JP6503235B2 - 光源装置、露光装置及び光源制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、露光装置及び光源制御方法に関する。

従来、フォトリソグラフィ法を用いた回路パターニング、いわゆる露光工程には、フォトマスクを用いた密着式露光装置が広く使われてきた。ところが、近年では、回路の高精細、高密度化に合わせるため、フォトマスクを用いないＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス（登録商標））等の空間光変調素子を用いて光を変調して露光する、直描式露光装置が用いられるようになってきている（特許文献１）。このように、空間光変調素子を利用した露光装置を、ＤＩ（ダイレクト・イメージ）露光装置という。
しかしながら、ＤＩ露光装置に用いられる光源は、高精細なパターニングを可能にするため単波長の場合が多い。一方で、露光されるレジストには広波長域の感度を有するものがあり、単波長では十分に硬化しない場合や露光時間が長くなる場合もあった。
そこで、特許文献２には、複数の異なる波長特性を有する光源と、複数の光源にそれぞれ対応したレンズと、これらのレンズによって形成された像を重ねて合成する光学合成素子とを備える光源装置が開示されている。

特開２００６−２６７７１９号公報 特開２０１２−０６３３９０号公報

ところで、光の波長には、レジストの硬化に寄与する波長や、レジストの光沢に寄与する波長などがあり、露光に最適な波長毎の光量の割合を示す光量比率は、レジストの種類によって異なる。しかしながら、上記特許文献２に記載の技術にあっては、光量比率は設計時に設定するのみであり、その後は調整することができない。そのため、レジストを変えた場合、レジストの種類に応じた最適な光量比率の光で露光することができない。
また、光源を構成する発光素子は、長時間の使用により劣化し照度が低下する。そして、その照度の低下の割合は、発光素子毎に違いがある。そのため、長時間の使用により光量比率が変化してしまい、安定した露光ができない。
そこで、本発明は、異なる複数の波長の光を所望の光量比率で出射することができる光源装置、その光源装置を備えた露光装置及び光源制御方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る光源装置の一態様は、第１の波長特性の光を出射する第１の発光素子と、前記第１の波長特性とは異なる第２の波長特性の光を出射する第２の発光素子と、前記第１の発光素子からの出射光と前記第２の発光素子からの出射光とを集積する複数の光集積部と、前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光との所定の光量比率と、前記光集積部により集積された前記出射光に含まれる前記第１の波長特性の光の光量と前記第２の波長特性の光の光量とをそれぞれ測定するセンサから出力される光量測定値とに基づいて、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子の出力を個別に制御する出力制御信号を生成し、生成された前記出力制御信号を前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子のそれぞれに出力する制御部と、複数の前記光集積部によりそれぞれ集積された前記出射光を、露光装置に備えられる複数の露光ヘッドへそれぞれ出力する出力部と、を備え、前記制御部は、前記出力部からの前記出射光が入射される前記複数の露光ヘッドの光入射部にそれぞれ設けられた第１のセンサが測定した前記光量測定値を取得し、前記光量測定値に基づいて、前記複数の露光ヘッドのそれぞれについて、前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光との光量比率が前記所定の光量比率となるように制御するとともに、前記複数の露光ヘッドのそれぞれについて前記露光装置の露光面に設けられた１つの第２のセンサが測定した前記光量測定値を取得し、前記光量測定値に基づいて、前記複数の露光ヘッド間における、前記露光ヘッドから出射される光の光量差を補正する。
これにより、異なる複数の波長の光を複数の露光ヘッドから所望の光量比率で出射することができるとともに、露光ヘッド間の出力のばらつきを抑制することができる。また、経年劣化により特定の波長の光を出射する発光素子の照度が低下した場合であっても、各波長の光の出力を個別に制御可能であるため、光量比率を一定に保ちつつ、露光面での総光量が全ての露光ヘッドで等しくなるようにすることができ、安定した光を出射することができる。

また、上記の光源装置において、前記光集積部は、前記第１の発光素子からの出射光を入射端で入光し出射端で出射する第１の光ファイバと、前記第２の発光素子からの出射光を入射端で入光し出射端で出射する第２の光ファイバと、前記第１の光ファイバの出射光と前記第２の光ファイバの出射光を集積する第３の光ファイバと、を有し、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの出射端側を所定の配列で束ね、前記第１の光ファイバの出射光と前記第２の光ファイバの出射光とを集積して前記第３の光ファイバの入射端に入光させる、ファイババンドルから構成してもよい。
これにより、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの出射端を束ねて、複数の波長の異なる光を合成しているため、複数の発光素子を所定の配列で厳密に配置する必要がなく、設置の自由度を向上させることができる。また、波長の偏りのない均一な光を容易に生成し出射することができる。さらに、発光素子の増設を容易に行うことができるので、高照度化が容易である。

さらに、上記の光源装置において、前記制御部は、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子を個別に点灯及び消灯させる制御信号を、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子のそれぞれに出力し、前記第１の発光素子を点灯させ前記第２の発光素子を消灯させたときに測定される前記第１の波長特性の光の光量測定値と、前記第１の発光素子を消灯させ前記第２の発光素子を点灯させたときに測定される前記第２の波長特性の光の光量測定値とを、１つの前記センサから取得してもよい。このように、１つのセンサによって光量を測定することが可能となるので、センサの個体差に起因する測定精度の低下を防止することができる。

また、上記の光源装置において、前記発光素子は、レーザダイオード又は発光ダイオードであってもよい。これにより、異なる複数の波長を含む光を出射する光源装置を容易に実現することができる。

また、本発明に係る露光装置の一態様は、上記のいずれかの光源装置と、前記光源装置からの出射光が入射される前記複数の露光ヘッドと、前記第１の波長特性の光の光量と前記第２の波長特性の光の光量とをそれぞれ測定する前記第１のセンサおよび前記第２のセンサと、を備える。光源装置によって最適な露光条件を提供することができ、安定且つ適切な露光が可能となる。
さらに、上記の露光装置において、前記露光ヘッドは、前記光源装置からの光を変調する画素部が配列された空間光変調部を備え、前記空間光変調部によって変調された光により感光材料を露光させてもよい。これにより、ＤＩ露光装置において、安定且つ適切な露光が可能となる。

また、本発明に係る光源制御方法の一態様は、第１の発光素子から出射された第１の波長特性の出射光と、第２の発光素子から出射された、前記第１の波長特性とは異なる第２の波長特性の光とを集積して露光装置に備えられる複数の露光ヘッドへそれぞれ出力するに際し、前記複数の露光ヘッドの光入射部にそれぞれ設けられた第１のセンサにより測定された、集積された前記出射光に含まれる前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光とのそれぞれの光量測定値を取得する第１の取得ステップと、前記複数の露光ヘッドのそれぞれについて前記露光装置の露光面に設けられた１つの第２のセンサにより測定された、集積された前記出射光に含まれる前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光とのそれぞれの光量測定値を取得する第２の取得ステップと、前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光との所定の光量比率と、前記第１の取得ステップにおいて取得された前記光量測定値とに基づいて、前記複数の露光ヘッドのそれぞれについて、前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光との光量比率が前記所定の光量比率となるように、かつ、前記第２の取得ステップにおいて取得された前記光量測定値に基づいて、前記複数の露光ヘッド間における、前記露光ヘッドから出射される光の光量差を補正するように、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子の出力を個別に制御する出力制御信号を生成する生成ステップと、前記生成ステップにおいて生成された前記出力制御信号を前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子のそれぞれに出力する出力ステップと、を含む。
これにより、異なる複数の波長の光を複数の露光ヘッドから所望の光量比率で出射することができるとともに、露光ヘッド間の出力のばらつきを抑制することができる。また、経年劣化により特定の波長の光を出射する発光素子の照度が低下した場合であっても、各波長の光の出力を個別に制御可能であるため、光量比率を一定に保ちつつ、露光面での総光量が全ての露光ヘッドで等しくなるようにすることができ、安定した光を出射することができる。

本発明の光源装置によれば、異なる複数の波長の光を所望の光量比率で出射することができる。したがって、上記光源装置を備えた露光装置によれば、レジストの種類等に応じた最適な光量比率の光で露光することができる。

本実施形態における露光装置の一例を示す概略構成図である。 光源装置を構成する光源部の一例を示す概略構成図である。 露光ヘッドの一例を示す概略構成図である。 光量比率制御の制御ブロック図である。 光量比率制御処理手順を示すフローチャートである。 総光量制御の制御ブロック図である。 総光量制御処理手順を示すフローチャートである。 水銀ランプの波長分布を示す図である。 レーザダイオードの波長分布の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における露光装置１００を示す概略構成図である。
露光装置１００は、空間光変調部（空間光変調素子）で変調した光を結像光学系に通し、この光による像を感光材料（レジスト）上に結像させて露光する装置である。このような露光装置は、空間光変調素子で画像を直接形成するため、マスク（ないしはレチクル）が不要であり、ＤＩ（ダイレクト・イメージ：直描）露光装置とよばれる。
露光装置１００は、略長方形の平板状に形成され、水平配置されるベース１１と、ベース１１にスライド自在に取り付けられ、露光対象となる基板（ワーク）１２を表面に吸着保持する移動ステージ１３と、移動ステージ１３に保持された基板１２に対して露光を行う露光部１４とを備える。

基板１２は、例えば、表面に感光材料が塗布又は貼着されたプリント配線基板やフラットパネルディスプレイ用ガラス基板などである。露光装置１００は、基板１２に対して露光を行うことにより、例えば、配線パターンなどを基板１２の感光材料にマスクレスで記録する。なお、本実施形態では、移動ステージ１３の移動方向をＹ方向、水平面上でＹ方向と直交する方向（基板１２の幅方向）をＸ方向、水平面に直交する鉛直方向をＺ方向として説明する。ベース１１は、Ｙ方向に長く形成されている。

ベース１１は、複数（例えば、四隅のそれぞれに取り付けられた４つ）の脚部１５によって支持されている。ベース１１の上面１１ａには、Ｙ方向に略平行な２本のガイドレール１６が設けられている。移動ステージ１３は、ガイドレール１６を介してＹ方向にスライド自在にベース１１に取り付けられている。また、移動ステージ１３には、移動ステージ１３の移動機構を一例として構成する電磁石１６ａが設けられている。本実施形態では、上記移動機構として、リニアモータステージを採用する。リニアモータステージは、碁盤目状、若しくは線路状に強磁性体の凸極が設けられた平面状のプラテンの上の移動体に磁力を印加して、移動体とプラテンの凸極との間の磁力を変化させることにより、当該移動体を移動する機構である。移動ステージ１３は、この移動機構の駆動に応じてＹ方向に移動する。なお、移動機構としては、例えばボールねじを用いた機構を採用することもできる。

露光部１４は、ベース１１のＹ方向中央部に一対の支柱１７を介して取り付けられている。各支柱１７は、ベース１１のＸ方向両端部に固定されている。各支柱１７は、移動ステージ１３がＹ方向に移動した際に、移動ステージ１３が露光部１４の真下を通過するように、ベース１１の上面１１ａから所定距離離して露光部１４を保持する。
露光部１４は、ｍ行ｎ列の略マトリクス状に配列された複数（図１では１６個）の露光ヘッド１８を備える。これら露光ヘッド１８は、真下を通過する基板１２に対して光を照射する。露光ヘッド１８の具体的な構成については後述する。

図１において、露光ヘッド１８は、Ｘ方向に８個ずつＹ方向に２列で配列されている。２列目の各露光ヘッド１８は、それぞれの中心が１列目の各露光ヘッド１８の隣接するもの同士の中央付近に位置するように、１列目の各露光ヘッド１８に対してＸ方向に１／２ピッチずらして配置されている。このようにずらして配置することにより、１列目の各露光ヘッド１８によって露光できない部分が２列目の各露光ヘッド１８によって露光され、基板１２のＸ方向に隙間なく露光記録が行われる。なお、露光部１４に設けられる露光ヘッド１８の数や配列の仕方は、基板１２のサイズなどに応じて適宜変更してよい。
各露光ヘッド１８には、光源装置１９から光ファイバ２０を介してレーザ光が入射される。本実施形態では、光源装置１９は、複数の異なる波長の光を混合し、各露光ヘッド１８へ出力する。光源装置１９の構成については後で詳述する。

画像処理ユニット２１には、基板１２に記録する配線パターンなどに応じた画像データ（画像情報）が入力される。画像処理ユニット２１は、入力された画像データをもとに書く露光ヘッド１８毎のフレームデータを作成する。そして、画像処理ユニット２１は、信号ケーブル２２を介して各露光ヘッド１８にフレームデータを入力する。フレームデータは、例えば、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。
各露光ヘッド１８は、光源装置１９から入射されるレーザ光をフレームデータに基づいて変調し、変調した光を移動ステージ１３によって搬送される基板１２に投影する。これにより、画像処理ユニット２１に入力された画像データに応じた画像が基板１２に露光記録される。

ベース１１には、さらに、門状のゲート２３と、Ｙ方向の一端部に取り付けられた一対の測長器２４とが設けられている。ゲート２３は、各ガイドレール１６を跨ぐようにＸ方向と略平行にベース１１に取り付けられている。ゲート２３には、複数台（図１では３台）のカメラ２５が取り付けられている。各カメラ２５は、露光装置１００全体の統括的に制御するコントローラ（不図示）に接続されている。
カメラ２５は、ゲート２３を通過する移動ステージ１３を撮影し、取得した画像データをコントローラに出力する。コントローラは、カメラ２５が取得した画像データをもとに、移動ステージ１３上の適正位置に対する基板１２のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向（Ｚ方向を軸とした回転方向）のズレ量を算出する。算出されたズレ量は、画像処理ユニット２１に入力され、フレームデータの補正に用いられる。なお、カメラ２５の台数や配置間隔などは、基板１２のサイズなどに応じて適宜変更してもよい。また、ズレ量の算出は、周知の画像処理によって行えばよい。この際、ズレ量を算出し易いように、基板１２にアライメントマークなどを設けてもよい。

各測長器２４は、各カメラ２５と同様に、コントローラに接続されている。各測長器２４は、移動ステージ１３の側端面にレーザ光を照射し、その反射光を受光することによって、移動ステージ１３の位置を測定する。そして、各測長器２４は、測定した移動ステージ１３の位置をコントローラに出力する。なお、本実施形態では、いわゆるレーザ干渉式の測長器２４を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、超音波やステレオカメラを用いるものなど、移動ステージ１３の位置を測定できるものであれば、他の如何なるものを用いてもよい。

（光源装置１９の構成）
次に、光源装置１９の構成について説明する。
光源装置１９は、複数の露光ヘッド１８にそれぞれ対応して設けられた、各露光ヘッド１８に複数の異なる波長の光を合成した光を入射する複数の光源部を備える。
図２は、光源装置１９を構成する光源部１９ａの一例を示す概略構成図である。この図２では、１つの露光ヘッド１８に対応する１つの光源部１９ａのみを示している。実際には、光源装置１９は、露光ヘッド１８と同数の光源部１９ａを備える。
光源部１９ａは、複数の光源（ＬＤモジュール）１，２を備える。各光源１，２は、それぞれ発光素子である１つのレーザダイオード（ＬＤ）と集光レンズとを備えている。光源１と光源２とは、異なる波長（波長Ａ、波長Ｂ）のレーザ光を出射するＬＤを備える。図２に示す例では、光源部１９ａは、３個の光源１と１個の光源２とを１組とし、合計３組、１２個の光源を備えている。光源１，２から出射される光は、それぞれＬＤ光ファイバ３によってコネクタ４に導かれる。

光源１，２が出射する光は、１９０ｎｍ〜５３０ｎｍの範囲の波長特性を有する。例えば、光源１の波長Ａの光は、３７５ｎｍ付近にピークを有する第１の波長特性を有し、光源２の波長Ｂの光は、４０５ｎｍ付近にピークを有する第２の波長特性を有する。
光源１，２は、点灯、非点灯（消灯）及びその出力照度が、それぞれ制御部１０により個別に制御可能に構成されている。なお、光源１，２は、それぞれ個々に制御部１０によって制御されるように構成してもよいし、グループ（組）ごとに制御されるように構成してもよい。

各コネクタ４には、それぞれ第一光ファイバ５が接続されており、各光源１，２からの出射光を第一光ファイバ５の入射端で入光し、第一光ファイバ５の出射端から出射させるように構成されている。第一光ファイバ５の出射端は、光源の組ごとに所定の配列で束ねられ、共通の第一コネクタ６を介して第二光ファイバ７に接続されている。
第一光ファイバ５、第一コネクタ６及び第二光ファイバ７によって第一ファイババンドル部Ｂ１を構成している。すなわち、１つの第一ファイババンドル部Ｂ１には、３個の光源１と１個の光源２との出射光が、４本の第一光ファイバ５を介して入力し、第一コネクタ６を経由して１本の第二光ファイバ７に集積するように構成されている。第二光ファイバ７は、第一光ファイバ５を４本束ねた状態での光出射領域と同等以上の大きさのコアを有する。

図２に示す例では、光源部１９ａは、３組の光源を備えるため、３つの第一ファイババンドル部Ｂ１を備えることになる。すなわち、合計１２個のＬＤモジュールを、３個の第一ファイババンドル部Ｂ１において３本の第二光ファイバ７に集積している。
第二光ファイバ７は、マルチモード光ファイバであり、ファイバ内での光の干渉やモード間の相互作用により均一化するように構成されている。
３本の第二光ファイバ７は、共通の第二ファイババンドル部Ｂ２に導かれる。３本の第二光ファイバ７の出射端は、第二ファイババンドル部Ｂ２において、後述する露光ヘッド１８内のＤＭＤ４２ｂへの光照射領域の形状に応じた所定の配列で束ねられ、上述した光ファイバ２０に対応する第三光ファイバ８となる。第三光ファイバ８は、その出射端が第二コネクタ９を介して、後述する露光ヘッド１８内の入射光学系４１に接続され、レーザ光を露光ヘッド１８に導くように構成されている。この第二コネクタ９は、第一ファイババンドル部Ｂ１及び第二ファイババンドル部Ｂ２によって集積された出射光を、露光ヘッド１８へ出力する出力部である。

このように、光源部１９ａは、第一光ファイバ５、第二光ファイバ７の出力端を束ねて、光源１，２からのレーザ光を合成しているため、光源１，２を所定の配列で厳密に配置する必要がなく、光源１，２の設置の自由度を向上させることができる。さらに、発光素子（ＬＤ）の増設を容易に行うことができるので、高照度化が容易である。
なお、第一光ファイバ５や第二光ファイバ７を束ねる際の配列パターンは、波長毎の位置的な偏りがないように設定することが好ましい。これにより、後述するＤＭＤ４２ｂ面において波長の偏りのない均一な光を照射することができる。
なお、図２において、第１の発光素子である光源１のＬＤからの出射光を入射端で入光し出射端から出射する第一光ファイバ５が第１の光ファイバに対応し、第２の発光素子である光源２のＬＤからの出射光を入射端で入光し出射端から出射する第一光ファイバ５が第２の光ファイバに対応している。また、第一光ファイバ５を集積する第二光ファイバ７及び第三光ファイバ８が、第１の光ファイバの出射光と第２の光ファイバの出射光を集積する第３の光ファイバに対応している。

（露光ヘッド１８の構成）
以下、露光ヘッド１８の構成について、図３を参照しながら説明する。
図３は、露光ヘッド１８の概略構成図である。この図３に示すように、露光ヘッド１８は、入射光学系４１と、光変調部４２と、第一結像光学系４３と、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）４４と、第二結像光学系４５と、ピント調整部４６と、を備える。
入射光学系４１は、集光レンズ４１ａと、半透過光学素子４１ｂと、オプティカルインテグレータ４１ｃと、結像レンズ４１ｄと、ミラー４１ｅと、を備える。集光レンズ４１ａには、光源部１９ａから出射されたレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を集光する。半透過光学素子４１ｂは、例えばハーフミラーであって、集光レンズ４１ａによって集光されたレーザ光の一部を透過し、一部を反射する。

オプティカルインテグレータ４１ｃは、半透過光学素子４１ｂによって反射されたレーザ光の光路上に配置される。オプティカルインテグレータ４１ｃは、例えば、四角柱状に形成された透光性ロッドである。オプティカルインテグレータ４１ｃは、全反射しながら内部を進行するレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束にする。これにより、照明光強度のばらつきのない高精細な画像が、基板１２に露光されるようになる。なお、オプティカルインテグレータ４１ｃの入射端面及び出射端面には、透光率を高めるために、反射防止膜をコーティングしてもよい。
結像レンズ４１ｄは、オプティカルインテグレータ４１ｃを通過したレーザ光を結像させ、ミラー４１ｅに入射する。ミラー４１ｅは、結像レンズ４１ｄによって結像されたレーザ光を反射して光変調部４２に入射する。

光変調部４２は、ＴＩＲ（Total Internal Reflection：全反射）プリズム４２ａと、空間光変調素子であるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）４２ｂとを備えている。ＴＩＲプリズム４２ａは、ミラー４１ｅを介して入射したレーザ光をＤＭＤ４２ｂに向けて反射させる。ＤＭＤ４２ｂは、二次元的に配列されたメモリセル（例えば、ＳＲＡＭセル）上に、画素を構成するマイクロミラーが支柱に支えられて傾斜自在に設けられてなるミラーデバイスである。
ＤＭＤ４２ｂは、ＳＲＡＭセルに書き込まれたデジタル信号に応じて、照射されたレーザ光が第一結像光学系４３に向けて反射する状態と、照射されたレーザ光が図示を省略した光吸収体に向けて反射する状態とに、マイクロミラーの傾斜角度を変化させる。光変調部４２は、画像処理ユニット２１から入力されるフレームデータに応じてＤＭＤ４２ｂの各画素のマイクロミラーの傾きを制御することにより、フレームデータに応じた画像光を生成する。

第一結像光学系４３は、レンズ４３ａ，４３ｂを備え、光変調部４２によって生成された画像光を所定の倍率に拡大してＭＬＡ４４上に結像する。
ＭＬＡ４４は、例えば、石英ガラスによって略長方形の平板状に形成されている。また、ＭＬＡ４４には、ＤＭＤ４２ｂの各画素に対応して二次元的に配列された複数のマイクロレンズが形成されている。各マイクロレンズは、上面が平面、下面が凸面の平凸レンズである。各マイクロレンズは、ＤＭＤ４２ｂの各マイクロミラーからの画像光をそれぞれ個別に結像し、第一結像光学系４３によって拡大された画像光を鮮鋭化する。なお、各マイクロレンズの形状は、平凸レンズに限ることなく、例えば、両凸レンズなどでもよい。
第二結像光学系４５は、レンズ４５ａ，４５ｂを備え、ＭＬＡ４４を通過した画像光を所定の倍率に拡大するか、或いは等倍率でプリズムペア４６に入射させる。プリズムペア４６は、上下方向に移動自在に設けられており、上下に移動することによって、基板１２上における画像光のピントを調節する。

また、各露光ヘッド１８における半透過光学素子４１ｂの近傍には、半透過光学素子４１ｂを通過したレーザ光の光量を測定するための受光センサ５１が設けられている。受光センサ５１は、光源部１９ａから出射されるレーザ光が入射される露光ヘッド１８の光入射部（入射光学系４１）において上記レーザ光を受光し、受光したレーザ光の光量を測定するさらに、露光装置１００における露光面（ベース１１若しくは移動ステージ１３）には、各露光ヘッド１８から露光面へ向けて出射されたレーザ光の光量を測定するための受光センサ５２が１つ設けられている。
本実施形態では、受光センサ５１と受光センサ５２とは、同じ波長帯の光に対して同等の感度を有するセンサとする。なお、受光センサは、光源毎に設けられていてもよいし、光源に内蔵されていてもよい。

制御部１０は、受光センサ５１が出力した光量測定値を取得し、取得した光量測定値をもとに、波長Ａの光と波長Ｂの光との光量の比率である光量比率が所定の光量比率（目標値）となるように、光源１、光源２の出力を個別に制御する（光量比率制御）。ここで、上記目標値は、レジストの種類や目標とする仕上がり状態（光沢などの外観）等に応じて適宜設定可能である。
また、制御部１０は、受光センサ５２が出力した光量測定値を取得し、取得した光量測定値をもとに、光源１、光源２の出力を個別に制御することで、複数の露光ヘッド１８間における、露光ヘッド１８から出射される光の光量差（総光量の差）を補正する（総光量制御）。本実施形態では、露光面での総光量が全ての露光ヘッド１８で等しくなるように、光源１、光源２の出力を制御する。

（光量比率制御）
以下、光量比率制御について詳細に説明する。
図４は、光量比率制御の制御ブロック図である。この図４に示すように、制御部１０は、光量比率計算部１０ａと、光源出力制御部１０ｂとを備える。光源部１９ａにおいて、光源１，２からそれぞれ出射された光は、ファイババンドル部Ｂ（第一ファイババンドル部Ｂ１および第二ファイババンドル部Ｂ２）によって束ねられる。受光センサ５１は、光源部１９ａから出射されてすぐの光の光量を測定し、光量測定値（デジタル値）として光量比率計算部１０ａに出力する。
光量比率計算部１０ａは、受光センサ５１が出力する波長毎の光量測定値をそれぞれ入力し、光量比率を計算する。制御部１０は、光源１と光源２とを個別に点灯および消灯し、光源１，２の一方が点灯し他方が消灯しているときに受光センサ５１から光量測定値を取得する。すなわち、受光センサ５１は、光源１からの波長Ａの光の光量と、光源２からの波長Ｂの光の光量とをそれぞれ測定し、それぞれの光量測定値を制御部１０へ出力する。

また、光量比率計算部１０ａは、計算した光量比率をもとに、光量比率が目標値（例えば、１０：１）となるような光源１，２の出力を計算し、計算した結果を出力制御量指示値として光源出力制御部１０ｂに出力する。光源出力制御部１０ｂは、出力制御量指示値に基づいて、各光源１，２のＬＤに流れる電流を制御するための出力制御信号を光源１，２に出力することで、光源１，２から出る光の光量を制御する。
なお、図４では、光源１，２はそれぞれ１つずつ図示しているが、実際には光源１，２がそれぞれ複数存在する。光源１，２の出力は個別に制御可能であり、これにより光源部１９ａから出射される光の光量比率を自在に調整することができる。波長毎にグループ化してＯＮ／ＯＦＦすることで、受光センサ５１が１つでも波長毎に光量を測定することができ、光量比率を計算することができる。

図５は、制御部１０が実行する光量比率制御処理手順を示すフローチャートである。この図５に示す処理は、光量比率を調整する所定のタイミング、例えば、露光装置１００による露光を開始する前に実行することができる。なお、光量比率の調整は、予め決められた時刻に行ってもよいし、オペレータが指示した任意のタイミングで行ってもよい。
先ずステップＳ１において、制御部１０は、光源１を所定の出力で点灯させ、光源２を消灯させる制御信号を光源１，２に出力する。ここで、上記所定の出力は、予め決められた初期値でもよいし、直前の露光時における出力値であってもよい。このように、制御部１０は、光源１のみを点灯してステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、制御部１０は、受光センサ５１から光量測定値を取得する。このとき取得した光量測定値は、光源部１９ａから出射される波長Ａの光の光量である。

次にステップＳ３では、制御部１０は、光源２を所定の出力で点灯させ、光源１を消灯させる制御信号を光源１，２に出力する。ここで、上記所定の出力は、予め決められた初期値でもよいし、直前の露光時における出力値であってもよい。このように、制御部１０は、光源２のみを点灯してステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、制御部１０は、受光センサ５１から光量測定値を取得する。このとき取得した光量測定値は、光源部１９ａから出射される波長Ｂの光の光量である。
ステップＳ５では、制御部１０は、ステップＳ２で取得した波長Ａの光量測定値と、ステップＳ４で取得した波長Ｂの光量測定値とに基づいて、光量比率を算出する。次にステップＳ６では、制御部１０は、ステップＳ５で算出した光量比率が目標値（例えば、１０：１）となるような出力制御量指示値を算出する。なお、事前準備として、各光源１，２について、それぞれ電流値を変化させたときの光量の変化を予め測定しておき、各光源１，２の出力特性を記憶しておく。そして、制御部１０は、予め記憶された光源１，２の出力特性をもとに、光量比率が目標値となるような出力制御量指示値を算出する。ステップＳ７では、制御部１０は、ステップＳ６で算出した出力制御量指示値に基づいて出力制御信号を生成し、生成した出力制御信号を光源１，２に出力することで光源１，２の出力を個別に制御する。これにより、光量比率を、レジストの種類や目標とする仕上がり状態（光沢などの外観）等に応じて設定された目標値に一致させることができる。

（総光量制御）
次に、総光量制御について詳細に説明する。
図６は、総光量制御の制御ブロック図である。この図６に示すように、制御部１０は、光量比率計算部１０ｃと、光源出力制御部１０ｄとを備える。光源部１９ａにおいて、光源１，２からそれぞれ出射された光は、ファイババンドル部Ｂ（第一ファイババンドル部Ｂ１および第二ファイババンドル部Ｂ２）によって束ねられ、出射する。各光源部１９ａから出射された光は、それぞれ露光ヘッド１８（光学系）に入射され、露光ヘッド１８から露光面に対して出射される。受光センサ５２は、露光ヘッド１８から出射された光の光量を露光面にて測定し、光量測定値（デジタル値）として光量比率計算部１０ｃに出力する。

光量比率計算部１０ｃは、受光センサ５２が出力する波長毎の光量測定値を露光ヘッド１８ごとにそれぞれ入力し、光量比率を計算する。制御部１０は、光源１と光源２とを個別に点灯および消灯し、光源１，２の一方が点灯し他方が消灯しているときに受光センサ５２から光量測定値を取得する。すなわち、受光センサ５２は、上述した受光センサ５１と同様に、光源１からの波長Ａの光の光量と、光源２からの波長Ｂの光の光量とをそれぞれ測定し、それぞれの光量測定値を制御部１０へ出力する。
また、光量比率計算部１０ｃは、露光ヘッド１８ごとに露光面での総光量を計算する。そして、光量比率計算部１０ｃは、計算により求めた光量比率を一定に保ちつつ、露光面での総光量が全ての露光ヘッド１８で等しくなるような光源１，２の出力を計算し、計算した結果を出力制御量指示値として光源出力制御部１０ｄに出力する。光源出力制御部１０ｄは、出力制御量指示値に基づいて、各光源１，２のＬＤに流れる電流を制御するための出力制御信号を光源１，２に出力することで、光源１，２から出る光の光量を制御する。

なお、制御部１０は、光源１と光源２とが共に点灯しているときに受光センサ５２から光量測定値を取得してもよい。すなわち、受光センサ５２は、光源１からの波長Ａの光と光源２からの波長Ｂの光の両方を含む光の光量を測定し、その光量測定値を制御部１０へ出力することもできる。このように、上述した受光センサ５１は、各露光ヘッド１８において波長毎の光の光量を別々に測定するセンサとして使用し、受光センサ５２は、露光ヘッド１８ごとの露光面での総光量を直接測定するセンサとして用いてもよい。
この場合、光量比率計算部１０ｃは、受光センサ５２によって測定された露光ヘッド１８ごとの露光面での総光量に基づいて、上述した光量比較計算部１０ａにより求めた光量比率を一定に保ちつつ、露光面での総光量が全ての露光ヘッド１８で等しくなるような光源１，２の出力を計算し、計算した結果を出力制御量指示値として光源出力制御部１０ｄに出力すればよい。この構成により、受光センサ５２から光量測定値を取得する際に、光源１，２を個別に点灯及び消灯させる必要がなくなり、制御を簡略化することができる。

図７は、制御部１０が実行する総光量制御処理手順を示すフローチャートである。この図７に示す処理は、総光量を調整する所定のタイミング、例えば、上述した光量比率制御を実施した後に実施することができる。但し、総光量を調整するタイミングは、上記に限定されない。
先ずステップＳ１１において、制御部１０は、測定対象として選択した所定の露光ヘッド１８に対応する光源部１９ａにおいて、図５のステップＳ１と同様に光源１のみを点灯し、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、制御部１０は、受光センサ５２から光量測定値を取得する。このとき取得した光量測定値は、光源部１９ａから出射される波長Ａの光の光量である。

次にステップＳ１３では、制御部１０は、測定対象として選択した所定の露光ヘッド１８に対応する光源部１９ａにおいて、図５のステップＳ３と同様に光源２のみを点灯し、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、制御部１０は、受光センサ５２から光量測定値を取得する。このとき取得した光量測定値は、光源部１９ａから出射される波長Ｂの光の光量である。
ステップＳ１５では、制御部１０は、ステップＳ１２で取得した波長Ａの光量測定値と、ステップＳ１４で取得した波長Ｂの光量測定値とに基づいて、光量比率を算出する。次にステップＳ１６では、制御部１０は、ステップＳ１２で取得した波長Ａの光量測定値と、ステップＳ１４で取得した波長Ｂの光量測定値とに基づいて、総光量を算出する。
ステップＳ１７では、制御部１０は、全ての露光ヘッド１８について総光量を測定したか否かを判定する。そして、全ての露光ヘッド１８について総光量を測定していない場合には、未測定である露光ヘッド１８を総光量の測定対象として選択してからステップＳ１１に戻る。一方、全ての露光ヘッド１８について総光量を測定した場合には、測定終了と判断してステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１８では、制御部１０は、各露光ヘッド１８における光量比率をステップＳ１５でそれぞれ計算した光量比率に保ちつつ、各露光ヘッド１８における総光量が全て等しくなるような出力制御量指示値を算出する。ステップＳ１９では、制御部１０は、ステップＳ１８で算出した出力制御量指示値に基づいて出力制御信号を生成し、生成した出力制御信号を光源１，２に出力することで光源１，２の出力を個別に制御する。
複数の露光ヘッド１８から出射される光の強さが異なると、露光後の基板１２の仕上がりに差が出てしまう。そこで、本実施形態では、露光面に設置した受光センサ５２によって露光ヘッド１８ごとに総光量を測定する。そして、波長毎の光量比率を一定に保ちつつ、全ての露光ヘッド１８で総光量が等しくなるように光源１，２の出力を制御する。これにより、露光ヘッド１８間での光量のばらつきを抑制し、処理ムラを抑制した適切な露光処理が可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、光源装置１９は、波長Ａの光を出射するＬＤを有する光源１と、波長Ｂの光を出射するＬＤを有する光源２と、光源１からの出射光と光源２からの出射光とを集積するファイババンドル部と、を備える。このように、光源装置１９は、異なる複数の波長の光を合成して露光ヘッド１８へ出力する。
従来、露光装置の光源としては、水銀ランプが広く用いられてきた。水銀ランプは、図８に示すように、波長３６５ｎｍ、波長４０５ｎｍ、及び波長４３６ｎｍにそれぞれ強度のピークが形成される波長分布を有する。そのため、露光に使用されるレジストは、水銀ランプの各ピーク波長に対して感度を有するように設計されていることが多い。しかしながら、ＬＤ光源は、例えば図９に示すように、４０５ｎｍの単波長の光を出射する。したがって、光源として１つのＬＤを用いた場合、水銀ランプを用いた場合と比較してレジストが十分に硬化しない場合や露光時間が長くなる場合がある。

これに対して、本実施形態における光源装置１９は、上述したように、異なる波長の光を出射する複数のＬＤを用い、異なる複数の波長の光を合成して出射する。また、光源として、３７５ｎｍ付近にピークを有する波長特性を有する光源１と、４０５ｎｍ付近にピークを有する波長特性を有する光源２とを用いる。このように、水銀ランプのピーク波長付近にピークを有する光源を用い、異なる複数の波長の光を合成するので、水銀ランプに近い光を出射することができ、適切な露光が可能となる。
また、光源装置１９は、波長Ａの光と波長Ｂの光とのそれぞれの光量測定値に基づいて、波長Ａの光と波長Ｂの光との光量比率を算出し、算出した光量比率が目標値となるよう光源１，２の出力を個別に制御する。したがって、レジストの種類に応じて、最適な光量比率の光に調整して露光することが可能である。

また、光源１は、３７５ｎｍ付近にピークを有する波長特性を有する光を出射し、光源２は、４０５ｎｍ付近にピークを有する波長特性を有する光を出射する。波長４０５ｎｍの光は主としてレジストの硬化に寄与し、波長３７５ｎｍの光は主としてレジストの光沢などの外観に寄与する。そのため、光量比率を調整することで、同じレジストであっても、光沢などの外観を所望の状態に調整することが可能である。さらに、経年劣化により特定の波長の光を出射する発光素子（ＬＤ）の照度が低下したとしても、各波長の光の出力を制御することで光量比率を一定に保つことができるため、安定した露光が可能である。
ここで、波長Ａの光と波長Ｂの光とのそれぞれの光量測定値は、光源装置１９（光源部１９ａ）からの出射光が入射される露光ヘッド１８の光入射部に設けられた受光センサ５１によって測定する。このように、受光センサ５１は、光源装置１９（光源部１９ａ）から出射された直後の光の光量を測定する。したがって、受光センサ５１は、波長毎の光量を精度良く測定することができ、光源装置１９は、適切な光量比率制御が可能となる。その結果、光源装置１９は、異なる複数の波長の光を所望の光量比率で出射することができる。

さらに、光源装置１９は、波長Ａの光と波長Ｂの光とのそれぞれの光量測定値に基づいて、各露光ヘッド１８から出射されるレーザ光の総光量を算出し、複数の露光ヘッド１８間で総光量の差が０となるように、光源１，２の出力を個別に制御する。
したがって、処理ムラを抑制した適切な露光処理が可能となる。ここで、波長Ａの光と波長Ｂの光とのそれぞれの光量測定値は、露光面に設けられた受光センサ５２によって測定する。光源装置１９からの出射光は、露光ヘッド１８を介して露光面に出射されるが、露光ヘッド１８は、複数のレンズが組み合わされて構成されており、露光ヘッド１８の光入射部から入射されたレーザ光は、レンズで反射されることなどにより、その全部を露光光として使用することはできない。そのため、露光面に設けられた受光センサ５２を用いて露光ヘッド１８から出射される光の総光量を測定し、総光量制御を行うことで、所望の光量で均一化された露光光を得ることができる。

また、光源装置１９は、光源１，２を個別に点灯および消灯し、光源１のみを点灯させたときに測定される波長Ａの光の光量測定値と、光源２のみを点灯させたときに測定される波長Ｂの光の光量測定値とを、１つのセンサから取得する。このように、光源１，２の出力を個別に制御し、波長毎に点灯および消灯することで、１つのセンサで波長毎の光量を測定することができる。
本実施形態のように光源１，２を個別に点灯および消灯せずに（光源１，２を共に点灯させたまま）波長毎の光量を測定しようとした場合、光源１，２からの出射光を集積する前に個別に光量を測定する必要がある。この場合、波長毎にセンサが必要となりコストが嵩むと共に、センサの設置スペースが増大し、装置の小型化が困難となる。さらに、センサの個体差に起因して光量の測定結果にばらつきが生じる。
これに対して、本実施形態では、異なる複数の波長の光を１つのセンサによって測定するため、複数のセンサを設置する場合と比較してコストを削減と装置の小型化とを実現することができる。また、センサの個体差が生じることがないため、測定精度を向上させることができる。

（変形例）
上記実施形態においては、光源装置１９として、２種類の波長のレーザ光を使用した例を示したが、３種類以上の波長であってもよい。また、光源１，２の数も図２に示す数に限定されない。光源１，２の数は、光源装置１９から出射する光の強度に応じて決定することができる。
また、上記実施形態においては、発光素子としてレーザダイオード（ＬＤ）を用いる場合について説明したが、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。但し、ＬＥＤは、ＬＤと比較して発光面積が大きい。そのため、発光素子としてＬＥＤを用いた場合、光源から光ファイバへ向けて出射した光の一部が光ファイバ内に入射できず、損失となる場合がある。したがって、ＬＥＤよりも発光面積の小さいＬＤを用いる方が、エネルギーの利用効率の面からは好ましい。

さらに、上記実施形態においては、受光センサ５１，５２の２つを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方の受光センサのみを用いることもできる。なお、受光センサ５２のみを用いれば、露光面に設置した１つのセンサで光量比率制御も総光量制御も実現可能となるため好ましい。但し、光学系（露光ヘッド１８）を通ると光が広げられてしまい、露光面では光量が測定しにくくなる傾向がある。そのため、特に光量比率制御に用いる光量測定値は、光学系（露光ヘッド１８）を通る前の光、すなわち光源装置１９（光源部１９ａ）から出射されてすぐの光を測定する受光センサ５１が出力する光量測定値を用いることが好ましい。

また、上記実施形態においては、受光センサ５１を、露光ヘッド１８における半透過光学素子４１ｂの近傍に配置し、半透過光学素子４１ｂを通過したレーザ光の光量を測定するように構成した。しかしながら、受光センサ５１は、光源装置１９からの出射光が入射される露光ヘッド１８の光入射部においてレーザ光の光量を測定できればよく、配置位置は上記に限定されない。例えば、ミラー４１ｅをハーフミラー等で構成し、受光センサ５１をミラー４１ｅの近傍に配置して、ミラー４１ｅを通過したレーザ光の光量を測定するように構成することもできる。
さらに、上記実施形態においては、波長毎に光の光量を測定した際、規定の光量に達していない場合には、メンテナンスが必要であることを報知するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、図２に示すように、光源部１９ａを、各光源１，２からの出射光を導光する第一光ファイバ５を２段階で集積し、露光ヘッド１８へ出射光を出力する構成とした。しかしながら、光源部１９ａの構成はこれに限定されるものではなく、各光源１，２からの出射光を導光する第一光ファイバ５を１段階で集積してもよいし、３段階以上で集積してもよい。

さらに、上記実施形態においては、空間光変調素子として、反射型の空間光変調素子であるＤＭＤ４２ｂを用いる場合について説明したが、例えば液晶を用いた透過型の空間光変調素子を用いることもできる。ただし、光利用効率が高いＤＭＤを空間光変調素子として用いることで、光源からの光を効率的に露光光として利用することができるので好ましい。
また、上記実施形態においては、第一結像光学系４３として拡大結像光学系を用いる場合について説明したが、第一結像光学系４３は等倍結像光学系であってもよいし、縮小結像光学系であってもよい。また、第二結像光学系４５として拡大結像光学系、若しくは等倍結像光学系を用いる場合について説明したが、第二結像光学系４５は縮小結像光学系であってもよい。

１，２…光源（ＬＤモジュール）、１０…制御部、１２…基板、１３…移動ステージ、１４…露光部、１８…露光ヘッド、１９…光源装置、１９ａ…光源部、４２ｂ…ＤＭＤ、４４…ＭＬＡ、５１，５２…受光センサ１００…露光装置

Claims (7)

1. 第１の波長特性の光を出射する第１の発光素子と、
   前記第１の波長特性とは異なる第２の波長特性の光を出射する第２の発光素子と、
   前記第１の発光素子からの出射光と前記第２の発光素子からの出射光とを集積する複数の光集積部と、
   前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光との所定の光量比率と、前記光集積部により集積された前記出射光に含まれる前記第１の波長特性の光の光量と前記第２の波長特性の光の光量とをそれぞれ測定するセンサから出力される光量測定値とに基づいて、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子の出力を個別に制御する出力制御信号を生成し、生成された前記出力制御信号を前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子のそれぞれに出力する制御部と、
   複数の前記光集積部によりそれぞれ集積された前記出射光を、露光装置に備えられる複数の露光ヘッドへそれぞれ出力する出力部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記出力部からの前記出射光が入射される前記複数の露光ヘッドの光入射部にそれぞれ設けられた第１のセンサが測定した前記光量測定値を取得し、前記光量測定値に基づいて、前記複数の露光ヘッドのそれぞれについて、前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光との光量比率が前記所定の光量比率となるように制御するとともに、
   前記複数の露光ヘッドのそれぞれについて前記露光装置の露光面に設けられた１つの第２のセンサが測定した前記光量測定値を取得し、前記光量測定値に基づいて、前記複数の露光ヘッド間における、前記露光ヘッドから出射される光の光量差を補正することを特徴とする光源装置。
2. 前記光集積部は、
   前記第１の発光素子からの出射光を入射端で入光し出射端で出射する第１の光ファイバと、前記第２の発光素子からの出射光を入射端で入光し出射端で出射する第２の光ファイバと、前記第１の光ファイバの出射光と前記第２の光ファイバの出射光を集積する第３の光ファイバと、を有し、
   前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの出射端側を所定の配列で束ね、前記第１の光ファイバの出射光と前記第２の光ファイバの出射光とを集積して前記第３の光ファイバの入射端に入光させる、ファイババンドルからなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子を個別に点灯及び消灯させる制御信号を、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子のそれぞれに出力し、
   前記第１の発光素子を点灯させ前記第２の発光素子を消灯させたときに測定される前記第１の波長特性の光の光量測定値と、前記第１の発光素子を消灯させ前記第２の発光素子を点灯させたときに測定される前記第２の波長特性の光の光量測定値とを、１つの前記センサから取得することを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記発光素子は、レーザダイオード又は発光ダイオードである、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの出射光が入射される前記複数の露光ヘッドと、
   前記光集積部により集積された前記出射光に含まれる前記第１の波長特性の光の光量と前記第２の波長特性の光の光量とをそれぞれ測定する前記第１のセンサおよび前記第２のセンサと、
   を備えることを特徴とする露光装置。
6. 前記露光ヘッドは、前記光源装置からの光を変調する画素部が配列された空間光変調部を備え、
   前記空間光変調部によって変調された光により感光材料を露光させることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 第１の発光素子から出射された第１の波長特性の出射光と、第２の発光素子から出射された、前記第１の波長特性とは異なる第２の波長特性の光とを集積して露光装置に備えられる複数の露光ヘッドへそれぞれ出力するに際し、
   前記複数の露光ヘッドの光入射部にそれぞれ設けられた第１のセンサにより測定された、集積された前記出射光に含まれる前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光とのそれぞれの光量測定値を取得する第１の取得ステップと、
   前記複数の露光ヘッドのそれぞれについて前記露光装置の露光面に設けられた１つの第２のセンサにより測定された、集積された前記出射光に含まれる前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光とのそれぞれの光量測定値を取得する第２の取得ステップと、 前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光との所定の光量比率と、前記第１の取得ステップにおいて取得された前記光量測定値とに基づいて、前記複数の露光ヘッドのそれぞれについて、前記第１の波長特性の光と前記第２の波長特性の光との光量比率が前記所定の光量比率となるように、かつ、前記第２の取得ステップにおいて取得された前記光量測定値に基づいて、前記複数の露光ヘッド間における、前記露光ヘッドから出射される光の光量差を補正するように、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子の出力を個別に制御する出力制御信号を生成する生成ステップと、
   前記生成ステップにおいて生成された前記出力制御信号を前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子のそれぞれに出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする光源制御方法。

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