JP2024032060A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の出力の変更も、露光の走査と同期した光変調素子の制御も不要としつつ、露光光の強度を段階的に調整すること。
【解決手段】感光性の基板を露光する装置であって、露光に用いられる光を供給する光源と、光源と基板との間において光が進む光路に対して挿入可能であって、基板が露光される位置の移動と同期して、光路に介在する位置における透過率を異ならせるフィルタとを備える露光装置。
【選択図】図５

Description

この開示は、感光性の基板に対してパターンに基づいた露光を行う技術に関する。当該基板は、例えば感光材料が用いられた層（以下「感光層」とも称される）を有する。例えば半導体基板、プリント基板、液晶表示装置等に具備されるカラーフィルタ用基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置等に具備されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、磁気ディスク用基板、光ディスク用基板、太陽電池用パネルなどの各種基板は、感光層を有する。

感光性の基板が有する感光層を、所望のパターンで露光する露光装置が知られている。当該露光装置として、いわゆる描画装置が知られている。描画装置は露光を選択的に遮蔽するマスク（以下「フォトマスク」と称される）を用いず、所望のパターンを記述したデータに応じて空間的に変調した光（以下「描画光」とも称される）を感光層へ照射する。かかる照射によって、描画装置は感光層に所望のパターンを直接に露光する。露光した感光層は現像処理により、所望のパターンまたはその反転したパターンが基板上に残置する。描画光は、フォトマスクを用いた露光に利用される光と同様に、露光光として考えられる。

現像処理された感光層が精度良くパターニングされるためには、感光層が適切に露光されることが望まれる。適切な露光を行うためには描画光の強度が適切であることが望まれる。感光層の露光感度は感光層の種類毎に相違する。よって感光層毎に描画光の強度を制御し、感光層の露光感度を検出する技術が提案される。

例えば特許文献１では空間的な光変調（以下、単に「光変調」とも称される）を行う光変調素子を用い、露光に寄与する描画光の強度を段階的に調整する技術が提案される。

特許第６２７９８３３号公報

露光に寄与する描画光の強度が光変調素子を用いて段階的に調整される場合、その強度の段階的な変化についての自由度は小さい。例えば光変調素子として１９２０×１０８０のアレイ状に配列されたマイクロミラーが採用されて描画光の強度が段階的に調整される場合については、以下のように説明される。

感光層に対して露光を走査するとき、光変調素子においては当該走査の方向に沿って１０８０個のマイクロミラーが並ぶ。露光が走査されることによって感光層の異なる位置が感光されるので、走査の方向に沿って並ぶ１０８０個のミラーのうち、描画光を与えるミラーの個数を異ならせて、描画光の強度として１０８０段階が選択され得る。描画光を与えるミラーの個数が少なくなるほど、描画光の強度を細かく調節しにくくなる。

特許文献１では露光を部分的に重複しつつ走査させ、露光の総量を漸次的に変化させる技術が紹介される。しかし特許文献１が紹介する技術においても、光変調素子を露光の走査と同期して制御することが要求される。なるほど、特許文献１ではマスクパターンを切り替える露光制御に代えて、全てのマイクロミラーをＯＮ状態にする技術も紹介される。しかし当該技術においてもミラーＯＮ時間を調整することが採用され、当該「ミラーＯＮ時間」とは光変調素子をＯＮ状態にする時間であると理解される。よってこのミラーＯＮ時間も露光の走査と同期して制御される、と理解される。

本開示はこのような点に鑑みてなされたもので、光源の出力の変更も、露光の走査と同期した光変調素子の制御も不要としつつ、露光光の強度を段階的に調整する技術を提供することを目的とする。

本開示の第１の態様に係る露光装置は、感光性の基板を露光する装置であって、前記露光に用いられる光を供給する光源と、前記光源と前記基板との間において前記光が進む光路に対して挿入可能であって、前記基板が露光される位置の移動と同期して、前記光路に介在する位置における透過率が異なるフィルタとを備える。

本開示の第２の態様に係る露光装置は、第１の態様に係る露光装置であって、前記光路に介在するときの前記フィルタと、前記光源との間に設けられ、前記光源から出射された光の空間的な分布の均一性を高めるロッドインテグレータを更に備える。

本開示の第３の態様に係る露光装置は、第１の態様または第２の態様に係る露光装置であって、前記フィルタは透過率が異なる複数の領域を有し、前記基板が露光される位置の移動と同期して前記フィルタを移動させ、前記複数の領域を順次に前記光路に介在させる移動機構を更に備える。

本開示の第４の態様に係る露光装置は、第３の態様に係る露光装置であって、前記移動機構は、前記フィルタを前記光路に介在させない位置に移動させ得る。

本開示の第５の態様に係る露光装置は、第３の態様または第４の態様に係る露光装置であって、上記複数の領域は前記フィルタにおいて一方向に並んで配置され、前記一方向に沿って前記フィルタが移動する。

本開示の第６の態様に係る露光装置は、第３の態様から第５の態様のいずれかに係る露光装置であって、上記複数の領域は、前記フィルタにおいて相互に離隔して配置される。

本開示の第７の態様に係る露光方法は、感光性の基板の露光に用いられる光を供給する光源と、前記光源と前記基板との間において前記光が進む光路に対して挿入可能なフィルタとを備える露光装置において、前記基板が露光される位置の移動と同期して、前記光路に介在する位置の透過率を異ならせる。

本開示の第８の態様に係る露光方法は、第７の態様に係る露光方法であって、前記フィルタは透過率が異なる複数の領域を有し、前記基板が露光される位置の移動と同期して前記フィルタを移動させ、前記複数の領域を順次に前記光路に介在させる。

本開示の第９の態様に係る露光方法は、第８の態様に係る露光方法であって、上記複数の領域は前記フィルタにおいて一方向に並んで配置され、前記一方向に沿って前記フィルタを移動させる。

第１の態様に係る露光装置は、光源の出力の変更も、露光の走査と同期した光変調素子の制御も不要としつつ、露光光の強度を段階的に調整する。

第２の態様に係る露光装置は、フィルタの小型化に資する。

第３の態様に係る露光装置は、光路に介在する位置におけるフィルタの透過率を、基板が露光される位置の移動と同期して異ならせる。

第４の態様に係る露光装置は、フィルタを介在させずに通常の露光を行い得る。

第５の態様に係る露光装置は、複数の領域を順次に光路に介在させることに資する。

第６の態様に係る露光装置によれば、露光に用いられる光の適切な強度が容易に判断される。

第７の態様に係る露光方法は、光源の出力の変更も、露光の走査と同期した光変調素子の制御も不要としつつ、露光光の強度を段階的に調整する。

第８の態様に係る露光方法は、光路に介在する位置におけるフィルタの透過率を、基板が露光される位置の移動と同期して異ならせる。

第９の態様に係る露光方法は、複数の領域を順次に光路に介在させることに資する。

本開示にかかる露光装置たる描画装置の概略斜視図である。 描画装置の平面図である。 光学ユニットの概略を示す斜視図である。 光変調部の構成を例示する側面図である。 減光部の構成を例示する斜視図である。 描画ヘッドの概略を示す側面図である。 制御部と、描画装置を構成するその他の構成要素との接続関係を概念的に示すバス配線図である。 フィルタの構成を例示する平面図である。 レジスト群を例示する平面図である。 適切な露光量を設定する処理を例示するフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態が説明される。なお、図面においては、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

＜１．装置構成の例示＞
図１は、本開示にかかる露光装置たる描画装置１００の概略斜視図である。図２は、描画装置１００の概略平面図である。

描画装置１００は、感光性の基板９０を露光し、より具体的には基板９０に所望のパターンを描画する装置である。例えば描画装置１００がプリント基板を製造する工程の一部を担当するとき、感光層、金属箔、絶縁性の基板がこの順に積層された基板９０に対し、感光層側から描画光を所望のパターンで照射し、感光層を選択的に露光する。露光された感光層は感光により、露光後の現像処理において所望のパターンもしくはその反転したパターンで選択的に除去される。当該現像処理で残置した感光層は、金属箔のエッチングにおいてマスクとして機能する。

図１および図２において、図示および説明の都合上、Ｚ軸方向を鉛直上向き方向に採用し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のいずれもがＺ軸方向と直交する方向に採用される。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交し、Ｘ軸、Ｙ軸，Ｚ軸はこの順でいわゆる左手座標系を決定する。以下、Ｘ軸に沿った方向は単にＸ方向あるいは＋Ｘ方向と称され、Ｙ軸に沿った方向は単にＹ方向あるいは＋Ｙ方向と称され、Ｚ軸に沿った方向は単にＺ方向あるいは＋Ｚ方向と称される。

但しこれらは位置関係を把握するために便宜上設定され、以下に説明される各方向を限定するものではない。他の図についても同様である。

描画装置１００は、架台１、移動プレート群２、露光部３、および制御部５を備える。

＜１－１．架台１＞
架台１は、略直方体状の外形を有しており、そのＺ方向側の面（以下「上面」とも称される）１ａの略水平な領域には、架橋構造１１および移動プレート群２が固定される。架橋構造１１は、移動プレート群２の上方において移動プレート群２を跨いで略水平に掛け渡される。例えば架台１は、移動プレート群２と架橋構造１１とを一体的に支持する。図２においては、視認性を高めるため、架橋構造１１が二点鎖線によって図示されている。

＜１－２．移動プレート群２＞
移動プレート群２は、保持プレート２１と、支持プレート２２と、ベースプレート２３と、基台２４と、回動機構２１１と、副走査機構２２１と、主走査機構２３１とを備える。

保持プレート２１は略水平な上面２１ａを有し、上面２１ａは基板９０をＺ方向とは反対側から（下方から）保持する。支持プレート２２は略水平な上面２２ａを有し、上面２２ａは保持プレート２１を下方から支持する。ベースプレート２３は、略水平な上面２３ａを有し、上面２３ａは支持プレート２２を下方から支持する。基台２４は略水平な上面２４ａを有し、上面２４ａは、ベースプレート２３を下方から支持する。回動機構２１１は、保持プレート２１をＺ軸回りに回動させる機能を有する。副走査機構２２１は、支持プレート２２をＸ方向およびその反対方向（－Ｘ方向）に移動させる機能を有する。主走査機構２３１は、ベースプレート２３をＹ方向およびその反対方向（－Ｙ方向）に移動させる機能を有する。

例えば保持プレート２１は、基板９０を上面２１ａに吸着して保持する。例えば上面２１ａにおいて複数の孔（図示省略）が分散して設けられる。これらの孔は、例えば真空ポンプに接続され、当該真空ポンプが動作することによって、基板９０と上面２１ａとの間の気圧が低下する。当該気圧の低下により、基板９０が上面２１ａに吸着され、保持される。

回動機構２１１はリニアモータ２１１ａと回動軸２１１ｂとを有する（図２参照）。リニアモータ２１１ａは移動子と固定子とを含む。移動子は保持プレート２１に対してＹ方向とは反対側（－Ｙ方向側）の端部に取り付けられる。固定子は上面２２ａに設けられる。回動軸２１１ｂは、保持プレート２１の中央部と支持プレート２２との間でＺ軸に平行に位置し、図２においては隠れ線を示す破線で描かれる。リニアモータ２１１ａを動作させることによって、固定子に沿って移動子がＸ方向あるいは－Ｘ方向に移動する。当該移動により保持プレート２１が回動軸２１１ｂを中心として、ある角度の範囲内で、Ｚ軸回りに回動する。

副走査機構２２１はリニアモータ２２１ａと一対のガイド２２１ｂとを有する（図２参照）。リニアモータ２２１ａは移動子２２１ｃと固定子２２１ｄとを含む。移動子２２１ｃは支持プレート２２の下面に取り付けられる。固定子２２１ｄは上面２３ａに設けられる。一対のガイド２２１ｂは、支持プレート２２とベースプレート２３との間においてＸ軸に沿って延び、上面２３ａに固定される。リニアモータ２２１ａを動作させることによって、固定子２２１ｄに沿って移動子２２１ｃがＸ方向あるいは－Ｘ方向に移動する。当該移動によって支持プレート２２がガイド２２１ｂに沿ってベースプレート２３上でＸ方向あるいは－Ｘ方向に移動する。

主走査機構２３１はリニアモータ２３１ａと一対のガイド２３１ｂとを有する（図２参照）。リニアモータ２３１ａは移動子（不図示）と固定子２３１ｄとを含む。当該移動子はベースプレート２３の下面に取り付けられる。固定子２３１ｄは上面２４ａに設けられる。一対のガイド２３１ｂは、ベースプレート２３と基台２４との間においてＹ軸に沿って延び、上面２４ａに固定される。リニアモータ２３１ａを動作させることによって、リニアモータ２３１ａの移動子が固定子２３１ｄに沿ってＹ方向あるいは－Ｙ方向に移動する。当該移動によってベースプレート２３がガイド２３１ｂに沿って基台２４上でＹ方向あるいは－Ｙ方向に移動する。

したがって、保持プレート２１に基板９０を保持した状態で主走査機構２３１を動作させることによって、基板９０をＹ方向あるいは－Ｙ方向に沿って移動させることができる。

上述された、回動機構２１１、副走査機構２２１、および主走査機構２３１のいずれの動作も、制御部５によって制御される。

回動機構２１１、副走査機構２２１および主走査機構２３１の駆動について、上述のリニアモータ２１１ａ，２２１ａ，２３１ａを利用することに限定はされない。例えば、回動機構２１１および副走査機構２２１において、サーボモータおよびボールネジ駆動が利用されてもよい。基板９０を移動させる代わりに、露光部３を移動させる移動機構が設けられてもよい。基板９０および露光部３の双方を移動させる移動機構が設けられてもよい。保持プレート２１をＺ軸に沿って昇降させる昇降機構が設けられて、基板９０が上下に昇降してもよい。

＜１－３．露光部３＞
露光部３は、光学ユニット３０を複数台、例えば５台備える。光学ユニット３０の各々は、光源３１、照明光学系３２、および描画ヘッド３３を有する。図１では、図示が省略されているが、各描画ヘッド３３に対して、光源３１および照明光学系３２がそれぞれ設けられる。図２においては、視認性を高めるため、描画ヘッド３３が二点鎖線によって図示されている。

光源３１は、制御部５から送られる所要の駆動信号に基づいて、所要の波長を有する光３５を供給する。例えば光源３１にはレーザダイオードが採用される。図1において、光源３１から光３５が出射され、その経路は、光３５が伝達される相手先へ向けた矢印で模式的に描かれている。

光３５は、照明光学系３２を介して描画ヘッド３３へ導かれる。光源３１から出射された光３５は、照明光学系３２にて、例えば光軸に垂直な面において矩形状に成形される。

各描画ヘッド３３は、照明光学系３２から出射された光３５を、光変調して基板９０の上面に照射する機能を有する。各描画ヘッド３３は、例えばＸ軸に沿って架橋構造１１の側面上部に等ピッチで配置されている。

図３は、光学ユニット３０の概略を示す斜視図である。描画ヘッド３３は、光変調部４、投影光学系３３０、オートフォーカス機構６を有する。光変調部４、投影光学系３３０、オートフォーカス機構６は固定材１１２に固定される。固定材１１２は後述される固定材１１１と共に架橋構造１１に固定される。あるいは固定材１１２は架橋構造１１の一部、たとえばＹ方向とは反対側（－Ｙ方向側）の側面であってもよい。

照明光学系３２は光源３１側に配置されたロッドインテグレータ３２１と、描画ヘッド３３側に配置された鏡筒３２２とを含む。ロッドインテグレータ３２１は、光源３１から出射された光３５の空間的な分布の均一性を高める。例えば鏡筒３２２は両側テレセントリック光学系を実現するレンズを有する。

光３５は、ロッドインテグレータ３２１と光変調部４との間において、二点鎖線で示される光路Ｌを進む。

少なくとも一つの光学ユニット３０は減光部７を有する。減光部７は例えば、ロッドインテグレータ３２１と、鏡筒３２２との間に減光部７を有する。図３は減光部７を含む光学ユニット３０を示す。減光部７は、図３においてはその概略的な形状のみが一点鎖線で示され、具体的な構成は後述される。

照明光学系３２を通過した光３５は光変調部４へ照射され、制御部５の制御に基づいて光変調を受けて描画光３５１（図４参照：後述）となる。描画光３５１は投影光学系３３０へ入射する。投影光学系３３０は、入射した描画光３５１を所要の倍率で拡大して、主走査方向へ移動する基板９０上へ導く。

投影光学系３３０は鏡筒３３１，３３２を有する。鏡筒３３１は鏡筒３３２よりも光変調部４寄りに配置される。鏡筒３３１，３３２は両側テレセントリック光学系を実現する。

＜１－４．光変調部４＞
図４は光変調部４の構成を例示する側面図である。光変調部４はミラー４１，４２と空間光変調素子４３を有する。照明光学系３２を通過した光３５はミラー４１，４２によって順次に反射され、空間光変調素子４３に至る。空間光変調素子４３に光３５が入射して空間光変調素子４３が光３５を光変調して描画光３５１が得られる。空間光変調素子４３は描画光３５１を出射する。描画光３５１は投影光学系３３０へ、より具体的には鏡筒３３１へ入射する。

空間光変調素子４３には例えばデジタルミラーデバイスが採用される。デジタルミラーデバイスは、例えば１９２０×１０８０のマトリクス状に配列された、１辺が約１０μｍの正方形の微小ミラーを有する。各々のミラーはメモリセルに書き込まれたデータに従って、当該正方形の対角を軸として、所要角度で傾く。制御部５からのリセット信号によって、各々のミラーは、一斉に駆動される。デジタルミラーデバイスは、自身への入射光を、例えば二方向に反射する。

空間光変調素子４３にデジタルミラーデバイスが採用された場合、各々のミラーは、描画光３５１として採用される光と、パターンの描画に寄与しない光とを異なる方向に反射させる。空間光変調素子４３における光変調に採用されるパターンは、投影光学系３３０によって、基板９０に投影される。

当該パターンはリセットパルスによって連続的に書き換えられる。当該リセットパルスは、後述されるように、主走査機構２３１による保持プレート２１の移動に伴って、主走査機構２３１のエンコーダー信号を元に作られる。当該パターンの連続的な書き換えと保持プレート２１との移動により、基板９０へ入射する描画光３５１は、当該パターンを反映した像を基板９０に形成する。

描画光３５１は、図３において光変調部４から投影光学系３３０および後述されるオートフォーカス機構６を経由して基板９０に至る光路Ｌを進む。

光３５が光変調部４によって光変調されて描画光３５１が得られ、描画光３５１が基板９０に照射される。描画光３５１は基板９０の露光に採用され、光３５は描画光３５１の生成に利用される。光３５および描画光３５１のいずれも、基板９０の露光に用いられるといえる。光源３１と基板９０との間で光３５または描画光３５１が光路Ｌを進む。

＜１－５．基板９０と露光部３との相対的な移動＞
描画処理は、制御部５の制御下で主走査機構２３１および副走査機構２２１が保持プレート２１に載置された基板９０を、複数台の描画ヘッド３３に対して相対的に移動させつつ、複数の描画ヘッド３３のそれぞれから基板９０の露光面（露光部３側の面：ここでは基板９０の上面の一部または全部）に描画光３５１を照射することによって行われる。

主走査機構２３１によって基板９０が移動したときの、基板９０から見た描画ヘッド３３の移動方向が主走査方向に採用される。副走査機構２２１によって、基板９０が移動したときの、基板９０から見た描画ヘッド３３の移動方向が副走査方向に採用される。

主走査機構２３１によって保持プレート２１が－Ｙ方向に移動する。これにより、描画ヘッド３３は基板９０に対して相対的にＹ方向に移動し、主走査が実現される。主走査が行われる間、描画ヘッド３３は描画光３５１を、基板９０の露光面に連続的に照射する。これにより、所望のパターンが基板９０の露光面に投影される。各描画ヘッド３３がＹ方向に沿って基板９０を１回横断すると、描画光３５１に対応したパターンがＹ方向に延びた帯状に描画される。複数の描画ヘッド３３が、基板９０上を並行して横断することにより、１回の主走査によって複数の帯状のパターンが描画される。

上述の主走査が終了したのち、副走査機構２２１によって、保持プレート２１が＋Ｘ方向に移動する。これにより描画ヘッド３３は基板９０に対して相対的に－Ｘ方向へ移動し、副走査が実現される。副走査における描画ヘッド３３の基板９０に対する相対的な移動量は、例えば１回の主走査によって得られた帯状パターンの幅以上である。

上述の副走査が終了したのち、主走査機構２３１によって保持プレート２１がＹ方向に移動する。これにより、描画ヘッド３３は基板９０に対して相対的に－Ｙ方向に移動し、主走査が実現される。主走査が行われる間、各描画ヘッド３３は描画光３５１を、基板９０に連続的に照射する。

このような、副走査を挟んで主走査方向が反対（上述の例では主走査方向には－Ｙ方向とＹ方向の二種が採用される）となる複数の主走査が行われ、基板９０の露光面において描画の対象となる領域の全域にパターンが描画されると、描画処理が終了する。

＜１－６．減光部７＞
図５は減光部７の構成を例示する斜視図である。減光部７は、移動ステージ７１、フィルタ７２、ねじ軸７３、モータ７４、固定ステージ７５を有する。

固定ステージ７５は照明光学系３２と共に固定材１１１に固定される。固定材１１１は光源３１と共に架橋構造１１に固定される。あるいは固定材１１１は架橋構造１１の一部、たとえばＺ方向側の頂面であってもよい。

固定ステージ７５はＸ方向およびＺ方向のいずれにも平行な面７５ａを有する主部と、モータ７４が固定される端部７５ｂとを有する。主部が固定材１１１と接触し、端部７５ｂが固定材１１１から離れて位置する。例えば主部はＹ方向に厚みを有する板状の部材である。

移動ステージ７１は、面７５ａと摺動する面７１ａを有する。あるいは面７１ａは不図示の案内機構により面７５ａに対してＺ方向および－Ｚ方向に可動である。

移動ステージ７１は、そのＺ方向側の端にねじ軸７３が貫入するねじ溝（不図示）が形成される。モータ７４はたとえばサーボモータであり、その回転シャフト（不図示）にはねじ軸７３が取り付けられる。モータ７４の回転によりねじ軸７３は回転し、ねじ軸７３が移動ステージ７１に貫入する深さが変わる。移動ステージ７１は面７５ａに対してＺ方向および－Ｚ方向に可動である。モータ７４は端部７５ｂにおいて固定ステージ７５に固定されるので、ねじ軸７３が移動ステージ７１に貫入する深さに依存して移動ステージ７１はＺ方向および－Ｚ方向に移動する。このような移動ステージ７１の移動は、ボールねじを用いた機構によって実現されてもよい。

フィルタ７２は移動ステージ７１に支持される。フィルタ７２に対する光の入出は、移動ステージ７１および固定ステージ７５のいずれによっても阻害されない。例えば移動ステージ７１はＹ方向に貫通する穴７１ｂを有する。穴７１ｂの縁は、フィルタ７２のＹ方向に沿って見た周縁のみを保持する。

図５において実線で示された移動ステージ７１、フィルタ７２、ねじ軸７３の位置は、これらのいずれもが光路Ｌから外れた状態を例示する。上述された描画処理は、このような状態（以下「不在状態」と仮称される）において行われる。図５において二点鎖線で示された移動ステージ７１、フィルタ７２、ねじ軸７３の位置は、フィルタ７２が減光部７における光３５の光路Ｌに介在する（但し移動ステージ７１それ自体は光３５の光路Ｌに介在しない）状態（以下「介在状態」と仮称される）を示す。後述されるテストパターン処理は、介在状態において実行される。

介在状態において、モータ７４の駆動によって、フィルタ７２の複数の異なる位置が光路Ｌに介在する。これら複数の位置は、光３５に対して互いに異なる減光率を有する。介在状態においてモータ７４の駆動に伴って、光３５が異なる減光率で減光されて、テストパターン処理が実行される。

モータ７４の駆動によって介在状態と不在状態との間を移動ステージ７１が移動する。不在状態では光３５はロッドインテグレータ３２１と鏡筒３２２との間では減光されない。フィルタ７２は光源３１と基板９０との間の光路Ｌに対して挿入可能である。

図５では、介在状態よりも不在状態の方が、移動ステージ７１がＺ方向側に位置する場合が例示される。例えば図示されない他の機構により、移動ステージ７１をＸ方向と－Ｘ方向とに移動させて介在状体と不在状態との間を移動ステージ７１が移動してもよい。

ロッドインテグレータ３２１は、光路Ｌに介在するときのフィルタ７２と、光源３１との間に設けられる。このようにロッドインテグレータ３２１がフィルタ７２の前に配置されることにより、ロッドインテグレータ３２１から出射された光３５は、その広がりが小さいままフィルタ７２を透過する。広がりが小さな光３５がフィルタ７２を通過することは、領域７０１～７４１に必要な領域を小さくすることに寄与し、ひいてはフィルタ７２の小型化に資する。

＜１－７．投影光学系３３０およびオートフォーカス機構６＞
図６は、描画ヘッド３３の概略を示す側面図である。図６に示されるように、描画ヘッド３３の各々には、オートフォーカス機構６が設けられる。オートフォーカス機構６は、検出器６１を有する。検出器６１は、描画ヘッド３３と基板９０（詳細には、露光面）との間の距離Ｌ１の変動を検出する。オートフォーカス機構６は、検出器６１によって検出された距離Ｌ１の変動に合わせて、描画光３５１の焦点を調整する。

検出器６１は、レーザ光を基板９０に照射する照射部６１１と、基板９０を反射したレーザ光を受光する受光部６１３とを有する。

照射部６１１は、基板９０の露光面に対する法線方向（ここでは、Ｚ方向）に対して鋭角θで傾斜した軸に沿って、レーザ光を基板９０の上面に入射させる。当該レーザ光は位置９１をスポット状に照射し、反射して受光部６１３に入射する。

受光部６１３は、例えばラインセンサ（不図示）を有する。位置９１から反射したレーザ光の、当該ラインセンサ上における入射位置によって、基板９０の露光面の変動が検出される。検出器６１は取付機構６２を有する。取付機構６２は鏡筒３３２の外周面に設けられる。検出器６１は取付機構６２によって、描画ヘッド３３に対して、具体的には鏡筒３３２へ、固定される。

オートフォーカス機構６は昇降機構６３を有する。検出器６１によって検出された変動量に応じて、鏡筒３３２を、または鏡筒３３１、３３２の両方を、昇降機構６３がＺ方向または－Ｚ方向に移動させる。当該移動により、描画光３５１の焦点が調整される。

検出器６１が検出した変動量は、制御部５または不図示の専用の演算回路に伝達され、所期のプログラムに従った演算処理が行われる。この演算処理によって、昇降機構６３による鏡筒３３２、または鏡筒３３１，３３２の昇降量が決定される。

＜１－８．制御部５＞
図７は制御部５と、描画装置１００を構成するその他の構成要素との接続関係を概念的に示すバス配線図である。

制御部５は、表示部５６、操作部５７、回動機構２１１、副走査機構２２１、主走査機構２３１、光源３１（より具体的には光源３１を駆動するドライバ）、光変調部４（より具体的には空間光変調素子４３）およびオートフォーカス機構６、減光部７（より具体的にはモータ７４を駆動するドライバ）との間で、例えばバス配線、ネットワーク回線またはシリアル通信回線より接続されており、これら各構成要素の動作を制御する。

制御部５は、中央演算部（Central Processing Unit：図において「ＣＰＵ」と表記）５１、読み出し専用のメモリ（Read Only Memory：図において「ＲＯＭ」と表記）５２、揮発性のメモリ（例えばRandom Access Memory：図において「ＲＡＭ」と表記）５３、不揮発性のメモリ５４を有する。メモリ５３は主に中央演算部５１の一時的なワーキングエリアとして使用される。メモリ５４に代えてハードディスクドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）、あるいはソリッドステートドライブ（Solid State Drive：ＳＳＤ）が採用されてもよい。

メモリ５２はプログラム５５を格納する。中央演算部５１は、メモリ５２からプログラム５５を読み取り、プログラム５５を実行することにより、メモリ５３またはメモリ５４に記憶されている各種データについての演算を行う。制御部５は、中央演算部５１、メモリ５２、メモリ５３およびメモリ５４を備えることにより、一般的なコンピュータとしての構成を備えている。

中央演算部５１は回動機構２１１、副走査機構２２１、主走査機構２３１、オートフォーカス機構６、減光部７の機構の動作を制御する。例えば中央演算部５１はリニアモータ２１１ａ，２２１ａ，２３１ａ、昇降機構６３、モータ７４の動作を制御する。かかる制御機能は、中央演算部５１がプログラム５５に従って動作することにより実現される機能ブロックたる機構制御部５１１として描かれる。機構制御部５１１の一部または全部は、論理回路などによって実現されてもよい。

メモリ５４は、パターンデータ５４１と描画位置情報５４５とを格納する。パターンデータ５４１を反映したパターンが基板９０上に描画される。パターンデータ５４１は、例えば、ＣＡＤソフトなどによって作成されたベクトル形式のデータを、ラスター形式のデータに展開した画像データである。

パターンデータ５４１は、例えば一つのパターンデータから、描画ヘッド３３のそれぞれが描画を担当する部分についてのデータとして、描画ヘッド３３毎に個別に生成される。

制御部５は、パターンデータ５４１に基づき、光変調部４を制御することによって、描画光３５１を描画ヘッド３３から出射させる。

中央演算部５１は主走査によって移動する描画光３５１の位置に同期してパターンデータ５４１を修正し、光変調部４、より具体的には空間光変調素子４３における光変調を制御する。かかる制御機能は、中央演算部５１がプログラム５５に従って動作することにより実現される機能ブロックたる描画制御部５１３として描かれる。描画制御部５１３の一部または全部は、論理回路などによって実現されてもよい。

描画位置情報５４５は主走査によって移動する描画光３５１の位置を反映する。あるいは描画位置情報５４５を反映して、描画光３５１の位置が主走査によって移動する。例えば描画制御部５１３は、主走査機構２３１のリニアモータ２３１ａから送られてくるリニアスケール信号に基づいて、光変調のリセットパルスおよび描画位置情報５４５を生成する。描画位置情報５４５はメモリ５４に格納される。

このリセットパルスに基づいて動作する光変調部４によって、基板９０の位置に応じて変調された描画光３５１が、各描画ヘッド３３から出射される。

表示部５６には、例えば一般的なモニタや液晶ディスプレイが利用される。表示部５６は、制御部５の制御によりオペレータに対して各種データを表示する。操作部５７には、例えばボタンやキー、マウス、タッチパネルが利用される。操作部５７はオペレータにより操作され、描画装置１００に対する指示が入力される。

＜２．テストパターン処理の例示＞
図８はフィルタ７２の構成を例示する平面図である。当該平面図はフィルタ７２が移動ステージ７１に支持された状態においてＹ方向に沿って見た図である。フィルタ７２はテストパターン７２ｐを有する。テストパターン７２ｐは互いに透過率が異なる複数の領域７０１～７４１を有する。領域７０１～７４１は互いに減光率が異なるということもできる。領域７０１～７４１は一方向に並んで配置される。ここでは当該一方向とＺ方向が一致してフィルタ７２が移動ステージ７１に支持される場合が例示される。

領域７０１～７４１は、この順に進むにつれて透過率が小さい（減光率が大きい）。例えば領域７０２の透過率は領域７０１の透過率よりも小さい。図８において領域７０７～７３４は図示が省略され、それらの配置は記号「・」の連続によって模式的に示される。

図８において、領域７０１～７０６の透過率の多寡はハッチングに用いられるドットの密度によって模式的に示される。ハッチングに用いられるドットの密度が大きいほど、透過率が低く、従って減光率が高いことが示される。領域７３５～７４１はそのような模式的なハッチングは視認できないが、これらの間には上述された透過率の相違がある。

領域７０１～７４１同士はこれらと顕著に透過率が異なる領域を挟んで離隔される。例えばフィルタ７２は、領域７０１～７４１以外においてこれらに対して顕著に高い透過率を有する。

テストパターン処理は、テストパターン７２ｐを用いて基板９０を露光する処理である。テストパターン処理は、介在状態において移動ステージ７１が－Ｚ方向に移動しつつ行われる。介在状態においては光路Ｌに対してフィルタ７２が挿入され、移動ステージ７１が－Ｚ方向に移動することにより領域７０１～７４１が順次に、より具体的には領域７０１～７４１がこの順とは逆に、光路Ｌに介在する。領域７０１～７４１が光路Ｌに介在すると、光３５はそれぞれ領域７０１～７４１を透過する。

フィルタ７２のこのような移動は、基板９０が露光される位置の移動と同期して行われる。具体的には移動ステージ７１の移動に同期した主走査機構２３１の動作により、保持プレート２１が、ひいては基板９０が－Ｙ方向へ移動し、光３５が領域７０１～７４１をこの順とは逆に順次に透過することと同期して、基板９０が露光される位置がＹ方向へ移動する。

このような同期により、基板９０は異なる位置で、強度が異なる描画光３５１によって露光される。領域７０１～７４１がこの順とは逆に一方向に並んで配置され、この方向に沿ってフィルタ７２が移動することは、基板９０が露光される位置の移動と同期して、領域７０１～７４１をこの順とは逆に順次に光路Ｌに介在させることに資する。

移動ステージ７１は、基板９０が露光される位置の移動と同期してフィルタ７２を移動させ、領域７０１～７４１をこの順とは逆に順次に光路Ｌに介在させる移動機構といえる。このように互いに同期した二つの移動は、制御部５の制御の下、主走査機構２３１と減光部７との協働によって実現される。

以下、基板９０がネガ型の感光性を有する場合が例となって説明される。例えば露光される側において基板９０にはネガ型の露光層、例えばネガ型のフォトレジストが設けられる。

図９は、テストパターン処理の後、現像処理によって残置するレジスト群９２を例示する平面図である。当該平面図は基板９０が保持プレート２１に保持された状態において－Ｚ方向に沿って見た図である。レジスト群９２はレジスト９１３～９４１を有する。レジスト９１３～９４１は、それぞれ領域７１３～７４１を透過した光３５を用いて露光された領域に残置するレジストである。

図９において、レジスト９１３～９１７の残量の多寡はハッチングに用いられるドットの密度によって模式的に示される。ハッチングに用いられるドットの密度が高いほど、当該残量が多いことが示される。図９において領域９１８～９３４は図示が省略され、それらの配置は記号「・」の連続によって模式的に示される。

レジスト９１３～９１７は、この順に進むにつれて描画光３５１の強度が小さく、レジストの残量が多い。例えばレジスト９１４の残量はレジスト９１３の残量よりも多い。レジスト９１７～９４１の残量の相違は小さい。例えばレジストの残量はレジスト群９２を光学的に検査して得られる。

上述の例示では、領域７０１～７１２を透過した光３５、ひいては描画光３５１を用いた露光を受けたレジストは、現像により除去されている。つまり当該レジストに対する露光光の強度（以下「露光量」とも称される）としては、領域７１３～７４１で減光された光３５の強度は不足であると判断できる。レジスト群９２から、当該レジストに対する露光量としては領域７１２で低減された光３５が適切であると判断できる。

領域７０１～７４１同士がこれらと顕著に透過率が異なる領域を挟んで離隔されることは、現像後に残置するレジストの残量を確認しやすくし、もって露光量の容易な判断に寄与する。

上述のように、基板９０が露光される位置の移動と同期してフィルタ７２を移動させ、領域７０１～７４１を順次に光路Ｌに介在させることにより、光源３１から出射される光３５の出力を変更することなく、露光光の強度を段階的に調整することができる。

この際、光変調部４は露光される位置の移動に対して同期する光変調はもとより、光変調それ自体が制御される必要は無い。描画光３５１の光量はテストパターン７２ｐによって制御されるからである。テストパターン処理の間、例えば空間光変調素子４３は光３５を変調することなく単に反射して、光３５が描画光３５１として光変調部４から出射される。

もちろん、基板９０が露光される位置の移動に対して同期して光変調部４が光変調を行ってもよい。その場合にはレジストの露光条件をより細かく設定することができる可能性がある。

テストパターン処理が介在状態において行われ、不在状態において通常の露光が行われることは、通常の露光においてフィルタ７２が介在せず、描画光３５１に対してフィルタ７２が影響しない観点で望ましい。この観点で、移動ステージ７１がフィルタ７２を光路Ｌに介在しない位置へ移動させることは望ましい。

電気信号を受けて透過率が可変になる素子、例えば液晶を用いた調光素子がフィルタ７２に代替されてもよい。当該透過率が、基板９０が露光される位置の移動に同期して、変更される。かかる調光素子が採用される場合、例えば当該調光素子の透過率を制御する電気信号が、基板９０が露光される位置の移動に同期して、変更される。このような調光素子の制御も移動ステージ７１の制御と類似して行うことができる。

上述の開示は、描画装置１００の構成という観点では以下のように説明され得る。描画装置１００は感光性の基板９０を露光する装置である。描画装置１００は光源３１とフィルタとを備える。光源３１は露光に用いられる光３５を供給する。フィルタは光源３１と基板９０との間において光３５または描画光３５１が進む光路Ｌに対して挿入可能であって、基板９０が露光される位置の移動と同期して、光路Ｌに介在する位置における透過率が異なる。

例えば、当該フィルタは透過率が異なる領域７０１～７４１を有するフィルタ７２であって、描画装置１００は移動ステージ７１を更に備える。移動ステージ７１は、基板９０が露光される位置の移動と同期してフィルタ７２を移動させ、領域７０１～７４１を順次に光路Ｌに介在させる移動機構である。

移動ステージ７１は、光路Ｌに介在する位置におけるフィルタ７２の透過率を、基板９０が露光される位置の移動と同期して異ならせる。

当該フィルタは、例えば、基板９０が露光される位置の移動と同期して透過率が制御される調光素子であってもよい。

上述の開示は、露光方法という観点では以下のように説明され得る。感光性の基板９０の露光に用いられる光３５を供給する光源３１と、光源３１と基板９０との間において光３５または描画光３５１が進む光路Ｌに対して挿入可能なフィルタとを備える露光装置たる描画装置１００において；当該露光方法は、基板９０が露光される位置の移動と同期して、光路Ｌに介在するフィルタの位置の透過率を異ならせる。

例えば、当該フィルタは透過率が異なる領域７０１～７４１を有するフィルタ７２であって、当該露光方法は、基板９０が露光される位置の移動と同期してフィルタ７２を移動させ、領域７０１～７４１を順次に光路Ｌに介在させる。

このような移動は、光路Ｌに介在する位置におけるフィルタ７２の透過率を、基板９０が露光される位置の移動と同期して異ならせる。

当該フィルタは、例えば、基板９０が露光される位置の移動と同期して透過率が制御される調光素子であってもよい。

図１０は適切な露光量を設定する処理を例示するフローチャートである。当該処理においてはまずテストパターン処理が実行される。ステップＳ１１はテストパターン処理に相当し、露光走査およびこれに同期したフィルタ７２の移動が行われる。ここにいう露光走査とは、描画光３５１によって基板９０を露光しつつ、基板９０を移動させることによって、基板９０が露光される位置を移動させる処理を指す。

ステップＳ１１が実行された後、ステップＳ１２において基板９０の現像が行われる。ステップＳ１２にいう基板９０は、ステップＳ１１によって露光された基板９０である。ステップＳ１２の実行によりレジスト群９２が得られる。

ステップＳ１２が実行された後、ステップＳ１３においてレジスト群９２の確認が行われる。上述されたネガ型レジストが採用された場合には、レジスト９１３～９４１が残置するが、それ以外には残置したレジストは無いことが確認される。

ステップＳ１３が実行された後、ステップＳ１４において、当該レジストについての適切な露光量の設定が行われる。上述の例では領域７１２の有する透過率（あるいは減光率）に基づいて、例えば光源３１が供給する光３５の強度が設定される。

＜３．変形＞
＜３－１．テストパターン７２ｐの変形＞
例えば、テストパターン７２ｐにおける減光率には、いわゆるＯＤ（Optical Density）値が採用されてもよい。例えばいわゆるステップタブレットパターンに準拠した減光率が採用される。かかる減光率が採用されることは、レジストに対する露光量を決定するときに、ステップタブレットパターンを用いた周知の判断手法を採用しやすい点で有利である。

テストパターン７２ｐにおける複数の透過率が互いに相違する量は、等間隔でなくてもよい。領域７０１～７４１は、透過率の順に並んで配置されなくてもよい。

基板９０がポジ型の感光性を有する場合、例えば基板９０にポジ型のフォトレジストが設けられる場合に対しても、同様の判断が可能である。但しこの場合には、領域７０１～７４１のうち、現像の後に鮮明に残置するレジストに対応するもので低減された光３５が適切であると判断できる。この場合、領域７０１～７４１同士を離隔する領域の透過率は、これらに対して顕著に低い透過率を有することが、適切な露光量の判断を行うことに資する。

＜３－２．光変調による描画を行わない場合への適用＞
本開示では上述の通り、光変調の有無に拘わらずに露光光の強度が段階的に調整される。よって光変調を伴わない、例えば光変調による描画を行わずにフォトマスクを用いた露光にも、本開示は適用され得る。

本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、本開示がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

７ 減光部
３１ 光源
３５ 光
７１ 移動ステージ
７２ フィルタ
９０ 基板
３２１ ロッドインテグレータ
３５１ 描画光
７０１～７４１ 領域
Ｌ 光路

Claims (9)

1. 感光性の基板を露光する装置であって、
   前記露光に用いられる光を供給する光源と、
   前記光源と前記基板との間において前記光が進む光路に対して挿入可能であって、前記基板が露光される位置の移動と同期して、前記光路に介在する位置における透過率が異なるフィルタと
   を備える露光装置。
2. 前記光路に介在するときの前記フィルタと、前記光源との間に設けられ、前記光源から出射された光の空間的な分布の均一性を高めるロッドインテグレータ
   を更に備える、請求項１に記載の露光装置。
3. 前記フィルタは透過率が異なる複数の領域を有し、
   前記基板が露光される位置の移動と同期して前記フィルタを移動させ、前記複数の領域を順次に前記光路に介在させる移動機構
   を更に備える、請求項１または請求項２に記載の露光装置。
4. 前記移動機構は、前記フィルタを前記光路に介在させない位置に移動させ得る、請求項３に記載の露光装置。
5. 上記複数の領域は前記フィルタにおいて一方向に並んで配置され、
   前記一方向に沿って前記フィルタが移動する、請求項３に記載の露光装置。
6. 上記複数の領域は、前記フィルタにおいて相互に離隔して配置される、請求項３に記載の露光装置。
7. 感光性の基板の露光に用いられる光を供給する光源と、
   前記光源と前記基板との間において前記光が進む光路に対して挿入可能なフィルタと
   を備える露光装置において、
   前記基板が露光される位置の移動と同期して、前記光路に介在する位置の透過率を異ならせる、露光方法。
8. 前記フィルタは透過率が異なる複数の領域を有し、
   前記基板が露光される位置の移動と同期して前記フィルタを移動させ、前記複数の領域を順次に前記光路に介在させる、請求項７に記載の露光方法。
9. 上記複数の領域は前記フィルタにおいて一方向に並んで配置され、
   前記一方向に沿って前記フィルタを移動させる、請求項８に記載の露光方法。

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