WO2004077533A1 - 露光装置 - Google Patents

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WO2004077533A1
WO2004077533A1 PCT/JP2003/002330 JP0302330W WO2004077533A1 WO 2004077533 A1 WO2004077533 A1 WO 2004077533A1 JP 0302330 W JP0302330 W JP 0302330W WO 2004077533 A1 WO2004077533 A1 WO 2004077533A1
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exposure
optical system
light source
liquid crystal
photosensitive material
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PCT/JP2003/002330
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French (fr)
Inventor
Tohoru Hayashi
Shozo Ishizaka
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Hayashi Soken
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70491—Information management, e.g. software; Active and passive control, e.g. details of controlling exposure processes or exposure tool monitoring processes
    • G03F7/70516—Calibration of components of the microlithographic apparatus, e.g. light sources, addressable masks or detectors
    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70133—Measurement of illumination distribution, in pupil plane or field plane
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
    • G03F7/70291—Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices

Definitions

  • the present invention is applied to exposure of a photosensitive material such as a resist, exposure for generating a photoreaction used in the production of a micromachine such as a biochip, exposure for depositing a film where light is applied, such as photo CVD, and light exposure.
  • a photosensitive material such as a resist
  • exposure for generating a photoreaction used in the production of a micromachine such as a biochip
  • exposure for depositing a film where light is applied such as photo CVD
  • the present invention relates to an exposure apparatus that can be used for exposure for etching a hit location.
  • microstructures such as the production of chips that integrate processing processes performed in laboratories such as cell culture and chemical reactions and their separation and detection, called micromachines and laboratory chips.
  • Photolithography technology is used.
  • Exposure systems tend to be more complex and larger with the miniaturization of semiconductors, but there has been an increasing demand for simple and inexpensive systems that can be used at the laboratory level.
  • a black-and-white binary exposure technique that does not use a DMD-based mask has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-112579 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-500628.
  • JP-A-2000-40660 discloses a fly-eye for making illumination light uniform outside.
  • a binary exposure method using a lens is disclosed.
  • uniform illumination light is required to obtain a desired exposure value.
  • the resolution must be lower than the gradation resolution, and the required accuracy is significantly different from that seen by humans such as display devices.
  • the means for equalizing the optical illumination light using a fly-eye lens or the like even if exposure with two gradations of black and white is sufficient, the effect of uniformization is not sufficient when the gradation is increased. For example, when performing multi-level exposure with 256-level resolution, uniformity of the in-plane distribution of illumination light within 0.4% error is required.
  • a black-and-white two-tone lithography apparatus is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-135562. Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • 2002-367900 discloses a two-tone exposure apparatus that illuminates a DMD with a parallel light beam and uniformly exposes the light using a detection signal from a photodetector provided on a dummy optical system. I have. However, since the detection points are sparse in the above-described exposure, it is difficult to secure uniformity for securing the resolution corresponding to the gradation when performing multi-gradation exposure. If the DMD is illuminated with converging light or magnifying light, the focal position on the exposure plane will shift, requiring perfect parallelism.
  • Fig. 15 shows an example of how the focus is defocused when illuminated with extreme convergent light. This is a phenomenon that occurs because the DMD is tilted with respect to the illumination optical axis.
  • the exposure resolution will not be constant within the exposure plane.
  • it is difficult to achieve perfect parallelism because a light source with a size that cannot be regarded as a point light source represented by a high-pressure mercury lamp is used.
  • the use of a laser beam ensures parallelism, but the coherence is high, so the pixels of the spatial light modulator form a two-dimensional array, so that the grating generates an interference pattern on the exposed surface and noise is generated.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems by using a table of control values for each pixel corrected by taking into account factors such as uneven illumination of an exposure optical system and sensitivity characteristics of a photosensitive material. Exposure in the depth direction of photosensitive material by controlling each pixel of the modulator An object of the present invention is to provide a multi-tone exposure apparatus with a higher system. Disclosure of the invention
  • the present invention provides an exposure apparatus that controls a pixel of a spatial light modulator to generate a multi-tone exposure pattern and exposes a photosensitive material, comprising: a planar light source; An illumination optical unit that is arranged between the optical modulator and a telecentric optical system that forms an image of the planar light source on the spatial light modulator; and that the illumination optical unit forms an image on the spatial light modulator.
  • Optical means a correction table N (x) for uniforming the in-plane distribution of light intensity of the exposure optical system measured by the monitor optical means, and a correction table M (for uniform illumination unevenness of the monitor optical system.
  • x, y) and the photosensitive material A sensitivity curve representing the relationship between the depth of the design value and the amount of light, and a template G (x, y) of the pattern for exposing the photosensitive material, which is the design value, are inputted.
  • the table G (x, y) is converted into the sensitivity curve.
  • the light of each pixel of the spatial light modulator controlled by the device control means is formed into an image on a photosensitive material through the projection optical system of the projection optical means and exposed.
  • the planar light source is imaged on the spatial light modulator and illuminated, compared with the case where the spatial light modulator is illuminated with substantially parallel light, exposure with less defocus and high resolution can be realized. it can.
  • High-precision multi-tone exposure is achieved through two processes: conversion of the design value to the amount of light to obtain the removal depth of the photosensitive material according to the sensitivity characteristics of the photosensitive material to be used, and correction by the position of each pixel to eliminate illumination unevenness. Is realized. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing one embodiment of a flat light source.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment of the flat light source.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the optical propagation in the mouth.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a sensitivity curve of a photosensitive material.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a designed exposure pattern table G (x, y).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a sensitivity correction exposure pattern table R (x, y).
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the correction table N (X, y).
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the correction table M (X, y).
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a control value template S (x, y).
  • FIG. 11 is a schematic view of an exposure apparatus in which a thin film scatterer is applied to a plane light source.
  • FIG. 12 is a schematic view of an exposure apparatus using a reflective liquid crystal panel.
  • FIG. 13 is a diagram showing a flow of exposure using DMD.
  • FIG. 14 is a diagram showing a flow of exposure using a reflective liquid crystal panel.
  • FIG. 15 is a diagram showing a focal position when a DMD is illuminated with focused light.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention.
  • a digital 'micromirror' device (DMD) is used as a spatial light modulator, and two-dimensionally arranged pixels (micromirrors) are controlled to generate a multi-tone exposure pattern. This is for exposing a photosensitive material.
  • the configuration of the exposure apparatus includes a plane light source 1, an illumination optical unit 2, a spatial light modulator (DMD) 3, a projection optical unit 4, a motor optical unit 5, and a control unit 6.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing one embodiment of a flat light source.
  • the flat light source 1 has an LED light source arranged such that the optical axes of a plurality of LED lamps 10 are parallel to each other, and the light flux of the 1 ⁇ 0 lamp 10 passes through the condenser lens 11 to the entrance end of the load lens 12. Is provided so as to collect light.
  • the LED light source includes a plurality of LED lamps 10 arranged on a flat thermally conductive electrode substrate 13 made of, for example, a copper plate, and each of the LED lamps 10 has one of a power source electrode and an anode electrode.
  • the lead frame mounted on the side is electrically connected to the heat conductive electrode substrate 13.
  • Heat conduction In order to release heat from the conductive electrode substrate 13, the heat conductive electrode substrate 13 is provided with a heat radiation means.
  • a Peltier element 14 is arranged on the back of the heat conductive electrode substrate 13, and a radiator 15 is provided on the Peltier element 14.
  • the heat radiator 15 is cooled by a cooling fan 16.
  • the optical axis is inclined by an angle A determined by the refractive index of the material of the aperture 12.
  • the DMD 30 and the exit end of the mouth Dintegre 12 are installed so as to satisfy the relationship of Scheimpflug.
  • the illumination optical system of the same magnification if the angle between the illumination optical axis and DMD 30 is C, the angle between the exit end of the rod integrator 12 and the illumination optical axis is C.
  • planar light source 1 allows the image of the planar light source 1 to be formed on all the micro mirrors of the DM D 30.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the flat light source, in which members having the same functions as in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
  • This flat light source is formed in a spherical shape so that the surface of the heat conductive electrode substrate 13 on which the LED lamps 10 are arranged is directed to the light emitting end of the LED lamp 10.
  • the incident end of the Dointrege 12 is formed as a convex lens 12b, which has the function of condensing the light of the LED lamp 10.
  • Rodintegray 12 is an optical propagator in which the light beam introduced from the entrance end repeats multiple reflections and propagates to the light exit end as shown in Fig. 4. That A specific example is a structure in which a cladding made of a low-refractive-index optical material, like an optical fiber, surrounds a core body made of a high-refractive-index optical material.
  • the illuminating optical means 2 is configured to set the angle T between the optical axis for forming an image on the DMD 3 ° and the optical axis of the optical system for projecting the light focused on the DMD 30 onto the photosensitive material to be the distance between the micromirror of the DMD 30 It is set to twice the tilt angle.
  • the illumination optical system is located between the DMD 30 and the rod Dintegre 12, and the flat light source 1 formed at the light exit end of the aperture Dintegre 12 is changed to a first convex lens 20, an aperture stop. 21.
  • An image is formed on the DMD 30 through a telecentric optical system composed of the first and second convex lenses 22.
  • the telecentric optical system is installed so as to satisfy the Scheimpflug relationship between the planar light source 1 and the DMD 30.
  • a telecentric optical system that satisfies the Scheimpflug relationship
  • all the micromirrors of the DMD 30 are set to a predetermined angle, for example, 20 degrees or 24 degrees. Can be illuminated. There is no defocus that occurs when illuminating with substantially parallel light.
  • the NA of the illumination light can be easily adjusted by increasing or decreasing the aperture stop.
  • a double-sided telecentric optical system is employed. At least the DMD must be telecentric. A telecentric optical system with a magnification of 1 was used. The use of a high-magnification optical system enables ⁇ Of course, the exit end of Dintegray can be imaged on the DMD.
  • the projection optical means 4 is composed of a double-sided telecentric reduction projection optical system, controls the micromirror of the DMD 30, forms light corresponding to the exposure pattern on the photosensitive material 7 through the projection lens 40, and performs exposure. .
  • the monitor optical means 5 controls the micromirror of the DMD 30 to form an image of the plane light source 1 for each micromirror, and the reflected plane light source 1 through the projection lens 40 to pixel coordinates (x, y). An image is formed at the exposure position (x, y) of the photosensitive material 7 corresponding to the above, and the in-plane distribution of the light intensity of the exposure optical system is measured.
  • a mounting table for moving the photosensitive material 7 on the substrate to the exposure position is provided.
  • the light of the exposure optical system formed at the exposure position (x, y) without the photosensitive material 7 on the substrate is incident on the diffusion plate 51 through the convex lens 50, and Detected by the photodetector 52 installed in the controller and input to the control means 6.
  • Illumination unevenness occurs in the optical system.
  • an exposure optical system this is due to uneven brightness of a light source or a difference in the light propagation rate between a central portion and a peripheral portion of an optical element such as a lens.
  • a monitor optical system due to the directivity of the lens and the detector, even if the light has the same light intensity, the detection efficiency will differ if the position on the monitor (exposed surface) is different. Since it is necessary to perform correction based on the position of the illumination unevenness generated by the above-described exposure optical system and monitor optical system, the control unit 6 eliminates the illumination unevenness of the exposure optical system, that is, makes the in-plane distribution of light intensity uniform.
  • control value calculating means for controlling each pixel of the spatial light modulator by the control value obtained by the control value calculating means.
  • the design data is designed as a two-dimensional table whose elements are the height L in the Z direction at the position determined by the x and y coordinates. This two-dimensional table is used as an exposure pattern including halftones.
  • a table G (x, y) of a desired value of the depth L at which the photosensitive material is removed is set.
  • (X, y) are coordinates of a position corresponding to a pixel of the spatial light modulator.
  • Photosensitive materials such as resist generally do not respond linearly to the amount of light irradiated.
  • the photosensitive material having a predetermined thickness to be used is irradiated with light while changing the light amount I (w. Sec), and the depth L (j) at which the photosensitive material is removed through a predetermined developing process is measured. From this data, a conversion table R (L) corresponding to the light quantity I required to obtain the desired removal depth L is created. By referring to the conversion table R (L), the element L of the design value table G (x, y) is converted into the required light amount I. New converted table R (x, y)
  • the in-plane distribution of the exposure light is measured with the exposure sample not mounted. Only one pixel is turned on, and the light intensity of the exposure optical system is measured by the photodetector of the monitor system. The light intensity is measured by sequentially switching the two elements that are turned on, and a table of the in-plane distribution for one screen corresponding to all pixels is created.
  • Exposure light in-plane distribution The brightness of the light source reflects uneven brightness of the light source, uneven lighting of the illumination optical system, uneven lighting of the spatial light modulator, uneven lighting of the projection optical system, etc., and is not uniform for each pixel. Create a correction table N (x, y) so that the in-plane distribution is uniform.
  • each pixel of the correction table N (x, y) is a value obtained by multiplying the inverse of the light intensity by a proportional multiplier k. That is, it is normalized to k.
  • the product is obtained for each element of the control value table and the correction table N (x, y) to obtain a new control value table S (x, y).
  • X represents multiplication for each element.
  • the exposure area is several millimeters in size, and the diameter of the lens 50 used in the monitor system is as large as several centimeters, so that only paraxial rays are used. Due to the effect of the scatterer, the M (x, y) element according to the position became 1 in the required error range. In this case, it can be omitted.
  • control means controls each pixel of the spatial light modulator by the control value S (x, y), and the light of each pixel is transmitted to the photosensitive material through the projection optical system. An image is formed and exposure is performed.
  • FIG. 5 shows an example of the sensitivity curve of the photosensitive material.
  • Fig. 6 shows an example of the designed exposure pattern table G (x, y).
  • Fig. 7 shows an example of the sensitivity correction exposure pattern table R (x, y).
  • Fig. 8 shows an example of the correction table N (x, y).
  • FIG. 9 shows an example of the correction table M (x, y).
  • Fig. 10 shows an example of the control value table S (x, y).
  • FIG. 11 is a schematic view of an exposure apparatus using a thin film scatterer as a plane light source.
  • This embodiment uses a DMD 30 as a spatial light modulator, controls each micromirror, generates a multi-tone exposure pattern, and exposes the photosensitive material 7.
  • the configuration of the exposure apparatus includes a planar light source 1, illumination optical means 2, spatial light modulator (DMD) 3, total reflection prism 8, projection optical means 4, monitor optical means 5, and control means (not shown). I have.
  • the functions of the monitor optical means 5 and the control means are the same as those of the embodiment shown in FIG.
  • the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system are arranged orthogonally, and the DMD 30 is set on the optical axis of the projection optical system.
  • a total reflection prism 8 is arranged at the position where the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system intersect. 1 is totally reflected to form an image on DMD 30.
  • the imaged planar light source 1 is transmitted through the total reflection prism 8 under the control of the DMD 30 to form an image on the photosensitive material 7 through the projection optical system 4 for exposure. Therefore, the total reflection prism 8 is inclined so that the angle of incidence on the DMD 30 is equal to 20 degrees or 24 degrees so that the plane light source 1 is totally reflected.
  • the light source is made into a flat light source 1 by a thin film scatterer 17.
  • the flat light source 1 is totally reflected by a total reflection prism or a mirror 18 in a direction coincident with the optical axis of the illumination optical system, and is incident on the illumination optical system.
  • the total reflection prism or mirror is tilted so that the angle of incidence of the flat light source 1 on the total reflection prism or mirror by the thin film scatterer 17 becomes equal to 20 degrees or 24 degrees on the DMD 30. I have.
  • DMD 30 and flat light source 1 satisfy the Scheimpflug relationship.
  • FIG. 12 is a schematic view of an exposure apparatus using a reflective liquid crystal panel.
  • a reflective liquid crystal panel 31 is used as the spatial light modulator 3, and the photosensitive material 7 is exposed by controlling each liquid crystal cell arranged two-dimensionally to generate a multi-tone exposure pattern. It is.
  • the configuration of the exposure apparatus is a flat light source 1, illumination optical means 2, spatial light modulator (reflective liquid crystal panel) 3, PBS (Polarized Beam Splitter) 9, projection optical means 4, monitor optical means 5, control means (not shown). ).
  • the functions of the projection optical means 4, the monitor optical means 5, and the control means are the same as those of the embodiment shown in FIG.
  • the planar light source 1 passed through the illumination optical means 2 is deflected by the PBS 9 to form an image on the reflective liquid crystal panel 31, and the voltage applied to each liquid crystal cell is adjusted to reflect each liquid crystal cell.
  • the light intensity is controlled, and this light is focused on the photosensitive material 7 through the PBS 9 and the projection optical means 4 for exposure.
  • the flat light source 1 uses the structure shown in Fig. 2 and Fig. 3, and the light emitting end 12a It has been cut.
  • the illumination optical means 2 arranges the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system at right angles, and places the reflective liquid crystal panel 31 on the optical axis of the projection optical system.
  • a PBS 9 is arranged at a position where the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system intersect.
  • the S wave from the flat light source 1 is reflected to form an image on the reflective liquid crystal panel 31.
  • the P wave is transmitted through PBS 9 and absorbed (not shown).
  • the imaged flat light source 1 transmits light through the PBS 9 by controlling the polarization of the liquid crystal cell, forms an image on the photosensitive material 7 through the projection optical system, and exposes the light. Therefore, the polarization splitting surface of the PBS 9 is inclined by 45 degrees with respect to the plane light source 1.
  • the reflective liquid crystal panel 31 is a liquid crystal cell in which each pixel is minute, and the polarization direction of light reflected by an applied voltage (analog amount) is controlled.
  • the combination of reflective liquid crystal panel 31 and PBS 9 is used for spatial light modulation and intensity modulation.
  • the reflective liquid crystal panel 31 has, for example, 1365 ⁇ 1024 liquid crystal cells of 13.5 ⁇ 13.5 in size.
  • the polarization angle of the reflected light from the liquid crystal cell is controlled by the analog voltage applied to the liquid crystal cell.
  • the light intensity is controlled by the branching action of the PBS 9 light reflected by the controlled light polarization angle. Specifically, when no voltage is applied to the liquid crystal cell, light from the flat light source 1 passes through the PBS 9 and exposes the photosensitive material with the highest light intensity.
  • the light from the flat light source 1 when the rated maximum voltage is applied to the liquid crystal cell is reflected by the PBS 9 and does not expose the photosensitive material 7. Apply an intermediate voltage below the rated maximum voltage to the liquid crystal cell In this case, the photosensitive material 7 is exposed at a light intensity inversely proportional to the applied voltage.
  • FIG. 13 shows the exposure flow using DMD.
  • Illumination unevenness correction table N D of the exposure optical system (x, y) the table M (x, y) to correct uneven illumination of the monitoring optical system stores in advance. Enter the sensitivity curve of the photosensitive material. Input the designed exposure pattern table G (x, y). The exposure pattern template G (x, y) is converted to a photosensitive correction exposure pattern table R (x, y) with reference to the sensitivity curve of the photosensitive material.
  • a control value table S (x, y) corresponding to each micromirror of DMD 30 is obtained by the following equation.
  • PWM control is performed with the control value table S (x, y) while the tilt time of the micromirror is kept constant for all micromirrors, and fine switching is performed within the tilt time of the micromirror. Repeatedly, control the integrated light intensity within the tilt time of the micromirror.
  • the time adjustment method uses the fact that the tilting time of the micromirror and the exposure amount are in a proportional relationship, and controls the on-time with the control value table S (x, y) to control the light intensity.
  • FIG. 14 shows a flow of exposure using a reflective liquid crystal panel.
  • Illumination unevenness correction table of exposure optical system N ⁇ xy The illumination unevenness correction template M (x, y) of the monitor optical system is stored in advance. Enter the sensitivity curve of the photosensitive material. Enter the designed exposure pattern table G (x, y). Feel the exposure pattern table G (x, y) The sensitivity correction exposure pattern table is converted to R (x, y) with reference to the sensitivity curve of the optical material.
  • the control value table S (x, y) corresponding to each liquid crystal cell is calculated by the following formula.
  • the intensity adjustment method utilizes the fact that the voltage applied to the liquid crystal cell and the light intensity are proportional, and controls the applied voltage for each liquid crystal cell with reference to the control value table S (x, y). Control the intensity.
  • the on-time is controlled by the control value tapes S, y) while the applied voltage of each liquid crystal cell is kept constant in all liquid crystal cells, and the light intensity of each liquid crystal cell is controlled. .
  • the sensitivity correction of the light-sensitive material is used as R (x, y).
  • the correction of the film forming efficiency by the light amount or the correction of the etching efficiency by the light amount may be similarly performed. it can.
  • each microphone aperture mirror with pulse width modulation (PWM) according to the control value of each DMD micromirror, the exposure value of the control value can be obtained for each pixel.
  • PWM pulse width modulation
  • the telecentric illumination optical system is installed so that the flat light source and the DMD satisfy the Scheimpflug relationship, so that the DMD installed at an angle to the illumination optical axis is A plane light source can form an image at a predetermined angle on all of the micromirrors.
  • the LED light source as the flat light source, there is no change in the light emission position compared to the discharge type lamp, and it has a long life and does not require replacement.
  • a flat light source can be obtained at a lower cost than the load-integrated light source.
  • a flat light source is mounted at an angle of offset to the optical axis of the illumination, so that the light exit end is cut diagonally in the gray.
  • a flat light source can be created to image a tilted DMD. In addition, light can be used efficiently by setting it at an offset angle.
  • the planar light source and the spatial light modulator are telecentrically imaged onto the spatial light modulator so that the Scheimpflug relationship is satisfied.Therefore, there is little defocus on the exposure surface and the spatial light modulator
  • the above exposure pattern can be transferred at a high resolution or cause a predetermined reaction.
  • the exposure amount should be adjusted to the design value for removing the photosensitive material in consideration of the sensitivity characteristics of the photosensitive material to be used, and exposure unevenness will occur.

Abstract

テレセントリック光学系で構成される照明光学系により空間光変調器に平面光源を結像させ、この平面光源を投影光学系を通して感光材の露光位置に結像させて露光光学系の照明ムラをモニタ光学系で測定すると共に、測定した露光光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルN(x,y)、モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブルM(x,y)を記憶し、感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線および感光材の露光パターンのテーブルG(x,y)を入力し、このテーブルG(x,y)を感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブルR(x,y)に変換すると共に、空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテーブルS(x,y)=R(x,y)×N(x,y)×M(x,y)を求め、この制御値により空間光変調器の各画素を制御し、各画素の光を投影光学系を通して露光位置にある感光材に結像させて露光する。

Description

明細書 露光装置 技術分野
本発明は、 レジストなどの感光材の露光、 バイオチップなどのマイクロ マシン作製のときに利用する光反応を起こさせる露光、 光 C V Dの様に光 のあたったところに膜を堆積する露光、 光があたったところをエッチング する露光などに利用する事ができる露光装置に関する。 背景技術
近年、 半導体製造はマイクロマシンや実験室チップと呼ばれる細胞培養 や化学反応とその分離検出などの実験室で実施される処理のプロセスを 集積化させたチップの製作などの微小な構造物を作る手段としてホトリ ソグラフィ一技術が利用されている。
露光装置は半導体の微細化に伴い複雑化かつ大型化する傾向にあるが、 実験室レベルで利用できる簡易で安価な装置に対する需要が増してきた。 D M Dを利用したマスクを利用しない白黒 2値の露光技術が、 特開平 10-1 12579号公報及び特表 2001- 500628号公報に提案されている。 また露光装置 において重要である露光光の位置による不均一性を除き露光面での面内 分布を均一にするため、 特開 2000- 40660号公報には外部に照明光を均一に するためフライアイレンズを利用した 2値露光方法が開示されている。 し かし、 多階調の露光において、 所望の露光値を得るためには照明光の均一 性を階調の分解能以下にしなければならず、 表示装置などの人間が見るも のとはその要求精度が著しく異なる。 フライアイレンズなどによる光学的 な照明光の均一化手段では白黒の 2階調の露光では十分であっても階調が 高くなると均一化する効果が十分ではない。 たとえば 2 5 6階調の分解能 で多階調の露光を行う場合には照明光の面内分布で 0 . 4 %の誤差以内の 均一性が必要になる。 白黒の 2階調のリソグラフィ装置が特開 2001- 13556 2号公報に開示されている。 また特開 2002- 367900号公報には D M Dを平行 な光束で照明し、 ダミー光学系上に設けた光検出器からの検出信号を利用 して均一に露光する 2階調露光装置が開示されている。 しかし、 前記露光 では検出点がまばらなので多階調の露光を行う上でその階調に見合う分 解能を確保するための均一性の確保が難しい。収束する光や拡大するひか りで D M Dを照明すると露光面における焦点位置がずれるので、完全な平 行性が要求される。焦点がずれる様子を第 1 5図に極端な収束光で照明し た場合の例に示す。 これは照明光軸に対して D M Dが傾いているために起 こる現象であり、 平行性が悪化すると露光の解像度が露光面内一定になら ない状況を呈する。現状では高圧水銀ランプに代表される点光源とはみな し得ない大きさのある光源を利用しているので完全な平行性を持たせる ことは困難である。 またレーザ一を利用すると平行性は確保されるが、 可 干渉性が高いので空間光変調器の画素が二次元アレイを構成しているの で、 その格子が露光面に干渉パターンを発生しノイズの原因となる。
本発明の目的は、 上記の問題点を解決するため、 露光光学系の照明ムラ などの要因や感光材の感度特性を加味して補正した画素毎の制御値のテ —ブルを用いて空間光変調器の各画素を制御し、 感光材の深さ方向の露光 制度を高めた多階調露光装置を提供することにある。 発明の開示
中間階調の露光を行う際には、 中間階調の分解能以下の誤差で位置によ る均一性を確保しなければならない。 具体的には 256階調の露光を実現す るためには露光面内の位置の違いによるバラヅキを 0.4%以内に収めなけ ればならない。 高精度な中間階調を実現する上で、 対処しなければならな い要因は、 感光材などの露光対象試料の光に対する反応の非線形性であり、 光源の輝度ムラや光学系による照明ムラである。 これを解決するため、 本 発明は空間光変調器の画素毎を制御して多階調の露光パターンを発生さ せて感光材を露光する露光装置において、 平面光源と、 前記平面光源と空 間光変調器との間に配置され、前記平面光源を空間光変調器に結像するテ レセントリック光学系で構成される照明光学手段と、前記照明光学手段に より空間光変調器に結像した平面光源を、 感光材の露光位置に結像させる 投影光学手段と、 前記空間光変調器の画素毎に前記感光材の露光位置で露 光光学系の光強度の面内分布を測定するモニタ光学手段と、 前記モニタ光 学手段で測定した露光光学系の光強度の面内分布を均一にする補正テー ブル N (x ）、 モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テ一プル M (x, y) を記憶した記憶手段と、 感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の 関係を表す感度曲線、 および設計値である感光材を露光するパターンのテ —プル G (x，y)を入力し、 前記テーブル G (x, y)を前記感度曲線を参照して 感度補正露光パターンのテーブル R (x，y)に変換すると共に、 空間光変調 器の画素毎に対応した制御値のテーブル S ( x5 y)=R (x, y) x N (x, y) x M (x, y)を求める制御値算出手段と、 前記制御値算出手段で求めた制御値に より空間光変調器の各画素を制御する空間光変調器制御手段とを備え、 前 記空間光変調器制御手段で制御された空間光変調器の各画素の光を、前記 投影光学手段の投影光学系を通して感光材に結像させて露光することを 特徴とする。
本発明によれば、 平面光源を空間光変調器に結像して照明したので、 略 平行光で空間光変調器を照明した場合に比べて、焦点ズレが少なく高い解 像度の露光が実現できる。 また利用する感光材の感度特性により設計値の 感光材の除去深さを得る光量への変換と照明ムラを除外する画素毎の位 置による補正との二つの過程によって高精度な多階調露光が実現される。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明に係る露光装置の第 1の実施形態を示す模式図である。 第 2図は、 平面光源の一実施例を示す構成図である。
第 3図は、 平面光源の他の実施例を示す構成図である。
第 4図は、 口ッドィンテグレー夕の光学伝播を説明す図である。
第 5図は、 感光材の感度曲線の一例を示す図である。
第 6図は、 設計した露光パターンのテーブル G (x, y)の一例を示す図で ある。
第 7図は、 感度補正露光パターンのテーブル R (x, y)の一例を示す図で ある。
第 8図は、 補正テーブル N ( X , y ) の一例を示す図である。
第 9図は、 補正テーブル M ( X , y ) の一例を示す図である。 第 10図は、 制御値のテ一プル S(x,y)の一例を示す図である。
第 1 1図は、 平面光源に薄膜散乱体を応用した露光装置の模式図である。 第 12図は、 反射型液晶パネルを用いた露光装置の模式図である。
第 13図は、 DMDを用いた露光のフローを示す図である。
第 14図は、 反射型液晶パネルを用いた露光のフロ一を示す図である。 第 15図は、 集束光で DMDを照明した場合の焦点位置を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。第 1図は本発明 に係る露光装置の第 1の実施形態を示す模式図である。本実施例は空間光 変調器としてデジタル 'マイクロミラー 'デバイス (DMD) を用い、 2 次元に配列された画素 （マイクロミラー） 每を制御して多階調の露光パ夕 ーンを発生させて感光材を露光するものである。露光装置の構成は平面光 源 1、 照明光学手段 2、 空間光変調器 （DMD) 3、 投影光学手段 4、 モ 二夕光学手段 5、 制御手段 6を備えている。
第 2図は平面光源の一実施例を示す構成図である。 平面光源 1は、 複数 の LEDランプ 10の光軸が互いに平行になるよう配置された L E D光 源を有し、 1^ 0ランプ10の光束を集光レンズ 1 1を通してロヅドィン テグレー夕 12の入射端に集光するよう設けられている。
LED光源は、 複数の LEDランプ 10が、 例えば銅板で作製された平 らな熱伝導性電極基板 13に配置され、各 LEDランプ 10の LEDチヅ プの力ソード電極とアノード電極のいずれかの電極側をマウントしたリ 一ドフレームが熱伝導性電極基板 13に電気的に接続されている。熱伝導 性電極基板 1 3から熱を逃がすために、熱伝導性電極基板 1 3には放熱手 段が設けられている。放熱手段の具体例として、 第 2図に示すように熱伝 導性電極基板 1 3の背面にペルチヱ素子 1 4を配置し、 このペルチヱ素子 1 4に放熱器 1 5を設けて、 それそれを熱結合させ、 更に放熱器 1 5を冷 却ファン 1 6により冷却するよう構成されている。
口ヅドィンテグレー夕 1 2の射出端 1 2 aは、角度 Bで斜めにカツ 卜さ れているので、 口ッドィンテグレ一夕 1 2の材質の屈折率で決まる角度 A だけ光軸が傾斜する。 第 1図において、 D M D 3 0と口ヅ ドィンテグレー 夕 1 2の射出端とはシャインプルーフの関係を満足するよう設置する。す なわち、 本実施例では等倍の照明光学系を利用しているので、 照明光軸と D M D 3 0のなす角を Cとすると、 ロッドインテグレー夕 1 2の射出端と 照明光軸とのなす角も Cとなる。 この配置では （ロッドインテグレ一夕の カッ ト角 B ) + (オフセッ ト角 A )+ C = 9 0度となる。
このような平面光源 1の配置は、 D M D 3 0の全べてのマイクロミラー に平面光源 1を結像させることができる。
第 3図は平面光源の他の実施例を示すもので、第 2図と同一機能を有す る部材には同一符号を付している。 この平面光源は熱伝導性電極基板 1 3 の L E Dランプ 1 0の配置面を、 L E Dランプ 1 0の光が口ヅドィンテグ レー夕 1 2の入射端に向けられるよう球面に形成されていると共に、 ロッ ドインテグレ一夕 1 2の入射端を凸レンズ 1 2 bに形成し、 L E Dランプ 1 0の光を集光する作用を持たせている。
ロッ ドィンテグレー夕 1 2は、第 4図に示すように入射端から導入され た光束が多重反射を繰り返し光射出端に伝播する光学伝播体である。 その 具体的な例としては、 オプティカルファイバと同様に屈折率の低い光学材 料で形成されたクラッ ドが屈折率の高い光学材料で形成されたコア体の 周りを取り囲んでいる構造、 周囲の空気にクラッ ドの機能を持たせて表面 で全反射させることができるガラス棒、 プラスチック棒のコアを有する構 造、 ガラスやプラスチックの表面にアルミなどの金属をコーティングして 鏡としたミラ一ロッ ドなどが適用可能である。
照明光学手段 2は、 D M D 3◦へ結像させるための光軸と D M D 3 0に 結像した光を感光材に投影する光学系の光軸とがなす角度 Tを D M D 3 0のマイクロミラーの傾動角の 2倍に設定されている。照明光学系は D M D 3 0とロッ ドィンテグレー夕 1 2との間に配置され、 口ヅ ドィンテグレ —夕 1 2の光射出端に形成される平面光源 1を、 第 1の凸レンズ 2 0、 開 口絞り 2 1、 第 2の凸レンズ 2 2からなるテレセントリヅク光学系を通し て D M D 3 0に結像させる。 テレセントリヅク光学系は、 平面光源 1と D M D 3 0の間にシャインプルーフの関係を満足するよう設置されている。 このように平面光源 1 と D M D 3 0がシャインプルーフの関係を満足 したテレセントリック光学系で照明することにより、 D M D 3 0のすベて のマイクロミラーを所定の角度、 たとえば 2 0度あるいは 2 4度で照明す ることが出来る。 略平行光で照明したときのような焦点ズレが生じない。 また開口絞りの拡大または縮小で、 照明光の N Aを容易に調節することが 出来る。
本実施例では、 両側テレセントリック光学系を採用した。 少なくとも D M D側がテレセント リックになっている必要がある。 また倍率 1のテレセ ントリック光学系を採用した。 高倍率の光学系を採用すれば、 小面積の口 ヅ ドィンテグレー夕の射出端を D M Dに結像できることはもちろんであ る。
投影光学手段 4は、 両側テレセントリック縮小投影光学系で構成され、 D M D 3 0のマイクロミラ一を制御して、 露光パターンに応じた光を投影 レンズ 4 0を通して感光材 7に結像させて露光する。
モニタ光学手段 5は、 D M D 3 0の'マイクロミラ一を制御して、 平面光 源 1をマイクロミラー毎に結像させ、反射した平面光源 1を投影レンズ 4 0を通して画素座標 （x，y) に対応した感光材 7の露光位置 （x, y) に結像 させ、 露光光学系の光強度の面内分布を測定する。基板上の感光材 7を露 光位置に移動させる載置台が設けられている。 モニタ光の測定は、 基板上 の感光材 7を載置しない状態で露光位置 （x，y) に結像させた露光光学系 の光を凸レンズ 5 0を通して拡散板 5 1に入射させ、 この背後に設置され た光検出器 5 2により検出し、 制御手段 6に入力する。
光学系には照明ムラが生じる。露光光学系の場合には、 光源の輝度ムラ や、 レンズなどの光学素子では中心部と周辺部では光の伝播率が異なるこ とが原因である。 またモニター光学系の場合にもレンズや検出器の指向性 のため、 同じ光強度の光であってもモニタ一位置 （露光面） が異なると検 出効率に差が出てしまう。 上記の露光光学系、 モニタ一光学系で生じる照 明ムラの位置による補正を行う必要があるため、 制御手段 6は露光光学系 の照明ムラをなくす、 つまり光強度の面内分布を均一にする補正テ一プル N (x, y)、 モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正テーブル M (x, y)を記 憶した記憶手段を備え、 設計した感光材の露光パターンのテーブル G ( x, y)を当該感光材の現像後除去される設計値の深さと光量の関係を表す感 度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブル R(x,y)に変換すると 共に、 空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテ一プル S(x,y)=R(x,y) xN(x,y)xM(x，y)を求める制御値算出手段と、 この制御値算出手段で求め た制御値により空間光変調器の各画素を制御する空間光変調器制御手段 とをソフトウエアで実現するコンピュータにより構成されている。
CADなどの利用により設計された 64階調の段差を持つ構造物を作製 するために感光材にこの構造物の錶型を作成する場合を想定する。設計の データは x、 y座標で決まる位置の Z方向の高さ Lを要素とするの 2次元 のテーブルとして設計される。 この 2次元テーブルを中間階調を含む露光 パターンとして利用する。感光材を除去する深さ Lの所望値のテーブル G (x，y)とする。 （x，y)は空間光変調器の画素に対応する位置の座標である。 レジストなどの感光材は一般的に照射される光量に対して線型には反応 しない。 また膜厚が厚くなると散乱や吸収のため非線形性が著しくなる。 利用する所定の厚さの感光材に光量 I (w. sec)を変化させて光を照射し、 所定の現像過程を経て、 感光材が除去される深さ L ( j ) を測定する。 こ のデ一夕から所望の除去深さ Lを得るのに必要な光量 Iを対応させる変 換テーブル R(L)を作成する。変換テーブル R(L)を参照することによって、 設計値のテーブル G(x,y)の要素 Lを必要な光量 Iに変換する。 変換され た新たなテーブル R(x，y)とする
次に露光試料を未装着の状態で露光光の面内分布を測定する。一つの画 素だけをオンし、 モニタ系の光検出器で露光光学系の光強度を測定する。 このオンする両素を順次切り換えて光強度を測定し、 すべての画素に対応 する一画面分の面内分布のテーブルを作成する。露光光の面内分布のテ一 ブルには光源の輝度ムラや照明光学系の照明ムラ、 空間光変調器の照明ム ラ、 また投影光学系の照明ムラなどが総合的に反映され、 画素毎には均一 ではない。面内分布が均一になる様に、 補正テーブル N(x，y)を作成する。 補正テーブル N(x，y)の画素毎の値は、 光強度の逆数に比例乗数 kをかけ た値である。 すなわち kに規格化する。 制御値のテーブルと補正テーブル N(x,y)の各要素ごとに積を取り、新たな制御値のテーブル S(x,y)を得る。
S(x,y)=R(x,y)xN(x,y)
ここで、 Xは要素ごとの掛け算を表す。
ここまではモニタ系の位置による照明ムラは補正されないで残る。モニ 夕系の照明ムラが大きくて無視できない場合はレジスト膜などを露光し、 現像後にその段差を測定する方法などでモニタ系の照明ムラを補正する テーブル M(x，y)を作成する。 装置が組みあがった時点でモニタ系を利用 して補正テーブル N(x，y)を作成し， これを利用してレジスト膜などを露 光しその段差測定からモニタ系の検出のムラを測定し、 これを均一に補正 するテーブル M(x,y)を作成する。 補正テーブルの画素毎の値は、 測定段 差の逆数である。 一度モニタ系の検出のムラを測定すれば， このムラは変 動しないので、 装置定数として記憶する。
しかし、 本実施例では、 露光エリアが数ミリの大きさで在り、 モニタ系 で利用したレンズ 5 0の径が数センチと大きいので近軸光線のみの利用 であることと、 検出器の直前に散乱体を設置した効果で位置による M(x, y)の要素は要求される誤差の範囲ですベて 1となった。 この場合には省略 することができる。
光源の交換などによる大きく変動し、頻繁に発生する変動要因に対して はモニタ光強度を均一に補正するテーブル N(x，y)で補正することができ る
S(x,y)= R(x,y)xM(x,y)
ここで、 Xは要素ごとの掛け算を表す
以上の感光材による補正と、 位置による補正が終了後、 制御手段が制御 値 S(x，y)により空間光変調器の各画素を制御し、 各画素の光を投影光学 系を通して感光材に結像させて露光を行う。
第 5図に感光材の感度曲線の一例を示す。第 6図に設計した露光パター ンのテーブル G(x,y)の一例を示す。 第 7図に感度補正露光パターンのテ —ブル R(x，y)の一例を示す。第 8図に補正テ一ブル N(x，y)の一例を示す。 第 9図に補正テーブル M(x，y)の一例を示す。 第 1 0図に制御値のテープ ル S(x，y)の一例を示す。
本発明の他の実施形態を説明する。 '
第 1 1図は平面光源に薄膜散乱体を応用した露光装置の模式図である。 本実施例は空間光変調器として DMD 30を用い、 各マイクロミラーを制 御して多階調の露光パターンを発生させて感光材 7を露光するものであ る。 露光装置の構成は平面光源 1、 照明光学手段 2、 空間光変調器 （DM D) 3、 全反射プリズム 8、 投影光学手段 4、 モニタ光学手段 5、 制御手 段 （図示せず） を備えている。 ここで、 モニタ光学手段 5、 制御手段の機 能は、 第 1図に示す実施例と同じなので、 その説明を省略する。
照明光学系の光軸と投影光学系の光軸を直交して配置し、 投影光学系の 光軸上に DMD 30を設置する。照明光学系の光軸と投影光学系の光軸が 交わる位置に全反射プリズム 8を配し、 この全反射プリズム 8で平面光源 1を全反射させて D M D 3 0に結像させる。結像した平面光源 1は D M D 3 0の制御により全反射プリズム 8を透過させて投影光学系 4を通して 感光材 7に結像させ、 露光する。 その為、 全反射プリズム 8は D M D 3 0 への入射角度が 2 0度又は 2 4度に等しい角度で平面光源 1を全反射さ せるよう傾斜させている。 光源を薄膜散乱体 1 7で平面光源 1にし、 この 平面光源 1を全反射プリズム又はミラ一 1 8で照明光学系の光軸と一致 した方向に全反射させ、 照明光学系に入射させる。 薄膜散乱体 1 7による 平面光源 1の全反射プリズム又はミラーへの入射角が D M D 3 0への入 射角が 2 0度又は 2 4度に等しくなるよう全反射プリズム又はミラ一傾 斜させている。 D M D 3 0と平面光源 1はシャインプルーフの関係を満足 する。
第 1 2図は反射型液晶パネルを用いた露光装置の模式図である。本実施 例は空間光変調器 3として反射型液晶パネル 3 1を用い、 2次元に配列さ れた液晶セル毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて感光材 7 を露光するものである。 露光装置の構成は平面光源 1、 照明光学手段 2、 空間光変調器（反射型液晶パネル） 3、 P B S (Polarized Beam Splitter) 9、 投影光学手段 4、 モニタ光学手段 5、 制御手段 （図示せず） を備えて いる。 ここで、 投影光学手段 4、 モニタ光学手段 5、 制御手段の機能は第 1図に示す実施例と同じなので、 その説明を省略する。
本実施例は、 照明光学手段 2を通した平面状光源 1を、 P B S 9で偏向 させて反射型液晶パネル 3 1に結像させ、 各液晶セルの印加電圧を調節し て各液晶セルの反射光の光強度を制御し、 この光を P B S 9、 投影光学手 段 4を通して感光材 7に結像させて露光する。 平面光源 1は、 第 2図と第 3図に示す構造を利用するもので、 ロッ ドィ ンテグレ一夕 1 2の光射出端 1 2 aは口ッドィンテグレー夕 1 2の光軸に 直交する面にカツ トされている。
照明光学手段 2は、 照明光学系の光軸と投影光学系の光軸とを直交して 配置し、 投影光学系の光軸上に反射型液晶パネル 3 1を設置する。 照明光 学系の光軸と投影光学系の光軸が交わる位置に P B S 9を配し、 この P B S 9で平面光源 1からの S波は反射させて反射型液晶パネル 3 1に結像 させる。 P波は P B S 9を透過し吸収される （図示せず） 。 結像した平面 光源 1は液晶セルの偏光制御により P B S 9を透過させて投影光学系を 通して感光材 7に結像させて露光する。 その為、 P B S 9の偏光分離面は 平面光源 1に対して 4 5度傾斜させている。
反射型液晶パネル 3 1は、 個々の画素が微小な液晶セルであり、 印加電 圧 （アナログ量） で反射される光の偏光方向が制御される。 反射型液晶パ ネル 3 1と P B S 9とを組み合わせて空間光変調、 強度変調に利用する。 反射型液晶パネル 3 1は、 例えば、 サイズが 13.5 X 13.5 の液晶セルを 1365 X 1024個集積されている。
上記の光学系では、 液晶セルに印加するアナログ電圧によって液晶セル からの反射光の偏光角度が制御される。 光強度は、 制御された光の偏光角 度によって反射される P B S 9の光の分岐作用によって制御される。具体 的には液晶セルに電圧を印加しない状態では平面光源 1からの光が P B S 9を透過し、 最も強い光強度で感光材を露光する。 液晶セルに定格最大 電圧を印加した場合の平面光源 1からの光は P B S 9によって反射され 感光材 7を露光しない。液晶セルに定格最大電圧以下の中間の電圧を印加 した場合は、 印加電圧に逆比例する光強度で感光材 7を露光する。
次に制御手段の動作を説明する。第 1 3図に DMDを用いた露光のフロ —を示す。露光光学系の照明ムラ補正テーブル ND(x,y)、 モニタ光学系の 照明ムラを補正するテーブル M(x,y)を予め記憶する。 感光材の感度曲線 を入力する。 設計した露光パターンのテ一ブル G(x,y)を入力する。 露光 パターンのテ一プル G(x，y)を感光材の感度曲線を参照して感光補正露光 パターンのテーブル R(x,y)に変換する。 DMD 3 0のマイクロミラ一毎 に対応する制御値のテーブル S(x,y)を次の式で求める。
S(x,y)=R(x5y)xND(x3y)xM(x5y) 上記制御値のテーブル S(x,y)を使って強度調節法又は時間調節法で D MD 30を制御する。
強度調節法は、 マイクロミラーの傾動時間を全てのマイクロミラーで一 定に保った状態で、 制御値のテーブル S(x,y)で PWM制御を行い、 マイ クロミラーの傾動時間内で細かくスィツチングを繰り返し、 マイクロミラ —の傾動時間内の積分光強度を制御する。
時間調節法は、 マイクロミラーの傾動時間と露光量が比例関係にあるこ とを利用して、 制御値のテーブル S(x,y)でオン時間を制御し、 光強度を 制御する。
次に反射型液晶パネルを用いた露光装置の制御手段の動作を説明する。 第 14図に反射型液晶パネルを用いた露光のフローを示す。露光光学系の 照明ムラ補正テーブル N^x-y モニタ光学系の照明ムラ補正テ一プル M (x,y)を予め記憶する。 感光材の感度曲線を入力する。 設計した露光パ夕 —ンのテーブル G(x,y)を入力する。露光パターンのテーブル G(x,y)を感 光材の感度曲線を参照して感光補正露光パターンのテーブル: R(x,y)に変 換する。 液晶セル毎に対応する制御値のテーブル S(x，y)を次の式で求め る。
S (x,y)=R(x,y)xNL(x，y)xM(x,y) 上記制御値のテーブル S(x，y)を使って強度調節法又は時間調節法で反 射型液晶パネルを制御する。 ，
強度調節法は、 液晶セルに印加する電圧と光強度が比例関係にあること を利用して、 制御値のテーブル S(x，y)を参照して液晶セル毎の印加電圧 を制御し、 光強度を制御する。
時間調節法は、 液晶セル毎の印加電圧を全ての液晶セルで一定に保った 状態で、 制御値のテ一プル S ，y)でオン時間を制御し、 液晶セル毎の光 強度を制御する。
上記の実施例では、 モニタ光学系の照明ムラ補正を行っているが、 光強 度補正のみを行った制御値 S(x,y)=R(x,y)xN(x，y)でも良い。
また、 本実施例では感.光材の感度補正を R(x，y)として利用したが、 他 に光量による成膜効率の補正、 或は光量によるエツチング効率の補正も同 様に行うことができる。
本実施態様によれば、 次のような作用効果を生ずる。
1. DMDのマイクロミラ一毎の制御値に応じたパルス幅変調 （PWM) で各マイク口ミラ一を制御することにより、 画素毎に制御値の露光量を得 ることができる。
2. DMDのマイク口ミラ一毎の制御値に応じたオン時間で各マイクロミ ラーを制御することにより、画素毎に制御値の露光量を得ることが出来る。 特別なハードウェア （P WM装置） に依存することがなく、 高い分解能で の制御がしゃすい。 '
3 . テレセントリック照明光学系が平面光源と D M Dとをシャインプルー フの関係を満足する様に設置されたことにより、 照明光軸に対して傾いて 設置されている D M Dに対して、 D M Dのすベてのマイクロミラーに対し て、 平面光源を所定の角度で結像させることができる。
4 . 反射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する印加電圧で各液晶 セルを制御することにより、 画素毎に制御値の露光量を得ることができる。
5 . 反射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する時間だけ所定の電 圧を印加して各液晶セルを制御することにより、 画素每に制御値の露光量 を得ることができると共に、 高い分解能での制御がしゃすい。
6 . 平面光源を L E D光源にすることにより、 放電型のランプに比べて発 光位置の変動がなく、 しかも長寿命で交換を要しない。
7 . 平面光源が、 照明された薄膜散乱体とすることにより、 ロッ ドインテ グレー夕より安価に平面光源を得ることができる。
8 . 平面光源が照明光軸にオフセッ ト角を持って設置されたロッ ドィンテ グレー夕の斜めにカツトされた光射出端にすることにより、 シャインプル ーフの関係を満足し、 光軸に対して傾いている D M Dに結像するための平 面光源を作ることができる。 またオフセット角を持って設置することで光 を効率よく利用することができる。 産業上の利用可能性
発光位置の変動のない L E Dランプを光源とし、 光源から平面光源を生 成し、 平面光源と空間光変調器がシャインプルーフの関係を満足するよう に平面光源を空間光変調器にテレセントリックに結像して照明したので、 露光面における焦点ズレが少なく、 空間光変調器上の露光パターンを高解 像な状態で転写したり所定の反応を起こさせることができる。
またの感光材を多階調に露光する場合には、利用する感光材の感度特性 を考慮して、 露光量が感光材を除去する設計値になる様に補正し、 また露 光ムラを起こすような照明下においても露光量が厳密に制御出きる様に 画素ごとに位置による補正を実施したことで多階調の深さ方向の構造を 持つ構造物を高精度に感光材上に作りこむことができる。

Claims

請求の範囲
1， 空間光変調器の画素毎を制御して多階調の露光パターンを発生させて 感光材を露光する露光装置において、
平面光源と、
前記平面光源と空間光変調器との間に配置され、 前記平面光源を空間光 変調器に結像するテレセントリック光学系で構成される照明光学手段と、 前記照明光学手段により空間光変調器に結像した平面光源を、 感光材の 露光位置に結像させる投影光学手段と、
前記空間光変調器の画素毎に前記感光材の露光位置で露光光学系の光 強度の面内分布を測定するモニタ光学手段と、
前記モニタ光学手段で測定した露光光学系の光強度の面内分布を均一 にする補正テーブル N(x,y)、 モニタ光学系の照明ムラを均一にする補正 テーブル M(x，y)を記憶した記憶手段と、
感光材を除去して得られる設計値の深さと光量の関係を表す感度曲線、 および感光材の露光パターンのテーブル G(x，y)を入力し、 該テーブル G (x,y)を前記感度曲線を参照して感度補正露光パターンのテーブル R(x， y)に変換すると共に、 空間光変調器の画素毎に対応した制御値のテーブル S(x,y)=R(x，y)xN(x,y)xM(x,y)を求める制御値算出手段と、
前記制御値算出手段で求めた制御値により空間光変調器の各画素を制 御する空間光変調器制御手段と、 を備え、
前記空間光変調器制御手段で制御された空間光変調器の各画素の光を、 前記投影光学手段の投影光学系を通して感光材に結像させて露光するこ とを特徴とする露光装置。
2. 請求項 1において、 空間光変調器を DMDで構成し、 該 DMDのマイ ク口ミラ一毎の制御値に応じたパルス幅変調 （PWM)で各マイクロミラ —を制御することを特徴とする露光装置。
3. 請求項 1または 2において、 空間光変調器を DMDで構成し、 該 DM Dのマイクロミラー毎の制御値に応じたオン時間で各マイク口ミラ一を 制御することを特徴とする露光装置。
4. 請求項 1〜3のいずれかの項において、 平面光源と DMDとをシャイ ンプルーフの関係を満足する様に設置したことを特徴とする露光装置。
5. 請求項 1において、 空間光変調器を反射型液晶パネルで構成し、 該反 射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する印加電圧で各液晶セル を制御することを特徴とする露光装置。
6. 請求項 1において、 空間光変調器を反射型液晶パネルで構成し、 該反 射型液晶パネルの液晶セル毎の制御値に相当する時間だけ所定の電圧を 印加して各液晶セルを制御することを特徴とする露光装置。
7. 請求項 1において、 平面光源が LEDで構成される光源を有すること を特徴とする露光装置。
8. 請求項 1〜 6のいずれかの項において、 平面光源が、 照明された薄膜 散乱体であることを特徴とする露光装置。
9. 請求項 4において、 平面光源が照明光軸にオフセッ ト角を持って設置 されたロッ ドインテグレ一夕の斜めにカツ トされた光射出端であること を特徴とする露光装置。
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