JP5414281B2

JP5414281B2 - 露光装置および露光方法

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Publication number: JP5414281B2
Application number: JP2009000057A
Authority: JP
Inventors: 誠廣澤
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-01-05
Also published as: JP2010156901A

Description

本発明は、ビームによって回路図等のパターンを描画（露光）する技術において、制御することのできる最小ピッチのサイズをより小さくして、露光分解能を向上させる技術に関する。

例えば液晶ディスプレイのガラス基板を製造する工程において、露光ヘッドによって基板表面（像面）を走査しつつ、露光ヘッドからビームを照射してパターン（回路パターン等）を露光する露光装置が用いられている。このとき、露光装置が単一のビームを照射する露光ヘッドを１つだけ備えているならば、当該露光装置の走査ピッチが当該露光装置のビームピッチとなる。

図２１は、パターンを露光する際の画像データ１００を概念的に示す図である。また、図２１には、パターンを露光する際のビームのビーム径の大きさ（0.33μｍ）と、ビームピッチの大きさ（0.1μｍ）と、露光ピクセル１０１の大きさ（ビームピッチ×ビームピッチ）が図示されている。画像データ１００は、露光するパターン形状に応じて、露光ピクセル１０１ごとに「０」または「１」の画素値が記録されたデータである。すなわち、画像データ１００は、いわゆる２値のビットマップデータとして作成されている。図２１において、濃い色で示す露光ピクセル１０１には「１」の画素値が記録されており、白色で示す露光ピクセル１０１には「０」の画素値が記録されている。

図２２は、図２１に示した画像データ１００に応じて、パターンを露光した状態を示す図である。ここに示す例では、画素値が「１」の露光ピクセル１０１に対してはビームをＯＮ状態（照射する状態）とする一方で、画素値が「０」の露光ピクセル１０１に対してはビームをＯＦＦ状態（照射しない状態）とすることによりパターンを露光する。これによって、図２２で濃い色で示した露光領域１０２がパターンとして露光される。

図２２から明らかなように、ビームのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることによってパターンを露光する場合、制御可能な露光分解能（制御ピッチ）は、ほぼビームピッチとなる。したがって、露光分解能を向上させて、より微細なパターンを精度よく描画するためには、ビームピッチを小さくすることが求められる。

ところが、走査ピッチのサイズは駆動系に依存するため、小型化が難しいという問題があった。また、走査ピッチやビーム径を小さくすると、露光幅が狭くなるため、露光スピードが低下するという問題も生じる。

そこで、従来より、複数の露光ヘッド（マルチヘッド）を設けて、それぞれの露光ヘッドから照射された複数のビームを光学系により結像させる技術が提案されている。そして、複数のビームで同時に露光することにより、露光スピードの低下を補うことができる。

特開２０００−３０５２７６号公報

ところが、いずれの従来技術においても、露光分解能がビームピッチに依存することに変わりはない。したがって、図２１および図２２に示した例において、露光分解能を２０ｎｍに向上させようと考えた場合、ビームピッチを２０ｎｍに設計する必要がある。しかしながら、ビームピッチはハードウェアの機構的な制約を受けるため、小型化には限界があるという問題があった。すなわち、従来技術では、加工精度等の制約を受けるビームピッチよりも露光分解能をさらに向上させることが困難であるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容易に実現可能であり、かつ、露光スピードを低下させることなく、より精密なパターンを露光することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、所定のビームピッチで照射されるビームによって対象物にパターンを露光する露光装置であって、前記ビームとなる照明光を照射する光源と、前記所定のビームピッチに応じたサイズの露光ピクセルによって前記パターンを表現した多値データに基づいて、前記ビームの光量を制御する光量制御手段と、前記光量制御手段により制御されたビームを前記所定のビームピッチで照射しつつ、少なくとも前記所定のビームピッチよりも小さい制御ピッチで前記パターンを露光する露光ヘッドと、前記制御ピッチに応じたサイズの制御ピクセルによって前記パターンを表現したパターンデータにおいて前記パターンのエッジを構成する制御ピクセルであるエッジ制御ピクセルを検出することにより、前記多値データを作成するデータ変換手段とを備え、前記データ変換手段は、ビームの光軸位置に対応する制御ピクセルの位置からの所定の方向についてのみ前記エッジ制御ピクセルを検出する。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る露光装置であって、前記データ変換手段は、前記パターンデータにおける前記パターンと、ビームの光量に応じて前記ビームによって露光されるパターンとのマッチングを行うことにより、前記多値データを作成する。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る露光装置であって、前記データ変換手段は、ルックアップテーブルを参照しつつ前記多値データを作成する。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る露光装置であって、複数の微小ミラーによって前記光源からの照明光を複数のビームに変調する空間光変調ユニットをさらに備え、前記光量制御手段は、前記複数のビームの光量を個々に制御する。

また、請求項５の発明は、所定のビームピッチで照射されるビームによって対象物にパターンを露光する露光方法であって、(a)前記ビームとなる照明光を光源から照射する工程と、(b)前記所定のビームピッチに応じたサイズの露光ピクセルによって前記パターンを表現した多値データに基づいて、前記ビームの光量を制御する工程と、(c)前記(b)工程において制御されたビームを前記所定のビームピッチで露光ヘッドから照射しつつ、少なくとも前記所定のビームピッチよりも小さい制御ピッチで前記パターンを露光する工程と、(d)前記制御ピッチに応じたサイズの制御ピクセルによって前記パターンを表現したパターンデータにおいて前記パターンのエッジを構成する制御ピクセルであるエッジ制御ピクセルを検出することにより、前記多値データを作成する工程とを有し、前記(d)工程は、ビームの光軸位置に対応する制御ピクセルの位置からの所定の方向についてのみ前記エッジ制御ピクセルを検出する工程である露光方法。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る露光方法であって、前記(d)工程は、前記パターンデータにおける前記パターンと、ビームの光量に応じて前記ビームによって露光されるパターンとのマッチングを行うことにより、前記多値データを作成する工程である。

また、請求項７の発明は、請求項５の発明に係る露光方法であって、前記(d)工程は、ルックアップテーブルを参照しつつ前記多値データを作成する工程である。

また、請求項８の発明は、請求項５ないし７のいずれかの発明に係る露光方法であって、(e)空間光変調手段が備える複数の微小ミラーによって前記光源からの照明光を複数のビームに変調する工程をさらに有し、前記(b)工程は、前記複数のビームの光量を個々に制御する工程である。

請求項１ないし８に記載の発明は、所定のビームピッチに応じたサイズの露光ピクセルによってパターンを表現した多値データに基づいて、ビームの光量を制御し、このようにして制御されたビームを所定のビームピッチで照射しつつ、少なくとも所定のビームピッチよりも小さい制御ピッチでパターンを露光することにより、ビームピッチよりも小さい制御ピッチが露光分解能となるため、ビームピッチのサイズに依拠した解像度よりも優れた解像度でパターンを露光することができる。

また、制御ピッチに応じたサイズの制御ピクセルによってパターンを表現したパターンデータに基づいて、多値データを作成するデータ変換手段を備えることにより、露光分解能に応じたデータを露光装置に与えるだけでパターンを露光できる。

また、パターンデータにおいてパターンのエッジを構成する制御ピクセルであるエッジ制御ピクセルを検出することにより、多値データを作成することによって、発明を容易に実現できる。

また、ビームの光軸位置に対応する制御ピクセルの位置からの所定の方向についてのみエッジ制御ピクセルを検出することにより、簡易な構成で発明を実現できる。

請求項２および請求項６に記載の発明は、パターンデータにおけるパターンと、ビームの光量に応じてビームによって露光されるパターンとのマッチングを行い、多値データを作成することにより、請求項１および請求項５に記載の発明を容易に実現できる。

請求項３および請求項７に記載の発明は、ルックアップテーブルを参照しつつ多値データを作成することにより、請求項１および請求項５に記載の発明を容易に実現できる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。

＜１．第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における露光装置１を示す図である。なお、図１において、図示および説明の都合上、Ｚ軸方向が鉛直方向を表し、ＸＹ平面が水平面を表すものとして定義する。ただし、これらの方向は位置関係を把握するために便宜上定義するものであって、以下に説明する各方向を限定するものではない。以下の各図についても同様である。

また、以下の説明では、「ビームピッチ」とは、像面において隣接して照射されるビーム（同時に照射されるか、時間順次に照射されるかを問わない）の光軸間隔を意味するものとする。また、「制御ピッチ」とは、露光装置１において、露光するパターンの位置や線幅などの幾何学的なパラメータを制御する場合に、制御可能な最小のピッチを言い、露光分解能を示す値とする。例えば、露光するパターンの最小線幅が１μｍであっても、線の位置や線幅を２０ｎｍで制御することを所望するならば、露光分解能を２０ｎｍにする必要がある。

露光装置１は、可動ステージ１０、露光ヘッド１１および制御部２を備え、可動ステージ１０に支持された基板９に微細なパターン（像）を露光する装置として構成されている。なお、基板９としては、プリント基板や液晶ディスプレイ用のガラス基板、マスク用のガラス基板、半導体基板等が想定される。ただし、パターンを露光する対象物はここに示した基板９に限定されるものではなく、紙や立体的な物体であってもよい。また、本発明に係る露光装置は、ビームによって直接パターンを露光するダイレクト露光装置に限定されるものではなく、マスク露光装置であってもよいし、露光される像が視認できない装置（例えば現像を要する装置）に限定されるものではなく、いわゆる描画装置と呼ばれる装置をも含むものとする。

可動ステージ１０の上面は水平面に加工されており、基板９を水平姿勢で保持する機能を有している。可動ステージ１０は、図示しない吸着口から吸引を行うことにより、載置された基板９の裏面を吸着して当該基板９を所定の位置に保持する。

また、可動ステージ１０は、制御部２からの制御信号に応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直線的に移動できる構造となっている。すなわち、詳細は省略するが、可動ステージ１０は、基板９をＹ軸方向に移動させる主走査駆動機構と、基板９をＸ軸方向に移動させる副走査駆動機構とを備えている。このような機構としては、例えば、リニアモータをもちいた直動駆動機構を採用することができる。

これにより、露光装置１は、露光ヘッド１１から照射されるビームを基板９の表面の任意の位置に照射することが可能とされている。このように、露光装置１から照射されるビームは基板９の表面を像面として結像される。

露光ヘッド１１は、レーザ光を照射する光源としてのレーザ発振器１３、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光を所定の方向に導く照明光学系１４、照明光学系１４によって導かれたレーザ光を変調する空間光変調デバイス１５、および、変調されたレーザ光を基板９に結像させる結像光学系１６を備えている。

レーザ発振器１３は、制御部２から周期Ｔで伝達されるリセット信号に応じて、所定のパルス幅のレーザ光を断続的に点灯させる（パルスレーザとなる）。これにより、本実施の形態におけるレーザ発振器１３は、周期Ｔ（所定の周期）でレーザ光を照射する光源として機能する。

一般に露光間隔が短い場合、その間に可動ステージ１０の移動を完了しなければならないため、可動ステージ１０を比較的高速で移動させることが必要となる。一方、露光間隔が長いと、可動ステージ１０の移動を完了するための許容時間が長くなるため、可動ステージ１０を低速で移動させることが可能となる。しかしながら、可動ステージ１０を低速で移動させると、パターン全体の露光を完了するために要する時間が長くなり処理自体が遅延する。

本実施の形態におけるレーザ発振器１３は、先述のように、一定の露光時間（パルス幅）および一定の露光間隔（周期Ｔ）でレーザ光を照射するため、可動ステージ１０の移動速度は一定でよい。したがって、駆動制御が容易になるとともに、速度変更によって可動ステージ１０の移動が不安定になることを防止することができる。

なお、本実施の形態における露光装置１では、パルスレーザを照射するレーザ発振器１３としてエキシマレーザを採用する。また、パルス幅は、１０［nsec］ないし数十［nsec］程度である。ただし、露光装置１において用いられるレーザ光は、このようなレーザ光に限定されるものではない。

照明光学系１４は、ミラー１４０、レンズ１４１およびミラー１４２，１４３を備えている。

レーザ発振器１３から照射され、照明光学系１４に入射したレーザ光は、ミラー１４０およびレンズ１４１によりミラー１４２へと導かれる。また、ミラー１４２はレンズ１４１によって導かれたレーザ光をミラー１４３に向けて反射し、ミラー１４３は入射したレーザ光を空間光変調デバイス１５に向けて反射する。すなわち、ミラー１４２およびミラー１４３によって、レーザ光は所定の角度（入射角）で空間光変調デバイス１５に入射するように調整される。

このように、照明光学系１４は、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光の光路を適宜調整して空間光変調デバイス１５に導く機能を有している。なお、照明光学系１４が備える構成は本実施の形態に示すものに限定されるものではなく、レーザ光の光路上に適宜、別のレンズやミラー等の光学素子が配置されてもよい。

照明光学系１４によって導かれたレーザ光が入射される空間光変調デバイス１５は、シリコン基板の上に、微少なミラーが格子状にＮ個（Ｎは２以上の自然数）配列した構造を有している。以下の説明では、空間光変調デバイス１５が備える微小ミラーを「マイクロミラー」と称し、他のミラー（例えばミラー１４２）と区別する。

空間光変調デバイス１５の各マイクロミラーによって反射されたレーザ光は、結像光学系１６へと導かれ、それぞれが、パターンを露光するために用いられ得るビームを形成する。すなわち、空間光変調デバイス１５を用いる露光装置１では、レーザ発振器１３がレーザ光を照射するたびに、Ｎ本のビーム（マルチビーム）が形成される構造となっている。このような構造により、本実施の形態における露光装置１では、露光面で結像されたマイクロミラーの間隔が「ビームピッチ」となる。

なお、詳細は後述するが、露光装置１では、形成されたＮ本のビームの全てが基板９に照射されるとは限らない。また、本発明は、マルチビームの装置にのみ適用されるものではなく、単一のビームによってパターンを露光する装置（走査ピッチがビームピッチとなる装置）にも応用可能である。また、空間光変調デバイス１５によってマルチビームを実現する構成ではなく、例えば、複数の露光ヘッド１１を備えることによりマルチビームを実現する装置であってもよい。

本実施の形態では、空間光変調デバイス１５としてマイクロミラーデバイスを採用する。

空間光変調デバイス１５における複数のマイクロミラーの反射面の配置角度θ（反射面とＸＺ平面との成す角）は、θ_on（第１角度）とθ_off（第２角度）との間で連続的に変位することが可能となっている。本実施の形態では、通常時において各マイクロミラーの反射面の配置角度θはθ_offとなっている。そして、空間光変調デバイス１５の各マイクロミラーは、制御部２から伝達される開始信号に応じて、配置角度θをθ_offからθ_onへと変位させる動作を開始する。すなわち、開始信号とは、反射面の配置角度θがθ_offとなっている状態のマイクロミラーに対して、配置角度θがθ_onとなる状態へと状態の切り替えを開始するタイミングを示す信号である。

結像光学系１６は、アパーチャ１６０、ミラー１６１および結像レンズ１６２を備えている。

アパーチャ１６０は、通過するビームの位置によってビームの光量が変化する光学素子として構成されている。アパーチャ１６０は空間光変調デバイス１５から入射する複数のビームについて、その一部を透過させるとともに、その一部を遮蔽する機能を備えている。アパーチャ１６０によってビームの光量が個々に調整される原理については後述する。

また、アパーチャ１６０は、入射した複数のビームを互いに平行な向き（Ｙ軸方向に平行な向き）に調整するとともに、各ビームのスポット形状を同一の形状に調整する機能をも有している。そして、アパーチャ１６０を通過したビームはミラー１６１に向けて出射される。

アパーチャ１６０からミラー１６１に向けて出射されたビームは、ミラー１６１によって反射され、結像レンズ１６２を介して像面たる基板９の表面に照射される。

図１に示すように、制御部２は、主にＣＰＵ２０および記憶装置２１を備えている。

パターンデータ２１０は、基板９に露光するパターンを表現した２値のビットマップデータである。一般に、パターンを表現したデータ（本実施の形態におけるパターンデータ２１０）は、当該パターンを露光する装置の露光分解能に応じて作成され、当該装置に入力される。したがって、パターンデータ２１０は、露光装置１の露光分解能（制御ピッチ）に応じたサイズの画素（以下、「制御ピクセル」と称する。）にパターンを分割して表現したデータとなっている。すなわち、制御ピクセルの縦横の長さサイズは、それぞれ制御ピッチと等しいサイズである。

また、パターンデータ２１０は、ＣＡＤシステム等で作成されたデータに基づいて外部のコンピュータ等によってビットマップデータに変換処理され作成されるものとする。そして、作成されたパターンデータ２１０は、図示しないネットワークおよび通信部を介してデータ通信によって露光装置１に取得されて記憶装置２１に格納される。

光量データ２１１は、パターンデータ２１０に基づいてＣＰＵ２０によって作成されるデータであって、パターンを露光するために基板９に照射されるビームの光量を各ビームごとに格納したデータである。したがって、光量データ２１１は、縦横の長さサイズがビームピッチに等しいサイズの画素（以下、「露光ピクセル」と称する。）にパターンを分割して表現した多値のビットマップデータである。これにより、１つの露光ピクセルは１本のビームに対応し、１つのマイクロミラーに対応する。なお、ここに言う「多値」とは、２値より多いことを意味するものとする。

ＣＰＵ２０は、記憶装置２１に記憶されているプログラム（図示せず）に基づいて動作することにより、各種データの演算を実行するとともに、制御信号を生成して露光装置１の各構成を制御する機能を有する。

特に、本実施の形態におけるＣＰＵ２０は、レーザ発振器１３が周期Ｔでレーザ光を照射するように、リセット信号を周期Ｔで生成し、レーザ発振器１３に伝達する。また、露光ヘッド１１と基板９との相対位置を調整するために、可動ステージ１０の位置を調整する。また、詳細は後述するが、光量データ２１１を作成し、作成した光量データ２１１に基づいて、空間光変調デバイス１５を制御する。

記憶装置２１は、図１では一つのハードウェアであるかのように図示しているが、一般に、読み取り専用のＲＯＭや、ＣＰＵ２０の一時的なワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ、比較的大容量のデータを記憶するディスク装置等からなる装置である。記憶装置２１は、上述のプログラムや、パターンデータ２１０、光量データ２１１等の各種データを記憶する。

図２は、露光装置１が有する機能ブロックをデータの流れとともに示す図である。図２に示す光量制御部２００およびデータ変換部２０１は、制御部２のＣＰＵ２０が上述のプログラムに従って動作することにより実現される機能ブロックである。

光量制御部２００は、光量データ２１１に基づいて空間光変調デバイス１５を制御することにより、アパーチャ１６０とともに各ビームの光量を個々に制御する機能を有している。なお、「光量を制御する」とは、ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御（狭義には光量を制御することになる。）ではなく、ＯＮ状態のビームの光量とＯＦＦ状態のビームの光量との間の中間光量のビームも意図的に制御してパターンの露光に使用する制御形態を言うものとする。

図３は、アパーチャ１６０の表面に形成される入射面１６３を例示する図である。アパーチャ１６０の空間光変調デバイス１５に対向する側の表面には、複数の入射面１６３が一面に形成されている。具体的には、アパーチャ１６０の空間光変調デバイス１５に対向する側の表面は、Ｎ個の入射面１６３に分割されている。そして、各入射面１６３には、対応するマイクロミラーからのビームのみが入射するように配置されている。なお、以下の説明では、ビームの断面形状を「円形」として説明するが、ビームの断面形状は円形に限定されるものではなく、矩形であってもよい。

図３では、（ｎ−１）番目のビーム（（ｎ−１）番目のマイクロミラーによって形成されたビーム）に対応する入射面１６３_n-1と、ｎ番目のビーム（ｎ番目のマイクロミラーによって形成されたビーム）に対応する入射面１６３_nとを示している。なお、ｎは、１＜ｎ≦Ｎを満たす自然数である。

また、各入射面１６３には、それぞれ受光領域１６４が形成されており、受光領域１６４に入射したビームだけがアパーチャ１６０を透過し、露光ヘッド１１から照射される。言い換えれば、入射面１６３に入射したビームのうち、受光領域１６４以外の領域に入射したビームはアパーチャ１６０によって遮蔽される。

図３に示す円形領域８０は、ｎ番目のマイクロミラーの反射面の配置角度θが「θ_on,n」となった状態のときに、当該マイクロミラーによって反射されたビームが入射する領域を示す。すなわち、配置角度θが「θ_on」となったとき、マイクロミラーによって反射されたビームの全光束は、対応する入射面１６３の受光領域１６４に入射される。したがって、当該マイクロミラーによって形成されたビームのうち、基板９に照射されるビームの光量は「１００％」となる。

一方、図３に示す円形領域８１は、ｎ番目のマイクロミラーの反射面の配置角度θが「θ_off,n」となった状態のときに、当該マイクロミラーによって反射されたビームが入射する領域を示す。すなわち、配置角度θが「θ_off」の状態のマイクロミラーによって反射されたビームの全光束は、受光領域１６４に入射しない状態となる。したがって、当該マイクロミラーによって形成されたビームのうち、基板９に照射されるビームの光量は「０％」となる。

先述のように、マイクロミラーの反射面の配置角度θは、「θ_on」と「θ_off」との間を連続的に変位する。したがって、例えば、ｎ番目のマイクロミラーによって反射されたビームが入射しうる領域は、結局、図３に示す領域８２（斜線で網掛けされた領域）となる。

図３に示す円形領域８３は、（ｎ−１）番目のマイクロミラーの配置角度θが「θ_on,n-1」と「θ_off,n-1」との間で変位しているときに、当該マイクロミラーに反射されたビームが入射する領域を示す。このような場合には、反射されたビームの一部だけが受光領域１６４に入射し、その他の部分は遮蔽される。すなわち、領域８３と受光領域１６４との重なる領域８４（斜線で網掛けされた領域）に入射したレーザ光のみがアパーチャ１６０を透過し、そのビームの光量は、反射されたビームの全光束が受光領域１６４に入射した場合に比べて、アパーチャ１６０に遮蔽された分だけ減少する。

すなわち、アパーチャ１６０を透過するビームの光量はビームの入射位置によって変化する領域８４の面積に依存し、当該面積はマイクロミラーの配置角度θに依存する。逆に言えば、ｎ番目のマイクロミラーによって形成するビームの所望の光量を「Ω_n」とすると、当該光量Ω_nを得るための当該マイクロミラーの配置角度θ_nは、連続関数Ｓ_nを用いて式１と表すことができる。

θ_n＝Ｓ_n（Ω_n）・・・式１

また、制御部２がｎ番目のマイクロミラーに開始信号を与えてからの経過時間を「τ_n」とすると、配置角度θ_nと経過時間τ_nとの関係は連続関数Ｆ_nを用いて式２で表される。

τ_n＝Ｆ_n（θ_n）・・・式２

したがって、式１および式２から、Ｑ_n＝Ｆ_n（Ｓ_n）となる関数Ｑ_nを用いれば、経過時間τ_nは、式３と表現できることがわかる。

τ_n＝Ｑ_n（Ω_n）・・・式３

ここで、関数Ｑ_nは再現性のある関数であるため、実験等により予め求めて特性データとして露光装置１の記憶装置に記憶しておくことができる。なお、関数Ｓ_nおよび関数Ｆ_nを実験により求めておいて、式１を式２に代入して演算により経過時間τ_nを求めてもよい。

式３によれば、ビームにおける所望の光量「Ω」が決まれば、当該ビームを形成するマイクロミラーに開始信号を与えてからどのタイミングで当該マイクロミラーにレーザ光を照射すべきかが決定できることがわかる。

本実施の形態におけるレーザ発振器１３は周期Ｔでレーザ光を照射するため、空間光変調デバイス１５の全てのマイクロミラーには同時にレーザ光が照射される。すなわち、各マイクロミラーにレーザ光が照射されるタイミングは予め固定されており、個々のマイクロミラーごとに任意の時刻にレーザ光を照射することはできない構造となっている。したがって、次回のレーザ光の照射が行われるときに、各マイクロミラーの配置角度θが所望の角度となるように、各マイクロミラーに予め開始信号を適切なタイミングで与える必要がある。

ここで、直近のレーザ光が照射されてから、次のレーザ光が照射されるまでの時間はＴである。したがって、直近のレーザ光が照射されてからｎ番目のマイクロミラーに開始信号を与えるまでの経過時間を「ｔ_n」とおくと、ｎ番目のマイクロミラーの配置角度が所望の配置角度θ_nとなったときに、当該マイクロミラーにレーザ光が照射されるためには、式４が成立すればよいことになる。

ｔ_n＋τ_n＝Ｔ・・・式４

したがって、次回のレーザ光の照射時にｎ番目のマイクロミラーによって形成されるビームの光量を所望の光量「Ω_n」とするために、当該マイクロミラーに開始信号を与えるタイミングは、前回のレーザ光が照射されてからの経過時間ｔ_nを用いて、式５で求まることがわかる。

ｔ_n＝Ｔ−Ｑ_n（Ω_n）・・・式５

先述のように、ｎ番目のマイクロミラーによって形成されるビームの光量は、ｎ番目の露光ピクセルの光量として光量データ２１１に示されている。

したがって、光量制御部２００は、前回のレーザ光の照射を実行させたリセット信号を、光量データ２１１と式５とに基づいて各マイクロミラーごとに求めた経過時間ｔ_nだけ遅延させてそれぞれの開始信号とし、これらの開始信号を空間光変調デバイス１５に伝達することによって、ビームの光量を個々に制御することができる。

なお、基板９に照射されるビームの光量を制御するための構成は、ここに示す構成に限定されるものではなく、従来から知られた様々な手法を適宜用いることができる。例えば、アパーチャ１６０に代えて、通過する光の位置によって光量が変化する光学素子、例えば、連続濃度可変フィルタなどを用いてもよい。

また、アパーチャ１６０において、空間光変調デバイス１５に対向する側の表面をＮ個の入射面に分割する代わりに、単一の入射面のみ形成し、空間光変調デバイス１５とアパーチャ１６０との間に、結像レンズ１６２と両側テレセントリック光学系を成すフィールドレンズを配置して、マイクロミラーから反射されたそれぞれのレーザ光がこの単一の入射面を透過、遮蔽、または一部透過する構成としてもよい。

さらに、光量制御のための構成として、上記実施の形態のようなマイクロミラーデバイスの代わりに、ＧＬＶ（Grating Light Valve）のような回折格子型の空間光変調素子や磁気光学式の空間光変調素子を用いた構成でもよい。

次に、ビームの光量を変更した場合に、ビームによって露光される領域（以下、「露光領域」と称する）がどのように変化するかについて説明する。言い換えれば、ビームの光量を制御することによって、どのようにして露光分解能が向上するかについて説明する。

図４は、ビームの光量を変更したときの光量分布と、各光量のビームにおける露光領域を示す図である。図４に示す例では、６つの異なる光量について、それぞれのビームの光量分布（グラフＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３，ＰＦ４，ＰＦ５，ＰＦ６）と、当該ビームによって露光される露光領域（６つの円）とを示している。

なお、グラフＰＦ１は１００％の光量のビームの光量分布を示し、グラフＰＦ２は８５％の光量のビームの光量分布を示し、グラムＰＦ３は７５％の光量のビームの光量分布を示す。また、グラフＰＦ４は６５％の光量のビームの光量分布を示し、グラフＰＦ５は４５％の光量のビームの光量分布を示し、グラフＰＦ６は４０％の光量のビームの光量分布を示す。ただし、これらの数値は例示であって、ここに示す数値に限定されるものではなく、露光装置１に用いるビームの特性として実験により求めて記憶しておくことが可能である。

一般的なビームの光量分布は、図４に示すように、ガウシアン分布に近似した分布状態となっており、ビームの中央部ほど光量が多く、周辺部ほど光量が減少する。一方、基板９には、感光材料（例えばフォトレジスト）が塗布されており、感光材料の性質上、感光する光量の閾値Ｖ（感光スレッショルドレベル）が決まっている。言い換えれば、ビームが照射された領域のうち、光量が「Ｖ」を超えた領域は当該ビームによって露光される（露光領域となる）が、光量が「Ｖ」に満たない領域では露光されない。

したがって、実際には実ビーム径（図４に示す例ではビームピッチの約５倍のサイズ）のビームが基板９に照射されたとしても、当該ビームによって露光される露光領域は実際のビームが照射された領域よりも狭い領域となる。図４に示す例では、光量が１００％のビームを照射した場合の露光領域は、そのときの露光ビーム径（ビームピッチの３倍のサイズ）を直径とする円形領域（図４における最大円）となっている。

図４を見れば、ビームの光量を変更しても実ビーム径はほとんど変化しないが、露光領域は直径（露光ビーム径）の異なる同心円状の領域として変化することがわかる。これにより、ビームの光量分布に応じて閾値Ｖとして適切な感光材料を選択し、所望する露光分解能に応じてビームの光量を調節することによって、露光ビーム径を、所望の露光分解能で変化させることができる。

したがって、このような原理により、露光装置１において、光量制御部２００がビームの光量を適切に制御すれば、当該ビームの露光ビーム径を制御することができ、当該ビームによって露光される露光領域のサイズを制御できることがわかる。

図４では、ビームピッチの５分の１程度のピッチで露光領域のサイズを制御する例を示している。逆に言えば、図４に示す例では、ビームピッチの５分の１のピッチが露光装置１によって制御可能な最小のピッチ（制御ピッチ）となる例を示している。このように、本実施の形態における露光装置１によれば、ビームピッチではなく、ビームピッチの数分の１程度のピッチを「制御ピッチ」とすることができる。

露光装置１は、ビームの光量と感光材料上で現像される露光領域との関係（図４に示す関係）を、予め、実験や理論的なシミュレーション等によって求めておき、露光装置１におけるビーム特性データ（図示せず）として記憶しておくものとする。

このように、露光装置１は、ビームの光量を制御することにより、ビームピッチを変更することなく、制御ピッチを小さくすることができ、露光分解能を向上させることができる。また、ビームピッチを小さくすることによって露光分解能を向上させる技術と異なり、露光速度の低下という問題も生じない。また、光量を変更してもビームの光軸位置はほとんど変化せず、ビームが照射される位置（中心位置）は変化しない。すなわち、ビームの光量を変更しても、位置ずれを生じることはない。

なお、本実施の形態では、ビームピッチの５分の１のサイズが制御ピッチとなるように制御する例を挙げて説明したが、光量の制御量はこれに限定されるものではない。また、以後の説明では、特に断らない限り、ビーム径とは露光ビーム径のことを意味するものとして用いる。

図２に戻って、データ変換部２０１は、記憶装置２１に記憶されているパターンデータ２１０と、先述のビーム特性データ（図示せず）とに基づいて、光量データ２１１を作成して、記憶装置２１に格納する機能を有している。

先述のように、パターンデータ２１０は露光装置１の制御ピクセルに応じて作成された２値のビットマップデータである。一方、光量データ２１１は露光装置１の露光ピクセルに応じて光量値が格納された多値のビットマップデータである。すなわち、データ変換部２０１は、高分解能ビットマップデータ（パターンデータ２１０）を、相対的に低分解能の多値ビットマップデータ（光量データ２１１）に変換する。なお、データ変換部２０１が光量データ２１１を作成する手法については後述する。

以上が第１の実施の形態における露光装置１の構成および機能の説明である。

次に、データ変換部２０１が光量データ２１１を作成する方法について説明する。

図５は、露光ピクセルＰを示す図である。本実施の形態における露光装置１においては、露光ピクセルＰの縦横サイズはビームピッチ（０．１μｍ）であり、制御ピクセルＱの縦横サイズは制御ピッチ（２０ｎｍ、ビームピッチの５分の１）とする。したがって、１つの露光ピクセルＰは、２５個の制御ピクセルＱ（制御ピクセルＱ００〜Ｑ４４）から構成される。

図６は、単位領域Ｅを示す図である。すでに図４に示したように、露光装置１において、光量が最大のビームのビーム径はビームピッチの３倍のサイズである。すなわち、図６において露光ピクセルＰ１１に注目すると、露光ピクセルＰ１１にビームを照射したときに、当該ビームによって露光されうる領域は、図６において斜線の網掛けで示す円形領域ＥＥとなる。

したがって、露光ピクセルＰ１１に照射されるビームによって影響を受けうるのは露光ピクセルＰ００〜Ｐ２２である。そこで、露光ピクセルＰ００〜Ｐ２２によって構成される領域を、「単位領域Ｅ」と定義すれば、データ変換部２０１は、１つの単位領域Ｅにおけるパターン（パターンデータ２１０における部分パターン）に応じて、１つの露光ピクセルＰ１１によって形成されるビームの光量を決定する必要があることがわかる。

なお、図５および図６より、１つの単位領域Ｅには、１５×１５個（＝２２５個）の制御ピクセルＱが含まれていることがわかる。また、露光ピクセルＰ１１に照射されるビームの光軸位置となる制御ピクセルＱは、制御ピクセルＱ２２である。

図７は、データ変換部２０１によって実行される作成処理を示す流れ図である。図７に示すように、データ変換部２０１は、光量データ２１１を作成するために、まず、エッジ光量データを作成する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１において、データ変換部２０１は、先述のビーム特性データに基づいて、制御ピクセルＱがパターンのエッジを構成するピクセル（エッジ制御ピクセル）に該当する場合のビームの光量値を求める。この光量値は、単位領域Ｅ内に存在する２２５個の制御ピクセルＱについて求められ、エッジ光量データとして格納される。すなわち、エッジ光量データは、個々の値が制御ピクセルＱに対応した、２２５個の多値のデータとなる。

一般に、ステップＳ１１で求める光量値は、該当する制御ピクセルＱの単位領域Ｅ内における位置と、ビームの光軸位置（露光ピクセルＰ１１における制御ピクセルＱ２２の位置）との距離と方向（すなわちベクトル）に依存する。ただし、本実施の形態では、先述のように、ビームの断面形状を円形としているため方向には依存しない。

次に、データ変換部２０１は、注目する露光ピクセルＰを決定し（ステップＳ１２）、決定した露光ピクセルＰを露光ピクセルＰ１１とする単位領域Ｅを決定する。さらに、決定した単位領域Ｅに含まれる２２５個の制御ピクセルＱの画素値をパターンデータ２１０から取得する（ステップＳ１３）。パターンデータ２１０における画素値は２値であるから、ステップＳ１３において取得されるデータは２２５ｂｉｔのデータとなる。

図８は、パターンデータ２１０の例である。図８において網掛けされた制御ピクセルＱはパターンデータ２１０における画素値が「１」の制御ピクセルＱを示す。図８に示す単位領域ＥがステップＳ１２において決定した単位領域Ｅの一例であり、この単位領域Ｅに含まれる制御ピクセルＱの画素値がステップＳ１３において取得される。

次に、データ変換部２０１は、ステップＳ１３において取得した画素値に対してエッジ検出処理を実行し、パターンにおけるエッジを構成する制御ピクセルＱをエッジ制御ピクセルＥＱとして検出する（ステップＳ１４）。なお、エッジ検出処理は従来から提案されている様々な手法を適用することができるため、ここでは詳細な説明を省略する。

図９は、エッジ制御ピクセルＥＱを示す図である。図９は、図８に示す単位領域Ｅにおいて検出されるエッジ制御ピクセルＥＱを示している。ここに示す例では、１５個の制御ピクセルＱが、エッジ制御ピクセルＥＱとして検出されている。

ステップＳ１４を実行すると、データ変換部２０１は、ステップＳ１１で求めたエッジ光量データから、ステップＳ１４で検出したそれぞれのエッジ制御ピクセルＥＱに対する光量値を取得する（ステップＳ１５）。

次に、データ変換部２０１は、ステップＳ１５で取得した光量値（検出されたエッジ制御ピクセルＥＱの数だけ存在する。）から、最適値を、ステップＳ１２で決定した露光ピクセルＰの光量値として決定し（ステップＳ１６）、当該露光ピクセルＰの光量値として光量データ２１１に格納する。なお、本実施の形態では最適値を「最小値」とするが、最適値を選択する規則はこれに限定されるものではなく、例えば「平均値」であってもよい。以下の実施例においても同様である。

ステップＳ１６が実行されると、データ変換部２０１は、全ての露光ピクセルＰについてステップＳ１６が実行されたか否かを判定する（ステップＳ１７）。

そして、未だ光量値が決定されていない露光ピクセルＰが存在する場合（ステップＳ１７においてＮｏ）、ステップＳ１２に戻って、処理を繰り返す。一方、全ての露光ピクセルＰについて既に光量値が決定された場合（ステップＳ１７においてＹｅｓ）、データ変換部２０１は、光量データ２１１の作成を終了する。

なお、データ変換部２０１は、ステップＳ１２において決定された露光ピクセルＰにおける制御ピクセルＱ２２（ビームの光軸位置となる制御ピクセルＱであって、単位領域Ｅについて言えば、露光ピクセルＰ１１における制御ピクセルＱ２２）の画素値が、パターンデータ２１０において「０」であった場合には、ステップＳ１４，Ｓ１５の処理を実行せずに、ステップＳ１６において、当該露光ピクセルＰの光量を「０」と決定する。すなわち、ビームの光軸位置の画素値が「０」である場合とは、当該位置を露光する必要がない場合であり、ビームを照射する必要がないからである。

図１０は、露光ピクセルＰ１１の光量値が「０」となる単位領域Ｅの例を示す図である。

このようにして、データ変換部２０１は、制御ピクセルＱに基づいて作成された高分解能の２値のビットマップデータであるパターンデータ２１０から、比較的低分解能の露光ピクセルＰに基づいて作成される多値のビットマップデータである光量データ２１１を作成する。

なお、本実施の形態では、ビーム特性データを予め記憶しておくと説明したが、ビーム特性データの代わりにエッジ光量データを記憶しておいてもよい。その場合は、ビーム特性データを記憶しておく必要がなく、また、新たなパターンデータ２１０が入力され、新たに光量データ２１１を作成する必要が生じた場合でも、そのたびにエッジ光量データを作成する必要がない。

また、本実施の形態では、全ての制御ピクセルＱについて、エッジ光量データを作成しておくと説明したが、エッジ制御ピクセルＥＱが検出されてから、検出されたエッジ制御ピクセルＥＱについてのみ、ビーム特性データに基づいて光量値を決定してもよい。

図１１は、パターンデータ２１０の例を示す図である。既に説明したように、パターンデータ２１０は、制御ピッチに応じたサイズの制御ピクセルＱによって露光するパターンを２値（「１」または「０」）で表現したビットマップデータである。なお、太線Ｌは、露光するパターンのエッジを示す。

図１２は、図１１に示すパターンデータ２１０から作成された光量データ２１１を示す図である。図１２に示すように、光量データ２１１は、ビームピッチに応じたサイズの露光ピクセルＰによって露光するパターンを多値（図１２に示す例では、「１００」、「８５」、「７５」、「６０」、「４５」または「０」）で表現したビットマップデータとなっている。なお、図１２では、パターンのエッジを露光するビームによって露光される露光領域（すなわち、パターンのエッジを構成する露光領域）を示している。これらの露光領域は、図１２に示すように、直径の異なる円径領域となる。

次に、光量データ２１１に基づいてパターンを基板９に露光する方法について説明する。

図１３は、本発明に係る露光方法を示す流れ図である。ただし、図１３に示す各工程が開始されるまでに、既に説明した作成処理（図７）が露光装置１のデータ変換部２０１によって実行されているものとする。また、露光装置１は、レーザ発振器１３がレーザ光をＭ回照射することによりパターンデータ２１０に表現されたパターンを露光するものとして説明する。

まず、ＣＰＵ２０は、露光回数をカウントするカウンタｍの値を「１」に初期化してから（ステップＳ２１）、ｍ回目の露光位置に可動ステージ１０を移動させる（ステップＳ２２）。

次に、光量制御部２００が光量データ２１１に基づいて、光量制御処理を実行する（ステップＳ２３）。

図１４は、光量制御処理を示す流れ図である。光量制御処理が開始されると、光量制御部２００は、まず、露光ピクセルＰの番号を示すカウンタｎの値を「１」に初期化する（ステップＳ３１）。

次に、ｎ番目の露光ピクセルＰの光量を光量データ２１１から取得し（ステップＳ３２）、取得した光量と式５とに基づいて、ｎ番目のマイクロミラーの経過時間ｔ_nを求める（ステップＳ３３）。なお、光量が「０」の露光ピクセルＰに対応するマイクロミラーについては経過時間ｔ_nを便宜上「Ｕ」とする（ただし、Ｕ＞Ｔ）。

ｎ番目のマイクロミラーについての経過時間ｔ_nが求まると、求めた経過時間ｔ_nを当該マイクロミラーについてのリセット信号の遅延時間としてセットする（ステップＳ３４）。

次に、カウンタｎの値をインクリメントして（ステップＳ３５）、カウンタｎの値がＮより大きいか否かを判定する（ステップＳ３６）。空間光変調デバイス１５には、Ｎ個のマイクロミラーが設けられており、１回の露光でＮ個の露光ピクセルＰが露光される。ステップＳ３６が実行されるときに、カウンタｎの値がＮ以下の場合とは、Ｎ個の露光ピクセルＰについての処理が未だ完了していない場合であるから、ステップＳ３２に戻って処理を繰り返す。

一方、ステップＳ３６が実行されるときに、カウンタｎの値がＮより大きい場合とは、空間光変調デバイス１５が備えるＮ個のマイクロミラーについて遅延時間をセットする処理（ステップＳ３４）が完了したことを示す。したがって、この場合、光量制御部２００はステップＳ３６においてＹｅｓと判定し、ステップＳ３４においてセットした遅延時間を経過したマイクロミラーに開始信号を伝達しつつ（ステップＳ３７）、前回の露光（ｍ−１回目の露光）から周期Ｔだけ時間が経過したか否かを監視する（ステップＳ３８）。

そして、周期Ｔだけ時間が経過すると（ステップＳ３８においてＹｅｓ）、図１４に示す光量制御処理を終了して図１３に示す処理に戻る。これにより、周期Ｔよりも大きい値「Ｕ」が遅延時間としてセットされたマイクロミラーについては、ステップＳ３７が実行されることはないので開始信号が伝達されることはない。したがって、当該マイクロミラーはビームをＯＦＦにする状態（配置角度θ_offの状態）のままとなり、当該マイクロミラーによるビームの光量は「０」となる。

図１３に戻って、ステップＳ２３の光量制御処理が終了すると、制御部２がレーザ発振器１３にｍ回目のリセット信号を伝達し、レーザ発振器１３によってレーザ光が照射される。照射されたレーザ光は、照明光学系１４によって空間光変調デバイス１５に導かれ、空間光変調デバイス１５によって複数のビームに変調される（マルチビーム化される）。各マイクロミラーにより形成されるビームは、レーザ光が入射したときの各マイクロミラーの配置角度θに応じた光量となり、結像光学系１６に導かれて基板９に向けて照射される。このとき複数のビームはビームピッチで露光ヘッド１１から照射され、これにより、パターンの露光が行われる（ステップＳ２４）。

ステップＳ２４が実行され、ｍ回目の露光が終了すると、カウンタｍの値をインクリメントして（ステップＳ２５）、カウンタｍの値が「Ｍ」より大きいか否かを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６が実行されるときにカウンタｍの値がＭ以下の場合とは、露光（ステップＳ２４）が未だＭ回実行されていないことを意味するので、この場合はパターンの露光が完了していないと判断してステップＳ２２に戻って処理を繰り返す。一方、ステップＳ２６が実行されるときにカウンタｍの値がＭより大きい場合とは、露光（ステップＳ２４）が既にＭ回実行されたことを意味するので、この場合はパターンの露光が完了したと判断して処理を終了する。

図１５は、図１２に示す光量データ２１１に基づいて露光されるパターンを示した図である。ただし、パターンのエッジを形成する露光領域以外の一部の露光領域については円の図示を省略している。

図１２に示す光量データ２１１に基づいて、ステップＳ２４を実行してパターンを露光すると、図１５に網掛けで示す領域が各ビームによって露光される領域となり、この領域がパターンを形成する領域となる。本実施の形態における露光装置１は、ビームピッチより小さい制御ピッチでパターンを露光できており、図２２に示す従来の露光方法によるパターンのエッジよりも、より太線Ｌに沿った滑らかなエッジが表現できている。

以上のように、第１の実施の形態における露光装置１は、ビームとなる照明光を照射するレーザ発振器１３と、所定のビームピッチに応じたサイズの露光ピクセルＰによってパターンを表現した光量データ２１１に基づいて、ビームの光量を制御する光量制御部２００と、光量制御部２００により制御されたビームを所定のビームピッチで照射しつつ、少なくとも所定のビームピッチよりも小さい制御ピッチでパターンを露光する露光ヘッド１１とを備えることにより、ビームピッチよりも小さい制御ピッチを露光分解能とすることができるため、ビームピッチのサイズに依拠した解像度よりも優れた解像度でパターンを露光することができる。

また、制御ピッチに応じたサイズの制御ピクセルＱによってパターンを表現したパターンデータ２１０に基づいて、光量データ２１１を作成するデータ変換部２０１をさらに備えることにより、露光分解能に応じたデータを露光装置１に与えるだけでパターンを露光できる。

＜２．第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、パターンデータ２１０を光量データ２１１に変換する機能を、ソフトウェアによって実現される機能ブロックとしてのデータ変換部２０１によって実現するとして説明した。しかしながら、このような機能をハードウェアによって実現してもよい。

図１６は、第２の実施の形態における露光装置１ａを示す図である。第２の実施の形態における露光装置１ａは、制御部２の代わりに制御部２ａを備えている点が第１の実施の形態における露光装置１と異なっている。そして、制御部２ａは、主にハードウェアとして実現されるデータ変換部３を備えている点と、図示は省略するがデータ変換部２０１に相当する機能ブロックを有していない点とが、第１の実施の形態における制御部２と異なっている。以下、第１の実施の形態における露光装置１と共通する点については適宜説明を省略しつつ、第２の実施の形態における露光装置１ａを説明する。

図１７は、第２の実施の形態におけるデータ変換部３の構成を示す図である。図１７に示すように、データ変換部３は、単位領域メモリ３０、８個のＬＵＴ回路３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８、および、選択回路３９を備えている。

単位領域メモリ３０は、記憶装置２１に記憶されているパターンデータ２１０から、注目する単位領域Ｅに含まれる全ての制御ピクセルＱ（１５×１５個）の画素値を読み出してきてバッファリングすることが可能な記憶容量を備えたメモリである。ただし、単位領域メモリ３０は、少なくとも図１７にハッチングで示す制御ピクセルＱ（５７個）の画素値を記憶できればよい。

各ＬＵＴ回路３１ないし３８は、ビームの光軸位置となる制御ピクセルＱ（図１７において黒色の制御ピクセルＱ）から、図１７に示すそれぞれの方向（８方向）に並ぶ制御ピクセルＱ（いずれの方向についても７個存在する。）を入力信号（７ｂｉｔの信号となる。）とする。すなわち、各ＬＵＴ回路３１ないし３８には、それぞれの方向に並んだ７個の制御ピクセルＱが単位領域メモリ３０から入力される。

ビームの光軸位置となる制御ピクセルＱに対して左上方向に存在する露光ピクセルＰ００の制御ピクセルＱ２２がエッジ制御ピクセルＥＱであった場合、ＬＵＴ回路３１には、「００１１１１１」を示す入力信号が入力される。なお、本実施の形態では、各ＬＵＴ回路３１ないし３８に入力される入力信号において、下位ｂｉｔほど単位領域Ｅにおける中央に近い位置にある制御ピクセルＱを示すものとする。ただし、入力信号のうちのどのｂｉｔが７個の制御ピクセルＱのうちのいずれに対応するかは自由に設定すればよい。

各ＬＵＴ回路３１ないし３８は、ルックアップテーブルを構成しており、７個の制御ピクセルＱのそれぞれがエッジ制御ピクセルＥＱとなった場合の光量値を格納している。ここに言う光量値は、ビーム特性データに応じて、各制御ピクセルＱごとに求めて格納しておくことができる。

第１の実施の形態では、エッジ光量データとして、単位領域Ｅを構成する全ての制御ピクセルＱ（２２５個の制御ピクセルＱ）について光量値を求めて記憶していた。しかしながら、第２の実施の形態における露光装置１ａは、ビームの光軸位置に対応する制御ピクセルＱの位置からの所定の方向（８方向）についてのみ（７個×８方向＝５６個）の光量値を記憶するだけでよい。したがって、データ変換部３は、簡易な構成で、高速に光量データ２１１を作成できる。

各ＬＵＴ回路３１ないし３８は、入力信号に応じて、ルックアップテーブルに格納されている光量値のいずれか（入力信号に示される制御ピクセルＱがエッジ制御ピクセルＥＱとなった場合の光量値）を選択回路３９に出力する。

選択回路３９は、各ＬＵＴ回路３１ないし３８から入力される光量値から最適値（最小値）を選択して、露光ピクセルＰ（注目している単位領域Ｅにおける露光ピクセルＰ１１）の光量値とする。これにより、データ変換部３によって、記憶装置２１に光量データ２１１が作成される。

図１８は、図８に示したパターンデータ２１０および単位領域Ｅについて、第２の実施の形態におけるデータ変換部３が８方向についての判定を行う様子を概念的に示す図である。図１８に示すように、データ変換部３は、８方向についてのパターンでのみ判定する。したがって、選択回路３９に入力される光量値も８個である。

そして、図１８に示す例では、右上方向に検出されたエッジ制御ピクセルＥＱ（露光ピクセルＰ１１の制御ピクセルＱ１３）の光量値（ＬＵＴ回路３３の出力値）が最小値となる。したがって、この値が選択回路３９から出力され、露光ピクセルＰ１１の光量値となる。

以上のように、第２の実施の形態における露光装置１ａは、ビームの光軸位置に対応する制御ピクセルＱの位置からの８方向についてのみ判定するデータ変換部３を備えることにより、全ての制御ピクセルＱに対してエッジ検出する場合に比べて高速に光量データ２１１を作成できる。なお、所定の方向は８方向に限定されるものではなく、４方向や１６方向であってもよい。

また、このように簡素化することにより、データ変換部３をハードウェアによって容易に実現でき、ソフトウェアによって実現する場合に比べて、さらに高速に光量データ２１１を作成できる。ただし、第２の実施の形態におけるデータ変換部３の機能の一部または全部をソフトウェアによって実現してもよい。その場合であっても、エッジ検出を８方向に限定したことによって、第１の実施の形態におけるデータ変換部２０１よりも高速に光量データ２１１を作成できる。

なお、第２の実施の形態におけるデータ変換部３においても第１の実施の形態と同様に、ビームの光軸位置の制御ピクセルＱ（露光ピクセルＰ１１の制御ピクセルＱ２２）の画素値がパターンデータ２１０において「０」の場合は、露光ピクセルＰ１１の光量値を「０」とする。

＜３．第３の実施の形態＞
パターンデータ２１０を光量データ２１１に変換する手法はエッジ制御ピクセルＥＱを検出する手法に限定されるものではない。

図１９は、第３の実施の形態における露光装置１ｂのデータ変換部４を示す図である。第３の実施の形態における露光装置１ｂは、データ変換部３の代わりにデータ変換部４を備えている点が、第２の実施の形態における露光装置１ａと異なっている。以下、第３の実施の形態における露光装置１ｂにおいて露光装置１ａと異なる点について説明する。

データ変換部４は、単位領域メモリ４０、メモリ４８、選択回路４９、ｓ個のテンプレートメモリ４１１ないし４１ｓ、および、ｓ個のマッチング回路４２１ないし４２ｓを備えている（ｓは２以上の整数。ただし、ｓは１０程度が好ましい。）。

単位領域メモリ４０は、単位領域メモリ３０に相当する構成であり、注目する単位領域Ｅに含まれる全ての制御ピクセルＱ（２２５個の制御ピクセルＱ）の画素値をバッファリング可能な記憶容量をもつメモリである。なお、図１９では、図８に示すパターンデータ２１０および単位領域Ｅについて画素値が単位領域メモリ４０に読み込まれた状態を示す。

各テンプレートメモリ４１１ないし４１ｓには対応するマッチング回路４２１ないし４２ｓが設けられている。各テンプレートメモリ４１１ないし４１ｓには、ビームの光量に応じた露光領域のビットマップデータがテンプレートとして、それぞれに１つずつ格納されている。すなわち、各テンプレートメモリ４１１ないし４１ｓはそれぞれが異なるテンプレートを記憶しており、データ変換部４はｓ個のテンプレートを記憶している。なお、各テンプレートはビームの光量ごとに実験により予め求めておくことができる。

各テンプレートメモリ４１１ないし４１ｓに格納されているテンプレートは、格納されているテンプレートメモリ４１１ないし４１ｓに対応するマッチング回路４２１ないし４２ｓにパターンとして入力される。

各マッチング回路４２１ないし４２ｓには、単位領域メモリ４０に格納されているパターンと、対応するテンプレートメモリ４１１ないし４１ｓに格納されているテンプレートのパターンとが入力され、２つのパターンについてのマッチング処理が行われる。２つのパターンのマッチング処理については、従来から様々な手法が提案されており、これらを適宜用いることが可能であるため詳細は省略する。

各マッチング回路４２１ないし４２ｓは、マッチング処理の結果を選択回路４９に出力する。

メモリ４８は、各テンプレートに対応した光量値を示すテンプレート光量データ４８０を記憶している。テンプレート光量データ４８０として格納される光量値は、実験により各テンプレートを求めたときのビームの光量として取得され、記憶される。

選択回路４９は、各マッチング回路４２１ないし４２ｓからの入力に応じて、最もよくマッチングしたテンプレートを決定し、当該テンプレートに対応する光量値をテンプレート光量データ４８０を参照することにより取得する。

例えば、選択回路４８は、マッチング回路４２１からのマッチング結果が最も優れていた場合には、テンプレートメモリ４１１に記憶されているテンプレートを、単位領域メモリ４０に記憶されているパターンと最もよくマッチングしたパターンとして決定する。さらに、テンプレートメモリ４１１に記憶されているテンプレートに対応した光量値をメモリ４８のテンプレート光量データ４８０から取得して、注目している単位領域Ｅの露光ピクセルＰ１１の光量値とする。

以上のように、第３の実施の形態における露光装置１ｂにおいても、データ変換部４によって光量データ２１１を作成することができる。また、露光装置１ｂは、光量データ２１１を主にハードウェアによって構成されるデータ変換部４によって作成することにより、高速に処理することができる。ただし、データ変換部４の機能の一部または全部をソフトウェアによって実現してもよい。

＜４．第４の実施の形態＞
パターンデータ２１０から光量データ２１１を求める手法は、上記実施の形態に示した例に限定されるものではない。

図２０は、第４の実施の形態における露光装置１ｃのデータ変換部３ａを示す図である。第４の実施の形態における露光装置１ｃは、データ変換部３の代わりにデータ変換部３ａを備えている点が、第２の実施の形態における露光装置１ａと異なっている。以下、第４の実施の形態における露光装置１ｃにおいて、主に露光装置１ａと異なる点について説明する。

データ変換部３ａは、単位領域メモリ３０ａ、９個のＬＵＴ回路３１０ないし３１８、および、選択回路３９を備えている。

単位領域メモリ３０ａは、注目する単位領域Ｅに含まれる全ての制御ピクセルＱ（２２５個の制御ピクセルＱ）の画素値をバッファリング可能な記憶容量をもつメモリである。なお、図２０では、図８に示すパターンデータ２１０および単位領域Ｅについて画素値が単位領域メモリ３０ａに読み込まれた状態を示す。

ＬＵＴ回路３１０ないし３１８には、注目している単位領域Ｅにおいて、対応する露光ピクセルＰ００ないしＰ２２の画素値が入力信号として入力される。言い換えれば、単位領域Ｅにおけるパターンは単位領域Ｅを構成する露光ピクセルＰ００ないしＰ２２に応じて９個に分割され、分割された各パターンは対応するＬＵＴ回路３１０ないし３１８に１つずつ入力される。

例えば、ＬＵＴ回路３１０には、単位領域メモリ３０ａに記憶されている２２５個の画素値のうち、露光ピクセルＰ００を構成する２５個の制御ピクセルＱの画素値が入力される。また、ＬＵＴ回路３１８には、単位領域メモリ３０ａに記憶されている２２５個の画素値のうち、露光ピクセルＰ２２を構成する２５個の制御ピクセルＱの画素値が入力される。したがって、各ＬＵＴ回路３１０ないし３１８への入力信号はいずれも２５ｂｉｔの信号となる。

ＬＵＴ回路３１０ないし３１８は、入力信号（露光ピクセルＰごとに分割されたパターンを表現した信号）をアドレスとするルックアップテーブルを構成している。そして、各アドレスに格納されるデータは、露光ピクセルＰ１１に照射された場合に入力信号に表現されたパターンを最も精度よく再現するビームの光量値である。

したがって、例えば、注目する単位領域Ｅの露光ピクセルＰ００を構成する２５個の制御ピクセルＱの画素値をＬＵＴ回路３１０に入力すると、当該露光ピクセルＰ００におけるパターンを再現するために、注目する単位領域Ｅの露光ピクセルＰ１１に照射すべきビームの最も適した光量値がＬＵＴ回路３１０から出力される。

すなわち、各ＬＵＴ回路３１０ないし３１８に入力信号が与えられると、注目する単位領域Ｅを構成する露光ピクセルＰ００ないしＰ２２に示されているパターン（分割パターン）を露光するために最も適した光量値が各ＬＵＴ回路３１０ないし３１８から選択回路３９に向けて出力される。

選択回路３９は、入力される９個の光量値から最小値を最適値として選択し、選択した光量値を、注目する単位領域Ｅの露光ピクセルＰ１１に照射されるビームの光量値として決定する。

以上のように、第４の実施の形態における露光装置１ｃのデータ変換部３ａは、ルックアップテーブルを参照しつつ光量データ２１１を作成することができる。なお、露光装置１ｃでは、データ変換部３ａを主にハードウェアによって実現すると説明したが、データ変換部３ａの機能の一部または全部をソフトウェアによって実現してもよい。

＜５．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、光量データ２１１は露光ピクセルごとの光量値が格納されたデータであると説明したが、データ変換部２０１，３，３ａ，４が露光ピクセルごとに式５に従って経過時間ｔ_nを予め演算してこれを光量データ２１１としてもよい（実質的な意味では遅延時間データとなる）。この場合、光量制御部２００は、式５を演算する必要がない。すなわち、光量データ２１１は、光量に応じて決定される値であって、ビームの光量を制御できる数値であれば、直接的に光量値を示していないデータであってもよい。

また、光量データ２１１は、露光装置１がパターンデータ２１０に基づいて作成すると説明した。しかし、光量データ２１１に相当するデータを外部のコンピュータによって作成してから露光装置１に入力し、記憶させるように構成してもよい。すなわち、光量データ２１１に相当するデータは露光装置１によって作成される構成に限定されるものではない。

また、上記実施の形態に示した各工程は一例であって、これに限定されるものではない。すなわち、同様の効果が得られるならば、各工程の内容や順序を適宜変更してもよい。

第１の実施の形態における露光装置を示す図である。露光装置が有する機能ブロックをデータの流れとともに示す図である。アパーチャの表面に形成される入射面を例示する図である。ビームの光量を変更したときの光量分布と、各光量のビームにおける露光領域を示す図である。露光ピクセルを示す図である。単位領域を示す図である。データ変換部によって実行される作成処理を示す流れ図である。パターンデータの例である。エッジ制御ピクセルを示す図である。露光ピクセルの光量値が「０」となる単位領域の例を示す図である。パターンデータの例を示す図である。図１１に示すパターンデータから作成された光量データを示す図である。本発明に係る露光方法を示す流れ図である。光量制御処理を示す流れ図である。図１２に示す光量データに基づいて露光されるパターンを示した図である。第２の実施の形態における露光装置を示す図である。第２の実施の形態におけるデータ変換部の構成を示す図である。図８に示したパターンデータおよび単位領域について、第２の実施の形態におけるデータ変換部が８方向についての判定を行う様子を概念的に示す図である。第３の実施の形態における露光装置のデータ変換部を示す図である。第４の実施の形態における露光装置のデータ変換部を示す図である。パターンを露光する際の画像データを概念的に示す図である。図２１に示した画像データに応じて、パターンを露光した状態を示す図である。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ露光装置
１０可動ステージ
１１露光ヘッド
１３レーザ発振器
１４照明光学系
１５空間光変調デバイス
１６結像光学系
２，２ａ制御部
２００光量制御部
２０１，３，３ａ，４データ変換部
２１記憶装置
２１０パターンデータ
２１１光量データ
９基板

Claims

所定のビームピッチで照射されるビームによって対象物にパターンを露光する露光装置であって、
前記ビームとなる照明光を照射する光源と、
前記所定のビームピッチに応じたサイズの露光ピクセルによって前記パターンを表現した多値データに基づいて、前記ビームの光量を制御する光量制御手段と、
前記光量制御手段により制御されたビームを前記所定のビームピッチで照射しつつ、少なくとも前記所定のビームピッチよりも小さい制御ピッチで前記パターンを露光する露光ヘッドと、
前記制御ピッチに応じたサイズの制御ピクセルによって前記パターンを表現したパターンデータにおいて前記パターンのエッジを構成する制御ピクセルであるエッジ制御ピクセルを検出することにより、前記多値データを作成するデータ変換手段と、
を備え、
前記データ変換手段は、ビームの光軸位置に対応する制御ピクセルの位置からの所定の方向についてのみ前記エッジ制御ピクセルを検出する露光装置。
請求項１に記載の露光装置であって、
前記データ変換手段は、前記パターンデータにおける前記パターンと、ビームの光量に応じて前記ビームによって露光されるパターンとのマッチングを行うことにより、前記多値データを作成する露光装置。
請求項１に記載の露光装置であって、
前記データ変換手段は、ルックアップテーブルを参照しつつ前記多値データを作成する露光装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の露光装置であって、
複数の微小ミラーによって前記光源からの照明光を複数のビームに変調する空間光変調ユニットをさらに備え、
前記光量制御手段は、前記複数のビームの光量を個々に制御する露光装置。
所定のビームピッチで照射されるビームによって対象物にパターンを露光する露光方法であって、
(a) 前記ビームとなる照明光を光源から照射する工程と、
(b) 前記所定のビームピッチに応じたサイズの露光ピクセルによって前記パターンを表現した多値データに基づいて、前記ビームの光量を制御する工程と、
(c) 前記(b)工程において制御されたビームを前記所定のビームピッチで露光ヘッドから照射しつつ、少なくとも前記所定のビームピッチよりも小さい制御ピッチで前記パターンを露光する工程と、
(d) 前記制御ピッチに応じたサイズの制御ピクセルによって前記パターンを表現したパターンデータにおいて前記パターンのエッジを構成する制御ピクセルであるエッジ制御ピクセルを検出することにより、前記多値データを作成する工程と、
を有し、
前記(d)工程は、ビームの光軸位置に対応する制御ピクセルの位置からの所定の方向についてのみ前記エッジ制御ピクセルを検出する工程である露光方法。
請求項５に記載の露光方法であって、
前記(d)工程は、前記パターンデータにおける前記パターンと、ビームの光量に応じて前記ビームによって露光されるパターンとのマッチングを行うことにより、前記多値データを作成する工程である露光方法。
請求項５に記載の露光方法であって、
前記(d)工程は、ルックアップテーブルを参照しつつ前記多値データを作成する工程である露光方法。
請求項５ないし７のいずれかに記載の露光方法であって、
(e) 空間光変調手段が備える複数の微小ミラーによって前記光源からの照明光を複数のビームに変調する工程をさらに有し、
前記(b)工程は、前記複数のビームの光量を個々に制御する工程である露光方法。