JP2004296531A - 露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】空間光変調素子の像を結像面に正確に投影することができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光エリアの１角に在る４画素４８１、４８２、４８３、４８４（露光画像の画素）が、４分割ディテクタ２６の４つのダイオード２６１、２６２、２６３、２６４の各々に対応するように、４分割ディテクタ２６が配置される。ＤＭＤ１０とマイクロレンズアレイ１８との間に相対的な位置ずれがある場合には、４分割ディテクタ２６の出力信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に差分が発生し、ＤＭＤ１０のマイクロミラー（画素部）で反射された光ビームと対応するマイクロレンズとのずれ（ビームの位置ずれ）を検出することができる。検出されたずれ量に基づいて、マイクロレンズアレイ１８の位置調整を行い、位置ずれを解消する。
【選択図】図３
【解決手段】露光エリアの１角に在る４画素４８１、４８２、４８３、４８４（露光画像の画素）が、４分割ディテクタ２６の４つのダイオード２６１、２６２、２６３、２６４の各々に対応するように、４分割ディテクタ２６が配置される。ＤＭＤ１０とマイクロレンズアレイ１８との間に相対的な位置ずれがある場合には、４分割ディテクタ２６の出力信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に差分が発生し、ＤＭＤ１０のマイクロミラー（画素部）で反射された光ビームと対応するマイクロレンズとのずれ（ビームの位置ずれ）を検出することができる。検出されたずれ量に基づいて、マイクロレンズアレイ１８の位置調整を行い、位置ずれを解消する。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置にかかり、特に、画像データに応じて空間光変調素子により変調された光ビームで感光材料を露光する露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空間光変調素子を利用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光装置、例えば、液晶製造装置に使用されるフォトマスクの露光装置やプリント基板製造用の露光装置などの露光装置が種々提案されている。
【０００３】
空間光変調素子としてデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いた露光装置は、例えば、図９（Ａ）に示すように、レーザ光を照射する光源１、光源１から照射されたレーザ光をコリメートするレンズ系２、レンズ系２の略焦点位置に配置されたＤＭＤ３、ＤＭＤ３で反射されたレーザ光を走査面５上に結像するレンズ系４、６から構成されている。ＤＭＤは、制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列されたミラーデバイスである。この露光装置では、画像データ等に応じて生成した制御信号によって、ＤＭＤ３のマイクロミラーの各々を図示しない制御装置でオンオフ制御してレーザ光を変調し、変調されたレーザ光で画像露光を行っている。なお、図９（Ａ）は、模式的に光軸に沿った展開図とした。
【０００４】
このような露光装置には、例えば、図９（Ｂ）に示すように、スポット径を小さくして解像度を高める目的で、ＤＭＤ３の画像に対応するようにマイクロレンズアレイ８を配置し、解像度の高い画像露光を行うものがある。なお、図９（Ｂ）では、光源１から照射され、レンズ系２でコリメートされたレーザ光は、全反射（ＴＩＲ）プリズムで反射されてＤＭＤ３に照射される。また、ＤＭＤ３で反射されたレーザ光は、ＴＩＲプリズム透過してレンズ系４に入射する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＭＤからの反射光の各々を、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）の対応するレンズで集光し、アパーチャを通して結像する共焦点光学系を備えた露光装置では、組立て時に光軸調整を行っても、構成部材の熱膨張や、構成部材内に残留した応力の経時開放等により、構成部材間で相対的な位置ずれが発生し、ＤＭＤ上の像が結像面に正確に投影されない、という問題があった。また、その結果、露光装置において、光の利用効率が低下する、焦点位置がずれる、隣接する画素に光がまわり込んで解像度を劣化させる、という問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、空間光変調素子の像を結像面に正確に投影することができる露光装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の露光装置は、照明用の光ビームを出射する光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、前記画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ量を検出するずれ量検出手段と、検出されたずれ量に基づいて、前記空間光変調素子及び前記マイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整する位置調整手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
本発明の露光装置では、光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、空間光変調素子の画素部毎により変調され、変調された光ビームはマイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。このとき、熱膨張や残留応力の経時開放等により、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとの間で相対的な位置ずれが発生する。そこで、ずれ量検出手段によって、空間光変調素子の各画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ量を検出する。そして、位置調整手段により、検出されたずれ量に基づいて、空間光変調素子及びマイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整する。これにより、各画素部により変調された光ビームが対応するマイクロレンズに適切に入射され、空間光変調素子の像が結像面に正確に投影されるようになる。
【０００９】
上記の露光装置において、位置調整手段は、検出されたずれ量に基づいて、前記ずれ量が低減されるように、空間光変調素子及びマイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整することが好ましい。より具体的には、ずれ量検出手段において検出される、画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ量が所定値以下になるように、空間光変調素子及びマイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整することが好ましい。
【００１０】
また、上記の露光装置では、画素部により変調された光ビームをマイクロレンズと対応するように結像する結像光学系を備えていてもよく、このような結像光学系を配置した場合には、位置調整手段により、空間光変調素子、マイクロレンズアレイ、及び結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整する。構成部材の中で、より光軸ずれに対し感度が低い部材の位置を調整することで、光軸調整が容易になる。
【００１１】
この場合も、位置調整手段は、検出されたずれ量に基づいて、前記ずれ量が低減されるように、空間光変調素子、マイクロレンズアレイ、及び結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整することが好ましい。より具体的には、ずれ量検出手段において検出される、画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ量が所定値以下になるように、空間光変調素子、マイクロレンズアレイ、及び結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整することが好ましい。
【００１２】
また、ずれ量検出手段として、相互に隣接する複数の画素部の各々に対応する複数の光検出素子と、該複数の光検出素子の検出信号に基づいて、前記画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとのずれ量を演算する演算手段と、を含むずれ量検出手段を用いることができる。光検出素子としては、フォトダイオードの外、フォトトランジスタ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等を用いることができる。
【００１３】
例えば、マトリクス状に配列された４個の画素部の各々に対応する４個のフォトダイオードと、該４個のフォトダイオードの検出信号に基づいて、前記画素部により変調された光ビームに対応するマイクロレンズの行方向のずれ量及び列方向のずれ量を演算する演算手段と、を含む４分割ディテクタを用いることができる。
【００１４】
また、位置調整手段として、圧電素子を利用した微調整機構を用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（露光装置の構成）
本実施の形態に係る露光装置は、図１に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）１０を備えている。ＤＭＤ１０の光入射側には、ＤＭＤ１０を照明する光源１２が配置されている。一方、ＤＭＤ１０の光反射側には、ＤＭＤ１０で反射されたＤＭＤ像を拡大する拡大レンズ系１４と、結像倍率を調整する倍率調整レンズ１６と、が上流側からこの順に配置されている。
【００１６】
倍率調整レンズ１６によりＤＭＤ像が結像される位置には、マイクロレンズがＤＭＤの各画素に対応して設けられたマイクロレンズアレイ１８が配置されている。マイクロレンズアレイ１８の光出射側には、結像レンズ系２０が、ＤＭＤ１０と露光面とが共役な関係となるように配置されている。
【００１７】
結像レンズ系２０の光出射側には、感光材料２２が載置されるステージ２４が配置されている。ステージ２４は、ＸＹ方向及びＸＹ平面に直交するＺ方向の３方向に移動可能に構成されている。また、ステージ２４上には、感光材料２２の露光面と同じ高さで４分割ディテクタ２６が設置されている。
【００１８】
ＤＭＤ１０は、マイクロミラーの各々を駆動する駆動部２８を介して、コントローラ３０に接続されている。コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ、及びモニタやキーボード等の入出力装置等を備えたコンピュータで構成されている。
【００１９】
倍率調整レンズ１６には、圧電素子を利用した微調整機構３２が搭載されている。この微調整機構３２は、駆動部３４を介してコントローラ３０に接続されている。また、倍率調整レンズ１６の近傍には、倍率調整レンズ１６の位置を検出する位置検出センサ３６が配置されている。微調整機構３２は、位置検出センサ３６の検出信号に基づいて倍率調整レンズ１６の位置をＸＹ方向に微調整する。
【００２０】
マイクロレンズアレイ１８には、倍率調整レンズ１６と同様に、圧電素子を利用した微調整機構３８が搭載されている。この微調整機構３８は、駆動部４０を介してコントローラ３０に接続されている。また、マイクロレンズアレイ１８の近傍には、マイクロレンズアレイ１８の位置を検出する位置検出センサ４２が配置されている。微調整機構３８は、位置検出センサ４２の検出信号に基づいてマイクロレンズアレイ１８の位置をＸＹ方向に微調整する。
【００２１】
なお、ＤＭＤ１０の画素とマイクロレンズアレイ１８の各マイクロレンズとは１対１に対応する必要があり、拡大レンズ１４の倍率は両者の画素ピッチが一致するように設計される。しかし、レンズの倍率は、レンズの曲率や面間隔、屈折率ばらつき等により１〜２％の誤差を有する。拡大レンズ１４に加えて倍率調整レンズ１６を配置することで、拡大レンズ１４と倍率調整レンズ１６との間隔を調整することができ、レンズ倍率による誤差を補正して、レンズ倍率を設計値通りに調整することができる。
【００２２】
ステージ２４は、駆動部４４を介してコントローラ３０に接続されている。この駆動部４４は、コントローラ３０からの制御信号に応じて、ステージ２４を駆動する。また、ステージ２４上に設置された４分割ディテクタ２６は、コントローラ３０に接続されており、４分割ディテクタ２６の検出信号はコントローラ３０に入力される。
【００２３】
次に、図１に示す露光装置の露光動作を説明する。コントローラ３０に画像データが入力されると、コントローラ３０は入力された画像データに基づいてＤＭＤ１０の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。駆動部２８は、この制御信号に基づいてＤＭＤ１０の各マイクロミラーの反射面の角度を変更する。
【００２４】
光源１２からＤＭＤ１０に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系１４により拡大される。これにより、ＤＭＤ１０の露光面上での画素スポットのサイズが拡大されると共に、画素スポットのピッチが拡大される。
【００２５】
拡大レンズ系１４により拡大された光は、倍率調整レンズ１６により結像倍率が微調整され、倍率が調整された光がマイクロレンズアレイ１８に設けられたマイクロレンズの各々に入射し、拡大されたＤＭＤ像が再び縮小される。このとき、全光束がマイクロレンズアレイ１８へ入射する。マイクロレンズアレイ１８で集光された光は、結像レンズ系２０に入射し、結像レンズ系２０により、感光材料２２の露光面上にＤＭＤ１０の像が結像される。
【００２６】
（４分割ディテクタ）
４分割ディテクタ２６は、図２（Ａ）に示すように、ステージ２４を基準位置に配置した場合に、ステージ２４上に形成される矩形状の露光エリア４６の４角Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの少なくとも１ヶ所に配置される。露光エリア４６は、ＤＭＤ１０の各画素に対応する多数の画素から構成されている。
【００２７】
例えば、角Ａに配置する場合には、図２（Ｂ）に示すように、露光エリア４６の角Ａに在り且つ相互に隣接する４画素４８１、４８２、４８３、４８４（露光画像の画素）が、４分割ディテクタ２６の４つのダイオード２６１、２６２、２６３、２６４の各々に対応するように、４分割ディテクタ２６が配置される。
【００２８】
１．５ｍｍ×２．０ｍｍ程度の大きさの４分割ディテクタでは、隣接するダイオードの間隔は約１５μｍであるから、露光画像における隣接する画素の間隔を約７０μｍとすると、４分割ディテクタ２６を４画素に対して±２０μｍの位置精度で配置すればよい。
【００２９】
次に、この４分割ディテクタ２６を用いて、ＤＭＤ１０とマイクロレンズアレイ１８との相対的な位置ずれを検出する方法について説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、露光エリア４６の角Ａに在る４画素４８１、４８２、４８３、４８４に対応するＤＭＤ１０の４画素を点灯する。
【００３０】
図３（Ｂ）に示すように、４画素に対応する４つのダイオード２６１、２６２、２６３、２６４の出力信号を、各々Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とすると、ＤＭＤ１０とマイクロレンズアレイ１８との間に相対的な位置ずれがある場合には、出力信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の値がアンバランスになる。例えば、この例では、Ｐ４の値だけが大きくなる。
【００３１】
アンバランスが発生する原因について簡単に説明する。図４（Ａ）に示すように、ＤＭＤ１０の画素により変調される光ビームとマイクロレンズアレイ１８の対応するマイクロレンズの位置とが一致している場合は、マイクロレンズに入射したビームは露光面の所定位置に結像される。一方、図４（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１８が矢印Ａ方向にずれると、隣接するマイクロレンズに隣接するＤＭＤ１０の画素に対応するビームの１部が入射し、所定位置から離れた位置に結像される。例えば、図３（Ｂ）の例では、画素４８４として結像されるべき光が、ダイオード２６４の画素４８４とは異なる位置にノイズ４９として結像される。
【００３２】
上述した通り、ＤＭＤ１０と対応するマイクロレンズアレイ１８との間に相対的な位置ずれがある場合には、４分割ディテクタ２６の出力信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に差分が発生し、誤差（ずれ）発生を検出することができる。即ち、ＤＭＤ１０のマイクロミラー（画素部）で反射された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ（以下、「ビームの位置ずれ」という。）を検出することができる。Ｘ方向のずれ量をΔＸ、Ｙ方向のずれ量をΔＹとすると、ΔＸ及びΔＹは、出力信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の値を用いて下記式で表される。式中、ｋ及びｋ´は定数である。
【００３３】
【数１】
【００３４】
（ビームの位置ずれの補正）
次に、「ビームの位置ずれ」の補正について説明する。図５に、補正を行う場合のコントローラ３０の制御ルーチンを示す。露光開始前又は露光開始後の任意のタイミングで、「ビームの位置ずれ」の検出と補正とを行うための割り込みルーチンが実施される。
【００３５】
ステップ１００で、露光エリア４６の角Ａに在る４画素に対応するＤＭＤ１０の４画素を点灯し、ステップ１０２で、４分割ディテクタ２６から出力信号Ｐ１〜Ｐ４を取り込む。ステップ１０４で、Ｘ方向のずれ量ΔＸと、Ｙ方向のずれ量ΔＹとを演算する。
【００３６】
次のステップ１０６で、演算されたずれ量ΔＸ、ΔＹが、予め設定された許容量以下かを判断する。ずれ量が許容量以下の場合には、ビームの位置ずれの補正は行わずにルーチンを終了する。一方、ずれ量が許容量を超えている場合には、ステップ１０８で、ビームの位置ずれの補正を行う。本実施の形態では、ＤＭＤ１０は固定配置されているので、ずれ量ΔＸ及びずれ量ΔＹに基づいて、マイクロレンズアレイ１８の位置調整を行う。この場合の補正量は、Ｘ方向が−ΔＸ，Ｙ方向が−ΔＹである。
【００３７】
位置調整が終了した後、ステップ１０２に戻って、新たな出力信号を取り込み、位置調整後のずれ量ΔＸ及びずれ量ΔＹを演算する。ステップ１０６で、演算されたずれ量ΔＸ、ΔＹが許容量以下になるまで、ステップ１０２〜ステップ１０８の処理を繰り返す。これにより、ビームの位置ずれが解消され、ＤＭＤ１０の画素毎にマイクロレンズアレイ１８の各マイクロレンズに入射したビームは、露光面の所定位置に結像される。
【００３８】
なお、ステップ１０２〜ステップ１０８を繰り返す代わりに、位置検出センサ４２によりマイクロレンズアレイ１８の現在位置をモニタリングしながら、元の位置から−ΔＸ，−ΔＹだけ移動させてもよい。
【００３９】
以上説明した通り、本実施の形態では、４分割ディテクタの４つのダイオードが、ＤＭＤ像の４画素の各々に対応するように配置されているので、ＤＭＤとマイクロレンズアレイとの間に相対的な位置ずれがある場合には、４分割ディテクタの出力信号に差分が発生し、ＤＭＤの各マイクロミラーで反射された光ビームと対応するマイクロレンズとのずれ（ビームの位置ずれ）を検出することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、ビームの位置ずれが許容量以下になるまで、マイクロレンズアレイの位置調整を繰り返し行うので、ビームの位置ずれが低減される。ビームの位置ずれの許容量を限りなくゼロに近付けることで、ビームの位置ずれを無くすことができる。これにより、ＤＭＤの各マイクロミラーで反射された光ビームが、対応するマイクロレンズに適切に入射され、ＤＭＤ像が結像面に正確に投影される。
【００４１】
（変形例）
なお、上記の実施の形態では、４分割ディテクタ２６は、矩形状の露光エリア４６の４角Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの少なくとも１ヶ所に配置されると説明したが、例えば、図６に示すように、４分割ディテクタ２６を、角Ａ及び角Ｂの２ヶ所に配置することができる。２点で測定を行うことで、回転方向の位置ずれも検出することができる。
【００４２】
例えば、角Ａに配置された４分割ディテクタ２６を用いて検出したビームのずれ量をΔＸＡ，ΔＹＡ、角Ｂに配置された４分割ディテクタ２６を用いて検出したビームのずれ量をΔＸＢ，ΔＹＢ、及びＡＢ間の距離をＬとすると、露光エリア全体でビームの位置ずれを考えた場合、Ｘ方向のずれ量ΔＸ、Ｙ方向のずれ量ΔＹ、及び回転方向のずれ量θｚは下記式で表される。従って、ビームの位置ずれを解消するためには、マイクロレンズアレイ１８を、元の位置から−ΔＸ，−ΔＹ，−θＺだけ移動させればよい。
【００４３】
【数２】
【００４４】
或いは、４分割ディテクタ２６を、対角線上に在る角Ａ及び角Ｄの２ヶ所に配置してもよく、４角の各々に配置してもよい。対角線上の２角又は４角に配置することで、露光エリア全体のビームの位置ずれを、回転方向の位置ずれ（角度ずれ）や倍率ずれを含めて、検出することができる。
【００４５】
また、上記の実施の形態では、Ｘ方向のずれ量とＹ方向のずれ量とを同時に検出する例について説明したが、Ｘ方向のずれ量とＹ方向のずれ量とを別々に検出してもよい。例えば、図７に示すように、Ｘ方向に２画素、Ｙ方向に６画素の合計１２画素を点灯し、Ｘ方向のずれ量を検出することができる。４分割ディテクタ２６の各ダイオードには３画素ずつが割り当てられる。図７の例では、ダイオード２６１には画素４８１１〜４８１３が、ダイオード２６２には画素４８２１〜４８２３が、ダイオード２６３には画素４８３１〜４８３３が、ダイオード２６４には画素４８４１〜４８４３が各々割り当てられている。
【００４６】
同様に、Ｙ方向に２画素、Ｘ方向に６画素の合計１２画素を点灯し、Ｙ方向のずれ量を検出することができる。各ダイオードに１画素ずつ割り当てたのでは、１つのダイオードあたりの光量が不足し、十分な検出精度が得られない場合がある。このような場合には、ずれ量を検出する方向の点灯画素数を増加する上記の方法により、検出精度を向上させることができる。なお、この場合は、２分割ディテクタを用いてもよい。
【００４７】
また、上記の実施の形態では、ステージを基準位置に配置した場合に、４分割ディテクタが露光エリアの１角に配置される例について説明したが、図８に２点鎖線で示すように、ステージ２４を基準位置に配置した場合に、４分割ディテクタ２６を露光エリア４６の外部に配置することもできる。
【００４８】
「ビームの位置ずれ」の検出時には、図８に実線で示すように、４分割ディテクタ２６をステージ２４と共に移動させて、４分割ディテクタ２６を露光エリア４６の１角に配置する。このように、４分割ディテクタ２６を挿入退避が可能な構成とすることで、露光エリアの縮小やサイクルタイムの長期化にも対応することができる。但し、各ダイオード間のギャップと点灯画素とが重ならないように、４分割ディテクタ２６を移動させる必要があり、数十μｍの再現性で移動可能なステージが必要となる。
【００４９】
或いは、露光エリアの１角に露光に使用しないダミー画素を配置してもよい。これにより、ビームの位置ずれを常時検出することができる。
【００５０】
また、上記の実施の形態では、マイクロレンズアレイの位置を調整してビームの位置ずれを補正する例について説明したが、マイクロレンズアレイの代わりに倍率調整レンズの位置を調整してもよく、また、ＤＭＤの位置を調整してもよい。例えば、１０μｍの位置ずれを調整するのに２μｍの光軸移動で済むというように、構成部材の中で、より光軸ずれに対し感度が低い部材の位置を調整することで、光軸調整が容易になる。或いは、マイクロレンズアレイの光入射側に平行平板を挿入し、この平行平板の傾きを変化させることによってもビームの位置ずれを補正することができる。
【００５１】
また、上記の実施の形態では、４分割ディテクタを用いる例について説明したが、４分割ディテクタの代わりに、２次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やフォトトランジスタを領域分割して使用することができる。
【００５２】
また、上記の実施の形態では、レンズ等の位置を調整する微調整機構として、圧電素子を利用した微調整機構を使用する例を説明したが、他の微調整機構を使用してもよい。例えば、ピエゾ素子等の圧電素子で移動対象を３方向から押す機構の外に、移動対象の保持部材をペルチェ素子とサーミスタとを用いて温度コントロールして伸縮量を制御する機構、または、電気モーターに減速機やカム等を組み合わせることで、移動量を縮小するメカニカルな機構等を使用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の露光装置によれば、空間光変調素子の像を結像面に正確に投影することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】（Ａ）はステージ上に形成される露光エリアを示す平面図であり、（Ｂ）は４分割ディテクタの配置を示す平面図である。
【図３】（Ａ）位置ずれの検出時に点灯する４画素を示す図であり、（Ｂ）は４分割ディテクタによる位置ずれの検出方法を説明するための図である。
【図４】（Ａ）ＤＭＤの画素とマイクロレンズアレイのマイクロレンズの位置とが一致している様子を示す図であり、（Ｂ）はＤＭＤの画素とマイクロレンズアレイのマイクロレンズの位置とが一致していない様子を示す図である。
【図５】ビームの位置ずれの補正を行う場合の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】４分割ディテクタの他の配置を示す平面図である。
【図７】Ｘ方向のずれ量とＹ方向のずれ量とを別々に検出する場合に点灯する画素を示す図である。
【図８】４分割ディテクタを挿入退避が可能な構成とした例を示す図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った側面図である。
【符号の説明】
１０ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
１２ 光源
１４ 拡大レンズ系
１６ 倍率調整レンズ
１８ マイクロレンズアレイ
２０ 結像レンズ系
２２ 感光材料
２４ ステージ
２６ ４分割ディテクタ
２８、３４、４０、４４ 駆動部
３０ コントローラ
３２、３８ 微調整機構
３６、４２ 位置検出センサ
４６ 露光エリア
４８１、４８２、４８３、４８４ 画素
４９ ノイズ
２６１、２６２、２６３、２６４ ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置にかかり、特に、画像データに応じて空間光変調素子により変調された光ビームで感光材料を露光する露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空間光変調素子を利用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光装置、例えば、液晶製造装置に使用されるフォトマスクの露光装置やプリント基板製造用の露光装置などの露光装置が種々提案されている。
【０００３】
空間光変調素子としてデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いた露光装置は、例えば、図９（Ａ）に示すように、レーザ光を照射する光源１、光源１から照射されたレーザ光をコリメートするレンズ系２、レンズ系２の略焦点位置に配置されたＤＭＤ３、ＤＭＤ３で反射されたレーザ光を走査面５上に結像するレンズ系４、６から構成されている。ＤＭＤは、制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列されたミラーデバイスである。この露光装置では、画像データ等に応じて生成した制御信号によって、ＤＭＤ３のマイクロミラーの各々を図示しない制御装置でオンオフ制御してレーザ光を変調し、変調されたレーザ光で画像露光を行っている。なお、図９（Ａ）は、模式的に光軸に沿った展開図とした。
【０００４】
このような露光装置には、例えば、図９（Ｂ）に示すように、スポット径を小さくして解像度を高める目的で、ＤＭＤ３の画像に対応するようにマイクロレンズアレイ８を配置し、解像度の高い画像露光を行うものがある。なお、図９（Ｂ）では、光源１から照射され、レンズ系２でコリメートされたレーザ光は、全反射（ＴＩＲ）プリズムで反射されてＤＭＤ３に照射される。また、ＤＭＤ３で反射されたレーザ光は、ＴＩＲプリズム透過してレンズ系４に入射する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＭＤからの反射光の各々を、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）の対応するレンズで集光し、アパーチャを通して結像する共焦点光学系を備えた露光装置では、組立て時に光軸調整を行っても、構成部材の熱膨張や、構成部材内に残留した応力の経時開放等により、構成部材間で相対的な位置ずれが発生し、ＤＭＤ上の像が結像面に正確に投影されない、という問題があった。また、その結果、露光装置において、光の利用効率が低下する、焦点位置がずれる、隣接する画素に光がまわり込んで解像度を劣化させる、という問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、空間光変調素子の像を結像面に正確に投影することができる露光装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の露光装置は、照明用の光ビームを出射する光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、前記画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ量を検出するずれ量検出手段と、検出されたずれ量に基づいて、前記空間光変調素子及び前記マイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整する位置調整手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
本発明の露光装置では、光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、空間光変調素子の画素部毎により変調され、変調された光ビームはマイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。このとき、熱膨張や残留応力の経時開放等により、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとの間で相対的な位置ずれが発生する。そこで、ずれ量検出手段によって、空間光変調素子の各画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ量を検出する。そして、位置調整手段により、検出されたずれ量に基づいて、空間光変調素子及びマイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整する。これにより、各画素部により変調された光ビームが対応するマイクロレンズに適切に入射され、空間光変調素子の像が結像面に正確に投影されるようになる。
【０００９】
上記の露光装置において、位置調整手段は、検出されたずれ量に基づいて、前記ずれ量が低減されるように、空間光変調素子及びマイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整することが好ましい。より具体的には、ずれ量検出手段において検出される、画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ量が所定値以下になるように、空間光変調素子及びマイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整することが好ましい。
【００１０】
また、上記の露光装置では、画素部により変調された光ビームをマイクロレンズと対応するように結像する結像光学系を備えていてもよく、このような結像光学系を配置した場合には、位置調整手段により、空間光変調素子、マイクロレンズアレイ、及び結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整する。構成部材の中で、より光軸ずれに対し感度が低い部材の位置を調整することで、光軸調整が容易になる。
【００１１】
この場合も、位置調整手段は、検出されたずれ量に基づいて、前記ずれ量が低減されるように、空間光変調素子、マイクロレンズアレイ、及び結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整することが好ましい。より具体的には、ずれ量検出手段において検出される、画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ量が所定値以下になるように、空間光変調素子、マイクロレンズアレイ、及び結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整することが好ましい。
【００１２】
また、ずれ量検出手段として、相互に隣接する複数の画素部の各々に対応する複数の光検出素子と、該複数の光検出素子の検出信号に基づいて、前記画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとのずれ量を演算する演算手段と、を含むずれ量検出手段を用いることができる。光検出素子としては、フォトダイオードの外、フォトトランジスタ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等を用いることができる。
【００１３】
例えば、マトリクス状に配列された４個の画素部の各々に対応する４個のフォトダイオードと、該４個のフォトダイオードの検出信号に基づいて、前記画素部により変調された光ビームに対応するマイクロレンズの行方向のずれ量及び列方向のずれ量を演算する演算手段と、を含む４分割ディテクタを用いることができる。
【００１４】
また、位置調整手段として、圧電素子を利用した微調整機構を用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（露光装置の構成）
本実施の形態に係る露光装置は、図１に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）１０を備えている。ＤＭＤ１０の光入射側には、ＤＭＤ１０を照明する光源１２が配置されている。一方、ＤＭＤ１０の光反射側には、ＤＭＤ１０で反射されたＤＭＤ像を拡大する拡大レンズ系１４と、結像倍率を調整する倍率調整レンズ１６と、が上流側からこの順に配置されている。
【００１６】
倍率調整レンズ１６によりＤＭＤ像が結像される位置には、マイクロレンズがＤＭＤの各画素に対応して設けられたマイクロレンズアレイ１８が配置されている。マイクロレンズアレイ１８の光出射側には、結像レンズ系２０が、ＤＭＤ１０と露光面とが共役な関係となるように配置されている。
【００１７】
結像レンズ系２０の光出射側には、感光材料２２が載置されるステージ２４が配置されている。ステージ２４は、ＸＹ方向及びＸＹ平面に直交するＺ方向の３方向に移動可能に構成されている。また、ステージ２４上には、感光材料２２の露光面と同じ高さで４分割ディテクタ２６が設置されている。
【００１８】
ＤＭＤ１０は、マイクロミラーの各々を駆動する駆動部２８を介して、コントローラ３０に接続されている。コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ、及びモニタやキーボード等の入出力装置等を備えたコンピュータで構成されている。
【００１９】
倍率調整レンズ１６には、圧電素子を利用した微調整機構３２が搭載されている。この微調整機構３２は、駆動部３４を介してコントローラ３０に接続されている。また、倍率調整レンズ１６の近傍には、倍率調整レンズ１６の位置を検出する位置検出センサ３６が配置されている。微調整機構３２は、位置検出センサ３６の検出信号に基づいて倍率調整レンズ１６の位置をＸＹ方向に微調整する。
【００２０】
マイクロレンズアレイ１８には、倍率調整レンズ１６と同様に、圧電素子を利用した微調整機構３８が搭載されている。この微調整機構３８は、駆動部４０を介してコントローラ３０に接続されている。また、マイクロレンズアレイ１８の近傍には、マイクロレンズアレイ１８の位置を検出する位置検出センサ４２が配置されている。微調整機構３８は、位置検出センサ４２の検出信号に基づいてマイクロレンズアレイ１８の位置をＸＹ方向に微調整する。
【００２１】
なお、ＤＭＤ１０の画素とマイクロレンズアレイ１８の各マイクロレンズとは１対１に対応する必要があり、拡大レンズ１４の倍率は両者の画素ピッチが一致するように設計される。しかし、レンズの倍率は、レンズの曲率や面間隔、屈折率ばらつき等により１〜２％の誤差を有する。拡大レンズ１４に加えて倍率調整レンズ１６を配置することで、拡大レンズ１４と倍率調整レンズ１６との間隔を調整することができ、レンズ倍率による誤差を補正して、レンズ倍率を設計値通りに調整することができる。
【００２２】
ステージ２４は、駆動部４４を介してコントローラ３０に接続されている。この駆動部４４は、コントローラ３０からの制御信号に応じて、ステージ２４を駆動する。また、ステージ２４上に設置された４分割ディテクタ２６は、コントローラ３０に接続されており、４分割ディテクタ２６の検出信号はコントローラ３０に入力される。
【００２３】
次に、図１に示す露光装置の露光動作を説明する。コントローラ３０に画像データが入力されると、コントローラ３０は入力された画像データに基づいてＤＭＤ１０の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。駆動部２８は、この制御信号に基づいてＤＭＤ１０の各マイクロミラーの反射面の角度を変更する。
【００２４】
光源１２からＤＭＤ１０に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系１４により拡大される。これにより、ＤＭＤ１０の露光面上での画素スポットのサイズが拡大されると共に、画素スポットのピッチが拡大される。
【００２５】
拡大レンズ系１４により拡大された光は、倍率調整レンズ１６により結像倍率が微調整され、倍率が調整された光がマイクロレンズアレイ１８に設けられたマイクロレンズの各々に入射し、拡大されたＤＭＤ像が再び縮小される。このとき、全光束がマイクロレンズアレイ１８へ入射する。マイクロレンズアレイ１８で集光された光は、結像レンズ系２０に入射し、結像レンズ系２０により、感光材料２２の露光面上にＤＭＤ１０の像が結像される。
【００２６】
（４分割ディテクタ）
４分割ディテクタ２６は、図２（Ａ）に示すように、ステージ２４を基準位置に配置した場合に、ステージ２４上に形成される矩形状の露光エリア４６の４角Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの少なくとも１ヶ所に配置される。露光エリア４６は、ＤＭＤ１０の各画素に対応する多数の画素から構成されている。
【００２７】
例えば、角Ａに配置する場合には、図２（Ｂ）に示すように、露光エリア４６の角Ａに在り且つ相互に隣接する４画素４８１、４８２、４８３、４８４（露光画像の画素）が、４分割ディテクタ２６の４つのダイオード２６１、２６２、２６３、２６４の各々に対応するように、４分割ディテクタ２６が配置される。
【００２８】
１．５ｍｍ×２．０ｍｍ程度の大きさの４分割ディテクタでは、隣接するダイオードの間隔は約１５μｍであるから、露光画像における隣接する画素の間隔を約７０μｍとすると、４分割ディテクタ２６を４画素に対して±２０μｍの位置精度で配置すればよい。
【００２９】
次に、この４分割ディテクタ２６を用いて、ＤＭＤ１０とマイクロレンズアレイ１８との相対的な位置ずれを検出する方法について説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、露光エリア４６の角Ａに在る４画素４８１、４８２、４８３、４８４に対応するＤＭＤ１０の４画素を点灯する。
【００３０】
図３（Ｂ）に示すように、４画素に対応する４つのダイオード２６１、２６２、２６３、２６４の出力信号を、各々Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とすると、ＤＭＤ１０とマイクロレンズアレイ１８との間に相対的な位置ずれがある場合には、出力信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の値がアンバランスになる。例えば、この例では、Ｐ４の値だけが大きくなる。
【００３１】
アンバランスが発生する原因について簡単に説明する。図４（Ａ）に示すように、ＤＭＤ１０の画素により変調される光ビームとマイクロレンズアレイ１８の対応するマイクロレンズの位置とが一致している場合は、マイクロレンズに入射したビームは露光面の所定位置に結像される。一方、図４（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１８が矢印Ａ方向にずれると、隣接するマイクロレンズに隣接するＤＭＤ１０の画素に対応するビームの１部が入射し、所定位置から離れた位置に結像される。例えば、図３（Ｂ）の例では、画素４８４として結像されるべき光が、ダイオード２６４の画素４８４とは異なる位置にノイズ４９として結像される。
【００３２】
上述した通り、ＤＭＤ１０と対応するマイクロレンズアレイ１８との間に相対的な位置ずれがある場合には、４分割ディテクタ２６の出力信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に差分が発生し、誤差（ずれ）発生を検出することができる。即ち、ＤＭＤ１０のマイクロミラー（画素部）で反射された光ビームと対応するマイクロレンズとの相対的な位置のずれ（以下、「ビームの位置ずれ」という。）を検出することができる。Ｘ方向のずれ量をΔＸ、Ｙ方向のずれ量をΔＹとすると、ΔＸ及びΔＹは、出力信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の値を用いて下記式で表される。式中、ｋ及びｋ´は定数である。
【００３３】
【数１】
（ビームの位置ずれの補正）
次に、「ビームの位置ずれ」の補正について説明する。図５に、補正を行う場合のコントローラ３０の制御ルーチンを示す。露光開始前又は露光開始後の任意のタイミングで、「ビームの位置ずれ」の検出と補正とを行うための割り込みルーチンが実施される。
【００３５】
ステップ１００で、露光エリア４６の角Ａに在る４画素に対応するＤＭＤ１０の４画素を点灯し、ステップ１０２で、４分割ディテクタ２６から出力信号Ｐ１〜Ｐ４を取り込む。ステップ１０４で、Ｘ方向のずれ量ΔＸと、Ｙ方向のずれ量ΔＹとを演算する。
【００３６】
次のステップ１０６で、演算されたずれ量ΔＸ、ΔＹが、予め設定された許容量以下かを判断する。ずれ量が許容量以下の場合には、ビームの位置ずれの補正は行わずにルーチンを終了する。一方、ずれ量が許容量を超えている場合には、ステップ１０８で、ビームの位置ずれの補正を行う。本実施の形態では、ＤＭＤ１０は固定配置されているので、ずれ量ΔＸ及びずれ量ΔＹに基づいて、マイクロレンズアレイ１８の位置調整を行う。この場合の補正量は、Ｘ方向が−ΔＸ，Ｙ方向が−ΔＹである。
【００３７】
位置調整が終了した後、ステップ１０２に戻って、新たな出力信号を取り込み、位置調整後のずれ量ΔＸ及びずれ量ΔＹを演算する。ステップ１０６で、演算されたずれ量ΔＸ、ΔＹが許容量以下になるまで、ステップ１０２〜ステップ１０８の処理を繰り返す。これにより、ビームの位置ずれが解消され、ＤＭＤ１０の画素毎にマイクロレンズアレイ１８の各マイクロレンズに入射したビームは、露光面の所定位置に結像される。
【００３８】
なお、ステップ１０２〜ステップ１０８を繰り返す代わりに、位置検出センサ４２によりマイクロレンズアレイ１８の現在位置をモニタリングしながら、元の位置から−ΔＸ，−ΔＹだけ移動させてもよい。
【００３９】
以上説明した通り、本実施の形態では、４分割ディテクタの４つのダイオードが、ＤＭＤ像の４画素の各々に対応するように配置されているので、ＤＭＤとマイクロレンズアレイとの間に相対的な位置ずれがある場合には、４分割ディテクタの出力信号に差分が発生し、ＤＭＤの各マイクロミラーで反射された光ビームと対応するマイクロレンズとのずれ（ビームの位置ずれ）を検出することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、ビームの位置ずれが許容量以下になるまで、マイクロレンズアレイの位置調整を繰り返し行うので、ビームの位置ずれが低減される。ビームの位置ずれの許容量を限りなくゼロに近付けることで、ビームの位置ずれを無くすことができる。これにより、ＤＭＤの各マイクロミラーで反射された光ビームが、対応するマイクロレンズに適切に入射され、ＤＭＤ像が結像面に正確に投影される。
【００４１】
（変形例）
なお、上記の実施の形態では、４分割ディテクタ２６は、矩形状の露光エリア４６の４角Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの少なくとも１ヶ所に配置されると説明したが、例えば、図６に示すように、４分割ディテクタ２６を、角Ａ及び角Ｂの２ヶ所に配置することができる。２点で測定を行うことで、回転方向の位置ずれも検出することができる。
【００４２】
例えば、角Ａに配置された４分割ディテクタ２６を用いて検出したビームのずれ量をΔＸＡ，ΔＹＡ、角Ｂに配置された４分割ディテクタ２６を用いて検出したビームのずれ量をΔＸＢ，ΔＹＢ、及びＡＢ間の距離をＬとすると、露光エリア全体でビームの位置ずれを考えた場合、Ｘ方向のずれ量ΔＸ、Ｙ方向のずれ量ΔＹ、及び回転方向のずれ量θｚは下記式で表される。従って、ビームの位置ずれを解消するためには、マイクロレンズアレイ１８を、元の位置から−ΔＸ，−ΔＹ，−θＺだけ移動させればよい。
【００４３】
【数２】
或いは、４分割ディテクタ２６を、対角線上に在る角Ａ及び角Ｄの２ヶ所に配置してもよく、４角の各々に配置してもよい。対角線上の２角又は４角に配置することで、露光エリア全体のビームの位置ずれを、回転方向の位置ずれ（角度ずれ）や倍率ずれを含めて、検出することができる。
【００４５】
また、上記の実施の形態では、Ｘ方向のずれ量とＹ方向のずれ量とを同時に検出する例について説明したが、Ｘ方向のずれ量とＹ方向のずれ量とを別々に検出してもよい。例えば、図７に示すように、Ｘ方向に２画素、Ｙ方向に６画素の合計１２画素を点灯し、Ｘ方向のずれ量を検出することができる。４分割ディテクタ２６の各ダイオードには３画素ずつが割り当てられる。図７の例では、ダイオード２６１には画素４８１１〜４８１３が、ダイオード２６２には画素４８２１〜４８２３が、ダイオード２６３には画素４８３１〜４８３３が、ダイオード２６４には画素４８４１〜４８４３が各々割り当てられている。
【００４６】
同様に、Ｙ方向に２画素、Ｘ方向に６画素の合計１２画素を点灯し、Ｙ方向のずれ量を検出することができる。各ダイオードに１画素ずつ割り当てたのでは、１つのダイオードあたりの光量が不足し、十分な検出精度が得られない場合がある。このような場合には、ずれ量を検出する方向の点灯画素数を増加する上記の方法により、検出精度を向上させることができる。なお、この場合は、２分割ディテクタを用いてもよい。
【００４７】
また、上記の実施の形態では、ステージを基準位置に配置した場合に、４分割ディテクタが露光エリアの１角に配置される例について説明したが、図８に２点鎖線で示すように、ステージ２４を基準位置に配置した場合に、４分割ディテクタ２６を露光エリア４６の外部に配置することもできる。
【００４８】
「ビームの位置ずれ」の検出時には、図８に実線で示すように、４分割ディテクタ２６をステージ２４と共に移動させて、４分割ディテクタ２６を露光エリア４６の１角に配置する。このように、４分割ディテクタ２６を挿入退避が可能な構成とすることで、露光エリアの縮小やサイクルタイムの長期化にも対応することができる。但し、各ダイオード間のギャップと点灯画素とが重ならないように、４分割ディテクタ２６を移動させる必要があり、数十μｍの再現性で移動可能なステージが必要となる。
【００４９】
或いは、露光エリアの１角に露光に使用しないダミー画素を配置してもよい。これにより、ビームの位置ずれを常時検出することができる。
【００５０】
また、上記の実施の形態では、マイクロレンズアレイの位置を調整してビームの位置ずれを補正する例について説明したが、マイクロレンズアレイの代わりに倍率調整レンズの位置を調整してもよく、また、ＤＭＤの位置を調整してもよい。例えば、１０μｍの位置ずれを調整するのに２μｍの光軸移動で済むというように、構成部材の中で、より光軸ずれに対し感度が低い部材の位置を調整することで、光軸調整が容易になる。或いは、マイクロレンズアレイの光入射側に平行平板を挿入し、この平行平板の傾きを変化させることによってもビームの位置ずれを補正することができる。
【００５１】
また、上記の実施の形態では、４分割ディテクタを用いる例について説明したが、４分割ディテクタの代わりに、２次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やフォトトランジスタを領域分割して使用することができる。
【００５２】
また、上記の実施の形態では、レンズ等の位置を調整する微調整機構として、圧電素子を利用した微調整機構を使用する例を説明したが、他の微調整機構を使用してもよい。例えば、ピエゾ素子等の圧電素子で移動対象を３方向から押す機構の外に、移動対象の保持部材をペルチェ素子とサーミスタとを用いて温度コントロールして伸縮量を制御する機構、または、電気モーターに減速機やカム等を組み合わせることで、移動量を縮小するメカニカルな機構等を使用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の露光装置によれば、空間光変調素子の像を結像面に正確に投影することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】（Ａ）はステージ上に形成される露光エリアを示す平面図であり、（Ｂ）は４分割ディテクタの配置を示す平面図である。
【図３】（Ａ）位置ずれの検出時に点灯する４画素を示す図であり、（Ｂ）は４分割ディテクタによる位置ずれの検出方法を説明するための図である。
【図４】（Ａ）ＤＭＤの画素とマイクロレンズアレイのマイクロレンズの位置とが一致している様子を示す図であり、（Ｂ）はＤＭＤの画素とマイクロレンズアレイのマイクロレンズの位置とが一致していない様子を示す図である。
【図５】ビームの位置ずれの補正を行う場合の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】４分割ディテクタの他の配置を示す平面図である。
【図７】Ｘ方向のずれ量とＹ方向のずれ量とを別々に検出する場合に点灯する画素を示す図である。
【図８】４分割ディテクタを挿入退避が可能な構成とした例を示す図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った側面図である。
【符号の説明】
１０ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
１２ 光源
１４ 拡大レンズ系
１６ 倍率調整レンズ
１８ マイクロレンズアレイ
２０ 結像レンズ系
２２ 感光材料
２４ ステージ
２６ ４分割ディテクタ
２８、３４、４０、４４ 駆動部
３０ コントローラ
３２、３８ 微調整機構
３６、４２ 位置検出センサ
４６ 露光エリア
４８１、４８２、４８３、４８４ 画素
４９ ノイズ
２６１、２６２、２６３、２６４ ダイオード
Claims (10)
- 照明用の光ビームを出射する光源と、
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、
前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、
前記画素部により変調された光ビームと対応する前記マイクロレンズとの相対的な位置のずれ量を検出するずれ量検出手段と、
検出されたずれ量に基づいて、前記空間光変調素子及び前記マイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整する位置調整手段と、
を備えた露光装置。 - 前記位置調整手段は、検出されたずれ量に基づいて、前記ずれ量が低減されるように、前記空間光変調素子及び前記マイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整する請求項１に記載の露光装置。
- 前記位置調整手段は、前記ずれ量検出手段において検出される前記画素部により変調された光ビームと対応する前記マイクロレンズとの相対的な位置のずれ量が所定値以下になるように、前記空間光変調素子及び前記マイクロレンズアレイの少なくとも一方の位置を微調整する請求項１又は２に記載の露光装置。
- 照明用の光ビームを出射する光源と、
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、
前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、
前記画素部により変調された光ビームを前記マイクロレンズと対応するように結像する結像光学系と、
前記画素部により変調された光ビームと対応する前記マイクロレンズとの相対的な位置のずれ量を検出するずれ量検出手段と、
検出されたずれ量に基づいて、前記空間光変調素子、前記マイクロレンズアレイ、及び前記結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整する位置調整手段と、
を備えた露光装置。 - 前記位置調整手段は、検出されたずれ量に基づいて、前記ずれ量が低減されるように、前記空間光変調素子、前記マイクロレンズアレイ、及び前記結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整する請求項４に記載の露光装置。
- 前記位置調整手段は、前記ずれ量検出手段において検出される前記画素部により変調された光ビームと対応する前記マイクロレンズとの相対的な位置のずれ量が所定値以下になるように、前記空間光変調素子、前記マイクロレンズアレイ、及び前記結像光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの位置を微調整する請求項４又は５に記載の露光装置。
- 前記ずれ量検出手段が、相互に隣接する複数の画素部の各々に対応する複数の光検出素子と、該複数の光検出素子の検出信号に基づいて、前記画素部により変調された光ビームと対応するマイクロレンズとのずれ量を演算する演算手段と、を含む請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
- 前記光検出素子がフォトダイオードである請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
- 前記ずれ量検出手段が、マトリクス状に配列された４個の画素部の各々に対応する４個のフォトダイオードと、該４個のフォトダイオードの検出信号に基づいて、前記画素部により変調された光ビームに対応するマイクロレンズの行方向のずれ量及び列方向のずれ量を演算する演算手段と、を含む４分割ディテクタである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。
- 前記位置調整手段が、圧電素子を利用した微調整機構である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
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