(57)【要約】【課題】入力パラメータに対する回折光量の特性を実測することなく、回折光学素子の駆動に適した駆動範囲を簡易に決定し、回折光学素子を効率的に制御する。【解決手段】光を回折光学素子に入射したときに回折光学素子で反射される回折光の光量を反射光量として実測する光量測定部と、パラメータの変化に対する反射光量の変化を示す回折光量特性に基づいて反射光量を計算する光量計算部と、同一条件下で光量測定部により実測された反射光量と光量計算部により計算された反射光量との差分ならびに回折光量特性に基づいて駆動範囲を決定する範囲決定部とを備える。【選択図】図１
2016133751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるパラメータに応じて可動部材が固定部材に対して変位するように前記可動部材を駆動して回折格子を形成する回折光学素子において前記パラメータを駆動範囲内で可変して前記回折格子の形成を制御する制御装置であって、
光を前記回折光学素子に入射したときに前記回折光学素子で反射される回折光の光量を反射光量として実測する光量測定部と、
前記パラメータの変化に対する前記反射光量の変化を示す回折光量特性に基づいて反射光量を計算する光量計算部と、
同一条件下で前記光量測定部により実測された反射光量と前記光量計算部により計算された反射光量との差分、ならびに前記回折光量特性に基づいて前記駆動範囲を決定する範囲決定部と
を備えることを特徴とする回折光学素子の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回折光学素子の制御装置であって、
前記反射光量は前記回折光学素子で反射される反射光のうち０次光の光量である、
回折光学素子の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回折光学素子の制御装置であって、
前記回折光学素子には、前記可動部材が変位する変位方向にベース部材が配置され、
前記パラメータは前記可動部材と前記ベース部材との間の電位差である、
回折光学素子の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の回折光学素子の制御装置であって、
前記パラメータは前記可動部材に与える電圧である、
回折光学素子の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の回折光学素子の制御装置であって、
前記光量測定部は前記可動部材に電圧を印加しない無印加状態で反射光量を実測し、
前記光量計算部は前記無印加状態での反射光量を計算する、
回折光学素子の制御装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の回折光学素子の制御装置であって、
前記範囲決定部は、前記回折光量特性のみに基づき決定される駆動範囲から前記差分に対応する電圧だけシフトさせた範囲を、前記回折光学素子を駆動するための駆動範囲とする、
回折光学素子の制御装置。
【請求項７】
入力されるパラメータに応じて可動部材が固定部材に対して変位するように前記可動部材を駆動して回折格子を形成する回折光学素子において前記パラメータを駆動範囲内で可変して前記回折格子の形成を制御する制御方法であって、
光を前記回折光学素子に入射したときに前記回折光学素子で反射される回折光の光量を反射光量としたとき、
同一条件下で、前記反射光量を実測するとともに前記回折光学素子における前記パラメータの変化に対する前記反射光量の変化を示す回折光量特性に基づいて前記反射光量を計算する工程と、
実測された前記反射光量と計算された前記反射光量との差分を求める工程と、
前記差分と前記回折光量特性に基づいて前記駆動範囲を決定する工程と
を備えることを特徴とする回折光学素子の制御方法。
【請求項８】
変調された光を描画対象物に照射して描画する描画装置であって、
入力されるパラメータに応じて可動部材が固定部材に対して変位するように前記可動部材を駆動して回折格子を形成する回折光学素子と、
前記回折光学素子に光を入射させる照明部と、
前記パラメータを駆動範囲内で可変して前記回折光学素子に入力して、前記回折光学素子で反射されて前記描画対象物へ向かう方向へ出射される回折光の光量を制御して光変調を行う変調部と、
前記回折光の光量を測定する光量測定部と、
前記変調部により変調された光による描画を行う前に前記駆動範囲を調整する制御部とを備え、
光を前記回折光学素子に入射したときに前記回折光学素子で反射される回折光の光量を反射光量としたとき、
前記制御部は、
前記パラメータの変化に対する前記反射光量の変化を示す回折光量特性に基づいて反射光量を計算する光量計算部と、
同一条件下で前記光量測定部により実測された反射光量と前記光量計算部により計算された反射光量との差分、ならびに前記回折光量特性に基づいて前記駆動範囲を決定する範囲決定部と
を有することを特徴とする描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力されるパラメータに応じて可動部材が固定部材に対して変位するように可動部材を駆動して回折格子を形成する回折光学素子を制御する制御技術および当該回折光学素子により変調された光を描画対象物に照射して描画する描画装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体ウエハやガラス基板などの基板にパターンを形成する方法として、光照射により描画を行う技術がある。この技術では、感光層を形成した基板を描画対象物として、描画データに基づき変調された光を描画対象物に照射して感光層を露光する。このような光変調を行うための空間光変調器として、例えばＧＬＶ（Grating Light Valve：グレーティングライトバルブ、米国シリコンライトマシーンズ社の登録商標）などの回折格子型の光学素子（以下、「回折光学素子」という）を好適に適用することができる。
【０００３】
この回折光学素子では、基準面に対して移動自在な可動部材と、基準面に対して固定された固定部材とが交互に基準面に沿って配列されている。そして、回折光学素子に入射される光が可動部材および固定部材によって光を反射される。この際、可動部材を固定部材に対して変位させると、これらの部材によって回折格子が形成されて、回折光学素子から回折光が射出される。つまり、このような回折光学素子では、可動部材に与える入力パラメータを制御することで可動部材を固定部材に変位させて回折光学素子からの回折光の光量を調整することが可能となっている。
【０００４】
例えば特許文献１に記載の装置では、基準電極に対する可動部材の変位量を制御する入力パラメータとして、可動部材に制御電圧を印加する。この電圧印加による可動部材と基準電極の間の電位差により静電気力が発生し、可動部材を基準電極側に変位させる。しかも、印加電圧に応じて可動部材の変位する量が異なり、格子の深さが変化する。その結果、回折光学素子から射出される０次光の光量（以下「０次回折光量」という）が印加電圧に応じて変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１０６５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回折光学素子は、例えば図１の実線に示すような印加電圧に対する０次回折光量特性（以下「Ｉ−Ｖ特性」という）を有している。つまり、０次回折光量は印加電圧に応じて変化し、電圧Ｖminで極小となり、電圧Ｖmaxで極大となる。したがって、例えば回折光学素子を空間光変調器として用いるとき、印加電圧を電圧Ｖminから電圧Ｖmaxの範囲内で変化させながら回折光学素子を駆動することで、露光量の調整分解能、つまりダイナミックレンジを高くすることができる。このように回折光学素子を駆動させるためのパラメータを変化させる範囲を、本明細書では「駆動範囲」と称する。
【０００７】
回折光学素子は、所望のＩ−Ｖ特性（例えば図１中の実線で示すＩ−Ｖ特性）が発現されるように設計され、その設計データ通りに製造される。しかしながら、製造のバラツキによりＩ−Ｖ特性が製品毎に相違することがある。この場合、Ｉ−Ｖ特性が相違しているにもかかわらず、入力パラメータを上記駆動範囲（Ｖmin〜Ｖmax）で変化させると、ダイナミックレンジは狭くなり、回折光学素子の利用効率が低下してしまう。そこで、回折光学素子の利用効率を高めるために、製品毎にＩ−Ｖ特性を実測し、それに基づいて駆動範囲を新たに設定する必要があった。なお、このような問題は０次光に特有なものではなく、それ以外の回折光成分、例えば１次回折光を用いる場合も全く同様であった。このように、回折光学素子を高い利用効率で制御するためには、製品ごとに、入力パラメータに対する回折光量の特性、つまり回折光量特性を実測する必要があった。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、入力パラメータに対する回折光量の特性を実測することなく、回折光学素子の駆動に適した駆動範囲を簡易に決定し、回折光学素子を効率的に制御することができる技術、ならびに当該技術を用いて高いダイナミックレンジで描画を行うことができる描画装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の第１態様は、入力されるパラメータに応じて可動部材が固定部材に対して変位するように可動部材を駆動して回折格子を形成する回折光学素子においてパラメータを駆動範囲内で可変して回折格子の形成を制御する制御装置であって、光を回折光学素子に入射したときに回折光学素子で反射される回折光の光量を反射光量として実測する光量測定部と、パラメータの変化に対する反射光量の変化を示す回折光量特性に基づいて反射光量を計算する光量計算部と、同一条件下で光量測定部により実測された反射光量と光量計算部により計算された反射光量との差分、ならびに回折光量特性に基づいて駆動範囲を決定する範囲決定部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明の第２態様は、入力されるパラメータに応じて可動部材が固定部材に対して変位するように可動部材を駆動して回折格子を形成する回折光学素子においてパラメータを駆動範囲内で可変して回折格子の形成を制御する制御方法であって、光を回折光学素子に入射したときに回折光学素子で反射される回折光の光量を反射光量としたとき、同一条件下で、反射光量を実測するとともに回折光学素子におけるパラメータの変化に対する反射光量の変化を示す回折光量特性に基づいて反射光量を計算する工程と、実測された反射光量と計算された反射光量との差分を求める工程と、差分と回折光量特性に基づいて駆動範囲を決定する工程とを備えることを特徴としている。
【００１１】
さらに、この発明の第３態様は、変調された光を描画対象物に照射して描画する描画装置であって、入力されるパラメータに応じて可動部材が固定部材に対して変位するように可動部材を駆動して回折格子を形成する回折光学素子と、回折光学素子に光を入射させる照明部と、パラメータを駆動範囲内で可変して回折光学素子に入力して、回折光学素子で反射されて描画対象物へ向かう方向へ出射される回折光の光量を制御して光変調を行う変調部と、回折光の光量を測定する光量測定部と、変調部により変調された光による描画を行う前に駆動範囲を調整する制御部とを備え、光を回折光学素子に入射したときに回折光学素子で反射される回折光の光量を反射光量としたとき、制御部は、パラメータの変化に対する反射光量の変化を示す回折光量特性に基づいて反射光量を計算する光量計算部と、同一条件下で光量測定部により実測された反射光量と光量計算部により計算された反射光量との差分、ならびに回折光量特性に基づいて駆動範囲を決定する範囲決定部とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、後述するように回折光学素子の製造バラツキによって回折光量特性がシフトするという技術事項に着目し、回折光学素子の製品毎の回折光量特性を測定することなく、駆動範囲を決定している。したがって、簡易に回折光学素子を効率的に制御することができる。また、このように決定された駆動範囲内で回折光学素子を制御することで高いダイナミックレンジで描画を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】回折格子型の回折光学素子のＩ−Ｖ特性の一例を示すグラフである。
【図２】本発明にかかる描画装置の一実施形態の概略構成を模式的に示す正面図である。
【図３Ａ】回折光学素子が備える構成の一例を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】回折光学素子が取り得る無印加状態を示す図である。
【図３Ｃ】回折光学素子が取り得る第１の状態を示す図である。
【図３Ｄ】回折光学素子が取り得る第２の状態を示す図である。
【図４Ａ】光学ヘッドが備える詳細構成の一例を模式的に示す図である。
【図４Ｂ】空間光変調器の構成の一例を模式的に示す図である。
【図５】光学ヘッドと基板上面との距離を測定するための構成の一例を模式的に示す図である。
【図６】図２の描画装置の制御系を示すブロック図である。
【図７】図２の描画装置で実行される駆動範囲調整処理および描画処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
Ａ．Ｉ−Ｖ特性について
図１は回折格子型の回折光学素子のＩ−Ｖ特性の一例を示すグラフである。回折光学素子が例えば同図中の実線に示すＩ−Ｖ特性を有するように設計され、その設計データ通りに製造されると、回折光学素子に印加する制御電圧、つまり印加電圧Ｖmin0、Ｖmax0で０次回折光量（相対値）がそれぞれ極小および極大となる。したがって、設計データ通りに製造される限り、制御電圧を可変して印加する範囲、つまり駆動範囲を電圧Ｖmin0〜電圧Ｖmax0の範囲に設定することで高いダイナミックレンジが得られる。この明細書では、上記駆動範囲（Ｖmin0〜Ｖmax0）を「基準駆動範囲」と称する。
【００１５】
しかしながら、製造のバラツキにより、例えば制御電圧を印加しない無印加状態における回折光学素子の固定部材（図３Ｂの固定リボン４１２）と可動部材（図３Ｂの可動リボン４１３）との距離（図３Ｂ中の符号ｄ0）が設計データからはずれると、Ｉ−Ｖ特性は、同図中の破線に示すように低電圧側にシフトしたり、同図中の１点鎖線に示すように高電圧側にシフトする。そのため、０次回折光量が極小となる印加電圧も、０次回折光量が極大となる印加電圧もシフトし、回折光学素子の駆動に適した駆動範囲が予め設計された基準駆動範囲（Ｖmin0〜Ｖmax0）から変動してしまう。これがダイナミックレンジの狭小化要因の一つとなっている。
【００１６】
回折格子型の回折光学素子の一例であるＧＬＶは、周知のように、ボトム電極（ベース部材）に対して固定リボン（固定部材）および可動リボン（可動部材）を対向させながら交互に配列した構造を有しており、可動リボンへの制御電圧の印加によって可動リボンを固定リボンに対して変位させることで回折格子を形成する。なお、回折光学素子の構成および動作については図３Ａないし図３Ｄを参照しつつ後で詳述する。
【００１７】
ＧＬＶについては従来より種々の研究が進められている。例えばJahja I. Trisnadi et al.，「Overview and applications of Grating Light Valve TM based optical write engines for high-speed digital imaging」，Presented at Photonics West 2004 - Micromachining and Microfabrication Symposium，January 26, 2004, San Jose, CA, USAでは、spring-capacitor modelに基づく可動リボンに印加した電圧Ｖと、印加電圧に応じて可動リボンが変位した変位量ｄ（Ｖ）との関係を示す式が記載されている（同文献中の（２．２）式）。つまり、ボトム電極と可動リボンとの距離を「ｈ」とし、ボトム電極と可動リボンとの間における誘電率を「Ｖｓ」とし、印加電圧を「Ｖ」とすると、電圧の印加に伴う変位量ｄ（Ｖ）を次式で求めることができる。なお、数１中の「ω」は定数である。
【数１】
2016133751.tif 000003
【００１８】
また、上記文献には、固定リボンに対する可動リボンの距離と回折光量との関係を示す式が記載されている（同文献中の（２．３ａ）式）。ここで、固定リボンと可動リボンとが隙間なく並設されている場合、上記関係式に基づき次の関係式が得られる。
【００１９】
【数２】
2016133751.tif 000004
ただし、Ｉ0は回折光量、Ｉmaxは最大回折光量、ｄは固定リボンに対する可動リボンの距離、λは回折光学素子に入射される光の波長である。
【００２０】
これら（１）および（２）式から設計データ通りに製造された回折光学素子のＩ−Ｖ特性（図１中の実線）を求めることができる。また、製造バラツキが発生すると、無印加状態での固定リボンの表面と可動リボンの表面との距離が設計データと異なることがあり、上記したようにＩ−Ｖ特性が高電圧側や低電圧側にシフトする。これによって、例えば図１に示すように無印加状態での回折光量が変動するとともに、可動リボンに制御電圧を印加した印加状態においても回折光量が変動する。
【００２１】
ここで、製造バラツキによりＩ−Ｖ特性が高電圧側にΔＶだけシフトした場合（図１中の１点鎖線）に絞って詳しく検討する。この場合、図１に示すように、無印加状態での回折光量が設計データ通りに製造された場合のそれよりもΔＩ（＝Ｉ1−Ｉ0）だけ変動する。回折光量の変動量ΔＩから製造バラツキに起因する変位量ｄ（Ｖ）を（２）式に基づいて求めることができる。さらに、この変位量ｄ（Ｖ）を（１）式に代入して計算することでＩ−Ｖ特性のシフト量ΔＶを求めることができる。このように上記した（１）式および（２）式を用いることで回折光学素子のＩ−Ｖ特性を測定することなく、製造バラツキに起因するＩ−Ｖ特性のシフト量ΔＶを求めることができ、常に回折光学素子により回折光の光量が極小および極大となる印加電圧をそれぞれ求めることができる。なお、上記においては、Ｉ−Ｖ特性が高電圧側にシフトする場合について検討しているが、低電圧側にシフトする場合（図１中の破線）についても同様である。また、無印加状態ではなく、可動リボンに対して適当な電圧（回折光学素子が破壊しない程度の電圧以下）を印加した状態でシフト量を求めることも可能である。
【００２２】
このように回折光学素子の製造バラツキにより無印加状態での固定リボンと可動リボンとの距離が変動することでＩ−Ｖ特性がシフトし、しかも当該シフト量ΔＶを回折光量の変動量ΔＩに基づいて導出することができるという技術事項を考慮することで、次のような作用効果が得られる。すなわち、回折光学素子の製品毎のＩ−Ｖ特性を測定することなく、回折光量が極小および極大となる制御電圧を求めることができる。そして、それらの電圧範囲を可動リボンの駆動に適した駆動範囲とすることができる。しかも、当該駆動範囲で回折光学素子を駆動することで高ダイナミックレンジが得られる。なお、本明細書では、こうした駆動範囲調整処理によって調整された後の駆動範囲を「調整済駆動範囲」と称する。
【００２３】
Ｂ．実施形態
次に、回折光学素子の製品毎に、必要に応じて駆動範囲調整処理を行って調整済駆動範囲を求め、常に回折光学素子に適した駆動範囲内で回折光学素子を制御して光変調を行って描画処理を実行する描画装置の一実施形態について説明する。
【００２４】
図２は本発明にかかる描画装置の一実施形態の概略構成を模式的に示す正面図である。描画装置１００は、レジストなどの感光材料の層が形成された基板Ｗの上面に光を照射して、パターンを描画する装置である。なお、基板Ｗは、半導体基板、プリント基板、カラーフィルタ用基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置に具備されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板のいずれでもよい。図示例では円形の半導体基板の上面に形成された下層パターンに重ねて上層パターンが描画される。
【００２５】
描画装置１００は、本体フレーム１０１で構成される骨格の天井面および周囲面にカバーパネル（図示省略）が取り付けられることによって形成される本体内部と、本体フレーム１０１の外側である本体外部とに、各種の構成要素を配置した構成となっている。
【００２６】
描画装置１００の本体内部は、処理領域１０２と受け渡し領域１０３とに区分されている。これらの領域のうち処理領域１０２には、主として、ステージ１０、ステージ移動機構２０、光学ユニットＵ、アライメントユニット６０が配置される。一方、受け渡し領域１０３には、処理領域１０２に対する基板Ｗの搬出入を行う搬送ロボットなどの搬送装置７０が配置される。
【００２７】
また、描画装置１００の本体外部には、アライメントユニット６０に照明光を供給する照明ユニット６１が配置される。また、同本体には、描画装置１００が備える装置各部と電気的に接続されて、これら各部の動作を制御する制御部９０が配置される。
【００２８】
なお、描画装置１００の本体外部で、受け渡し領域１０３に隣接する位置には、カセットＣを載置するためのカセット載置部１０４が配置される。また、カセット載置部１０４に対応し、本体内部の受け渡し領域１０３に配置された搬送装置７０は、カセット載置部１０４に載置されたカセットＣに収容された未処理の基板Ｗを取り出して処理領域１０２に搬入（ローディング）するとともに、処理領域１０２から処理済みの基板Ｗを搬出（アンローディング）してカセットＣに収容する。カセット載置部１０４に対するカセットＣの受け渡しは、図示しない外部搬送装置によって行われる。この未処理基板Ｗのローディング処理および処理済基板Ｗのアンローディング処理は制御部９０からの指示に応じて搬送装置７０が動作することで行われる。
【００２９】
ステージ１０は、平板状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持する保持部である。ステージ１０の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されており、この吸引孔に負圧（吸引圧）を付与することによって、ステージ１０上に載置された基板Ｗをステージ１０の上面に固定保持することができるようになっている。そして、ステージ１０はステージ移動機構２０により移動させられる。
【００３０】
ステージ移動機構２０は、ステージ１０を主走査方向（Ｙ軸方向）、副走査方向（Ｘ軸方向）、及び回転方向（Ｚ軸周りの回転方向（θ軸方向））に移動させる機構である。ステージ移動機構２０は、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート２２を支持するベースプレート２４と、支持プレート２２を副走査方向に移動させる副走査機構２３と、ベースプレート２４を主走査方向に移動させる主走査機構２５とを備える。副走査機構２３および主走査機構２５は、制御部９０からの指示に応じてステージ１０を移動させる。
【００３１】
アライメントユニット６０は、基板Ｗの上面に形成された図示しないアライメントマークを撮像する。アライメントユニット６０は、鏡筒、対物レンズ、およびＣＣＤイメージセンサを有するアライメントカメラ６０１を備える。アライメントカメラ６０１が備えるＣＣＤイメージセンサは、例えばエリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）により構成される。また、アライメントユニット６０は、図示しない昇降機構によって所定の範囲内で昇降可能に支持されている。
【００３２】
照明ユニット６１は、鏡筒とファイバ６１１を介して接続され、アライメントユニット６０に対して照明用の光を供給する。照明ユニット６１から延びるファイバ６１１によって導かれる光は、アライメントカメラ６０１の鏡筒を介して基板Ｗの上面に導かれ、その反射光は、対物レンズを介してＣＣＤイメージセンサで受光される。これによって、基板Ｗの上面が撮像されて撮像データが取得されることになる。アライメントカメラ６０１は制御部９０の画像処理部と電気的に接続されており、制御部９０からの指示に応じて撮像データを取得し、取得した撮像データを制御部９０に送信する。
【００３３】
アライメントカメラ６０１から与えられる撮像データに基づき制御部９０は、基板Ｗの基準位置に設けられた基準マークを検出して光学ユニットＵと基板Ｗとの相対位置を位置決めするアライメント処理を行う。そして、光学ユニットＵから描画パターンに応じて変調されたレーザ光を基板Ｗの所定位置に照射することでパターン描画を行う。
【００３４】
光学ユニットＵは、描画パターンに対応するストリップデータに基づいてレーザ光を変調する光学ヘッド４を、Ｘ軸方向に沿って２台並べた概略構成を具備する。なお、光学ヘッド４の台数はこれに限られない。また、これら光学ヘッド４は互いに同様の構成を具備するので、以下では１台の光学ヘッド４に関連する構成について説明を行う。
【００３５】
光学ユニットＵには、光学ヘッド４に対してレーザ光を照射する光照射部５が設けられている。光照射部５は、レーザ駆動部５１、レーザ発振器５２および照明光学系５３を有する。そして、レーザ駆動部５１の作動によりレーザ発振器５２から射出されたレーザ光が、照明光学系５３を介して光学ヘッド４へと照射される。光学ヘッド４は、光照射部５から照射されたレーザ光を空間光変調器によって変調して、光学ヘッド４の直下で移動する基板Ｗに対して落射する。これによって、未処理の基板Ｗに形成されていた下層パターンに対して、上層パターン（描画パターン）が重ねて露光される。
【００３６】
なお、光学ヘッド４の空間光変調器は、例えば前記した特許文献１（特開２０１４−１０６５１３号公報に記載されたＧＬＶなどと同様の構成を具備する回折光学素子４１０（図３Ａ）を用いてレーザ光を変調するものである。
【００３７】
図３Ａないし３Ｄは回折光学素子が備える構成の一例を模式的に示す図である。より具体的には、図３Ａは回折光学素子４１０の概略構成を模式的に示す図である。また、図３Ｂは回折光学素子４１０が取り得る無印加状態、図３Ｃは回折光学素子４１０が取り得る第１の状態、図３Ｄは回折光学素子４１０が取り得る第２の状態を示す図である。
【００３８】
図３Ａに示すように、回折光学素子４１０は、固定リボン４１２および可動リボン４１３を平板状のボトム電極４１１の表面に対向させつつ、当該表面に平行な方向へ交互に並べた概略構成を備える。固定リボン４１２および可動リボン４１３は、平面に仕上げられて光を反射する反射面４１２ｓ、４１３sを有している。固定リボン４１２は、ボトム電極４１１に対して一定間隔を空けて固定されている。
【００３９】
可動リボン４１３は、ボトム電極４１１に対して変位可能に設けられており、印加される制御電圧に応じてボトム電極４１１に対し接近・離間方向に変位する。可動リボン４１３の変位量は、制御電圧によりボトム電極４１１との間に生じる電位差の大きさに依存する。この実施形態の回折光学素子４１０では、可動リボン４１３に制御電圧が印加されない、つまり無印加状態であり、固定リボン４１２の表面４１２ｓと可動リボン４１３の表面４１３ｓとの高低差ｄ0が入射光の波長λに対して次式：
２ｄ0＜（２ｎ＋１）・λ／２
を満足するように回折光学素子４１０は製造される（ｎは０以上の整数）。一方、この回折光学素子４１０は、可動リボン４１３に印加される制御電圧の大きさにより、図３Ｃに示す第１の状態と、図３Ｄに示す第２の状態とを取る。
【００４０】
図３Ｃに示す第１の状態では、固定リボン４１２の表面４１２ｓと可動リボン４１３の表面４１３ｓとの高低差ｄ1が入射光の波長λに対して次式：
２ｄ1＝（２ｎ＋１）・λ／２
により表される。つまり、高低差ｄ1の２倍が半波長の奇数倍である。上式の左辺（２ｄ1）は、回折光学素子４１０の表面に対し垂直に、つまり反射面４１２ｓ，４１３sの法線方向から入射する光Ｌｉが、固定リボン４１２の表面４１２ｓで反射された場合と可動リボン４１３の表面４１３sで反射された場合との光路長の差に相当する。光路長差が半波長の奇数倍であるため、固定リボン４１２の表面４１２ｓで反射された光と可動リボン４１３の表面４１３sで反射された光とが互いに逆位相となって打ち消し合う。このため、垂直方向への反射光（正反射光）は出射されず、光路長差が異なる斜め方向への出射光、すなわち１次以上の回折光Ｌｇが出射される。
【００４１】
これに対して、図３Ｄに示す第２の状態では、固定リボン４１２の表面４１２ｓと可動リボン４１３の表面４１３sとの高低差ｄ2が入射光の波長λに対して次式：
２ｄ2＝２ｎ・λ／２＝ｎ・λ
により表される（ｎは０以上の整数）。つまり、高低差ｄ2は半波長の偶数倍、波長の整数倍である。この場合、固定リボン４１２の表面４１２ｓで反射された光と可動リボン４１３の表面４１３sで反射された光とが同位相であるため、これらの光が正反射光（０次回折光）Ｌｏとして回折光学素子４１０から出射される。
【００４２】
後述するように、この実施形態では、回折光学素子４１０から出射される０次回折光を基板Ｗに照射して描画を行う。したがって、基板Ｗに向けて出射される露光ビームに限ってみれば、回折光学素子４１０の状態が図３Ｃに示す第１の状態であるときには露光ビームが出射されず、図３Ｄに示す第２の状態であるときに露光ビームが出射される。そこで、以後の説明では、光出射の状態を理解しやすくするために、図３Ｃに示す第１の状態を「露光オフ状態」、図３Ｄに示す第２の状態を「露光オン状態」と称する。露光オン状態は回折光学素子４１０から基板Ｗに向けて光が照射される状態、露光オフ状態は該光が照射されない状態である。これらは可動リボン４１３に印加される制御電圧の大きさで区別される。
【００４３】
制御電圧は個々の可動リボン４１３に対し個別に設定可能であり、したがって１つの可動リボン４１３とこれに隣接する固定リボン４１２とからなるリボン対ごとに露光オン状態と露光オフ状態とを現出させることができる。一のリボン対により構成される露光オン・オフの最小単位を、以下では「チャンネル」と称する。この実施形態では、チャンネル番号０から８０００までの計８００１チャンネルを有する回折光学素子を用いるものとして説明するが、チャンネル数は任意である。
【００４４】
図４Ａおよび図４Ｂは光学ヘッドが備える詳細構成の一例を模式的に示す図である。図４Ａに示すように、光学ヘッド４では、回折光学素子４１０を有する空間光変調器４１が設けられている。具体的には、光学ヘッド４に上下方向（Ｚ方向）に延設された支柱４００の上部に取り付けられた空間光変調器４１は、回折光学素子４１０の反射面を下方に向けた状態で支柱４０に支持されている。
【００４５】
図４Ｂに示すように、空間光変調器４１は、回折光学素子４１０と、これを支持しつつ自身は一軸方向に移動可能な直動ステージ４１４と、直動ステージ４１４を支持しつつ自身は回折光学素子４１０の反射面に直交する軸周りに回動する回動ステージ４１５と、回動ステージ４１５を支持するベース部４１６とを備えており、ベース部４１６が支柱４００に固定される。
【００４６】
後の説明のため、図４Ｂに示すように、直動ステージ４１４上においてＲＳＴ直交座標系を設定する。Ｒ方向は回折光学素子４１０における固定および可動リボン４１２，４１３の配列方向である。また、Ｓ方向は固定および可動リボン４１２，４１３それぞれの長手方向である。またＴ方向は回折光学素子４１０の表面に直交する方向である。またＴ軸周りの回転方向をα方向とする。これらの軸方向のうちＲ方向およびＳ方向は、回動ステージ４１５が回動するとこれに伴って変化する。
【００４７】
また、ベース部４１６上においてＲ’Ｓ’Ｔ’直交座標系を設定する。Ｓ’方向は直動ステージ４１４の移動方向であり、Ｔ’方向はＴ方向と同様に回折光学素子４１０の表面に直交する方向である。そして、Ｓ’方向はこれらに直交する方向である。またＴ’軸周りの回転方向をα’方向とする。
【００４８】
直動ステージ４１４および回動ステージ４１５が初期位置にあるとき、両座標系の関係が以下の関係となるように設定する。Ｒ軸とＲ’軸とが平行であり、またＳ軸とＳ’軸とが平行である。Ｔ軸とＴ’軸とは常に平行である。また、ＲＳ平面における原点と、Ｒ’Ｓ’平面における原点はＴ軸方向（またはＴ’軸方向）においてのみ位置が異なる。つまり、Ｔ軸方向（Ｔ’軸方向）から見たとき、ＲＳ平面とＲ’Ｓ’平面とは原点および座標軸方向が共通である。
【００４９】
図４Ａに戻って、光学ヘッド４において、回折光学素子４１０は、その反射面の法線が光軸ＯＡに対して傾斜して配置されており、照明光学系５３から射出された光は、支柱４００の開口を通してミラー４３に入射し、ミラー４３によって反射された後に回折光学素子４１０に照射される。そして、回折光学素子４１０の各チャンネルの状態が描画データに応じて制御部９０によって切り換えられて、回折光学素子４１０に入射したレーザ光が変調される。描画データにより表される１画素は、１つまたは複数のチャンネルに対応する。なお、回折光学素子４１０への光の入射方向が反射面の法線に対して斜め方向となり反射光の光路長が図３Ｃおよび図３Ｄと異なるが、入射角に応じて制御電圧を適宜チューニングして可動リボン４１３の変位量を調節することで、０次回折光が出射される露光オン状態と出射されない露光オフ状態とを実現することができる。
【００５０】
このとき、回折光学素子４１０には、照明光学系５３によって均一化されたレーザ光が照射される。つまり、レーザ発振器５２から射出された光は、照明光学系５３によって強度分布が均一な線状のラインビーム光（光束断面が線状の光）に整形されて、回折光学素子４１０の有効領域に照射される。ここで、有効領域は、回折光学素子４１０が入射光に対する変調を実行可能な領域である。またラインビーム光の長軸方向は、回折光学素子４１０におけるリボン配列方向であるＲ方向を目標とされる。
【００５１】
そして、光学ヘッド４では、回折光学素子４１０から０次回折光として反射されたレーザ光が投影光学系４３のレンズへ入射する一方、回折光学素子４１０から１次以上の回折光として反射されたレーザ光は投影光学系４３のレンズへ入射しない。つまり、基本的には回折光学素子４１０で反射された０次回折光のみが投影光学系４３へ入射するように構成されている。
【００５２】
投影光学系４３のレンズを通過した光は、フォーカシングレンズ４４１を介して所定の倍率にて基板Ｗ上へ導かれる。このフォーカシングレンズ４４１はフォーカス駆動機構４４２に取り付けられている。そして、制御部９０からの制御指令に応じてフォーカス駆動機構４４２がフォーカシングレンズ４４１を鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って昇降させることで、フォーカシングレンズ４４２から射出されたレーザ光の収束位置が基板Ｗの上面Ｗsに調整される。
【００５３】
光学ヘッド４の筺体下部には、オートフォーカス部として機能する照射部４５１と受光部４５２とが設けられている。照射部４５１は、レーザダイオード（ＬＤ）で構成された光源から射出した光を、基板Ｗの上面Ｗsに対して斜めに照射させる。受光部４５２は、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサやＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサなどの固体撮像素子で構成され、基板Ｗの上面Ｗsからの反射光を検出する。そして、制御部９０は、受光部４５２の検出結果から、光学ヘッド４と基板上面Ｗsとの距離を検出する。
【００５４】
つまり、図４Ａにおいて実線矢印で示すように基板上面Ｗsが光学ヘッド４から遠ざかったとき、あるいは破線矢印で示すように基板上面Ｗsが光学ヘッド４に接近したとき、基板上面Ｗsからの反射光の光路がそれぞれ実線矢印および破線矢印で示す方向に変化し、受光部４５２の各受光位置における受光量も変動する。したがって、受光部４５２における受光量のピーク位置が、それぞれ実線矢印および破線矢印で示すように変化する。制御部９０は、これを利用して光学ヘッド４と基板上面Ｗsとの距離を検出する。そして、制御部９０は、検出距離に応じてフォーカス駆動機構４４２を動作させて、フォーカシングレンズ４４１を上下させることで、フォーカシングレンズ４４１の焦点を基板上面Ｗsに合せて、レーザ光の収束位置を基板上面Ｗsへ的確に調整する（オートフォーカス）。
【００５５】
このようなオートフォーカスを効果的に機能させるためには、フォーカシングレンズ４４１の焦点が基板上面Ｗsに合っているときの光学ヘッド４と基板上面Ｗsとの距離を予め把握しておく必要がある。この距離は短期的にはあまり変化しないが、装置を長期間使用するにつれて変化する。そこで、この描画装置１００では、光学ヘッド４と基板上面Ｗsとの距離を測定するための構成が設けられている。
【００５６】
図５は光学ヘッドと基板上面との距離を測定するための構成の一例を模式的に示す図である。同図に示すように、ステージ１０の側方には、光学ヘッド４から射出されるレーザ光を受光してレーザ光の像を観察する観察光学系８０が配置されている。観察光学系８０には、例えば石英ガラスによって平板状に形成された光透過性のダミー基板８０１が水平に設けられている。
【００５７】
ダミー基板８０１の下方、すなわちダミー基板８０１を挟んで光学ヘッド４の反対側には、ビームスプリッタ８０６を介して観察用カメラ８０３が配置される。観察用カメラ８０３は例えば、ダミー基板８０１からビームスプリッタ８０６を介して入射してきたレーザ光を光学系によって固体撮像素子に収束させるものである。ダミー基板８０１と観察用カメラ８０３はそれぞれケース８０４に取り付けられて一体化されており、観察用カメラ８０３の光学系の焦点位置は、ダミー基板８０１の上面８０１sに合うように調整されている。また、ケース８０４は支持プレート２２に立設された支持フレーム８０５によって昇降自在に支持されており、ケース８０４の鉛直方向（Ｚ軸方向）への位置が制御部９０によって調整可能となっている。こうして、観察光学系８０およびダミー基板８０１は、水平方向（ＸＹ方向）にはステージ１０と一体的に移動する一方、鉛直方向（Ｚ軸方向）にはステージ１０から独立して移動可能となっている。
【００５８】
光学ヘッド４と基板上面Ｗsとの距離を測定するにあたっては、観察光学系８０が光学ヘッド４の直下に位置決めされるとともに、ダミー基板８０１の上面８０１sがステージ１０に載置される基板Ｗの上面Ｗsと同じ高さに位置決めされる。そして、制御部９０は、光学ヘッド４からダミー基板上面８０１sに照射されたレーザ光の光学像を観察用カメラ８０３で撮像しつつ、フォーカシングレンズ４３１の鉛直方向（Ｚ軸方向）への位置を変化させて、光学像が最少となる（光学像のコントラストが最大となる）ようにフォーカシングレンズ４４１の位置を設定する。これによって、フォーカシングレンズ４４１の焦点がダミー基板上面８０１sに合わせられる。そして、制御部９０は、このときの光学ヘッド４とダミー基板上面８０１sとの距離を求める。以後の描画動作では、こうして求められた距離に基づいてフォーカシングレンズ４４１の位置を調整することで、オートフォーカスを適切に実行できる。
【００５９】
ダミー基板８０１を通して観察光学系８０に入射したレーザ光の一部は、ビームスプリッタ８０６により進路を変えられて、ケース８０４内に設けられた光量検出器８０７に入射する。図示を省略しているが、ビームスプリッタ８０６と光量検出器８０７との間には集光光学系が設けられて、ビームスプリッタ８０６により分けられた光が全て光量検出器８０７に受光されるようになっている。光量検出器８０７は、受光面に入射した光量に応じた電気信号を出力し、光の入射位置に対する分解能は不要である。したがって、例えばフォトダイオードを使用することができる。光量検出器８０７の出力は、後述する無印加状態での回折光量の測定に利用される。
【００６０】
図６は図２に示す描画装置の制御系を示すブロック図である。制御部９０では、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）が予め記憶部９９に記憶された制御プログラムを実行することにより、または専用ハードウェアにより、以下の各機能ブロック９１〜９５が実現される。照明制御部９１は、光学ユニットＵの光照射部５を制御してラインビーム光を出射させる。
【００６１】
フォーカス制御部９４は、オートフォーカス動作を司る。ステージ制御部９３は、ステージ移動機構２０を制御して、ステージ１０を光学ヘッド４に対し相対移動させる。アライメント制御部９２は、アライメントユニット６０のアライメントカメラ６０１から出力される画像データに基づいてアライメント処理を実行する。
【００６２】
描画制御部９５は、記憶部９９に記憶された描画レシピに基づきドライバ９５１を制御し、ドライバ９５１から回折光学素子４１０の各可動リボン４１３に制御電圧を印加させて、描画すべきパターンに対応させてラインビーム光を変調する。また、描画制御部９５は制御電圧の適正な駆動範囲を求め、調整する駆動範囲調整処理を、必要に応じて実行する。
【００６３】
この駆動範囲調整処理を実行する技術的意義は、「Ａ．Ｉ−Ｖ特性について」の項で説明したように、回折光学素子４１０のＩ−Ｖ特性のシフト変動に対応して駆動範囲の適正化を図る点にある。これによって、回折光学素子４１０のＩ−Ｖ特性を実際に測定することなく、回折光学素子４１０に適した駆動範囲が得られ、この駆動範囲内で可動リボン４１３に制御電圧を印加することによってダイナミックレンジ（露光量の調整分解能）を高めることができる。以下、図７を参照しつつ駆動範囲調整処理を中心に詳述する。
【００６４】
図７は図２の描画装置で実行される駆動範囲調整処理および描画処理を示すフローチャートである。この描画装置１００では、回折光学素子４１０の組込や交換が行われた後で駆動範囲調整処理が実行される。この駆動範囲調整処理は、記憶部９９に記憶された制御プログラムにしたがって制御部９０が装置各部を以下のように制御することで実行される。
【００６５】
駆動範囲調整処理では、制御部９０は回折光学素子４１０の設計データを読み込む（ステップＳ１）。このデータ読込は描画装置１００の操作パネル（図示省略）を介して行われてもよいし、ネットワーク通信によって行われてもよい。設計データには、無印加状態での固定リボン４１２の表面４１２ｓと可動リボン４１３の表面４１３ｓとの高低差ｄ0が含まれている。そして、設計データを読み込んだ制御部９０は設計データに基づいて回折光学素子４１０のＩ−Ｖ特性を導出する（ステップＳ２）。ここでは、ステップＳ２により図１の実線で示すＩ−Ｖ特性が得られたものと仮定して駆動範囲調整処理の説明を続ける。
【００６６】
次のステップＳ３では、制御部９０はＩ−Ｖ特性に基づいて０次回折光量が極小となる印加電圧Ｖmin0および極大となる印加電圧Ｖmax0を求め、この電圧範囲（Ｖmin0〜Ｖmax0）を基準駆動範囲として記憶する。こうして、装置１００に装備された回折光学素子４１０が設計データ通りに製造されたときの駆動範囲が導出される。また、制御部９０はＩ−Ｖ特性に基づいて無印加状態での０次回折光量Ｉ0を計算する（ステップＳ４）。
【００６７】
また、制御部９０は、ステップＳ３およびＳ４の実行と並行して、無印加状態の回折光学素子４１０にラインビーム光を入射させ（ステップＳ５）、光量検出器８０７により無印加状態での０次回折光量Ｉ1を計測する（ステップＳ６）。ここで、回折光学素子４１０の製造バラツキにより固定リボン４１２と可動リボン４１３との高低差ｄ0にバラツキが生じると、図１に示すように０次回折光量の計算値Ｉ0と実測値Ｉ1とが不一致となる。一方、回折光学素子４１０が設計データ通りに製造されているときには、計算値Ｉ0と実測値Ｉ1とは一致、あるいはほぼ一致する。
【００６８】
そこで、本実施形態では、制御部９０は、０次回折光量の計算値Ｉ0と実測値Ｉ1との差分ΔＩ（＝Ｉ1−Ｉ0）を算出し（ステップＳ７）、さらに差分ΔＩがゼロであるか否かを判定する（ステップＳ８）。このステップＳ８で「ＹＥＳ」と判定する、つまり回折光学素子４１０が設計データ通りに製造されている場合には、この段階で駆動範囲調整処理を終了させ、上記基準駆動範囲内で制御電圧を可変させながら描画処理を実行する（ステップＳ９）。
【００６９】
一方、ステップＳ８で「ＮＯ」と判定する、つまり回折光学素子４１０が設計データ通りに製造されておらず、Ｉ−Ｖ特性のシフト変動が生じていると判定すると、制御部９０はＩ−Ｖ特性のシフト量ΔＶを当該差分ΔＩに基づいて計算する（ステップＳ１０）。なお、シフト量ΔＶの計算は「Ａ．Ｉ−Ｖ特性について」の項で説明した計算と同一である。そして、制御部９０は基準駆動範囲をシフト量ΔＶだけシフトさせる。つまり、次式
Ｖmin1＝Vmin0＋ΔＶ
Ｖmin1＝Vmin0＋ΔＶ
にしたがって０次回折光量が極小となる印加電圧Ｖmin1および極大となる印加電圧Ｖmax1を算出し、装置１００に装備されている回折光学素子４１０に適した駆動範囲（Ｖmin1〜Ｖmax1）を、製造バラツキに適合した調整済駆動範囲として記憶部９９に記憶する（ステップＳ１１）。こうして駆動範囲調整処理を終了した後で、制御部９０は上記調整済駆動範囲内で制御電圧を可変させながら描画処理を実行する（ステップＳ１２）。
【００７０】
以上のように、回折光学素子４１０の製造バラツキによって無印加状態での固定リボン４１２と可動リボン４１３との距離ｄは設計データからずれることがあり、当該ずれ分だけＩ−Ｖ特性が高印加電圧側あるいは低印加電圧側にシフトすることがある。そこで、本実施形態では、Ｉ−Ｖ特性のシフトが発生するとき、シフト量ΔＶを算出し、当該シフト量ΔＶ分だけ基準駆動範囲をシフトさせて回折光学素子４１０の製品毎の調整済駆動範囲を求めている。したがって、回折光学素子４１０の製品毎に回折光量特性を測定する必要はなく、回折光学素子４１０の駆動に適した駆動範囲を簡易に決定することができ、回折光学素子４１０を効率的に制御することが可能となっている。しかも、上記した回折光学素子４１０の制御技術を装備する描画装置１００では、駆動に適した駆動範囲内で回折光学素子４１０を制御することで高いダイナミックレンジで描画を行うことができる。
【００７１】
また、上記実施形態では、無印加状態という同一の条件下で０次回折光量の計算値Ｉ0と実測値Ｉ1をそれぞれ求めている。もちろん、０[Ｖ]以外の制御電圧を印加するという同一条件下で計算値Ｉ0と実測値Ｉ1をそれぞれ求めてもよい。ただし、複数の可動リボン４１３に制御電圧を印加すると、可動リボン４１３毎の電圧感度特性にバラツキが生じることがあり、これを回避するためには無印加状態で０次回折光量を計測するのが望ましい。
【００７２】
このように上記実施形態では、可動リボン４１３に印加する制御電圧（印加電圧）が本発明の「パラメータ」の一例に相当している。また、ボトム電極４１１、固定リボン４１２および可動リボン４１３がそれぞれ本発明の「ベース部材」、「固定部材」および「可動部材」の一例に相当している。また、印加される制御電圧に応じて可動リボン４１３がボトム電極４１１に接近する方向が本発明の「変位方向」に相当している。また、０次回折光量が本発明の「反射光量」の一例に相当している。また、光照射部５が本発明の「照明部」の一例に相当している。また、描画制御部９５およびドライバ９２１が本発明の「変調部」として機能している。さらに、光量検出器８０７が本発明の「光量測定部」として機能する一方、制御部９０のうち描画制御部９５が本発明の「光量計算部」および「範囲決定部」として機能しており、これらによって本発明の「回折光学素子の制御装置」が構成されている。
【００７３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、回折光学素子４１０で反射された光のうち０次回折光量のみを本発明の「反射光量」とし、当該回折光学素子４１０に適した駆動範囲を求めているが、その他の回折光の光量を本発明の「反射光量」として用いてもよい。例えば１次回折光の光量を反射光量とする場合には、投影光学系４３において０次光のみを取り出すためのスリット板（図示省略）の回折光学素子側に光量検出器を配置し、当該スリット板により遮光される１次回折光を受光し、当該１次回折光の光量を本発明の「反射光量」として測定することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、０次光を用いて描画処理を行う描画装置に対して本発明を適用しているが、０次光以外の他の回折光成分、例えば１次回折光を用いる描画装置に対して本発明を適用することができる。
【００７５】
また、上記実施形態では、可動リボン４１３に印加する制御電圧を本発明の「パラメータ」として用いているが、「パラメータ」はこれに限定されるものではなく、例えばボトム電極４１１と可動リボン４１３との間の電位差を本発明の「パラメータ」として用いてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態の回折光学素子４１０はＧＬＶ素子であるが、本発明を適用可能な回折光学素子はＧＬＶのみに限定されるわけではなく、制御電圧により可動部材が撓むことで回折格子を形成するタイプの光学素子であればよい。
【００７７】
さらに、本発明の適用対象はウエハなどの半導体基板Ｗを本発明の「描画対象物」として当該基板に対して光を照射して描画する装置に限定されるものではなく、例えばプリント配線基板やガラス基板等、種々のものを描画対象物として利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
この発明は、入力されるパラメータに応じて可動部材が固定部材に対して変位するように可動部材を駆動して回折格子を形成する回折光学素子を制御する技術および当該技術を用いて描画する描画装置全般に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
５…光照射部
４１…空間光変調器
９０…制御部
９５…描画制御部
１００…描画装置
４１０…回折光学素子
４１１…ボトム電極
４１２…固定リボン
４１３…可動リボン
８０７…光量検出器
９２１…ドライバ
Ｗ…基板
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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