(57)【要約】【課題】露光ヘッド等の経時的形状変化の蓄積により露光位置が本来の適正位置からずれた場合に、その露光位置ずれを正確に測定することができる露光装置の提供。【解決手段】ステージと、ステージ上の設置物に対してビーム光を照射する露光ヘッドと、露光ヘッドからのビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンが表面に配列されステージ上に配置される露光位置検出用基板と、露光ヘッドによる走査露光を可能にする移動部と、露光位置検出用基板が露光ヘッドにより走査露光されたとき、露光位置検出用パターンでのビーム光の反射による反射光を受光する受光部と、受光部が受光した反射光の光量に基づき露光位置検出用基板の露光位置を算出する露光位置算出部と、露光位置検出用基板の所定パターンでの走査露光を２回以上行ったとき、前回の露光位置と今回の露光位置とのずれ量を算出する位置ずれ算出部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の感光性材料にビーム光を照射することにより当該感光性材料を走査露光する露光装置であって、
上面に前記基板を設置可能なステージと、
前記ステージ上の設置物に対してビーム光を照射する露光ヘッドと、
前記露光ヘッドから出射されたビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンが表面に配列され前記ステージ上に配置される露光位置検出用基板と、
前記露光ヘッドと前記ステージの少なくともいずれか一方を主走査方向に沿って相対移動させることにより、前記露光ヘッドによる前記主走査方向に沿った走査露光を可能にする移動部と、
前記ステージ上に前記露光位置検出用基板が設置され当該露光位置検出用基板が前記露光ヘッドにより走査露光されたとき、前記露光位置検出用パターンでの前記ビーム光の反射による反射光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した反射光の光量に基づき前記露光位置検出用基板の露光位置を算出する露光位置算出部と、
前記露光ヘッドによる前記露光位置検出用基板の所定パターンでの走査露光を２回以上行ったとき、前記露光位置算出部によって前回測定した露光位置と、前記露光位置算出部によって今回測定した露光位置とのずれ量を算出する位置ずれ算出部とを備えた、露光装置。
【請求項２】
各前記露光位置検出用パターンは、少なくともその一部が同一直線上に配列されており、
前記露光位置検出用基板は、同一直線上に配列された各前記露光位置検出用パターンの配列方向が前記露光ヘッドの主走査方向に略沿うように前記ステージ上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記露光位置検出用パターンは、
主走査方向エッジと、
前記主走査方向エッジに対して直角な副走査方向エッジとを含み、
前記露光位置検出用基板は、前記主走査方向エッジが前記露光ヘッドの主走査方向と略平行となるように配置されることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記主走査方向エッジおよび前記副走査方向エッジにより階段状エッジが形成され、
前記位置ずれ算出部は、前記露光ヘッドが前記階段状エッジを含む領域を走査露光したときの前記反射光の光量に基づき、前記露光位置を算出することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記副走査方向エッジの長さは、当該副走査方向エッジが延びる方向の前記ビーム光幅と同程度であることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
各前記位置検出用露光パターンは、マトリクス状に前記露光位置検出用基板の表面に配列され、
前記露光位置検出用基板は、各前記露光位置検出用パターンの主走査方向エッジが前記主走査方向に略沿うように配置され、
前記移動部は、前記露光ヘッドと前記露光位置検出用基板の少なくともいずれか一方を前記主走査方向および当該主走査方向と直交する副走査方向に沿って相対移動させることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項７】
前記露光位置検出用基板の表面には、前記主走査方向に延びる前記露光位置検出用パターンの列を特定するためのバーコード・パターンが配列されていることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記露光位置検出用パターンは、前記主走査方向エッジが前記副走査方向エッジより短い第１の露光位置検出用パターンと、前記主走査方向エッジが前記副走査方向エッジより長い第２の露光位置検出用パターンとを含み、
前記第１の露光位置検出用パターンと前記第２の露光位置検出用パターンが同一直線上に配列され、
前記露光位置検出用基板は、前記第１の露光位置検出用パターンと前記第２の露光位置検出用パターンの配列方向が前記主走査方向に略沿うように設置され、
前記露光位置算出部は、前記露光ヘッドが前記第１の露光位置検出用パターンの前記副走査方向エッジを含む領域を走査したときの前記反射光の光量と、前記露光ヘッドが前記第２の露光位置検出用パターンの前記主走査方向エッジを含む領域を走査したときの前記反射光の光量に基づき、前記露光位置を算出することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項９】
露光ヘッドによる走査露光の際の露光位置を検出するための露光位置検出方法であって、
露光ヘッドから出射されたビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンが表面に配列された露光位置検出用基板をステージ上に配置する配置ステップと、
前記露光ヘッドにより前記ステージ上の前記露光位置検出用基板に対してビーム光を照射しつつ、前記露光ヘッドと前記ステージの少なくともいずれか一方を主走査方向に沿って相対移動させることにより、前記露光ヘッドによる前記主走査方向に沿った走査露光を行う走査露光ステップと、
前記露光位置検出用基板が前記露光ヘッドにより走査露光されたとき、前記露光位置検出用パターンでの前記ビーム光の反射による反射光を受光する受光ステップと、
前記受光ステップで受光した反射光の光量に基づき前記露光位置検出用基板の露光位置を算出する露光位置算出ステップとを備えた、露光位置検出方法。
【請求項１０】
基板上の感光性材料にビーム光を照射することにより当該感光性材料を走査露光する露光方法であって、
露光ヘッドから出射されたビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンが表面に配列された露光位置検出用基板をステージ上に配置する配置ステップと、
前記露光ヘッドにより前記ステージ上の前記露光位置検出用基板に対してビーム光を照射しつつ、前記露光ヘッドと前記ステージの少なくともいずれか一方を主走査方向に沿って相対移動させることにより、前記露光ヘッドによる前記主走査方向に沿った走査露光を行う走査露光ステップと、
前記露光位置検出用基板が前記露光ヘッドにより走査露光されたとき、前記露光位置検出用パターンでの前記ビーム光の反射による反射光を受光する受光ステップと、
前記受光ステップで受光した反射光の光量に基づき前記露光位置検出用基板の露光位置を算出する露光位置算出ステップと、
前記露光位置算出ステップで算出された露光位置を記憶する記憶ステップと、
前記露光ヘッドによる前記露光位置検出用基板の所定パターンでの走査露光を２回以上行ったとき、前記露光位置算出ステップによって前回算出された露光位置と、前記露光位置算出ステップによって今回算出された露光位置とのずれ量を算出する位置ずれ算出ステップとを備えた、露光方法。
【請求項１１】
基板上の感光性材料にビーム光を照射することにより当該感光性材料を走査露光する露光装置の露光位置を検出するための露光位置検出用基板であって、
光透過性材料により形成された基板本体と、
前記基板本体の表面に配列され前記ビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンとを備え、
前記ビーム光が前記露光位置検出用基板表面を走査露光したときの当該ビーム光の反射光光量に基づき当該露光位置検出用基板の露光位置の検出が可能とされたことを特徴とする露光位置検出用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置、露光位置検出方法、露光方法および露光位置検出用基板に関し、より詳しくは、温度変化による熱膨張や熱収縮、長期使用による経時的形状変化の蓄積により各露光ヘッドによる露光位置が本来の適正位置からずれた場合や、重量の大きなステージが露光走査時に動くことによって露光位置が適正位置からずれた場合であってもその位置ずれ量を正確に検知し、必要に応じてその位置ずれを補正することができる露光装置、露光位置検出方法、露光方法および露光位置検出用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ用ガラス基板や半導体ウエハ（以下、基板と称する）上の感光性材料をレーザ光等のビーム光で走査露光して配線パターンを描画するために露光装置が用いられる。このような露光装置では、ビーム光を出射する露光ヘッドを感光性材料の上方に配置し、露光ヘッドまたは基板を相対的に水平方向に移動させることにより感光性材料を走査露光する。
【０００３】
近年は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤと称する）に代表される空間光変調素子をパターンジェネレータとして用いて画像データに応じたビーム光を生成し、そのビーム光により走査露光を行うマルチビーム露光装置が実用化されている。
【０００４】
従来のマルチビーム露光装置は、画像データに応じて生成した制御信号に基づいてＤＭＤのマイクロミラーの向きを制御してビーム光を偏向し、変向されたビーム光を露光面に照射する。
【０００５】
しかしながら、ビーム光源から露光面に至るまでに数多くの光学部材や機構部材が設けられているので、それら部材の温度変化による熱膨張や熱収縮、長期使用による経時的形状変化の蓄積により、ビーム光の照射スポットの位置すなわち露光位置が本来の適正位置（所期の露光位置）からずれてしまい、露光精度が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、基板がセットされるステージは通常、石製であり、重量がかなり大きい。ステージを載せている設置台には門形のゲートが固定され、ゲートの梁部に露光ヘッドが固定されている。このため、走査露光のためにステージが移動すると、露光ヘッドの光軸が傾き、その傾きによって露光位置が本来の適正位置からずれてしまい、露光精度が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
従来は、感光性材料層が表面に形成された基板（以下、感光性基板と称する）を露光した後に当該感光性基板をエッチングして配線パターン形成し、その配線パターンの位置精度を誤差計測専用の装置で測定していた。その測定した位置精度に基づき、露光ヘッドの露光位置を補正していた。その後再び、別の感光性基板を露光して当該感光性基板をエッチングして配線パターンを形成し、その配線パターンの位置精度を誤差計測専用の装置で測定していた。その測定した位置精度に基づき、再度、露光ヘッドの露光位置を補正していた。従来は、このように面倒で時間のかかる作業を繰り返すことにより、露光精度を許容範囲内に収めるキャリブレーションを行っていた。キャリブレーションは、一般に、露光装置のメンテナンス時や基板の種類を変更する時などに行われるものである。キャリブレーションを行うことにより、感光性基板の露光描画精度を高めることができる。
【０００８】
ステージ上に基板を設置したときにその設置位置が本来の適正位置からずれていることがある。この位置ずれを補正するために、従来、基板上にアライメント・マークを設けていた。すなわち、ステージ上に基板を設置し、基板上のアライメント・マークをＣＣＤカメラで撮像し、撮像したアライメント・マークの位置に基づいて設置位置ずれ量を検出し、この設置位置ずれ量に基づいてステージを適正な位置に移動させるアライメントを行っていた。
【０００９】
しかしながら、このアライメントは、露光ヘッドの位置および傾きが適正であることを前提とする補正動作である。このため、アライメントによっては、光学系等の経時的形状変化による露光位置ずれを補正することができなかった。
【００１０】
特許文献１には、ステージの端部に取付けられたビーム位置検出手段（スリット板）の取付角度を走査方向に対して校正する手段を備えたマルチビーム露光装置が開示されている。この露光装置によれば、当該露光装置内で経時変化があったとき、例えばステージの走査方向が変化したりあるいはビーム位置検出手段の取付角度が走査方向に対して変化した場合などに、露光装置内の機能だけでビーム位置検出手段の向きを校正することができる。
【００１１】
しかしながら、この露光装置には以下のような課題があった。重量が大きなステージが露光走査時に動くと、その下にある設置台が歪み、露光位置が適正位置からずれる。ビーム位置検出手段はステージの端部に取付けられており、当該端部では基板への露光は行わない。つまり、この露光装置では、露光を行わない位置でビーム光の位置を検出している。よって、この露光装置では、実際に露光を行う位置でのビーム光の位置データを取得することができないため、適正な露光位置制御を行うことができない。
【００１２】
また、ビーム位置検出手段がステージの端部に固定されているため、取得できるビーム位置データがステージの端部についてだけのものとなり、基板全体についてのビーム位置データを取得することができず、精度よく露光位置制御を行うことができない。
【特許文献１】特開２００６−１６３１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、温度変化による熱膨張や熱収縮、長期使用による経時的形状変化の蓄積により露光ヘッドによる露光位置が本来の適正位置からずれた場合や、重量の大きなステージが露光走査時に動くことによって露光位置が適正位置からずれた場合に、その露光位置ずれを正確に測定し、必要に応じてその露光位置ずれを補正することが可能な露光装置、露光位置検出方法、露光方法および露光位置検出用基板の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る露光装置は、
基板上の感光性材料にビーム光を照射することにより当該感光性材料を走査露光する露光装置であって、
上面に上記基板を設置可能なステージと、
上記ステージ上の設置物に対してビーム光を照射する露光ヘッドと、
上記露光ヘッドから出射されたビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンが表面に配列され上記ステージ上に配置される露光位置検出用基板と、
上記露光ヘッドと上記ステージの少なくともいずれか一方を主走査方向に沿って相対移動させることにより、上記露光ヘッドによる上記主走査方向に沿った走査露光を可能にする移動部と、
上記ステージ上に上記露光位置検出用基板が設置され当該露光位置検出用基板が上記露光ヘッドにより走査露光されたとき、上記露光位置検出用パターンでの上記ビーム光の反射による反射光を受光する受光部と、
上記受光部が受光した反射光の光量に基づき上記露光位置検出用基板の露光位置を算出する露光位置算出部と、
上記露光ヘッドによる上記露光位置検出用基板の所定パターンでの走査露光を２回以上行ったとき、上記露光位置算出部によって前回測定した露光位置と、上記露光位置算出部によって今回測定した露光位置とのずれ量を算出する位置ずれ算出部とを備える。
【００１５】
本発明における「基板」は、その表面に感光性材料の膜が設けられ、露光によって配線等のパターンが形成される基板である。一方、本発明における「露光位置検出用基板」は、露光位置を算出するための基板である。
本発明によれば、露光ヘッドが露光位置検出用基板の表面を走査露光することにより、露光位置検出用パターンでビーム光が反射されて反射光が生じる。反射光光量は、ビーム光が露光位置検出用パターンのどの領域に照射されたかに応じて異なる。露光位置算出部は、反射光光量に基づいて露光位置検出用基板の露光位置を算出する。露光ヘッドによる露光位置検出用基板の所定パターンでの走査露光を２回以上行ったとき、位置ずれ算出部は、露光位置算出部によって前回測定された露光位置と、露光位置算出部によって今回測定された露光位置とを比較することにより、前回の露光位置と今回の露光位置とのずれ量を算出する。
従って、本発明によれば、温度変化による熱膨張や熱収縮、長期使用による経時的形状変化の蓄積により露光ヘッドによる露光位置が本来の適正位置からずれた場合や、重量の大きなステージが露光走査時に動くことによって露光位置が適正位置からずれた場合に、その位置ずれ量を正確に測定することができる。
【００１６】
本発明においては、
各上記露光位置検出用パターンは、少なくともその一部が同一直線上に配列されており、
上記露光位置検出用基板は、同一直線上に配列された各上記露光位置検出用パターンの配列方向が上記露光ヘッドの主走査方向に略沿うように上記ステージ上に配置されることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、露光ヘッドが各露光位置検出用パターンを順次、露光走査することができる。従って、露光位置検出用基板の露光位置を各露光位置検出用パターンにおいて確実に算出することができる。よって、露光位置ずれ量の算出精度を高めることができる。
【００１８】
本発明においては、
上記露光位置検出用パターンは、
主走査方向エッジと、
上記主走査方向エッジに対して直角な副走査方向エッジとを含み、
上記露光位置検出用基板は、上記主走査方向エッジが上記露光ヘッドの主走査方向と略平行となるように配置されることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、露光位置検出用パターンは、主走査方向エッジと、主走査方向エッジに対して直角な副走査方向エッジとを含む。露光ヘッドが副走査方向エッジを含む領域を走査することにより、位置ずれ算出部は、ビーム光が露光位置検出用パターンに到達したこと、ビーム光の幅方向全体が露光位置検出用パターンで反射されたときの反射光の光量を検知することができる。
走査ヘッドが主走査方向エッジを含む領域を走査することにより、ビーム光は露光位置検出用パターンによってビーム幅方向の一部が反射される。位置ずれ算出部は、ビーム光が露光位置検出用パターンによってビーム幅方向全体が反射されているときの反射光光量とビーム幅方向の一部が反射されているときの反射光光量の比を求めることにより、その比に基づいて、主走査方向に直交する副走査方向の露光位置を算出することができる。また、主走査位置と、主走査方向エッジを含む領域を走査している時間に基づき、位置ずれ算出部は、主走査方向における露光位置を算出することができる。
【００２０】
本発明においては、
上記主走査方向エッジおよび上記副走査方向エッジにより階段状エッジが形成され、
上記位置ずれ算出部は、上記露光ヘッドが上記階段状エッジを含む領域を走査露光したときの上記反射光の光量に基づき、上記露光位置を算出することが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、露光ヘッドが階段状エッジのいずれの段を含む領域を走査するかに応じて露光位置検出用パターンを走査する長さが異なるので、主走査方向に直交する副走査方向において高い精度で露光位置を算出することができる。
【００２２】
本発明においては、
上記副走査方向エッジの長さは、当該副走査方向エッジが延びる方向の上記ビーム光幅と同程度であることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、副走査方向エッジの長さが、副走査方向エッジが延びる方向のビーム光幅と同程度なので、露光位置の算出を確実に行うことができる。
副走査方向エッジの長さが、副走査方向エッジが延びる方向のビーム光幅よりかなり短いとき、露光位置検出用パターンの全幅がビーム光幅よりも短くなる場合がある。この場合、ビーム光の幅方向全体に渡る反射光が生成されないので、主走査方向と直交する副走査方向における露光位置を算出できない可能性がある。また、階段状エッジを構成した場合、１個の露光位置検出用パターンを走査している間に多くの副走査方向エッジを走査することとなり、露光位置を算出するための演算が複雑となる。
一方、副走査方向エッジの長さが、副走査方向エッジが延びる方向のビーム光幅よりかなり長いときは、階段状エッジを構成した場合に問題が生じる可能性がある。１個の露光位置検出用パターンを走査している間に１個の主走査方向エッジも走査されず、露光位置を算出できない可能性があるからである。
【００２４】
本発明においては、
各上記位置検出用露光パターンは、マトリクス状に上記露光位置検出用基板の表面に配列され、
上記露光位置検出用基板は、各上記露光位置検出用パターンの主走査方向エッジが上記主走査方向に略沿うように配置され、
上記移動部は、上記露光ヘッドと上記露光位置検出用基板の少なくともいずれか一方を上記主走査方向および当該主走査方向と直交する副走査方向に沿って相対移動させることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、露光位置検出用パターンは、走査方向および当該走査方向と直交する方向に略沿ってマトリクス状に配列される。よって、各位置検出用露光パターンを走査露光することにより、露光位置算出部は、露光位置検出用基板の全体に渡って露光位置を算出することができる。より高い精度で露光位置を算出することができる。
【００２６】
本発明においては、
上記露光位置検出用基板の表面には、上記主走査方向に延びる上記露光位置検出用パターンの列を特定するためのバーコード・パターンが配列されていることが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、露光ヘッドがバーコード・パターンを走査露光することにより、走査方向に延びる露光位置検出用パターンの列を特定することができる。
【００２８】
本発明においては、
上記露光位置検出用パターンは、上記主走査方向エッジが上記副走査方向エッジより短い第１の露光位置検出用パターンと、上記主走査方向エッジが上記副走査方向エッジより長い第２の露光位置検出用パターンとを含み、
上記第１の露光位置検出用パターンと上記第２の露光位置検出用パターンが同一直線上に配列され、
上記露光位置検出用基板は、上記第１の露光位置検出用パターンと上記第２の露光位置検出用パターンの配列方向が上記主走査方向に略沿うように設置され、
上記露光位置算出部は、上記露光ヘッドが上記第１の露光位置検出用パターンの上記副走査方向エッジを含む領域を走査したときの上記反射光の光量と、上記露光ヘッドが上記第２の露光位置検出用パターンの上記主走査方向エッジを含む領域を走査したときの上記反射光の光量に基づき、上記露光位置を算出することを特徴とするが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、走査方向エッジが直角方向エッジより短い第１の露光位置検出用パターンと、走査方向エッジが直角方向エッジより長い第２の露光位置検出用パターンとを走査露光することにより、露光位置を算出することができる。また、このような第１の露光位置検出用パターンと第２の露光位置検出用パターンとを用いることにより、例えば長方形状の露光位置検出用パターンを構成すれば済み、階段状エッジを有する複雑な形状の露光位置検出用パターンを構成する必要がない。
【００３０】
本発明に係る露光位置検出方法は、
露光ヘッドによる走査露光の際の露光位置を検出するための露光位置検出方法であって、
露光ヘッドから出射されたビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンが表面に配列された露光位置検出用基板をステージ上に配置する配置ステップと、
上記露光ヘッドにより上記ステージ上の上記露光位置検出用基板に対してビーム光を照射しつつ、上記露光ヘッドと上記ステージの少なくともいずれか一方を主走査方向に沿って相対移動させることにより、上記露光ヘッドによる上記主走査方向に沿った走査露光を行う走査露光ステップと、
上記露光位置検出用基板が上記露光ヘッドにより走査露光されたとき、上記露光位置検出用パターンでの上記ビーム光の反射による反射光を受光する受光ステップと、
上記受光ステップで受光した反射光の光量に基づき上記露光位置検出用基板の露光位置を算出する露光位置算出ステップとを備える。
【００３１】
本発明に係る露光方法は、
基板上の感光性材料にビーム光を照射することにより当該感光性材料を走査露光する露光方法であって、
露光ヘッドから出射されたビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンが表面に配列された露光位置検出用基板をステージ上に配置する配置ステップと、
上記露光ヘッドにより上記ステージ上の上記露光位置検出用基板に対してビーム光を照射しつつ、上記露光ヘッドと上記ステージの少なくともいずれか一方を主走査方向に沿って相対移動させることにより、上記露光ヘッドによる上記主走査方向に沿った走査露光を行う走査露光ステップと、
上記露光位置検出用基板が上記露光ヘッドにより走査露光されたとき、上記露光位置検出用パターンでの上記ビーム光の反射による反射光を受光する受光ステップと、
上記受光ステップで受光した反射光の光量に基づき上記露光位置検出用基板の露光位置を算出する露光位置算出ステップと、
上記露光位置算出ステップで算出された露光位置を記憶する記憶ステップと、
上記露光ヘッドによる上記露光位置検出用基板の所定パターンでの走査露光を２回以上行ったとき、上記露光位置算出ステップによって前回算出された露光位置と、上記露光位置算出ステップによって今回算出された露光位置とのずれ量を算出する位置ずれ算出ステップとを備える。
【００３２】
本発明に係る露光位置検出用基板は、
基板上の感光性材料にビーム光を照射することにより当該感光性材料を走査露光する露光装置の露光位置を検出するための露光位置検出用基板であって、
光透過性材料により形成された基板本体と、
上記基板本体の表面に配列され上記ビーム光を反射する複数の露光位置検出用パターンとを備え、
上記ビーム光が上記露光位置検出用基板表面を走査露光したときの当該ビーム光の反射光光量に基づき当該露光位置検出用基板の露光位置の検出が可能とされたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、温度変化による熱膨張や熱収縮、長期使用による経時的形状変化の蓄積により各露光ヘッドによる露光位置が本来の適正位置からずれた場合や、重量の大きなステージが露光走査時に動くことによって露光位置が適正位置からずれた場合であっても、その位置ずれ量を正確に補正することができ、必要に応じてその露光位置を補正することができる露光装置、露光位置検出方法、露光方法および露光位置検出用基板の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（第１実施形態）
本発明に係る露光装置の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る露光装置を示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る露光装置の構成を示すブロック図である。
【００３５】
第１実施形態に係る露光装置１は、ステージ２と、アクチュエータ３と、ステージ位置制御部４と、ステージ位置計測部５と、露光ヘッド７と、露光ヘッド制御部８と、カメラ９と、アライメント位置計測部１０と、描画画像生成部１１と、光センサ１２と、受光量計測部１３と、主走査エンコーダ１４と、主走査位置カウンタ部１５と、副走査エンコーダ１６と、副走査位置カウンタ部１７と、記憶部１８と、演算処理部１９と、露光位置検出用基板２０とを備えている。演算処理部１９は、露光位置算出部３１と位置ずれ算出部３２とを含む。
【００３６】
露光装置１は、表面に感光性材料層が形成された液晶ディスプレイ用基板等のガラス基板（以下、感光性基板と称する。図示略）に配線パターンを描画するために、当該感光性基板の感光性材料をレーザ光等のビーム光で走査露光する装置である。
【００３７】
感光性基板の感光性材料を露光する際、感光性基板はステージ２上に設置される。設置された感光性基板はステージ２上において基準位置から位置ずれしていることがある。このため、その位置ずれの補正（アライメント）が配線パターン描画の前に行われる。このアライメントは従来のアライメント方法で行うことができる。
【００３８】
しかしながら、露光ヘッド７の温度変化による熱膨張や熱収縮、長期使用による経時的形状変化の蓄積により、露光ヘッド７の光軸が傾くなどして感光性基板の露光位置が本来の適正位置（所期の露光位置）からずれたり、重量の大きなステージ２が露光走査時に動くことによって露光ヘッド７の光軸が傾くなどして感光性基板の露光位置が適正位置からずれることがある。露光装置１は、この露光位置ずれを検出することができる。また、露光装置１は、必要に応じて、この露光位置ずれの補正（キャリブレーション）を行うことができる。以下、露光装置１の詳細について説明する。
【００３９】
ステージ２は、その上面に、配線パターン描画の際には本基板を、露光位置検出および露光位置ずれ検出の際には露光位置検出用基板２０を設置するためのものである。露光位置検出用基板２０がステージ２上に設置されて露光位置の検出、露光位置ずれの検出、さらに必要に応じて露光位置のキャリブレーションが行われた後に、ステージ２上に感光性基板が設置され、感光性基板の走査露光が行われる。ステージ２は、通常、石製であり重量が大きい。ステージ２は、その下方に位置するアクチュエータ３によって、露光ヘッド７の主走査方向に沿って往復移動し、また、露光ヘッド７の副走査方向（主走査方向に直交する方向）に沿って往復移動する。これにより、露光ヘッド７は、主走査方向に沿って走査露光を行うことができる。また、ステージ２は、アクチュエータ３により回転することができる。
【００４０】
アクチュエータ３は、電動モータ等から構成される。アクチュエータ３は、ステージ位置制御部４からの指示に応じて主走査方向および副走査方向に沿ってステージ２を移動させ、回転させることができる。
【００４１】
ステージ位置制御部４は、ステージ２を主走査方向および副走査方向に沿って移動させ回転させるための指示をアクチュエータ３に出力する。ステージ位置制御部４は、ステージ２が予め設定された位置に順次移動するようにアクチュエータ３を制御する。
【００４２】
ステージ位置計測部５は、レーザ測長器３０からの出力に基づいて、ステージ２の位置を計測する。取得した位置データは、ステージ位置制御部４へ出力される。ステージ位置制御部４は、ステージ位置計測部５から取得した位置データを参照することにより、予め設定された走査位置にステージ２が移動しているかどうかを確認しながら、アクチュエータ３を制御する。また、ステージ位置計測部５が取得した位置データは、受光量計測部１３が測定した受光量に対応付けて記憶部１８に記憶され、露光位置算出部３１での露光位置算出および露光位置ずれ算出部３２での露光位置ずれ量算出に用いられる。
【００４３】
露光ヘッド７は、レーザ駆動部と、レーザダイオードと、光変調素子と、レンズ光学系とを含む（いずれも図示せず）。光変調素子は、例えば回折格子型の光変調素子である。回折格子型の光変調素子としては、例えばＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サニーベール、カリフォルニア）の登録商標）等が知られている。ＧＬＶは、直線状に配列され進入した光の回折角度を個別に制御可能な複数の回折格子を備えている。各回折格子の形状を制御することにより各回折格子における光の回折角度の制御がなされ、これによって光変調がなされる。露光ヘッド７には、各回折格子に個々に対応した１列に並ぶ複数のビーム光出射領域（例えば、１列に並ぶ８０００個の領域）が形成されている。１個のビーム光出射領域は、１個の描画画素として機能する。
各レーザダイオードは、レーザ駆動部によって駆動されることでビーム光（レーザ光）を出力する。そのビーム光は、光変調素子により光変調され、描画すべきパターンに応じたビーム光が生成される。光変調素子により光変調されたビーム光は、レンズ光学系を構成する対物レンズの上下方向の移動によって鉛直方向の焦点位置が調節される。焦点位置が調節されたビーム光は、感光性材料に照射される。
【００４４】
露光ヘッド７は、感光性基板の感光性材料を露光する際には、描画画像データを基に生成した制御信号に基づいてＧＬＶの各回折格子における回折角度を制御してビーム光を変調（偏向）する。ビーム光は、偏向によりビーム光出射領域から出射されるか否かが制御される。露光ヘッド７は、射出するか否かが制御された複数本のビーム光により感光性基板の走査露光を行う。また、露光ヘッド７は、露光位置検出用基板２０を露光する際には、感光性基板と同じ描画画像データを基に生成した制御信号に基づいてＧＬＶの各回折格子の形状を制御してビーム光を偏向する。露光ヘッド７は、偏向によって射出するか否かが制御された複数本のビーム光により露光位置検出用基板２０の走査露光を行う。
設置台２１は、レール等を介してステージ２を移動可能に支持し、ステージ２を回転可能に支持する。また、設置台２１には、門形のゲート２２が取付けられている。ゲート２２の梁部には、複数の露光ヘッド７が副走査方向に沿って並ぶように固定されている。
【００４５】
露光ヘッド制御部８は、描画画像データを基に生成した制御信号に基づいて露光ヘッド７のレーザ光出力強度およびＧＬＶの各回折格子の形状を制御する。露光ヘッド制御部８がＧＬＶを制御することにより、露光ヘッド７のいずれのビーム光出射領域（描画画素）からビーム光が出射されるのかが制御される。また、位置ずれ算出部３２で位置ずれ量が算出されると、その位置ずれを解消するように制御信号を補正し、補正後の制御信号に基づいて露光ヘッド７の動作を制御する。これにより、露光位置の補正（キャリブレーション）が行われる。具体的な各露光ヘッド７における補正動作は以下の通りある。すなわち、副走査方向の位置ずれに対しては、ＧＬＶで形成されるパターンを位置ずれ量に対応した分だけ移動させることにより行うことができる。主走査方向の位置ずれに対しては、ビーム光源の発光タイミングを位置ずれ量に対応した分だけずらすことにより行うことができる。また、主走査方向の位置ずれおよび副走査方向の位置ずれの解消は、ＧＬＶからの出射光の焦点位置を調節する光学系をそれぞれ主走査方向および副走査方向に移動させることにより行うこともできる。
【００４６】
カメラ９は、本基板の表面に設けられたアライメント・マークおよび露光位置検出用基板２０の表面に設けられたアライメント・マーク（図示略）を撮像するものである。カメラ９は、例えばＣＣＤカメラである。アライメント位置計測部１０は、カメラ９が取得した画像データに基づき、アライメント・マークの位置を計測する。ステージ位置制御部４は、アライメント位置計測部１０が計測したアライメント・マークの位置を予め設定されたアライメント・マークの基準位置に合わせるようにステージ２を動かすために、アクチュエータ３を制御する。これにより、感光性基板における露光位置および露光位置検出用基板２０の位置が補正（アライメント）される。しかしながら、このアライメントによっては、露光ヘッド７の熱膨張、熱収縮等に起因する露光位置ずれは補正されない。アライメントは、ステージ２に感光性基板を設置したときの設置位置ずれおよびステージ２に露光位置検出用基板２０を設置したときの設置位置ずれを補正するだけだからである。
【００４７】
描画画像生成部１１は、配線等の描画パターンの画像データ（以下、描画画像データと称する）を生成する。露光ヘッド制御部８は、生成された描画画像データに基づき、露光ヘッド７の動作を制御する。位置ずれ算出部３２で露光位置ずれ量が算出されたときは、露光ヘッド制御部８は、算出された露光位置ずれ量がゼロに近づくように露光ヘッド７の動作を制御する。すなわち、露光ヘッド制御部８は、ＧＬＶの各回折格子の形状や、発光素子の発光タイミングを制御して、レーザ光による走査露光パターンを制御する。
【００４８】
光センサ１２は、図３に示されるように、露光ヘッド７から出射されたビーム光３３が露光位置検出用基板２０で反射されたときの反射光３５を受光する。受光された反射光３５は光量信号に変換され、Ａ／Ｄ変換された後、受光量計測部１３へ出力される。
【００４９】
受光量計測部１３は、光センサ１２からの光量信号に基づき、光センサ１２の反射光光量を計測する。露光位置検出用基板２０は、後述するように、ガラス等の光透過性材料からなる基板本体２３と、基板本体２３の表面に設けられた複数の露光位置検出用パターン２４とを備えている。
レーザ光等のビーム光は基板本体２３に当たると、その殆どが基板本体２３内部に入射する。その入射光は、ステージ２の表面に入射する。ステージ２の表面は、反射防止処理（つや消しの黒色膜形成）がなされている。よって、ステージ２の表面に到達した光は殆ど反射されない。一方、レーザ光は露光位置検出用パターン２４に当たるとその殆どが反射する。反射光３５は散乱光であり、その一部が光センサ１２に入射する。
【００５０】
主走査エンコーダ１４は、ステージ２の主走査方向の位置を検出する機器であり、具体的にはリニアスケール等である。主走査エンコーダ１４から出力されたパルス信号は、主走査位置カウンタ部１５へ出力される。主走査位置カウンタ部１５は、主走査エンコーダ１４からのパルス信号の数をカウントし、そのカウント数データを演算処理部１９へ出力する。演算処理部１９は、そのカウント数データに基づきステージ２の主走査方向の位置を測定する。
【００５１】
副走査エンコーダ１６は、ステージ２の副走査方向の位置を検出する機器であり、具体的にはリニアスケール等である。副走査エンコーダ１６から出力されたパルス信号は、副走査位置カウンタ部１７へ出力される。副走査位置カウンタ部１７は、副走査エンコーダ１６からのパルス信号の数をカウントし、そのカウント数データを演算処理部１９へ出力する。演算処理部１９は、そのカウント数データに基づきステージ２の副走査方向の位置を測定する。
【００５２】
露光位置検出用基板２０は、露光ヘッド７による露光位置を検出するための基板である。露光位置検出用基板２０の一例を図４に示す。
露光ヘッド７により露光位置検出用基板２０の所定パターンでの走査露光を期間（例えば１ヶ月）を空けて２回以上行ったとき、前回測定した露光位置検出用基板２０の露光位置と、今回測定した露光位置検出用基板２０の露光位置とを比較することにより、前回の露光位置と今回の露光位置とのずれ量の算出が可能となる。露光位置ずれ量が分かれば、感光性基板を露光する前に露光位置のキャリブレーションを行うことができる。前回の露光位置が正しければ、算出した露光位置ずれ量を実質的にゼロとするようにキャリブレーションを行うことにより、経時変化等に伴う露光位置ずれをなくすことができる。
【００５３】
露光位置検出用基板２０は、基板本体２３と、基板本体２３の上面においてマトリクス状に配列された複数の露光位置検出用パターン２４と、露光位置検出用パターン２４の列を特定するための複数のバーコード・パターン２５とを備える。
【００５４】
基板本体２３は、ガラス等の光透過性材料により形成されている。基板本体２３は、通常、配線パターンを描画する対象となる感光性基板の本体と同じ材質および大きさで形成される。これは以下の理由による。感光性基板の本体と基板本体２３は温度変化で若干伸縮する。基板本体２３を感光性基板の本体と同じ材質および大きさで構成することにより、基板本体２３と感光性基板の本体は同じ温度では同じ伸縮量を有する。よって、露光位置検出用基板２０における露光位置ずれ量を算出し、その露光位置ずれ量をゼロとするように露光位置ずれ補正（キャリブレーション）を行えば、その補正がそのまま感光性基板本体の伸縮に対応した露光位置ずれ補正（キャリブレーション）となるからである。
【００５５】
露光位置検出用パターン２４は、ビーム光３３を反射する反射膜により形成されている。複数の露光位置検出用パターン２４が、基板本体２３の表面に配列されている。露光位置検出用基板２０は、露光位置検出用パターン２４の配列方向が主走査方向に略沿うようにステージ２上に配置される。露光位置検出用パターン２４の構成について、以下、詳述する。
【００５６】
図５は、露光位置検出用パターン２４の一例を示す図である。
露光位置検出用パターン２４は、主走査方向エッジ２７と、主走査方向エッジ２７に対して直角な副走査方向エッジ２８とを含む。露光位置検出用基板２０は、主走査方向エッジ２７が主走査方向と略平行となるようにステージ２上に配置される。このような配置は、露光位置のアライメントによって行うことができる。すなわち、露光位置検出用基板２０の表面に設けた複数のアライメント・マーク（図示せず）をカメラ９で撮像してアライメント・マークの位置を算出し、算出したアライメント・マークの位置と、予め設定されたアライメント・マークの位置とが一致するようにステージ２を動かすことで、アライメントを行うことができる。
【００５７】
露光位置検出用パターン２４の主走査方向の配列は、主走査方向エッジ２７が延びる方向と平行である。露光位置検出用パターン２４の副走査方向の配列は、副走査方向エッジ２８が延びる方向と平行である。露光位置検出用基板２０は、露光位置検出用パターン２４の主走査方向エッジ２７が延びる方向が主走査方向に略沿うようにステージ２上に配置される。
なお、経時的形状変化等によって露光ヘッド７の光軸が傾いたりすると、アライメントを行っても主走査方向エッジ２７が主走査方向と完全には平行とならない場合があるが、露光装置１はこのような場合であっても対応可能である。
【００５８】
走査ヘッド７が副走査方向エッジ２８を含む領域を走査することにより、露光位置算出部３１は、反射光光量の変化に基づいて、ビーム光３３の照射スポット（図６参照）が露光位置検出用パターン２４に到達したこと、および、ビーム光３３の照射スポットの幅方向全体（Ｌ１）が露光位置検出用パターン２４で反射されたときの反射光光量を検出することができる。
【００５９】
また、走査ヘッド７が主走査方向エッジ２７を含む領域を走査することにより、ビーム光３３は露光位置検出用パターン２４によってビーム幅方向の一部が反射される。よって、露光位置算出部３１は、ビーム光３３が露光位置検出用パターン２４によってビーム幅方向の全体（Ｌ１）が反射されているときの反射光光量とビーム幅方向の一部が反射されているときの反射光光量の比を求めることにより、主走査方向に直交する方向（副走査方向）の露光位置を算出することができる。また、主走査方向の位置および主走査方向エッジ２７を含む領域を走査している時間に基づき、露光位置算出部３１は、主走査方向における露光位置を算出することができる。具体的には、反射光光量の変化量や反射光光量の変化位置を解析することにより、露光の絶対位置や、前回の露光位置との差分を算出することが可能である。
【００６０】
図５，６に示されるように、主走査方向エッジ２７および副走査方向エッジ２８により階段状エッジ２９が形成される。露光位置算出部３１は、露光ヘッド７が階段状エッジ２９を含む領域を走査露光したときの反射光の光量変化に基づき、露光位置検出用基板２０の露光位置を算出する。露光位置検出用基板２０を搭載しているステージ２の位置は、レーザ測長器３０からの出力に基づきステージ位置計測部５で計測される。アライメントが行われたときにレーザ測長器３０でステージ２の位置を測定しておけば、その後、露光位置検出用基板２０の走査露光中におけるステージ２の位置をレーザ測長器３０を用いて計測することにより、露光位置算出部３１は、ステージ２の移動量から露光位置検出用基板２０の露光位置を算出することができる。
【００６１】
階段状エッジ２９は、走査ヘッド７が階段状エッジ２９のいずれの段を含む領域を走査するかに応じて露光位置検出用パターン２４を走査する長さが異なるので、高い精度でビーム光３３の露光位置を測定することができる。
【００６２】
図６に示されるように、副走査方向エッジ２８の長さＸ０は、主走査方向と直交する方向（副走査方向）のビーム光幅Ｌ１と同程度とされる。
【００６３】
副走査方向エッジ２８の長さＸ０が、副走査方向のビーム光幅Ｌ１と同程度なので、ビーム光３３の露光位置の算出を確実に行うことができる。その理由は以下の通りである。
副走査方向エッジ２８の長さＸ０が、副走査方向のビーム光幅Ｌ１よりかなり短いとき、ビーム光３３の幅全体が露光位置検出用パターン２４の全幅よりも短くなる場合がある。この場合、ビーム光３３の幅方向全体に渡る反射光３５が生成されないので、副走査方向におけるビーム光３３の露光位置を算出できない可能性がある。また、階段状エッジ２９を構成した場合、１個の露光位置検出用パターン２４を走査している間に多くの副走査方向エッジ２８を走査することとなり、露光位置を算出するための演算が複雑となる。
一方、副走査方向エッジ２８の長さが、副走査方向のビーム光幅Ｌ１よりかなり長いときは、階段状エッジ２９を構成した場合に問題が生じる可能性がある。これは、露光ヘッド７が露光位置検出用パターン２４を走査している間に露光ヘッド７の走査領域がいずれの主走査方向エッジ２７からも外れてしまい、露光位置を算出できない可能性があるからである。
【００６４】
図４に示されるように、複数の露光位置検出用パターン２４が、マトリクス状に露光位置検出用基板２０の表面に配列される。マトリクスの列方向が主走査方向エッジ２７と平行となり、マトリクスの行方向が副走査方向エッジ２８と平行となるように、各露光位置検出用パターン２４が配列されている。露光位置検出用基板２０は、各露光位置検出用パターン２４の主走査方向エッジ２７が露光ヘッド７の主走査方向に略沿うようにステージ２上に配置される。露光ヘッド７に走査露光させるために、アクチュエータ３は、露光位置検出用基板２０を載せたステージ２を主走査方向および副走査方向に沿って移動させる。露光ヘッド７は、まず主走査方向のストローク全体について走査し、ストロークの一端に到達したら、隣の列まで副走査方向の走査を行う。次いで、露光ヘッド７は、先程の主走査方向の走査とは逆向きの主走査方向の走査をストローク全体について行い、ストロークの他端に到達したら、隣の列まで副走査方向の走査を行う。露光ヘッド７は、そのような主走査方向の走査および副走査方向の走査を繰り返す。
【００６５】
露光位置検出用基板２０の表面には、副走査方向における露光位置検出用パターン２４の列を特定するためのバーコード・パターン２５が配列されている。１個のバーコード・パターン２５が、露光位置検出用パターン２４のマトリクスの各列毎に設けられている。各バーコード・パターン２５は、マトリクスの列方向一端部に配置されている。
【００６６】
バーコード・パターン２５を走査露光することにより、副走査方向における露光位置検出用パターン２４の列を特定することができる。
【００６７】
ここで、図４乃至９を参照しつつ、露光位置の算出過程について説明する。
まず、長方形状の照射スポットを有するビーム光３３が、図４に示されるようにバーコード・パターン２５の外端から主走査方向に走査を開始する。バーコード・パターン２５を走査することにより、受光量計測部１３は、図７の符号５５で示すような受光量パターンを計測する。この受光量パターンに基づき、露光位置算出部３１は、ビーム光３３がこれから走査しようとする露光位置検出用パターン２４の列を特定する。
【００６８】
次いで、ビーム光３３は、１個目の露光位置検出用パターン２４を主走査方向に走査露光する。ビーム光３３は、例えば図５、６における下から３番目の段を走査し、次に下から２番目の段を走査し、やがて露光位置検出用パターン２４の外へ出て行くものとする。図６に示されるように、ビーム光３３の副走査方向のスポット幅をＬ１、主走査方向のスポット幅をＬ２、露光位置検出用パターン２４の１段当たりの副走査方向エッジ２８の長さをＸ０、露光位置検出用パターン２４の１段当たりの主走査方向エッジ２７の長さをＹ０、ビーム光３３が下から３番目の段を走査したときの露光幅をＸ２、ビーム光３３が下から２番目の段を走査したときの露光幅を（Ｘ１＋Ｘ２）、ビーム光３３が下から３番目の段から露光位置検出用パターン２４の下端まで走査したときの主走査方向の露光長さをＹ１とする。なお、Ｘ１＋Ｘ２は、Ｌ１に等しい。
【００６９】
この場合、受光量計測部１３による反射光光量の測定値は図８に示すようなグラフとなる。図８は、反射光光量の測定値の大きさを、長さｘ１，ｘ２，ｙ０，ｙ１で表している。ｘ１，ｘ２の比は、図６におけるＸ１，Ｘ２の比に等しい。ｙ０，ｙ１の比は、図６におけるＹ０，Ｙ１の比に等しい。図８における期間Ａは、ビーム光３３が基板本体２３で反射される期間を表している。期間Ｂは、ビーム光３３が露光位置検出用パターン２４で反射される期間を表している。
【００７０】
図８におけるｘ２は、ビーム光３３が露光位置検出用パターン２４の下から３番目の段を走査したときの最大反射光光量を示している。（ｘ１＋ｘ２）は、ビーム光３３の照射スポットが露光位置検出用パターン２４の下から２番目の段を走査したときの最大反射光光量を示している。ｙ０は、ビーム光３３の照射スポットの一部が下から３番目の段に入ってからビーム光３３の照射スポットの一部が下から２番目の段に入るまでの時間を表している。ｙ１は、ビーム光３３の照射スポットの一部が下から３番目の段に入ってから照射スポットの一部が露光位置検出用パターン２４の下端縁から出るまでの時間を表している。ｙ２は、ビーム光３３の照射スポットの主走査方向の全体（Ｌ２に相当）が露光位置検出用パターン２４の下から３番目の段に入ってから照射スポットの主走査方向の一部が下から２番目の段に入るまでの時間を表している。ｙ３は、ビーム光３３の照射スポットの主走査方向の全体が下から２番目の段に入ってから照射スポットの主走査方向の一部が露光位置検出用パターン２４の下端縁から出るまでの時間を表している。
【００７１】
露光位置算出部３１は、バーコード・パターン２５を走査し終わってから１個目の露光位置検出用パターン２４に到達して反射光３５の受光が始まるまでの時間を計測することにより、主走査方向の走査速度に基づいて、下から３番目の段に到達したと判断することができる。また、露光位置算出部３１は、ｙ１の値に基づき、ビーム光３３が下から３番目の段に到達して走査を始めたと判断することができる。これにより、露光位置算出部３１は、副走査方向の凡その露光位置を算出することができる。
さらに、露光位置算出部３１は、ｘ１とｘ２の比を算出することで、副走査方向の詳細な露光位置を算出することができる。
【００７２】
露光位置算出部３１は、ｙ０またはｙ１の始点の位置に基づき、主走査方向の詳細な露光位置を算出することができる。また、露光位置算出部３１は、ｙ１の終点の位置に基づき、主走査方向の詳細な露光位置を算出することができる。
【００７３】
２個目以降の露光位置検出用パターン２４についても、露光位置算出部３１は、１個目の露光位置検出用パターン２４と同様に露光位置を算出することができる。なお、図７に示される例では、露光位置検出用パターン２４についての反射光光量を示すグラフ３４の形が各露光位置検出用パターン２４間で相違している（段の高さが相違している）。これは、露光ヘッド７の主走査方向と露光位置検出用パターン２４の配列方向が合っていないことを示している。しかしながら、露光装置１は、このような場合であっても、露光位置を正確に算出することができる。
【００７４】
１列目の主走査方向の走査露光を終えたら、露光ヘッド７は、隣の列まで副走査方向へ走査露光し、次に、２列目の主走査方向の走査露光を１列目と同様に行う。これにより、２列目についても露光位置を正確に算出することができる。３列目以降も同様である。
【００７５】
露光ヘッド７が、マトリクス状に配列された複数の露光位置検出用パターン２４を走査露光することにより、露光位置算出部３１は、露光位置検出用基板２０の全体に渡って各露光位置検出用パターン２４の露光位置を算出することができる。
【００７６】
次に、露光装置１の露光位置の算出動作について説明する。図９は、露光装置１の露光位置の算出動作を示すフローチャートである。
【００７７】
図９に示されるように、まず、ステージ２の原点復帰等の装置初期化が行われる（ステップＳ１）。次いで、露光位置検出用基板２０がステージ２上に配置される（ステップＳ２）。露光位置検出用基板２０は、ステージ２に設けられた吸着機構（図示略）により吸着保持される。次いで、カメラ９によって露光位置検出用基板２０に設けられたアライメント・マークが撮像され、当該マークの位置が検出される。検出したアライメント・マークの位置を、予め設定されたアライメント・マークの基準位置に合わせるようにステージ２が移動する。これにより、ステージ２の設置位置のアライメントが行われる（ステップＳ３）。アライメントが行われたとき、レーザ測長器３０を用いてステージ２の位置が測定される。測定されたステージ２の位置は、ステージ２の基準位置として記憶部１８に記憶される。
【００７８】
次いで、主走査方向に延びる直線状のパターンで露光ヘッド７による走査露光が行われる（ステップＳ４）。走査露光パターンの制御は、各露光ヘッド７に設けられた多数のレーザ光出射領域（描画画素）のうちいずれのレーザ光出射領域からレーザ光を出射させるかを制御すること、および、各レーザ光出射領域からのレーザ光出射強度を制御することにより行うことができる。露光ヘッド７の走査は、ステージ２を主走査方向および副走査方向に順次移動させることにより行われる。露光ヘッド７による走査露光中、光センサ１２は各露光位置検出用パターン２４でビーム光３３を反射したときに生じた反射光３５を受光する。受光量計測部１３は、反射光３５の光量を測定し、測定した反射光光量のデータを露光位置算出部３１へ出力する（ステップＳ５）。また、レーザ測長器３０を用いてステージ２の位置が測定される。
【００７９】
次いで、測定した反射光光量が露光位置算出に適しているかどうかが判断される（ステップＳ６）。ビーム光３３が露光位置測定用基板２０を走査露光したときに、ビーム光３３の露光軌跡が露光位置測定用パターン２４と重ならなかった場合は、光センサ１２は露光位置測定用パターン２４からの反射光３５を受光することができない。この場合には、露光位置算出部３１は露光位置を算出することができない。よって、このような場合には、露光装置１は、反射光光量が露光位置算出に適していないと判断し、走査露光パターンを変更して露光位置検出を行えるようにする（ステップＳ８）。露光走査パターンを変更したら、露光装置１はステップＳ４に戻る。
【００８０】
一方、反射光光量が露光位置算出に適していると判断された場合は、レーザ測長器３０によって測定されたステージ２の位置、アライメント時のステージ２の基準位置、および各露光位置検出用パターン２４からの反射光光量に基づき、露光位置検出用基板２０の露光位置が算出される（ステップＳ７）。記憶部１８は、算出した露光位置を記憶する。これにより、露光位置算出が完了する。
【００８１】
次に、露光装置１の露光位置ずれ算出動作について説明する。図１０は、露光装置１の露光位置ずれ算出動作を示すフローチャートである。
【００８２】
上記した露光位置算出を行った後、しばらくの間（例えば１ヶ月）、露光装置１を用いて本基板の走査露光を繰り返すと、露光ヘッド７の光学系等がビーム光の熱によって熱膨張、熱収縮を繰り返し、露光ヘッド７が経時的に形状変化し、露光ヘッド７の光軸が傾くことがある。露光ヘッド７の光軸が傾くと、露光位置が所期位置からずれてしまい、正確な走査露光を行えなくなる可能性がある。
【００８３】
そこで、露光装置１は、露光位置検出用基板２０に対する走査露光を再度行って露光位置を再度算出し、前回算出した露光位置と今回算出した露光位置との差分を求めることで前回からの露光位置ずれ量を算出する。そして、必要に応じて、ユーザに警告をしたり、算出した露光位置ずれ量が解消するようにキャリブレーションを行う。以下、露光位置ずれ算出動作について説明する。なお、ステップＳ１〜ステップＳ８までは図９の露光位置算出動作と同様なので、その説明を省略する。
【００８４】
露光装置１は、ステップＳ１〜Ｓ８までの動作を行った後、前回算出された露光位置と今回算出された露光位置の差分を算出する（ステップＳ９）。前回算出された露光位置と今回算出された露光位置が異なるときは、図１１に例示されるように、ビーム光３３の反射光光量を示すグラフ３４の形状は、前回の露光位置算出時（実線で示す）と今回の露光位置算出時（破線で示す）とで相違する。
【００８５】
次いで、その差分が許容範囲内であるかどうかを判断される（ステップＳ１０）。その差分が許容範囲内であればユーザに「ＯＫ」の報知がなされ、逆に、その差分が許容範囲を超えていれば、ユーザに「ＮＧ」の報知がなされる（ステップＳ１１）。
【００８６】
ステップＳ１１の後、露光装置１は、露光位置のキャリブレーションを行うかどうかをユーザに確認する（ステップＳ１２）。ユーザからキャリブレーションを行うとの指示があったときは、露光装置１は、前回の走査露光時と同じ位置を露光するように、すなわち露光位置ずれが解消するように露光ヘッド７の走査露光パターンを変更することにより、露光位置のキャリブレーションを行う（ステップＳ１３）。走査露光パターンの変更は、ＧＬＶの各回折格子の形状や、発光素子の発光タイミングを変更することで行うことができる。一方、キャリブレーションを行わないとの指示があったときは、露光装置１は処理を終了する。以上により、露光装置１の露光位置ずれ算出動作およびキャリブレーションが終了する。
【００８７】
露光装置１によれば、露光ヘッド７が露光位置検出用基板２０の表面を走査露光することにより、露光位置検出用パターン２４でビーム光が反射されて反射光が生じる。反射光の光量は、ビーム光が露光位置検出用パターン２４のどの領域に照射されたかに応じて異なる。露光位置算出部３１は、反射光光量に基づいて露光位置検出用基板２０の露光位置を算出する。露光ヘッド７による露光位置検出用基板２０の所定パターンでの走査露光を２回以上行ったとき、位置ずれ算出部３２は、前回測定された露光位置と今回測定された露光位置とを比較することにより、前回の露光位置と今回の露光位置とのずれ量を算出する。
従って、露光装置１によれば、温度変化による熱膨張や熱収縮、長期使用による経時的形状変化の蓄積により各露光ヘッド７による露光位置が本来の適正位置からずれた場合や、重量の大きなステージ２が露光走査時に動くことによって露光位置が適正位置からずれた場合に、その位置ずれ量を正確に算出することができる。また、その露光位置ずれが解消されるように、露光位置ずれ補正（キャリブレーション）を行うことができる。
【００８８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る露光装置について図面を参照しつつ説明する。
図１２は、第２実施形態に係る露光装置の構成を示すブロック図である。図１３は、第２実施形態で用いられる露光位置検出用基板を示す図である。
【００８９】
第２実施形態に係る露光装置６０は、露光位置検出用基板および演算処理部の構成が第１実施形態と相違し、他の構成は第１実施形態と同様である。そこで、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００９０】
第２実施形態における露光位置検出用基板４０は、基板本体４１と、基板本体４１の上面においてマトリクス状に配列された複数の露光位置検出用パターン４２と、露光位置検出用パターン４２の列を特定するための複数のバーコード・パターン２５とを備える。
【００９１】
露光位置検出用パターン４２は、図１４に示されるように主走査方向エッジ４３が副走査方向エッジ４４より短い第１の露光位置検出用パターン４５と、主走査方向エッジ４６が副走査方向エッジ４７より長い第２の露光位置検出用パターン４８とを含む。第１の露光位置検出用パターン４５は、副走査方向に長い長方形状に形成されている。第２の露光位置検出用パターン４８は、主走査方向に長い長方形状に形成されている。
【００９２】
第１の露光位置検出用パターン４５と第２の露光位置検出用パターン４８は、同一直線上に交互に配列されている。
【００９３】
露光位置検出用基板４０は、第１の露光位置検出用パターン４５と第２の露光位置検出用パターン４８の配列方向が主走査方向に略沿うように設置される。
【００９４】
露光位置算出部４９は、露光ヘッド７が第１の露光位置検出用パターン４５の副走査方向エッジ４４を含む領域を走査したときの反射光の光量変化と、露光ヘッド７が第２の露光位置検出用パターン４８の主走査方向エッジ４６を含む領域を走査したときの反射光の光量変化に基づき、露光位置を算出する。
【００９５】
ここで、図１５乃至１８を参照しつつ、露光位置の算出過程について説明する。
まず、長方形状の照射スポットを有するビーム光３３がバーコード・パターン２５の外端から主走査方向に走査を開始する。バーコード・パターン２５を走査することにより、受光量計測部１３は、図１６の符号５５で示すような受光量パターンを計測する。この受光量パターン５５に基づき、露光位置算出部４９は、ビーム光３３がこれから走査しようとする露光位置検出用パターン４２の列を特定する。
【００９６】
次いで、ビーム光３３は、１個目の露光位置検出用パターン４２（第１の露光位置検出用パターン４５）を走査露光する。ビーム光３３は、副走査方向全体で第１の露光位置検出用パターン４５を走査露光し、やがて第１の露光位置検出用パターン４５の外へ出て行くものとする。ビーム光３３の副走査方向のスポット幅をＬ１１、ビーム光３３の主走査方向のスポット幅をＬ１２とする。第１の露光位置検出用パターン４５の副走査方向エッジ４４の長さをＸ０１、第１の露光位置検出用パターン４５の走行方向エッジ４３の長さをＹ０１とする。
【００９７】
次いで、ビーム光３３は、２個目の露光位置検出用パターン４２（第２の露光位置検出用パターン４８）を走査露光する。ビーム光３３は、副走査方向の一部で第２の露光位置検出用パターン４８を走査露光し、やがて第２の露光位置検出用パターン４８の外へ出て行くものとする。第２の露光位置検出用パターン４８の副走査方向エッジ４７の長さをＸ０２、第２の露光位置検出用パターン４８の走行方向エッジ４６の長さをＹ０２とする。
【００９８】
この場合、受光量計測部１３の受光量測定値は図１７に示すようなグラフとなる。図１７は、受光量測定値の大きさを、ｘ１１，ｘ１２で表している。ｘ１１，ｘ１２の比は、図１５におけるＸ１１，Ｘ１２の比と同じである。図１７におけるｘ１１は、ビーム光３３の副走査方向全体（Ｌ１）が第１の露光位置検出用パターン４５で反射されたときの最大反射光光量を示している。ｘ１２は、ビーム光３３の副走査方向の一部が第２の露光位置検出用パターン４８で反射されたときの最大反射光光量を示している。ｙ０１は、ビーム光３３の主走査方向の一部が第１の露光位置検出用パターン４５に入ってからビーム光３３の主走査方向全体が第１の露光位置検出用パターン４５から出るまでの時間を表している。ｙ０２は、ビーム光３３の主走査方向の一部が第２の露光位置検出用パターン４８に入ってからビーム光３３の主走査方向全体が第２の露光位置検出用パターン４８から出るまでの時間を表している。図１７における期間Ａは、ビーム光３３が基板本体２３で反射される期間を表している。期間Ｂ１は、ビーム光３３が第１の露光位置検出用パターン４５で反射される期間を表している。期間Ｂ２は、ビーム光３３が第２の露光位置検出用パターン４８で反射される期間を表している。
【００９９】
露光位置算出部４９は、バーコード・パターン２５を走査し終わってから１個目の露光位置検出用パターン４２に到達して反射光の受光が始まるまでの時間を計測することにより、主走査方向の走査速度に基づいて、露光位置が１個目の露光位置検出用パターン４２に到達したと判断することができる。また、露光位置算出部４９は、ｙ０１の値に基づき、ビーム光３３が１個目の露光位置検出用パターン４２に到達して走査を始めたと判断することができる。
さらに、露光位置算出部４９は、ｘ１１とｘ１２の比を算出することで、副走査方向の詳細な露光位置を算出することができる。これは、ｘ１１とｘ１２の比に応じて副走査方向の露光位置が異なるからである。
【０１００】
露光位置算出部４９は、ｙ０１またはｙ０２の始点の位置に基づき、主走査方向の詳細な露光位置を算出することができる。また、露光位置算出部４９は、ｙ０１またはｙ０２の終点の位置に基づき、主走査方向の詳細な露光位置を算出することができる。
【０１０１】
３個目以降の露光位置検出用パターン４２についても、露光位置算出部４９は、１個目および２個目の露光位置検出用パターン４２と同様に露光位置を算出することができる。
【０１０２】
１列目の主走査方向の走査露光を終えたら、露光ヘッド７は、隣の列まで副走査方向へ走査露光し、次に、２列目の主走査方向の走査露光を１列目と同様に行う。これにより、２列目についても露光位置を正確に算出することができる。３列目以降も同様である。
【０１０３】
露光ヘッド７が、マトリクス状に配列された複数の露光位置検出用パターン４２を主走査方向に沿って走査露光することにより、露光位置算出部４９は、露光位置検出用基板４０の全体に渡って各露光位置検出用パターン４２の露光位置を算出することができる。
【０１０４】
なお、第２実施形態においては、図１７における各台形状部分の面積を算出し、各台形面積を反射光光量軸方向に延びる直線で２等分する時間軸方向の位置を算出し、その時間軸方向の位置と主走査方向の位置に基づいて主走査方向の露光位置を算出してもよい。
【０１０５】
露光ヘッド７による露光位置検出用基板４０の所定パターンでの走査露光を２回以上行ったとき、位置ずれ算出部３２は、前回測定された露光位置と今回測定された露光位置とを比較することにより、前回の露光位置と今回の露光位置とのずれ量を算出する。前回算出された露光位置と今回算出された露光位置が異なるときは、図１８に例示されるように、ビーム光３３の反射光光量を示すグラフ５４の形状は、前回の露光位置算出時（実線で示す）と今回の露光位置算出時（破線で示す）とで相違する。
【０１０６】
第２実施形態によれば、第１の露光位置検出用パターン４５と、第２の露光位置検出用パターン４８とを順に走査露光することにより、露光位置を算出することができる。また、このような第１の露光位置検出用パターン４５と第２の露光位置検出用パターン４８とを用いることにより、階段状エッジを有する複雑な形状の露光位置検出用パターンを構成する必要がない。
【０１０７】
なお、本発明においては、露光位置検出用パターンの形状は、上記したものに限定されず、例えば、図１９（ａ）、図２０（ａ）等に示される形状としてもよい。図１９（ａ）に示される露光位置検出用パターン５０を走査露光すると図１９（ｂ）に示されるような反射光光量パターンが得られる。図２０（ａ）に示される露光位置検出用パターン５１を走査露光すると図２０（ｂ）に示されるような反射光光量パターンが得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、液晶ディスプレイ用ガラス基板や半導体ウエハ上の感光性材料をレーザ光等のビーム光で走査露光して配線パターンを描画するための露光装置等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】第１実施形態に係る露光装置を示す斜視図
【図２】第１実施形態に係る露光装置の構成を示すブロック図
【図３】第１実施形態において露光ヘッドが露光位置検出用基板を露光走査しているときの反射光を光センサが受光する状態を示す図
【図４】第１実施形態における露光位置検出用基板を示す図
【図５】第１実施形態における露光位置検出用パターンを示す図
【図６】第１実施形態における露光位置検出用パターンとビーム光の大きさの関係を示す図
【図７】第１実施形態における露光位置検出用基板を走査露光したときの反射光光量を示す図
【図８】第１実施形態における露光位置検出用パターンを走査露光したときの反射光光量を示す図
【図９】第１実施形態における露光位置算出動作を示すフローチャート
【図１０】第１実施形態における露光位置ずれ算出動作を示すフローチャート
【図１１】第１実施形態において、前回の露光位置算出時と今回の露光位置算出時とでビーム光の反射光光量が相違する場合の各反射光光量を示す図
【図１２】第２実施形態に係る露光装置の構成を示すブロック図
【図１３】第２実施形態における露光位置検出用基板を示す図
【図１４】第２実施形態における露光位置検出用パターンを示す図
【図１５】第２実施形態における露光位置検出用パターンとビーム光の大きさの関係を示す図
【図１６】第２実施形態における露光位置検出用基板を走査露光したときの反射光光量を示す図
【図１７】第２実施形態における露光位置検出用パターンを走査露光したときの反射光光量を示す図
【図１８】第２実施形態において、前回の露光位置算出時と今回の露光位置算出時とでビーム光の反射光光量が相違する場合の各反射光光量を示す図
【図１９】（ａ）は露光位置検出用パターンの他の例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）で示す露光位置検出用パターンを走査露光したときの反射光光量を示す図
【図２０】（ａ）は露光位置検出用パターンのさらに他の例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）で示す露光位置検出用パターンを走査露光したときの反射光光量を示す図
【符号の説明】
【０１１０】
１、６０    露光装置
２    ステージ
７    露光ヘッド
２０、４０    露光位置検出用基板
２３、４１    基板本体
２４、４２    露光位置検出用パターン
２５    バーコード・パターン
２７、４３、４６    主走査方向エッジ
２８、４４、４７    副走査方向エッジ
２９    階段状エッジ
３１，４９    露光位置算出部
３２    位置ずれ算出部
３３    レーザ光（ビーム光）
３５    反射光
４５    第１の露光位置検出用パターン
４８    第２の露光位置検出用パターン
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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