JP2005203697A

JP2005203697A - マルチビーム露光装置

Info

Publication number: JP2005203697A
Application number: JP2004010730A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Fukuda; 剛志福田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-07-28
Also published as: US7023462B2; US20050157161A1

Abstract

【課題】空間光変調素子から出射されたマルチビームで走査露光する際のシェーディング調整や露光量の調整のため、光量分布等の光量データを測定可能としたマルチビーム露光装置を提供する。
【解決手段】露光面上に配置された開口板７８は、空間光変調素子における光量データの測定対象外となる光を遮断し、開口板７８に穿設した開口８０により測定対象となる画素に対応した露光ビーム４８を通過させる。開口板７８の開口８０は、送り操作機構で走査露光方向と交差する方向に移動される。開口８０を通過した露光ビーム４８は、受光素子８６で光量分布を測定される。
【選択図】図９

Description

この発明は、露光ヘッドに設置された空間光変調素子から出射されたマルチビームで走査露光する際に、光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整をして露光品質の向上を図るため、光量データを測定可能に構成したマルチビーム露光装置に関する。

近年、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）といった空間光変調素子をパターンジェネレータとして利用して、画像データに応じて変調された光ビームにより、被露光部材上に画像露光を行うマルチビーム露光装置の開発が進められている。

このＤＭＤは、例えば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をシリコン等の半導体基板上に２次元的に配列したミラーデバイスであり、各メモリセルに蓄えた電荷による静電気力でマイクロミラーの反射面の角度を変化させるよう構成されている。

従来のＤＭＤを用いたマルチビーム露光装置では、例えば、レーザビームを出射する光源から出射されたレーザビームをレンズ系でコリメートし、このレンズ系の略焦点位置に配置されたＤＭＤの複数のマイクロミラーでそれぞれレーザビームを反射して複数のビーム出射口から各ビームを出射する露光ヘッドを用いる。

このマルチビーム露光装置には、露光ヘッドのビーム出射口から出射された各ビームを１画素（ピクセル）毎に１つのレンズで集光させるマイクロレンズアレイ等の光学素子を持つレンズ系により感光材料（被露光部材）の露光面上にスポット径を小さくして結像し、解像度の高い画像露光を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このようなマルチビーム露光装置では、画像データ等に応じて生成した制御信号に基づいてＤＭＤ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（ｏｎ／ｏｆｆ）制御してレーザビームを変調（偏向）し、変調されたレーザビームを露光面（記録面）上に照射して露光する。

このマルチビーム露光装置は、記録面に感光材料（フォトレジスト等）を配置し、複数の露光ヘッドからそれぞれ感光材料上にレーザビームが照射されて結像されたビームスポットの位置を感光材料に対して相対的に移動させながら、各々のＤＭＤを画像データに応じて変調することにより、感光材料上に高精細なパターンを短時間で露光する処理を実行可能に構成されている。

このようなマルチビーム露光装置では、露光開始前と露光処理中の経時的変化に対応して、露光ヘッドに設置したＤＭＤからの露光ＯＮの状態におけるレーザ光の光量分布を測定して、レーザ光の光量分布を均一に調整するシェーディング調整と、露光量の調整とをすることが必要である。

そこで例えば、ＤＭＤを駆動制御して感光材料に対する走査方向に沿った１列分のマイクロミラーを、１列づつ順番に露光ＯＮの状態に切り替えて、ＤＭＤで反射したレーザ光の光量をＰＤ（フォトダイオード）又はＣＣＤ（Charged Coupled Device) 等の２次元光検出器を用いて検出し、ＤＭＤの走査方向に直交する方向に対する光量分布を求めることが考えられる。

しかし、上述のようにしてＤＭＤの光量分布を求めた場合には、ＤＭＤにおける０ＦＦ状態の多数のマイクロミラー部分から反射されて２次元光検出器に入射するいわゆる迷光の影響を受けるので、正確な光量分布等の光量データを測定することが困難であるという問題がある。
特表２００２−５２０８４０

本発明は、上述した問題に鑑み、露光ヘッドに設置された空間光変調素子から出射されたマルチビームで走査露光する際にシェーディング調整や露光量の調整を可能とするため、正確な光量分布等の光量データを測定可能に構成したマルチビーム露光装置を新たに提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のマルチビーム露光装置は、光源から出射された光ビームを、空間変調素子により露光形成する画像に対応して変調して生成した露光ビームを、感光材料の露光面上に照射して露光処理するマルチビーム露光装置において、露光面上に配置され、空間光変調素子における光量データの測定対象外となる光が遮断されるようにすると共に、空間光変調素子における光量データの測定対象となる画素に対応した露光ビームを通過させる開口が設けられた開口板と、開口が走査露光する際の走査方向と交差する方向に移動されるように、開口板を移動操作する送り操作機構と、開口を通過した露光ビームの光量を測定する受光素子と、を有することを特徴とする。

上述のように構成することにより、測定対象外の光を開口板で遮断し、空間変調素子により変調された測定対象となる露光ビームを開口板の開口を通過させて受光素子に入射させて光量データを測定できるので、測定対象外の光である迷光等の影響を排除してより正確な光量データの測定が可能となる。また、送り操作機構で開口板の開口を、走査露光する際の走査方向と交差する方向に移動移動操作しながら、順次開口を通過した露光ビームの光量を受光素子で測定することにより、空間光変調素子側から露光面上に照射される露光ビームの光量分布を適正に測定し、シェーディング調整や露光量の調整を可能とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマルチビーム露光装置において、空間光変調素子と、受光素子との間の光路上に、光学波長フィルタを配置したことを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１に記載の発明の作用、効果に加えて、光学波長フィルタを利用して、感光材料の分光感度特性に対応し、又は光源から照射される光ビームの光学波長特性に対応し、受光素子で受光される光量を実際に露光するのに有効な光量に調整して、露光ビームの光量を測定できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のマルチビーム露光装置において、開口の幅を変更可能に構成したことを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用、効果に加えて、空間光変調素子における測定対象となる露光ビームの光路に対応して開口の幅を変更することにより、空間光変調素子の所定の列から照射される露光ビームを所定の列の幅に対応して、種々の態様で測定できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のマルチビーム露光装置において、開口における、走査方向の長さを変更可能に構成したことを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明の作用、効果に加えて、空間光変調素子における測定対象となる露光ビームの光路に対応して開口の幅を変更することにより、空間光変調素子の所定の列における所定の行から照射される露光ビームの範囲に対応して、種々の態様で測定できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のマルチビーム露光装置において、空間変調素子は、ＤＭＤであることを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明の作用、効果に加えて、ＤＭＤで変調される露光ビームに対する光量分布と光量とを正確に測定し、シェーディング調整や露光量の調整を可能とする。

本発明に係るマルチビーム露光装置によれば、露光ヘッドに設置された空間光変調素子から出射されたマルチビームで走査露光する際にシェーディング調整や露光量の調整を可能とするため、正確な光量分布等の光量データを測定できるという効果がある。

本発明のマルチビーム露光装置に関する第１実施の形態について、図１乃至図１４を参照しながら説明する。
［露光装置の構成］
図１に示すように、本発明の第１実施の形態に係るマルチビーム露光装置として構成された露光装置１０は、いわゆるフラットベッド型に構成したものであり、露光対象となる被露光部材である感光材料１２を表面に吸着して保持する平板状のステージ１４を備えている。４本の脚部１６に支持された肉厚板状の設置台１８の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド２０が設置されている。ステージ１４は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド２０によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置１０には、ステージ１４をガイド２０に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。

設置台１８の中央部には、ステージ１４の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート２２が設けられている。ゲート２２の端部の各々は、設置台１８の両側面に固定されている。このゲート２２を挟んで一方の側にはスキャナ２４が設けられ、他方の側には感光材料１２の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ２６が設けられている。スキャナ２４及び検知センサ２６はゲート２２に各々取り付けられて、ステージ１４の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ２４及び検知センサ２６は、これらを制御する制御手段としてのコントローラ２８に接続されている。

このスキャナ２４の内部には図２に示すように、ｍ行ｎ列（例えば、２行４列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば、８個）の露光ヘッド３０が設置されている。

露光ヘッド３０による露光エリア３２は、例えば走査方向を短辺とする矩形状に構成する。この場合、感光材料１２には、その走査露光の移動動作に伴って露光ヘッド３０毎に帯状の露光済み領域３４が形成される。

また、図２に示すように、帯状の露光済み領域３４が走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッド３０の各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍）ずらして配置されている。このため、例えば第１行目の露光エリア３２と第２行目の露光エリア３２との間の露光できない部分は、第２行目の露光エリア３２により露光することができる。

図５に示すように、各露光ヘッド３０は、それぞれ入射された光ビームを画像データに応じて各画素（ピクセル）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）３６を備えている。このＤＭＤ３６は、データ処理手段とミラー駆動制御手段を備えたコントローラ（制御手段）２８に接続されている。

このコントローラ２８のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド３０毎にＤＭＤ３６の制御すべき領域内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。また、ＤＭＤコントローラとしてのミラー駆動制御手段では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド３０毎にＤＭＤ３６における各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。

各露光ヘッド３０におけるＤＭＤ３６の光入射側には、図１に示すように、紫外波長領域を含む一方向に延在したマルチビームをレーザ光として射出する光源ユニットである照明装置３８からそれぞれ引き出されたバンドル状光ファイバ４０が接続される。なお、照明装置３８は、一般の光源として利用可能な紫外線ランプ（ＵＶランプ）、キセノンランプ等で構成しても良い。

照明装置３８は、図示しないがその内部に、複数の半導体レーザチップから射出されたレーザ光を合波して光ファイバに入力する合波モジュールが複数個設置されている。各合波モジュールから延びる光ファイバは、合波したレーザ光を伝搬する合波光ファイバであって、複数の光ファイバが１つに束ねられてバンドル状の光ファイバ４０として形成される。

また各露光ヘッド３０におけるＤＭＤ３６の光入射側には、図５に示すように、バンドル状光ファイバ４０の接続端部から出射されたレーザ光（又は紫外線ランプ（ＵＶランプ）、キセノンランプ等から出射された光）をＤＭＤ３６に向けて反射するミラー４２が配置されている。

ＤＭＤ３６は、図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）４４上に、微小ミラー（マイクロミラー）４６が図示しない支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列したミラーデバイスとして構成されている。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー４６が設けられており、マイクロミラー４６の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。

また、マイクロミラー４６の直下には、図示しないヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル４４が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。

ＤＭＤ３６のＳＲＡＭセル４４にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー４６が、対角線を中心としてＤＭＤ３６が配置された基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー４６がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー４６がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ３６の各ピクセルにおけるマイクロミラー４６の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ３６に入射された光はそれぞれのマイクロミラー４６の傾き方向へ反射される。

なお、図６には、ＤＭＤ３６の一部を拡大し、マイクロミラー４６が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー４６のオンオフ（ｏｎ／ｏｆｆ）制御は、ＤＭＤ３６に接続されたコントローラ２８によって行われるもので、例えばオン状態のマイクロミラー４６により反射された光は露光状態に変調され、ＤＭＤ３６の光出射側に設けられた投影光学系（図５参照）へ入射する。またオフ状態のマイクロミラー４６により反射された光は非露光状態に変調され、光吸収体（図示省略）に入射する。すなわち、ＤＭＤ３６は、露光形成する画像に対応して変調して生成した露光ビームを投影光学系へ入射する。

また、ＤＭＤ３６は、その短辺方向が走査方向と所定角度θ（例えば、０．１°〜０．５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤＭＤ３６を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）４８の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）はＤＭＤ３６を傾斜させた場合の露光ビーム４８の走査軌跡を示している。

ＤＭＤ３６には、長手方向（行方向）に沿ってマイクロミラー４６が多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ３６を傾斜させることにより、各マイクロミラー４６による露光ビーム４８の走査軌跡（走査線）のピッチＰ₂が、ＤＭＤ３６を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ₁より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ３６の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ３６を傾斜させた場合の走査幅Ｗ₂と、ＤＭＤ３６を傾斜させない場合の走査幅Ｗ₁とは略同一である。

また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上における略同一の位置（ドット）が重ねて露光（多重露光）されることになる。このように、多重露光されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、走査方向に配列された複数の露光ヘッド間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。

なお、ＤＭＤ３６を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。

次に、露光ヘッド３０におけるＤＭＤ３６の光反射側に設けられる投影光学系（結像光学系）について説明する。図５に示すように、各露光ヘッド３０におけるＤＭＤ３６の光反射側に設けられる投影光学系は、ＤＭＤ３６の光反射側に当たる露光面の位置にある感光材料１２上に、光源像を投影するため、ＤＭＤ３６の側から感光材料１２へ向って順に、レンズ系５０，５２、マイクロレンズアレイ５４、対物レンズ系５６，５８の各露光用の光学部材が配置されて構成されている。

ここで、レンズ系５０，５２は拡大光学系として構成されており、ＤＭＤ３６により反射される光線束の断面積を拡大することで、感光材料１２上のＤＭＤ３６により反射された光線束による露光エリア３２の面積を所要の大きさに拡大している。

図５に示すように、マイクロレンズアレイ５４は、照明装置３８から各光ファイバ４０を通じて照射されたレーザ光を反射するＤＭＤ３６の各マイクロミラー４６に１対１で対応する複数のマイクロレンズ６０が一体的に成形されたものであり、各マイクロレンズ６０は、それぞれレンズ系５０，５２を透過した各レーザビームの光軸上にそれぞれ配置されている。

このマイクロレンズアレイ５４は、矩形平板状に形成され、各マイクロレンズ６０を形成した部分には、それぞれアパーチャ６２（図５に図示）を一体的に配置する。このアパーチャ６２は、各マイクロレンズ６０に１対１で対応して配置された開口絞りとして構成する。

図５に示すように、対物レンズ系５６，５８は、例えば、等倍光学系として構成されている。また感光材料１２は、対物レンズ系５６，５８の後方焦点位置（露光面の位置）に配置される。なお、投影光学系における各レンズ系５０，５２，対物レンズ系５６，５８は、図５においてそれぞれ１枚のレンズとして示されているが、複数枚のレンズ（例えば、凸レンズと凹レンズ）を組み合せたものであっても良い。

上述のように構成された露光ヘッド３０では、照明装置３８から出射されたレーザビームを感光材料１２の表面上に照射して画像形成の動作を行っている作業中に生じる外乱や経時的な変化によって、ＤＭＤ３６で反射されて出射される複数のビームにおける、走査方向に直交する方向に対する光量分布が不均一になったり、感光材料１２上における所定の露光量の値で露光されるべき各部分の露光量が、所定の露光量の値から変化してしまうことが起こる場合がある。

そこで、この露光装置１０では、光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整をするため、ＤＭＤ３６側から出射される複数のビームにおける光量分布と露光量を検出するための光量データ測定手段を設ける。

図１乃至図４に示すように露光装置１０には、光量データ測定手段として、ステージ１４の搬送方向上流側に、ＤＭＤ３６側から照射された露光ビームにおける走査方向に直交する方向（走査露光する際の走査方向に交差する方向でも良い）に対する光量分布と露光量を測定する光量データ測定装置７０を装着する。この光量データ測定装置７０は、光量データ測定器７２と、この光量データ測定器７２を走査方向に直交する方向に移動操作可能に支持する送り操作機構７４とを有する。

この光量データ測定器７２は、矩形箱状のハウジング７６の上面にスリット板（開口板）７８を配置する。このスリット板７８には、所定形状の貫通溝であるスリット８０（例えば１ミリメートルの幅で長さ２０ミリメートルの開口）を穿設する。

さらに、光量データ測定器７２は、ハウジング７６の内部におけるスリット板７８のスリット８０（開口）から入射する光ビームの光路上における、スリット板７８の開口の直下位置に集光レンズ８２を配置し、必要に応じて集光レンズ８２の直下に光学波長フィルタ８４を配置し、さらに、光学波長フィルタ８４の直下に受光素子８６を配置して構成する。なお、光学波長フィルタ８４は、ＤＭＤ３６と受光素子８６との間の光路上の任意の場所に配置しても良い。

なお、この受光素子８６は、一般に広く利用されている市販のＰＤ（フォトダイオード）又はＣＣＤ（Charged Coupled Device) 等の２次元光検出器で構成することができる。さらに、光学波長フィルタ８４は、感光材料１２の分光感度特性に合わせるために使用し、又は光源となる照明装置３８から照射される光ビームの光学波長特性に合わせるために使用する。

このように構成された光量データ測定器７２では、スリット８０を通過した光ビームが集光レンズ８２に入射し、集光レンズ８２で集光される光路上で光学波長フィルタ８４に入射し、所定波長の光ビームが光学波長フィルタ８４を透過し、受光素子８６上に集光されて受光される。この受光素子８６は、受光した光量の測定値をコントローラ２８に送信するように構成する。

この光量データ測定器７２は、そのスリット板（開口板）７８の表面が、ステージ１４に載置された感光材料１２の露光面位置と一致する状態（感光材料１２の露光面位置と面一となる状態）に配置する。このように光量データ測定器７２のスリット板（開口板）７８を感光材料１２の露光面位置に一致させて配置した場合には、感光材料１２上で実際に露光処理されるときの状態と殆ど変わらないような近似した状態で、ＤＭＤ３６側から照射された露光ビームにおける走査方向に直交する方向に対する光量分布と露光量とに係わる光量データを測定することができる。

このように構成した光量データ測定器７２を、走査方向に直交する方向に移動操作可能に支持する送り操作機構７４は、ステージ１４における搬送方向（走査方向）に沿って上流側の端縁部両端からそれぞれ突出するように固着した支持板９４、９６間に架設した、一対のガイドレール８８、９０と、送り機構９２とを有する。

この一対のガイドレール８８、９０には、スリット板７８の表面が露光面位置と一致する状態で、かつ、光量データ測定器７２が、そのスリット板７８に穿設されたスリット（開口）８０の長手方向を走査方向に直交する方向に向けた状態で平行に摺動自在となるように、光量データ測定器７２を装着する。

この送り機構９２は、例えば、ねじ送り機構で構成することができ、送りモータ９８でねじ軸を回転駆動制御することにより、このねじ軸に螺挿された被動ねじ部品が固着された光量データ測定器７２を走査方向に直交する方向へ所要送り量だけ精密に送り操作し、又は一定の正確な送り速度で送り操作可能に構成する。なお、この送り機構９２は、その他の一般に用いられている精密送り手段で構成しても良い。

次に、この露光装置１０に設けた光量データ測定手段を利用して、ＤＭＤ３６側から出射された露光ビームの光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整を行う際の手順について説明する。

この露光装置１０で光量データ測定手段により光量分布と露光量とを測定する場合には、コントローラ２８の制御により、露光装置１０における測定対称となるＤＭＤ３６の第１列目（例えば図１に向かって左側に当たる、ＤＭＤ３６の走査方向に直交する方向に対して光量データ測定器７２の初期位置側に位置する第１列目）から、最終列目にかけて各列毎に順次点灯させる操作を行う。

コントローラ２８は、このＤＭＤ３６に対する制御の開始前に、ＤＭＤ３６の第１列目のマイクロミラー４６群をオン状態（点灯）とし、他のマイクロミラー４６を全てオフ状態としたときに露光ビームが照射される露光面上の所定位置に、スリット８０の中央部分が対応するよう、送り操作機構７４を駆動制御して光量データ測定器７２を初期位置に移動させて位置決めする制御を実行する。なお、所定のＤＭＤ３６における第１列目で露光される走査領域の位置情報は、コントローラ２８が感光材料１２に画像を形成するためのＤＭＤ３６を制御する上での情報として予め持っている情報を利用して求めることができる。

コントローラ２８は、光量データ測定器７２を初期位置に移動させて準備が整うと、光量データの測定作業を開始し、測定対象となるＤＭＤ３６の第１列目のマイクロミラー４６群だけをオン状態（点灯）にさせ、この第１列目のマイクロミラー４６群だけに対応した走査領域の露光量を測定し、次に、ＤＭＤ３６の第２列目のマイクロミラー４６群だけをオン状態（点灯）にさせる。これと共に、コントローラ２８は、ＤＭＤ３６の第２列目のマイクロミラー４６群で露光される露光面上の走査領域がスリット８０の中央部分に位置するように、送り操作機構７４を駆動制御して光量データ測定器７２を移動制御する。そして、この第２列目のマイクロミラー４６群に対応した走査領域の露光量を測定する。

コントローラ２８は、上述した一連の制御動作を、第１列目のマイクロミラー４６群から最終列目のマイクロミラー４６群に至るまで順次繰り返すことにより、測定対象となった一つのＤＭＤ３６における光量分布と露光量とを測定し、この光量データの測定値を、測定対象となった一つのＤＭＤ３６側から出射された露光ビームの光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整を行うために記憶する。

このようにスリット８０を利用して露光走査方向に対応した、ある１列のマイクロミラー４６群の光量を測定する場合には、図９に示すように、露光ヘッド３０のＤＭＤ３６におけるオン状態とされた１列のマイクロミラー４６群から出射された所定複数の露光ビーム４８がスリット８０の長手方向中央部を通過し、集光レンズ８２で集光され、光学波長フィルタ８４を通過した露光ビーム４８が受光素子８６に受光されて、その光量が測定される。

このとき、ＤＭＤ３６におけるオン状態とされた１列のマイクロミラー４６群以外のところから照射される迷光は、スリット板７８のスリット（開口）８０以外の平面部分で反射される。すなわち、スリット板７８は、光量データの測定対象外となる光（他の露光ビーム又は迷光等）を遮断する。このため、迷光は、図９に３点鎖線で示すように受光素子８６に受光されることは無い。

よって、このようにスリット８０を設けたスリット板７８を利用して光量データの測定値を行う場合には、迷光の影響を排除して、オン状態とされた所定列のマイクロミラー４６群から出射された所定複数の露光ビームによる実際の露光状態に即した走査領域の光量データを測定することができる。

また、ＤＭＤ３６の光量分布が滑らかな曲線を描いて変化する場合には、ＤＭＤ３６における１列（１ライン）のマイクロミラー４６群をオン状態として測定する代わりに、所定複数列（複数ライン）のマイクロミラー４６群を同時にオン状態とし、これらの露光ビームが全てスリット８０を通過するよう構成し、前述と同様にしてＤＭＤ３６に係わる光量データの測定をしても良い。さらに、このような場合には、複数列の間隔を開けた飛び飛びの状態で単数列又は複数列のマイクロミラー４６群を同時にオン状態とし、これらの露光ビームが全てスリット８０を通過するよう構成し、前述と同様にしてＤＭＤ３６に係わる光量データの測定をしても良い。なお、スリット８０の幅は、これを通過させる露光ビームの光路上での幅に対応して変更調整可能に構成しても良い。

これと共に、単数列又は複数列のマイクロミラー４６群の光量データを測定するに際し、第１行目から最終行目までの各マイクロミラー４６を単数行又は複数行づつの単位（グループ）にして光量データを測定することにより、所定列の所定行の各マイクロミラー４６の各光量データ、又は所定複数列の所定複数行の複数のマイクロミラー４６群の各光量データを測定するようにしても良い。

さらに、所定列の所定行の各マイクロミラー４６に対応した光量データを測定する場合には、スリット板７８に、所定列の所定行の各マイクロミラー４６から出射される光ビームだけを通す貫通孔を穿設し、このスリット板７８を図１に示す露光面上のＸ、Ｙ方向にそれぞれ移動操作して測定するように構成しても良い。または図示しないが、スリット板７８のスリット８０の長手方向に直交する方向のスリットを穿設したスリット板を、スリット板７８上に移動操作可能に重ねて、スリット８０が光ビームを透過する領域を変更調整可能に構成しても良い。

このようにＤＭＤ３６における個々のマイクロミラー４６の光量を測定するようにすれば、ＤＭＤ３６側から出射された露光ビームの光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整をより精密に行うことができる。さらに、サーマル式の感光材料の場合には、個々の露光ビーム４８の光量が問題となるので、各露光ビームの光量を個別に測定すると、良好なシェーディング調整が可能となる。

これとは反対に、ＤＭＤ３６におけるグループ化された複数のマイクロミラー４６群、又は飛び飛びの状態での複数のマイクロミラー４６群の光量を測定するようにした場合には、光量データの測定作業を簡便化し、迅速化することができる。

また、前述した測定に当たり、スリット板７８のスリット８０を測定対象となるマイクロミラー４６の列が向いた方向にスリット８０を合わせて測定することが望ましい。例えば、スリット８０の長手方向を走査露光方向に合わせ、若しくはスリット８０の長手方向をＤＭＤ３６が傾斜した方向（図８（Ｂ））に合わせ、又は傾斜したＤＭＤ３６で１画素に対して多重露光するときに、１画素を多重露光する複数のマイクロミラー４６に対応した列の方向にスリット８０の長手方向を合わせることが望ましい。

また、図１１に示すように、このスリット８０を利用した光量データの測定では、スリット８０の幅を、例えば測定対象となる一列のマイクロミラー４６群から照射された所定複数の露光ビーム４８だけが通過できるように狭く設定し、ＤＭＤ３６における他のマイクロミラー４６から照射される露光ビーム４８をスリット板７８で反射させ受光素子８６が受光しないようにして測定することも可能である。

また、この露光装置１０では、図１０に示すように、例えば、図に向かって左上のＤＭＤ３６に対する光量データの測定作業を終えたら、図に向かって上側右隣のＤＭＤ３６を測定し、上段の全てのＤＭＤ３６の光量データの測定を終えたら、ステージ１４を移動して図に向かって左下のＤＭＤ３６へ移動して光量データの測定をし、図に向かって下側右隣へ移行して下段の全てのＤＭＤ３６の光量データの測定をするように操作する。

この露光装置１０では、前述のようにして測定したＤＭＤ３６側から出射された露光ビームの光量分布と露光量とが、図１２に実線（スリットありの線）で示すようなデータとして検出される。

この図１２に実線（スリットありの線）で例示する光量データは、スリット板７８とスリット８０との作用により迷光が除外されるので、スリット板７８を設けずに迷光が受光素子８６に入射する測定手段と比較すると、約５０％正確になることが理解される。

このように図１２に実線（スリットありの線）で例示するような光量分布が不均一な光量データが得られた場合には、ＤＭＤ３６側から出射された露光ビームの光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整を行う。

このＤＭＤ３６側から出射された露光ビームの光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整では、例えば、光量分布における露光量の最低線に沿うよう光量分布を均一化する補正を行う。この場合には、露光量が多くなる画素に対して多重露光するマイクロミラー４６の数を減じ、又はそのマイクロミラー４６のオン状態の時間を減じる手段を利用できる。

なお、各画素に対する露光ビームの状態は、図１４に示すような正規分布の状態となるので、露光量が多くなると画素の露光面積が広くなり、露光量が少なくなると画素の露光面積が狭くなる性質を利用して、露光量が多くなる画素の部分に対応した画像データを狭い面積となるように書き換え、露光量が小さくなる画素の部分に対応した画像データを広い面積となるように書き換えて補正（例えば、露光量が多くなる画素の部分で線の画像を形成する場合には、この線の画像データを細い線とする画像データに書き換えることにより補正）するようにしても良い。

また、このＤＭＤ３６側から出射された露光ビームの光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整では、各ＤＭＤ３６毎に行うばかりで無く、スキャナ２４に設置した全てのＤＭＤ３６で、相対的に光量分布が均一化するように調整することが望ましい。

また、この露光装置１０では、光量データ測定器７２に装着した光学波長フィルタ８４を利用して、感光材料１２の分光感度特性に対応し、又は光源となる照明装置３８から照射される光ビームの光学波長特性に対応した、露光量の調整を行うことができる。

この場合には、例えば、感光材料１２の分光感度特性が波長５００μｍで感度が５０％となる場合、又は照明装置３８から照射される光ビームが含む波長５００μｍの光の光量が全光量の５０％である場合に、図１３に示すような光の透過特性を持つ光学波長フィルタ８４を用いて、光量データ測定器７２の受光素子８６で受光される光量を、実際に露光するのに有効な光量に調整することによって、ＤＭＤ３６側から出射された露光ビームの光量を適切に調整することができる。
［露光装置の動作］
次に、上述のように構成した露光装置１０の動作について説明する。

スキャナ２４の各露光ヘッド３０において、ファイバアレイ光源である照明装置３８は、図示しないが、レーザ発光素子の各々から発散光状態で出射した紫外線等のレーザビームをコリメータレンズによって平行光化して集光レンズによって集光し、マルチモード光ファイバのコアの入射端面から入射して光ファイバ内を伝搬させ、レーザ出射部で１本のレーザビームに合波させてマルチモード光ファイバの出射端部に結合させた光ファイバ４０から出射する。

この露光装置１０では、露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ３６に接続されたコントローラ２８に入力され、コントローラ２８内のメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。

感光材料１２を表面に吸着したステージ１４は、図示しない駆動装置により、ガイド２０に沿って搬送方向上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ１４がゲート２２の下を通過する際に、ゲート２２に取り付けられた検知センサ２６により感光材料１２の先端が検出されると、メモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部（ＣＰＵ）で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド３０毎に制御信号が生成される。

そして、コントローラ２８のＤＭＤ３６駆動制御部により、光量分布を均一化するシェーディング調整と露光量の調整がなされた制御信号に基づいて各露光ヘッド３０毎に空間光変調素子（ＤＭＤ）３６のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。

照明装置３８から空間光変調素子（ＤＭＤ）３６にレーザ光が照射されると、ＤＭＤ３６のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ５４の各対応するマイクロレンズ６０を含むレンズ系により感光材料１２の露光面上に結像される。このようにして、照明装置３８から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１２がＤＭＤ３６の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア）で露光される。

また、感光材料１２がステージ１４と共に一定速度で移動されることにより、感光材料１２がスキャナ２４によりステージ移動方向と反対の方向に走査され、各露光ヘッド３０毎に帯状の露光済み領域３４が形成され、露光品質の高い画像が形成される。

すなわち、ＤＭＤ３６により露光形成する画像に対応して変調して生成した露光ビームを感光材料１２の露光面に照射することによって画像が形成される。

スキャナ２４による感光材料１２の走査が終了し、検知センサ２６で感光材料１２の後端が検出されると、ステージ１４は、図示しない駆動装置により、ガイド２０に沿って搬送方向最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド２０に沿って搬送方向上流側から下流側に一定速度で移動される。

また、本実施の形態に係る露光装置１０では、露光ヘッド３０に用いる空間光変調素子としてＤＭＤを用いたが、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Special Light Modulator）、グレーティングを一方向に複数配列して構成された、反射回折格子型のグレーティング・ライト・バルブ素子（ＧＬＶ素子、シリコン・ライトマシーン社製、なお、ＧＬＶ素子の詳細については米国特許第５３１１３６０号に記載されているので説明は省略する。）、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）、又は液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等の透過型の空間変調素子等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子をＤＭＤに代えて用いることができる。

なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。

次に、本発明の光量データを測定可能に構成したマルチビーム露光装置に係わる、第２実施の形態について図１５及び図１６により説明する。

図１５に示すように、この露光装置１０では、スキャナ２４に設けた前述と同様に構成した各露光ヘッドの露光ビーム射出口に対向する、露光面上の所定位置に、光量検出ユニット１００を設置する。

このスキャナ２４は、複数の露光ヘッドをＹ方向と直交するステージ１４の幅方向（図１のＸ方向）に並列して設け、この幅方向に延在するマルチビームを露光ビームとして射出するので、この露光ビームの延在方向に対応して光量検出ユニット１００を幅方向に延在させて設ける。

この光量検出ユニット１００には、露光ヘッドの露光ビーム射出口に対向する方向に面し、露光ビームの延在方向に延在するビーム入射面１０２と、このビーム入射面１０２の形状を変形させ、ビーム入射面１０２の延在方向の幅を狭く形成したビーム出射面１０４を有する導光性シート部材１０６を設ける。

この導光性シート部材１０６は、露光ヘッドから射出された露光ビームをビーム入射面１０２から入射すると、ビーム出射面１０４からビーム出射面１０４の変形形状に応じた位置に変位して露光ビームを射出する部材であって、図１６に示すように形成したものを用いることができる。この導光性シート部材１０６は、直線状のビーム入射面１０２に続くビーム出射面１０４側の部分を途中から３個に分断し、重ね合わせることによってビーム出射面１０４側の幅を光量検出器１１０の受光面の形状に合わせるように構成し、露光ビームの延在方向に合わせて配列する光量検出器１１０の数を減らすように構成してある。

さらに、光量検出ユニット１００には、ビーム出射面１０４に対向するように光学系１０８を設け、この光学系１０８の集光位置に受光面を位置させるように光量検出器１１０を配置する。この光量検出器１１０は、ＰＤ（フォトダイオード）またはフォトマルチプライヤ等、受光面で受光した光の光量を検出する公知の光検出センサで構成する。

この光量検出ユニット１００には、光量検出器１１０から出力された光量検出信号を増幅するアンプ１１２とを設けて構成する。なお、アンプ１１２で増幅された光量検出信号は、光量検出ユニット１００からコントローラ２８に送られるように構成する。

また、この光量検出ユニット１００では、ビーム入射面１０２の前面となる露光面上の位置に、スリット（開口）８０を設けたスリット板部材（開口板）７８Ａを配置する。

図１６に示すように、スリット板部材７８Ａは、矩形板状に形成し、前述したと同様に構成したスリット８０の長手方向が走査方向に向くように配置する。このスリット板部材７８Ａは、その表面が露光面位置と一致する状態で、かつ、スリット８０の長手方向を走査方向に直交する方向に向けた状態で、ビーム入射面１０２の前方を平行に移動自在となるように送り操作機構７４Ａの摺動ガイド溝部分に装着する。

この送り操作機構７４Ａは、スリット板部材７８Ａを走査方向に直交する方向へ所要送り量だけ精密に送り操作し、又は一定の正確な送り速度で送り操作可能に構成する。なお、この送り操作機構７４Ａは、その他の一般に用いられている精密送り手段で構成することができる。

次に、本第２実施の形態に係わるマルチビーム露光装置における光量データ測定手段により光量分布と露光量とを測定する場合について説明する。この場合には、前述した第１実施の形態と同様に、コントローラ２８の制御により、露光装置１０における測定対称となるＤＭＤ３６の第１列目から、最終列目にかけて各列毎に順次オン状態とさせる制御を行いながら、各列のマイクロミラー４６群で露光される露光面上の走査領域がスリット８０の中央部分に位置するように、送り操作機構７４を駆動制御して光量データ測定器７２を移動制御し、測定対象となった一つのＤＭＤ３６における光量分布と露光量とを測定する。

なお、本第２実施の形態における以上説明した以外の構成、作用、及び効果は前述した第１実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

なお、本発明のマルチビーム露光装置は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、その他種々の構成をとり得ることは勿論である。

本発明のマルチビーム露光装置の第１実施の形態に係る、露光装置の全体概略斜視図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置に設けたスキャナの各露光ヘッドによって感光材料に露光する部分を取り出して示す斜視図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置におけるステージに装着した光量データ測定装置の部分を取り出して示す斜視図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置における光量データ測定装置の光量データ測定器の部分を取り出して示す概略構成図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置の露光ヘッドに関する光学系の概略構成図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置に用いるＤＭＤの構成を示す要部拡大図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施の形態に係る露光装置に用いるＤＭＤの動作を説明するための説明図である。（Ａ）は本発明の第１実施の形態に係る露光装置における、ＤＭＤを傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）の走査軌跡を示す要部平面図、（Ｂ）はＤＭＤを傾斜させた場合の露光ビームの走査軌跡を示す要部平面図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置におけるスリットを利用して点灯している画素の光量を検出する状態を示す説明図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置における光量データ測定装置により光量分布と露光量とを検出する状態を示す説明図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置におけるスリットを利用して点灯している画素の光量を検出する状態の概略を示す説明図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置における光量データ測定装置により測定した光量分布を例示する線図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置における光量データ測定装置の光学波長フィルタの作用を説明するための線図である。本発明の第１実施の形態に係る露光装置における露光ビームの特性を例示する線図である。本発明のマルチビーム露光装置の第２実施の形態に係る、露光装置の要部の構成を示す概略構成図である。本発明のマルチビーム露光装置の第２実施の形態に係る、光量検出ユニットの要部を取り出して示す概略斜視図である。

符号の説明

１０露光装置
１２感光材料
１４ステージ
２４スキャナ
２８コントローラ
３０露光ヘッド
３２露光エリア
３８照明装置
４６マイクロミラー
４８露光ビーム
７０光量データ測定装置
７２光量データ測定器
７４送り操作機構
７４Ａ送り操作機構
７８スリット板
７８Ａスリット板部材
８０スリット
８４光学波長フィルタ
８６受光素子
１００光量検出ユニット
１０６導光性シート部材
１１０光量検出器

Claims

光源から出射された光ビームを、空間変調素子により露光形成する画像に対応して変調して生成した露光ビームを、感光材料の露光面上に照射して露光処理するマルチビーム露光装置において、
前記露光面上に配置され、前記空間光変調素子における光量データの測定対象外となる光が遮断されるようにすると共に、前記空間光変調素子における光量データの測定対象となる画素に対応した前記露光ビームを通過させる開口が設けられた開口板と、
前記開口が走査露光する際の走査方向と交差する方向に移動されるように、前記開口板を移動操作する送り操作機構と、
前記開口を通過した露光ビームの光量を測定する受光素子と、
を有することを特徴とするマルチビーム露光装置。
前記空間光変調素子と、前記受光素子との間の光路上に、光学波長フィルタを配置したことを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム露光装置。
前記開口の幅を変更可能に構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマルチビーム露光装置。
前記開口における、走査方向の長さを変更可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のマルチビーム露光装置。
前記空間変調素子は、ＤＭＤであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のマルチビーム露光装置。