(57)【要約】【課題】圧力変動による焦点位置のずれを補正する。【解決手段】描画装置の描画ヘッド３１は、光源３２と、光変調デバイス３４１と、投影光学系３５とを備える。光変調デバイス３４１には、光源３２からの光が導かれる。投影光学系３５は、光変調デバイス３４１にて変調された光をステージ２１へと導く。投影光学系３５は、対物レンズ群３５２と、焦点レンズ群３５１と、焦点調節機構３５３とを備える。焦点調節機構３５３は、焦点レンズ群３５１の光軸上における位置を変更することにより、描画ヘッド３１の焦点位置を調節する。ヘッド制御部は、圧力センサにより測定された描画ヘッド３１の周囲の圧力に基づいて、焦点調節機構３５３を制御する。これにより、描画ヘッド３１の周囲の圧力変動に起因する描画ヘッド３１の焦点位置のずれを補正することができる。【選択図】図４
2020046581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光を照射してパターンの描画を行う描画装置であって、
基板を保持するステージと、
前記基板に変調された光を照射する描画ヘッドと、
前記基板の上面に平行な方向に、前記ステージを前記描画ヘッドに対して相対的に移動するステージ移動機構と、
前記描画ヘッドの周囲の圧力を測定する圧力センサと、
前記描画ヘッドを制御するヘッド制御部と、
を備え、
前記描画ヘッドは、
光源と、
前記光源からの光が導かれる光変調デバイスと、
前記光変調デバイスにて変調された光を前記ステージへと導く投影光学系と、
を備え、
前記投影光学系は、
対物レンズ群と、
焦点レンズ群と、
前記焦点レンズ群の光軸上における位置を変更することにより前記描画ヘッドの焦点位置を調節する焦点調節機構と、
を備え、
前記ヘッド制御部は、前記圧力センサからの出力に基づいて前記焦点調節機構を制御す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、
前記描画ヘッドは、前記投影光学系の温度を測定する第１温度センサをさらに備え、
前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御は、前記第１温度センサからの出力にも基づいて行われ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、
前記描画ヘッドは、前記ステージ上の前記基板までの距離を測定する距離センサをさらに備え、
前記ステージ移動機構により前記ステージを相対移動して前記描画ヘッドからの光の照射領域を前記基板上にて走査することにより前記基板に対する描画が行われている間、前記距離センサによる前記基板までの距離の測定が継続的に行われ、
前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御は、前記距離センサからの出力にも基づいて行われ、
前記基板に対する描画が行われている間、前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御により、前記描画ヘッドの前記焦点位置が前記基板の前記上面に合わせられ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、
前記描画ヘッドは、前記距離センサの温度を測定する第２温度センサをさらに備え、
前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御は、前記第２温度センサからの出力にも基づいて行われることを特徴とする描画装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の描画装置であって、
前記ステージに固定される治具と、
前記治具上における前記描画ヘッドからの光の照射領域を、前記治具上に予め形成されている目印と共に撮像する撮像部と、
前記撮像部により取得された画像に基づいて、前記描画ヘッドの照射位置の設計照射位置からのずれを取得する画像処理部と、
をさらに備え、
前記撮像部による前記治具の撮像が行われる際に、前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御により、前記描画ヘッドの前記焦点位置が前記治具に合わせられ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１つに記載の描画装置であって、
前記ステージ移動機構により前記ステージを相対移動して前記描画ヘッドからの光の照射領域を前記基板上にて所定の走査方向に１回のみ走査することにより、前記基板に対する描画が完了す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１つに記載の描画装置であって、
前記基板に描画される前記パターンが回路パターンであり、前記回路パターンのＬ／Ｓのラインは７μｍ〜９μｍであり、スペースは１１μｍ〜１３μｍであることを特徴とする描画装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の描画装置であって、
前記焦点レンズ群は、前記焦点調節機構により前記対物レンズ群から独立して移動することを特徴とする描画装置。
【請求項９】
基板を保持するステージと、前記基板に変調された光を照射する描画ヘッドと、前記基板の上面に平行な方向に、前記ステージを前記描画ヘッドに対して相対的に移動するステージ移動機構と、を備える描画装置により、基板に光を照射してパターンの描画を行う描画方法であって、
前記描画ヘッドは、
光源と、
前記光源からの光が導かれる光変調デバイスと、
前記光変調デバイスにて変調された光を前記ステージへと導く投影光学系と、
を備え、
前記投影光学系は、
対物レンズ群と、
焦点レンズ群と、
を備え、
ａ）前記描画ヘッドの周囲の圧力を測定する工程と、
ｂ）前記ａ）工程にて測定された圧力に基づいて、前記焦点レンズ群の光軸上における位置を変更することにより、前記描画ヘッドの前記焦点位置を調節する工程と、
を備えることを特徴とする描画方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の描画方法であって、
ｃ）前記投影光学系の温度を測定する工程をさらに備え、
前記ｂ）工程における前記描画ヘッドの前記焦点位置の調節は、前記ｃ）工程にて測定された温度にも基づいて行われることを特徴とする描画方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の描画方法であって、
ｄ）前記ｂ）工程において前記描画ヘッドの前記焦点位置が前記基板の前記上面に合わせられた後、前記ステージ移動機構により前記ステージを相対移動して前記描画ヘッドからの光の照射領域を前記基板上にて走査することにより前記基板に対する描画が行う工程と、
ｅ）前記ｄ）工程と並行して、前記描画ヘッドから前記ステージ上の前記基板までの距離を継続的に測定する工程と、
ｆ）前記ｄ）工程と並行して、前記ｅ）工程にて測定された距離に基づいて前記焦点レンズ群の光軸上における位置を変更することにより、前記描画ヘッドの前記焦点位置を前記基板の前記上面に継続的に合わせる工程と、
をさらに備えることを特徴とする描画方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の描画方法であって、
ｇ）前記ｅ）工程にて前記基板までの距離の測定に利用される距離センサの温度を測定する工程をさらに備え、
前記ｂ）工程における前記描画ヘッドの前記焦点位置の調節は、前記ｇ）工程にて測定された温度にも基づいて行われることを特徴とする描画方法。
【請求項１３】
請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の描画方法であって、
前記描画装置は、
前記ステージに固定される治具と、
前記治具を撮像する撮像部と、
をさらに備え、
前記描画方法は、
ｈ）前記ｂ）工程において前記描画ヘッドの前記焦点位置が前記治具に合わせられた後、前記治具上における前記描画ヘッドからの光の照射領域を、前記治具上に予め形成されている目印と共に撮像する工程と、
ｉ）前記ｈ）工程にて取得された画像に基づいて、前記描画ヘッドの照射位置の設計照射位置からのずれを取得する工程と、
をさらに備えることを特徴とする描画方法。
【請求項１４】
請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の描画方法であって、
前記ステージ移動機構により前記ステージを相対移動して前記描画ヘッドからの光の照射領域を前記基板上にて所定の走査方向に１回のみ走査することにより、前記基板に対する描画が完了することを特徴とする描画方法。
【請求項１５】
請求項９ないし１４のいずれか１つに記載の描画方法であって、
前記基板に描画される前記パターンが回路パターンであり、前記回路パターンのＬ／Ｓのラインは７μｍ〜９μｍであり、スペースは１１μｍ〜１３μｍであることを特徴とする描画方法。
【請求項１６】
請求項９ないし１５のいずれか１つに記載の描画方法であって、
前記ｂ）工程において、前記焦点レンズ群は前記対物レンズ群から独立して移動することを特徴とする描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に光を照射してパターンの描画を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変調された光をステージ上の対象物に照射し、当該光の照射領域を対象物上にて走査することによりパターンを描画する直接描画装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の直接描画装置では、描画ヘッドを支持する架橋構造やアライメント用カメラを支持する架橋構造が装置自体の熱により変形すると、描画ヘッドによる基板上の描画位置と、アライメント用カメラの視野位置との位置関係が崩れる。そこで、描画位置・視野位置間の温度依存性の位置ずれを、温度差に対応する位置ずれ量に基づいて補正することにより、描画精度の低下が抑制される。
【０００４】
一方、特許文献２では、マスクに形成されたパターンを投影レンズでワークに投影して露光する投影露光装置が開示されている。当該投影露光装置では、マスクに形成されたアライメントマークを撮像することにより、温度の違いによる投影レンズの描画位置の変化を測定し、当該変化を露光パターンの書き出し位置に反映させて露光が行われる。
【０００５】
また、特許文献３には、半導体素子の回路パターンが形成されたレチクルを用い、ステップ・アンド・リピート方式により、回路パターンの像をウエハに転写する露光装置が開示されている。当該露光装置では、温度や気圧等の環境変化による投影光学系の結像特性の変化を、特定パターンを投影面に照射した際の像の位置の変化から検出し、投影光学系の結像特性を変化させて最適な状態へと制御する。像の位置変化の検出は、投影面を観察可能なカメラにより取得された画像を解析することにより行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１９７１３６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１０４４０号公報
【特許文献３】特開２００２−１９５９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、プリント基板に回路パターンを直接描画する装置では、回路パターンの微細化に伴って、描画の高精細化が求められている。このため、クリーンルーム内で生じる程度の比較的小さな温度変動および圧力変動に起因する焦点距離の変化であっても、描画精度に大きな影響を及ぼすおそれがある。装置内に、投影光学系の鏡筒を覆う内カバーを取り付けて鏡筒周囲の空間を外部と遮断し、温調機により温度変動を低減する方法が知られているが、投影光学系全体の温度を均一な状態に維持することは容易ではない。また、当該方法では、圧力変動に起因する焦点距離の変化を低減することはできない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧力変動による焦点位置のずれを補正することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、基板に光を照射してパターンの描画を行う描画装置であって、基板を保持するステージと、前記基板に変調された光を照射する描画ヘッドと、前記基板の上面に平行な方向に、前記ステージを前記描画ヘッドに対して相対的に移動するステージ移動機構と、前記描画ヘッドの周囲の圧力を測定する圧力センサと、前記描画ヘッドを制御するヘッド制御部とを備え、前記描画ヘッドは、光源と、前記光源からの光が導かれる光変調デバイスと、前記光変調デバイスにて変調された光を前記ステージへと導く投影光学系とを備え、前記投影光学系は、対物レンズ群と、焦点レンズ群と、前記焦点レンズ群の光軸上における位置を変更することにより前記描画ヘッドの焦点位置を調節する焦点調節機構とを備え、前記ヘッド制御部は、前記圧力センサからの出力に基づいて前記焦点調節機構を制御する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の描画装置であって、前記描画ヘッドは、前記投影光学系の温度を測定する第１温度センサをさらに備え、前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御は、前記第１温度センサからの出力にも基づいて行われる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の描画装置であって、前記描画ヘッドは、前記ステージ上の前記基板までの距離を測定する距離センサをさらに備え、前記ステージ移動機構により前記ステージを相対移動して前記描画ヘッドからの光の照射領域を前記基板上にて走査することにより前記基板に対する描画が行われている間、前記距離センサによる前記基板までの距離の測定が継続的に行われ、前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御は、前記距離センサからの出力にも基づいて行われ、前記基板に対する描画が行われている間、前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御により、前記描画ヘッドの前記焦点位置が前記基板の前記上面に合わせられる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の描画装置であって、前記描画ヘッドは、前記距離センサの温度を測定する第２温度センサをさらに備え、前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御は、前記第２温度センサからの出力にも基づいて行われる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の描画装置であって、前記ステージに固定される治具と、前記治具上における前記描画ヘッドからの光の照射領域を、前記治具上に予め形成されている目印と共に撮像する撮像部と、前記撮像部により取得された画像に基づいて、前記描画ヘッドの照射位置の設計照射位置からのずれを取得する画像処理部とをさらに備え、前記撮像部による前記治具の撮像が行われる際に、前記ヘッド制御部による前記焦点調節機構の制御により、前記描画ヘッドの前記焦点位置が前記治具に合わせられる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の描画装置であって、前記ステージ移動機構により前記ステージを相対移動して前記描画ヘッドからの光の照射領域を前記基板上にて所定の走査方向に１回のみ走査することにより、前記基板に対する描画が完了する。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の描画装置であって、前記基板に描画される前記パターンが回路パターンであり、前記回路パターンのＬ／Ｓのラインは７μｍ〜９μｍであり、スペースは１１μｍ〜１３μｍである。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の描画装置であって、前記焦点レンズ群は、前記焦点調節機構により前記対物レンズ群から独立して移動する。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、基板を保持するステージと、前記基板に変調された光を照射する描画ヘッドと、前記基板の上面に平行な方向に、前記ステージを前記描画ヘッドに対して相対的に移動するステージ移動機構とを備える描画装置により、基板に光を照射してパターンの描画を行う描画方法であって、前記描画ヘッドは、光源と、前記光源からの光が導かれる光変調デバイスと、前記光変調デバイスにて変調された光を前記ステージへと導く投影光学系とを備え、前記投影光学系は、対物レンズ群と、焦点レンズ群とを備え、ａ）前記描画ヘッドの周囲の圧力を測定する工程と、ｂ）前記ａ）工程にて測定された圧力に基づいて、前記焦点レンズ群の光軸上における位置を変更することにより、前記描画ヘッドの前記焦点位置を調節する工程とを備える。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の描画方法であって、ｃ）前記投影光学系の温度を測定する工程をさらに備え、前記ｂ）工程における前記描画ヘッドの前記焦点位置の調節は、前記ｃ）工程にて測定された温度にも基づいて行われる。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の描画方法であって、ｄ）前記ｂ）工程において前記描画ヘッドの前記焦点位置が前記基板の前記上面に合わせられた後、前記ステージ移動機構により前記ステージを相対移動して前記描画ヘッドからの光の照射領域を前記基板上にて走査することにより前記基板に対する描画が行う工程と、ｅ）前記ｄ）工程と並行して、前記描画ヘッドから前記ステージ上の前記基板までの距離を継続的に測定する工程と、ｆ）前記ｄ）工程と並行して、前記ｅ）工程にて測定された距離に基づいて前記焦点レンズ群の光軸上における位置を変更することにより、前記描画ヘッドの前記焦点位置を前記基板の前記上面に継続的に合わせる工程とをさらに備える。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の描画方法であって、ｇ）前記ｅ）工程にて前記基板までの距離の測定に利用される距離センサの温度を測定する工程をさらに備え、前記ｂ）工程における前記描画ヘッドの前記焦点位置の調節は、前記ｇ）工程にて測定された温度にも基づいて行われる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の描画方法であって、前記描画装置は、前記ステージに固定される治具と、前記治具を撮像する撮像部とをさらに備え、前記描画方法は、ｈ）前記ｂ）工程において前記描画ヘッドの前記焦点位置が前記治具に合わせられた後、前記治具上における前記描画ヘッドからの光の照射領域を、前記治具上に予め形成されている目印と共に撮像する工程と、ｉ）前記ｈ）工程にて取得された画像に基づいて、前記描画ヘッドの照射位置の設計照射位置からのずれを取得する工程とをさらに備える。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の描画方法であって、前記ステージ移動機構により前記ステージを相対移動して前記描画ヘッドからの光の照射領域を前記基板上にて所定の走査方向に１回のみ走査することにより、前記基板に対する描画が完了する。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、請求項９ないし１４のいずれか１つに記載の描画方法であって、前記基板に描画される前記パターンが回路パターンであり、前記回路パターンのＬ／Ｓのラインは７μｍ〜９μｍであり、スペースは１１μｍ〜１３μｍである。
【００２４】
請求項１６に記載の発明は、請求項９ないし１５のいずれか１つに記載の描画方法であって、前記ｂ）工程において、前記焦点レンズ群は前記対物レンズ群から独立して移動する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、圧力変動による焦点位置のずれを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一の実施の形態に係る描画装置の構成を示す斜視図である。
【図２】制御部が備えるコンピュータの構成を示す図である。
【図３】制御部の機能を示すブロック図である。
【図４】描画ヘッドを示す側面図である。
【図５】ステージの端部近傍を示す側面図である。
【図６】オートフォーカス機構の調整の流れを示す図である。
【図７】基板に対する描画の流れを示す図である。
【図８】キャリブレーションパターンを示す図である。
【図９】ヘッドキャリブレーションの流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る描画装置１の構成を示す斜視図である。図１では、互いに直交する３つの方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向として矢印にて示している（他の図においても同様）。図１に示す例では、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。
【００２８】
描画装置１は、空間変調された略ビーム状の光を基板９上の感光材料に照射し、当該光の照射領域を対象物上にて走査することによりパターンの描画を行う直接描画装置（いわゆる、直描装置）である。基板９は、例えば、可撓性を有するプリント配線基板である。基板９では、銅層上に感光材料により形成されたレジスト膜が設けられる。描画装置１では、基板９のレジスト膜に回路パターンが描画される。当該回路パターンでは、例えば、Ｌ／Ｓのライン（すなわち、パターン幅）は７μｍ〜９μｍであり、Ｌ／Ｓのスペース（すなわち、パターン間の間隙幅）は１１μｍ〜１３μｍである。
【００２９】
描画装置１は、図示省略のクリーンルーム内に配置される。クリーンルームの内部空間は、所定の温度となるように温調設備により調節されている。描画装置１は、ステージ２１と、ステージ移動機構２２と、ステージ昇降機構２３と、描画部３と、圧力センサ４１と、制御部６とを備える。ステージ２１、ステージ移動機構２２、ステージ昇降機構２３および描画部３は、図示省略のハウジングの内部に収容されている。圧力センサ４１は、例えば、当該ハウジングの内側面に取り付けられ、ハウジング内部の圧力（すなわち、気圧）を測定する。制御部６は、ステージ移動機構２２、ステージ昇降機構２３および描画部３等を制御する。
【００３０】
図２は、制御部６が備えるコンピュータ８の構成を示す図である。コンピュータ８は、プロセッサ８１と、メモリ８２と、入出力部８３と、バス８４とを備える通常のコンピュータである。バス８４は、プロセッサ８１、メモリ８２および入出力部８３を接続する信号回路である。メモリ８２は、プログラムおよび各種情報を記憶する。プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されるプログラム等に従って、メモリ８２等を利用しつつ様々な処理（例えば、数値計算や画像処理）を実行する。入出力部８３は、操作者からの入力を受け付けるキーボード８５およびマウス８６、並びに、プロセッサ８１からの出力等を表示するディスプレイ８７を備える。また、入出力部８３は、プロセッサ８１からの出力等を送信する送信部８８、および、後述する各センサからの出力を受信する受信部８９を備える。なお、制御部６は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）や回路基板等であってもよく、これらと１つ以上のコンピュータとの組み合わせであってもよい。
【００３１】
図３は、コンピュータ８により実現される制御部６の機能を示すブロック図である。図３では、制御部６以外の構成も併せて示す。制御部６は、記憶部６１と、画像処理部６２と、ヘッド制御部６３と、移動制御部６４とを備える。記憶部６１は、主にメモリ８２により実現され、圧力センサ４１、第１温度センサ３６および第２温度センサ３７（後述）から送られた測定値等の各種情報を記憶する。画像処理部６２は、主にプロセッサ８１により実現され、後述する撮像部５１から送られた画像から様々な情報を取得する。ヘッド制御部６３は、主にプロセッサ８１により実現され、描画部３の描画ヘッド３１（後述）を制御する。移動制御部６４は、主にプロセッサ８１により実現され、ステージ２１を移動するステージ移動機構２２等を制御する。
【００３２】
図１に示すように、ステージ２１は、描画部３の下方（すなわち、（−Ｚ）側）において、水平状態の基板９を下側から保持する略平板状の保持部である。ステージ２１により保持された基板９の（＋Ｚ）側の表面（以下、「上面９１」と呼ぶ。）は、Ｚ方向に対して略垂直であり、Ｘ方向およびＹ方向に略平行である。
【００３３】
ステージ昇降機構２３は、ステージ２１をＺ方向に移動する。ステージ移動機構２２は、ステージ２１を描画部３に対して相対的に移動する。図１に示す例では、ステージ移動機構２２は、ステージ２１をステージ昇降機構２３と共にＸ方向およびＹ方向に移動する。換言すれば、ステージ移動機構２２は、基板９の上面９１に略平行な方向に、ステージ２１を描画部３に対して相対的に移動する。
【００３４】
ステージ移動機構２２は、例えば、ステージ２１をガイドレールに沿って直線状に移動させる機構であり、駆動源として、例えば、リニアサーボモータが用いられる。これにより、ステージ２１は高精度にて移動する。ステージ移動機構２２の駆動源としては、ボールねじにモータを取り付けたものが用いられてもよい。描画装置１では、ステージ昇降機構２３が省略されてもよく、Ｚ方向に平行な軸を中心としてステージ２１を回転する回転機構が設けられてもよい。
【００３５】
描画部３は、Ｘ方向およびＹ方向に配列される複数（図１に示す例では、５つ）の描画ヘッド３１を備える。複数の描画ヘッド３１は、ステージ２１を跨いで設けられるヘッド支持部１１により、ステージ２１の上方にて支持される。複数の描画ヘッド３１は、略同じ構造を有する。
【００３６】
描画装置１では、描画部３の複数の描画ヘッド３１から変調（すなわち、空間変調）された光を基板９の上面９１上に照射しつつ、ステージ移動機構２２により基板９をＹ方向に移動する。これにより、複数の描画ヘッド３１からの光の照射領域が基板９上にてＹ方向に走査され、基板９に対する回路パターンの描画が行われる。以下の説明では、Ｙ方向を「走査方向」とも呼び、Ｘ方向を「幅方向」とも呼ぶ。ステージ移動機構２２は、各描画ヘッド３１からの光の照射領域を基板９上にて走査方向に移動する走査機構である。
【００３７】
描画装置１では、基板９に対する描画は、いわゆるシングルパス（ワンパス）方式で行われる。具体的には、ステージ移動機構２２により、ステージ２１が複数の描画ヘッド３１に対してＹ方向に相対移動され、複数の描画ヘッド３１からの光の照射領域が、基板９の上面９１上にてＹ方向（すなわち、走査方向）に１回のみ走査される。これにより、基板９に対する描画が完了する。
【００３８】
図４は、１つの描画ヘッド３１の構成を示す側面図である。描画ヘッド３１は、光源３２と、照明光学系３３と、光変調部３４と、投影光学系３５と、第１温度センサ３６と、第２温度センサ３７と、距離センサ３８とを備える。光源３２は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源またはＬＤ（Laser Diode）光源である。光変調部３４は、光変調デバイス３４１を備える。光変調デバイス３４１は、例えば、複数の微小ミラーが２次元に配列されたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である。光源３２および照明光学系３３は、フレーム３０の上部に固定される。
【００３９】
投影光学系３５は、焦点レンズ群３５１と、対物レンズ群３５２と、焦点調節機構３５３とを備える。図４では、焦点レンズ群３５１に含まれるレンズの図示は省略し、当該レンズが収容されている鏡筒に符号３５１を付している。対物レンズ群３５２についても同様である。焦点レンズ群３５１は、焦点調節機構３５３を介して、フレーム３０の上部に取り付けられる。焦点レンズ群３５１の光軸は、水平方向（例えば、Ｙ方向）に略平行に延びる。焦点調節機構３５３は、焦点レンズ群３５１を当該光軸に平行な方向（例えば、Ｙ方向）に直線状に移動する。焦点調節機構３５３は、例えば、ボールねじをモータにて駆動する機構と、焦点レンズ群３５１をＹ方向にガイドする機構とを組み合わせたものである。焦点調節機構３５３の駆動源として、リニアサーボモータが用いられてもよい。対物レンズ群３５２は、フレーム３０の側部に固定される。対物レンズ群３５２の光軸は、Ｚ方向（すなわち、上下方向）に略平行に延びる。焦点調節機構３５３による焦点レンズ群３５１の移動は、対物レンズ群３５２から独立して行われる。
【００４０】
描画装置１では、描画ヘッド３１の光源３２から出射された光は、照明光学系３３により光変調部３４へと導かれ、光変調部３４の光変調デバイス３４１にて空間変調された後、投影光学系３５（すなわち、焦点レンズ群３５１および対物レンズ群３５２）によりステージ２１上の基板９へと導かれる。投影光学系３５では、焦点調節機構３５３により焦点レンズ群３５１が移動され、描画ヘッド３１の光軸上における焦点レンズ群３５１の位置が変更されることにより、描画ヘッド３１の焦点位置が、対物レンズ群３５２の下方において上下方向に調節される。
【００４１】
距離センサ３８は、投影光学系３５の対物レンズ群３５２に取り付けられる。詳細には、距離センサ３８は、対物レンズ群３５２の鏡筒の下端部に取り付けられる。距離センサ３８は、対物レンズ群３５２の下端からステージ２１上の基板９までの距離（以下、「照射距離」と呼ぶ。）を測定する。距離センサ３８は、発光部３８１と、受光部３８２と、センサフレーム３８３とを備える。センサフレーム３８３は、例えば、Ｙ方向に延びる略板状の部材であり、対物レンズ群３５２の鏡筒の下端部に固定される。発光部３８１はセンサフレーム３８３の（−Ｙ）側の端部に固定され、受光部３８２はセンサフレーム３８３の（＋Ｙ）側の端部に固定される。発光部３８１から（＋Ｙ）側かつ（−Ｚ）側へと出射された光は、基板９の上面９１で反射されて受光部３８２により受光される。受光部３８２は、例えばラインセンサである。そして、基板９からの反射光の受光部３８２における受光位置に基づいて、上述の照射距離が求められる。
【００４２】
描画装置１では、基板９に対する描画が行われている間、距離センサ３８による上述の照射距離の測定が継続的に行われる。距離センサ３８により測定された照射距離（以下、「測定照射距離」と呼ぶ。）は、制御部６のヘッド制御部６３（図３参照）へと出力される。ヘッド制御部６３は、距離センサ３８からの出力に基づいて焦点調節機構３５３を制御する。これにより、焦点レンズ群３５１の位置が調節され、描画ヘッド３１の焦点位置が調節される。描画装置１では、基板９に対する描画が行われている間、ヘッド制御部６３によって焦点調節機構３５３が継続的に制御されることにより、描画ヘッド３１の焦点位置が基板９の上面９１に合わせられる。換言すれば、描画装置１における描画時には、距離センサ３８、焦点調節機構３５３およびヘッド制御部６３等によるオートフォーカスが行われる。その結果、基板９に反り等の変形が生じている場合であっても、描画ヘッド３１の焦点位置を基板９の上面９１に合わせることができるため、高精度な描画を実現することができる。ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御の詳細については、後述する。
【００４３】
第１温度センサ３６は、投影光学系３５に取り付けられ、あるいは、投影光学系３５の近傍に配置され、投影光学系３５の温度を測定する。図４に示す例では、第１温度センサ３６は、投影光学系３５の対物レンズ群３５２に取り付けられる。第１温度センサ３６は、例えば、対物レンズ群３５２の下端部において、対物レンズ群３５２の鏡筒の外側面に貼付される熱電対である。第１温度センサ３６により測定された投影光学系３５の温度（以下、「投影光学系３５の測定温度」と呼ぶ。）は、制御部６のヘッド制御部６３へと出力される。ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御は、第１温度センサ３６からの出力にも基づいて行われる。
【００４４】
第２温度センサ３７は、距離センサ３８に取り付けられ、あるいは、距離センサ３８の近傍に配置され、距離センサ３８の温度を測定する。図４に示す例では、第２温度センサ３７は、距離センサ３８のセンサフレーム３８３に取り付けられる。第２温度センサ３７は、例えば、センサフレーム３８３の受光部３８２近傍に貼付される熱電対である。第２温度センサ３７により測定された距離センサ３８の温度（以下、「距離センサ３８の測定温度」と呼ぶ。）は、制御部６のヘッド制御部６３へと出力される。ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御は、第２温度センサ３７からの出力にも基づいて行われる。
【００４５】
上述のように、圧力センサ４１は、描画装置１のハウジング内部の圧力（すなわち、気圧）を測定する。当該ハウジング内部の圧力は、ハウジング内部における位置が異なっていてもほとんど変化しないため、圧力センサ４１により測定された圧力（以下、「測定圧力」と呼ぶ。）は、各描画ヘッド３１の周囲の圧力と略同じである。換言すれば、描画装置１では、圧力センサ４１により、各描画ヘッド３１の周囲の圧力が測定される。圧力センサ４１による測定圧力は、制御部６のヘッド制御部６３へと出力される。ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御は、圧力センサ４１からの出力にも基づいて行われる。圧力センサ４１は、例えばダイアフラムゲージである。
【００４６】
図５は、ステージ２１の（＋Ｙ）側の端部近傍の構成を示す側面図である。図５に示すように、描画装置１は、撮像部５１と、治具５２とをさらに備える。治具５２は、ステージ２１の（＋Ｙ）側の側面に固定される平板状のガラスプレートである。治具５２は、主面がＺ方向に垂直になるように、ステージ２１の上記側面から（＋Ｙ）方向に突出する。治具５２の上面は、ステージ２１上に載置された反り等の変形が無い基板９の上面９１と、上下方向において同じ位置に位置する。治具５２は、平面視においてＸ方向に長い略長方形である。治具５２は、透光性を有する材料により形成されており、好ましくは透明である。治具５２の上面には、Ｘ方向に配列された多数の目印が設けられる。治具５２上の当該目印は、例えば、クロスパターンまたは他の形状のパターンである。
【００４７】
撮像部５１は、治具５２の下方にて、ステージ２１の（＋Ｙ）側の側面に撮像部移動機構５３を介して取り付けられる。撮像部５１は、例えば、ＣＣＤ（Charged Coupled Devices）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を撮像素子として有するデジタルカメラである。撮像部５１は、撮像部移動機構５３によりＸ方向に移動可能である。撮像部移動機構５３は、例えば、ボールねじをモータにて駆動する機構と、撮像部５１をＸ方向にガイドする機構とを組み合わせたものである。撮像部移動機構５３の駆動源として、リニアサーボモータが用いられてもよい。
【００４８】
描画装置１では、１つの描画ヘッド３１から予め定められたパターンの光が治具５２に向かって出射されている状態で、撮像部５１が治具５２の下方から画像を取得する。撮像部５１は、治具５２上における描画ヘッド３１からの光の照射領域を、治具５２上に予め形成されている上記目印と共に撮像する。撮像部５１により取得された画像は、制御部６に送られ、当該画像が画像処理部６２（図３参照）により演算処理されることにより、描画ヘッド３１と治具５２との位置関係が取得される。上述のように、治具５２はステージ２１に固定されているため、上記演算処理により、描画ヘッド３１とステージ２１との位置関係も取得される。
【００４９】
次に、ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御について、図６および図７を参照しつつ詳細に説明する。描画装置１では、基板９に対する描画が行われるよりも前に、上述のオートフォーカスに使用されるオートフォーカス機構（すなわち、距離センサ３８および焦点調節機構３５３等）の調整が行われる（図６参照）。その後、複数の基板９に対する描画が連続的に行われる。図７では、１枚の基板９に注目して、当該基板９に対する描画の流れを示す。
【００５０】
オートフォーカス機構の調整（いわゆる、フォーカスキャリブレーション）では、各描画ヘッド３１の焦点位置が、上下方向において治具５２の上面と同じ位置（すなわち、反り等の変形が無い基板９の上面９１上）に位置するように、焦点レンズ群３５１の位置が調節される。
【００５１】
オートフォーカス機構の調整は、描画装置１がクリーンルーム内に設置される際に行われているが、設置時のクリーンルーム内の温度および圧力（すなわち、気圧）と、基板９に対する描画時におけるクリーンルーム内の温度および圧力とは異なる可能性がある。クリーンルーム内の温度が異なると、描画ヘッド３１の各構成が膨張または収縮する等して、描画ヘッド３１の焦点位置が基板９の上面９１上から上下方向にずれる可能性がある。また、距離センサ３８による測定照射距離にもずれが生じる可能性がある。クリーンルーム内の圧力が異なると、大気の密度等の変化に起因して、描画ヘッド３１の焦点位置が基板９の上面９１上から上下方向にずれる可能性がある。例えば、当該圧力が高くなると、描画ヘッド３１の焦点位置は下側にずれる。
【００５２】
図６は、オートフォーカス機構の調整の流れの一例を示す図である。図６では、１つの描画ヘッド３１に対するオートフォーカス機構の調整の流れを示す。オートフォーカス機構の調整が行われる際には、ステージ移動機構２２（図１参照）によりステージ２１がＹ方向に移動され、描画ヘッド３１が予め治具５２の上方に位置している。また、撮像部移動機構５３により撮像部５１がＸ方向に移動され、撮像部５１が予め当該描画ヘッド３１の下方に位置している。なお、描画装置１では、複数の描画ヘッド３１について、図６に例示するオートフォーカス機構の調整が順次行われる。
【００５３】
オートフォーカス機構の調整では、まず、圧力センサ４１（図１参照）により、描画ヘッド３１の周囲の圧力が測定される。圧力センサ４１により取得された測定圧力は、制御部６へと送られ、「基準圧力」として記憶部６１（図３参照）に格納される（ステップＳ１１）。
【００５４】
続いて、第１温度センサ３６により、投影光学系３５の温度が測定される。第１温度センサ３６により取得された投影光学系３５の測定温度は、制御部６へと送られ、「投影光学系３５の基準温度」として記憶部６１に格納される。また、第２温度センサ３７により、距離センサ３８の温度が測定される。第２温度センサ３７により取得された距離センサ３８の測定温度は、制御部６へと送られ、「距離センサ３８の基準温度」として記憶部６１に格納される（ステップＳ１２）。
【００５５】
また、距離センサ３８により、上述の照射距離が測定される。距離センサ３８により取得された測定照射距離は、制御部６へと送られ、「基準照射距離」として記憶部６１に格納される。また、距離センサ３８の受光部３８２における受光位置も、制御部６へと送られ、「基準受光位置」として記憶部６１に格納される（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１３の実行順序は適宜変更されてよい。また、ステップＳ１１〜Ｓ１３のうち、２つ以上のステップが並行して実行されてもよい。
【００５６】
次に、焦点調節機構３５３により焦点レンズ群３５１が移動され、所定の調整開始位置に位置する。当該調整開始位置は、例えば、焦点レンズ群３５１の設計位置（すなわち、描画ヘッド３１の焦点位置が基板９の上面９１に合う予定の設計上の焦点レンズ群３５１の位置）である。そして、光源３２および光変調部３４が駆動され、図８に例示する所定のキャリブレーションパターン９５が、治具５２に照射される。図８に示す例では、キャリブレーションパターン９５は、格子状に配列された４つの光点である。キャリブレーションパターン９５は、図８の形状には限定されず、様々に変更されてよい。
【００５７】
撮像部５１は、治具５２を透過したキャリブレーションパターン９５を撮像し、取得された画像を制御部６へと送る。撮像部５１による撮像の際には、治具５２上の上記目印に対しては照明光が照射されていないため、撮像部５１により取得される画像には、キャリブレーションパターン９５の像は含まれるが、治具５２上の目印は含まれない。制御部６では、撮像部５１により取得されたキャリブレーションパターン９５の画像に基づいて、画像処理部６２（図３参照）によりコントラスト評価値が求められる。コントラスト評価値は、例えば、キャリブレーションパターン９５の光点の縁部におけるコントラストの微分値の最大値である。
【００５８】
描画装置１では、焦点調節機構３５３による焦点レンズ群３５１の位置の変更、撮像部５１によるキャリブレーションパターン９５の撮像、および、画像処理部６２によるコントラスト評価値の取得が所定回数（２回以上）繰り返される（ステップＳ１４）。焦点レンズ群３５１の上記位置変更は、所定距離ずつ移動するステップ移動により行われる。当該所定距離は、描画ヘッド３１の焦点深度の半分の深さに対応する焦点レンズ群３５１の移動距離を「焦点深度パルス」と呼ぶと、例えば、焦点深度パルスの４倍である。
【００５９】
画像処理部６２では、取得された複数のコントラスト評価値と、当該複数のコントラスト評価値に対応する焦点レンズ群３５１の複数の位置とに基づいて、コントラスト評価値と焦点レンズ群３５１の位置との関係を示す「レンズ位置−コントラストデータ」が作成される（ステップＳ１５）。そして、レンズ位置−コントラストデータに基づいて、コントラスト評価値のピーク検出処理が画像処理部６２により行われる（ステップＳ１６）。ステップＳ１６におけるピーク検出処理は、例えば、レンズ位置−コントラストデータのうちピーク近傍のデータを抽出し、抽出されたデータを２次近似して極値を求めることにより行われる。当該ピーク検出処理は、他の様々な方法により行われてもよい。
【００６０】
ステップＳ１６においてコントラスト評価値のピークが検出されると（ステップＳ１７）、当該ピークに対応する焦点レンズ群３５１の位置が、「基準位置」として記憶部６１に格納され（ステップＳ１８）、オートフォーカス機構の調整が正常に終了する。
【００６１】
一方、ステップＳ１６においてコントラスト評価値のピークが検出されなかった場合（ステップＳ１７）、焦点レンズ群３５１の移動回数が上限に達していないことが確認され（ステップＳ１９）、焦点調節機構３５３による焦点レンズ群３５１の位置の変更、撮像部５１によるキャリブレーションパターン９５の撮像、および、画像処理部６２によるコントラスト評価値の取得が１回行われる（ステップＳ２０）。ステップＳ２０における焦点レンズ群３５１の移動距離は、ステップＳ１４における移動距離よりも小さく、例えば、焦点深度パルスに等しい距離とされる。
【００６２】
そして、ステップＳ１５に戻り、ステップＳ２０にて取得されたコントラスト評価値も含めてレンズ位置−コントラストデータが新たに作成され（ステップＳ１５）、コントラスト評価値のピーク検出処理が行われる（ステップＳ１６）。コントラスト評価値のピークが検出されると、上述のように焦点レンズ群３５１の基準位置が記憶部６１に格納され、オートフォーカス機構の調整が正常に終了する（ステップＳ１７，Ｓ１８）。一方、コントラスト評価値のピークが検出されない場合（ステップＳ１７）、焦点レンズ群３５１の移動回数が上限に達するまで、ステップＳ１９，Ｓ２０，Ｓ１５〜Ｓ１７が繰り返される。そして、焦点レンズ群３５１の移動回数が上限に達してもコントラスト評価値のピークが検出されていない場合、描画装置１の操作者等に異常終了のエラー警告を発し、オートフォーカス機構の調整が終了する。
【００６３】
オートフォーカス機構の調整が正常に終了すると、基板９に対する描画が行われる。図７は、１枚の基板９に対する描画の流れの一例を示す図である。描画装置１では、まず、オートフォーカス機構の調整時からの圧力および温度の変化に応じて、焦点レンズ群３５１の基準位置の補正、および、距離センサ３８の基準受光位置の補正が行われた後、基板９に対する描画が行われる。上述のように、描画装置１では、オートフォーカス機構の調整後、複数の基板９に対する描画が連続して行われる。したがって、オートフォーカス機構の調整終了直後は、焦点レンズ群３５１の基準位置および距離センサ３８の基準受光位置に対する補正量は比較的小さいが、オートフォーカス機構の調整終了からの経過時間が大きくなると、当該補正量は比較的大きくなる場合がある。
【００６４】
基板９に対する描画が行われる際には、描画ヘッド３１は、図４に示すように基板９の上方に位置する。そして、圧力センサ４１による圧力（すなわち、気圧）の測定が行われ、圧力センサ４１により取得された測定圧力が、制御部６のヘッド制御部６３へと送られる（ステップＳ３１）。また、第１温度センサ３６および第２温度センサ３７による温度測定が行われ、第１温度センサ３６および第２温度センサ３７により取得された投影光学系３５の測定温度および距離センサ３８の測定温度が、ヘッド制御部６３へと送られる（ステップＳ３２）。なお、ステップＳ３１，Ｓ３２の実行順序は適宜変更されてよい。また、ステップＳ３１およびステップＳ３２は、並行して実行されてもよい。
【００６５】
ヘッド制御部６３では、ステップＳ３１，Ｓ３２において取得された測定圧力および投影光学系３５の測定温度に基づいて、焦点レンズ群３５１の基準位置の補正が行われる（ステップＳ３３）。そして、焦点調節機構３５３により、補正後の基準位置（以下、「補正基準位置」と呼ぶ。）へと焦点レンズ群３５１が移動される（ステップＳ３４）。ステップＳ３３では、例えば、数１に示す補正距離ｄＦ（ｎｍ）だけ、焦点レンズ群３５１が基準位置から移動される。
【００６６】
ｄＦ＝Ｋｐ×ｄＰ＋Ｋｔ１×ｄＴ１・・・（数１）
【００６７】
数１におけるｄＰは、上記基準圧力とステップＳ３１において取得された測定圧力との差である圧力差（ｈＰａ）であり、Ｋｐは、単位圧力差あたりの焦点レンズ群３５１の移動距離を示す係数（ｎｍ／ｈＰａ）である。また、数１におけるｄＴ１は、投影光学系３５の上記基準温度と、ステップＳ３２において取得された投影光学系３５の測定温度との差である投影光学系３５の温度差（ｄｅｇ）であり、Ｋｔ１は、投影光学系３５の単位温度差あたりの焦点レンズ群３５１の移動距離を示す係数（ｎｍ／ｄｅｇ）である。
【００６８】
係数Ｋｐ、Ｋｔ１は、予め取得されて記憶部６１に記憶されている。係数Ｋｐは、例えば、圧力センサ４１により測定される描画装置１のハウジング内の圧力が異なる複数の状態において上述のフォーカスキャリブレーションを行い、当該圧力の変化と焦点レンズ群３５１の位置の変化との関係を直線近似した上で、近似曲線の傾きとして求められる。係数Ｋｔ１は、例えば、第１温度センサ３６により測定される投影光学系３５の温度が異なる複数の状態において上述のフォーカスキャリブレーションを行い、当該温度の変化と焦点レンズ群３５１の位置の変化との関係を直線近似した上で、近似曲線の傾きとして求められる。
【００６９】
また、ヘッド制御部６３では、ステップＳ３２において取得された距離センサ３８の測定温度に基づいて、距離センサ３８の受光部３８２における基準受光位置の補正が行われる（ステップＳ３５）。ステップＳ３５では、例えば、数２に示す補正距離ｄＤ（ｐｉｘｅｌ）だけ、基準受光位置がずらされる。以下の説明では、補正後の基準受光位置を補正基準受光位置と呼ぶ。
【００７０】
ｄＤ＝Ｋｔ２×ｄＴ２・・・（数２）
【００７１】
数２におけるｄＴ２は、距離センサ３８の上記基準温度と、ステップＳ３２において取得された距離センサ３８の測定温度との差である距離センサ３８の温度差（ｄｅｇ）であり、Ｋｔ２は、距離センサ３８の単位温度差あたりの基準受光位置の移動距離を示す係数（ｐｉｘｅｌ／ｄｅｇ）である。
【００７２】
係数Ｋｔ２は、予め取得されて記憶部６１に記憶されている。係数Ｋｔ２は、例えば、以下のように求められる。まず、第２温度センサ３７により測定される距離センサ３８の温度が異なる複数の状態において、距離センサ３８の発光部３８１から治具５２（図５参照）に向けて光を出射し、治具５２の上面からの反射光を受光部３８２により受光して受光位置を求める。そして、当該温度の変化と受光部３８２における受光位置の変化との関係を直線近似し、近似曲線の傾きを係数Ｋｔ２として求める。
【００７３】
焦点レンズ群３５１が補正基準位置に位置する状態では、描画ヘッド３１の焦点位置は、反り等の変形が無い基板９の上面９１に合う（すなわち、基板９の上面９１と上下方向の同じ位置に位置する）。また、距離センサ３８では、発光部３８１から出射され、反り等の変形が無い基板９の上面９１にて反射された光は、受光部３８２の補正基準受光位置にて受光される。なお、ステップＳ３３〜Ｓ３４と、ステップＳ３５との実行順序は適宜変更されてよい。また、ステップＳ３３〜Ｓ３４と、ステップＳ３５とは、並行して実行されてもよい。
【００７４】
描画装置１では、複数の描画ヘッド３１のそれぞれについて、ステップＳ３２〜Ｓ３５が終了すると、移動制御部６４によりステージ移動機構２２が制御され、基板９のＹ方向への移動が開始される。また、各描画ヘッド３１において、記憶部６１に予め記憶されている描画データに基づいてヘッド制御部６３により光変調部３４が制御され、移動中の基板９の上面９１に対して、各描画ヘッド３１から変調された光が照射されてパターンの描画が行われる（ステップＳ３６）。
【００７５】
基板９に対するパターンの描画中は、上述のように、距離センサ３８、焦点調節機構３５３およびヘッド制御部６３等によるオートフォーカスが、基板９に対する描画と並行して継続的に行われる。具体的には、基板９に対する描画が行われている間、距離センサ３８による照射距離の測定が継続的に行われる。照射距離の測定では、受光部３８２における受光位置の補正基準受光位置からのずれ量が求められ、当該ずれ量に基づいて、測定照射距離の基準照射距離からのずれ量（すなわち、基板９の上面９１の上下方向における変形量）が求められる。
【００７６】
そして、測定照射距離の基準照射距離からのずれ量に基づいて、ヘッド制御部６３により焦点調節機構３５３が制御され、焦点レンズ群３５１が、当該ずれ量に対応する移動距離だけ補正基準位置から移動される。焦点レンズ群３５１の位置変更も、基板９に対する描画と並行して継続的に行われる。これにより、描画ヘッド３１の焦点位置が上下方向に移動され、基板９の上面９１に合わせられる。その結果、基板９に反り等の変形が生じている場合であっても、描画ヘッド３１の焦点位置を基板９の上面９１に継続的に合わせることができるため、基板９に対する高精度な描画が実現される。
【００７７】
描画装置１では、上述のように、複数の基板９に対する描画が連続的に行われ、各基板９の描画開始時に、上述のステップＳ３１〜Ｓ３５が行われる。これにより、複数の基板９に対する連続描画中に、描画ヘッド３１の周囲の圧力（すなわち、クリーンルーム内の圧力）、投影光学系３５の温度、および、距離センサ３８の温度のうち、少なくとも１つ以上に変化が生じた場合であっても、各基板９に対する高精度な描画が実現される。
【００７８】
なお、描画装置１では、ステップＳ３１〜Ｓ３５は、必ずしも各基板９の描画開始時に行われる必要はない。ステップＳ３１〜Ｓ３５は、例えば、１枚の基板９の描画開始時に行われた後は所定枚数の基板９に対する描画が終了するまで行われず、所定枚数の基板９に対する描画終了後、次の基板９に対する描画の開始時に行われてもよい。また、ステップＳ１１〜Ｓ２０のオートフォーカス機構の調整は、例えば、描画装置１の起動時、および、所定数のロットの基板９に対する描画の終了毎に行われることが好ましい。
【００７９】
以上に説明したように、描画装置１は、ステージ２１と、描画ヘッド３１と、ステージ移動機構２２と、圧力センサ４１と、ヘッド制御部６３とを備える。ステージ２１は、基板９を保持する。描画ヘッド３１は、基板９に変調された光を照射する。ステージ移動機構２２は、基板９の上面９１に平行な方向に、ステージ２１を描画ヘッド３１に対して相対的に移動する。圧力センサ４１は、描画ヘッド３１の周囲の圧力を測定する。ヘッド制御部６３は、描画ヘッド３１を制御する。描画ヘッド３１は、光源３２と、光変調デバイス３４１と、投影光学系３５とを備える。光変調デバイス３４１には、光源３２からの光が導かれる。投影光学系３５は、光変調デバイス３４１にて変調された光をステージ２１へと導く。投影光学系３５は、対物レンズ群３５２と、焦点レンズ群３５１と、焦点調節機構３５３とを備える。焦点調節機構３５３は、焦点レンズ群３５１の光軸上における位置を変更することにより、描画ヘッド３１の焦点位置を調節する。ヘッド制御部６３は、圧力センサ４１からの出力に基づいて、焦点調節機構３５３を制御する。
【００８０】
これにより、描画ヘッド３１の周囲の圧力変動に起因する描画ヘッド３１の焦点位置のずれを補正することができる。その結果、描画ヘッド３１の焦点位置を基板９の上面９１に精度良く合わせることができ、基板９に対する高精度な描画を実現することができる。また、描画装置１では、上述のステップＳ１１〜Ｓ２０に示すオートフォーカス機構の調整（いわゆる、フォーカスキャリブレーション）を１回行った後は、フォーカスキャリブレーションに代えて、ヘッド制御部６３による演算処理により焦点位置のずれを補正することができるため、焦点位置のずれの補正に要する時間を短縮することができる。その結果、描画装置１の生産性を向上することができる。
【００８１】
上述のように、描画ヘッド３１は、投影光学系３５の温度を測定する第１温度センサ３６をさらに備えることが好ましい。また、ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御は、第１温度センサ３６からの出力にも基づいて行われることが好ましい。これにより、投影光学系３５の温度変動に起因する描画ヘッド３１の焦点位置のずれを補正することができる。その結果、基板９に対する描画の精度を向上することができる。
【００８２】
上述のように、描画ヘッド３１は、ステージ２１上の基板９までの距離を測定する距離センサ３８をさらに備えることが好ましい。また、ステージ移動機構２２によりステージ２１を相対移動して描画ヘッド３１からの光の照射領域を基板９上にて走査することにより基板９に対する描画が行われている間、距離センサ３８による基板９までの距離の測定が継続的に行われ、ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御は、距離センサ３８からの出力にも基づいて行われることが好ましい。さらに、基板９に対する描画が行われている間、ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御により、描画ヘッド３１の焦点位置は、基板９の上面９１に合わせられることが好ましい。このように、基板９に対する描画の際にオートフォーカスが行われることにより、反り等の変形が生じている基板９に対しても、高精度な描画を実現することができる。
【００８３】
さらに好ましくは、描画ヘッド３１は、距離センサ３８の温度を測定する第２温度センサ３７をさらに備え、ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御は、第２温度センサ３７からの出力にも基づいて行われる。これにより、距離センサ３８の温度変動に起因する受光部３８２における受光位置のずれ（すなわち、距離センサ３８により取得される測定照射距離のずれ）を補正することができる。その結果、基板９に対する描画の精度を向上することができる。
【００８４】
上述のように、描画装置１では、ステージ移動機構２２によりステージ２１を相対移動して描画ヘッド３１からの光の照射領域を基板９上にて所定の走査方向に１回のみ走査することにより、基板９に対する描画が完了することが好ましい。このようなシングルパス方式の描画を実現するためには、投影光学系３５が比較的大型のレンズを備える必要がある。大型レンズでは、一般的に焦点深度が浅くなるため、描画ヘッド３１の焦点位置は基板９の上面９１からずれ易くなる。上述のように、描画装置１では、描画ヘッド３１の焦点位置を基板９の上面９１に精度良く合わせることができるため、描画装置１の構造は、シングルパス方式の描画が行われる描画装置に特に適している。
【００８５】
上述のように、好ましくは、基板９に描画されるパターンは回路パターンであり、当該回路パターンのＬ／Ｓのラインは７μｍ〜９μｍであり、スペースは１１μｍ〜１３μｍである。このような高精細の描画を実現するためには、投影光学系３５が比較的大型のレンズを備える必要がある。大型レンズでは、一般的に焦点深度が浅くなるため、描画ヘッド３１の焦点位置は基板９の上面９１からずれ易くなる。上述のように、描画装置１では、描画ヘッド３１の焦点位置を基板９の上面９１に精度良く合わせることができるため、描画装置１の構造は、高精細の描画が行われる描画装置に特に適している。
【００８６】
上述のように、焦点レンズ群３５１は、焦点調節機構３５３により対物レンズ群３５２から独立して移動することが好ましい。これにより、焦点調節機構３５３を小型化することができる。焦点レンズ群３５１を対物レンズ群３５２から独立して移動する構造は、焦点レンズ群３５１が比較的大型のレンズを有する描画装置に特に適している。
【００８７】
また、焦点調節機構３５３による焦点レンズ群３５１の移動方向は、水平方向であることがさらに好ましい。これにより、焦点レンズ群３５１が大型化して重量が大きい場合であっても、当該移動方向が上下方向である場合に比べて、焦点調節機構３５３による焦点レンズ群３５１の移動を容易とすることができる。
【００８８】
描画装置１により基板９に光を照射してパターンの描画を行う描画方法は、描画ヘッド３１の周囲の圧力を測定する工程（ステップＳ３１）と、ステップＳ３１にて測定された圧力に基づいて、焦点レンズ群３５１の光軸上における位置を変更することにより、描画ヘッド３１の焦点位置を調節する工程（ステップＳ３３）とを備える。これにより、上述のように、描画ヘッド３１の周囲の圧力変動に起因する描画ヘッド３１の焦点位置のずれを補正することができる。その結果、描画ヘッド３１の焦点位置を基板９の上面９１に精度良く合わせることができ、基板９に対する高精度な描画を実現することができる。
【００８９】
描画装置１では、描画ヘッド３１からの光の照射位置と、設計上の当該照射位置との水平方向におけるずれを調整する処理（いわゆる、ヘッドキャリブレーション）においても、上述の圧力および温度に基づく補正が行われることが好ましい。当該ヘッドキャリブレーションは、例えば、描画装置１のメンテナンスの際に行われる。ヘッドキャリブレーションが行われる際には、調整対象である描画ヘッド３１は治具５２の上方に移動され、撮像部５１は、当該描画ヘッド３１の下方に位置する。
【００９０】
図９は、ヘッドキャリブレーションの流れの一例を示す図である。まず、圧力センサ４１による圧力（すなわち、気圧）の測定が行われ、圧力センサ４１により取得された測定圧力が、制御部６のヘッド制御部６３へと送られる（ステップＳ４１）。また、第１温度センサ３６による温度測定が行われ、第１温度センサ３６により取得された投影光学系３５の測定温度が、ヘッド制御部６３へと送られる（ステップＳ４２）。なお、ステップＳ４１，Ｓ４２の実行順序は適宜変更されてよい。また、ステップＳ４１およびステップＳ４２は、並行して実行されてもよい。
【００９１】
ヘッド制御部６３では、ステップＳ４１，Ｓ４２において取得された測定圧力および投影光学系３５の測定温度に基づいて、焦点レンズ群３５１の基準位置の補正が行われる（ステップＳ４３）。そして、焦点調節機構３５３により、補正基準位置へと焦点レンズ群３５１が移動される（ステップＳ４４）。ステップＳ４３では、上述のステップＳ３３と同様に、数１に示す補正距離ｄＦ（ｎｍ）だけ、焦点レンズ群３５１が基準位置から移動される。これにより、描画ヘッド３１の焦点位置が、治具５２の上面に合わせられる。
【００９２】
焦点レンズ群３５１が補正基準位置に位置すると、描画ヘッド３１から治具５２へと光が照射され、所定のキャリブレーションパターン（図示省略）が、治具５２に照射される。そして、撮像部５１により、治具５２上における描画ヘッド３１からの光の照射領域が、治具５２上に予め形成されている上記目印と共に撮像される（ステップＳ４５）。目印には、例えば、距離センサ３８に固定されている光源から照明光が照射される。
【００９３】
撮像部５１により取得された画像は、制御部６の画像処理部６２へと送られる。画像処理部６２は、撮像部５１により取得された画像に基づいて、実際の描画ヘッド３１の照射位置と、設計上の描画ヘッド３１の照射位置（以下、「設計照射位置」と呼ぶ。）との水平方向のずれを取得する。換言すれば、画像処理部６２は、ステップＳ４５にて取得された画像に基づいて、描画ヘッド３１の照射位置の設計照射位置からの水平方向におけるずれを取得する（ステップＳ４６）。
【００９４】
その後、当該ずれに基づいて、描画ヘッド３１の照射位置が設計照射位置と一致するように、描画ヘッド３１がヘッド移動機構（図示省略）により水平方向へと移動される（ステップＳ４７）。描画装置１では、複数の描画ヘッド３１のそれぞれについて、上述のステップＳ４１〜Ｓ４７が行われることにより、複数の描画ヘッド３１の水平方向における位置調節（すなわち、ヘッドキャリブレーション）が終了する。
【００９５】
以上に説明したように、描画装置１は、治具５２と、撮像部５１と、画像処理部６２とをさらに備えることが好ましい。治具５２は、ステージ２１に固定される。撮像部５１は、治具５２上における描画ヘッド３１からの光の照射領域を、治具５２上に予め形成されている目印と共に撮像する。画像処理部６２は、撮像部５１により取得された画像に基づいて、描画ヘッド３１の照射位置の設計照射位置からのずれを取得する。描画装置１では、撮像部５１による治具５２の撮像が行われる際に、ヘッド制御部６３による焦点調節機構３５３の制御により、描画ヘッド３１の焦点位置が治具５２に合わせられることが好ましい。これにより、描画ヘッド３１の照射位置の設計照射位置からのずれを高精度に取得することができるため、高精度なヘッドキャリブレーションを実現することができる。その結果、基板９に対する描画の精度を向上することができる。
【００９６】
上述の描画装置１および描画方法では、様々な変更が可能である。
【００９７】
第１温度センサ３６は、図４に例示する位置に貼付される必要はなく、例えば、対物レンズ群３５２の他の部位、または、焦点レンズ群３５１に貼付されてもよい。第２温度センサ３７も同様に、図４に例示する位置に貼付される必要はなく、例えば、発光部３８１または受光部３８２に貼付されてもよい。第１温度センサ３６および第２温度センサ３７は、熱電対以外のセンサであってもよい。圧力センサ４１の位置および種類についても、適宜変更されてよい。
【００９８】
描画ヘッド３１では、ＤＭＤに代えて、例えばＧＬＶ（グレーチング・ライト・バルブ）（登録商標）等の他の装置が、光変調デバイス３４１として設けられてもよい。
【００９９】
また、描画ヘッド３１では、焦点レンズ群３５１は、必ずしも対物レンズ群３５２から独立して移動する必要はなく、焦点調節機構３５３により対物レンズ群３５２と共に移動されてもよい。
【０１００】
上述のオートフォーカス機構の調整では、ステップＳ１４において、撮像部５１により取得された画像からコントラスト評価値以外のパラメータが求められ、当該パラメータを利用して、ステップＳ１６におけるピーク検出処理が行われてもよい。また、ステップＳ１１〜Ｓ１３における基準圧力、基準温度および基準受光位置の取得は、ステップＳ１８において焦点レンズ群３５１の基準位置が取得された後に行われてもよい。
【０１０１】
ステップＳ３３における焦点レンズ群３５１の基準位置の補正は、数１以外の数式を利用して行われてもよい。あるいは、描画ヘッド３１の周囲の圧力および投影光学系３５の温度と、焦点レンズ群３５１の位置との関係を示すテーブルが予め記憶部６１に格納されており、当該テーブルを利用して焦点レンズ群３５１の基準位置の補正が行われてもよい。焦点レンズ群３５１の基準位置の補正では、投影光学系３５の温度は必ずしも利用される必要はなく、例えば、描画ヘッド３１の周囲の圧力のみに基づいて当該補正が行われてもよい。ステップＳ４３における焦点レンズ群３５１の基準位置の補正についても同様である。
【０１０２】
ステップＳ３５における基準受光位置の補正は、数２以外の数式を利用して行われてもよい。あるいは、距離センサ３８の温度と基準受光位置との関係を示すテーブルが予め記憶部６１に格納されており、当該テーブルを利用して基準受光位置の補正が行われてもよい。なお、距離センサ３８の基準受光位置の補正は省略されてもよい。
【０１０３】
描画装置１における基板９に対する描画は、必ずしもシングルパス方式で行われる必要はなく、いわゆるマルチパス方式で行われてもよい。この場合、まず、ステージ移動機構２２により基板９がＹ方向に移動され、複数の描画ヘッド３１からの光の照射領域が、基板９の上面９１上にてＹ方向に走査される。続いて、ステージ移動機構２２により、基板９がＸ方向に所定の距離（例えば、１つの描画ヘッド３１による描画幅に略等しい距離）だけ移動される。次に、基板９が再びＹ方向に移動され、複数の描画ヘッド３１からの光の照射領域が、基板９の上面９１上にてＹ方向に走査される。そして、基板９のＹ方向（すなわち、走査方向）への移動による光の走査、および、基板９のＸ方向（すなわち、幅方向）へのステップ移動が繰り返されることにより、基板９に対する回路パターンの描画が行われる。
【０１０４】
ステージ移動機構２２は、必ずしもステージ２１を移動する必要はなく、例えば、固定されたステージ２１の上方において、複数の描画ヘッド３１を、基板９の上面９１に平行な方向に移動してもよい。
【０１０５】
描画部３に設けられる描画ヘッド３１の数は、適宜変更されてよい。描画ヘッド３１の数は、１であってもよく、２以上であってもよい。
【０１０６】
描画装置１では、基板９に描画される回路パターンのＬ／Ｓは適宜変更されてよい。また、回路パターン以外のパターンが基板９に描画されてもよい。
【０１０７】
描画装置１において描画が行われる基板９は、必ずしもプリント配線基板には限定されない。描画装置１では、例えば、半導体基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネル表示装置用のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、太陽電池パネル用の基板等に対する回路パターンの描画が行われてもよい。
【０１０８】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１    描画装置
９    基板
２１    ステージ
２２    ステージ移動機構
３１    描画ヘッド
３２    光源
３５    投影光学系
３６    第１温度センサ
３７    第２温度センサ
３８    距離センサ
４１    圧力センサ
５１    撮像部
５２    治具
６２    画像処理部
６３    ヘッド制御部
９１    （基板の）上面
３４１    光変調デバイス
３５１    焦点レンズ群
３５２    対物レンズ群
３５３    焦点調節機構
Ｓ１１〜Ｓ２０，Ｓ３１〜Ｓ３６，Ｓ４１〜Ｓ４７    ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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