描画装置および描画方法
【課題】複数の微小なミラーを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの位相を簡易な構造で制御する。
【解決手段】パターンを描画する描画装置１に、複数の微小ミラーを備えた空間光変調デバイス２、各微小ミラーに与える開始信号によって各微小ミラーの偏向動作の開始タイミングを制御するミラー制御部、および、位相を反転させる平行平面板４４を設ける。レーザ光を所定の周期Ｔで照射しつつ、各微小ミラーが偏向を開始するタイミングを個々のミラーごとにミラー制御部によって制御する。これにより各微小ミラーによって形成される各ビームの進行方向を制御して、正位相とするビームをアパーチャ４５に導くとともに、逆位相とするビームのみをアパーチャ４６および平行平面板４４に導いて位相を反転させる。
【解決手段】パターンを描画する描画装置１に、複数の微小ミラーを備えた空間光変調デバイス２、各微小ミラーに与える開始信号によって各微小ミラーの偏向動作の開始タイミングを制御するミラー制御部、および、位相を反転させる平行平面板４４を設ける。レーザ光を所定の周期Ｔで照射しつつ、各微小ミラーが偏向を開始するタイミングを個々のミラーごとにミラー制御部によって制御する。これにより各微小ミラーによって形成される各ビームの進行方向を制御して、正位相とするビームをアパーチャ４５に導くとともに、逆位相とするビームのみをアパーチャ４６および平行平面板４４に導いて位相を反転させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の微小なミラーを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの位相および光量を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密な微細パターンをフォトマスクを用いずに設計データに基づきダイレクトに描画する技術（ダイレクト露光）において、高精度に、かつ、高速に描画を行うために、アレイ状に配置された複数の微小なミラーによって光源からの光をマルチビーム化して描画する技術が知られている。例えば、このようなミラーデバイス（空間光変調デバイス）を用いてパターンを描画する描画装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
一方で、微細化が進んだ半導体のパターン露光においては、位相差マスクによって光の位相を反転（１８０度シフト）させることにより、レンズの回折限界を超える微細パターンを露光する技術が実用化されている（位相シフト法）。このように、回折限界を超えた超解像で露光が行われる技術が半導体リソグラフィの分野で開発されており、パターンのマスクに光の位相をシフトさせる機能を組み込んだ現像装置（ステッパー）が実用化されている。
【０００４】
また、ダイレクト露光においても空間光変調デバイスによってマルチビーム化された光の位相を制御する技術も提案されている。例えば、空間光変調デバイスの各ミラーの裏面にスプリングを設け、このスプリングを各ミラーごとに伸縮・伸長させることにより、各ミラーの反射面の位置を光軸に対して進退させる技術が提案されている。これにより、各ミラーによって反射される光の光学系における光路長を変更することが可能となるため、各ミラーによって形成されるビームの位相が制御される。例えば、２本のビーム光路長差がビームの波長の１／２となるように制御すれば、これら２本のビームの位相は互いに反転したものとなる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３２２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来のように、位相シフトマスクを用いてパターンを描画（露光）する場合、位相シフトマスクは取り扱いが容易でない上に、非常に高価であり、また、製作にも時間を要するという問題があった。また、位相シフトマスクはパターンごとに製作しなければならず、パターンの変更（設計変更）に柔軟に対応できないという問題もある。
【０００７】
一方、ダイレクト露光においては、上記のような技術が提案されてはいるものの、ミラーデバイスは微小かつ複雑な構造物であり、構造の設計、製造が極めて困難であるという問題があった。すなわち、空間光変調デバイスに位相制御を行う機能を組み込むためには、個々の微小ミラーを偏向させる機能に加えて、光の進行方向にそれぞれの微小ミラーの位置を平行に移動させる機構が必要となる。また、このときの微小ミラーの移動量も光の波長に対して正確に１／４であることが要求される。したがって、現状では実用化に至っていないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、空間光変調デバイスを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの位相を簡易な構造で制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、照射するビームによってパターンを描画する描画装置であって、光を照射する光源と、反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位する複数のミラーによって、前記光源からの光を複数のビームに変調する空間光変調デバイスと、前記複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する位相変換手段と、前記空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御し、前記光源から照射される光の反射方向を各ミラーごとに制御して、前記複数のビームのうちの対象となるビームを前記位相変換手段に導くミラー制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る描画装置であって、前記ミラー制御手段は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明に係る描画装置であって、前記複数のビームの光量を制御する光量制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る描画装置であって、前記光量制御手段は、前記光源から照射される光の反射方向を、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項３の発明に係る描画装置であって、前記光量制御手段は、ビームの光量を変更する光学フィルタであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明に係る描画装置であって、前記位相変換手段は、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明に係る描画装置であって、複数の前記位相変換手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８の発明は、 ビームを照射することによってパターンを描画する描画方法であって、(a)反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位する複数のミラーを備える空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御する工程と、(b)光源から光を照射する工程と、(c)前記光源から照射される光の反射方向が前記反射面の配置角度により制御されている前記空間光変調デバイスの各ミラーによって、前記光源からの光を複数のビームに変調するとともに、前記複数のビームのうちの対象となるビームを位相変換手段に導く工程と、(d)前記位相変換手段によって前記複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る描画方法であって、前記(a)工程は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、請求項８または９の発明に係る描画方法であって、(e)前記複数のビームの光量を制御する工程をさらに有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係る描画方法であって、前記(a)工程における前記反射面の配置角度は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１ないし１１に記載の発明は、空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御し、光源から照射される光の反射方向を各ミラーごとに制御して、複数のビームのうちの対象となるビームを位相変換手段に導いて当該ビームの位相を変換することにより、ダイレクトデジタル露光において、空間光変調デバイスに特別な構造を設けることなく、各ビームの位相制御を実現できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、複数のビームの光量を制御する光量制御手段をさらに備えることにより、位相変換と光量調節とを組み合わせて光学系の回折限界を超えた超解像をダイレクトデジタル露光においても容易に実現できる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、光源から照射される光の反射方向を、複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定することにより、特別な構造を必要とせずに、光量を連続的に制御できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、ビームの光量を変更する光学フィルタによって光量を制御することにより、容易に実現できる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、複数の位相変換手段を備えることにより、多種のビームを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
＜１． 第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における描画装置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。
【００２７】
描画装置１は、可動ステージ１０、描画ヘッド１１および制御部１２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）を描画する装置として構成されている。
【００２８】
なお、パターンを描画する対象物は基板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、本発明における描画装置は、描画される像が視認できるものに限定されるものではなく、例えば、露光装置をも含む概念である。また、描画装置１の１回の描画動作によって描画される画像はｎ個の画素から形成されており（ｎは１以上の整数）、以下の説明では、ｎ番目の画素に対応する構成について「ｎ」の添え字を付すものとする。
【００２９】
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。
【００３０】
また、可動ステージ１０は、制御部１２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することが可能とされている。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、リニアモータを用いた直動機構を採用することができる。
【００３１】
これにより、描画装置１は、描画ヘッド１１から照射される光を基板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、描画装置１から照射されるレーザ光は基板９の表面を像面として結像される。
【００３２】
描画ヘッド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２、ミラー制御部３、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１５を備えている。
【００３３】
詳細は図示しないが、制御部１２は、主にデータを演算するＣＰＵと、画素データ等のデータを記憶するメモリと、各種信号を生成する回路（駆動回路）とから構成されている。制御部１２は、描画装置１の各構成を制御する機能を有し、例えば、可動ステージ１０の水平位置を制御したり、レーザ発振器１３にリセット信号を伝達することにより周期Ｔでレーザ光を照射させる。また、制御部１２は、必要に応じて、リセット信号や画素データをミラー制御部３に伝達する機能も有している。
【００３４】
レーザ発振器１３は、制御部１２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。なお、本実施の形態におけるレーザ発振器１３が照射するレーザ光は、平面波のコヒーレント光である。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、本実施の形態における描画装置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、描画装置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。
【００３８】
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。
【００３９】
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２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２に入射するように調整される。
【００４０】
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２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。
【００４１】
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２は、シリコン基板の上に、微少なミラーが格子状に多数配列した構造を有している。以下、空間光変調デバイス２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。
【００４２】
空間光変調デバイス２の各マイクロミラーは、描画装置１によって描画される画像の各画素に対応している。したがって、空間光変調デバイス２はｎ個のマイクロミラーを有している。
【００４３】
本実施の形態における描画装置１では、空間光変調デバイス２としてマイクロミラーデバイスを採用する。
【００４４】
空間光変調デバイス２の各マイクロミラーは、ミラー制御部３から各マイクロミラーに対して伝達される開始信号に応じて、所定の角度だけ傾くことが可能なように設計されている。具体的には、空間光変調デバイス２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、ミラー制御部３からの開始信号に応じて、θS（第１角度）からθE（第２角度）へと変位する。以下、マイクロミラーの配置角度θについて、「θS≦θ≦θE」とする。
【００４５】
すなわち、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θSとなっている。この状態で、開始信号が与えられたマイクロミラーは、反射面の配置角度θをθSからθE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θS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θEとなる状態へと状態の切り替えを行うタイミングを示す信号として定義する。また、本実施の形態においてマイクロミラーの反射面の配置角度θにおけるθS（あるいはθE）とは、当該マイクロミラーにＯＮ信号（あるいはＯＦＦ信号）を与え続けたときに、最終的に変位が停止するときの反射面の配置角度θとして定義する。
【００４６】
図２は、マイクロミラーに開始信号が与えられたときの経過時間ｔと配置角度θとの関係を例示する図である。
【００４７】
図２に示す例では、開始信号が与えられることによって配置角度θの変位が開始され、時間ｔ１経過後において配置角度θが「θE」となり、配置角度θが「θE」の状態が時間（ｔ２−ｔ１）だけ経過するまで維持された後、配置角度θが再び「θS」へと変位している。一般的なミラーデバイスにおいて、マイクロミラーの反射面の配置角度θが「θS」から「θE」まで傾くのに要する時間ｔ１は、数μｓｅｃから数十μｓｅｃ程度である。
【００４８】
このように、空間光変調デバイス２の複数のマイクロミラーのそれぞれは、開始信号により、反射面の配置角度θが「θS」から「θE」へと連続的に変位する。なお、図２に示す例では、時間ｔ１が経過するまでの間、配置角度θが等速で連続的に変位している様子を示している。しかし、配置角度θが、連続的、かつ、再現性があるように変位するのであれば、その変位速度は必ずしも「等速」に限定されるものではない。すなわち、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーに開始信号が与えられてからの経過時間を「ｔn」、当該マイクロミラーの反射面の配置角度θを「θn」、連続関数ｆnを用いて次の式１と表すことができればよい。
【００４９】
θn＝ｆn（ｔn）・・・式１
【００５０】
そして、本実施の形態における関数ｆnは、図２に示すような関数となるが、一般的なミラーデバイスは式１を満足する。また、関数ｆnが連続関数であることから、関数ｆnには逆関数Ｆnが存在し、この逆関数Ｆnを用いると式２が成立する。
【００５１】
ｔn＝Ｆn（θn）・・・式２
【００５２】
すなわち、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーについて、所望する配置角度θnが決まれば、式２によって、当該マイクロミラーに開始信号を与えるタイミングを決定することができる。
【００５３】
図３は、ミラー制御部３の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ミラー制御部３は、開始信号生成部３０、メモリ３１および演算部３２を備えている。
【００５４】
開始信号生成部３０は、制御部１２から周期Ｔで伝達されるリセット信号を遅延させる複数の遅延回路から構成されている。
【００５５】
開始信号生成部３０における各遅延回路には、空間光変調デバイス２の各マイクロミラーがそれぞれ一対一で対応しており、対応する遅延回路とマイクロミラーとが独立した信号線で互いに接続されている。すなわち、各遅延回路も描画されるパターンの各画素に対応しており、開始信号生成部３０はｎ個の遅延回路を備えている。
【００５６】
開始信号生成部３０の各遅延回路には、制御部１２から先述のリセット信号が同時に入力される。そして、各遅延回路によってそれぞれ遅延されたリセット信号は、各遅延回路に対応するマイクロミラーにおける開始信号として、それぞれのマイクロミラーに個別に、先述の信号線によって伝達される。
【００５７】
すなわち、本実施の形態における開始信号生成部３０は、レーザ発振器１３においてパルスレーザを点灯させるタイミングを決定するためのリセット信号を基準として、各マイクロミラーに与える開始信号を生成する機能を有している。
【００５８】
なお、各遅延回路における遅延時間は、後述する演算部３２によって演算され、各遅延回路に伝達される。また、与えられた遅延時間だけ入力信号（本実施の形態ではリセット信号）を遅延させて出力する遅延回路は、既知の技術を用いてアナログ回路あるいはデジタル回路によって容易に実現できる。
【００５９】
メモリ３１は、それぞれが「０」または「１」の値を記憶することが可能な複数のメモリセルを備えている。また、メモリ３１が備える複数のメモリセルは、所定数（１以上の整数）のメモリセルからなるｎ個のメモリセル群に区分されている。メモリ３１の各メモリセル群は、描画するパターンを構成する各画素にそれぞれ対応している。例えば、１つの画素に対応したメモリセル群が８個のメモリセルによって構成されている場合、各メモリセル群は、対応する画素について−１２７ないし１２７の範囲の画素値を画素データとして記憶することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態における画素データにおいて、画素値が「正」である画素は「正位相」のビームによって描画される画素を示し、画素値が「負」である画素は「逆位相（正位相のビームの位相を１８０°シフトさせた位相）」のビームによって描画される画素を示す。また、描画するパターンを構成する各画素において中間階調（連続階調）を表現する必要がない場合には各メモリセル群が備えるメモリセルは２個のメモリセルで足りるが、中間階調を表現する必要がある場合には階調数に応じた複数個のメモリセルが必要となる。また、以下の説明では、メモリセル群に記憶される画素値を「Ｑ」とし、例えば、ｎ番目の画素の画素値を「Ｑn」と称する。
【００６１】
メモリ３１の各メモリセル群に制御部１２によって格納された各画素データは、演算部３２によって参照され、後述する演算に用いられる。
【００６２】
演算部３２は、メモリ３１の各メモリセル群に記憶されている画素データに基づいて、開始信号生成部３０の各遅延回路における遅延時間を求めて各遅延回路に伝達する機能を有する。演算部３２が演算により遅延時間を求める原理については後述する。
【００６３】
図１に戻って、結像光学系１５は、調整部４、ミラー１５１および結像レンズ１５２を備えている。
【００６４】
図４は、第１の実施の形態における空間光変調デバイス２および調整部４を示す概略図である。図４に示すように、調整部４は、レンズ４０，４１、アパーチャ４２、焦点面４３、平行平面板４４およびアパーチャ４５，４６を備えている。
【００６５】
なお、図４では、空間光変調デバイス２が備える複数のマイクロミラーのうち、代表して３つのマイクロミラーＭＲn-2，ＭＲn-1，ＭＲnのみを図示している。また、図４において、実線で示す光軸（アパーチャ４５を通過する光軸）はマイクロミラーＭＲn-2，ＭＲn-1，ＭＲnの配置角度θが「θS」のときの光軸を示し、破線で示す光軸（アパーチャ４６を通過する光軸）はマイクロミラーＭＲn-2，ＭＲn-1，ＭＲnの配置角度θが「θE」のときの光軸を示す。
【００６６】
レンズ４０の焦点距離は「ｆＡ」であり、レンズ４１の焦点距離は「ｆＢ」である。そして、図４に示すように、空間光変調デバイス２と焦点面４３はレンズ４０からそれぞれ焦点距離ｆＡだけ離れた位置に配置され、焦点面４３とアパーチャ４２はレンズ４１からそれぞれ焦点距離ｆＢだけ離れた位置に配置されている。
【００６７】
アパーチャ４２は、先述のように、レンズ４１から焦点距離ｆＢだけ離れた位置に配置されており、レンズ４１の像面を形成している。アパーチャ４２は、レンズ４１から入射する光を平行光としつつ、各光の光軸方向を（＋Ｙ）方向に調整し、調整部４から出射させる機能を有している。
【００６８】
図５は、第１の実施の形態における焦点面４３を示す図である。焦点面４３の大部分（図５において網掛けで示す部分）は、光を遮蔽する部材で形成されており、所定の位置に平行平面板４４およびアパーチャ４５，４６が取り付けられている。言い換えると、焦点面４３は、アパーチャ４５，４６以外の位置に入射した光を遮断する機能を有している。
【００６９】
平行平面板４４は、アパーチャ４６の（＋Ｙ）側に配置され、アパーチャ４６を通過したビームの全てが平行平面板４４を通過するように配置されている。平行平面板４４は、通過するビームの位相を１８０°シフトさせる（反転させる）。すなわち、平行平面板４４は、空間光変調デバイス２から出射される複数のビームのうちのアパーチャ４６を通過したビームの位相を１８０°変換する機能を有している。
【００７０】
アパーチャ４５とアパーチャ４６とは、互いに焦点面４３の中心Ｏから等距離に配置されている。したがって、空間光変調デバイス２の任意のマイクロミラーからアパーチャ４５までの距離は、当該マイクロミラーからアパーチャ４６までの距離と等しい。
【００７１】
図６および図７は、アパーチャ４５の拡大図である。なお、アパーチャ４５の後方には平行平面板４４に相当する構成は設けられていないため、アパーチャ４５を通過したビームの位相は変換されない。本実施の形態では、アパーチャ４５を通過したビームの位相を「正位相」と定義する。
【００７２】
図６に示す円形領域８０は、マイクロミラーＭＲnの反射面の配置角度θが「θS」のときに、マイクロミラーＭＲnによって反射されたビームが入射する領域を示すものである。図４では、幾何光学により各マイクロミラーからのビームが全てアパーチャ４５の一点に集光されるように示している。しかし、波動光学では、焦点面４３においてもビームは図６に示すように一定の広がりを持っている。
【００７３】
また、マイクロミラーＭＲnと異なる位置に配置されているマイクロミラーＭＲn-1によって形成されたビームであっても、マイクロミラーＭＲnと同じ配置角度θSで反射されたビームは、図４に示すように、焦点面４３（アパーチャ４５）の同一位置を通過する。したがって、上記において、円形領域８０はマイクロミラーＭＲnによって反射されたビームが入射する領域と説明したが、配置角度θが「θS」のマイクロミラーによって反射されたビームは全て円形領域８０に入射する。すなわち、配置角度θが「θS」のとき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アパーチャ４５に入射する。このとき当該ビームの全光量が、対応する画素を描画するために照射されるビームの光量となる。
【００７４】
図６に示す円形領域８１は、配置角度θが「θS＋ΔθS」となっている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ものである。円形領域８１はアパーチャ４５と重ならない領域となっている。すなわち、マイクロミラーの配置角度θが「θS」から「θE」へと変位している状態において、「θS＋ΔθS≦θ」となると、当該マイクロミラーによって反射されたビームの全光束はアパーチャ４５に入射しない状態となる。
【００７５】
演算部３２は、正位相のビーム（正の画素値に対応した画素を描画するビーム）については、当該ビームを形成するマイクロミラーの配置角度θを「θS≦θ≦θS＋ΔθS」の範囲で制御するものとする。これにより、正位相となるべきビームが入射しうる領域は、結局、図６に示す領域８２となる。
【００７６】
図７に示す円形領域８３は、配置角度θが「θS＜θ＜θS＋ΔθS」のときの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。このような場合には、反射されたビームの一部だけがアパーチャ４５に入射し、その他の部分は焦点面４３によって遮蔽される。すなわち、円形領域８３とアパーチャ４５との重なる領域８４（図７において黒色で示す領域）に入射したビームのみがアパーチャ４５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アパーチャ４５に入射する場合に比べて、遮蔽された分だけ減少する。
【００７７】
すなわち、アパーチャ４５を透過するビームの光量は、領域８４の面積に依存し、当該面積は、配置角度θに依存する。逆に言えば、ｎ番目の画素を描画するために照射すべき正位相のビームの光量を「Ωn」とし、ビームの位相の「正」「逆」をビームの光量の「正」「負」で表すとすると、当該光量Ωnを得るための配置角度θnは、連続関数Ｓnを用いて式３と表すことができる。
【００７８】
θn＝Ｓn（Ωn） （Ωn＞０）・・・式３
【００７９】
図８および図９は、アパーチャ４６の拡大図である。なお、アパーチャ４６の後方には平行平面板４４が設けられている、アパーチャ４６を通過したビームの位相は平行平面板４４によって変換される。本実施の形態では、アパーチャ４６を通過したビームの位相は、アパーチャ４５を通過したビーム（正位相）に対して「逆位相」となる。
【００８０】
図８に示す円形領域８５は、配置角度θが「θE,」となっている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ものである。すなわち、配置角度θが「θE」のとき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アパーチャ４６に入射する。したがって、このとき当該ビームの全光量が、対応する画素を描画するために照射されるビームの光量となる。
【００８１】
また、図８に示す円形領域８６は、配置角度θが「θE−ΔθE」となっている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ものである。すなわち、マイクロミラーの配置角度θが「θS」から「θE」へと変位している状態において、「θE−ΔθE＜θ」となると、当該マイクロミラーによって反射されたビームはアパーチャ４６に入射する状態となる。
【００８２】
演算部３２は、逆位相のビーム（負の画素値に対応した画素を描画するビーム）については、当該ビームを形成するマイクロミラーの配置角度θを「θE−ΔθE≦θ≦θE」の範囲で制御するものとする。これにより、逆位相のビームが入射しうる領域は、結局、図８に示す領域８７となる。
【００８３】
図９に示す円形領域８８は、配置角度θが「θE−ΔθE＜θ＜θE」となっている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。このような場合には、反射されたビームの一部だけがアパーチャ４６に入射し、その他の部分は焦点面４３によって遮蔽される。すなわち、円形領域８８とアパーチャ４６との重なる領域８９（図９において黒色で示す領域）に入射したビームのみがアパーチャ４６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アパーチャ４６に入射する場合に比べて、遮蔽された分だけ減少する。
【００８４】
すなわち、アパーチャ４６を通過するビームの光量は領域８９の面積に依存し、当該面積は、配置角度θに依存する。逆に言えば、逆位相のビームの光量を「Ωn」とすると、当該光量Ωnを得るための配置角度θnは、連続関数Ｅnを用いて式４と表すことができる。
【００８５】
θn＝Ｅn（Ωn） （Ωn＜０）・・・式４
【００８６】
このように、アパーチャ４５，４６は、通過するレーザ光の位置によって光量が変化する光学素子として構成されている。なお、図４から明らかなように、描画装置１では、焦点面４３において、アパーチャ４５とアパーチャ４６との間にビームが照射されると、当該ビームは焦点面４３に遮蔽されるため、当該ビームが基板９に照射されることはない。すなわち、マイクロミラーの配置角度θが「θS＋ΔθS＜θ＜θE−ΔθE」である場合に、当該マイクロミラーによって形成されるビームの光量は「０」となる。
【００８７】
本実施の形態では、光量が「０」である場合の配置角度θnを、図４に太い矢印で示す角度とする。すなわち、式５が成立する。
【００８８】
θn＝（θS＋θE）／２ （Ωn＝０）・・・式５
【００８９】
なお、式３ないし式５を便宜上の関数Ｐnを用いて式６と表すこととする。
【００９０】
θn＝Ｐn（Ωn）・・・式６
【００９１】
図１に戻って、アパーチャ４２を通過して調整部４から出射されたビームはミラー１５１に向けて出射される。
【００９２】
調整部４からミラー１５１に向けて出射されたビームは、ミラー１５１によって反射され、結像レンズ１５２を介して像面たる基板９の表面に照射される。これにより、当該ビームに対応する画素の位置に当該ビームが照射され、所望の画素が描画される。
【００９３】
ここで、演算部３２が遅延時間を求める原理を説明する。
【００９４】
本実施の形態における描画装置１では周期Ｔのリセット信号ごとにレーザ光が照射される。したがって、ｍ回目のレーザ光が照射されるタイミングは「ｍＴ」である。また、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーにｍ回目の描画のための開始信号が与えられてからの経過時間を「ｔn,m」とすると、ｍ回目の描画のためのレーザ光は当該開始信号が与えられてから「ｔn,m」経過したときに照射されるので、ｍ回目の開始信号が与えられるタイミングτn,mは、式７で表される。
【００９５】
τn,m＝ｍＴ−ｔn,m・・・式７
【００９６】
また、（ｍ−１）回目の描画からｍ回目の開始信号が与えられるまでの時間（ｎ番目の画素に対応する遅延回路のｍ回目の描画に対する遅延時間ｄn,m）は、次の式８で表される。
【００９７】
ｄn,m＝τn,m−（ｍ−１）Ｔ・・・式８
【００９８】
したがって、式７を式８に代入すると、式９が成立する。
【００９９】
ｄn,m＝Ｔ−ｔn,m・・・式９
【０１００】
また、式６は式１０と表すことができ、式２は式１１と表すことができる。
【０１０１】
θn,m＝Ｐn（Ωn,m）・・・式１０
【０１０２】
ｔn,m＝Ｆn（θn,m）・・・式１１
【０１０３】
ここで、関数Ｆnおよび関数Ｐnの合成関数を関数Ｘnとすると、式１０および式１１から式１２が成立する。
【０１０４】
ｔn,m＝Ｘn（Ωn,m）・・・式１２
【０１０５】
なお、関数Ｘn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記憶しておくことができる。
【０１０６】
さらに、式１２を式９に代入することによって式１３が成立する。
【０１０７】
ｄn,m＝Ｔ−Ｘn（Ωn,m）・・・式１３
【０１０８】
ｍ回目の描画において、ｎ番目の画素を描画するために必要なレーザ光の光量Ωn,mは、ｎ番目の画素に対応したメモリセル群にｍ回目の画素データとして記憶される画素値Ｑn,mによって求まる。また、そのときのビームが正位相であるか逆位相であるかは、画素値Ｑn,mが「正」「負」のいずれであるかによって決定できる。したがって、演算部３２は、制御部１２から与えられるｍ回目の画素データに基づいて式１３を演算することにより、各遅延回路における遅延時間ｄn,mを求めることができる。
【０１０９】
以上が描画装置１の構成および機能の説明である。次に、このような描画装置１において光学系の回折限界を超えた解像度が実現される原理を説明する。
【０１１０】
まず、ビームの位相を制御する機能がない場合（正位相のビームのみ照射可能な場合）について説明する。
【０１１１】
図１０は、正位相の１本のビームで１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。図１０では、一次元的に配列した７つの画素Ｐ０ないしＰ６のうちの中央の画素Ｐ３を描画する例を示している。したがって、この例では、画素Ｐ３に対応したマイクロミラーによって形成されるビームのみが照射される。なお、各画素Ｐ０ないしＰ６のサイズは、縦横の長さサイズがいずれもビームピッチＢＰとする。
【０１１２】
図１１は、図１０に例示するパターンを描画するための理想的なビームの振幅の分布を示す図である。これによれば、画素Ｐ３に対応する位置のみに、ビームが照射されることが好ましいことがわかる。
【０１１３】
図１２は、画素Ｐ３に１本のビームを照射した場合の結像面における光の強度分布を示す図である。
【０１１４】
図１２を図１１と比較すると、光の強度分布はビームピッチに比べて広くなり、ビームが照射される領域は画素Ｐ３のサイズよりも大きくなることがわかる。この広がりは、ビームの波長と光学系のレンズの開口数とで決まる回折限界により、装置の光学系によって一定となり、これ以上狭くする（絞る）ことができない。
【０１１５】
図１３は、図１２に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。なお、図１３に示す閾値Ｖは、感光材料の感度を示す値である。図１３に示すように、位相を反転させずに描画する場合、ビームの描画領域の最小サイズはＶＰ0となる。
【０１１６】
次に、画素ごとに位相を反転させたビームを照射することが可能な場合について説明する。
【０１１７】
図１４は、位相を反転したビームを複数の画素に照射しつつ、１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。図１４では、図１０と同様に一次元的に配列した７つの画素Ｐ０ないしＰ６のうちの中央の画素Ｐ３を描画する例を示している。ただし、画素Ｐ１，Ｐ５に位相を反転させたビームを照射する。すなわち、画素Ｐ３には正の画素値が、そして画素Ｐ１，Ｐ５には負の画素値が記憶されている。
【０１１８】
図１５は、図１４に示すパターンを描画する際に、画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に与えるビームの振幅を示す図である。図１５では、正位相のビームの振幅を正の値で示し、逆位相のビームの振幅を負の値で示す。ここに示す例では、逆位相のビームの振幅は、正位相のビームの振幅よりも小さい。
【０１１９】
図１６は、図１５に示す例において、結像面における光の強度分布を各ビームごとに示す図である。各ビームの強度分布の広がりは、先述のように、光学系の回折限界で決まるため、各ビームの振幅によらず、ほぼ一定である。
【０１２０】
図１７は、図１５に示す例において、結像面における光の強度分布を示す図である。正位相のビームが照射される領域と、逆位相のビームが照射される領域とが重なる領域では、ビームの強度は互いに引き算される。
【０１２１】
図１８は、図１７に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。３つの画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に対応するマイクロミラーからビームが照射されることにより、ビームが照射される領域は、図１３に示す例に比べて拡大する。しかしながら、周辺部の成分は、図１３に示す場合に比べて抑制されており、この大きさ（周辺部のピーク）を感光材料の感度以下にする（このような感光材料を選択する）ことにより、ビームの描画領域の最小サイズはＶＰ1となる。図１３のＶＰ0と図１８のＶＰ1とを比較すれば、明らかにＶＰ1のサイズの方が小さい。すなわち、正位相のビームの位相を反転した逆位相のビームを照射することにより、回折限界を超えた解像度が実現できることがわかる。
【０１２２】
このように、描画装置１が各画素ごと（各マイクロミラーごと）に位相および光量を制御することにより、高価な位相シフトマスクを用いることなく、回折限界を超えた高解像度を実現できる。
【０１２３】
なお、ここに示す原理は簡略化した一例であり、描画するパターン形状や、用いるビームのプロファイル（強度分布）等に応じて、正位相または逆位相のビームを照射すべき画素および光量は様々に変化する。本実施の形態における画素データは、ＣＡＤデータから生成されたビットマップデータに解像度改善処理（例えば、Optical Proximity Correction等）を実行することによって作成される。先述のように、本実施の形態における画素データにおいて、画素値の絶対値は光量を示し、符号は位相を示す（「正符号」は正位相、「負符号」は逆位相）。また、解像度改善処理は、外部の装置で実行されてもよいし、制御部１２において実行されてもよい。
【０１２４】
次に、描画装置１を用いてパターンを描画する描画方法について説明する。
【０１２５】
図１９および図２０は、本発明に係る描画方法を示す流れ図である。なお、図１９に示すステップＳ１１の処理が開始されるまでに、可動ステージ１０に基板９が載置され、可動ステージ１０（基板９）の描画ヘッド１１に対する相対位置が決定されているものとする。
【０１２６】
まず、リセット信号の回数をカウントするカウンタｊの値を「０」にリセットする（ステップＳ１１）。なお、以下の説明では、レーザ光をＪ回照射するとパターンの描画が終了するものとする。すなわち、パターンをＪ個に分割して描画する例について説明する。
【０１２７】
次に、制御部１２は、ミラー制御部３のメモリ３１に１回目の描画に係る画素データを書き込む（ステップＳ１２）。これによってミラー制御部３の演算部３２は、書き込まれた１回目の画素データに基づいて遅延時間を演算する（ステップＳ１３）。
【０１２８】
次に、制御部１２はリセット信号の周期Ｔによる送出を開始し（ステップＳ１４）、周期Ｔが経過したか否か（ステップＳ１５）を監視する状態に移行する。なお、この監視状態において、ミラー制御部３は空間光変調デバイス２の各マイクロミラーの制御を行う（ステップＳ２８）が、ステップＳ２８については後述する。
【０１２９】
周期Ｔが経過すると、描画装置１は、ステップＳ１５においてＹｅｓと判定し、カウンタｊの値がＪより小さいか否かをさらに判定する（ステップＳ１６）。
【０１３０】
カウンタｊの値がＪより小さい場合（ステップＳ１６においてＹｅｓ）、制御部１２はリセット信号を開始信号生成部３０に伝達し、演算部３２は求めた遅延時間を開始信号生成部３０に伝達する。これにより、開始信号生成部３０が各遅延回路にリセット信号と、当該リセット信号を遅延させる時間を示す遅延時間とをセットする（ステップＳ１７）。これによって、空間光変調デバイス２の各マイクロミラーに開始信号が伝達されるタイミングが決定される。
【０１３１】
すなわち、ステップＳ１７が実行されるたびに、それ以後は、開始信号生成部３０の各遅延回路において、時間の経過により遅延時間が「０」となった遅延回路から順次、対応するマイクロミラーに開始信号が伝達される。これにより、ミラー制御部３は、複数のマイクロミラーについて状態の切り替えを行うタイミングを各マイクロミラーごとに制御する（ステップＳ２８）。
【０１３２】
なお、本実施の形態では、状態を変更する必要のないマイクロミラー（レーザ光が入射するときの配置角度θが「θS」でよいマイクロミラー）については、開始信号を伝達する必要がない。したがって、演算部３２は、このようなマイクロミラーに対応する遅延回路には、遅延時間として「Ｕ」をセットする（たたし、Ｕ＞Ｔ）。これにより、「Ｕ」がセットされた遅延回路では遅延時間Ｕが経過する前に周期Ｔが経過してレーザ光が照射されるため、当該遅延回路に対応したマイクロミラーには開始信号が伝達される前にレーザ光が照射される。すなわち、当該マイクロミラーは、配置角度θが「θS」の状態でレーザ光を反射することになり、形成されたビームはアパーチャ４５を通過する。
【０１３３】
ステップＳ１７が実行されると、制御部１２は（ｊ＋１）回目の描画（次回の描画）に係る画素データをメモリ３１に書き込み（ステップＳ１８）、これに応じて演算部３２が遅延時間の演算を開始する（ステップＳ１９）。すなわち、ステップＳ１７ないしＳ１９の処理は、次回の描画に備えるために実行する処理である。
【０１３４】
一方、ステップＳ１６において、カウンタｊの値がＪ以上である場合とは、今回の描画で全てのパターンの描画が終了することを意味する。すなわち、次回の描画は行われないので、次回の画素データは存在しない。したがって、描画装置１は、次回の描画の準備のための処理（ステップＳ１７ないしＳ１９の処理）をスキップする。
【０１３５】
ステップＳ１６においてＮｏと判定されるか、あるいはステップＳ１９が実行されると、次に制御部１２はカウンタｊの値が１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。カウンタｊの値が「０」の場合、今回の描画は行わないので、ステップＳ２２ないしＳ２６の処理をスキップし、カウンタｊの値をインクリメントする（ステップＳ２７）。
【０１３６】
ステップＳ２１においてカウンタｊの値が１以上である場合は、今回の描画（ｊ回目の描画）が必要であることを意味する。したがって、制御部１２はリセット信号をレーザ発振器１３に伝達し、レーザ発振器１３がレーザ光を照射する（ステップＳ２２）。このとき制御部１２からレーザ発振器１３に伝達されるリセット信号は、ステップＳ１７において開始信号生成部３０に伝達されたリセット信号である。
【０１３７】
ステップＳ２２において照射されたレーザ光は照明光学系１４に導かれて、空間光変調デバイス２に入射する。空間光変調デバイス２に入射したレーザ光は、空間光変調デバイス２の各マイクロミラーによってそれぞれの方向に反射されることにより複数のビームに変調され（ステップＳ２３）、結像光学系１５（調整部４）に入射する（ステップＳ２４）。
【０１３８】
結像光学系１５の調整部４に入射した各ビームは、各マイクロミラーの反射方向（反射時の配置角度θ）に応じて、正位相のビームとして照射されるべきビームはアパーチャ４５に、画素値「０」の画素に対応したビームは焦点面４３の中央部に、逆位相のビームとして照射されるべきビームはアパーチャ４６に、それぞれ導かれる。そして、アパーチャ４５に導かれたビームはそのままアパーチャ４５を通過し、焦点面４３の中央部に導かれたビームは遮蔽され、アパーチャ４６に導かれたビームはアパーチャ４６を通過した後平行平面板４４を通過する。
【０１３９】
すなわち、ステップＳ２３，Ｓ２４は、レーザ発振器１３から照射されるレーザ光の反射方向が開始信号の与えられるタイミングにより制御されている空間光変調デバイス２の各マイクロミラーによって、レーザ発振器１３からのレーザ光を複数のビームに変調するとともに、複数のビームのうちの対象となるビーム（逆位相に変換されるべきビーム）を平行平面板４４に導く工程である。また、ステップＳ２４は、平行平面板４４によって、調整部４に入射した複数のビームのうち、平行平面板４４を通過したビームの位相を反転させることにより位相を変換する工程でもある。
【０１４０】
調整部４から出射した複数のビーム（遮蔽されなかったビーム）は、ミラー１５１および結像レンズ１５２によって所定の方向に導かれ、基板９の表面の所定の位置にそれぞれ照射される。これにより、１回の照射によって描画されるパターンの各画素が描画される（ステップＳ２５）。
【０１４１】
１回の描画が終了すると、描画装置１は、カウンタｊの値が「Ｊ」であるか否かを判定することにより、全ての描画が終了したか否かを確認し（ステップＳ２６）、未だ描画していない画素が残っている場合には、可動ステージ１０を所定の位置に移動させた後、カウンタｊの値をインクリメントする（ステップＳ２７）。そして、マイクロミラーの制御を行いつつ（ステップＳ２８）、ステップＳ１５からの処理を繰り返す。一方、全ての画素の描画を終了した場合（ステップＳ２６においてＹｅｓ）、処理を終了する。
【０１４２】
以上のように、第１の実施の形態における描画装置１は、複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する平行平面板４４と、空間光変調デバイス２の複数のマイクロミラーについて偏向を行うタイミングを各マイクロミラーごとに制御し、レーザ発振器１３から照射されるレーザ光の反射方向を各マイクロミラーごとに制御して、複数のビームのうちの対象となるビームを平行平面板４４に導くミラー制御部３とを備える。これにより、ダイレクトデジタル露光において、空間光変調デバイス２に特別な構造を設けることなく、各ビームの位相制御を実現できる。すなわち、既に実用化されている空間光変調デバイス２によってビームの位相制御が行える。
【０１４３】
また、描画装置１は、複数のビームの光量を制御することにより、位相制御と光量制御とを組み合わせて光学系の回折限界を超えた超解像をダイレクトデジタル露光においても容易に実現できる。
【０１４４】
また、レーザ発振器１３から照射されるレーザ光の反射方向を、複数のマイクロミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされるビームの光量に応じて決定することにより、特別な構造を必要とせずに、光量を連続的に制御できる。また、位相制御と光量制御とを１つのパラメータ（配置角度）で制御できる。
【０１４５】
ビームの位相の変換を、一般式、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）、本実施の形態では例えば平行平面板４４を用いて位相をシフトさせることにより、これを行う。すなわち、アパーチャ４５を透過する光路とアパーチャ４６を透過する光路は同じ光路長となっているが、この平行平面板４４をアパーチャ４６に設けることにより両光路長の差が予め定めた量（例えば、ｎλ＋（１／２）λ、ｎは整数）になる。
【０１４６】
なお、平行平面板４４がシフトさせる位相は逆位相（１／２）に限定されるものではない。例えば、位相を１／４シフトさせるものでもよい。
【０１４７】
＜２． 第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、正位相のビームと、正位相のビームに対して位相を反転させた逆位相のビームのいずれかしか形成することができなかった。しかし、位相の異なる多種のビームを形成するように構成することも可能である。
【０１４８】
図２１は、第２の実施の形態における描画装置１ａの空間光変調デバイス２および調整部４を示す概略図である。
【０１４９】
第２の実施の形態における描画装置１ａの焦点面４３は、アパーチャ４７および位相シフト板４８をさらに備えている点が、第１の実施の形態における描画装置１の焦点面４３と異なっている。なお、描画装置１ａにおいて、描画装置１と同様の構成については同符号を付し、説明を適宜省略する。
【０１５０】
焦点面４３の中心Ｏとアパーチャ４６との間に配置されているアパーチャ４７は、アパーチャ４５，４６と同様の構造を有する部材である。また、アパーチャ４７の後方に配置される平行平面板４８は、通過するビームの位相を１／４だけシフトさせることにより変換する機能を有している。
【０１５１】
ミラー制御部３は、第１の実施の形態と同様に、空間光変調デバイス２の各マイクロミラーの配置角度θを「θS」から「θE」まで連続的に変位させることが可能である。したがって、ミラー制御部３は、開始信号を与えるタイミングを制御することにより、マイクロミラーから出射されるビームを、アパーチャ４５，４６だけでなく、アパーチャ４７（平行平面板４８）にも導くことが可能である。
【０１５２】
以上のように、第２の実施の形態における描画装置１ａにおいても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１５３】
また、位相シフト量の異なる複数の平行平面板４４，４８を設けることにより、描画装置１ａは、第１の実施の形態と同様に開始信号を与えるタイミングを制御することにより、各ビームの光軸方向を切り替えることによって、ビームを３種類の位相のビームとすることができ、描画パターンに応じた柔軟な描画が可能となる。
【０１５４】
なお、平行平面板の数および種類は２つに限定されるものではなく、さらに多くの位相シフト板を設けてもよい。また、平行平面板４４，４８がシフトさせる位相はここに示す例に限定されるものではない。
【０１５５】
＜３． 第３の実施の形態＞
上記実施の形態では、開始信号をマイクロミラーに与えるタイミングを制御することによってビームの光量を連続的に制御する例について説明した。しかし、光量を制御する手法はこれに限定されるものではない。
【０１５６】
図２２は、第３の実施の形態における描画装置１ｂの空間光変調デバイス２および調整部４を示す概略図である。
【０１５７】
第３の実施の形態における描画装置１ｂの焦点面４３は、平行平面板４４の後方に光学フィルタ４９を備えている点が、第１の実施の形態における描画装置１の焦点面４３と異なっている。なお、描画装置１ｂにおいて、描画装置１と同様の構成については同符号を付し、説明を適宜省略する。
【０１５８】
光学フィルタ４９は、通過するビームの光量を５０％に半減させる機能を有しており、一定の透過率を有する光学素子である。すなわち、描画装置１ｂでは、逆位相のビームの光量は、正位相のビームの光量の５０％に固定される。
【０１５９】
これにより、各マイクロミラーの配置角度θは、正位相のビームを形成する場合は「θS」、ＯＦＦのビームを形成する場合は「（θS−θE）／２」、逆位相のビームを形成する場合は「θE」となる。すなわち、画素データは２ビットでよい。このような構成によっても、図１５のような強度分布のビームを照射することができる。
【０１６０】
この場合、「θS」および「θE」は、いずれも各マイクロミラーが静止する配置角度であるから変位中の配置角度に比べて安定的に使用できる配置角度である。そして、「（θS−θE）／２」は変位中の配置角度であるものの、実際には、「θS＋ΔθS＜θ＜θE−ΔθE」の範囲であればビームはＯＦＦとなる。
【０１６１】
すなわち、描画装置１ｂは光量制御を光学フィルタ４９で行うことにより、パターンに対する柔軟性は低下するものの、安定性は向上する。なお、第２の実施の形態のように光軸方向の選択候補を増加させ、各光軸上に様々な光学素子を配置することによって、より多種のビームを形成することができ、柔軟性を向上させることができる。
【０１６２】
なお、光学フィルタ４９の機能をアパーチャ４６あるいは平行平面板４４に組み込んでもよい。
【０１６３】
＜４． 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。
【０１６４】
例えば、開始信号生成部３０をミラー制御部３に設けると説明したが、空間光変調デバイス２に設けてもよい。
【０１６５】
また、上記実施の形態では、正位相のビームを形成するマイクロミラーの配置角度θを「θS」とし、逆位相のビームを形成するマイクロミラーの配置角度θを「θE」としたが、このような配置関係に限定されるものではない。すなわち、焦点面４３におけるアパーチャ４５，４６，４７の配置順序はどのような配置順序でもよい。
【０１６６】
また、アパーチャ４５，４６，４７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。
【０１６７】
また、上記実施の形態に示した各工程は、あくまでも例示であって、同様の効果が得られるならば、各工程の内容および順序が適宜変更されてもよい。
【０１６８】
また、上記実施の形態では、式１３を演算部３２が演算すると説明したが、例えば、ビームの光量（画素値）と遅延回路における遅延時間とを対応付けたルックアップテーブル（変換テーブル）をミラー制御部３に設けるように構成してもよい。あるいは、ビームの光量とマイクロミラーの配置角度とを対応付けたルックアップテーブルを設け、取得された配置角度に基づいて演算部３２が式１１および式９を演算するように構成してもよい。すなわち、プログラム（ソフトウェア）で実現されると説明した機能の一部または全部を論理回路（ハードウェア）で実現してもよいし、論理回路で実現されると説明した機能の一部または全部をソフトウェアで実現してもよい。
【０１６９】
さらにまた、上述の実施の形態では、遅延回路を用いて空間光変調素子デバイスの複数のミラーの各反射面の切り替えタイミングを制御することによって、各反射面の配置角度の変位を制御したが、これに限定しない。例えば、ＳＰＩＥ−The International Society for Optical Engineering "MOEMS Display and Imaging SystemsII" Volume 5348、pp.119-121に記載されているような、所定の角度で各ミラーを静止させることにより各反射面の配置角度を直接制御する方式を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】第１の実施の形態における描画装置を示す図である。
【図２】マイクロミラーに開始信号が与えられたときの経過時間ｔと配置角度θとの関係を例示する図である。
【図３】ミラー制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態における空間光変調デバイスおよび調整部を示す概略図である。
【図５】第１の実施の形態における焦点面を示す図である。
【図６】アパーチャの拡大図である。
【図７】アパーチャの拡大図である。
【図８】アパーチャの拡大図である。
【図９】アパーチャの拡大図である。
【図１０】正位相の１本のビームで１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。
【図１１】図１０に例示するパターンを描画するための理想的なビームの振幅の分布を示す図である。
【図１２】画素Ｐ３に１本のビームを照射した場合の結像面における光の強度分布を示す図である。
【図１３】図１２に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。
【図１４】位相を反転したビームを複数の画素に照射しつつ、１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。
【図１５】図１４に示すパターンを描画する際に、画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に与えるビームの振幅を示す図である。
【図１６】図１５に示す例において、結像面における光の強度分布を各ビームごとに示す図である。
【図１７】図１５に示す例において、結像面における光の強度分布を示す図である。
【図１８】図１７に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。
【図１９】本発明に係る描画方法を示す流れ図である。
【図２０】本発明に係る描画方法を示す流れ図である。
【図２１】第２の実施の形態における描画装置の空間光変調デバイスおよび調整部を示す概略図である。
【図２２】第３の実施の形態における描画装置の空間光変調デバイスおよび調整部を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１，１ａ，１ｂ 描画装置
１０ 可動ステージ
１１ 描画ヘッド
１２ 制御部
１３ レーザ発振器
１４ 照明光学系
１５ 結像光学系
２ 空間光変調デバイス
３ ミラー制御部
４ 調整部
４４，４８ 平行平面板
４５，４６，４７ アパーチャ
４９ 光学フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の微小なミラーを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの位相および光量を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密な微細パターンをフォトマスクを用いずに設計データに基づきダイレクトに描画する技術（ダイレクト露光）において、高精度に、かつ、高速に描画を行うために、アレイ状に配置された複数の微小なミラーによって光源からの光をマルチビーム化して描画する技術が知られている。例えば、このようなミラーデバイス（空間光変調デバイス）を用いてパターンを描画する描画装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
一方で、微細化が進んだ半導体のパターン露光においては、位相差マスクによって光の位相を反転（１８０度シフト）させることにより、レンズの回折限界を超える微細パターンを露光する技術が実用化されている（位相シフト法）。このように、回折限界を超えた超解像で露光が行われる技術が半導体リソグラフィの分野で開発されており、パターンのマスクに光の位相をシフトさせる機能を組み込んだ現像装置（ステッパー）が実用化されている。
【０００４】
また、ダイレクト露光においても空間光変調デバイスによってマルチビーム化された光の位相を制御する技術も提案されている。例えば、空間光変調デバイスの各ミラーの裏面にスプリングを設け、このスプリングを各ミラーごとに伸縮・伸長させることにより、各ミラーの反射面の位置を光軸に対して進退させる技術が提案されている。これにより、各ミラーによって反射される光の光学系における光路長を変更することが可能となるため、各ミラーによって形成されるビームの位相が制御される。例えば、２本のビーム光路長差がビームの波長の１／２となるように制御すれば、これら２本のビームの位相は互いに反転したものとなる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３２２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来のように、位相シフトマスクを用いてパターンを描画（露光）する場合、位相シフトマスクは取り扱いが容易でない上に、非常に高価であり、また、製作にも時間を要するという問題があった。また、位相シフトマスクはパターンごとに製作しなければならず、パターンの変更（設計変更）に柔軟に対応できないという問題もある。
【０００７】
一方、ダイレクト露光においては、上記のような技術が提案されてはいるものの、ミラーデバイスは微小かつ複雑な構造物であり、構造の設計、製造が極めて困難であるという問題があった。すなわち、空間光変調デバイスに位相制御を行う機能を組み込むためには、個々の微小ミラーを偏向させる機能に加えて、光の進行方向にそれぞれの微小ミラーの位置を平行に移動させる機構が必要となる。また、このときの微小ミラーの移動量も光の波長に対して正確に１／４であることが要求される。したがって、現状では実用化に至っていないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、空間光変調デバイスを用いて、光源からの光をマルチビーム化する技術において、マルチビーム化された各ビームの位相を簡易な構造で制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、照射するビームによってパターンを描画する描画装置であって、光を照射する光源と、反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位する複数のミラーによって、前記光源からの光を複数のビームに変調する空間光変調デバイスと、前記複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する位相変換手段と、前記空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御し、前記光源から照射される光の反射方向を各ミラーごとに制御して、前記複数のビームのうちの対象となるビームを前記位相変換手段に導くミラー制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る描画装置であって、前記ミラー制御手段は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明に係る描画装置であって、前記複数のビームの光量を制御する光量制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る描画装置であって、前記光量制御手段は、前記光源から照射される光の反射方向を、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項３の発明に係る描画装置であって、前記光量制御手段は、ビームの光量を変更する光学フィルタであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明に係る描画装置であって、前記位相変換手段は、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明に係る描画装置であって、複数の前記位相変換手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８の発明は、 ビームを照射することによってパターンを描画する描画方法であって、(a)反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位する複数のミラーを備える空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御する工程と、(b)光源から光を照射する工程と、(c)前記光源から照射される光の反射方向が前記反射面の配置角度により制御されている前記空間光変調デバイスの各ミラーによって、前記光源からの光を複数のビームに変調するとともに、前記複数のビームのうちの対象となるビームを位相変換手段に導く工程と、(d)前記位相変換手段によって前記複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る描画方法であって、前記(a)工程は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、請求項８または９の発明に係る描画方法であって、(e)前記複数のビームの光量を制御する工程をさらに有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係る描画方法であって、前記(a)工程における前記反射面の配置角度は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１ないし１１に記載の発明は、空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御し、光源から照射される光の反射方向を各ミラーごとに制御して、複数のビームのうちの対象となるビームを位相変換手段に導いて当該ビームの位相を変換することにより、ダイレクトデジタル露光において、空間光変調デバイスに特別な構造を設けることなく、各ビームの位相制御を実現できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、複数のビームの光量を制御する光量制御手段をさらに備えることにより、位相変換と光量調節とを組み合わせて光学系の回折限界を超えた超解像をダイレクトデジタル露光においても容易に実現できる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、光源から照射される光の反射方向を、複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定することにより、特別な構造を必要とせずに、光量を連続的に制御できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、ビームの光量を変更する光学フィルタによって光量を制御することにより、容易に実現できる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、複数の位相変換手段を備えることにより、多種のビームを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
＜１． 第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における描画装置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。
【００２７】
描画装置１は、可動ステージ１０、描画ヘッド１１および制御部１２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）を描画する装置として構成されている。
【００２８】
なお、パターンを描画する対象物は基板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、本発明における描画装置は、描画される像が視認できるものに限定されるものではなく、例えば、露光装置をも含む概念である。また、描画装置１の１回の描画動作によって描画される画像はｎ個の画素から形成されており（ｎは１以上の整数）、以下の説明では、ｎ番目の画素に対応する構成について「ｎ」の添え字を付すものとする。
【００２９】
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。
【００３０】
また、可動ステージ１０は、制御部１２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することが可能とされている。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、リニアモータを用いた直動機構を採用することができる。
【００３１】
これにより、描画装置１は、描画ヘッド１１から照射される光を基板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、描画装置１から照射されるレーザ光は基板９の表面を像面として結像される。
【００３２】
描画ヘッド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２、ミラー制御部３、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１５を備えている。
【００３３】
詳細は図示しないが、制御部１２は、主にデータを演算するＣＰＵと、画素データ等のデータを記憶するメモリと、各種信号を生成する回路（駆動回路）とから構成されている。制御部１２は、描画装置１の各構成を制御する機能を有し、例えば、可動ステージ１０の水平位置を制御したり、レーザ発振器１３にリセット信号を伝達することにより周期Ｔでレーザ光を照射させる。また、制御部１２は、必要に応じて、リセット信号や画素データをミラー制御部３に伝達する機能も有している。
【００３４】
レーザ発振器１３は、制御部１２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。なお、本実施の形態におけるレーザ発振器１３が照射するレーザ光は、平面波のコヒーレント光である。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、本実施の形態における描画装置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、描画装置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。
【００３８】
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。
【００３９】
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２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２に入射するように調整される。
【００４０】
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２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。
【００４１】
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２は、シリコン基板の上に、微少なミラーが格子状に多数配列した構造を有している。以下、空間光変調デバイス２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。
【００４２】
空間光変調デバイス２の各マイクロミラーは、描画装置１によって描画される画像の各画素に対応している。したがって、空間光変調デバイス２はｎ個のマイクロミラーを有している。
【００４３】
本実施の形態における描画装置１では、空間光変調デバイス２としてマイクロミラーデバイスを採用する。
【００４４】
空間光変調デバイス２の各マイクロミラーは、ミラー制御部３から各マイクロミラーに対して伝達される開始信号に応じて、所定の角度だけ傾くことが可能なように設計されている。具体的には、空間光変調デバイス２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、ミラー制御部３からの開始信号に応じて、θS（第１角度）からθE（第２角度）へと変位する。以下、マイクロミラーの配置角度θについて、「θS≦θ≦θE」とする。
【００４５】
すなわち、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θSとなっている。この状態で、開始信号が与えられたマイクロミラーは、反射面の配置角度θをθSからθE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θS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θEとなる状態へと状態の切り替えを行うタイミングを示す信号として定義する。また、本実施の形態においてマイクロミラーの反射面の配置角度θにおけるθS（あるいはθE）とは、当該マイクロミラーにＯＮ信号（あるいはＯＦＦ信号）を与え続けたときに、最終的に変位が停止するときの反射面の配置角度θとして定義する。
【００４６】
図２は、マイクロミラーに開始信号が与えられたときの経過時間ｔと配置角度θとの関係を例示する図である。
【００４７】
図２に示す例では、開始信号が与えられることによって配置角度θの変位が開始され、時間ｔ１経過後において配置角度θが「θE」となり、配置角度θが「θE」の状態が時間（ｔ２−ｔ１）だけ経過するまで維持された後、配置角度θが再び「θS」へと変位している。一般的なミラーデバイスにおいて、マイクロミラーの反射面の配置角度θが「θS」から「θE」まで傾くのに要する時間ｔ１は、数μｓｅｃから数十μｓｅｃ程度である。
【００４８】
このように、空間光変調デバイス２の複数のマイクロミラーのそれぞれは、開始信号により、反射面の配置角度θが「θS」から「θE」へと連続的に変位する。なお、図２に示す例では、時間ｔ１が経過するまでの間、配置角度θが等速で連続的に変位している様子を示している。しかし、配置角度θが、連続的、かつ、再現性があるように変位するのであれば、その変位速度は必ずしも「等速」に限定されるものではない。すなわち、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーに開始信号が与えられてからの経過時間を「ｔn」、当該マイクロミラーの反射面の配置角度θを「θn」、連続関数ｆnを用いて次の式１と表すことができればよい。
【００４９】
θn＝ｆn（ｔn）・・・式１
【００５０】
そして、本実施の形態における関数ｆnは、図２に示すような関数となるが、一般的なミラーデバイスは式１を満足する。また、関数ｆnが連続関数であることから、関数ｆnには逆関数Ｆnが存在し、この逆関数Ｆnを用いると式２が成立する。
【００５１】
ｔn＝Ｆn（θn）・・・式２
【００５２】
すなわち、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーについて、所望する配置角度θnが決まれば、式２によって、当該マイクロミラーに開始信号を与えるタイミングを決定することができる。
【００５３】
図３は、ミラー制御部３の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ミラー制御部３は、開始信号生成部３０、メモリ３１および演算部３２を備えている。
【００５４】
開始信号生成部３０は、制御部１２から周期Ｔで伝達されるリセット信号を遅延させる複数の遅延回路から構成されている。
【００５５】
開始信号生成部３０における各遅延回路には、空間光変調デバイス２の各マイクロミラーがそれぞれ一対一で対応しており、対応する遅延回路とマイクロミラーとが独立した信号線で互いに接続されている。すなわち、各遅延回路も描画されるパターンの各画素に対応しており、開始信号生成部３０はｎ個の遅延回路を備えている。
【００５６】
開始信号生成部３０の各遅延回路には、制御部１２から先述のリセット信号が同時に入力される。そして、各遅延回路によってそれぞれ遅延されたリセット信号は、各遅延回路に対応するマイクロミラーにおける開始信号として、それぞれのマイクロミラーに個別に、先述の信号線によって伝達される。
【００５７】
すなわち、本実施の形態における開始信号生成部３０は、レーザ発振器１３においてパルスレーザを点灯させるタイミングを決定するためのリセット信号を基準として、各マイクロミラーに与える開始信号を生成する機能を有している。
【００５８】
なお、各遅延回路における遅延時間は、後述する演算部３２によって演算され、各遅延回路に伝達される。また、与えられた遅延時間だけ入力信号（本実施の形態ではリセット信号）を遅延させて出力する遅延回路は、既知の技術を用いてアナログ回路あるいはデジタル回路によって容易に実現できる。
【００５９】
メモリ３１は、それぞれが「０」または「１」の値を記憶することが可能な複数のメモリセルを備えている。また、メモリ３１が備える複数のメモリセルは、所定数（１以上の整数）のメモリセルからなるｎ個のメモリセル群に区分されている。メモリ３１の各メモリセル群は、描画するパターンを構成する各画素にそれぞれ対応している。例えば、１つの画素に対応したメモリセル群が８個のメモリセルによって構成されている場合、各メモリセル群は、対応する画素について−１２７ないし１２７の範囲の画素値を画素データとして記憶することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態における画素データにおいて、画素値が「正」である画素は「正位相」のビームによって描画される画素を示し、画素値が「負」である画素は「逆位相（正位相のビームの位相を１８０°シフトさせた位相）」のビームによって描画される画素を示す。また、描画するパターンを構成する各画素において中間階調（連続階調）を表現する必要がない場合には各メモリセル群が備えるメモリセルは２個のメモリセルで足りるが、中間階調を表現する必要がある場合には階調数に応じた複数個のメモリセルが必要となる。また、以下の説明では、メモリセル群に記憶される画素値を「Ｑ」とし、例えば、ｎ番目の画素の画素値を「Ｑn」と称する。
【００６１】
メモリ３１の各メモリセル群に制御部１２によって格納された各画素データは、演算部３２によって参照され、後述する演算に用いられる。
【００６２】
演算部３２は、メモリ３１の各メモリセル群に記憶されている画素データに基づいて、開始信号生成部３０の各遅延回路における遅延時間を求めて各遅延回路に伝達する機能を有する。演算部３２が演算により遅延時間を求める原理については後述する。
【００６３】
図１に戻って、結像光学系１５は、調整部４、ミラー１５１および結像レンズ１５２を備えている。
【００６４】
図４は、第１の実施の形態における空間光変調デバイス２および調整部４を示す概略図である。図４に示すように、調整部４は、レンズ４０，４１、アパーチャ４２、焦点面４３、平行平面板４４およびアパーチャ４５，４６を備えている。
【００６５】
なお、図４では、空間光変調デバイス２が備える複数のマイクロミラーのうち、代表して３つのマイクロミラーＭＲn-2，ＭＲn-1，ＭＲnのみを図示している。また、図４において、実線で示す光軸（アパーチャ４５を通過する光軸）はマイクロミラーＭＲn-2，ＭＲn-1，ＭＲnの配置角度θが「θS」のときの光軸を示し、破線で示す光軸（アパーチャ４６を通過する光軸）はマイクロミラーＭＲn-2，ＭＲn-1，ＭＲnの配置角度θが「θE」のときの光軸を示す。
【００６６】
レンズ４０の焦点距離は「ｆＡ」であり、レンズ４１の焦点距離は「ｆＢ」である。そして、図４に示すように、空間光変調デバイス２と焦点面４３はレンズ４０からそれぞれ焦点距離ｆＡだけ離れた位置に配置され、焦点面４３とアパーチャ４２はレンズ４１からそれぞれ焦点距離ｆＢだけ離れた位置に配置されている。
【００６７】
アパーチャ４２は、先述のように、レンズ４１から焦点距離ｆＢだけ離れた位置に配置されており、レンズ４１の像面を形成している。アパーチャ４２は、レンズ４１から入射する光を平行光としつつ、各光の光軸方向を（＋Ｙ）方向に調整し、調整部４から出射させる機能を有している。
【００６８】
図５は、第１の実施の形態における焦点面４３を示す図である。焦点面４３の大部分（図５において網掛けで示す部分）は、光を遮蔽する部材で形成されており、所定の位置に平行平面板４４およびアパーチャ４５，４６が取り付けられている。言い換えると、焦点面４３は、アパーチャ４５，４６以外の位置に入射した光を遮断する機能を有している。
【００６９】
平行平面板４４は、アパーチャ４６の（＋Ｙ）側に配置され、アパーチャ４６を通過したビームの全てが平行平面板４４を通過するように配置されている。平行平面板４４は、通過するビームの位相を１８０°シフトさせる（反転させる）。すなわち、平行平面板４４は、空間光変調デバイス２から出射される複数のビームのうちのアパーチャ４６を通過したビームの位相を１８０°変換する機能を有している。
【００７０】
アパーチャ４５とアパーチャ４６とは、互いに焦点面４３の中心Ｏから等距離に配置されている。したがって、空間光変調デバイス２の任意のマイクロミラーからアパーチャ４５までの距離は、当該マイクロミラーからアパーチャ４６までの距離と等しい。
【００７１】
図６および図７は、アパーチャ４５の拡大図である。なお、アパーチャ４５の後方には平行平面板４４に相当する構成は設けられていないため、アパーチャ４５を通過したビームの位相は変換されない。本実施の形態では、アパーチャ４５を通過したビームの位相を「正位相」と定義する。
【００７２】
図６に示す円形領域８０は、マイクロミラーＭＲnの反射面の配置角度θが「θS」のときに、マイクロミラーＭＲnによって反射されたビームが入射する領域を示すものである。図４では、幾何光学により各マイクロミラーからのビームが全てアパーチャ４５の一点に集光されるように示している。しかし、波動光学では、焦点面４３においてもビームは図６に示すように一定の広がりを持っている。
【００７３】
また、マイクロミラーＭＲnと異なる位置に配置されているマイクロミラーＭＲn-1によって形成されたビームであっても、マイクロミラーＭＲnと同じ配置角度θSで反射されたビームは、図４に示すように、焦点面４３（アパーチャ４５）の同一位置を通過する。したがって、上記において、円形領域８０はマイクロミラーＭＲnによって反射されたビームが入射する領域と説明したが、配置角度θが「θS」のマイクロミラーによって反射されたビームは全て円形領域８０に入射する。すなわち、配置角度θが「θS」のとき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アパーチャ４５に入射する。このとき当該ビームの全光量が、対応する画素を描画するために照射されるビームの光量となる。
【００７４】
図６に示す円形領域８１は、配置角度θが「θS＋ΔθS」となっている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ものである。円形領域８１はアパーチャ４５と重ならない領域となっている。すなわち、マイクロミラーの配置角度θが「θS」から「θE」へと変位している状態において、「θS＋ΔθS≦θ」となると、当該マイクロミラーによって反射されたビームの全光束はアパーチャ４５に入射しない状態となる。
【００７５】
演算部３２は、正位相のビーム（正の画素値に対応した画素を描画するビーム）については、当該ビームを形成するマイクロミラーの配置角度θを「θS≦θ≦θS＋ΔθS」の範囲で制御するものとする。これにより、正位相となるべきビームが入射しうる領域は、結局、図６に示す領域８２となる。
【００７６】
図７に示す円形領域８３は、配置角度θが「θS＜θ＜θS＋ΔθS」のときの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。このような場合には、反射されたビームの一部だけがアパーチャ４５に入射し、その他の部分は焦点面４３によって遮蔽される。すなわち、円形領域８３とアパーチャ４５との重なる領域８４（図７において黒色で示す領域）に入射したビームのみがアパーチャ４５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アパーチャ４５に入射する場合に比べて、遮蔽された分だけ減少する。
【００７７】
すなわち、アパーチャ４５を透過するビームの光量は、領域８４の面積に依存し、当該面積は、配置角度θに依存する。逆に言えば、ｎ番目の画素を描画するために照射すべき正位相のビームの光量を「Ωn」とし、ビームの位相の「正」「逆」をビームの光量の「正」「負」で表すとすると、当該光量Ωnを得るための配置角度θnは、連続関数Ｓnを用いて式３と表すことができる。
【００７８】
θn＝Ｓn（Ωn） （Ωn＞０）・・・式３
【００７９】
図８および図９は、アパーチャ４６の拡大図である。なお、アパーチャ４６の後方には平行平面板４４が設けられている、アパーチャ４６を通過したビームの位相は平行平面板４４によって変換される。本実施の形態では、アパーチャ４６を通過したビームの位相は、アパーチャ４５を通過したビーム（正位相）に対して「逆位相」となる。
【００８０】
図８に示す円形領域８５は、配置角度θが「θE,」となっている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ものである。すなわち、配置角度θが「θE」のとき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アパーチャ４６に入射する。したがって、このとき当該ビームの全光量が、対応する画素を描画するために照射されるビームの光量となる。
【００８１】
また、図８に示す円形領域８６は、配置角度θが「θE−ΔθE」となっている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ものである。すなわち、マイクロミラーの配置角度θが「θS」から「θE」へと変位している状態において、「θE−ΔθE＜θ」となると、当該マイクロミラーによって反射されたビームはアパーチャ４６に入射する状態となる。
【００８２】
演算部３２は、逆位相のビーム（負の画素値に対応した画素を描画するビーム）については、当該ビームを形成するマイクロミラーの配置角度θを「θE−ΔθE≦θ≦θE」の範囲で制御するものとする。これにより、逆位相のビームが入射しうる領域は、結局、図８に示す領域８７となる。
【００８３】
図９に示す円形領域８８は、配置角度θが「θE−ΔθE＜θ＜θE」となっている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。このような場合には、反射されたビームの一部だけがアパーチャ４６に入射し、その他の部分は焦点面４３によって遮蔽される。すなわち、円形領域８８とアパーチャ４６との重なる領域８９（図９において黒色で示す領域）に入射したビームのみがアパーチャ４６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アパーチャ４６に入射する場合に比べて、遮蔽された分だけ減少する。
【００８４】
すなわち、アパーチャ４６を通過するビームの光量は領域８９の面積に依存し、当該面積は、配置角度θに依存する。逆に言えば、逆位相のビームの光量を「Ωn」とすると、当該光量Ωnを得るための配置角度θnは、連続関数Ｅnを用いて式４と表すことができる。
【００８５】
θn＝Ｅn（Ωn） （Ωn＜０）・・・式４
【００８６】
このように、アパーチャ４５，４６は、通過するレーザ光の位置によって光量が変化する光学素子として構成されている。なお、図４から明らかなように、描画装置１では、焦点面４３において、アパーチャ４５とアパーチャ４６との間にビームが照射されると、当該ビームは焦点面４３に遮蔽されるため、当該ビームが基板９に照射されることはない。すなわち、マイクロミラーの配置角度θが「θS＋ΔθS＜θ＜θE−ΔθE」である場合に、当該マイクロミラーによって形成されるビームの光量は「０」となる。
【００８７】
本実施の形態では、光量が「０」である場合の配置角度θnを、図４に太い矢印で示す角度とする。すなわち、式５が成立する。
【００８８】
θn＝（θS＋θE）／２ （Ωn＝０）・・・式５
【００８９】
なお、式３ないし式５を便宜上の関数Ｐnを用いて式６と表すこととする。
【００９０】
θn＝Ｐn（Ωn）・・・式６
【００９１】
図１に戻って、アパーチャ４２を通過して調整部４から出射されたビームはミラー１５１に向けて出射される。
【００９２】
調整部４からミラー１５１に向けて出射されたビームは、ミラー１５１によって反射され、結像レンズ１５２を介して像面たる基板９の表面に照射される。これにより、当該ビームに対応する画素の位置に当該ビームが照射され、所望の画素が描画される。
【００９３】
ここで、演算部３２が遅延時間を求める原理を説明する。
【００９４】
本実施の形態における描画装置１では周期Ｔのリセット信号ごとにレーザ光が照射される。したがって、ｍ回目のレーザ光が照射されるタイミングは「ｍＴ」である。また、ｎ番目の画素に対応するマイクロミラーにｍ回目の描画のための開始信号が与えられてからの経過時間を「ｔn,m」とすると、ｍ回目の描画のためのレーザ光は当該開始信号が与えられてから「ｔn,m」経過したときに照射されるので、ｍ回目の開始信号が与えられるタイミングτn,mは、式７で表される。
【００９５】
τn,m＝ｍＴ−ｔn,m・・・式７
【００９６】
また、（ｍ−１）回目の描画からｍ回目の開始信号が与えられるまでの時間（ｎ番目の画素に対応する遅延回路のｍ回目の描画に対する遅延時間ｄn,m）は、次の式８で表される。
【００９７】
ｄn,m＝τn,m−（ｍ−１）Ｔ・・・式８
【００９８】
したがって、式７を式８に代入すると、式９が成立する。
【００９９】
ｄn,m＝Ｔ−ｔn,m・・・式９
【０１００】
また、式６は式１０と表すことができ、式２は式１１と表すことができる。
【０１０１】
θn,m＝Ｐn（Ωn,m）・・・式１０
【０１０２】
ｔn,m＝Ｆn（θn,m）・・・式１１
【０１０３】
ここで、関数Ｆnおよび関数Ｐnの合成関数を関数Ｘnとすると、式１０および式１１から式１２が成立する。
【０１０４】
ｔn,m＝Ｘn（Ωn,m）・・・式１２
【０１０５】
なお、関数Ｘn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記憶しておくことができる。
【０１０６】
さらに、式１２を式９に代入することによって式１３が成立する。
【０１０７】
ｄn,m＝Ｔ−Ｘn（Ωn,m）・・・式１３
【０１０８】
ｍ回目の描画において、ｎ番目の画素を描画するために必要なレーザ光の光量Ωn,mは、ｎ番目の画素に対応したメモリセル群にｍ回目の画素データとして記憶される画素値Ｑn,mによって求まる。また、そのときのビームが正位相であるか逆位相であるかは、画素値Ｑn,mが「正」「負」のいずれであるかによって決定できる。したがって、演算部３２は、制御部１２から与えられるｍ回目の画素データに基づいて式１３を演算することにより、各遅延回路における遅延時間ｄn,mを求めることができる。
【０１０９】
以上が描画装置１の構成および機能の説明である。次に、このような描画装置１において光学系の回折限界を超えた解像度が実現される原理を説明する。
【０１１０】
まず、ビームの位相を制御する機能がない場合（正位相のビームのみ照射可能な場合）について説明する。
【０１１１】
図１０は、正位相の１本のビームで１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。図１０では、一次元的に配列した７つの画素Ｐ０ないしＰ６のうちの中央の画素Ｐ３を描画する例を示している。したがって、この例では、画素Ｐ３に対応したマイクロミラーによって形成されるビームのみが照射される。なお、各画素Ｐ０ないしＰ６のサイズは、縦横の長さサイズがいずれもビームピッチＢＰとする。
【０１１２】
図１１は、図１０に例示するパターンを描画するための理想的なビームの振幅の分布を示す図である。これによれば、画素Ｐ３に対応する位置のみに、ビームが照射されることが好ましいことがわかる。
【０１１３】
図１２は、画素Ｐ３に１本のビームを照射した場合の結像面における光の強度分布を示す図である。
【０１１４】
図１２を図１１と比較すると、光の強度分布はビームピッチに比べて広くなり、ビームが照射される領域は画素Ｐ３のサイズよりも大きくなることがわかる。この広がりは、ビームの波長と光学系のレンズの開口数とで決まる回折限界により、装置の光学系によって一定となり、これ以上狭くする（絞る）ことができない。
【０１１５】
図１３は、図１２に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。なお、図１３に示す閾値Ｖは、感光材料の感度を示す値である。図１３に示すように、位相を反転させずに描画する場合、ビームの描画領域の最小サイズはＶＰ0となる。
【０１１６】
次に、画素ごとに位相を反転させたビームを照射することが可能な場合について説明する。
【０１１７】
図１４は、位相を反転したビームを複数の画素に照射しつつ、１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。図１４では、図１０と同様に一次元的に配列した７つの画素Ｐ０ないしＰ６のうちの中央の画素Ｐ３を描画する例を示している。ただし、画素Ｐ１，Ｐ５に位相を反転させたビームを照射する。すなわち、画素Ｐ３には正の画素値が、そして画素Ｐ１，Ｐ５には負の画素値が記憶されている。
【０１１８】
図１５は、図１４に示すパターンを描画する際に、画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に与えるビームの振幅を示す図である。図１５では、正位相のビームの振幅を正の値で示し、逆位相のビームの振幅を負の値で示す。ここに示す例では、逆位相のビームの振幅は、正位相のビームの振幅よりも小さい。
【０１１９】
図１６は、図１５に示す例において、結像面における光の強度分布を各ビームごとに示す図である。各ビームの強度分布の広がりは、先述のように、光学系の回折限界で決まるため、各ビームの振幅によらず、ほぼ一定である。
【０１２０】
図１７は、図１５に示す例において、結像面における光の強度分布を示す図である。正位相のビームが照射される領域と、逆位相のビームが照射される領域とが重なる領域では、ビームの強度は互いに引き算される。
【０１２１】
図１８は、図１７に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。３つの画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に対応するマイクロミラーからビームが照射されることにより、ビームが照射される領域は、図１３に示す例に比べて拡大する。しかしながら、周辺部の成分は、図１３に示す場合に比べて抑制されており、この大きさ（周辺部のピーク）を感光材料の感度以下にする（このような感光材料を選択する）ことにより、ビームの描画領域の最小サイズはＶＰ1となる。図１３のＶＰ0と図１８のＶＰ1とを比較すれば、明らかにＶＰ1のサイズの方が小さい。すなわち、正位相のビームの位相を反転した逆位相のビームを照射することにより、回折限界を超えた解像度が実現できることがわかる。
【０１２２】
このように、描画装置１が各画素ごと（各マイクロミラーごと）に位相および光量を制御することにより、高価な位相シフトマスクを用いることなく、回折限界を超えた高解像度を実現できる。
【０１２３】
なお、ここに示す原理は簡略化した一例であり、描画するパターン形状や、用いるビームのプロファイル（強度分布）等に応じて、正位相または逆位相のビームを照射すべき画素および光量は様々に変化する。本実施の形態における画素データは、ＣＡＤデータから生成されたビットマップデータに解像度改善処理（例えば、Optical Proximity Correction等）を実行することによって作成される。先述のように、本実施の形態における画素データにおいて、画素値の絶対値は光量を示し、符号は位相を示す（「正符号」は正位相、「負符号」は逆位相）。また、解像度改善処理は、外部の装置で実行されてもよいし、制御部１２において実行されてもよい。
【０１２４】
次に、描画装置１を用いてパターンを描画する描画方法について説明する。
【０１２５】
図１９および図２０は、本発明に係る描画方法を示す流れ図である。なお、図１９に示すステップＳ１１の処理が開始されるまでに、可動ステージ１０に基板９が載置され、可動ステージ１０（基板９）の描画ヘッド１１に対する相対位置が決定されているものとする。
【０１２６】
まず、リセット信号の回数をカウントするカウンタｊの値を「０」にリセットする（ステップＳ１１）。なお、以下の説明では、レーザ光をＪ回照射するとパターンの描画が終了するものとする。すなわち、パターンをＪ個に分割して描画する例について説明する。
【０１２７】
次に、制御部１２は、ミラー制御部３のメモリ３１に１回目の描画に係る画素データを書き込む（ステップＳ１２）。これによってミラー制御部３の演算部３２は、書き込まれた１回目の画素データに基づいて遅延時間を演算する（ステップＳ１３）。
【０１２８】
次に、制御部１２はリセット信号の周期Ｔによる送出を開始し（ステップＳ１４）、周期Ｔが経過したか否か（ステップＳ１５）を監視する状態に移行する。なお、この監視状態において、ミラー制御部３は空間光変調デバイス２の各マイクロミラーの制御を行う（ステップＳ２８）が、ステップＳ２８については後述する。
【０１２９】
周期Ｔが経過すると、描画装置１は、ステップＳ１５においてＹｅｓと判定し、カウンタｊの値がＪより小さいか否かをさらに判定する（ステップＳ１６）。
【０１３０】
カウンタｊの値がＪより小さい場合（ステップＳ１６においてＹｅｓ）、制御部１２はリセット信号を開始信号生成部３０に伝達し、演算部３２は求めた遅延時間を開始信号生成部３０に伝達する。これにより、開始信号生成部３０が各遅延回路にリセット信号と、当該リセット信号を遅延させる時間を示す遅延時間とをセットする（ステップＳ１７）。これによって、空間光変調デバイス２の各マイクロミラーに開始信号が伝達されるタイミングが決定される。
【０１３１】
すなわち、ステップＳ１７が実行されるたびに、それ以後は、開始信号生成部３０の各遅延回路において、時間の経過により遅延時間が「０」となった遅延回路から順次、対応するマイクロミラーに開始信号が伝達される。これにより、ミラー制御部３は、複数のマイクロミラーについて状態の切り替えを行うタイミングを各マイクロミラーごとに制御する（ステップＳ２８）。
【０１３２】
なお、本実施の形態では、状態を変更する必要のないマイクロミラー（レーザ光が入射するときの配置角度θが「θS」でよいマイクロミラー）については、開始信号を伝達する必要がない。したがって、演算部３２は、このようなマイクロミラーに対応する遅延回路には、遅延時間として「Ｕ」をセットする（たたし、Ｕ＞Ｔ）。これにより、「Ｕ」がセットされた遅延回路では遅延時間Ｕが経過する前に周期Ｔが経過してレーザ光が照射されるため、当該遅延回路に対応したマイクロミラーには開始信号が伝達される前にレーザ光が照射される。すなわち、当該マイクロミラーは、配置角度θが「θS」の状態でレーザ光を反射することになり、形成されたビームはアパーチャ４５を通過する。
【０１３３】
ステップＳ１７が実行されると、制御部１２は（ｊ＋１）回目の描画（次回の描画）に係る画素データをメモリ３１に書き込み（ステップＳ１８）、これに応じて演算部３２が遅延時間の演算を開始する（ステップＳ１９）。すなわち、ステップＳ１７ないしＳ１９の処理は、次回の描画に備えるために実行する処理である。
【０１３４】
一方、ステップＳ１６において、カウンタｊの値がＪ以上である場合とは、今回の描画で全てのパターンの描画が終了することを意味する。すなわち、次回の描画は行われないので、次回の画素データは存在しない。したがって、描画装置１は、次回の描画の準備のための処理（ステップＳ１７ないしＳ１９の処理）をスキップする。
【０１３５】
ステップＳ１６においてＮｏと判定されるか、あるいはステップＳ１９が実行されると、次に制御部１２はカウンタｊの値が１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。カウンタｊの値が「０」の場合、今回の描画は行わないので、ステップＳ２２ないしＳ２６の処理をスキップし、カウンタｊの値をインクリメントする（ステップＳ２７）。
【０１３６】
ステップＳ２１においてカウンタｊの値が１以上である場合は、今回の描画（ｊ回目の描画）が必要であることを意味する。したがって、制御部１２はリセット信号をレーザ発振器１３に伝達し、レーザ発振器１３がレーザ光を照射する（ステップＳ２２）。このとき制御部１２からレーザ発振器１３に伝達されるリセット信号は、ステップＳ１７において開始信号生成部３０に伝達されたリセット信号である。
【０１３７】
ステップＳ２２において照射されたレーザ光は照明光学系１４に導かれて、空間光変調デバイス２に入射する。空間光変調デバイス２に入射したレーザ光は、空間光変調デバイス２の各マイクロミラーによってそれぞれの方向に反射されることにより複数のビームに変調され（ステップＳ２３）、結像光学系１５（調整部４）に入射する（ステップＳ２４）。
【０１３８】
結像光学系１５の調整部４に入射した各ビームは、各マイクロミラーの反射方向（反射時の配置角度θ）に応じて、正位相のビームとして照射されるべきビームはアパーチャ４５に、画素値「０」の画素に対応したビームは焦点面４３の中央部に、逆位相のビームとして照射されるべきビームはアパーチャ４６に、それぞれ導かれる。そして、アパーチャ４５に導かれたビームはそのままアパーチャ４５を通過し、焦点面４３の中央部に導かれたビームは遮蔽され、アパーチャ４６に導かれたビームはアパーチャ４６を通過した後平行平面板４４を通過する。
【０１３９】
すなわち、ステップＳ２３，Ｓ２４は、レーザ発振器１３から照射されるレーザ光の反射方向が開始信号の与えられるタイミングにより制御されている空間光変調デバイス２の各マイクロミラーによって、レーザ発振器１３からのレーザ光を複数のビームに変調するとともに、複数のビームのうちの対象となるビーム（逆位相に変換されるべきビーム）を平行平面板４４に導く工程である。また、ステップＳ２４は、平行平面板４４によって、調整部４に入射した複数のビームのうち、平行平面板４４を通過したビームの位相を反転させることにより位相を変換する工程でもある。
【０１４０】
調整部４から出射した複数のビーム（遮蔽されなかったビーム）は、ミラー１５１および結像レンズ１５２によって所定の方向に導かれ、基板９の表面の所定の位置にそれぞれ照射される。これにより、１回の照射によって描画されるパターンの各画素が描画される（ステップＳ２５）。
【０１４１】
１回の描画が終了すると、描画装置１は、カウンタｊの値が「Ｊ」であるか否かを判定することにより、全ての描画が終了したか否かを確認し（ステップＳ２６）、未だ描画していない画素が残っている場合には、可動ステージ１０を所定の位置に移動させた後、カウンタｊの値をインクリメントする（ステップＳ２７）。そして、マイクロミラーの制御を行いつつ（ステップＳ２８）、ステップＳ１５からの処理を繰り返す。一方、全ての画素の描画を終了した場合（ステップＳ２６においてＹｅｓ）、処理を終了する。
【０１４２】
以上のように、第１の実施の形態における描画装置１は、複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する平行平面板４４と、空間光変調デバイス２の複数のマイクロミラーについて偏向を行うタイミングを各マイクロミラーごとに制御し、レーザ発振器１３から照射されるレーザ光の反射方向を各マイクロミラーごとに制御して、複数のビームのうちの対象となるビームを平行平面板４４に導くミラー制御部３とを備える。これにより、ダイレクトデジタル露光において、空間光変調デバイス２に特別な構造を設けることなく、各ビームの位相制御を実現できる。すなわち、既に実用化されている空間光変調デバイス２によってビームの位相制御が行える。
【０１４３】
また、描画装置１は、複数のビームの光量を制御することにより、位相制御と光量制御とを組み合わせて光学系の回折限界を超えた超解像をダイレクトデジタル露光においても容易に実現できる。
【０１４４】
また、レーザ発振器１３から照射されるレーザ光の反射方向を、複数のマイクロミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされるビームの光量に応じて決定することにより、特別な構造を必要とせずに、光量を連続的に制御できる。また、位相制御と光量制御とを１つのパラメータ（配置角度）で制御できる。
【０１４５】
ビームの位相の変換を、一般式、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）、本実施の形態では例えば平行平面板４４を用いて位相をシフトさせることにより、これを行う。すなわち、アパーチャ４５を透過する光路とアパーチャ４６を透過する光路は同じ光路長となっているが、この平行平面板４４をアパーチャ４６に設けることにより両光路長の差が予め定めた量（例えば、ｎλ＋（１／２）λ、ｎは整数）になる。
【０１４６】
なお、平行平面板４４がシフトさせる位相は逆位相（１／２）に限定されるものではない。例えば、位相を１／４シフトさせるものでもよい。
【０１４７】
＜２． 第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、正位相のビームと、正位相のビームに対して位相を反転させた逆位相のビームのいずれかしか形成することができなかった。しかし、位相の異なる多種のビームを形成するように構成することも可能である。
【０１４８】
図２１は、第２の実施の形態における描画装置１ａの空間光変調デバイス２および調整部４を示す概略図である。
【０１４９】
第２の実施の形態における描画装置１ａの焦点面４３は、アパーチャ４７および位相シフト板４８をさらに備えている点が、第１の実施の形態における描画装置１の焦点面４３と異なっている。なお、描画装置１ａにおいて、描画装置１と同様の構成については同符号を付し、説明を適宜省略する。
【０１５０】
焦点面４３の中心Ｏとアパーチャ４６との間に配置されているアパーチャ４７は、アパーチャ４５，４６と同様の構造を有する部材である。また、アパーチャ４７の後方に配置される平行平面板４８は、通過するビームの位相を１／４だけシフトさせることにより変換する機能を有している。
【０１５１】
ミラー制御部３は、第１の実施の形態と同様に、空間光変調デバイス２の各マイクロミラーの配置角度θを「θS」から「θE」まで連続的に変位させることが可能である。したがって、ミラー制御部３は、開始信号を与えるタイミングを制御することにより、マイクロミラーから出射されるビームを、アパーチャ４５，４６だけでなく、アパーチャ４７（平行平面板４８）にも導くことが可能である。
【０１５２】
以上のように、第２の実施の形態における描画装置１ａにおいても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１５３】
また、位相シフト量の異なる複数の平行平面板４４，４８を設けることにより、描画装置１ａは、第１の実施の形態と同様に開始信号を与えるタイミングを制御することにより、各ビームの光軸方向を切り替えることによって、ビームを３種類の位相のビームとすることができ、描画パターンに応じた柔軟な描画が可能となる。
【０１５４】
なお、平行平面板の数および種類は２つに限定されるものではなく、さらに多くの位相シフト板を設けてもよい。また、平行平面板４４，４８がシフトさせる位相はここに示す例に限定されるものではない。
【０１５５】
＜３． 第３の実施の形態＞
上記実施の形態では、開始信号をマイクロミラーに与えるタイミングを制御することによってビームの光量を連続的に制御する例について説明した。しかし、光量を制御する手法はこれに限定されるものではない。
【０１５６】
図２２は、第３の実施の形態における描画装置１ｂの空間光変調デバイス２および調整部４を示す概略図である。
【０１５７】
第３の実施の形態における描画装置１ｂの焦点面４３は、平行平面板４４の後方に光学フィルタ４９を備えている点が、第１の実施の形態における描画装置１の焦点面４３と異なっている。なお、描画装置１ｂにおいて、描画装置１と同様の構成については同符号を付し、説明を適宜省略する。
【０１５８】
光学フィルタ４９は、通過するビームの光量を５０％に半減させる機能を有しており、一定の透過率を有する光学素子である。すなわち、描画装置１ｂでは、逆位相のビームの光量は、正位相のビームの光量の５０％に固定される。
【０１５９】
これにより、各マイクロミラーの配置角度θは、正位相のビームを形成する場合は「θS」、ＯＦＦのビームを形成する場合は「（θS−θE）／２」、逆位相のビームを形成する場合は「θE」となる。すなわち、画素データは２ビットでよい。このような構成によっても、図１５のような強度分布のビームを照射することができる。
【０１６０】
この場合、「θS」および「θE」は、いずれも各マイクロミラーが静止する配置角度であるから変位中の配置角度に比べて安定的に使用できる配置角度である。そして、「（θS−θE）／２」は変位中の配置角度であるものの、実際には、「θS＋ΔθS＜θ＜θE−ΔθE」の範囲であればビームはＯＦＦとなる。
【０１６１】
すなわち、描画装置１ｂは光量制御を光学フィルタ４９で行うことにより、パターンに対する柔軟性は低下するものの、安定性は向上する。なお、第２の実施の形態のように光軸方向の選択候補を増加させ、各光軸上に様々な光学素子を配置することによって、より多種のビームを形成することができ、柔軟性を向上させることができる。
【０１６２】
なお、光学フィルタ４９の機能をアパーチャ４６あるいは平行平面板４４に組み込んでもよい。
【０１６３】
＜４． 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。
【０１６４】
例えば、開始信号生成部３０をミラー制御部３に設けると説明したが、空間光変調デバイス２に設けてもよい。
【０１６５】
また、上記実施の形態では、正位相のビームを形成するマイクロミラーの配置角度θを「θS」とし、逆位相のビームを形成するマイクロミラーの配置角度θを「θE」としたが、このような配置関係に限定されるものではない。すなわち、焦点面４３におけるアパーチャ４５，４６，４７の配置順序はどのような配置順序でもよい。
【０１６６】
また、アパーチャ４５，４６，４７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。
【０１６７】
また、上記実施の形態に示した各工程は、あくまでも例示であって、同様の効果が得られるならば、各工程の内容および順序が適宜変更されてもよい。
【０１６８】
また、上記実施の形態では、式１３を演算部３２が演算すると説明したが、例えば、ビームの光量（画素値）と遅延回路における遅延時間とを対応付けたルックアップテーブル（変換テーブル）をミラー制御部３に設けるように構成してもよい。あるいは、ビームの光量とマイクロミラーの配置角度とを対応付けたルックアップテーブルを設け、取得された配置角度に基づいて演算部３２が式１１および式９を演算するように構成してもよい。すなわち、プログラム（ソフトウェア）で実現されると説明した機能の一部または全部を論理回路（ハードウェア）で実現してもよいし、論理回路で実現されると説明した機能の一部または全部をソフトウェアで実現してもよい。
【０１６９】
さらにまた、上述の実施の形態では、遅延回路を用いて空間光変調素子デバイスの複数のミラーの各反射面の切り替えタイミングを制御することによって、各反射面の配置角度の変位を制御したが、これに限定しない。例えば、ＳＰＩＥ−The International Society for Optical Engineering "MOEMS Display and Imaging SystemsII" Volume 5348、pp.119-121に記載されているような、所定の角度で各ミラーを静止させることにより各反射面の配置角度を直接制御する方式を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】第１の実施の形態における描画装置を示す図である。
【図２】マイクロミラーに開始信号が与えられたときの経過時間ｔと配置角度θとの関係を例示する図である。
【図３】ミラー制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態における空間光変調デバイスおよび調整部を示す概略図である。
【図５】第１の実施の形態における焦点面を示す図である。
【図６】アパーチャの拡大図である。
【図７】アパーチャの拡大図である。
【図８】アパーチャの拡大図である。
【図９】アパーチャの拡大図である。
【図１０】正位相の１本のビームで１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。
【図１１】図１０に例示するパターンを描画するための理想的なビームの振幅の分布を示す図である。
【図１２】画素Ｐ３に１本のビームを照射した場合の結像面における光の強度分布を示す図である。
【図１３】図１２に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。
【図１４】位相を反転したビームを複数の画素に照射しつつ、１つの画素を描画する際の画素の配列例を示す図である。
【図１５】図１４に示すパターンを描画する際に、画素Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５に与えるビームの振幅を示す図である。
【図１６】図１５に示す例において、結像面における光の強度分布を各ビームごとに示す図である。
【図１７】図１５に示す例において、結像面における光の強度分布を示す図である。
【図１８】図１７に示す例において、光のエネルギーの分布を示す図である。
【図１９】本発明に係る描画方法を示す流れ図である。
【図２０】本発明に係る描画方法を示す流れ図である。
【図２１】第２の実施の形態における描画装置の空間光変調デバイスおよび調整部を示す概略図である。
【図２２】第３の実施の形態における描画装置の空間光変調デバイスおよび調整部を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１，１ａ，１ｂ 描画装置
１０ 可動ステージ
１１ 描画ヘッド
１２ 制御部
１３ レーザ発振器
１４ 照明光学系
１５ 結像光学系
２ 空間光変調デバイス
３ ミラー制御部
４ 調整部
４４，４８ 平行平面板
４５，４６，４７ アパーチャ
４９ 光学フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射するビームによってパターンを描画する描画装置であって、
光を照射する光源と、
反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位する複数のミラーによって、前記光源からの光を複数のビームに変調する空間光変調デバイスと、
前記複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する位相変換手段と、
前記空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御し、前記光源から照射される光の反射方向を各ミラーごとに制御して、前記複数のビームのうちの対象となるビームを前記位相変換手段に導くミラー制御手段と、
を備えることを特徴とする描画装置。
【請求項２】
請求項１に記載の描画装置であって、
前記ミラー制御手段は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする描画装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の描画装置であって、
前記複数のビームの光量を制御する光量制御手段をさらに備えることを特徴とする描画装置。
【請求項４】
請求項３に記載の描画装置であって、
前記光量制御手段は、前記光源から照射される光の反射方向を、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定することを特徴とする描画装置。
【請求項５】
請求項３に記載の描画装置であって、
前記光量制御手段は、ビームの光量を変更する光学フィルタであることを特徴とする描画装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の描画装置であって、
前記位相変換手段は、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）であることを特徴とする描画装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の描画装置であって、
複数の前記位相変換手段を備えることを特徴とする描画装置。
【請求項８】
ビームを照射することによってパターンを描画する描画方法であって、
(a) 反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位する複数のミラーを備える空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御する工程と、
(b) 光源から光を照射する工程と、
(c) 前記光源から照射される光の反射方向が前記反射面の配置角度により制御されている前記空間光変調デバイスの各ミラーによって、前記光源からの光を複数のビームに変調するとともに、前記複数のビームのうちの対象となるビームを位相変換手段に導く工程と、
(d) 前記位相変換手段によって前記複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する工程と、
を有することを特徴とする描画方法。
【請求項９】
請求項８に記載の描画方法であって、
前記(a)工程は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする描画方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の描画方法であって、
(e) 前記複数のビームの光量を制御する工程をさらに有することを特徴とする描画方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の描画方法であって、
前記(a)工程における前記反射面の配置角度は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて制御されることを特徴とする描画方法。
【請求項１】
照射するビームによってパターンを描画する描画装置であって、
光を照射する光源と、
反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位する複数のミラーによって、前記光源からの光を複数のビームに変調する空間光変調デバイスと、
前記複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する位相変換手段と、
前記空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御し、前記光源から照射される光の反射方向を各ミラーごとに制御して、前記複数のビームのうちの対象となるビームを前記位相変換手段に導くミラー制御手段と、
を備えることを特徴とする描画装置。
【請求項２】
請求項１に記載の描画装置であって、
前記ミラー制御手段は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする描画装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の描画装置であって、
前記複数のビームの光量を制御する光量制御手段をさらに備えることを特徴とする描画装置。
【請求項４】
請求項３に記載の描画装置であって、
前記光量制御手段は、前記光源から照射される光の反射方向を、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて決定することを特徴とする描画装置。
【請求項５】
請求項３に記載の描画装置であって、
前記光量制御手段は、ビームの光量を変更する光学フィルタであることを特徴とする描画装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の描画装置であって、
前記位相変換手段は、ｎλ±（１／ｍ）λを満たす光学素子（但し、ｎ，ｍは整数、１／ｍは予め定めた位相差）であることを特徴とする描画装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の描画装置であって、
複数の前記位相変換手段を備えることを特徴とする描画装置。
【請求項８】
ビームを照射することによってパターンを描画する描画方法であって、
(a) 反射面の配置角度が第１角度となる状態と前記反射面の配置角度が第２角度となる状態との間で状態の切り替えが可能であるとともに、前記状態の切り替えが行われたときに、前記反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で変位する複数のミラーを備える空間光変調デバイスの前記複数のミラーについて前記反射面の配置角度を各ミラーごとに制御する工程と、
(b) 光源から光を照射する工程と、
(c) 前記光源から照射される光の反射方向が前記反射面の配置角度により制御されている前記空間光変調デバイスの各ミラーによって、前記光源からの光を複数のビームに変調するとともに、前記複数のビームのうちの対象となるビームを位相変換手段に導く工程と、
(d) 前記位相変換手段によって前記複数のビームのうちの対象となるビームの位相を変換する工程と、
を有することを特徴とする描画方法。
【請求項９】
請求項８に記載の描画方法であって、
前記(a)工程は、反射面の配置角度が前記第１角度と前記第２角度との間で連続的に変位中の状態において、前記反射面が前記光源からの光を反射するように、前記反射面を有するミラーの状態の切り替えタイミングを決定することを特徴とする描画方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の描画方法であって、
(e) 前記複数のビームの光量を制御する工程をさらに有することを特徴とする描画方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の描画方法であって、
前記(a)工程における前記反射面の配置角度は、前記複数のミラーのそれぞれに対応した画素を描画するために必要とされる光の光量に応じて制御されることを特徴とする描画方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１０−１８２９３３（Ｐ２０１０−１８２９３３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１９７（Ｐ２００９−２６１９７）
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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