units for modulating irradiated light according to a control signal. As an example of the spatial light modulation device, a digital micromirror device (DMD: registered trademark) can be mentioned. A DMD is a mirror device in which a plurality of micromirrors, which change the angle of a reflecting surface in accordance with a control signal, are arranged in a two-dimensional shape on a semiconductor substrate such as silicon.

일본 특허공개 2007-33973호 공보에는 조사된 광을 각각 제어 신호에 따라서 변조하는 화소부가 다수 병설되어 이루어지는 공간 광변조 소자를 구비하고, 감광 재료에 대하여 상대 이동해서 상기 감광 재료의 동일 위치를 복수의 상기 화소부로부터의 광에 의해 다중 노광하는 노광 헤드에 있어서, 상기 공간 광변조 소자와 상기 감광 재료 사이의 광로에 상기 공간 광변조 소자의 각 화소부로부터의 광을 각각 집광하는 마이크로렌즈가 어레이 형상으로 배치되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이가 배치되고, 상기 동일 위치의 다중 노광에 사용되는 상기 마이크로렌즈 중 적어도 2개의 마이크로렌즈의 초점 거리가 다른 것을 특징으로 하는 노광 헤드가 기재되어 있다. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-33973 discloses a liquid crystal display device which has a spatial light modulation element in which a plurality of pixel portions for modulating irradiated light according to a control signal are arranged in parallel and moves relative to the photosensitive material, And a microlens for condensing light from each pixel portion of the spatial light modulation element into an optical path between the spatial light modulation element and the photosensitive material, And a focal distance of at least two micro lenses of the micro lenses used for multiple exposure at the same position are different from each other.

일본 특허공개 2007-33973호 공보 및 일본 특허공개 평6-331942호 공보에 기재된 발명은 모두 초점 심도의 확대를 도모하는 것을 목적으로 하고 있다. 그러나, 일본 특허공개 2007-33973호 공보에 기재된 노광 헤드 등은 초점 거리가 다른 2종류 이상의 마이크로렌즈를 사용하고 있으므로 다중 노광에 사용하는 광빔의 수속 각도가 다르고, 빔 웨이스트 지름도 다르다. 이 때문에, 일본 특허공개 2007-33973호 공보에 기재된 노광 헤드 등은 해상도가 높아질수록 초점 심도의 확대를 도모하는 것이 어려워져 고정세한 노광에는 적합하지 않다. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-33973 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-331942 all aim to increase the depth of focus. However, the exposure head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-33973 uses two or more types of microlenses having different focal lengths, so that the convergence angle of the light beam used for multiple exposure differs and the beam waist diameter also differs. For this reason, it is difficult for the exposure head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-33973 to increase the depth of focus as the resolution is higher, which is not suitable for exposure with high precision.

또한, 일본 특허공개 평6-331942호 공보에는 회절 광학 소자를 적어도 1매 포함하는 투영 렌즈계에 있어서 상기 회절 광학 소자 중의 1매는 복수의 존으로 이루어지고, 상기 복수의 존을 투과하는 광속(光束)이 광축 방향의 약간 다른 적어도 2점의 위치에서 결상하도록 상기 복수의 존이 서로 다른 결상 작용을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 렌즈계가 기재되어 있다.Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-331942 discloses a projection lens system including at least one diffractive optical element, wherein one of the diffractive optical elements is composed of a plurality of zones, and a light flux (light flux) And the plurality of zones have different imaging actions so as to form images at at least two points slightly different in the direction of the optical axis.

일본 특허공개 평6-331942호 공보에 기재된 투영 렌즈계는 회절 광학 소자를 이용하여 복수의 위치에 결상되는 광빔을 얻고 있고, 얻어지는 광빔의 광축 방향이 다르므로 고정세한 다중 노광에는 적합하지 않다. 또한, 복수의 존으로 이루어지는 특수한 구조의 회절 광학 소자가 필요하게 된다. The projection lens system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-331942 obtains a light beam that is imaged at a plurality of positions by using a diffractive optical element. Since the direction of the optical axis of the obtained light beam is different, it is not suitable for multiple exposure with high precision. In addition, a diffractive optical element having a special structure composed of a plurality of zones is required.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것이고, 초점 거리가 동일한 광빔으로 다중 초점 노광을 행함으로써 높은 해상도를 유지하고 또한 깊은 초점 심도를 얻을 수 있는 노광 헤드 및 노광 장치를 제공한다. The present invention has been made to solve the above problems, and provides an exposure head and an exposure apparatus capable of maintaining a high resolution and obtaining a deep focus depth by performing multi-focus exposure with a light beam having the same focal distance.

본 발명에 의한 노광 헤드는 광을 조사하는 광원과, 2차원 형상으로 배열된 복수의 화소부를 구비해서 구성되고, 상기 복수의 화소부 각각이 상기 광원으로부터 조사된 광을 화상 데이터에 따라서 변조해서 복수의 화소부 각각에 대응한 복수의 광빔을 생성하는 공간 광변조 소자와, 상기 공간 광변조 소자에 의해 생성된 복수의 광빔 각각을 집광하는 집광 광학계와, 상기 집광 광학계에 의해 집광된 복수의 광빔 각각을 감광 재료 상에 결상시키는 결상 광학계와, 상기 집광 광학계와 상기 결상 광학계 사이에 배치됨과 아울러 상기 공간 광변조 소자에 의해 생성된 복수의 광빔의 광로 상에 광축과 교차하도록 배치되어 초점 위치가 다른 복수의 광빔을 생성하도록 두께가 다른 복수의 부분을 갖는 평행 평판을 구비하는 것을 특징으로 한다. An exposure head according to the present invention comprises a light source for emitting light and a plurality of pixel portions arranged in a two-dimensional shape, wherein each of the plurality of pixel portions modulates light irradiated from the light source according to image data A light converging optical system for converging each of the plurality of light beams generated by the spatial light modulating element, and a plurality of light beams condensed by the condensing optical system, An optical system that is disposed between the condensing optical system and the imaging optical system and that is disposed so as to intersect an optical axis on a light path of a plurality of light beams generated by the spatial light modulation element, And a parallel flat plate having a plurality of portions having different thicknesses so as to produce a light beam of the flat plate.

상기 노광 헤드 및 노광 장치에 있어서, 상기 평행 평판의 복수의 부분은 상기 감광 재료가 노광에 의해 광투과율이 저하되는 특성을 가질 경우에는 이면측으로부터 순차적으로 노광되는 배열이 되고, 상기 감광 재료가 노광에 의해 광투과율이 증가하는 특성을 가질 경우에는 표면측으로부터 순차적으로 노광되는 배열이 되도록 상기 미리 정한 방향으로는 단계적으로 다른 두께로 형성된 것으로 해도 된다. In the exposure head and the exposure apparatus, a plurality of portions of the parallel flat plate are arranged to be sequentially exposed from the back side when the photosensitive material has a characteristic of decreasing the light transmittance by exposure, and the photosensitive material is exposed The light emitting device may be formed to have a different thickness stepwise in the predetermined direction so as to be arranged to be sequentially exposed from the surface side.

상기 노광 헤드 및 노광 장치에 있어서, 상기 공간 광변조 소자로서는 마이크로미러를 화소부로서 구비한 반사형의 공간 광변조 소자를 사용하는 것이 바람직하다. In the exposure head and the exposure apparatus, it is preferable to use a reflection type spatial light modulation element provided with a micromirror as a pixel portion as the spatial light modulation element.

상기 평행 평판은 상기 감광 재료의 이동 방향을 향해서 두께가 단계적으로 변화하는 판 형상 부재인 것이 바람직하다. 상기 평행 평판은 상기 감광 재료의 이동 방향을 향해서 단계적으로 두꺼워지거나, 또는 상기 감광 재료의 이동 방향을 향해서 단계적으로 얇아질 수 있다. It is preferable that the parallel flat plate is a plate-like member whose thickness gradually changes toward the moving direction of the photosensitive material. The parallel plate may become thicker stepwise toward the moving direction of the photosensitive material, or may be stepwise thinner toward the moving direction of the photosensitive material.

상기 평행 평판은 광입사면에 있어서 한쪽의 평행면이 같은 높이로 배치되는 평면이고, 광출사면에 있어서 다른쪽의 평행면이 계단 형상으로 배치되는 요철면인 것이어도 된다. The parallel flat plate may be a plane in which one parallel plane is arranged at the same height in the light incidence plane and an uneven surface in which the other parallel plane is arranged in a stepped shape on the light outgoing plane.

또한, 상기 평행 평판은 상기 광빔의 광축과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 구성될 수도 있다. 그때는, 상기 평행 평판은 상기 감광 재료의 이동 방향을 향해서 단계적으로 두꺼워지는 판 형상 부재와 상기 감광 재료의 이동 방향을 향해서 단계적으로 얇아지는 판 형상 부재가 배열되도록 연결되는 것이 좋다. The parallel plate may be movable in a direction orthogonal to an optical axis of the light beam. At this time, it is preferable that the parallel plate is connected such that a plate-like member thickening stepwise toward the moving direction of the photosensitive material and a plate-like member thinning stepwise toward the moving direction of the photosensitive material are arranged.

또한, 상기 평행 평판은 상기 평행 평판의 광입사면에 애퍼쳐 어레이가 부가되어 있을 수 있다. In addition, the parallel flat plate may have a aperture array on the light incident surface of the parallel flat plate.

본 발명의 노광 장치는 본 발명의 복수의 노광 헤드와, 상기 노광 헤드를 상기 감광 재료에 대하여 미리 정한 방향으로 상대 이동시키는 이동 수단과, 상기 이동 수단에 의한 미리 정한 방향으로의 상대 이동에 의해 상기 감광 재료가 상기 감광 재료에 대하여 초점 거리가 같고 또한 초점 위치가 다른 복수의 광빔에 의해 다중 노광되도록 상기 공간 광변조 소자 및 상기 이동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다. The exposure apparatus of the present invention comprises a plurality of exposure heads of the present invention, moving means for relatively moving the exposure head in a predetermined direction with respect to the photosensitive material, and moving means for moving the exposure head in a predetermined direction by the moving means And control means for controlling the spatial light modulation element and the moving means such that the photosensitive material is exposed in a plurality of light beams having the same focal distance with respect to the photosensitive material and different focus positions.

상기 평행 평판의 복수의 부분은 상기 미리 정한 방향에서는 다른 초점 위치를 갖도록 다른 두께로 형성됨과 아울러 상기 미리 정한 방향과 교차하는 방향에서는 초점 위치가 일정해지도록 일정한 두께로 형성된 것이 바람직하다. A plurality of portions of the parallel flat plate are formed to have different thicknesses so as to have different focal positions in the predetermined direction and to have a constant thickness so that the focal position is constant in a direction intersecting with the predetermined direction.

도 1은 제 1 실시형태의 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 스캐너의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3의 (A)는 감광 재료에 노광이 완료된 영역이 형성되는 형상을 나타내는 평면도이고, (B)는 각 노광 헤드에 의한 노광 에리어의 배열을 나타내는 모식도이다.
도 4는 노광 헤드의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 미러 디바이스의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (A)는 마이크로미러가 온 상태인 +α도로 경사진 상태를 나타내고, (B)는 마이크로미러가 오프 상태인 -α도로 경사진 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 노광 헤드의 구성을 상세하게 설명하기 위한 광축을 따른 단면도이다.
도 8은 평행 평판의 형상을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 9의 (A)~(C)는 다중 초점 노광에 의해 초점 심도가 확대되는 이유를 설명하는 모식도이다.
도 10은 1개의 미러 디바이스에 의해 얻어지는 2차원 상(像)인 노광 에리어 및 노광 에리어에 있어서의 블록 영역을 나타내는 모식도이다.
도 11의 (A)~(C)는 초점 위치가 다른 레이저광에 의한 다중 노광의 시간 경과 변화의 모양을 나타내는 개략도이다.
도 12는 제 2 실시형태에 의한 노광 헤드의 구성을 상세하게 설명하기 위한 광축을 따른 단면도이다.
도 13의 (A)~(C)는 초점 위치가 다른 레이저광에 의한 다중 노광의 시간 경과 변화의 모양을 나타내는 개략도이다.
도 14의 (A)~(C)는 평행 평판의 형상 및 배치의 변형예를 나타내는 광축을 따른 단면도이다.
도 15의 (A) 및 (B)는 단차 기판에의 적용예를 나타내는 개략도이다.
도 16은 평행 평판을 이동 가능하게 한 변형예를 나타내는 광축을 따른 단면도이다.
도 17은 애퍼쳐 어레이를 부가한 평행 평판을 사용한 변형예를 나타내는 광축을 따른 단면도이다. 1 is a perspective view showing a schematic structure of an exposure apparatus according to the first embodiment.
2 is a perspective view schematically showing a configuration of a scanner.
FIG. 3 (A) is a plan view showing a shape in which an exposed area is formed in a photosensitive material, and FIG. 3 (B) is a schematic view showing an arrangement of exposure areas by each exposure head.
4 is a perspective view showing a schematic structure of an exposure head.
5 is a diagram for explaining the configuration and operation of the mirror device.
6A shows a state in which the micromirror is in an ON state and a state in which the micromirror is inclined at + alpha, and Fig.
7 is a cross-sectional view along the optical axis for explaining the configuration of the exposure head in detail.
8 is a perspective view schematically showing the shape of a parallel plate.
9A to 9C are schematic diagrams explaining why the depth of focus is enlarged by multi-focus exposure.
10 is a schematic view showing a block area in an exposure area and an exposure area in a two-dimensional image obtained by one mirror device.
11A to 11C are schematic diagrams showing the shape of a change in the focal position over time of multiple exposures by laser beams having different focal positions.
12 is a sectional view along the optical axis for explaining the configuration of the exposure head according to the second embodiment in detail.
Figs. 13A to 13C are schematic diagrams showing the shape of a change in the focal position over time of the multiple exposure by laser beams different from each other. Fig.
14 (A) to 14 (C) are cross-sectional views along the optical axis showing a modified example of the shape and arrangement of parallel flat plates.
Figs. 15A and 15B are schematic views showing an application example to a stepped substrate.
16 is a cross-sectional view along the optical axis showing a modification in which a parallel plate is movable.
17 is a cross-sectional view along an optical axis showing a modification example using a parallel plate with an aperture array.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시형태에 의한 노광 헤드 및 노광 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, an exposure head and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<제 1 실시형태> &Lt; First Embodiment >

(노광 장치의 전체 구성) (Overall configuration of exposure apparatus)

우선, 본 실시형태의 노광 장치의 전체 구성에 대하여 설명한다. First, the entire configuration of the exposure apparatus of the present embodiment will be described.

도 1은 본 실시형태의 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 본 실시형태의 노광 장치(100)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 감광 재료(150)를 표면에 흡착해서 유지하는 평판 형상의 이동 수단으로서의 스테이지(152)를 구비하고 있다. 그리고, 4개의 다리부(154)로 지지된 두꺼운 판 형상의 설치대(156)의 상면에는 스테이지 이동 방향을 따라 연장된 2개의 가이드(158)가 설치되어 있다. 스테이지(152)는 그 길이 방향이 스테이지 이동 방향을 향하도록 배치됨과 아울러 가이드(158)에 의해 왕복 이동할 수 있게 지지되어 있다. 또한, 이 노광 장치에는 부주사 수단으로서의 스테이지(152)를 가이드(158)를 따라 구동하는 도시하지 않은 스테이지 구동 장치가 설치되어 있다. 1 is a perspective view showing a schematic structure of an exposure apparatus according to the present embodiment. As shown in Fig. 1, the exposure apparatus 100 of the present embodiment is provided with a stage 152 as a plate-like moving means for holding and holding the photosensitive material 150 on its surface. On the upper surface of the thick plate-like mounting table 156 supported by the four leg portions 154, two guides 158 extending along the stage moving direction are provided. The stage 152 is arranged such that its longitudinal direction is directed toward the stage moving direction, and is supported so as to be reciprocated by a guide 158. In this exposure apparatus, a stage driving device (not shown) for driving the stage 152 as the sub scanning means along the guide 158 is provided.

설치대(156)의 중앙부에는 스테이지(152)의 이동 경로에 걸쳐지도록 コ자 형상의 게이트(160)가 설치되어 있다. コ자 형상 게이트(160) 단부의 각각은 설치대(156)의 양 측면에 고정되어 있다. 이 게이트(160)를 사이에 두고 한쪽측에는 주사 노광부인 스캐너(162)가 설치되어 있다. 또한, 게이트(160)를 사이에 두고 다른쪽측에는 감광 재료(150)의 선단 및 후단을 검지하는 복수(예를 들면 2개)의 센서(164)가 설치되어 있다. 스캐너(162) 및 센서(164)는 게이트(160)에 각각 장착되고, 스테이지(152)의 이동 경로의 상방에 고정 배치되어 있다. 따라서, 스테이지(152)의 이동에 따라 감광 재료(150)에 대하여 스캐너(162) 및 센서(164)는 상대적으로 이동한다. 또한, 스테이지 구동 장치(도시 생략), 스캐너(162) 및 센서(164)는 이들을 제어하는 도시하지 않은 콘트롤러에 각각 접속되어 있다. At the center of the mounting table 156, a U-shaped gate 160 is provided so as to extend over the movement path of the stage 152. Each of the ends of the U-shaped gate 160 is fixed to both sides of the mounting base 156. On one side of the gate 160, a scanner 162, which is a scanning exposure unit, is provided. A plurality of (for example, two) sensors 164 for detecting the front end and the rear end of the photosensitive material 150 are provided on the other side with the gate 160 therebetween. The scanner 162 and the sensor 164 are respectively mounted on the gate 160 and fixedly disposed above the movement path of the stage 152. [ Accordingly, the scanner 162 and the sensor 164 move relatively with respect to the photosensitive material 150 as the stage 152 moves. Further, the stage driving device (not shown), the scanner 162 and the sensor 164 are connected to a controller (not shown) for controlling them.

(주사 노광부의 구성) (Configuration of Scan Exposure Portion)

이어서, 노광 장치의 주사 노광부인 스캐너의 구성을 설명한다. Next, a configuration of a scanner which is a scanning exposure unit of the exposure apparatus will be described.

도 2는 스캐너의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 3(A)는 감광 재료에 노광이 완료된 영역이 형성되는 모양을 나타내는 평면도이고, 도 3(B)는 각 노광 헤드에 의한 노광 에리어의 배열을 나타내는 모식도이다. 스캐너(162)는, 도 2 및 도 3(B)에 나타내는 바와 같이, 복수의 노광 헤드(166)를 구비하고 있다. 복수의 노광 헤드(166)는 m행 n열의 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 또한, 이하에서는 m행째의 n열째에 배열된 개개의 노광 헤드를 구별해서 나타내는 경우에는 노광 헤드(166_mn)로 표기하고, 구별할 필요가 없을 경우에는 노광 헤드(166)로 총칭한다. 본 실시형태에서는 원통 형상의 하우징을 구비한 8개의 노광 헤드(166₁₁~166₂₄)가 2행 4열로 배열된 일례를 도시하고 있다. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of a scanner. 3 (A) is a plan view showing a state in which an exposed area is formed in a photosensitive material, and Fig. 3 (B) is a schematic diagram showing an arrangement of exposure areas by each exposure head. The scanner 162 includes a plurality of exposure heads 166 as shown in Figs. 2 and 3 (B). The plurality of exposure heads 166 are arranged in a matrix of m rows and n columns. In the following description, the exposure heads 166 _mn are used when the respective exposure heads arranged in the n-th column on the m-th row are separately shown, and the exposure heads 166 are used when there is no need to distinguish them. In this embodiment, eight exposure heads 166 ₁₁ to 166 ₂₄ each having a cylindrical housing are arranged in two rows and four columns.

노광 헤드(166)에 의해 노광되는 영역인 노광 에리어(168)는 도 2에 나타내는 바와 같이 단변이 부주사 방향을 따른 직사각형상이고, 부주사 방향에 대하여 소정의 경사각(θ)으로 경사져 있다. 또한, 후술하는 미러 디바이스(50)를 경사 배치함으로써 노광 에리어(168)를 경사지게 하고 있다. 스테이지(152)의 이동에 따라서 노광 에리어(168)도 이동하고, 감광 재료(150)에는 노광 헤드(166)마다 띠 형상의 노광 완료 영역(170)이 형성된다. 또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 부주사 방향은 스테이지 이동 방향과는 반대 방향이 된다. 또한, 이하에서는 m행째의 n열째에 배열된 개개의 노광 헤드에 의한 노광 에리어를 구별해서 나타내는 경우에는 노광 에리어(168_mn)로 표기하고, 구별할 필요가 없는 경우에는 노광 에리어(168)로 총칭한다. The exposure area 168, which is an area exposed by the exposure head 166, is a rectangular shape along the sub-scan direction and is inclined at a predetermined inclination angle? With respect to the sub-scan direction as shown in Fig. In addition, the exposure area 168 is inclined by arranging the mirror device 50 to be described later. The exposure area 168 also moves in accordance with the movement of the stage 152 and the striped exposure complete area 170 is formed in the photosensitive material 150 for each exposure head 166. [ Further, as shown in Figs. 1 and 2, the sub-scanning direction is opposite to the stage moving direction. In the following description, the exposure area 168 _mn is used when the exposure areas formed by the individual exposure heads arranged in the n-th column on the m-th row are distinguished, and the exposure area 168 _mn is used when the exposure areas 168 do.

또한, 도 3(A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 띠 형상의 노광 완료 영역(170)의 각각이 인접하는 노광 완료 영역(170)과 부분적으로 중첩되도록 라인 형상으로 배열된 각 행의 노광 헤드(166)의 각각은 그 배열 방향으로 소정 간격 어긋나게 해서 배치되어 있다. 이 노광 헤드의 배치에 의해 1행째의 노광 에리어(168₁₁)와 노광 에리어(168₁₂) 사이에 존재하는 노광할 수 없는 부분은 2행째의 노광 에리어(168₂₁)에 의해 노광된다. 3 (A) and 3 (B), each of the strip-shaped exposed areas 170 is exposed in the form of a line so as to partially overlap with the adjacent exposed area 170 Each of the heads 166 is disposed so as to be shifted by a predetermined distance in the arrangement direction. By this arrangement of the exposure head, the unexposed portion existing between the exposure area 168 ₁₁ and the exposure area 168 ₁₂ in the first row is exposed by the exposure area 168 ₂₁ in the second row.

(노광 헤드의 개략 구성) (Schematic Configuration of Exposure Head)

이어서, 각 노광 헤드의 구성에 대하여 설명한다. Next, the configuration of each exposure head will be described.

도 4는 노광 헤드의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 노광 헤드(166)의 하우징 내에는 노광 헤드(166)를 구성하는 복수의 부재가 수납되어 있다. 노광 헤드(166)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 입사된 광빔을 화상 데이터에 따라서 각 화소부마다 변조하는 공간 광변조 소자로서 DMD(등록상표)로 대표되는 마이크로미러를 구비한 반사형의 공간 광변조 소자(이하, 「미러 디바이스」라고 한다)(50)를 구비하고 있다. 공간 광변조 소자로서는 액정셔터 등의 투과형 공간 광변조 소자도 사용할 수 있지만, 복수의 화소부 각각에 대응한 복수의 광빔을 생성하는 것(변조)이 용이한 점에서 마이크로미러를 화소부로서 구비한 반사형 공간 광변조 소자가 적합하다. 4 is a perspective view showing a schematic structure of an exposure head. In the housing of the exposure head 166, a plurality of members constituting the exposure head 166 are accommodated. As shown in Fig. 4, the exposure head 166 is a spatial light modulation element for modulating an incident light beam for each pixel portion in accordance with image data. The exposure head 166 is a reflection type spatial light modulation element having a micromirror represented by DMD (registered trademark) (Hereinafter referred to as " mirror device "). As a spatial light modulation element, a transmission type spatial light modulation element such as a liquid crystal shutter can also be used. However, in order to easily generate (modulate) a plurality of light beams corresponding to each of a plurality of pixel portions, A reflective spatial light modulator is suitable.

미러 디바이스(50)는 데이터 처리부와 미러 구동 제어부를 구비한 도시하지 않은 콘트롤러에 접속되어 있다. 이 콘트롤러의 데이터 처리부에서는 입력된 화상 데이터에 의거하여 각 노광 헤드(166)마다 미러 디바이스(50)의 제어해야 할 영역 내의 각 마이크로미러를 구동 제어하는 제어 신호를 생성한다. 또한, 미러 구동 제어부에서는 화상 데이터 처리부에서 생성한 제어 신호에 의거하여 각 노광 헤드(166)마다 미러 디바이스(50)의 각 마이크로미러의 반사면의 각도를 구동 제어한다. The mirror device 50 is connected to a controller (not shown) having a data processing section and a mirror drive control section. The data processor of the controller generates a control signal for driving and controlling each micromirror in the area to be controlled by the mirror device 50 for each exposure head 166 based on the inputted image data. The mirror drive control unit drives and controls the angle of the reflecting surface of each micromirror of the mirror device 50 for each exposure head 166 based on the control signal generated by the image data processing unit.

여기에서, 도 5 및 도 6을 참조하여 미러 디바이스(50)의 구성 및 동작에 대해서 간단하게 설명한다. 미러 디바이스(50)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 기판에 제작된 SRAM셀(메모리셀)(60) 상에 각각 화소부(픽셀)를 구성하는 다수(예를 들면 1024개×768개)의 마이크로미러(62)가 격자 형상으로 배열되어 이루어지는 미러 디바이스이다. 각 픽셀에 있어서, 최상부에는 지주에 지지된 마이크로미러(62)가 설치되어 있고, 마이크로미러(62)의 표면에는 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있다. Here, the configuration and operation of the mirror device 50 will be briefly described with reference to Figs. 5 and 6. Fig. 5, the mirror device 50 includes a plurality (for example, 1024 x 768) of pixels (pixels) constituting a pixel portion (pixel) on an SRAM cell (memory cell) And the micromirrors 62 are arranged in a lattice shape. In each pixel, a micro mirror 62 supported by a support is provided at the uppermost portion, and a material having a high reflectivity such as aluminum is deposited on the surface of the micro mirror 62.

SRAM셀(60)에 디지털 신호가 기록되면 마이크로미러(62)가 기판측에 대하여 ±α도(예를 들면 ±12도)의 범위에서 경사지게 된다. 도 6(A)는 마이크로미러(62)가 온 상태인 +α도로 경사진 상태를 나타내고, 도 6(B)는 마이크로미러(62)가 오프 상태인 -α도로 경사진 상태를 나타낸다. 따라서, 화상 신호에 따라서 미러 디바이스(50)의 각 픽셀에 있어서의 마이크로미러(62)의 경사를 도 5에 나타내는 바와 같이 온오프 제어함으로써, 미러 디바이스(50)에 입사된 레이저광(B)은 각각의 마이크로미러(62)의 경사 방향으로 반사된다. 또한, 오프 상태의 마이크로미러(62)에 의해 반사된 레이저광(B)이 진행하는 방향에는 광흡수체(도시 생략)가 배치되어 있다. When the digital signal is recorded in the SRAM cell 60, the micro mirror 62 is inclined at a range of +/- alpha degrees (e.g., +/- 12 degrees) with respect to the substrate side. 6A shows a state in which the micromirror 62 is in an ON state and a state in which the micromirror 62 is inclined at + alpha, and FIG. 6B shows a state in which the micromirror 62 is in an OFF state and inclined to -α. 5, the laser beam B incident on the mirror device 50 is incident on the mirror device 50 in the direction of the optical axis of the mirror device 50, And is reflected in the oblique direction of each micromirror 62. A light absorber (not shown) is disposed in the direction in which the laser light B reflected by the micromirror 62 in the OFF state advances.

이하, 도 4로 돌아가 설명한다. 미러 디바이스(50)의 광입사측에는 파이버 어레이 광원(66), 파이버 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저광을 보정해서 DMD 상으로 집광시키는 렌즈계(67), 렌즈계(67)를 투과한 레이저광을 미러 디바이스(50)를 향해서 반사하는 미러(69)가 이 순서로 배치되어 있다. 파이버 어레이 광원(66)은 광파이버의 출사 단부(발광점)가 노광 에리어(168)의 장변 방향과 대응하는 방향을 따라서 일렬로 배열된 레이저 출사부(68)를 구비하고 있다. 상기 렌즈계(67)로부터 출사된 레이저광은 미러(69)에 의해 반사되어 미러 디바이스(50)에 조사된다. 4, description will be given. A fiber array light source 66 and a lens system 67 for correcting the laser light emitted from the fiber array light source 66 and condensing the laser light onto the DMD are formed on the light incidence side of the mirror device 50, And a mirror 69 that reflects toward the mirror device 50 are arranged in this order. The fiber array light source 66 is provided with a laser output portion 68 in which the emission ends of the optical fibers (emission points) are arranged in a line in a direction corresponding to the long side direction of the exposure area 168. The laser light emitted from the lens system 67 is reflected by the mirror 69 and irradiated to the mirror device 50.

한편, 미러 디바이스(50)의 광반사측에는 미러 디바이스(50)에 의해 반사된 레이저광을 감광 재료(150) 상에 결상하는 결상 광학계(51)가 배치되어 있다. 이 결상 광학계(51)에 의해 미러 디바이스(50)에 의해 공간적으로 변조된 레이저광이 감광 재료(150) 상의 노광 에리어(168)에 조사된다. 그리고, 노광 헤드(166)에 대하여 감광 재료(150)가 이동함으로써 감광 재료(150) 상에 띠 형상의 노광 완료 영역(170)이 형성된다. On the other hand, on the light reflection side of the mirror device 50, an imaging optical system 51 for imaging the laser light reflected by the mirror device 50 on the photosensitive material 150 is disposed. The laser beam spatially modulated by the mirror device 50 is irradiated to the exposure area 168 on the photosensitive material 150 by the imaging optical system 51. Then, the photosensitive material 150 moves with respect to the exposure head 166, and a strip-shaped exposed area 170 is formed on the photosensitive material 150.

(다중 초점 노광용 광학계)(Optical system for multi-focus exposure)

도 7은 노광 헤드의 구성을 상세하게 설명하기 위한 광축을 따른 단면도이다. 도 4에 도시한 구성은 개략적인 것이고, 본 실시형태의 노광 헤드(166)는 다중 초점 노광을 행하기 때문에 미러 디바이스(50) 하류측의 결상 광학계(51)가 복잡한 구성을 구비하고 있다. 여기에서, 다중 초점 노광이란 감광 재료(150)의 대략 동일 위치가 초점 거리가 같고 또한 초점 위치가 다른 복수의 광빔으로 중첩되어 노광되는 것을 말한다. 또한, 초점 위치란 감광 재료(150)를 노광하는 광빔이 초점을 맺는 감광 재료(150)의 표면 근방의 위치이다. 또한, 다중 초점 노광의 구체적인 방법에 대해서는 후술한다. 그때, 감광 재료의 「표면 근방」의 범위, 즉 위치 어긋남의 허용 범위에 대해서도 설명한다. 7 is a cross-sectional view along the optical axis for explaining the configuration of the exposure head in detail. The configuration shown in Fig. 4 is schematic. Since the exposure head 166 of this embodiment performs multi-focus exposure, the imaging optical system 51 on the downstream side of the mirror device 50 has a complicated configuration. Here, the multi-focus exposure means that the substantially same position of the photosensitive material 150 is exposed by overlapping with a plurality of light beams having the same focal distance and different focus positions. The focus position is a position in the vicinity of the surface of the photosensitive material 150 that focuses the light beam that exposes the photosensitive material 150. A specific method of multi-focus exposure will be described later. The range of the " surface vicinity " of the photosensitive material, that is, the permissible range of the positional deviation, will be described.

도 7에 나타내는 바와 같이, 미러 디바이스(50)의 광입사측에는 파이버 어레이 광원(66) 및 집광 렌즈계(67)가 배치되어 있다. 미러 디바이스(50)는 유지 기판(92) 상의 소정 위치에 유지되어 있다. 렌즈계(67)로부터 출사된 레이저광은 미러 디바이스(50)에 조사된다. 미러 디바이스(50)는 광조사에 의해 고온이 된다. 이 때문에, 유지 기판(92)의 이면측에는 방열을 위한 히트싱크(52)가 부착되어 있다. As shown in Fig. 7, a fiber array light source 66 and a condenser lens system 67 are arranged on the light incidence side of the mirror device 50. Fig. The mirror device 50 is held at a predetermined position on the holding substrate 92. The laser light emitted from the lens system 67 is irradiated to the mirror device 50. [ The mirror device 50 is heated to a high temperature by light irradiation. Therefore, a heat sink 52 for heat dissipation is attached to the back side of the holding substrate 92.

미러 디바이스(50)의 광반사측에는 도 4에 나타내는 결상 광학계(51)로서 1쌍의 렌즈(72,74), 다수의 마이크로렌즈(76)가 2차원 형상으로 배열된 마이크로렌즈 어레이(78), 두께가 다른 복수의 부분을 갖는 평행 평판(10) 및 1쌍의 렌즈(80,82) 각각이 미러 디바이스(50)측으로부터 이 순서로 배치되어 있다. 평행 평판(10)은 서로 대향하는 평행면이 광축과 직교하도록 고정 배치되어 있다. 또한, 여기에서는 평행 평판(10)의 평행면이 광축과 직교하는 배치에 대하여 설명하지만, 후술하는 바와 같이 초점 거리가 같고 또한 초점 위치가 다른 복수의 광빔이 얻어지는 한 평행 평판(10)을 평행면이 광축과 교차하도록 평행 평판(10)을 소정 각도 경사지게 해서 배치할 수도 있다. On the light reflection side of the mirror device 50, a pair of lenses 72 and 74 as the imaging optical system 51 shown in Fig. 4, a microlens array 78 in which a plurality of microlenses 76 are arranged in a two-dimensional shape, The parallel flat plate 10 and the pair of lenses 80 and 82 each having a plurality of portions having different thicknesses are arranged in this order from the mirror device 50 side. The parallel flat plates 10 are fixedly arranged such that the parallel planes facing each other are orthogonal to the optical axis. However, as described later, the parallel plate 10 is arranged so that the parallel plane is parallel to the optical axis (parallel to the optical axis) so long as a plurality of light beams having the same focal distance and different focal positions can be obtained, And the parallel flat plate 10 may be arranged so as to be inclined at a predetermined angle.

본 실시형태에서는 1쌍의 렌즈(72,74)와 마이크로렌즈 어레이(78)로 미러 디바이스(50)에서 반사된 레이저광을 집광시키는 집광 광학계가 구성되어 있다. 1쌍의 렌즈(72,74)로 이루어지는 광학계는 미러 디바이스(50)에 의한 상(像)을 확대해서 마이크로렌즈 어레이(78) 상에 결상하는 빔 익스팬더로서 기능한다. In the present embodiment, a condensing optical system for condensing the laser light reflected by the mirror device 50 with the pair of lenses 72 and 74 and the microlens array 78 is configured. The optical system including the pair of lenses 72 and 74 functions as a beam expander that magnifies an image by the mirror device 50 and forms an image on the microlens array 78. [

마이크로렌즈 어레이(78)는 미러 디바이스(50)의 각 화소부에 대응하고, 각 화소부로부터의 광을 각각 집광하는 다수의 마이크로렌즈(76)가 2차원 형상으로 배열되어 이루어지는 것이다. 각 마이크로렌즈(76)는 각각 대응하는 마이크로미러(62)로부터의 레이저광이 입사하는 위치에 있어서, 렌즈(72,74)로 이루어지는 광학계에 의한 마이크로미러(62)의 결상 위치 근방에 배치되어 있다. 후술하는 바와 같이 미러 디바이스(50)를 스테이지 이동 방향에 대하여 경사 배치할 경우에는 마이크로렌즈 어레이(78)도 마찬가지로 경사 배치된다. The microlens array 78 corresponds to each pixel portion of the mirror device 50 and has a plurality of microlenses 76 arranged in a two-dimensional shape for condensing light from each pixel portion. Each microlens 76 is disposed in the vicinity of the imaging position of the micromirror 62 by the optical system formed by the lenses 72 and 74 at the position where the laser light from the corresponding micromirror 62 is incident . When the mirror device 50 is tilted with respect to the stage moving direction as described later, the microlens array 78 is similarly tilted.

또한, 본 실시형태에서는 마이크로렌즈 어레이(78)를 생략하고 집광 광학계를 구성해도 된다. 또는, 각 마이크로렌즈(76)에 대응하는 다수의 애퍼쳐(개구)가 형성된 애퍼쳐 어레이를 마이크로렌즈 어레이(78)의 광출사측에 배치해도 된다. In this embodiment, the microlens array 78 may be omitted and a condensing optical system may be constructed. Alternatively, the aperture array in which a plurality of apertures (openings) corresponding to the microlenses 76 are formed may be disposed on the light output side of the microlens array 78.

또한, 본 실시형태에서는 평행 평판(10)과 1쌍의 렌즈(80,82)로 집광 광학계에 의해 집광된 레이저광의 각각을 결상시키는 결상 광학계가 구성되어 있다. 광로 길이는 광이 굴절률 n의 물질 중을 거리 d만큼 나아가는 동안에 진공 중을 진행하는 거리 Δ이고, Δ=nd로 나타내어진다. 따라서, 두께가 다른 복수의 부분을 갖는 평행 평판(10)은 레이저광이 통과하는 부분에 따라서 광로 길이를 변경함으로써 초점 거리를 일정하게 유지한 상태에서 통과하는 레이저광의 초점 위치를 변화시킨다. 여기에서 「초점 거리를 일정하게 유지한다」란, 렌즈(82)의 렌즈 중심으로부터 초점까지의 거리를 일정하게 하는 것이 아니고, 결상 광학계에 의해 결상되는 복수의 광빔의 수속 각도가 일정하다고 하는 의미이다. In the present embodiment, an image forming optical system for forming an image of each of the laser beams condensed by the condensing optical system is constituted by the parallel plate 10 and the pair of lenses 80 and 82. The optical path length is a distance DELTA = nd, in which light travels in vacuum while advancing by a distance d from a material having a refractive index n. Therefore, the parallel flat plate 10 having a plurality of portions having different thicknesses changes the optical path length according to the portion through which the laser beam passes, thereby changing the focal position of the passing laser beam while maintaining the focal distance constant. Here, "to keep the focal distance constant" means not to make the distance from the lens center of the lens 82 to the focal point constant, but to mean that the convergence angle of a plurality of light beams focused by the imaging optical system is constant .

도 8은 평행 평판의 형상을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 평행 평판(10)은 스테이지 이동 방향을 향해서 두께가 단계적으로 변화하는 판 형상 부재이고, 두께가 서로 다른 복수의 부분을 갖고 있다. 또한, 여기에서는 평면으로 볼 때 대략 직사각형상의 평행 평판(10)의 1변이 스테이지 이동 방향과 평행하게 배치되는 예를 도시하지만, 후술하는 바와 같이 미러 디바이스(50)를 스테이지 이동 방향에 대하여 경사 배치할 경우에는 평행 평판(10)도 마찬가지로 경사 배치된다. 8 is a perspective view schematically showing the shape of a parallel plate. The parallel plate 10 is a plate-like member whose thickness gradually changes toward the stage moving direction, and has a plurality of portions having different thicknesses. Although an example in which one side of a substantially parallel flat plate 10 in a plan view is disposed parallel to the stage moving direction is shown here, the mirror device 50 may be disposed obliquely with respect to the stage moving direction The parallel flat plate 10 is similarly inclined.

본 실시형태에서는 평행 평판(10)은 도 8에 나타내는 바와 같이 두께(d₁)의 장척상의 평판 부분(10₁), 두께(d₂)의 장척상의 평판 부분(10₂) 및 두께(d₃)의 장척상의 평판 부분(10₃)이 일체로 형성된 판 형상 부재이다. 두께(d₂)의 값은 두께(d₁)의 값보다 크고, 두께(d₃)의 값은 두께(d₂)의 값보다 크다. 평판 부분(10₁), 평판 부분(10₂) 및 평판 부분(10₃)은 스테이지 이동 방향을 향해서 이 순서로 배치되어 있고, 스테이지 이동 방향을 향해서 단계적으로 두꺼워지도록 형성되어 있다. In this embodiment, the parallel plate 10 is an elongated flat portion on the flat portion on the long _{(10: 1),} the thickness (d ₂₎ of the thickness (d ₁₎ As shown in Fig. 8 (10 ₂₎ and a thickness (d ₃ ) flat portion (10 ₃₎ on the long of the plate-like member formed integrally. The value of thickness d ₂ is greater than the value of thickness d ₁ and the value of thickness d ₃ is greater than the value of thickness d ₂ . The flat plate portion 10 ₁ , the flat plate portion 10 ₂ , and the flat plate portion 10 ₃ are arranged in this order toward the stage moving direction, and are formed so as to become gradually thicker toward the stage moving direction.

이 예에서는 평판 부분(10₁), 평판 부분(10₂) 및 평판 부분(10₃)은 한쪽의 평행면이 같은 높이로 배치됨으로써 평행 평판(10)의 광입사면이 평면이 된다. 또한, 평판 부분(10₁), 평판 부분(10₂) 및 평판 부분(10₃)은 다른쪽의 평행면이 계단 형상으로 배치됨으로써 평행 평판(10)의 광출사면이 요철면이 된다. 또한, 평행 평판(10)의 광입사면을 평면으로 하고 또한 광출사면을 요철면으로 해도 되고, 평행 평판(10)의 광입사면 및 광출사면 양쪽을 요철면으로 해도 된다. In this example, the flat plate portion 10 ₁ , the flat plate portion 10 ₂ , and the flat plate portion 10 ₃ are arranged at the same height on one of the parallel surfaces, so that the light incident surface of the parallel plate 10 becomes flat. In addition, the flat surface portion 10 ₁ , the flat plate portion 10 ₂ , and the flat plate portion 10 ₃ have the other parallel surfaces arranged in a stepped shape, so that the light output surface of the parallel flat plate 10 becomes an uneven surface. The light incident surface of the parallel flat plate 10 may be flat and the light exit surface may be an uneven surface. Both the light incident surface and the light exit surface of the parallel plate 10 may be uneven surfaces.

도 7에 나타내는 바와 같이, 두께(d₂)의 평행 평판(10₂)을 통과한 레이저광이 초점을 맺는 위치를 기준 초점 위치(56)라고 한다. 이 경우, 두께(d₂)보다 얇은 두께(d₁)의 평판 부분(10₁)을 통과하는 레이저광은 기준 초점 위치(56)의 바로 앞에서 초점을 맺고, 두께(d₂)보다 두꺼운 두께(d₃)의 평판 부분(10₃)을 통과하는 레이저광은 기준 초점 위치(56)의 뒤에서 초점을 맺는다. Is referred to as, the thickness (d _2), a parallel plate (10 _2), the laser light is a position based on the focus point 56 passes through the bearing focus of, as shown in FIG. In this case, the laser light passing through the flat plate portion 10 ₁ having a thickness d ₁ thinner than the thickness d ₂ is focused just before the reference focus position 56, and a thickness (d ₂ ) laser light passing through the flat plate portion (10 ₃₎ d ₃₎ bears the back focus of the reference focus position (56).

도 9(A)~(C)는 다중 초점 노광에 의해 초점 심도가 확대되는 이유를 설명하는 모식도이다. 여기에서는, 감광 재료(150)는 반도체 기판(151) 상에 형성된 포토레지스트막이다. 「초점 위치」를 렌즈(82)의 광출사면(82A)으로부터 초점 위치까지의 광축을 따른 거리(L_n)로 나타낸다. n은 1, 2 또는 3이고, 평판 부분(10₁), 평판 부분(10₂) 및 평판 부분(10₃)의 각각에 대응하고 있다. 기준 초점 위치(56)의 바로 앞에서 초점을 맺을 경우의 거리를 L₁, 기준 초점 위치(56)에 초점을 맺을 경우의 거리를 L₂, 기준 초점 위치(56)의 뒤에서 초점을 맺을 경우의 거리를 L₃이라고 한다. 거리(L₂)의 값은 거리(L₁)의 값보다 δ만큼 크고, 거리(L₃)의 값은 거리(L₂)의 값보다 δ만큼 크다. 9 (A) to 9 (C) are schematic diagrams explaining why the depth of focus is enlarged by multi-focus exposure. Here, the photosensitive material 150 is a photoresist film formed on the semiconductor substrate 151. Focus position "is represented by a distance (L _n ) along the optical axis from the light exit surface 82A of the lens 82 to the focus position. n is 1, 2, or 3, and corresponds to each of the flat plate portion 10 ₁ , the flat plate portion 10 ₂ , and the flat plate portion 10 ₃ . L ₁ is the distance when the focus is made in front of the reference focus position 56, L ₂ is the distance when the focus is made at the reference focus position 56, and D ₂ is the distance Is referred to as L ₃ . The value of the distance L ₂ is larger than the value of the distance L ₁ by 隆 and the value of the distance L ₃ is larger than the value of the distance L ₂ by 隆.

도 9(B)에 나타내는 바와 같이, 감광 재료(150)의 표면이 기준 초점 위치(56)에 있을 경우(어긋남량 Z=0의 경우)에는 초점 위치까지의 거리(L₂)의 레이저광이 감광 재료(150)의 표면에 초점을 맺는다. 또한, 도 9(A)에 나타내는 바와 같이, 감광 재료(150)의 표면이 기준 초점 위치(56)보다 바로 앞에 있을 경우(어긋남량 Z=-δ의 경우)에는 초점 위치까지의 거리(L₁)의 레이저광이 감광 재료(150)의 표면에 초점을 맺는다. 또한, 도 9(C)에 나타내는 바와 같이, 감광 재료(150)의 표면이 기준 초점 위치(56)보다 뒤에 있을 경우(어긋남량 Z=+δ의 경우)에는 초점 위치까지의 거리(L₃)의 레이저광이 감광 재료(150)의 표면에 초점을 맺는다. 9B, when the surface of the photosensitive material 150 is at the reference focus position 56 (when the shift amount Z = 0), the laser light of the distance L ₂ to the focal position Focuses on the surface of the photosensitive material 150. 9A, when the surface of the photosensitive material 150 is immediately before the reference focal position 56 (in the case of the shift amount Z = -δ), the distance L ₁ to the focal position Is focused on the surface of the photosensitive material 150. 9 (C), when the surface of the photosensitive material 150 is behind the reference focus position 56 (in the case of the shift amount Z = +?), The distance L ₃ to the focal position The laser light of the light source 150 is focused on the surface of the photosensitive material 150.

초점 위치에서는 광 파워 밀도가 높고, 초점 위치로부터 이격됨에 따라서 광 파워 밀도는 작아진다. 따라서, 초점 위치에 있어서의 광 파워 밀도로 감광 재료가 감광되어 패턴 형성되도록 노광량을 설정해 두면, 감광 재료(150)의 표면에서 초점을 맺은 레이저광만에 의해 패턴 형성되고, 초점을 맺고 있지 않은 레이저광에 의해서는 패턴 형성되지 않는다. The optical power density is high at the focus position, and the optical power density becomes small as it is spaced from the focus position. Therefore, if the exposure amount is set such that the photosensitive material is sensitized by the optical power density at the focal position to form a pattern, the pattern is formed only by the focused laser beam on the surface of the photosensitive material 150, The pattern is not formed.

따라서, 감광 재료(150)의 대략 동일 위치를 초점 위치가 서로 다른 복수의 레이저광으로 중첩해서 노광함으로써 감광 재료(150)의 표면이 기준 초점 위치(56)로부터 광축 방향으로 위치 어긋남되었다고 하더라도, 어느 하나의 레이저광이 감광 재료(150)의 표면에 초점을 맺어 실효적인 초점 심도가 확대된다. 상기한 바와 같이, 예를 들면 초점 위치까지의 거리(L₁), 초점 위치까지의 거리(L₂), 초점 위치까지의 거리(L₃)라고 하는 초점 위치가 다른 3종류의 레이저광으로 감광 재료(150)의 대략 동일 위치를 중첩해서 노광함으로써 어긋남량 Z=-δ~+δ의 범위 내에서 감광 재료(150)의 광축 방향으로의 위치 어긋남이 허용된다. 본 실시형태에서는, 예를 들면 어긋남량(Z)이 ±100㎛ 정도의 경우를 허용 범위로 상정하고 있다. Therefore, even if the surface of the photosensitive material 150 is displaced from the reference focus position 56 in the optical axis direction by overlapping and exposing the substantially same position of the photosensitive material 150 with a plurality of laser beams having different focus positions, One laser beam focuses on the surface of the photosensitive material 150 and the effective depth of focus is enlarged. As described above, for example, when the distance L ₁ to the focal position, the distance L ₂ to the focal position, and the distance L ₃ to the focal position are different from each other, The positions of the photosensitive material 150 in the optical axis direction can be shifted within the range of the shift amounts Z = -δ to + delta. In the present embodiment, for example, a case where the shift amount Z is about ± 100 mu m is assumed as an allowable range.

또한, 다중 노광의 노광 횟수가 많을 경우에는 초점을 맺고 있지 않은 레이저광에 의한 노광의 적산량이 감광 재료가 감광되어서 패턴 형성되는 감광 역치를 초과해 버려 해상도가 열화될 가능성이 발생한다. 이러한 경우에는 노광해야 할 점에 있어서 초점을 맺고 있지 않은 레이저광에 의한 노광의 적산량으로는 감광 역치를 초과하지 않고, 또한 초점을 맺는 레이저광 및 초점을 맺고 있지 않은 레이저광에 의한 노광의 적산량이 감광 역치를 초과하도록 노광량을 설정한다. 이것에 의해, 상기와 마찬가지의 결과가 얻어진다. If the number of exposures for multiple exposures is large, there is a possibility that the integrated amount of exposure by the laser beam that has not focused on the photosensitive material exceeds the photosensitive threshold value by which the photosensitive material is photosensitive and patterned to degrade the resolution. In this case, the integrated amount of exposure by the laser light which is not focused on the point to be exposed does not exceed the light-sensitive threshold value, and the integration of the focused laser light and the exposure by the non- The exposure amount is set so that the amount exceeds the photosensitive threshold value. Thus, the same result as above can be obtained.

또한, 평행 평판(10)에 의해 레이저광의 광로 길이를 변경함으로써 통과하는 레이저광의 초점 위치를 변화시키므로, 초점 위치가 다른 레이저광의 초점 거리(환언하면, 레이저광의 수속 각도)는 대략 동일하다. 이 때문에, 초점 거리가 다른 렌즈를 이용하여 다중 초점 노광을 행할 경우에 비하여 광축 방향으로의 위치 어긋남이 허용되는 범위가 넓어진다. 또한, 감광 재료(150)의 표면에 초점을 맺을 경우의 빔 웨이스트 지름(스폿 지름)은 대략 일정하게 되어, 고정세한 다중 초점 노광이 가능해진다. 즉, 높은 해상도를 유지하고 또한 깊은 초점 심도를 얻을 수 있어 노광 품질을 유지할 수 있다. Further, since the focal position of the passing laser light is changed by changing the optical path length of the laser light by the parallel flat plate 10, the focal length of the laser light with the different focal position (in other words, the convergence angle of the laser light) is substantially the same. Therefore, the allowable range of positional deviation in the direction of the optical axis is widened as compared with the case of performing multi-focus exposure using a lens having a different focal distance. Further, the beam waist diameter (spot diameter) when the surface of the photosensitive material 150 is focused becomes substantially constant, enabling a fixed multi-focal exposure. That is, it is possible to maintain a high resolution and obtain a deep focal depth, thereby maintaining the exposure quality.

평행 평판(10)의 재료로서는, 노광광의 파장에 따라서 상기 노광광에 투명인 재료를 적당하게 선택할 수 있다. 평행 평판(10)의 재료에는 유리 등의 무기 재료 이외에 광학 용도에 사용되는 수지 등의 유기 재료도 사용할 수 있다. 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트에 회로 패턴을 프린팅할 경우, 통상 포토레지스트에 청색광이나 자외광이 조사된다. 노광광이 청색광이나 자외광일 경우에는 평행 평판(10)의 재료로서는 내광성이 우수한 석영 유리를 사용하는 것이 바람직하다. As a material of the parallel flat plate 10, a material transparent to the exposure light can be appropriately selected depending on the wavelength of the exposure light. The material of the parallel flat plate 10 may be an organic material such as a resin used for optical applications in addition to an inorganic material such as glass. When a circuit pattern is printed on a photoresist formed on a semiconductor substrate, blue light or ultraviolet light is usually irradiated onto the photoresist. When the exposure light is blue light or ultraviolet light, it is preferable to use quartz glass having excellent light resistance as the material of the parallel flat plate 10.

예를 들면, 평행 평판(10)의 재질이 합성 석영(굴절률 n=1.47)이라고 가정하면 평행 평판(10)의 후단에 배치되는 1쌍의 렌즈(80,82)의 광학 배율이 1배일 때, 어긋남량 Z=|100㎛|를 허용하기 위해서는 평행 평판(10)에 213㎛[=100㎛/(1.47-1)]의 단차를 형성하면 된다. 도 8에 나타내는 예에서는, 평판 부분(10₂)의 두께(d₂)를 평판 부분(10₁)의 두께(d₁)보다 213㎛만큼 두껍게 하고, 평판 부분(10₃)의 두께(d₃)를 평판 부분(10₂)의 두께(d₂)보다 213㎛만큼 두껍게 한다. For example, supposing that the material of the parallel flat plate 10 is synthetic quartz (refractive index n = 1.47), when the optical magnification of the pair of lenses 80 and 82 disposed at the rear end of the parallel flat plate 10 is 1, In order to allow the displacement amount Z = | 100 占 퐉, a step of 213 占 퐉 (= 100 占 퐉 / (1.47-1)) may be formed on the parallel flat plate 10. [ In the example shown in Figure 8, the thickness of the flat plate portion (10 ₂₎ the flat plate portion (10 ₁₎ plate portion (10 _3), and as thick as 213㎛ than the thickness (d ₁₎ of the thickness (d ₂₎ of the (d ₃ ) to be as thick as 213㎛ than the thickness (d ₂₎ of the plate portion (10 _2).

(다중 초점 노광의 방법)(Method of multi-focus exposure)

도 10은 1개의 미러 디바이스에 의해 얻어지는 2차원 상인 노광 에리어 및 노광 에리어에 있어서의 블록 영역을 나타내는 모식도이다. 여기에서 미러 디바이스(50)는 각각이 L행×M열의 마이크로미러(62)를 갖는 K개의 블록 영역으로 이루어진다고 상정된다. 이 예에서는, 간명화를 위하여 행렬수를 적게 해서 나타내고 있고, L=6, M=6, K=36으로 하고, 3개의 블록 영역을 A, B, C로 해서 나타내고 있다. 블록 영역 A, B, C의 각각은 평판 부분(10₁), 평판 부분(10₂) 및 평판 부분(10₃)의 각각에 대응하고 있다. 이 때문에, 감광 재료(150) 상의 노광 에리어(168)에는 초점 위치가 다른 3종류의 레이저광이 조사된다. 10 is a schematic diagram showing a block area in an exposure area and an exposure area which are two-dimensional images obtained by one mirror device. Here, it is assumed that the mirror device 50 is made up of K block areas each having a micromirror 62 of L rows x M columns. In this example, the number of matrices is reduced for simplification. L = 6, M = 6, K = 36, and three block regions A, B and C are shown. Each of the block areas A, B, C corresponds to a respective flat portion (10 _1), flat plate portions (10 ₂₎ and the flat plate portion (10 _3). Therefore, the exposure area 168 on the photosensitive material 150 is irradiated with three kinds of laser beams having different focus positions.

도 10에 나타내는 바와 같이, 노광 에리어(168)가 부주사 방향에 대하여 θ=±tan^-1(k/L)의 경사각(θ)으로 경사지도록 미러 디바이스(50)는 경사져서 배치되어 있다. 여기에서, k는 L에 대하여 서로소인 자연수 또는 L과 같은 수이다. 이렇게 노광 에리어(168)를 경사지게 함으로써 각 마이크로미러(62)에 의한 노광 빔의 주사 궤적(주사선)의 피치가 노광 에리어(168)를 경사지게 하지 않는 경우의 주사선의 피치보다 좁아져 해상도를 향상시킬 수 있다. The mirror device 50 is inclined so that the exposure area 168 is tilted at an inclination angle? Of? =? Tan ^-1 (k / L) with respect to the sub-scanning direction, as shown in FIG. Here, k is a natural number equal to L or a number equal to L with respect to L. By inclining the exposure area 168 in this manner, the pitch of the scanning locus (scanning line) of the exposure beam by each micromirror 62 becomes narrower than the pitch of the scanning lines when the exposure area 168 is not inclined, have.

또한, 도 10에 나타내는 바와 같이 화살표로 나타낸 동일 주사선 상을 복수의 마이크로미러(62)에 의해 반사된(또한, 집광되어 결상된) 레이저광이 주사하게 된다. 예를 들면, 주사선(L1)에 착안하면 이 주사선(L1) 상을 검은 원으로 나타내는 합계 3개의 반사광 상(노광 빔 12A, 12B, 12C)이 주사하고 있다. 즉, 감광 재료(150)에 대하여 노광 헤드(166)가 상대 이동(부주사)하는데 따라 감광 재료(150) 상의 동일 위치를 초점 위치가 다른 레이저광(노광 빔 12A, 12B, 12C)에 의해 다중 노광하고 있다. Further, as shown in Fig. 10, the laser beam reflected (and also focused on) by the plurality of micromirrors 62 is scanned on the same scanning line indicated by an arrow. For example, when attention is paid to the scanning line L1, a total of three reflected light images (exposure beams 12A, 12B and 12C) on the scanning line L1 are shown as black circles. That is, as the exposure head 166 relatively moves (sub-scans) with respect to the photosensitive material 150, the same position on the photosensitive material 150 is multiplied by laser beams (exposure beams 12A, 12B, and 12C) Lt; / RTI >

예를 들면, 경과 시간을 t초, 노광 타이밍을 1회/a초라고 하면 t=0의 노광 에리어(168)에 있어서의 반사광 상은 노광 빔(12A)(t=0), 노광 빔(12B)(t=0), 노광 빔(12C)(t=0)이다. 또한, t=a(a초 후)의 반사광 상은 노광 빔(12A)(t=a), 노광 빔(12B)(t=a), 노광 빔(12C)(t=a)이다. 또한, t=-a(a초 전)의 반사광 상은 노광 빔(12A)(t=-a), 노광 빔(12B)(t=-a), 노광 빔(12C)(t=-a)이다. t=a에서는 노광 빔(12C)(t=a)과 노광 빔(12B)(t=0)과 노광 빔(12A)(t=-a)에 의해 동일 위치가 다중 노광되고, 노광 빔(12B)(t=a)과 노광 빔(12C)(t=0)에 의해 동일 위치가 다중 노광된다. For example, if the elapsed time is t seconds and the exposure timing is once / a second, the reflected light image in the exposure area 168 at t = 0 is the exposure beam 12A (t = 0), the exposure beam 12B (t = 0) and the exposure beam 12C (t = 0). The reflected light image at t = a (after a second) is the exposure beam 12A (t = a), the exposure beam 12B (t = a), and the exposure beam 12C (t = a). The reflected light image at t = -a (a second before) is the exposure beam 12A (t = -a), the exposure beam 12B (t = -a), and the exposure beam 12C (t = -a) . At t = a, the same position is multiplexed and exposed by the exposure beam 12C (t = a), the exposure beam 12B (t = 0) and the exposure beam 12A (t = -a), and the exposure beam 12B (t = a) and the exposure beam 12C (t = 0).

(감광 재료의 특성에 따른 노광 방법)(Exposure method according to the characteristics of the photosensitive material)

상기에서는 감광 재료(150)의 표면이 기준 초점 위치(56)로부터 광축 방향으로 위치 어긋났다고 하여도, 어느 하나의 레이저광이 감광 재료(150)의 표면에 초점을 맺어 실효적인 초점 심도가 확대되는 예에 대하여 설명했지만, 초점 위치가 다른 레이저광에 의한 다중 노광에 의하면 두꺼운 감광 재료의 노광도 가능하게 된다. In this case, even if the surface of the photosensitive material 150 is shifted from the reference focus position 56 in the direction of the optical axis, any one laser beam focuses on the surface of the photosensitive material 150 and the effective depth of focus is enlarged However, it is also possible to expose a thick photosensitive material by multiple exposures by laser beams having different focus positions.

감광 재료(150)(포토레지스트막) 자체가 상당한 두께를 갖고 있는 경우가 있다. 예를 들면, 패키지 용도의 세미애더티브(semiadditive) 공법에서는 두께 25㎛의 포토레지스트막이 형성된다. 또한, MEMS 용도에서는 두께 100㎛의 포토레지스트막이 형성된다. 이렇게 두꺼운 포토레지스트막을 균일하게 노광하는데 있어서 다중 초점 노광은 유효한 수단이다. The photosensitive material 150 (photoresist film) itself may have a considerable thickness. For example, in a semiadditive method for package use, a photoresist film having a thickness of 25 占 퐉 is formed. Further, in the MEMS application, a photoresist film having a thickness of 100 mu m is formed. Multifocal exposure is an effective means for uniformly exposing such a thick photoresist film.

또한, 감광 재료(150)의 감광 특성에 따라서 초점 위치가 다른 레이저광에 의한 다중 노광을 행할 수도 있다. 도 11(A)~(C)는 초점 위치가 다른 레이저광에 의한 다중 노광의 시간 경과 변화의 모양을 나타내는 개략도이다. 경과 시간을 t초, 노광 타이밍을 1회/a초로 하고, 도 11(A)는 t=0인 경우, 도 11(B)는 t=a인 경우, 도 11(C)는 t=2a인 경우이다. 감광 재료(150)에 대하여 노광 헤드(166)가 상대 이동(부주사)하는데 따라 감광 재료(150)가 화살표 방향으로 상대 이동해서 감광 재료(150) 상의 동일 위치가 초점 위치가 다른 레이저광(노광 빔 12A, 12B, 12C)에 의해 다중 노광된다. Further, multiple exposures by laser beams having different focus positions may be performed in accordance with the photosensitive characteristics of the photosensitive material 150. [ Figs. 11A to 11C are schematic diagrams showing the shape of a change in the focal position over time of a multiple exposure by laser beams having different focal positions. Fig. 11A shows a case where t = 0, FIG. 11B shows a case where t = a, and FIG. 11C shows a case where t = 2 a . The photosensitive material 150 moves relative to the photosensitive material 150 in the direction of the arrow as the exposure head 166 relatively moves (sub-scan), so that the same position on the photosensitive material 150 is different from the focus position of the laser light Beams 12A, 12B, and 12C.

본 실시형태에서는 기판(151) 상에 형성된 포토레지스트막인 감광 재료(150)에 초점 위치까지의 거리(L₃)의 레이저광(노광 빔 12C), 초점 위치까지의 거리(L₂)의 레이저광(노광 빔 12B), 및 초점 위치까지의 거리(L₁)의 레이저광(노광 빔 12A)이 이 순서로 조사된다. 거리(L₃)>거리(L₂)>거리(L₁)이다. A laser beam (exposure beam 12C) at a distance L ₃ to a focal position and a laser beam having a distance L ₂ to a focal point position in the photosensitive material 150, which is a photoresist film formed on the substrate 151, Light (exposure beam 12B) and laser light (exposure beam 12A) at a distance L ₁ to the focal position are irradiated in this order. Distance L ₃ > distance L ₂ > distance L ₁ .

도 11(A)~(C)에 나타내는 바와 같이, 감광 재료(150)는 기판(151)에 가까운 안측으로부터, 즉 이면(150R, 노광 헤드와 대향하는 면의 반대측면)측으로부터 표면(150S, 노광 헤드와 대향하는 면)측을 향해서 초점을 맺는 레이저광으로 순서대로 노광되게 된다. 레이저광과의 반응 후에 광투과율이 저하되는 감광 재료(150)에서는 이면(150R)측으로부터 표면(150S)측을 향해서 순서대로 노광함으로써 투과율 저하의 영향을 받지 않고 노광을 행할 수 있다. As shown in Figs. 11A to 11C, the photosensitive material 150 is transferred from the side close to the substrate 151, that is, from the back side (opposite side to the surface facing the exposure head) The surface facing the exposure head) is exposed in order by the laser beam focused. In the photosensitive material 150 in which the light transmittance is lowered after the reaction with the laser light, the exposure can be performed without being influenced by the decrease in transmittance by successively exposing from the back surface 150R side toward the surface 150S side.

<제 2 실시형태>&Lt; Second Embodiment >

제 2 실시형태에 의한 노광 장치는 화살표로 도시한 스테이지 이동 방향에 대하여 평행 평판을 배치하는 방향을 반대 방향으로 한 이외는 제 1 실시형태와 같은 구성이기 때문에 동일 구성 부분에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 도 12는 제 2 실시형태에 의한 노광 헤드의 구성을 상세하게 설명하기 위한 광축을 따른 단면도이다. 평행 평판을 배치하는 방향을 반대 방향으로 한 이외는 제 1 실시형태와 같은 구성이기 때문에 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 단, 반대 방향으로 배치된 평행 평판은 평행 평판(10A)으로 해서 제 1 실시형태의 평행 평판(10)과 구별한다. Since the exposure apparatus according to the second embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that the direction in which the parallel plate is disposed in the direction opposite to the stage moving direction shown by the arrow is the opposite direction, the description of the same constituent parts will be omitted. 12 is a sectional view along the optical axis for explaining the construction of the exposure head according to the second embodiment in detail. The same reference numerals are given to the same constituent parts, and description thereof is omitted, since the constitution is the same as that of the first embodiment except that the direction in which the parallel flat plates are arranged is the opposite direction. However, the parallel plate disposed in the opposite direction is distinguished from the parallel plate 10 of the first embodiment by using the parallel plate 10A.

평행 평판(10A)은 제 1 실시형태의 평행 평판(10)과 마찬가지로 두께(d₁)의 장척상의 평판 부분(10₁), 두께(d₂)의 장척상의 평판 부분(10₂) 및 두께(d₃)의 장척상의 평판 부분(10₃)이 일체로 형성된 판 형상 부재이다. 두께(d₂)의 값은 두께(d₁)의 값보다 크고, 두께(d₃)의 값은 두께(d₂)의 값보다 크다. 평판 부분(10₁), 평판 부분(10₂) 및 평판 부분(10₃)은 스테이지 이동 방향과는 반대 방향을 향해서 이 순서로 배치되어 있고, 스테이지 이동 방향을 향해서 단계적으로 얇아지도록 형성되어 있다. A parallel plate (10A) is the thickness as with the first embodiment of the parallel plate 10 is flat on the elongate portion of (d ₁₎ (10 _1), the elongated flat portion on a thickness (d ₂₎ (10 ₂₎ and a thickness ( d ₃ is the flat plate portion on a long (10 ₃₎ are plate-shaped member integrally formed of a). The value of thickness d ₂ is greater than the value of thickness d ₁ and the value of thickness d ₃ is greater than the value of thickness d ₂ . The flat plate portion 10 ₁ , the flat plate portion 10 ₂ , and the flat plate portion 10 ₃ are arranged in this order toward the direction opposite to the stage moving direction, and are formed so as to be gradually thinner toward the stage moving direction.

도 13(A)~(C)는 초점 위치가 다른 레이저광에 의한 다중 노광의 시간 경과 변화의 모양을 나타내는 개략도이다. 경과 시간을 t초로 하고, 도 13(A)는 t=0인 경우, 도 13(B)는 t=a인 경우, 도 13(C)는 t=2a인 경우이다. 감광 재료(150)에 대하여 노광 헤드(166)가 상대 이동(부주사)하는데 따라 감광 재료(150)가 화살표 방향으로 상대 이동하여 감광 재료(150) 상의 동일 위치가 초점 위치가 다른 레이저광(노광 빔 12A, 12B, 12C)에 의해 다중 노광된다. Figs. 13A to 13C are schematic diagrams showing the shape of a change in the focal position over time of multiple exposures with different laser beams. Fig. Fig. 13 (A) shows the case where t = 0, Fig. 13 (B) shows the case where t = a, and Fig. The photosensitive material 150 moves relative to the photosensitive material 150 in the direction of the arrow as the exposure head 166 relatively moves (sub-scans), so that the same position on the photosensitive material 150 is different from the laser light Beams 12A, 12B, and 12C.

본 실시형태에서는 기판(151) 상에 형성된 포토레지스트막인 감광 재료(150)에 초점 위치까지의 거리(L₁)의 레이저광(노광 빔 12A), 초점 위치까지의 거리(L₂)의 레이저광(노광 빔 12B), 및 초점 위치까지의 거리(L₃)의 레이저광(노광 빔 12C)이 이 순서로 조사된다. 거리(L₃)>거리(L₂)>거리(L₁)이다.Laser light (exposure beam 12A) of the distance (L ₁₎ of the present embodiment to the focal point position in the photoresist film of the photosensitive material 150 is formed on the substrate 151, a laser having a distance (L ₂₎ to the focal position Light (exposure beam 12B) and laser light (exposure beam 12C) at a distance L ₃ to the focal position are irradiated in this order. Distance L ₃ > distance L ₂ > distance L ₁ .

도 13(A)~(C)에 나타내는 바와 같이, 감광 재료(150)는 기판(151)과 먼 바깥측으로부터, 즉 표면(150S, 노광 헤드와 대향하는 면)측으로부터 이면(150R, 노광 헤드와 대향하는 면의 반대측면)측을 향해서 초점을 맺는 레이저광으로 순서대로 노광되게 된다. 레이저광과의 반응 후에 광투과율이 향상되는 감광 재료(150)에서는 표면(150S)측으로부터 이면(150R)측을 향해서 순서대로 노광함으로써 투과율 향상의 효과를 이용해서 효율적으로 노광을 행할 수 있다. 13A to 13C, the photosensitive material 150 is transferred from the side farther from the substrate 151, that is, from the side of the surface (the surface facing the exposure head) And the laser beam converges toward the side opposite to the side opposed to the side facing the optical axis. In the photosensitive material 150 in which the light transmittance is improved after the reaction with the laser light, exposure can be performed efficiently by using the effect of increasing the transmittance by sequentially exposing the surface 150S side to the back surface 150R side.

<기타 실시형태> <Other Embodiments>

(평행 평판의 형상 및 배치의 변형예)(Variation of Shape and Arrangement of Parallel Plate)

상술한 바와 같이, 상기 노광 헤드 및 노광 장치에 있어서는 평행 평판의 복수의 부분은 감광 재료가 노광에 의해 광투과율이 저하되는 특성을 갖는 경우에는 이면측으로부터 순서대로 노광되는 배열이 되도록, 미리 정한 방향으로는 단계적으로 다른 두께로 형성된 것으로 할 수 있다. 또한, 평행 평판의 복수의 부분은 감광 재료가 노광에 의해 광투과율이 증가하는 특성을 갖는 경우에는 표면측으로부터 순서대로 노광되는 배열이 되도록, 미리 정한 방향으로는 단계적으로 다른 두께로 형성된 것으로 할 수 있다.As described above, in the exposure head and the exposure apparatus, in a plurality of portions of the parallel plate, when the photosensitive material has a characteristic that the light transmittance is lowered by exposure, It may be formed in a different thickness stepwise. The plurality of portions of the parallel flat plate may be formed to have different thicknesses in a predetermined direction in a predetermined direction so that the photosensitive material is arranged to be exposed sequentially from the surface side in the case where the photosensitive material has a property of increasing the light transmittance by exposure have.

이렇게, 감광 재료의 특성에 따라서 부주사 방향으로의 복수의 초점 위치를 설정함으로써, 감광 재료에 적합한 광량을 부여해서 다중 초점 노광을 행할 수 있다. 즉, 감광 재료가 노광에 의해 광투과율이 저하되는 특성을 가질 경우에는 이면측으로부터 순서대로 노광되고, 감광 재료가 노광에 의해 광투과율이 증가하는 특성을 가질 경우에는 표면측으로부터 순서대로 노광된다. By setting a plurality of focal positions in the sub-scanning direction in accordance with the characteristics of the photosensitive material, it is possible to apply a suitable amount of light to the photosensitive material and perform multi-focus exposure. That is, when the photosensitive material has the characteristic that the light transmittance is lowered by exposure, the photosensitive material is exposed sequentially from the back side, and when the photosensitive material has the property of increasing the light transmittance by exposure, the exposed surface is exposed sequentially from the surface side.

또한, 상기 실시형태에서는 노광 전후에 투과율이 크게 변화하는 감광 재료의 감광 특성에 따라서 초점 위치가 다른 레이저광을 조사하는 순서를 변경하여 최적 노광을 행하는 예에 대하여 설명했지만, 투과율 변화가 적은 감광 특성을 갖는 감광 재료의 경우에는 두께 방향의 중앙 부분으로부터 노광을 개시하여, 표면(150S)측 및 이면(150R)측에 프리노광 효과를 부여하는 것이 좋은 경우도 있다. 따라서, 두께가 다른 복수의 부분을 갖는 평행 평판(10)의 형상 및 배치는 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에 예시한 것에는 한정되지 않는다. In the embodiment described above, the example in which the optimum exposure is performed by changing the order of irradiating the laser light having the different focal position according to the light-sensitive characteristic of the photosensitive material in which the transmittance greatly changes before and after the exposure has been described. However, It is sometimes preferable to initiate exposure from the central portion in the thickness direction and give a free exposure effect to the surface 150S side and the back surface 150R side. Therefore, the shape and arrangement of the parallel flat plates 10 having a plurality of portions having different thicknesses are not limited to those exemplified in the first and second embodiments.

도 14(A)~(C)는 평행 평판(10)의 형상 및 배치의 변형예를 나타내는 광축을 따른 단면도이다. 또한, 스테이지 이동 방향을 화살표로 병기한다. 예를 들면, 도 14(A)에 나타내는 바와 같이 평행 평판(10B)은 제 1 실시형태의 평행 평판(10)과 마찬가지로 두께(d₁)의 평판 부분(10₁), 두께(d₂)의 평판 부분(10₂) 및 두께(d₃)의 평판 부분(10₃)을 구비하고 있고[두께(d₃)>두께(d₂)>두께(d₁)], 스테이지 이동 방향을 향해서 일단 얇아진 후에 다시 두꺼워지도록 형성해도 된다. Figs. 14 (A) to 14 (C) are sectional views along the optical axis showing a modification of the shape and arrangement of the parallel flat plate 10. Fig. Further, the stage moving direction is indicated by an arrow. For example, a parallel plate (10B) as shown in Fig. 14 (A) also has a flat plate portion (10 _1), the thickness (d ₂₎ of the thickness as with the first embodiment of the parallel plate (10), (d ₁₎ (D ₃ )> thickness (d ₂ )> thickness (d ₁ )] of the flat plate portion 10 ₂ and the thickness d ₃ , and a thin plate portion 10 ₃ thinned once toward the stage moving direction It may be formed so as to become thick again.

또한, 도 14(B)에 나타내는 바와 같이 평행 평판(10C)은 마찬가지로 평판 부분(10₁), 평판 부분(10₂) 및 평판 부분(10₃)을 구비하고 있고, 스테이지 이동 방향을 향해서 일단 두꺼워진 후에 다시 얇아지도록 형성해도 된다. 또한, 도 14(C)에 나타내는 바와 같이 보다 다단계(도면에서는 5단계)에 걸쳐 단차를 형성해도 된다. 이 예에서는, 평행 평판(10D)은 마찬가지로 평판 부분(10₁), 평판 부분(10₂), 평판 부분(10₃), 평판 부분(10₄) 및 평판 부분(10₅)을 구비하고 있고, 스테이지 이동 방향을 향해서 단계적으로 얇아지도록 형성되어 있다.In addition, a parallel plate (10C) as shown in Fig. 14 (B) is provided with a similarly flat plate portion (10 _1), flat plate portions (10 ₂₎ and the flat plate portions (10, _3), one end thicker toward the stage moving direction, It may be formed so as to become thin again after the step. Further, as shown in Fig. 14 (C), a step may be formed in more multistage (five steps in the drawing). In this example, the parallel flat plate (10D) is provided with a similarly flat plate portion (10 _1), flat plate portions (10 _2), the flat plate portion (10 _3), a flat part (10 ₄₎ and the flat plate portions (10, _5), And is formed so as to be gradually thinner toward the stage moving direction.

(단차 기판에의 적용)(Application to a stepped substrate)

도 15(A) 및 (B)는 단차 기판에의 적용예를 나타내는 개략도이다. 또한, 상기 실시형태에서는 일정 두께의 감광 재료를 노광하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명에서는 다중 초점 노광에 의해 실효적인 초점 심도가 확대되므로 반도체 장치의 제조 과정에서 포토리소그래피를 행할 경우의 포토레지스트의 노광 공정과 같이, 표면에 단차가 있는 포토레지스트막을 노광할 경우에도 본 발명의 노광 장치는 유효하다. 마찬가지로, 굴곡이나 휘어짐이 있는 감광 재료를 노광할 경우에도 본 발명의 노광 장치는 유효하다. 15 (A) and 15 (B) are schematic views showing an application example to a stepped substrate. In the above embodiment, an example of exposing a photosensitive material with a certain thickness has been described. In the present invention, since the effective depth of focus is enlarged by multi-focus exposure, the photoresist in the case of photolithography The exposure apparatus of the present invention is also effective in the case of exposing a photoresist film having a step on its surface like the exposure process. Likewise, the exposure apparatus of the present invention is also effective when exposing a photosensitive material having bending or warping.

예를 들면, 도 15(A)에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(151) 상에 형성된 감광 재료(150)가 단차 형상으로 형성된 포토레지스트일 경우라도, 감광 재료(150)의 대략 동일 위치를 초점 위치가 다른 레이저광(도면에서는 노광 빔 12A, 12B, 12C)으로 중첩하여 노광함으로써 어느 하나의 레이저광이 감광 재료(150) 표면, 이면 또는 내부에서 초점을 맺어 감광 재료(150)의 노광이 가능해진다. 마찬가지로 해서, 도 15(B)에 나타내는 바와 같이, 단차를 갖는 반도체 기판(151) 상에 같은 두께로 형성된 감광 재료(포토레지스트)(150)를 어느 하나의 레이저광으로 노광할 수 있다. 15 (A), even when the photosensitive material 150 formed on the semiconductor substrate 151 is a photoresist formed in a stepped shape, the substantially same position of the photosensitive material 150 is referred to as a focal position (In the drawing, exposure beams 12A, 12B and 12C in the figure) and exposes one of the laser beams to focus the surface of the photosensitive material 150, the back surface or the inside of the photosensitive material 150 so that the photosensitive material 150 can be exposed . Similarly, as shown in Fig. 15 (B), a photosensitive material (photoresist) 150 formed to the same thickness on the semiconductor substrate 151 having a step can be exposed with any one of the laser beams.

(평행 평판을 이동 가능하게 한 변형예) (A modification in which the parallel plate is movable)

또한, 상기 실시형태에서는 평행 평판이 서로 대향하는 평행면이 광축과 직교하도록 고정 배치되어 있는 예에 대하여 설명했지만, 평행 평판을 광축과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 구성하고, 초점 위치가 다른 레이저광에 의한 노광 순서를 적당하게 변경해도 된다. 예를 들면, 도 16에 나타내는 바와 같이, 평행 평판을 제 1 실시형태의 평행 평판(10)과 제 2 실시형태의 평행 평판(10A)을 광축과 직교하는 방향(화살표A 방향)으로 배열되도록 연결된 구조로 한다. 그리고, 레이저광과의 반응 후에 광투과율이 저하되는 감광 재료(150)인 경우에는 평행 평판(10)이 광로 상에 배치되고, 레이저광과의 반응 후에 광투과율이 증가하는 감광 재료(150)인 경우에는 평행 평판(10A)이 광로 상에 배치되도록, 도시하지 않은 구동 장치에 의해 평행 평판을 이동시켜서 스위칭 가능하게 구성할 수 있다. In the above embodiment, the parallel plate is arranged so as to be orthogonal to the optical axis. However, the parallel plate may be configured to be movable in the direction perpendicular to the optical axis, The exposure order by the exposure apparatus may be appropriately changed. For example, as shown in Fig. 16, the parallel plate is connected to the parallel plate 10 of the first embodiment and the parallel plate 10A of the second embodiment in a direction (arrow A direction) perpendicular to the optical axis Structure. In the case of the photosensitive material 150 in which the light transmittance is lowered after the reaction with the laser light, the parallel plate 10 is disposed on the optical path, and the light transmittance is increased after the reaction with the laser light. The parallel plate can be made to be switchable by moving the parallel plate by a driving device (not shown) so that the parallel plate 10A is placed on the optical path.

(애퍼쳐 어레이를 부가한 평행 평판) (A parallel plate with an aperture array)

또한, 상기 실시형태에서는 각 마이크로렌즈에 대응하는 다수의 애퍼쳐가 형성된 애퍼쳐 어레이를 마이크로렌즈 어레이의 광출사측에 배치한 변형예를 예시했지만, 애퍼쳐 어레이를 평행 평판의 광입사면에 형성해도 된다. In the above embodiment, the aperture array in which a plurality of apertures corresponding to the respective microlenses are formed is disposed on the light output side of the microlens array. However, the aperture array may be formed on the light incident surface of the parallel plate .

도 17은 애퍼쳐 어레이를 부가한 평행 평판을 사용한 변형예를 나타내는 광축을 따른 단면도이다. 애퍼쳐 어레이를 부가한 평행 평판을 사용한 이외는 제 1 실시형태와 같은 구성이기 때문에, 같은 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 평행 평판(10)의 광입사면에는 애퍼쳐 어레이(14)가 부가되어 있다. 애퍼쳐 어레이(14)는 마이크로렌즈 어레이(78)의 각 마이크로렌즈(76)에 대응하는 다수의 애퍼쳐(개구)(16)가 평행 평판(10)의 광입사면에 성막된 금속 등의 차광막에 형성되어 이루어지는 것이다. 애퍼쳐 어레이(14)에 의해 확산광이 컷트되므로 불필요한 노광이 저감된다. 17 is a cross-sectional view along an optical axis showing a modification example using a parallel plate with an aperture array. Since the structure is the same as that of the first embodiment except that a parallel plate with an aperture array is used, the same constituent parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. As shown in Fig. 17, an aperture array 14 is added to the light incident surface of the parallel plate 10. As shown in Fig. The aperture array 14 includes a plurality of apertures 16 corresponding to the respective microlenses 76 of the microlens array 78 arranged on the light incident surface of the parallel plate 10, As shown in Fig. Diffused light is cut by the aperture array 14, so that unnecessary exposure is reduced.

10 : 평행 평판 10A~D : 평행 평판
12A~C : 노광 빔 14 : 애퍼쳐 어레이
16 : 애퍼쳐(개구) 50 : 미러 디바이스
51 : 결상 광학계 52 : 히트싱크
56 : 기준 초점 위치 60 : SRAM셀
62 : 마이크로미러 66 : 파이버 어레이 광원
67 : 렌즈계 68 : 레이저 출사부
69 : 미러 72 : 렌즈
76 : 마이크로렌즈 78 : 마이크로렌즈 어레이
80 : 렌즈 82 : 렌즈
82A : 광출사면 92 : 유지 기판
100 : 노광 장치 10₁~10₃ : 평판 부분
150 : 감광 재료 150S : 표면
150R : 이면 151 : 기판(반도체 기판)
152 : 스테이지 154 : 다리부
156 : 설치대 158 : 가이드
160 : 게이트 162 : 스캐너
164 : 센서 166 : 노광 헤드
168 : 노광 에리어 170 : 노광 완료 영역10: parallel plate 10A to D: parallel plate
12A to C: exposure beam 14: aperture array
16: aperture (aperture) 50: mirror device
51: imaging optical system 52:
56: reference focus position 60: SRAM cell
62: micromirror 66: fiber array light source
67: lens system 68: laser output unit
69: mirror 72: lens
76: microlens 78: microlens array
80: Lens 82: Lens
82A: light emitting surface 92: holding substrate
100: Exposure device 10 ₁ to 10 ₃ : Flat plate part
150: photosensitive material 150S: surface
150R: back surface 151: substrate (semiconductor substrate)
152: stage 154:
156: Mounting base 158: Guide
160: gate 162: scanner
164: sensor 166: exposure head
168: Exposure area 170: Exposed area

Claims

And a plurality of pixel units arranged in a two-dimensional shape, wherein each of the plurality of pixel units modulates light emitted from the light source according to image data, A spatial light modulation element for generating a plurality of light beams, a condensing optical system for condensing each of the plurality of light beams generated by the spatial light modulation element, and a plurality of light beams condensed by the condensing optical system, And a plurality of optical elements arranged so as to intersect the optical axis on the optical path of the plurality of optical beams generated by the spatial light modulation element and arranged so as to have a thickness A plurality of exposure heads each having a parallel flat plate having a plurality of different portions,
Moving means for relatively moving said plurality of exposure heads to expose in a main scanning direction relative to said photosensitive material in a sub-scanning direction crossing said main scanning direction;
Scanning direction by setting the plurality of focal positions in the sub-scanning direction in accordance with the characteristics of the photosensitive material so that the photosensitive material is moved by the relative movement in the sub- And control means for controlling said spatial light modulation element and said moving means such that said spatial light modulation element is multiplexed and exposed by a plurality of light beams whose positions are different from each other.

The method according to claim 1,
Wherein the control means controls the spatial light modulating element and the spatial light modulating element so that the photosensitive material has a characteristic that light transmittance is lowered by exposure, the photosensitive material is sequentially exposed multiple times from the reverse side of the surface opposite to the exposure head, Wherein said control means controls said moving means.

The method according to claim 1,
The control means controls the spatial light modulation element and the moving means so that the photosensitive material is exposed sequentially from the surface side facing the exposure head when the photosensitive material has a property of increasing the light transmittance by exposure The exposure apparatus comprising:

The method according to claim 1,
Wherein the control means controls the spatial light modulating element and the spatial light modulating element so that the photosensitive material has a characteristic that light transmittance is lowered by exposure, the photosensitive material is sequentially exposed multiple times from the reverse side of the surface opposite to the exposure head, Wherein the control unit controls the moving unit so that the photosensitive material has a property of increasing the light transmittance by exposure, the spatial light modulator and the spatial light modulator are arranged such that the photosensitive material is sequentially exposed from the surface side, And switches to control the moving means.

5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein each of the plurality of portions of the parallel flat plate is formed to have a different thickness so as to have different focus positions in the sub scanning direction and to have a constant thickness so that the focal position is constant in the main scanning direction.

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