JP2008242169A - 露光描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】数の光源で多数の空間光変調素子を搭載して、高い稼働率を確保するとともに、温度管理ができる露光描画装置を提供する。
【解決手段】露光描画装置（１００）は、紫外線を照射する光源（１０）と、光源からの光束を平行光に形成する第１照明光学系（３０）と、第１照明光学系からの光束を、矩形の第１光束と矩形の第２光束とに分岐する第１矩形窓（２１）と第２矩形窓（２１）とを有するアパーチャー部材（２０）と、アパーチャー部材で分岐された第１光束及び第２光束を空間変調する第１及び第２空間光変調手段（４１）と、この第１及び第２空間光変調手段（４１）で空間変調された第１光束と第２光束とを被露光体に導く投影光学系（６０）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子回路基板、液晶素子用ガラス基板、ＰＤＰ用ガラス素子基板等、平面基材の表面にパターンを形成する露光描画装置に関する。

例えば電子回路基板（プリント回路基板）は携帯電話、各種モバイル及びパーソナルコンピュータ等に搭載される。これら被搭載機に搭載する基材のパターンは、その解像度及び接続用ランド径、ビア径等が非常に微細に構成される傾向が要求されている。これらの要求に応えて、パターン形成用露光工程では露光装置の光量を増加する必要があり、また光の矯正度を高めて平行光の精度を高める等の必要がある。
その一方で、多品種少量を短期間での生産する要求が強くなっている。従来の露光装置では、コンタクト方式又は投影露光方式でも、パターン形成のためにはマスクが必要であり、そのマスクの準備、管理及び維持の面で要求に応えにくくなってきている。

そこでパターンを構成するデータを、ＣＡＤデータから直接露光装置の光線の制御信号として利用するダイレクト露光方式とその装置の要求が高まっている。しかし従来のダイレクト露光装置は、光線が被露媒体に照射する光線に４０５ｎｍレーザを使用するために、被露媒体のパターン形成に係る反応速度が遅かった。そこでこれらの問題を解決する露光描画装置の考案が強く望まれていた。
特開２００６−１１３４１３ 特開２００６−３４３６８４ 特開２００６−３３７４７５

しかし、従来の露光描画装置は、光線が被露媒体に照射する光線に４０５ｎｍレーザ光を使用するために、被露媒体のパターン形成に係る反応速度が遅く、回路形成の生産性を妨げていた。また、大型基板である被露光体全面にパターンを形成するには、多数の空間光変調素子を搭載することになり、これらに強いレーザ光を照射することは、コストの観点から問題があった。特許文献２又は特許文献３に開示のパターン描画装置は、小出力の７本のＵＶランプ光源をファイバで１箇所又は複数の光学系に光線を供給する露光描画装置であるが、被露光体の感光条件に合わせた光線に制御できない問題がある。

本発明の目的は、少数の光源で多数の空間光変調素子であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）素子を搭載して、高い稼働率を確保するとともに、その光源の光量によって加熱される部品などの温度制御ができる露光描画装置を提供する。

第１の観点の露光描画装置は、紫外線を照射する光源と、光源からの光束を平行光に形成する第１照明光学系と、第１照明光学系からの光束を、矩形の第１光束と矩形の第２光束とに分岐する第１矩形窓と第２矩形窓とを有するアパーチャー部材と、アパーチャー部材で分岐された第１光束及び第２光束を空間変調する第１及び第２空間光変調手段と、この第１及び第２空間光変調手段で空間変調された第１光束と第２光束とを被露光体に導く第１及び第２投影光学系と、を備える。
この構成により、露光描画装置は、１つの光源をアパーチャー部材で多数の光束に分岐し、それを多数の空間光変調素子で露光描画することができる。従って、高い稼働率を確保することができる。

第２の観点の露光描画装置は、アパーチャー部材で分岐された第１光束と第２光束とを、全反射させて第１及び第２空間光変調手段に導く反射光学素子と、この反射光学素子で反射された第１光束及び第２光束を、互いに異なる光路長で第１及び第２空間光変調手段に導く第２照明光学系と、を備える。
この構成により、アパーチャー部材で第１光束と第２光束とを分岐することにより、光路長が異なった状態で第１及び第２空間光変調手段に光束を導くことができるため、第１及び第２投影光学系が一直線上に形成できる。従って、組み立て又は保守点検が容易に行える。

第３の観点の露光描画装置は、アパーチャー部材と第１及び第２空間光変調手段との間に１枚以上２枚以内の反射光学素子を配置した。
一般的に光を導く手段としては光ファイバーを経路に使う方法があるが、この方法では、光が散乱光になり、さらに光ファイバーでは光量が減衰する。一方、本発明は、少ない反射光学素子を使うため、光量が減衰することなく、第１及び第２空間光変調手段に光を導くことができる。

第４の観点の露光描画装置の第２照明光学系は、開口面積を可変して透過する光量を調整する絞り調整部を有し、この絞り調整部は放熱部材を有している。
第４の観点の露光描画装置は、アパーチャー部材により１つの光束を第１及び第２光束に分岐する。そのため光量差が第１及び第２光束に生じてしまった場合に、絞り調整部で調整する。この絞り調整部には熱が溜まりやすいので、放熱部材で温度上昇を抑えている。

第５の観点の露光描画装置は、アパーチャー部材、第１及び第２空間光変調手段に対して、個々に冷媒を吹き付けるノズルを備える。
この構成により、露光描画装置は、冷媒を吹き付けるノズルを有しているので温度上昇を抑えることができ、安定した露光描画を行うことができる。

第６の観点の露光描画装置のアパーチャー部材は、第１照明光学系からの光束を、さらに矩形の第３光束と矩形の第４光束とに分岐する第３矩形窓と第４矩形窓とを有し、アパーチャー部材で分岐された第３光束及び第４光束を空間変調する第３及び第４空間光変調手段を有し、アパーチャー部材は、第１矩形窓、第２矩形窓、第３矩形窓及び第４矩形窓を、矩形の辺に対して４５度方向、１３５度方向、２２５度方向及び３１５度方向に４つの矩形窓が配置する。
この構成により、光源から射出される光線が楕円鏡にて反射されるので、光は円形になる。従って円形の光線を矩形に整形して、効率よく使うには４つの矩形窓が好ましい。また、この４つの矩形窓からの光束を反射光学素子に導くためには、矩形の辺に対して４５度方向、１３５度方向、２２５度方向及び３１５度方向に配置することが好ましい。

第７の観点の露光描画装置のノズルは、冷媒流量を調整する弁を有しており、アパーチャー部材、第１及び第２空間光変調手段に対して配置され、個々の温度を計測する温度センサと、温度センサで計測した温度に基づき、弁を制御する弁制御部と、を備える。
この構成により、露光描画装置は、各部材の温度管理を行い、上限温度に近づいたら弁を開放して、多くの冷媒が部材に当たるようにする。従って、温度上昇による不良製品の発生を未然に防止し、安定した露光描画を行うことができる。

第８の観点の露光描画装置は、第１照明光学系に配置され、複数の波長選択が可能なフィルタ手段を備える。
この構成により、露光描画装置は、適切な波長で露光描画を行うことができる。

第９の観点の露光描画装置は、紫外線を照射する第１光源及び第２光源と、前記第１光源及び第２光源からの光束を平行光に形成する第１系統及び第２系統の照明光学系と、前記第１系統の照明光学系からの光束を、矩形の４つの光束に分岐する４つの矩形窓を有する第１アパーチャー部材と、前記第２系統の照明光学系からの光束を、矩形の４つの光束に分岐する４つの矩形窓を有する第２アパーチャー部材と、前記第１アパーチャー部材で分岐した４つの光束を空間変調する第１ないし第４空間光変調手段と、前記第２アパーチャー部材で分岐した４つの光束を空間変調する第５ないし第８空間光変調手段と、第１方向に配置され、前記第１ないし第８空間光変調手段で空間変調された８つの光束を被露光体に導く第１ないし第８投影光学系と、前記第１ないし第８投影光学系からの焦点面に配置される被露光体を、第１方向と直交する第２方向に移動し、次に前記第１方向に所定距離移動し、さらに、前記第２方向に移動する基板ステージと、を備える。
この構成により、１往復又は数往復で、大きな被露光体、例えばプリント基板の全面を露光することができるため、生産性を向上させることができる。

本発明に係る露光描画装置は、光源から発した紫外線の露光光を平行光に矯正し、これをほぼ均一な４方向の空間光変調素子の形状に整形した光線として分岐する。そして、光線の加熱による変形を防止した光学部品によって４つの光束の形状を安定した形状にすることができる。さらに、分岐した各光路の光束を温度制御した空間光変素子等に投入することによって、空間光変素子で反射された適正なパターンを正確に安定して被露光体に形成できる。

＜露光描画装置の全体構成＞
図１は、露光描画装置１００を示す概略斜視図である。露光描画装置１００は、大別して、第１照明光学系３０と、第２照明光学系３７と、空間光変調部４１と、投影光学系６０と、被露光体テーブル９０とを有している。本実施形態では、大きな面積の被露光体ＣＢを露光することができるように、２系統の第１照明光学系３０−１及び第２照明光学系３０−２を備えている。露光描画装置１００の第１照明光学系３０−１及び第２照明光学系３０−２は、第１高圧水銀ランプ１０−１及び第２高圧水銀ランプ１０−２（図２参照）を２つ有している。

図２は、第１照明光学系３０−１及び第２照明光学系３０−２を示した概念図である。以下、第１照明光学系３０−１及び第２照明光学系３０−２は、２系統とも同じ構造であるので１系統の照明光学系３０−１を説明する。
第１高圧水銀ランプ１０−１は、楕円ミラー１１−１の第１焦点位置に配置される。楕円ミラー１１−１は、高圧水銀ランプ１０から照射されるＵＶ光を効果的に第２焦点位置の方向に反射する。高圧水銀ランプの他、キセノンランプ、又はフラッシュランプを用いてもよい。

第１照明光学系３０−１に配置された第１高圧水銀ランプ１０−１は、その光出力を所定レベルに安定させるために、露光描画装置１００の電源制御部（不図示）により電源が投入されてから切断されるまで、常時所定レベルの照明光を出射する。このため、被露光体ＣＢを露光しない期間は露光光ＩＬが遮光されるように、楕円ミラー１１−１の第２焦点位置にはシャッタ１３−１が配置されている。シャッタ１３−１を楕円ミラー１１−１の第２焦点位置に配置する理由は、高圧水銀ランプ１０から射出された露光光ＩＬが集束されているためシャッタ１３−１の少ない移動量で露光光ＩＬを遮光することができるからである。

第１照明光学系３０−１は、コリメートレンズ３１−１及びフライアイレンズ３２−１などを含み、露光光ＩＬを均一な光強度の光束に成形する。楕円ミラー１１−１の第２焦点位置に形成された光源像からの発散光は、まずコリメートレンズ３１−１によってほぼ平行光束になり、波長選択フィルタ１５−１に入射する。

この波長調整フィルタ１５−１は、複数のフィルタを搭載する。このフィルタ選択は披露光体に塗布されるフォトレジストの種類に応じて決められる。波長が選択された露光光ＩＬは、フライアイレンズ３２−１に入射し、光束範囲において照射強度が均一化される。

波長が選択された露光光ＩＬは、フライアイレンズ３２−１に入射し、光束範囲において照射強度が均一化される。均一化された露光光ＩＬは、４つの開口矩形窓２１と光量検出用の検出窓２９とを備えるアパーチャー部材２０−１に向かう。露光光ＩＬは、アパーチャー部材２０−１に対して直交にＺ方向から入射し、４つの光束に分割される。全反射ミラー又は全反射プリズムなどの反射光学素子２２−１によって、水平方向に反射される。

図１に戻り、アパーチャー部材２０−１、アパーチャー部材２０−２、反射光学素子２２−１及び反射光学素子２２−２によって８つに分岐された露光光ＩＬは、全反射ミラー２３−１ないし全反射ミラー２３−８によってＹ方向に反射される。全反射ミラー２３−１ないし全反射ミラー２３−８で反射された露光光ＩＬは、第２照明光学系３７−１ないし第２照明光学系３７−８に入射する。

第２照明光学系３７−１ないし第２照明光学系３７−８に入射した露光光ＩＬは、適切な光量及び光束形状に成形されて、空間光変調素子である１列に並んだ８つのＤＭＤ素子４１−１ないしＤＭＤ素子４１−８に照射される。ＤＭＤ素子４１−１ないしＤＭＤ素子４１−８は、供給される画像データにより露光光ＩＬを空間変調する。ＤＭＤ素子４１−１ないしＤＭＤ素子４１−８で変調された光束は、投影光学系６０−１ないし投影光学系６０−８を経由して所定の倍率にしてから被露光体ＣＢに照射される。

この投影光学系６０は、被露光体ＣＢにおいて８系統の各光路の照明領域を均一にするために、８系統の各光路で微妙に倍率を調整する。また、被露光体ＣＢの大きさに応じて倍率を調整することもできる。露光描画装置１００は、合計８本の投影光学系６０を備えており、その８本の投影光学系６０をＸ方向に１列に配置する。１列に配置したＤＭＤ素子４１及び投影光学系６０は、製造しやすくまたメンテナンスも容易にできる。

露光描画装置１００は、投影光学系６０のＺ方向下側に、第１照明光学系３０、第２照明光学系３７及び投影光学系６０などを支える筐体９５を備える。筐体９５上には一対のガイドレールが配置され、それらガイドレール上には被露光体テーブル９０が搭載される。この被露光体テーブル９０は、図示されない駆動機構、例えばボールネジ等をステッピングモータ等のモータにより駆動させられる。これにより被露光体テーブル９０は、一対のガイドレールに沿ってそれらの長手方向であるＹ方向に、投影光学系６０に対して相対移動する。被露光体テーブル９０上には被露光体ＣＢとしてフォトレジストが塗布された基板が設置され、この被露光体ＣＢは、被露光体テーブル９０上で真空吸着によって固定される。被露光体テーブル９０はＸ方向にも移動でき、また投影光学系６０の焦点位置にも移動可能なようにＺ方向にも移動可能に構成されている。

＜波長調整フィルタ＞
図３に示す波長調整フィルタ１５は、回転する軸１７Ａと枠板１７Ｂとを備えている。枠板１７Ｂの周囲に接する駆動モータ１６が接している。そのため、波長調整フィルタ１５は、駆動モータ１６の回転によって回転する。

その枠板１７Ｂは、例えば３５０ｎｍ以下と４５０ｎｍ以上との波長をカットするｇ線ｈ線ｉ線用の透過フィルタ１５Ａ、３５０ｎｍ以下と３８０ｎｍ以上との波長をカットするｉ線用の透過フィルタ１５Ｂ、さらに３９０ｎｍ以下と４２０ｎｍ以上との波長をカットするｈ線用の透過フィルタ１５Ｃ、４２０ｎｍ以下と４５０ｎｍ以上との波長をカットするｇ線用の透過フィルタ１５Ｄ等を有している。フォトリソグラフィの種類に合わせて適切な透過フィルタになるように回転する。また、光量が強い場合には光量を減衰させるＮＤフィルタを配置してもよい。このような波長調整フィルタ１５を光軸方向に複数枚用意すれば、ＮＤフィルタとｉ線用フィルタとの組み合わせなどいろいろな組み合わせを用意することができる。また、図３では波長調整フィルタ１５は回転して、透過フィルタを選択できるようにしたが、光軸と直交する方向に該フィルタを挿入＆退避する構造であっても良く、また操作者がマニュアルで透過フィルタを選択できるようにしてもよい。

＜第２照明光学系：アパーチャー部材２０からＤＭＤ素子４１まで＞
図４は、第２照明光学系３７、ＤＭＤ素子４１及び投影光学系６０を示した斜視図である。また、図５は、Ｙ方向から見た反射光学素子２２−１及び２２−２、並びに全反射ミラー２３−１ないし全反射ミラー２３−８を示した図である。

アパーチャー部材２０−１及び２０−２を通過したＺ方向の光束は、平面鏡又は入射光を表面で反射するプリズムなどの反射光学素子２２−１及び２２−２で、Ｘ方向に反射される。つまり、アパーチャー部材２０−１で４つに分岐した露光光ＩＬは、反射光学素子２２−１で反射され、光路ＩＬ１、光路ＩＬ２、光路ＩＬ３及び光路ＩＬ４にＸ方向に分岐される。同様にアパーチャー部材２０−２で４つに分岐した露光光ＩＬは、反射光学素子２２−２で反射され、光路ＩＬ５、光路ＩＬ６、光路ＩＬ７及び光路ＩＬ８にＸ方向に分岐される。分岐された光路ＩＬ１ないし光路ＩＬ８は、全反射ミラー２３−１ないし全反射ミラー２３−８で、Ｙ方向に反射させられ、ＤＭＤ素子４１−１ないしＤＭＤ素子４１−８に向かう。図５に示すように、反射光学素子２２−１及び反射光学素子２２−２の中央部には、孔部又は遮蔽物のない透過部２２Ａが設けられる。

全反射ミラー２３−１ないし全反射ミラー２３−８で反射された光束は、レンズなどの光学素子及び絞り調整部３５から構成される第２照明光学系３７−１ないし第２照明光学系３７−８を経由してＤＭＤ素子４１に導かれる。図４に示すように、分岐された光路ＩＬ１、光路ＩＬ４、光路ＩＬ５及び光路ＩＬ８は、それぞれのＤＭＤ素子４１に至るまでの距離が等しく、分岐された光路ＩＬ２、光路ＩＬ３、光路ＩＬ６及び光路ＩＬ７は、それぞれのＤＭＤ素子４１に至るまでの距離が等しい。しかし、光路ＩＬ１、光路ＩＬ４、光路ＩＬ５及び光路ＩＬ８は、光路ＩＬ２、光路ＩＬ３、光路ＩＬ６及び光路ＩＬ７と光路長が異なる。ＤＭＤ素子４１−１ないしＤＭＤ素子４１−８で反射された露光光ＩＬは、投影光学系６０−１ないし投影光学系６０−８を経由して、被露光体ＣＢに均一な形状で照射する必要がある。つまり、ＤＭＤ素子４１から被露光体ＣＢに至る光路長さは一定にしないと、形成する最終のパターンの解像度、その他の品質が露光光ＩＬを照射する光路ごとに変化してしまうことになる。そこで、全反射ミラー２３−１ないし全反射ミラー２３−８からＤＭＤ素子４１−１ないしＤＭＤ素子４１−８に至る光路ＩＬ１ないしＩＬ８は、均一の焦点距離になるような光線に矯正してＤＭＤ素子４１へ投入する。もちろん、図４とは異なり、全反射ミラー２３からＤＭＤ素子４１に至るすべての光路長が異なる場合にはそれぞれに調整する必要がある。

＜アパーチャー部材＞
図６は、各種アパーチャー部材２０を示した図である。アパーチャー部材２０−１及びアパーチャー部材２０−２は、金属又はセラミックスなどの低蓄熱性で且つ熱膨張係数の小さい素材で形成される。露光光ＩＬの一部がアパーチャー部材２０−１及びアパーチャー部材２０−２に照射されるため、熱が蓄積しやすいからである。また、熱膨張によりアパーチャー部材２０−１及びアパーチャー部材２０−２の大きさが変形しないようにアバーチャー部材に放熱部材を設けても良い。

アパーチャー部材２０は、ＤＭＤ素子４１の数に対応する矩形窓２１を有している。例えばＤＭＤ素子の光反射面は縦１４ｍｍで横１２ｍｍの矩形の大きさである。このためＤＭＤ素子の光反射面に照射される露光光ＩＬは、光反射面に合わせた矩形である必要があり、ＤＭＤ素子の数に合わせる必要がある。
本実施例の露光描画装置１００は、１系統の第１照明光学系３０と４系統のＤＭＤ素子４１及び投影光学系６０との組み合わせで構成されている。そこで、アパーチャー部材２０は、図６に示すように、一点差線で示す露光光ＩＬの光束ＩＬ中に４系統に分岐する矩形窓２１を有している。

図６（ａ）に示したアパーチャー部材２０−Ａは、露光光ＩＬの中心ＣＩを通るＸ軸を基準に、４５度方向、１３５度方向、２２５度方向及び３１５度方向に矩形窓２１を有している。つまり、矩形窓２１の一辺を基準に４５度方向、１３５度方向、２２５度方向及び３１５度方向に４つの矩形窓２１が配置される。そして、このアパーチャー部材２０−Ａは、このアパーチャー部材２０−Ａの中心に、φ３ないしφ５ｍｍの光量検出用の検出窓を１つ設けている。検出窓２９は円形形状でも矩形形状でも良く、露光光ＩＬはすでに均一光束になっているので光束ＩＬ内であればどこに配置してもよい。

図６（ｂ）は、露光光ＩＬの中心ＣＩを通るＸ軸を基準に、０度方向、９０度方向、１８０度方向及び２７０度方向に矩形窓２１を有し、１３５度方向に検出窓２９を１つ設けているアパーチャー部材２０−Ｂを示したものである。
図６（ｃ）は、Ｙ軸方向に４つの矩形窓２１を有し、Ｙ軸から離れた位置に検出窓２９を１つ設けているアパーチャー部材２０−Ｃを示したものである。

アパーチャー部材２０は、以上の（ａ）から（ｃ）の矩形窓２１の配置以外の矩形窓２１の配置でも良い。しかし、ＤＭＤ素子４１の数及び光反射面の大きさと、露光光ＩＬの光束ＩＬとの関係を考慮しなければならない。露光光ＩＬの光束ＩＬの直径は、照明光学系の光学素子の直径に影響を与える。つまり、できるだけ光束ＩＬの直径が小さい方が小さな照明光学系で足り、コストを下げることができる。図６（ａ）の露光光ＩＬの光束ＩＬの直径φＬ１、（ｂ）の露光光ＩＬの光束ＩＬの直径φＬ２、及び（ｃ）の露光光ＩＬの光束ＩＬの直径φＬ３を比較すると、φＬ２が一番小さい。従って、ＤＭＤ素子の数が４つで及び光反射面が１４ｍｍ＊１２ｍｍの場合には、（ｂ）に示すアパーチャー部材２０−Ｂを選択することが好ましい。しかし、平面鏡又は入射光を表面で反射するプリズムなどの反射光学素子２２の形状、その下流の全反射ミラー２３の配置から、総合的に判断してアパーチャー部材２０の矩形窓２１の配置を考慮しなければならない。本実施例では、反射光学素子２２の形状を考慮して、アパーチャー部材２０−Ａを採用した。

なお、本実施例は、アパーチャー部材２０とＤＭＤ素子４１との光束を等倍にしている。このため、矩形窓２１の大きさとＤＭＤ素子４１の光反射面の大きさとが同一となっている。第２照明光学系３７が拡大又は縮小光学系を有する場合には、矩形窓２１の大きさはＤＭＤ素子４１の光反射面の大きさに合わせて拡大又は縮小すればよい。

＜絞り調整部＞
図７は、第２照明光学系３７の１系統のＹ−Ｚ断面を示した図である。
アパーチャー部材２０、反射光学素子２２及び全反射ミラー２３で反射された光束ＩＬは、レンズなどの光学素子及び絞り調整部３５から構成される第２照明光学系３７を経由してＤＭＤ素子４１に導かれる。
図７に示すように、絞り調整部３５は、光軸に直交する位置に絞り窓を設けて、４分岐された各光束ＩＬが被露光体ＣＢに照射する光量を均一になるようにこの絞り窓の面積を設定する。この絞り部の面積の設定は、モータ等で駆動して設定する。透過光量を測定して、所定の光量になるような開口となるように固定した絞りでもかまわない。

絞り調整部３５には、高圧水銀ランプ１０のほぼ１／４の光量、即ち熱量が、絞り窓に投入されることになる。この絞り窓が光束ＩＬの光量を均一にするように絞り窓の面積を調整すると、絞り窓の内径の縁が光束ＩＬを遮光するので、絞り調整部３５に熱が発生する。このため絞り調整部３５に羽根状の放熱部３５Ｆを設け、冷却ノズル２５で冷媒を吹き付けて絞り調整部３５の温度上昇を規制する。この絞り調整部３５に取り付ける放熱部３５Ｆは、複数の羽根状の平板で構成しても良い。

第２照明光学系３７を通過した光束ＩＬは、ミラー３９でＺ方向に反射され、反射プリズム４３に導かれる。反射プリズム４３では、反射角を変えることによって、入射した光束ＩＬをＤＭＤ素子４１に導くとともに、ＤＭＤ素子４１のマイクロミラーＭで反射された光束ＩＬを、投影光学系６０の方向に反射する。

＜冷却ノズル＞
図８は、第２照明光学系３７の１系統のＸ−Ｙ断面を示した図である。
本実施例の露光描画装置１００は、高圧水銀ランプ１０などの高光量の光源を使用する。このため熱対策が必要である。高圧水銀ランプ１０の電極部など複数個所に冷却ノズル２５が取り付けられており、冷却ノズル２５から冷媒又は圧縮空気を吹き付けている。
図７及び図８に示すように、冷却ノズル２５は、アパーチャー部材２０に圧縮空気などを吹き付ける。特にアパーチャー部材２０は、４つのＤＭＤ素子４１に合わせて光束を４つに分岐するとともに、ＤＭＤ素子４１の光反射面に合わせて矩形形状にする。このためアパーチャー部材２０は光束を遮光する面積が大きいため、冷却を十分にしないとアパーチャー部材２０が熱変形することになる。本実施例は、また、冷却ノズル２５は、アパーチャー部材２０からＤＭＤ素子４１に至る光学素子及び絞り調整部３５も冷却するため、冷媒を吹き付ける。アパーチャー部材からＤＭＤ素子に至る光反射素子にも温度に冷却する。冷却ノズル２５は、被露光体ＣＢ又はフォトレジストから揮発する物質が変化して、該アパーチャー部材２０、その他の光学部品の表面に堆積することを防止する目的にも利用する。アパーチャー部材２０とＤＭＤ素子４１との光路には、圧縮空気もしくは不活性ガスの冷風を吹き付ける冷却ノズル２５が複数設けられており、冷却ノズル２５は、平面鏡又はプリズムの表面に、冷風を吹き付ける。ＤＭＤ素子４１は、設定されたパターンの情報により、ＤＭＤ素子を構成するマイクロミラーＭを駆動する。また、ＤＭＤ素子を備える基板は、熱対策のため冷却ノズル２５より冷風が吹き付けられる。

冷却ノズル２５は、個別に冷媒の流量を調整する流量弁２６を設けている。さらにアパーチャー部材２１，反射光学素子２２、絞り調整部３５、及びＤＭＤ素子４１などには、温度センサＴＳ（図９参照）が取り付けてある。各部材が所定の温度以下で保持されるように、冷媒を吹き付ける量を制御する。コストを低減するためにすべての部材の周囲に温度センサＴＳを設ける必要はない。しかし、ＤＭＤ素子４１の寿命を延ばすため温度センサＴＳと流量弁２６を付けた冷却ノズル２５を備えることが好ましい。

図９は、冷却ノズル２５を使った温度制御を示したブロック図である。
冷却ノズル２５は、高圧水銀ランプ１０、アパーチャー部材２０、絞り調整部３５及びＤＭＤ素子４１の近傍に配置されている。冷却ノズル２５には不図示の圧縮ポンプから冷媒が供給される。また、温度計ＴＳも高圧水銀ランプ１０、アパーチャー部材２０、絞り調整部３５及びＤＭＤ素子４１の近傍に配置されている。冷却ノズル２５は、それぞれ流量弁２６を有している。

制御部８０内の記憶回路８２には、アパーチャー部材２０、絞り調整部３５などそれぞれの箇所に適した上限温度又は温度範囲が記憶されている。各温度計ＴＳは、それぞれの周囲温度を計測し、その温度を制御部８０に送ると、例えば、制御部８０が、ＤＭＤ素子４１の温度が所定の温度範囲に入っているか、又は上限温度に達していないかを判断する。ＤＭＤ素子４１の周囲温度が上限温度に近づいていることを制御部８０が判断したら、弁制御回路８８にＤＭＤ素子４１に設けられた流量弁２６の開放を指示する。そして、弁制御回路８８がＤＭＤ素子４１に設けられた流量２６を開放して、多くの流量の冷媒がＤＭＤ素子４１に当たるようにする。

露光描画装置１００の電源投入時は、まだすべての部材の室温度と同じである。そのような場合には、冷却ノズル２５から冷媒を出す必要なない。従って、電源投入直後は冷却ノズル２５から冷媒を出さず、具体的な露光を開始する時点から弁制御回路８８が稼動するようにしてもよい。

＜ＤＭＤ素子＞
図１０（ａ）は、１つのＤＭＤ素子４１の斜視図を示し、（ｂ）は、マイクロミラーＭの動作を示した図である。
本実施例の露光描画装置１００は、８個のＤＭＤ素子４１を有しており、その１つのＤＭＤ素子４１の光反射面は、例えば１０２４×１２８０のマトリクス状に配列された１３１０７２０個のマイクロミラーＭから構成される。ＤＭＤ素子４１は、Ｘ方向に沿って１０２４個、Ｙ方向に沿って１２８０個のマイクロミラーＭが配列され、例えばＸ方向に約１２ｍｍＹ方向に約１４ｍｍの光反射面を有する。個々のマイクロミラーＭのサイズは、例えば１１．５μｍ角である。

このＤＭＤ素子４１は、例えばウェハ４２上にアルミスパッタリングで作り込まれた、反射率の高い矩形マイクロミラーＭを静電気作用により動作させるデバイスである。図１０（ｂ）に示すように、それぞれのマイクロミラーＭは、対角線を中心に回転傾斜することができ、安定した２つの姿勢に位置決めできる。任意のマイクロミラーＭ（ｍ，ｎ）（１≦ｍ≦１０２４，１≦ｎ≦１２８０）が被露光体ＣＢ方向に位置決めされると、そこに入射した露光光ＩＬは投影光学系６０に向かって反射される。マイクロミラーＭ（ｍ，ｎ）が投影光学系６０の外側方向に位置決めされると、スポット光は光吸収板（不図示）に向かって反射されて投影光学系６０から逸らされる。

＜露光描画の動作＞
図１１及び図１２を参照して、露光描画装置１００における描画処理について説明する。
図１１（ａ）は被露光体テーブル９０に載置された被露光体ＣＢの描画処理の経時変化を示す図であり、図１１（ｂ）及び（ｃ）は、スティチングを説明する図である。また、図１２は、描画処理のフローチャートである。

破線で囲まれた長方形の領域ＳＰ１ないし領域ＳＰ８は、８本の投影光学系６０−１ないしの投影光学系６０−８によってＸ−Ｙ平面上に照射される露光領域である。Ｘ方向に並んだ１列の露光領域ＳＰ１ないし露光領域ＳＰ８は、被露光体テーブル９０がＹ方向に移動することで、ＤＭＤ素子４１−１ないしＤＭＤ素子４１−８で空間変調させられたパターンが被露光体ＣＢに露光される。被露光体ＣＢには、フォトレジストもしくはドライフィルムが塗布されている。露光された露光済み領域ＥＸは、被露光体テーブル９０がＹ方向に移動することによって被露光体ＣＢの一方の端部ＣＢ−ＥＢまで延びていく。

露光領域ＳＰ１ないし露光領域ＳＰ８が被露光体ＣＢの端部に到達すると、シャッタ１３−１及ぶシャッタ１３−２（図２参照）が露光光ＩＬを一時遮る。そして、被露光体テーブル９０がＸ方向に移動して、被露光体ＣＢの未だ露光されていない領域まで移動すると、シャッタ１３−１及ぶシャッタ１３−２が開き、再び露光領域ＳＰ１ないし露光領域ＳＰ８が被露光体ＣＢに照射される。そして、被露光体テーブル９０がＹ方向に移動することによって、露光済み領域ＥＸは被露光体ＣＢの端部ＣＢ−ＥＡまで延びていく。このように一往復又は数往復することによって、一枚の披露光体ＣＢ、例えば電子回路基板に、回路が描画される。

図１２のフローチャートで詳細に説明する。
ステップＲ１１において、第１高圧水銀ランプ１０−１及び第２高圧水銀ランプ１０−２の光量を第１光量センサＳＳ１１及びセンサＳＳ１２で確認する。電源制御部１９は、第１高圧水銀ランプ１０−１及び第２高圧水銀ランプ１０−２の光量をほぼ均等に制御する。第１高圧水銀ランプ１０−１及び第２高圧水銀ランプ１０−２の光量をほぼ均等になった後、シャッタ１３が露光光ＩＬを遮蔽する。
ステップＲ１２において、被露光体ＣＢのＸ方向Ｙ方向サイズ及び塗布されているフォトレジストの感度条件などが入力される。

ステップＲ１３において、８本の投影光学系６０−１ないしの投影光学系６０−８の倍率調整を行う。例えば被露光体ＣＢのＸ方向の幅が６４０ｍｍとする。この場合、露光領域ＳＰ１のＸ方向の幅が４０ｍｍになるように投影光学系６０の倍率を設定すると、１列に並んだ露光領域ＳＰ１ないし露光領域ＳＰ８は３２０ｍｍになる。従って、被露光体テーブル９０が一往復するとＸ方向の幅６４０ｍｍの露光が完了する。なお、この計算例では後述するスティチング領域は考慮していない。実際には、スティチング領域を設けて露光領域ＳＰ１のＸ方向の幅が４０ｍｍ以上になるように投影光学系６０の倍率が設定される。なお、倍率を等倍にしてほぼＤＭＤ素子４１の幅に相当する１２ｍｍまたは１４ｍｍに設定しても良い。

ステップＲ１４では、被露光体ＣＢに塗布されているフォトレジスト、高圧水銀ランプ１０の光量、及び投影光学系６０の倍率などに基づいて、被露光体テーブル９０のＹ方向の移動速度が計算される。
ステップＲ１５において、被露光体テーブル９０に被露光体ＣＢが真空吸着される。
ステップＲ１６において、シャッタ１３が開放し、露光体ＣＢの露光描画が開始される。
ステップＲ１７において、被露光体テーブル９０がＹ方向に移動する。

ステップＲ１８において、露光領域ＳＰ１ないし露光領域ＳＰ８が被露光体ＣＢの端部に到達すると、シャッタ１３が露光光ＩＬを遮蔽する。この状態で、被露光体ＣＢの半分が露光済み領域ＥＸとなる。
ステップＲ１９において、被露光体テーブル９０がＸ方向に移動する。
ステップＲ２０において、シャッタ１３が開放し、露光体ＣＢの露光描画が行われる。
ステップＲ２１において、被露光体テーブル９０が−Ｙ方向に移動する。

ステップＲ２２において、再び、露光領域ＳＰ１ないし露光領域ＳＰ８が被露光体ＣＢの端部に到達すると、シャッタ１３が露光光ＩＬを遮蔽する。この状態で、被露光体ＣＢの全面が露光済み領域ＥＸとなる。
ステップＲ２３において、被露光体ＣＢが真空吸着から開放され、被露光体テーブル９０から被露光体ＣＢが取り出される。

＜スティチング＞
次に、スティチングについて説明する。
隣り合う露光領域ＳＰの境目は、光量ムラ及び位置ずれにより、継ぎ目が目立ってしまう。このため、継ぎ目が目立たないように、スティチングが行われる。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の露光領域ＳＰ６及び露光領域ＳＰ７を拡大し、露光領域ＳＰ６及びＳＰ７分離した図である。露光領域ＳＰ６及び露光領域ＳＰ７は、全露光領域ＥＸ１と半露光領域ＥＸ２とが形成される。

ＤＭＤ素子４１−６のマイクロミラーＭは、全露光領域ＥＸ１は、回路パターンに従ってすべての露光光ＩＬが被露光体ＣＢに向かうように、回転する。一方、半露光領域ＥＸ２は、２度露光されて回路パターンが形成されるように、約半分の露光光ＩＬのみがマイクロミラーＭによって被露光体ＣＢに向かうようになっている。ＤＭＤ素子４１−７のマイクロミラーＭも、同様な駆動する。このため、隣り合う露光領域ＳＰ６及び露光領域ＳＰ７の半露光領域ＥＸ２が重なると、図１１（ｃ）に描かれるように、全露光領域ＥＸ１となる。なお、図１１（ａ）において、往路の露光領域ＳＰ１の半露光領域ＥＸ２と復路の露光領域ＳＰ８の半露光領域ＥＸ２とが重なるようになっている。

本発明の露光描画装置１００を示す概略斜視図である。 第１照明光学系３０−１及び３０−２を示した概念図である。 波長調整フィルタ１５を示した斜視図である。 第２照明光学系３７、ＤＭＤ素子４１及び投影光学系６０を示した斜視図である。 Ｙ方向から見た反射光学素子２２−１及び２２−２、並びに全反射ミラー２３−１ないし全反射ミラー２３−８を示した図である。 各種アパーチャー部材を示した図である。 第２照明光学系３７のＹ−Ｚ断面を示した図である。 第２照明光学系３７のＸ−Ｙ断面を示した図である。 冷却ノズル２５を使った温度制御を示したブロック図である。 （ａ）は、１つのＤＭＤ素子４１の斜視図を示し、（ｂ）は、マイクロミラーＭの動作を示した図である。 （ａ）は被露光体テーブル９０に載置された被露光体ＣＢの描画処理の経時変化を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、スティチングを説明する図である。 描画処理のフローチャートである。

符号の説明

１０； 高圧水銀ランプ， １１； 楕円ミラー， １９； 電源制御部
２０； アパーチャー部材， ２１： 矩形窓， ２９； 検出窓
２２； 反射光学素子， ２２Ｈ； 透過領域
２３； 全反射ミラー
３０； 第１照明光学系， ３５； 絞り調整部 ３７； 第２照明光学系
４１； ＤＭＤ素子，
６０； 投影光学系
８０； 制御部， ８２； 記憶回路， ８３； ＤＭＤ駆動回路
８４； 被露光体ステージ駆動回路，８５； 絞り駆動回路， ８９； 警告回路
９０； 被露光体テーブル
ＣＢ； 被露光体
ＩＬ； 露光光
ＳＳ１； 第１光量センサ，ＳＳ２； 第２光量センサ，ＳＳ３； 第３光量センサ，
ＳＰ； 露光領域

Claims (9)

1. 紫外線を照射する光源と、
   前記光源からの光束を平行光に形成する第１照明光学系と、
   前記第１照明光学系からの光束を、矩形の第１光束と矩形の第２光束とに分岐する第１矩形窓と第２矩形窓とを有するアパーチャー部材と、
   前記アパーチャー部材で分岐された第１光束及び第２光束を空間変調する第１及び第２空間光変調手段と、
   この第１及び第２空間光変調手段で空間変調された第１光束と第２光束とを被露光体に導く第１及び第２投影光学系と、
   を備えることを特徴とする露光描画装置。
2. 前記アパーチャー部材で分岐された第１光束と第２光束とを、全反射させて前記第１及び第２空間光変調手段に導く反射光学素子と、
   この反射光学素子で反射された第１光束及び第２光束を、互いに異なる光路長で前記第１及び第２空間光変調手段に導く第２照明光学系と、を備え、
   前記第１及び第２投影光学系が一列に並んでいることを特徴とする請求項１に記載の露光描画装置。
3. 前記アパーチャー部材と前記第１及び第２空間光変調手段との間に１枚以上２枚以内の反射光学素子を配置したことを特徴とする請求項２に記載の露光描画装置。
4. 前記第２照明光学系は、開口面積を可変して透過する光量を調整する絞り調整部を有し、
   この絞り調整部は放熱部材を有していることを特徴とする請求項２に記載の露光描画装置。
5. 前記アパーチャー部材、前記第１及び第２空間光変調手段に対して、個々に冷媒を吹き付けるノズルを備えることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の露光描画装置。
6. 前記アパーチャー部材は、前記第１照明光学系からの光束を、さらに矩形の第３光束と矩形の第４光束とに分岐する第３矩形窓と第４矩形窓とを有し、
   前記アパーチャー部材で分岐された第３光束及び第４光束を空間変調する第３及び第４空間光変調手段を有し、
   前記アパーチャー部材は、前記第１矩形窓、第２矩形窓、第３矩形窓及び第４矩形窓を、矩形の辺に対して４５度方向、１３５度方向、２２５度方向及び３１５度方向に４つの矩形窓が配置することを特徴とする請求項１に記載の露光描画装置。
7. 前記ノズルは、冷媒流量を調整する弁を有しており、
   前記アパーチャー部材、前記第１及び第２空間光変調手段に対して配置され、個々の温度を計測する温度センサと、
   前記温度センサで計測した温度に基づき、前記弁を制御する弁制御部と
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の露光描画装置。
8. 前記第１照明光学系に配置され、複数の波長選択が可能なフィルタ手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の露光描画装置。
9. 紫外線を照射する第１光源及び第２光源と、
   前記第１光源及び第２光源からの光束を平行光に形成する第１系統及び第２系統の照明光学系と、
   前記第１系統の照明光学系からの光束を、矩形の４つの光束に分岐する４つの矩形窓を有する第１アパーチャー部材と、
   前記第２系統の照明光学系からの光束を、矩形の４つの光束に分岐する４つの矩形窓を有する第２アパーチャー部材と、
   前記第１アパーチャー部材で分岐した４つの光束を空間変調する第１ないし第４空間光変調手段と、
   前記第２アパーチャー部材で分岐した４つの光束を空間変調する第５ないし第８空間光変調手段と、
   第１方向に配置され、前記第１ないし第８空間光変調手段で空間変調された８つの光束を被露光体に導く第１ないし第８投影光学系と、
   前記第１ないし第８投影光学系からの焦点面に配置される被露光体を、第１方向と直交する第２方向に移動し、次に前記第１方向に所定距離移動し、さらに、前記第２方向に移動する基板ステージと
   を備えることを特徴とする露光描画装置。