JP2014006433A - パターン描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドインテグレータ７０を介して空間光変調器８０に入射させた光を空間光変調器８０により変調して基板Ｓに照射するパターン描画装置１において、基板Ｓへの照射光Ｒeの照度分布の均一性を向上可能とする。
【解決手段】駆動電流Ｉdの大きさに応じた輝度で発光する発光素子６０１を複数有する光源アレイ６０が設けられており、ロッドインテグレータ７０は光源アレイ６０から入射してきた光に対して、照度分布の均一化を行う。そして、駆動信号Ｉdの大きさを発光素子６０１毎に個別に制御する照射制御部１３０が設けられている。そのため、発光素子６０１毎に輝度を個別に制御して、以降のロッドインテグレータ７０に入射する光の照度分布を適宜調整することができる。その結果、光学ヘッド６による、照射領域Ｒeへの照射光の照度分布の均一性を向上させることが可能となっている。
【選択図】図４

Description

この発明は、照度均一化素子を介して空間光変調器に入射させた光を空間光変調器により変調して基板に照射するパターン描画装置に関する。

従来、レジスト液等の感光性材料が塗布された基板等の描画対象をパターン状に露光して、描画対象にパターンを描画するパターン描画装置が知られている。また、特許文献１のパターン描画装置では、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)で構成された空間光変調器が設けられており、この空間光変調器が超高圧水銀ランプからの光を形成すべきパターンに応じて変調して描画対象へ照射することで、パターンが描画対象に描画される。

ちなみに、このようなパターン描画装置では、パターンをムラなく形成するために、描画対象に照射される光の照度分布が均一であることが求められる。そこで、特許文献１では、超高圧水銀ランプから空間光変調器に到る光路中に照度均一化素子であるインテグレータが設けられており、インテグレータの機能によって照度分布の均一性が向上された光が空間光変調器に照射されている。これによって、描画対象に照射される光の照度分布の均一化が図られている。

特開２００６−３３７４７５号公報

しかしながら、超高圧水銀ランプの発光点の輝度分布は一様とは限らず、ムラを有することがあり、これを楕円鏡等の光学系で集光してインテグレータのような照度均一化素子に導くと、インテグレータ入射端の照度分布に大きなムラが生じる。また、個々のファイバーをランダム配列したバンドルファイバーを用いて、ランプハウスからの光をインテグレータに導く場合でも、インテグレータ入射端の照度分布を一様に出来ないことがある。このように、インテグレータ入射端の照度分布にムラがある場合、インテグレータの照度分布を均一化する能力には限界がある。そのため、ムラが大きいと、描画対象に照射される光の照度分布の均一性を必ずしも十分に確保できるとは限らなかった。つまり、インテグレータ入射端の照度分布がインテグレータの能力で補償しきれないほど大きいと、描画対象に照射される光の照度分布の均一性が不十分になることがあった。あるいは、インテグレータそのものに製造誤差があって機能が低い場合や、光路中の光学素子の透過率や反射率のムラによって描画対象に照射される光の照度分布の均一性が不十分になることもあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、照度均一化素子を介して空間光変調器に入射させた光を空間光変調器により変調して描画対象に照射するパターン描画装置において、照度均一化素子の能力に加えて、描画対象への照射光の照度分布の均一性を向上可能とする技術の提供を目的とする。

この発明にかかるパターン描画装置は、上記目的を達成するために、駆動信号の大きさに応じた輝度で発光する発光部を複数有する発光ユニットと、発光ユニットから入射してきた光を、光の照度分布を均一化してから射出する照度均一化素子と、照度均一化素子から射出された光を変調して描画対象に照射する空間光変調器と、駆動信号の大きさを発光部毎に個別に制御する駆動制御部とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明（パターン描画装置）では、駆動信号の大きさに応じた輝度で発光する発光部を複数有する発光ユニットが設けられており、照度均一化素子は発光ユニットから入射してきた光に対して、照度分布の均一化を行う。そして、本発明では、駆動信号の大きさを発光部毎に個別に制御する駆動制御部が設けられている。そのため、発光部毎に輝度を個別に制御して、照度均一化素子に入射する光の照度分布を適宜調整することができる。その結果、照度均一化素子の能力に加えて、描画対象への照射光の照度分布の均一性を向上させることが可能となっている。

ところで、描画対象に対して発光ユニットを第１方向へ相対移動させながら、発光ユニットが射出した光を空間光変調器に変調させて、描画対象にパターンを描画するパターン描画装置において、複数の発光部は、第１方向に直交する第２方向において互いに異なる位置に光を照射するようにパターン描画装置を構成することができる。このような構成では、描画対象に照射される光の照度ムラが第２方向に生じた場合、描画対象上で露光量分布の差が表れるため好ましくない。これに対して、上述したように駆動信号の大きさを発光部毎に個別に制御するように構成しておけば、このような第２方向への照度ムラの発生を効果的に抑制することが可能となる。

具体的には、複数の発光部が照度均一化素子入射端に対して第２方向へ互いに異なる位置に光を照射するようにパターン描画装置を構成しても良い。このような構成では、駆動信号の大きさを発光部毎に個別に制御することで、照度均一化素子入射端に入射する光の照度分布を第２方向において変化させることができる。この際、照度均一化素子入射端での照度分布が第２方向に変化すれば、これに応じて、照度均一化素子出射端でも照度分布が第２方向に僅かに変化する。したがって、このような照度均一化素子の特性を利用することで、駆動信号の大きさを発光部毎に個別に制御して、照度均一化素子出射端以後の光の照度分布を調整することができ、上述した第２方向への照度ムラの発生を効果的に抑制することが可能となる。

この際、発光部は、それぞれが駆動信号の大きさに応じた輝度で発光して、第１方向に直線状に並んだ位置にそれぞれが光を照射する複数の発光素子で構成され、駆動制御部は、同一の発光部に属する複数の発光素子に対しては、駆動信号の大きさの制御を一括して行うようにパターン描画装置を構成しても良い。このような構成では、同一の発光部に属する複数の発光素子が光を照射する領域は、描画対象に対して発光ユニットが相対移動する方向（第１方向）に並んでいることになる。そのため、同一の発光部に属する複数の発光素子は、描画対象に対して第１方向に移動しつつ光を照射することで、同一領域に積算する方向に露光を行なうこととなる。したがって、これら発光素子のそれぞれの照射光に照度のムラがあったとしても、最終的に形成されるパターンへの影響は少ない。そこで、同一の発光部に属する複数の発光素子に対しては、駆動信号の大きさの制御を一括して行なうこととし、駆動制御の簡素化を図っても良い。

具体的には、発光部は、それぞれが駆動信号の大きさに応じた輝度で発光して、照度均一化素子入射端において第１方向に直線状に並ぶ位置にそれぞれが光を照射する複数の発光素子で構成され、駆動制御部は、同一の発光部に属する複数の発光素子に対しては、駆動信号の大きさの制御を一括して行うようにパターン描画装置を構成しても良い。このような構成では、同一の発光部に属する複数の発光素子が光を照射する領域は、照度均一化素子入射端において描画対象に対して発光ユニットが相対移動する方向（第１方向）に並んでいることになる。そのため、同一の発光部に属する複数の発光素子は、描画対象に対して第１方向に移動しつつ光を照射することで、同一領域に積算する方向に露光を行なうこととなる。したがって、これら発光素子のそれぞれの照射光に照度のムラがあったとしても、最終的に形成されるパターンへの影響は少ない。そこで、同一の発光部に属する複数の発光素子に対しては、駆動信号の大きさの制御を一括して行なうこととし、駆動制御の簡素化を図っても良い。

また、照度均一化素子から射出された後の光の照度分布を検出する照度検出器をさらに備え、駆動制御部は、照度検出器の検出結果に応じて、駆動信号の大きさを発光部毎に個別に制御するようにパターン描画装置を構成しても良い。このような構成では、照度均一化素子から射出された後の光の照度分布を検出した結果に基づいて、各発光部への駆動信号の大きさが制御されるため、描画対象への照射光の照度分布の均一性をより確実に向上させることができる。

この際、照度検出器は、描画対象に照射された光の照度分布を検出するようにパターン描画装置を構成しても良い。これによって、描画対象への照射光の照度分布の均一性をさらに確実に向上させることができる。

なお、空間光変調器としては種々のものを用いることができる。そこで、空間光変調器はＤＭＤであるようにパターン描画装置を構成しても良い。

本発明によれば、照度均一化素子を介して空間光変調器に入射させた光を空間光変調器により変調して描画対象に照射するパターン描画装置において、照度均一化素子の能力に加えて、描画対象への照射光の照度分布の均一性を向上させることが可能となる。

本発明を適用可能であるパターン描画装置の一例を模式的に示す側面図である。 図１のパターン描画装置を模式的に示す部分平面図である。 光学センサの搬送機構を示す部分平面図である。 光学ヘッドが備える概略構成を模式的に示す斜視図である。 光源パネルの概略構成を模式的に示す側面図である。 光源パネルの概略構成を模式的に示す平面図である。 光源パネルの概略構成を模式的に示す斜視図である。 ロッドインテグレータに入射する光の光線図を示した図である。 ロッドインテグレータに照射される発光素子の像の一例を模式的に示した平面図である。 発光素子を個別制御する回路の一例を示すブロック図である。

図１は、本発明を適用可能であるパターン描画装置の一例を模式的に示す側面図である。図２は、図１のパターン描画装置を模式的に示す部分平面図である。図３は、光学センサの搬送機構を示す部分平面図である。パターン描画装置１の各部の位置関係を示すために、これらの図では、Ｚ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ直交座標軸を適宜示すこととする。また、必要に応じて、各座標軸の図中矢印側を正側と称するとともに各座標軸の図中矢印の反対側を負側と称することとする。

パターン描画装置１は、Ｙ軸方向の負側の搬入口１１から装置内部に搬入されてきた基板Ｓに露光によるパターン描画を実行して、Ｙ軸方向の正側の搬出口１２からパターン描画済みの基板Ｓを搬出するものである。基板Ｓは、レジスト液等の感光材料がその上面（一方主面）に塗布された半導体基板やＦＰＣ(Flexible Printed Circuits)用基板、プラズマ表示装置や有機ＥＬ(Electro-Luminescence)表示装置等の表面表示装置用のガラス基板、あるいはプリント配線基板等である。このパターン描画装置１は、搬入されてきた基板Ｓを支持する支持部３と、支持部３に支持された基板Ｓを露光する露光部５と、基板Ｓのアライメントマークを撮像する撮像部９と、各部３、５、９を制御するコントローラ１００とからなる概略構成を有する。

支持部３では、その上面に載置された基板Ｓを吸着して支持する支持ステージ３１と、支持ステージ３１のＹ軸方向両側に設けられた一対の剥離ローラ３２とが設けられている。つまり、支持ステージ３１は、水平に形成された上面に多数の吸引孔を有しており、図示を省略する吸引機構が各吸引孔を吸引することで、支持ステージ３１上面に載置された基板Ｓが支持ステージに吸着される。これによって、搬入されてきた基板Ｓを支持ステージ３１によりしっかりと支持して、基板Ｓへのパターン描画を安定して実行することができる。また、パターン描画を終えて基板Ｓを搬出する際には、吸引孔の吸引が停止されるとともに一対の剥離ローラ３２が上昇して基板Ｓを突き上げることで、基板Ｓが支持ステージ３１から剥離される。

また、支持部３では、支持ステージ３１は、昇降テーブル３３、回転テーブル３４および支持板３５を介してリニアモータ３７の可動子３７aに接続されている。したがって、支持ステージ３１は、昇降テーブル３３により昇降自在であるとともに、回転テーブル３４により回転自在になっている。さらに、Ｙ軸方向に延びるリニアモータ３７の固定子３７bに沿って可動子３７aを駆動することで、搬入口１１から搬出口１２までの範囲において支持ステージ３１をＹ軸方向に駆動することができる。なお、支持ステージ３１に伴って、一対の剥離ローラ３２も移動するように構成されている。

さらに、支持ステージ３１は、図３に示すように、当該支持ステージ３１に支持される基板Ｓ表面（に相当する位置）に光学ヘッド６が照射する光の照度分布を検出する光学センサＳＣ、および光学センサＳＣをＸ軸方向に移動する搬送機構２０を、当該支持ステージ３１のＹ軸方向先端部に備える。光学センサＳＣは支持ステージ３１の上面であって、支持ステージ３１の（＋Ｙ）側に配置されている。後に明らかになるように、光学ヘッド６による光の照度分布を調整する動作が行われる際には、支持ステージ３１が主走査方向（Ｙ軸方向）に沿って移動されることにより、光学ヘッド６が光学センサＳＣの真上に配置された状態とされる。

光学センサＳＣは、ピンホール、拡散板、および受光素子であるフォトダイオードが筐体４１の内部に配置された構造を有する。光学ヘッド６から照射された二次元領域の変調光は、筐体４１内部に導入され、その光量を検出される。搬送機構２０は、副走査方向（Ｘ軸方向）に配設されたボールネジ２１、支持ステージ３１上に固定されるとともに筐体４１を支持する副走査方向に配設された２本のガイドレール２２、およびボールネジ２１に接続されるモータ２３を備える。

パターン描画装置１は、後述する光の照度分布を検出する動作の際に、搬送機構２０のモータ２３によってボールネジ２１が回転し、光学センサＳＣがガイドレール２２に沿って、すなわち副走査方向に沿って所定方向に移動される。これによって、光学ヘッド６から照射される変調光は、光学センサＳＣのフォトダイオードによって発光素子６０１毎に順次受光および検出される。検出された光信号は、それぞれ照射制御部１３０に送信されて記憶されるとともに所定の演算処理が行われる。

なお、ここでは、光学センサＳＣが受光しつつ、搬送機構２０の駆動により光学センサＳＣが移動することで、光を検出していた。しかしながら、光を検出する具体的形態はこれに限られない。したがって、搬送機構２０が設けられておらず、光学センサＳＣが支持ステージ３１に対して固定設置されている形態であっても構わない。この場合には、支持ステージ３１の主走査方向および支持テーブル５１の副走査方向における移動によって、光学センサＳＣは光学ヘッド６に対して相対的に移動して光を検出する。

露光部５は、支持ステージ３１の可動領域に対して上方側に配置された複数の光学ヘッド６を有する。各光学ヘッド６は、その下方で支持ステージ３１に支持される基板Ｓへ向けて光を射出して、基板Ｓを露光するものである。なお、複数の光学ヘッド６は、Ｘ軸方向に並んで配置されており、Ｘ軸方向において互いに異なる領域の露光を担当する。また、複数の光学ヘッド６を支持する支持テーブル５１は、Ｘ軸方向に延びる一対のリニアガイド５２に沿って移動自在となっている。したがって、図示を省略するリニアモータにより支持テーブルをリニアガイド５２に沿って駆動することで、複数の光学ヘッド６を一括してＸ軸方向へ移動させることができる。

撮像部９は、Ｘ軸方向に間隔を空けて並ぶ２つのＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラ９１を有する。これらＣＣＤカメラ９１は、図示を省略する駆動機構によって、Ｘ軸方向へ移動自在に構成されており、基板Ｓに形成されたアライメントマークの上方に移動して、当該アライメントマークを撮像する。

以上が、パターン描画装置１の機械的構成の概要である。続いては、パターン描画装置１の電気的構成であるコントローラ１００について説明する。コントローラ１００は、光学ヘッド６からの照射光を支持ステージ３１に支持される基板Ｓ表面に走査して、基板Ｓ表面にパターンを描画する動作を主として実行するものであり、データ処理部１１０、走査制御部１２０および照射制御部１３０で構成される。

データ処理部１１０は、ＣＡＤ(computer aided design)等により生成された画像データを、描画データに変換して走査制御部１２０に出力する。一方、走査制御部１２０は、支持ステージ３１および光学ヘッド６のパターン描画動作中の移動を描画データに基づいて制御する。また、照射制御部１３０は、パターン描画動作中における光学ヘッド６の光の照射を制御する。より具体的には、パターン描画動作は次のようにして実行される。

パターン描画動作を開始するにあたっては、コントローラ１００は、基板Ｓに付されたアライメントマークを撮像部９に撮像させる。そして、コントローラ１００は、撮像部９の撮像結果に基づいて、支持ステージ３１と光学ヘッド６の位置関係を調整することで、支持ステージ３１上の基板Ｓへの露光を開始する位置に複数の光学ヘッド６を位置決めする。

この位置決めが完了すると、支持ステージ３１がＹ軸方向の一方側（例えばＹ軸負側）への移動を開始する。そして、この支持ステージ３１に伴って移動する基板Ｓの表面に対して、複数の光学ヘッド６のそれぞれが描画データに応じたパターンの光を照射する。これによって、複数の光学ヘッド６それぞれが、基板Ｓ表面に対して照射光をＹ軸方向（主走査方向）に走査して、１ライン分のパターン（ラインパターン）を基板Ｓ表面に形成する。こうして、光学ヘッド６の個数に応じた複数のラインパターンが、Ｘ軸方向に間隔を空けて並んで形成される。

この複数のラインパターンの形成が完了すると、コントローラ１００は光学ヘッド６をＸ軸方向（副走査方向）に移動させる。これによって、複数の光学ヘッド６のそれぞれは、先に形成された複数のラインパターンの間に対向する。そして、支持ステージ３１が先程とは逆側であるＹ軸方向の他方側（例えばＹ軸正側）へ移動を開始すると、この支持ステージ３１に伴って移動する基板Ｓの表面に対して、複数の光学ヘッド６のそれぞれが描画データに応じたパターンの光を照射する。

こうして、先に形成された複数のラインパターンの各間に、光学ヘッド６の照射光が走査されて、新たなラインパターンが形成される。このようにして、光学ヘッド６をＸ軸方向に間欠移動させつつ、複数のラインパターンを順次形成することで、基板Ｓの表面全体に対してパターンが描画される。

以上が、パターン描画装置１の概要である。続いては、光学ヘッド６の詳細について説明する。なお、複数の光学ヘッド６は互いに同一の構成を具備するため、ここでは、１つの光学ヘッド６についてのみ説明を行なう。図４は、光学ヘッドが備える概略構成を模式的に示す斜視図である。

光学ヘッド６は、光源アレイ６０が射出する光を棒状のインテグレータであるロッドインテグレータ７０を介して光変調器である空間光変調器８０に入射して、空間光変調器８０により空間変調された光を基板Ｓ表面の照射領域Ｒeに照射する概略構成を備える。図４に示すように、光学ヘッド６では、２つの光源アレイ６０が設けられており、これら光源アレイ６０それぞれに対してはレンズアレイ６１が対向配置されている。そして、互いに対向する光源アレイ６０とレンズアレイ６１とが光源パネル６２として一体化されている。

図５は、光源パネルの概略構成を模式的に示す側面図である。図６は、光源パネルの概略構成を模式的に示す平面図である。図７は、光源パネルの概略構成を模式的に示す斜視図である。これらの図において、符号Ａoaは光学ヘッド６の光軸方向を示す。なお、２つの光源パネル６２は、発光素子から射出する光の波長においてのみ異なり、その他の構成は互いに同一である。したがって、以下の説明は、基本的には１個の光源パネル６２を示して行う。図５〜図７に示すように、光源パネル６２の光源アレイ６０は、１２個の発光素子６０１を平板状の電極基板６０２に３行４列で二次元的に配列した構成を有する。この際、行方向および列方向のいずれにおいても隣接する発光素子６０１の間隔は等しく、複数の発光素子６０１は一様に配置されている。ここで、列方向に並ぶ３個の発光素子６０１からなる集合を特に、発光素子列６０１Ｃと称することとする。

各発光素子６０１は、駆動電流Ｉd（図１）に応じた輝度で発光するものであり、具体的には、紫外線光を射出するＬＥＤ(Light Emitting Diode)のベアチップで構成されている。つまり、この実施形態では、複数のＬＥＤが並べて用いられている。さらに詳細には、発光素子６０１は角形の発光領域を有するＬＥＤチップを内部に収めたセラミックパッケージにより構成されている。そして、各セラミックパッケージの前面には、内部の保護のためのカバーガラスが設けられている。

このように、複数のＬＥＤを並べて用いる理由の１つは、次のとおりである。従来は、超高圧水銀ランプを光源として用いることが一般的であった。一方、このような超高圧水銀ランプに対して、ＬＥＤは高効率、長寿命、単色発光および省スペース等の利点を有している。この実施形態は、このような利点に着目して、光源としてＬＥＤを用いたものである。ただし、単一のＬＥＤでは露光に必要な光量が不十分となるおそれがある。そこで、複数のＬＥＤを並べることで、十分な光量の確保が図られている。しかも、ＬＥＤは、超高圧水銀ランプと比較して著しく小型であるため、複数のＬＥＤを並べても省スペースという利点が損なわれることはない。こうして、この実施形態は、複数のＬＥＤを並べて用いることで、十分な光量を確保しつつ、ＬＥＤの持つ利点を効果的に引き出している。

一方、光源パネル６２のレンズアレイ６１は、１２個の発光素子６０１に一対一で対応して、各ＬＥＤチップの発光領域の像を形成するレンズ群をＬＥＤチップの配列と対応して同じ縦横二次元に３×４の１２個配列して形成したものであって、発光素子６０１の１個あたり発光素子６０１側から見て、両凸の第１レンズ６１１と平凸の第２レンズ６１２の２枚で構成されるレンズ群を有し、それらを枠に組み付けて構成される。つまり、光源アレイ６０での発光素子６０１の配列と同様にして、レンズアレイ６１では、１２個の第１レンズ６１１および１２個の第２レンズ６１２それぞれが３行４列で配列されている。こうして、１２個の発光素子６０１のそれぞれには、２個のレンズ６１１、６１２が対向することとなり、各発光素子６０１からの光は第１レンズ６１１、第２レンズ６１２を透過して光源パネル６２の外側へと射出される。なお、上述のとおり、光学ヘッド６には、２個の光源パネル６２が設けられている。これらのうち、光源パネル６２aの発光素子６０１は、中心波長が３８５[nm]の光を射出し、光源パネル６２bの発光素子６０１は、中心波長が３６５[nm]の光を射出する。つまり、光源パネル６２a、６２bは、中心波長が互いに異なる光を射出する。

図４に戻って光学ヘッド６の説明を続ける。２個の光源パネル６２それぞれから射出された光は、ダイクロイックミラー６３へと入射する。このダイクロイックミラー６３は、その一方面（透過側）を光源パネル６２aに向けるとともに、その他方面（反射側）を光源パネル６２bに向けている。そして、光源パネル６２aの各発光素子６０１からの光（１２個の光）はダイクロイックミラー６３の一方面から他方面へ透過し、また、光源パネル６２bの各発光素子６０１からの光（１２個の光）はダイクロイックミラー６３の他方面で反射される。こうして、ダイクロイックミラー６３によって、それぞれ中心波長の異なる光が合成される。

ちなみに、ダイクロイックミラー６３が合成する光の中心波長の差は、２０[nm]程度であるため、ダイクロイックミラー６３には比較的急峻なエッジを持った分光反射率（分光透過率）特性が必要となる。これに対して、ダイクロイックミラー６３への入射角が４５度以上になると、ＰＳ偏光成分の光学特性に分離が生じて急峻な特性が得られない。そこで、光源パネル６２a、６２bそれぞれから射出された光がダイクロイックミラー６３へ入射する入射角度は４０度よりも小さく設定されている。

ダイクロイックミラー６３から射出された１２個の光は、レンズアレイ６４へ入射する。このレンズアレイ６４はレンズアレイ６１と同様に、１２個の発光素子６０１に一対一で対応して１２個のレンズ６４１を配列した構成を有する。つまり、レンズアレイ６４には、ダイクロイックミラー６３から射出される１２個の光に一対一で対応して１２個のレンズ６４１が設けられている。また、各レンズ６４１上には対応する各発光素子６０１の拡大投影像が形成されており、各発光素子６０１と対応する各レンズ６４１とは光学的に共役な関係にあり、各レンズ６４１はフィールドレンズとして機能するものである。したがって、ダイクロイックミラー６３から射出された各光はレンズ６４１を透過した後に主光線が光軸方向に平行に進行する。こうして、レンズアレイ６４からは、主光線が光軸に平行な１２個の光束が射出されることとなる。

レンズアレイ６４から射出された光は、３枚のレンズ６５a、６５b、６５cで構成された光学系６５に入射する。この光学系６５は両側テレセントリックの光学系であり、レンズアレイ６４の像をロッドインテグレータ７０の入射端７０aに縮小投影するとともに、主光線が光軸と平行となるように、光学系６５から射出された光がロッドインテグレータ７０に入射する。

図８は、ロッドインテグレータ７０に入射する光の光路図である。同図において、符号Ａoaは光学ヘッド６の光軸方向を示す。同図に示すように、光源アレイ６０から射出された光は、レンズアレイ６１によってレンズアレイ６４上に結像される。この際の結像倍率は、光源アレイ６０の発光素子６０１の像がレンズアレイ６４のレンズ６４１の外形以上の大きさとなるように設定されている。また、レンズアレイ６４の形状は、ロッドインテグレータ７０の入射端７０aの形状と相似になっている。このレンズアレイ６４を透過した光は、主光線が光軸方向Ａoaに平行な平行光として、両側テレセントリックな光学系６５に入射する。そして、光学系６５から射出された光は、主光線が光軸方向Ａoaに平行な光として、ロッドインテグレータ７０の入射端７０aに縮小投影される。

図４に戻って説明を続ける。ロッドインテグレータ７０は、入射端７０aに入射してきた光を、当該光の照度分布を均一化して射出端７０bから射出する。なお、ロッドインテグレータ７０としては、中空ロッドタイプや中実ロッドタイプ等の種々のものを用いることができる。また、ロッドインテグレータ７０の入射端７０aと射出端７０bとは互いに相似形状となるが、それぞれの寸法が等しい必要はなく、入射端７０aから７０bにかけてテーパー状に形成されたロッドインテグレータ７０を用いることもできる。

ロッドインテグレータ７０の射出端７０bから射出された光は、２枚のレンズ６６、平面ミラー６７aおよび凹面ミラー６７bを介して、空間光変調器８０に入射する。なお、ロッドインテグレータ７０の射出端７０bと空間光変調器８０とは光学的に共役な関係にある。この空間光変調器８０は、多数の微小ミラーを格子状に配列したＤＭＤで構成されている。空間光変調器８０の微小ミラーは、照射制御部１３０からの制御信号により制御されて、オン状態とオフ状態のいずれかに対応する姿勢を取る。オン状態に対応する姿勢にある微小ミラーは、ロッドインテグレータ７０からの光を第１投影レンズ６８へ向けて反射する。一方、オフ状態に対応する姿勢にある微小レンズは、ロッドインテグレータ７０からの光を第１投影レンズ６８から外れた方向へ反射する。したがって、ロッドインテグレータ７０からの光は、空間光変調器８０のオン状態にある微小ミラーにより反射されて、第１投影レンズ６８へと入射する。

そして、第１投影レンズ６８と第２投影レンズ６９は一対で投影レンズとしての働きを持ち、互いの間隔を変更することで倍率調整を受けた後に、空間光変調器８０の像を基板Ｓ表面の照射領域Ｒeに投影する。なお、空間光変調器８０の微小ミラーと基板Ｓ表面の照射領域Ｒeとは光学的に共役な関係にある。また、図４に示す光学ヘッド６は、フォーカスを自動調整するオートフォーカス機構９５を具備している。このオートフォーカス機構９５は、照射領域Ｒeに光を照射する照射部９６と、照射領域Ｒeからの反射光を受光する受光部９７とで構成され、受光部９７の受光結果に基づいて第２投影レンズ６９を上下方向に駆動することで、フォーカスが自動調整される。

図９は、ロッドインテグレータ７０に照射される発光素子６０１の像を模式的に示した平面図である。同図において、単位像ＩＭは、１個の発光素子６０１からの光をロッドインテグレータ７０に照射して得られる像である。同図に示すように、光源アレイ６０における１２個の発光素子６０１の３行４列配置に対応して、ロッドインテグレータ７０では、１２個の単位像ＩＭが３行４列で並んでいる。その結果、同一の発光素子列６０１Ｃに属する３個の発光素子６０１が照射した３個の単位像ＩＭは、基板ＳのＹ軸方向に相当する方向に直線状に並んで単位像列ＩＭＣを構成する。つまり、同一の単位像列ＩＭＣに属する３個の単位像ＩＭは、基板Ｓでの光の走査方向である基板ＳのＹ軸方向に相当する方向に並ぶこととなる。

そして、この実施形態では、図９に例示するようにロッドインテグレータ７０に照射される光の照度分布を調整するために、単位像ＩＭの照度が個別に変更可能となっている。具体的には、照射制御部１３０が駆動電流Ｉdの大きさを発光素子６０１毎に個別に制御する。これによって、発光素子６０１毎にその輝度が個別に制御されて、単位像ＩＭの照度が個別に制御される。これによって、照射領域Ｒeでの照度分布が調整される。この際、照射制御部１３０は、光学センサＳＣが照射領域Ｒeの照度分布を検出した結果に基づいて、各発光素子６０１の駆動電流Ｉdを制御する。

以上に説明したように、この実施形態では、駆動電流Ｉdの大きさに応じた輝度で発光する発光素子６０１を複数有する光源アレイ６０が設けられており、ロッドインテグレータ７０は光源アレイ６０から入射してきた光に対して、照度分布の均一化を行う。そして、この実施形態では、駆動信号Ｉdの大きさを発光素子６０１毎に個別に制御する照射制御部１３０が設けられている。ロッドインテグレータ７０は、ロッドインテグレータ７０の入射端７０aの一方向に照度ムラがある場合、ロッドインテグレータ７０の出射端７０bでも同一方向に僅かな照度分布が発生するという特性をもっている。そのため、発光素子６０１毎に輝度を個別に制御して、ロッドインテグレータ７０の出射端７０bの照度分布を適宜調整することができる。その結果、ロッドインテグレータ７０の能力に加えて、ロッドインテグレータ７０の出射端７０bの照度分布の均一性を向上させることが可能となっている。

ところで、この実施形態のパターン描画装置１は、基板Ｓ表面に対して光源アレイ６０をＹ軸方向へ相対移動させながら、光源アレイ６０が射出した光を空間光変調器８０に変調させて、基板Ｓ表面にパターンを描画する。このとき、基板Ｓ表面に照射される光の照度ムラがＸ軸方向において生じた場合、基板Ｓ表面で露光量分布の差が表れるため好ましくない。これに対して、この実施形態では、ロッドインテグレータ７０の出射端７０bが空間変調素子８０に投影され、さらに第１投影レンズ６８、第２投影レンズ６９によって照射領域Ｒeに投影される構成において、Ｘ軸方向において互いに異なる領域を露光する４個の発光素子６０１の駆動信号Ｉdの大きさが発光素子６０１毎に個別に制御されているため、Ｘ軸方向への照度ムラの発生を効果的に抑制することが可能となっている。

また、この実施形態では、光学ヘッド６から射出された後の光の照度分布を検出する光学センサＳＣが設けられている。そして、照射制御部１３０は、光学センサＳＣの検出結果に応じて、駆動信号Ｉdの大きさを発光素子６０１毎に個別に制御している。このような構成では、ロッドインテグレータ７０から射出された後の光の照度分布を検出した結果に基づいて、各発光素子６０１への駆動信号Ｉdの大きさが制御されるため、基板Ｓ表面への照射光の照度分布の均一性をより確実に向上させることができる。

特に、この実施形態では、光学センサＳＣは、基板Ｓ表面に照射された光の照度分布が検出される。これによって、基板Ｓ表面への照射光の照度分布の均一性をさらに確実に向上させることができる。

このように、この実施形態では、パターン描画装置１が本発明の「パターン描画装置」に相当し、基板Ｓが本発明の「描画対象」に相当し、発光素子６０１あるいは発光素子列６０１Ｃが本発明の「発光部」に相当し、光源アレイ６０が本発明の「発光ユニット」に相当し、ロッドインテグレータ７０が本発明の「照度均一化素子」に相当し、空間光変調器８０が本発明の「空間光変調器」に相当し、照射制御部１３０が本発明の「駆動制御部」に相当し、駆動電流Ｉdが本発明の「駆動信号」に相当し、Ｙ軸方向が本発明の「第１方向」に相当し、Ｘ軸方向が本発明の「第２方向」に相当し、光学センサＳＣが本発明の「照度検出器」に相当する。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、光源アレイ６０に設けられた１２個の発光素子６０１の全てについて、駆動電流Ｉdの個別制御を行なっていた。しかしながら、本発明の適用態様はこれに限られず、例えば次のような態様で本発明を適用することもできる。

上述したとおり、同一の発光素子列６０１Ｃに属する３個の発光素子６０１は、基板Ｓ表面に対して相対移動しつつ光を照射して、同一領域に重複露光を行なう。したがって、これら発光素子６０１のそれぞれの照射光に照度のムラがあったとしても、最終的に形成されるパターンへの影響は少ない。そこで、同一の発光素子列６０１Ｃに属する３個の発光素子６０１に対しては、駆動電流Ｉdの大きさの制御を一括して行なうこととし、駆動制御の簡素化を図っても良い。ちなみに、かかる変形例では、発光素子列６０１Ｃが本発明の「発光部」に相当することとなる。

なお、この変形例においても、異なる発光素子列６０１Ｃの駆動電流Ｉdの大きさを個別に制御することで、上記と同様の効果を奏することができる。図１０は、発光素子６０１を個別制御する照射制御部１３０の回路を示すブロック図である。同一の発光素子列６０１Ｃに属する３個の発光素子６０１は直列に接続され、その入力端と出力端がＤＣ−ＤＣコンバータ１０２を介して電源１００に接続される。また、これら３個の発光素子６０１の出力側には、電流検出部１０３が直列に接続されており、電流検出部１０３の検出結果に基づいて照射制御部１３０内でＤＣ−ＤＣコンバータ１０１への制御電圧を変更することで、これら３個の発光素子６０１に与える駆動電流Ｉdが制御される。そして、同様の構成を有する回路が、４列の発光素子列６０１Ｃそれぞれに対して設けられている。したがって、発光素子列６０１Ｃ毎に発光素子６０１に与える駆動電流Ｉdを個別に制御することができる。なお、互いに異なる発光素子列６０１Ｃに対応する４個のＤＣ−ＤＣコンバータ１０１は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０２を介して電源１００に接続され、電源供給を受ける。

また、上記実施形態では、照度分布を検出した結果に基づいて、発光素子６０１への駆動信号Ｉdを制御していた。これによって、露光によって照射される光量の積算値（積算光量）が基板Ｓの略全域で均一とすることができる。この際、駆動信号Ｉdと積算光量との関係を示す積算光量プロファイルを予め計測して、照射制御部１３０等に記憶しておいても良い。そして、この積算光量プロファイルに基づいて駆動信号Ｉdを制御することで、基板Ｓの略全域で積算光量を均一として、より良好なパターン描画を実行することが可能となる。

また、上記実施形態では、発光素子６０１に与える駆動電流Ｉdの大きさを制御して、発光素子６０１の輝度を調整していた。しかしながら、発光素子６０１に与える駆動電圧Ｖdを制御して、発光素子６０１の輝度を調整しても良い。

また、駆動電流Ｉd、駆動電圧Ｖdの具体的な値については特に触れなかったが、これらの値についても種々の変形が可能である。したがって、例えば駆動電流Ｉd、駆動電圧Ｖdの値を、定格電流、定格電圧より大きい値としても良く、具体的には、定格電流、定格電圧の２倍以上あるいは３倍以上としても良い。これによって、発光素子６０１の輝度を著しく向上させることができる。

また、上記実施形態では、同一の単位像列ＩＭＣに属する３個の単位像ＩＭが基板Ｓ表面の同一領域を相対移動して、露光が実行されていた。しかしながら、このような露光による方法を用いずに、基板Ｓ表面を露光しても良い。具体的には、単位像列ＩＭＣのＸ軸方向への長さずつ基板Ｓが移動する度に、１２個の発光素子６０１を点灯させて、図９に示した１２個の単位像ＩＭの基板Ｓへの照射を行うように構成しても良い。

また、光源アレイ６０における複数の発光素子６０１の配列態様は上記のものに限られない。したがって、複数の発光素子６０１が配列される行数や列数を適宜変更したり、隣接する発光素子６０１の間隔を適宜変更したりできる。あるいは、行列態様以外の態様で、複数の発光素子６０１を配列しても良い。

また、上記実施形態では、基板ＳをＹ軸方向に移動させることで、基板Ｓと光学ヘッド６とを相対移動させていた。しかしながら、光学ヘッド６をＹ軸方向に移動させることで、基板Ｓと光学ヘッド６とを相対移動させても良い。

また、光照度分布を検出する光学センサＳＣの構成も上記のものに限られない。別途設置する二次元イメージセンサによって照度分布を検出しても良い。また、光学センサＳＣが照度分布を検出する位置は、基板Ｓ表面に限られない。そこで、空間光変調器８０に入射する光の一部を分岐して、照度分布を光学センサＳＣや別途設置する二次元イメージセンサで検出するように構成しても良い。

また、光学ヘッド６の光学的構成も上記のものに限られず、これを構成する各光学素子の追加・変更・削除を適宜実行可能である。そこで、光源アレイ６０からロッドインテグレータ７０までの光学系６５を排除して、レンズアレイ６４の直後にロッドインテグレータ７０を配しても良い。あるいは、光源アレイ６０からロッドインテグレータ７０までの全ての光学的構成を排除して、光源アレイ６０の直後にロッドインテグレータ７０を配しても良い。

また、ロッドインテグレータ７０以外のインテグレータを用いることも可能であり、例えばフライアイレンズで構成されたフライアイインテグレータを用いても良い。つまり、フライアイインテグレータも、照度分布を均一化するインテグレータとしての機能を発揮する。この際、光学系６５内において光の主光線が光軸と交わる位置にフライアイインテグレータを配置すると良い。また、フライアイインテグレータを構成する各レンズの形状は、ＤＭＤ８０の形状と相似に構成すると良い。

また、上記実施形態では、異なる波長の２個の光が合成されていた。しかしながら、このような光の合成を行わないように構成することもできる。あるいは、異なる波長の３個の光を合成するように構成しても良い。この場合、ダイクロイックミラーを複数用いても良いし、ダイクロイックプリズム（クロスプリズム、フィリップスタイププリズム、ケスタープリズム等）を用いても良い。あるいは、これらを組み合わせて用いても良い。

発光素子６０１の種類はＬＥＤに限られず、その他の種々の光源を用いることができる。

本発明は、ロッドインテグレータ７０のような照度均一化素子を介して空間光変調器に入射させた光を空間光変調器により変調して基板に照射するパターン描画装置に利用することができる。

１…パターン描画装置
６…光学ヘッド
６０…光源アレイ
６０１…発光素子
６０１Ｃ…発光素子列
６２…光源パネル
６２a…光源パネル
６２b…光源パネル
６３…ダイクロイックミラー
６４…レンズアレイ
６５…光学系
６７ａ、６７ｂ…光学ミラー
６８…ズームレンズ
６９…対物レンズ
７０…ロッドインテグレータ
７０a…入射端
７０b…射出端
８０…空間光変調器
ＩＭ…単位像
ＩＭＣ…単位像列
ＳＣ…光学センサ
１００…コントローラ
１１０…データ処理部
１２０…走査制御部
１３０…照射制御部
Ｓ…基板

Claims (6)

1. 駆動信号の大きさに応じた輝度で発光する発光部を複数有する発光ユニットと、
   前記発光ユニットから入射してきた光を、前記光の照度分布を均一化してから射出する照度均一化素子と、
   前記照度均一化素子から射出された前記光を変調して描画対象に照射する空間光変調器と、
   前記駆動信号の大きさを前記発光部毎に個別に制御する駆動制御部と
   を備えたことを特徴とするパターン描画装置。
2. 前記描画対象に対して前記発光ユニットを第１方向へ相対移動させながら、前記発光ユニットが射出した前記光を前記空間光変調器に変調させて、前記描画対象にパターンを描画する請求項１に記載のパターン描画装置において、
   前記複数の発光部は、前記第１方向に直交する第２方向において互いに異なる位置に光を照射するパターン描画装置。
3. 前記発光部は、それぞれが前記駆動信号の大きさに応じた輝度で発光して、前記第１方向に直線状に並んだ位置にそれぞれが光を照射する複数の発光素子で構成され、
   前記駆動制御部は、同一の前記発光部に属する前記複数の発光素子に対しては、前記駆動信号の大きさの制御を一括して行う請求項２に記載のパターン描画装置。
4. 前記照度均一化素子から射出された後の前記光の照度分布を検出する照度検出器をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記照度検出器の検出結果に応じて、前記駆動信号の大きさを前記発光部毎に個別に制御する請求項１ないし３のいずれか一項に記載のパターン描画装置。
5. 前記照度検出器は、前記描画対象に照射された前記光の照度分布を検出する請求項４に記載のパターン描画装置。
6. 前記空間光変調器は、ＤＭＤである請求項１ないし５のいずれか一項に記載のパターン描画装置。
   

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