JP2010026144A - パターン描画装置および位置制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ干渉計の計測値と環境パラメータとに基づいてステージと光照射部との相対位置を制御しつつ、基板の主面に形成されるパターンに、環境パラメータの計測誤差に起因する位置ずれが発生することを防止し、かつ、パターン描画装置の処理速度の低下も防止できるパターン描画装置および位置制御方法を提供する。
【解決手段】パターン描画装置は、描画処理時には、第１および第２の干渉計により計測された位置パラメータと、一定の環境パラメータとに基づいてステージの位置を制御する（固定値モード）。これにより、基板の主面に形成されるパターンに、環境パラメータの計測誤差に起因する位置ずれが発生することを防止することができる。また、位置ずれの発生を防止するために環境パラメータの計測頻度を高める必要はないので、パターン描画装置の生産速度の低下を招くこともない。
【選択図】図８

Description

本発明は、カラーフィルタ用ガラス基板、フラットパネルディスプレイ（液晶表示装置，プラズマ表示装置等）用ガラス基板、半導体基板、プリント基板等の基板の主面にパターンを描画するパターン描画装置、および、当該パターン描画装置において基板を載置するステージと光を照射する光照射部との相対位置を制御する位置制御方法に関する。

基板の製造工程において、感光材料の層が形成された基板の主面に光を照射することにより、基板の主面にパターンを描画するパターン描画装置が知られている。パターン描画装置は、基板を載置するステージと、ステージ上に載置された基板の主面に光を照射する複数の光学ヘッドとを備え、ステージを水平方向に移動させつつ、複数の光学ヘッドから断続的に光を照射することにより、基板の主面に所定のパターンを描画する。

従来のパターン描画装置については、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００８−５１８６６号公報

従来のパターン描画装置の中には、レーザ干渉計によりステージの位置を計測し、その計測値を参照しつつステージの位置を制御する機構を有するものがある。

ここで、レーザ干渉計の計測に使用されるレーザ光の波長は、周囲の環境パラメータ（温度、湿度、気圧など）により変化する。従って、レーザ干渉計の計測値は、環境パラメータの影響を受ける。そのため、従来から、パターン描画装置は、周囲の環境パラメータを計測し、レーザ干渉計の計測値を環境パラメータに基づいて補正することにより、より正確なステージの位置を算出していた。

しかしながら、環境パラメータの計測値には誤差が存在する場合がある。そのため、基板の主面に光を照射するとき（描画処理時）には、環境パラメータの計測値に応じてレーザ干渉計の計測値をリアルタイムに補正すると、基板の主面に形成されたパターンに、環境パラメータの計測誤差に起因する位置ずれが発生する場合があった。パターンの面内均一性が重視される描画処理においては、このような位置ずれの発生を防止したいという要求が高い。

他方、環境パラメータの計測頻度を向上させてこのような計測誤差の影響を防止しようとすると、環境パラメータの計測処理や計測値の補正処理などの処理負担が増加し、パターン描画装置の生産速度を低下させる要因となる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、レーザ干渉計の計測値と環境パラメータとに基づいてステージと光照射部との相対位置を制御しつつ、基板の主面に形成されるパターンに、環境パラメータの計測誤差に起因する位置ずれが発生することを防止し、かつ、パターン描画装置の処理速度の低下も防止できるパターン描画装置および位置制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、感光性材料の層が形成された基板の主面に光を照射することにより、基板の主面にパターンを描画するパターン描画装置において、基板を載置するステージと、前記ステージ上に載置された基板の主面に光を照射する光照射部と、前記ステージと前記光照射部とを相対的に移動させる移動手段と、前記ステージおよび前記光照射部の一方に対して固定された光源から前記ステージおよび前記光照射部の他方に向けてレーザ光を照射し、その照射光と反射光との干渉から、前記ステージと前記光照射部との相対位置に対応した位置パラメータを計測する位置パラメータ計測手段と、前記レーザ光の波長に影響を及ぼす環境パラメータを計測する環境パラメータ計測手段と、前記位置パラメータ計測手段により計測された位置パラメータと、前記環境パラメータ計測手段により計測された環境パラメータとに基づいて前記ステージと前記光照射部との相対位置を算出する位置算出手段と、前記位置算出手段により算出された相対位置に基づいて、装置内の各部の動作制御を行う制御手段と、を備え、前記位置算出手段は、前記環境パラメータ計測手段により計測された環境パラメータを順次に参照して前記相対位置を算出する変動値モードと、一定の環境パラメータに基づいて前記相対位置を算出する固定値モードと、を選択的に実行し、少なくとも、前記ステージ上に載置された基板の主面に前記光照射部が光を照射するときには、前記固定値モードを選択することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のパターン描画装置において、前記位置算出手段は、前記ステージ上に載置された基板と前記光照射部との相対位置を調整するアライメント処理が実行されるときには、前記変動値モードを選択することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のパターン描画装置において、前記環境パラメータ計測手段は、前記位置パラメータ計測手段のレーザ光の光路の近傍に配置されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３までのいずれかに記載のパターン描画装置において、前記環境パラメータ計測手段は、環境パラメータとして、少なくとも環境温度を計測することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１から請求項３までのいずれかに記載のパターン描画装置において、前記環境パラメータ計測手段は、環境パラメータとして、少なくとも、前記位置パラメータ計測手段が配置された空間の気圧を計測することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５までのいずれかに記載のパターン描画装置において、前記位置算出手段は、環境パラメータを複数回取得し、取得された複数の環境パラメータの平均値に基づいて前記ステージと前記光照射部との相対位置を算出することを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６までのいずれかに記載のパターン描画装置において、前記ステージ、前記光照射部、前記位置パラメータ計測手段、および前記環境パラメータ計測手段は、環境パラメータが一定の範囲内に制御されたチャンバの内部に配置されていることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、感光性材料の層が形成された基板の主面に光を照射することにより、基板の主面にパターンを描画するパターン描画装置において、基板を載置するステージと光を照射する光照射部との相対位置を制御する位置制御方法であって、前記ステージおよび前記光照射部の一方に対して固定された光源から前記ステージおよび前記光照射部の他方に向けてレーザ光を照射し、その照射光と反射光との干渉から、前記ステージと前記光照射部との相対位置に対応した位置パラメータを計測する位置パラメータ計測工程と、前記レーザ光の波長に影響を及ぼす環境パラメータを計測する環境パラメータ計測工程と、前記位置パラメータ計測工程において計測された位置パラメータと、前記環境パラメータ計測工程において計測された環境パラメータとに基づいて前記ステージと前記光照射部との相対位置を算出する位置算出工程と、前記位置算出工程において算出された相対位置に基づいて、装置内の各部の動作制御を行う制御工程と、を備え、前記位置算出工程においては、前記環境パラメータ計測工程において計測された環境パラメータを順次に参照して前記相対位置を算出する変動値モードと、一定の環境パラメータに基づいて前記相対位置を算出する固定値モードと、を選択的に実行し、少なくとも、前記パターン描画装置において、前記ステージ上に載置された基板の主面に前記光照射部が光を照射しているときには、前記固定値モードを選択することを特徴とする。

請求項１〜７に記載の発明によれば、パターン描画装置の位置算出手段は、環境パラメータ計測手段により計測された環境パラメータを順次に参照してステージと光照射部との相対位置を算出する変動値モードと、一定の環境パラメータに基づいて前記相対位置を算出する固定値モードと、を選択的に実行し、少なくとも、ステージ上に載置された基板の主面に光照射部が光を照射するときには、固定値モードを選択する。すなわち、少なくとも基板の主面に光を照射するときには、一定の環境パラメータに基づいてステージと光照射部との相対位置を制御する。これにより、基板の主面に形成されるパターンに、環境パラメータの計測誤差に起因する位置ずれが発生することを防止することができる。また、環境パラメータの計測頻度を高める必要はないため、パターン描画装置の生産速度の低下を招くこともない。

特に、請求項２に記載の発明によれば、位置算出手段は、ステージ上に載置された基板と光照射部との相対位置を調整するアライメント処理が実行されるときには、変動値モードを選択する。このため、環境パラメータの変化をリアルタイムに補正しつつ、より正確なアライメント処理を実行することができる。

特に、請求項３に記載の発明によれば、環境パラメータ計測手段は、位置パラメータ計測手段のレーザ光の光路の近傍に配置されている。このため、レーザ光の波長に影響を与える環境パラメータを、より正確に計測することができる。

特に、請求項４に記載の発明によれば、環境パラメータ計測手段は、環境パラメータとして、少なくとも環境温度を計測する。このため、レーザ光の波長に対して特に影響の大きい環境温度を考慮して、ステージと光照射部との相対位置を制御することができる。

特に、請求項６に記載の発明によれば、位置算出手段は、環境パラメータを複数回取得し、取得された複数の環境パラメータの平均値に基づいてステージと光照射部との相対位置を算出する。このため、環境パラメータ計測手段の計測誤差を低減させ、より正確な環境パラメータを計測することができる。

特に、請求項７に記載の発明によれば、ステージ、光照射部、位置パラメータ計測手段、および環境パラメータ計測手段は、環境パラメータが一定の範囲内に制御されたチャンバの内部に配置されている。このため、固定値モードが選択されているときにも環境パラメータの変化を一定の範囲内に抑制することができる。

また、請求項８に記載の発明によれば、位置算出工程においては、環境パラメータ計測工程において計測された環境パラメータを順次に参照して相対位置を算出する変動値モードと、一定の環境パラメータに基づいて前記相対位置を算出する固定値モードと、を選択的に実行し、少なくとも、パターン描画装置において、ステージ上に載置された基板の主面に光照射部が光を照射しているときには、固定値モードを選択する。すなわち、少なくとも基板の主面に光を照射するときには、一定の環境パラメータに基づいてステージと光照射部との相対位置を制御する。これにより、基板の主面に形成されるパターンに、環境パラメータの計測誤差に起因する位置ずれが発生することを防止することができる。また、環境パラメータの計測頻度を高める必要はないため、パターン描画装置の生産速度の低下を招くこともない。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において参照する図１〜図４には、パターン描画装置１の各部の位置関係や動作方向を明確化するために、共通のＸＹＺ直交座標系が示されている。

＜１．パターン描画装置の構成について＞
図１は、本発明の一実施形態に係るパターン描画装置１の側面図である。なお、図１では、光学ヘッド５２の構成を明示するため、フレーム５１を縦断面で示している。また、図２は、パターン描画装置１の上面図である。

このパターン描画装置１は、液晶表示装置の部品であるカラーフィルタの製造工程において、カラーフィルタ用のガラス基板（以下、単に「基板」という。）９の上面に形成されたカラーレジストに、液晶表示装置の画素となる規則性パターンを描画するための装置である。図１および図２に示したように、パターン描画装置１は、主として、基板９を保持するステージ１０と、ステージ１０を移動させるステージ移動機構２０と、ステージ１０の位置に対応した位置パラメータを計測する位置パラメータ計測機構３０と、環境パラメータを計測する温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３と、基板９の上面にパルス光を照射するヘッド部５０と、４つのアライメントカメラ６１〜６４と、制御部７０とを備えている。

ステージ１０は、平板状の外形を有し、その上面に基板９を水平姿勢に載置して保持するための保持部である。ステージ１０の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されている。このため、ステージ１０上に基板９が載置されると、基板９は、複数の吸引孔の吸引圧によりステージ１０の上面に吸着固定される。なお、本実施形態において描画処理の対象となる基板９の上面（主面）には、カラーレジスト（感光材料）の層が予め形成されている。

ステージ移動機構２０は、本装置１の基台１１に対してステージ１０を主走査方向（Ｙ軸方向）、副走査方向（Ｘ軸方向）、および回転方向（Ｚ軸周りの回転方向）に移動させるための機構である。ステージ移動機構２０は、ステージ１０を回転させる回転機構２１と、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート２２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、副走査機構２３を介して支持プレート２２を支持するベースプレート２４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、を有している。

回転機構２１は、ステージ１０の−Ｙ側の端辺近傍に取り付けられた移動子と、支持プレート２２の上面に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ２１ａを有している。また、ステージ１０の中央部下面側と支持プレート２２との間には回転軸受機構２１ｂが設けられている。このため、リニアモータ２１ａを動作させると、固定子に沿って移動子が副走査方向に移動し、回転軸受機構２１ｂの回転軸を中心としてステージ１０が所定角度の範囲内で回転する。

副走査機構２３は、支持プレート２２の下面に取り付けられた移動子とベースプレート２４の上面に敷設された固定子とにより副走査方向の推進力を発生させるリニアモータ２３ａを有している。また、副走査機構２３は、ベースプレート２４に対して支持プレート２２を副走査方向に沿って案内する一対のガイドレール２３ｂを有している。このため、リニアモータ２３ａを動作させると、ベースプレート２４上のガイドレール２３ｂに沿って支持プレート２２およびステージ１０が副走査方向に移動する。

主走査機構２５は、ベースプレート２４の下面に取り付けられた移動子と基台１１の上面に敷設された固定子とにより主走査方向の推進力を発生させるリニアモータ２５ａを有している。また、主走査機構２５は、基台１１に対してベースプレート２４を主走査方向に沿って案内する一対のガイドレール２５ｂを有している。このため、リニアモータ２５ａを動作させると、基台１１上のガイドレール２５ｂに沿ってベースプレート２４、支持プレート２２、およびステージ１０が主走査方向に移動する。

位置パラメータ計測機構３０は、レーザ光の干渉を利用してステージ１０についての位置パラメータを計測するための機構である。位置パラメータ計測機構３０は、主として、レーザ光出射部３１、ビームスプリッタ３２、ビームベンダ３３、第１の干渉計３４、および第２の干渉計３５を有する。

レーザ光出射部３１は、計測用のレーザ光ＭＬを出射するための光源装置である。レーザ光出射部３１は、固定位置、すなわち本装置の基台１１やヘッド部５０に対して固定された位置に設置されている。レーザ光出射部３１から出射されたレーザ光ＭＬは、まず、ビームスプリッタ３２に入射し、ビームスプリッタ３２からビームベンダ３３へ向かう第１の分岐光ＭＬ１と、ビームスプリッタ３２から第２の干渉計３５へ向かう第２の分岐光ＭＬ２とに分岐される。

第１の分岐光ＭＬ１は、ビームベンダ３３により反射され、第１の干渉計３４に入射するとともに、第１の干渉計３４からステージ１０の−Ｙ側の端辺の第１の部位（ここでは、−Ｙ側の端辺の中央部）１０ａに照射される。そして、第１の部位１０ａにおいて反射した第１の分岐光ＭＬ１が、再び第１の干渉計３４へ入射する。第１の干渉計３４は、ステージ１０へ向かう第１の分岐光ＭＬ１とステージ１０から反射した第１の分岐光ＭＬ１との干渉に基づき、ステージ１０の第１の部位１０ａの位置に対応した位置パラメータを計測する。

一方、第２の分岐光ＭＬ２は、第２の干渉計３５に入射するとともに、第２の干渉計３５からステージ１０の−Ｙ側の端辺の第２の部位（第１の部位１０ａとは異なる部位）１０ｂに照射される。そして、第２の部位１０ｂにおいて反射した第２の分岐光ＭＬ２が、再び第２の干渉計３５へ入射する。第２の干渉計３５は、ステージ１０へ向かう第２の分岐光ＭＬ２とステージ１０から反射した第２の分岐光ＭＬ２との干渉に基づき、ステージ１０の第２の部位１０ｂの位置に対応した位置パラメータを計測する。

第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれの計測により取得された位置パラメータを、制御部７０へ送信する。

温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３は、パターン描画装置１の設置環境における温度、湿度、および気圧をそれぞれ計測するための計測機構である。温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３は、公知の種々のセンサを利用して実現することができる。本実施形態では、図１に示したように、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３は、位置パラメータ計測機構３０の分岐光ＭＬ１，ＭＬ２の光路の近傍に配置されている。温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３は、分岐光ＭＬ１，ＭＬ２の光路の近傍の温度、湿度、および気圧をそれぞれ計測し、計測結果を環境パラメータとして制御部７０へ送信する。

ヘッド部５０は、ステージ１０上に保持された基板９の上面に向けてパルス光を照射する光照射部である。ヘッド部５０は、ステージ１０およびステージ移動機構２０を跨ぐようにして基台１１上に架設されたフレーム５１と、フレーム５１上に副走査方向に沿って等間隔に設けられた７つの光学ヘッド５２とを有する。７つの光学ヘッド５２は、照明光学系５３を介して１つのレーザ発振器５４に接続されている。また、レーザ発振器５４には、レーザ発振器５４の駆動を行うレーザ駆動部５５が接続されている。レーザ駆動部５５を動作させると、レーザ発振器５４からパルス光が出射され、当該パルス光が照明光学系５３を介して各光学ヘッド５２の内部に導入される。

各光学ヘッド５２の内部には、照明光学系５３から光学ヘッド５２の内部にパルス光ＰＬを導入する導入部５２１と、パルス光ＰＬを部分的に遮蔽するマスクユニット５２２と、マスクユニット５２２を通過したパルス光ＰＬを基板９の上面に照射する投影光学系５２３とが配置されている。マスクユニット５２２には、描画すべきパターンに応じた透光部と遮光部とを有するガラス板であるマスクＭが搭載されている。導入部５２１から導入されたパルス光ＰＬは、マスクユニット５２２を通過する際にマスクＭ上のパターンに応じて部分的に遮光され、所定のパターン形状に成形された光束として投影光学系５２３へ入射する。そして、投影光学系５２３を介してパルス光ＰＬが基板９の上面に照射され、基板９上の感光層を露光することにより、基板９の上面にパターンが描画される。

７つの光学ヘッド５２は、副走査方向に沿って等間隔に（例えば２００ｍｍ間隔で）配列されている。ステージ１０を＋Ｙ方向に移動させつつ、各光学ヘッド５２からパルス光を断続的に照射すると、マスクＭ上のパターンが基板９の上面に繰り返し投影され、図３に示したように、所定の露光幅Ｄ（例えば、５０ｍｍ幅）を有する複数本のパターン群が基板９の上面に描画される。パターン描画装置１は、１回の主走査方向への描画が完了すると、ステージ１０を＋Ｘ方向に露光幅Ｄ分だけ移動させる。その後、パターン描画装置１は、ステージ１０を−Ｙ方向に移動させつつ、各光学ヘッド５２からパルス光を断続的に照射する。このように、パターン描画装置１は、光学ヘッド５２の露光幅分ずつ基板９を副走査方向にずらしながら、主走査方向へのパターンの描画を所定回数（例えば４回）繰り返すことにより、図４に示したように、基板９の描画領域全面にカラーフィルタ用の規則性パターンを形成する。

図１および図２に戻る。ヘッド部５０の下方位置には、各光学ヘッド５２から照射されるパルス光ＰＬを撮影する照射光撮影部５６が設けられている。照射光撮影部５６は、ＣＣＤカメラ５６１と、ベースプレート２４の＋Ｙ側の端辺に固定されたガイドレール５６２と、ガイドレール５６２に沿ってＣＣＤカメラ５６１を副走査方向に移動させるカメラ移動機構５６３とを有する。カメラ移動機構５６３は、例えば、ＣＣＤカメラ５６１とガイドレール５６２との間に設けられたリニアモータとして実現される。

照射光撮影部５６による撮影を行うときには、まず、ＣＣＤカメラ５６１がヘッド部５０の下方に位置するように（図１および図２の状態となるように）、ベースプレート２４を移動させる。そして、ガイドレール５６２に沿ってＣＣＤカメラ５６１を副走査方向に移動させつつ、各光学ヘッド５２からパルス光ＰＬを照射し、照射されたパルス光ＰＬをＣＣＤカメラ５６１により撮影する。ＣＣＤカメラ５６１により取得された画像データは、制御部７０へ送信され、各光学ヘッド５２から照射されたパルス光ＰＬの光量や位置を調整するために使用される。

４つのアライメントカメラ６１〜６４は、基板９の上面に予め形成されたアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４を撮影するための撮影部である。アライメントカメラ６１〜６４は、例えば、ＣＣＤカメラにより構成され、それぞれ所定の支持部（図示省略）を介して基台１１に固定されている。本実施形態では、図３および図４に示したように、基板９の上面の四隅にアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４が形成されている。４つのアライメントカメラ６１〜６４は、ステージ１０が最も−Ｙ側の位置（図１，図２の位置）に配置されているときにステージ１０上に載置された基板９の各アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４のほぼ真上となる位置に配置されている。

４つのアライメントカメラ６１〜６４によりアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４を撮影するときには、まず、パターン描画装置１は、ステージ１０を最も−Ｙ側の位置（図１，図２の位置）に移動させる。そして、アライメントカメラ６１〜６４による撮影を実行させることにより、各アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４の画像を取得する。取得された各アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４の画像は、各アライメントカメラ６１〜６４から制御部７０へ送信される。

制御部７０は、種々の演算処理を実行しつつ、パターン描画装置１内の各部の動作を制御するための情報処理部である。図５は、パターン描画装置１の上記各部と制御部７０との間の接続構成を示したブロック図である。図５に示したように、制御部７０は、上記のリニアモータ２１ａ，２３ａ，２５ａ、レーザ光出射部３１、第１の干渉計３４、第２の干渉計３５、温度計４１、湿度計４２、気圧計４３、照明光学系５３、レーザ駆動部５５、マスクユニット５２２、投影光学系５２３、ＣＣＤカメラ５６１、カメラ移動機構５６３、およびアライメントカメラ６１〜６４と電気的に接続されている。制御部７０は、例えば、ＣＰＵやメモリを有するコンピュータにより構成され、コンピュータにインストールされたプログラムに従ってコンピュータが動作することにより、上記各部の動作制御を行う。

図６は、パターン描画装置１の設置環境を示した図である。図６に示したように、パターン描画装置１は、温度、湿度、および除塵度が一定の範囲内に制御されたサーマルチャンバ１００の内部に設置されている。サーマルチャンバ１００は、パターン描画装置１を収容する収容室１１０と、収容室１１０内の空気を回収して再び収容室へ供給する循環室１２０とを有する。

循環室１２０には、循環室１２０内に空気の流れを形成するファン１２１と、循環室１２０内を流れる空気の温度および湿度を調整する温湿調整部１２２とが設けられている。ファン１２１を動作させると、収容室１１０内の空気は、収容室１１０の底部に形成された回収孔１１１を介して循環室１２０へ導入される。循環室１２０に導入された空気は、温湿調整部１２２においてその温度および湿度が調整された後、収容室１１０の上部に設けられた除塵フィルタ（例えば、ＨＥＰＡフィルタ）１１２を介して収容室１１０の内部に供給される。

サーマルチャンバ１００は、このように内部の空気を温湿調整部１２２を介して循環させることにより、パターン描画装置１の周囲の温度および湿度を一定の範囲内に維持する役割を果たす。なお、サーマルチャンバ１００の内部の気圧が急激に変化することはないが、パターン描画装置１の周囲の気圧をより安定的に維持するために、サーマルチャンバ１００の内部の気圧を積極的に制御する機構が更に設けられていてもよい。

＜２．ステージの位置制御について＞
このパターン描画装置１は、上記の第１の干渉計３４、第２の干渉計３５、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３の各計測結果に基づいてステージ１０の位置を制御する機能を有する。以下では、このようなステージ１０の位置制御について説明する。

図７は、ステージ１０の位置制御に関する処理の様子を模式的に示した図である。既述の通り、第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれ、ステージ１０の第１の部位１０ａおよび第２の部位１０ｂの位置に対応した位置パラメータを計測する。第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれの計測により取得された位置パラメータＰ１，Ｐ２を、制御部７０へ送信する。一方、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３は、位置パラメータ計測機構３０の近傍における温度、湿度、および気圧をそれぞれ計測する。温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３は、それぞれの計測結果を環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５として制御部７０へ送信する。

図７に示したように、制御部７０は、変動値／固定値選択部７１と、算出部７２とを有する。これらの変動値／固定値選択部７１および算出部７２の機能は、例えば、制御部７０を構成するコンピュータのＣＰＵが所定のプログラムに従って動作することにより実現される。

変動値／固定値選択部７１は、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３から送信された環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を受信するとともに、算出部７２へ環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を与える。変動値／固定値選択部７１は、受信した環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を変動値として順次に（すなわち、リアルタイムに）算出部７２に与える「変動値モード」と、変動値／固定値選択部７１に蓄積された環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を固定値として算出部７２に与える「固定値モード」とを、パターン描画装置１の処理の状況に応じて選択的に実行する。

変動値／固定値選択部７１における「変動値モード」と「固定値モード」との切り替えのタイミングは、処理シーケンスとともに予め制御部７０に設定される。但し、少なくともパターン描画装置１が基板９の上面に対するパルス光ＰＬの照射を実行しているときには「固定値モード」が選択されるように、「変動値モード」と「固定値モード」との切り替えのタイミングが設定される。

一方、算出部７２は、第１の干渉計３４および第２の干渉計３５から送信された位置パラメータＰ１，Ｐ２と、変動値／固定値選択部７１から与えられた環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５とに基づいてステージ１０の位置（Ｙ軸方向の位置およびＺ軸周りの回転角度）を算出する。具体的には、第１の干渉計３４および第２の干渉計３５から送信された位置パラメータＰ１，Ｐ２を、環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５に応じて補正することにより、ステージ１０の位置を算出する。

制御部７０は、算出部７２において算出されたステージ１０の位置を参照しつつ、ステージ移動機構２０を動作させることにより、ステージ１０の位置やステージ１０の移動速度を正確に制御する。ここでは、制御部７０は、ステージ１０をＺ軸周りに回転させることにより、主走査方向の移動に伴うステージ１０の傾き（Ｚ軸周りの回転角度のずれ）も補正する。また、制御部７０は、算出部７２において算出されたステージ１０の位置を参照しつつ、レーザ駆動部５５を動作させることにより、基板９の上面に対するパルス光ＰＬの照射位置を正確に制御する。

＜３．パターン描画装置の動作について＞
続いて、上記のパターン描画装置１の動作の一例について、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。

パターン描画装置１において基板９の処理を行うときには、まず、光学ヘッド５２から照射されるパルス光ＰＬの位置や光量を調整するキャリブレーション処理を行う（ステップＳ１）。キャリブレーション処理においては、まず、ベースプレート２４を移動させることにより、ＣＣＤカメラ５６１をヘッド部５０の下方に配置する。そして、ＣＣＤカメラ５６１を副走査方向に移動させつつ、各光学ヘッド５２からパルス光ＰＬを照射し、照射されたパルス光ＰＬをＣＣＤカメラ５６１により撮影する。制御部７０は、取得された画像データに基づいて、各光学ヘッド５２のマスクユニット５２２や投影光学系５２３を動作させ、これにより、各光学ヘッド５２から照射されるパルス光ＰＬの位置や光量を調整する。

キャリブレーション処理が完了すると、次に、作業者または所定の搬送機構が、基板９を搬入してステージ１０の上面に基板９を載置する（ステップＳ２）。基板９の上面の四隅には、図３および図４に示したようなアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４が予め形成されている。また、基板９の上面にはカラーレジストによる感光層が予め形成されている。

続いて、パターン描画装置１は、ステージ１０上に載置された基板９と複数の光学ヘッド５２との相対位置を調整するアライメント処理を行う（ステップＳ３）。上記のステップＳ２では、基板９は、ステージ１０上のほぼ所定の位置に載置されるのであるが、微細なパターンを描画するための位置精度としては十分でない場合が多い。このため、アライメント処理を行うことにより基板９の位置や傾きを微調整して、後続の描画処理の精度を向上させる。

アライメント処理においては、まず、基板９の上面の四隅に形成されたアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４を、４つのアライメントカメラ６１〜６４によりそれぞれ撮影する。制御部７０は、アライメントカメラ６１〜６４により取得された画像中の各アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４の位置に基づいて、基板９の理想位置からのずれ量（Ｘ軸方向の位置ずれ量、Ｙ軸方向の位置ずれ量、およびＺ軸周りの傾き量）を算出する。そして、算出されたずれ量を低減させる方向にステージ移動機構２０を動作させることにより、基板９の位置を補正する。

以上のステップＳ１〜Ｓ３の間、制御部７０の変動値／固定値選択部７１は「変動値モード」を選択している。すなわち、制御部７０は、温度計４１，湿度計４２，および気圧計４３から送信される環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を変動値／固定値選択部７１を介して順次に算出部７２に与え、算出部７２において変動値としての環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を参照しつつステージ１０の位置を算出する。従って、このステップＳ１〜Ｓ３においては、環境温度、環境湿度、および環境気圧の影響をリアルタイムに補正しつつ、ステージ１０の位置が制御される。

続いて、パターン描画装置１は、アライメント処理後の基板９に対して描画処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、パターン描画装置１は、ステージ１０を主走査方向および副走査方向に移動させつつ、複数の光学ヘッド５２から基板９の上面に向けてパルス光ＰＬを照射することにより、基板９の上面に規則性パターンを描画する。

このステップＳ４においては、制御部７０の変動値／固定値選択部７１は「固定値モード」を選択する。すなわち、制御部７０は、内部に蓄積された固定値としての環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を参照しつつ、ステージ１０の位置を算出する。従って、このステップＳ４においては、一定の環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５に基づいてステージの位置が制御され、これにより、基板９の主面に形成されるパターンに、環境パラメータの計測誤差に起因する位置ずれが発生することが防止される。

描画処理が完了すると、パターン描画装置１は、ステージ移動機構２０を動作させてステージ１０および基板９を搬出位置に移動させる。そして、作業者または所定の搬送機構が、ステージ１０の上面から基板９を搬出する（ステップＳ５）。

このステップＳ５においては、制御部７０の変動値／固定値選択部７１は、再び「変動値モード」を選択する。すなわち、制御部７０は、温度計４１，湿度計４２，および気圧計４３から送信される環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を変動値／固定値選択部７１を介して順次に算出部７２に与え、算出部７２において変動値としての環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を参照しつつステージ１０の位置を算出する。従って、このステップＳ５においては、環境温度、環境湿度、および環境気圧の影響をリアルタイムに補正しつつ、ステージ１０の位置が制御される。

以上のように、本実施形態のパターン描画装置１は、温度計４１，湿度計４２，および気圧計４３により計測された環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を順次に参照してステージ１０の位置を算出する「変動値モード」と、一定の環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５に基づいてステージ１０の位置を算出する「固定値モード」とを選択的に実行する。本実施形態では、描画処理時には「固定値モード」が選択され、他の処理時には「変動値モード」が選択される。このため、描画処理時には一定の環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５に基づいてステージ１０の位置を制御し、これにより、基板９の主面に形成されるパターンに、環境パラメータの計測誤差に起因する位置ずれが発生することを防止することができる。また、位置ずれの発生を防止するために環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５の計測頻度を高める必要はないため、パターン描画装置１の生産速度が低下してしまうこともない。

また、本実施形態のパターン描画装置１は、アライメント処理を行うときには「変動値モード」を選択する。このため、環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５の変化に応じて位置パラメータＰ１，Ｐ２をリアルタイムに補正しつつ、より正確なアライメント処理を実行することができる。

また、本実施形態では、温度計４１，湿度計４２，および気圧計４３は、位置パラメータ計測機構３０のレーザ光の光路の近傍に配置されている。このため、レーザ光の波長に影響を与える環境パラメータＰ３，Ｐ４，Ｐ５を、より正確に計測することができる。

また、本実施形態では、ステージ１０、ヘッド部５０、位置パラメータ計測機構３０、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３を含むパターン描画装置１の本体部が、温度および湿度が一定の範囲内に制御されたサーマルチャンバ１００の内部に配置されている。このため、「固定値モード」が選択されているときにも環境温度および環境湿度は一定の範囲内に抑制され、環境温度および環境湿度の変化によるステージ１０の位置の算出誤差は最小限に抑制される。

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、描画処理時にのみ「固定値モード」を選択していたが、他の処理時に「固定値モード」を選択してもよい。例えば、キャリブレーション処理時に「固定値モード」を選択してもよい。

また、上記の実施形態では、環境パラメータとして、温度、湿度、および圧力を計測していたが、必ずしもこれらの全てを計測する必要はなく、温度、湿度、および圧力の中の１つあるいは２つのパラメータのみを計測するものであってもよい。但し、温度の変化はレーザ光の波長に特に大きく影響するため、計測される環境パラメータの中に温度が含まれていることが望ましい。また、計測対象となる環境パラメータはレーザ光の波長に影響を及ぼす要素であればよく、温度、湿度、および圧力に限定されるものではない。

また、上記の実施形態では、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３における計測のタイミングについては特に言及しなかったが、例えば、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３は、温度、湿度、および圧力を、それぞれ一定の間隔で計測すればよい。また、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３は、１回の計測処理において、微小な間隔で連続的に複数回の計測を行い、取得された複数の計測値の平均値を環境パラメータとして出力するようにしてもよい。このようにすれば、温度計４１、湿度計４２、および気圧計４３の計測誤差を低減させ、より正確な環境パラメータを計測することができる。

また、上記の実施形態では、位置パラメータ計測機構３０は、計測用のレーザ光ＭＬを２本に分岐させてステージ１０上の２つの部位１０ａ，１０ｂの位置を計測していたが、本発明のパターン描画装置は、ステージ１０上の１つの部位の位置のみを計測するものであってもよい。但し、上記の実施形態のように２つの部位１０ａ，１０ｂの位置を計測した方が、その計測結果に基づいてステージ１０の傾きを算出することができる点で望ましい。

また、上記のパターン描画装置１は、固定的に設置されたヘッド部５０に対してステージ１０を移動させるものであったが、本発明のパターン描画装置は、固定的に設置されたステージ１０に対してヘッド部５０を移動させるものであってもよい。その場合、上記の位置パラメータ計測機構３０に代えて、ステージ１０に対して固定的に設置された光源からヘッド部５０に向けて出射されるレーザ光の干渉により、ヘッド部５０についての位置パラメータを計測する機構を設け、取得されたヘッド部５０の位置パラメータと環境パラメータとに基づいて、ヘッド部５０の位置を算出するようにすればよい。

また、上記の実施形態では、クリーンルーム内に設けられたサーマルチャンバ１００の内部に、サーマルチャンバ１００とは別体の装置としてパターン描画装置１が設置されていたが、サーマルチャンバ１００はパターン描画装置１の一部であってもよい。すなわち、パターン描画装置１の制御部７０が、サーマルチャンバ１００のファン１２１や温湿調整部１２２をも統括的に制御するものであってもよい。

また、上記のパターン描画装置１は、マスクＭを利用してパルス光ＰＬを所定のパターンに対応する形状に成形するものであったが、本発明のパターン描画装置は、ＧＬＶ（グレイティングライトバルブ）やＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の光変調素子により光を変調して基板９の上面にパターンを描画するものであってもよい。

また、上記の実施形態では、カラーフィルタ用の基板にパターンを描画するためのパターン描画装置１について説明したが、本発明のパターン描画装置は、フラットパネルディスプレイ（液晶表示装置，プラズマ表示装置等）用ガラス基板、半導体基板、プリント基板等の他の基板にパターンを描画するための装置であってもよい。

パターン描画装置の側面図である。 パターン描画装置の上面図である。 基板の上面において描画処理が進行する様子を示した図である。 基板の上面において描画処理が進行する様子を示した図である。 制御部と装置内の各部との接続構成を示したブロック図である。 パターン描画装置の設置環境を示した図である。 ステージの位置制御に関する処理の様子を模式的に示した図である。 パターン描画装置の動作の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１ パターン描画装置
９ 基板
１０ ステージ
２０ ステージ移動機構
３０ 位置パラメータ計測機構
３１ レーザ光出射部
３４ 第１の干渉計
３５ 第２の干渉計
４１ 温度計
４２ 湿度計
４３ 気圧計
５０ ヘッド部
５２ 光学ヘッド
５６ 照射光撮影部
６１〜６４ アライメントカメラ
７０ 制御部
７１ 変動値／固定値選択部
７２ 算出部
１００ サーマルチャンバ
ＭＬ レーザ光
ＭＬ１，ＭＬ２ 分岐光
Ｐ１，Ｐ２ 位置パラメータ
Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５ 環境パラメータ
ＰＬ パルス光

Claims (8)

1. 感光性材料の層が形成された基板の主面に光を照射することにより、基板の主面にパターンを描画するパターン描画装置において、
   基板を載置するステージと、
   前記ステージ上に載置された基板の主面に光を照射する光照射部と、
   前記ステージと前記光照射部とを相対的に移動させる移動手段と、
   前記ステージおよび前記光照射部の一方に対して固定された光源から前記ステージおよび前記光照射部の他方に向けてレーザ光を照射し、その照射光と反射光との干渉から、前記ステージと前記光照射部との相対位置に対応した位置パラメータを計測する位置パラメータ計測手段と、
   前記レーザ光の波長に影響を及ぼす環境パラメータを計測する環境パラメータ計測手段と、
   前記位置パラメータ計測手段により計測された位置パラメータと、前記環境パラメータ計測手段により計測された環境パラメータとに基づいて前記ステージと前記光照射部との相対位置を算出する位置算出手段と、
   前記位置算出手段により算出された相対位置に基づいて、装置内の各部の動作制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記位置算出手段は、前記環境パラメータ計測手段により計測された環境パラメータを順次に参照して前記相対位置を算出する変動値モードと、一定の環境パラメータに基づいて前記相対位置を算出する固定値モードと、を選択的に実行し、
   少なくとも、前記ステージ上に載置された基板の主面に前記光照射部が光を照射するときには、前記固定値モードを選択することを特徴とするパターン描画装置。
2. 請求項１に記載のパターン描画装置において、
   前記位置算出手段は、前記ステージ上に載置された基板と前記光照射部との相対位置を調整するアライメント処理が実行されるときには、前記変動値モードを選択することを特徴とするパターン描画装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のパターン描画装置において、
   前記環境パラメータ計測手段は、前記位置パラメータ計測手段のレーザ光の光路の近傍に配置されていることを特徴とするパターン描画装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載のパターン描画装置において、
   前記環境パラメータ計測手段は、環境パラメータとして、少なくとも環境温度を計測することを特徴とするパターン描画装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載のパターン描画装置において、
   前記環境パラメータ計測手段は、環境パラメータとして、少なくとも、前記位置パラメータ計測手段が配置された空間の気圧を計測することを特徴とするパターン描画装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれかに記載のパターン描画装置において、
   前記位置算出手段は、環境パラメータを複数回取得し、取得された複数の環境パラメータの平均値に基づいて前記ステージと前記光照射部との相対位置を算出することを特徴とするパターン描画装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載のパターン描画装置において、
   前記ステージ、前記光照射部、前記位置パラメータ計測手段、および前記環境パラメータ計測手段は、環境パラメータが一定の範囲内に制御されたチャンバの内部に配置されていることを特徴とするパターン描画装置。
8. 感光性材料の層が形成された基板の主面に光を照射することにより、基板の主面にパターンを描画するパターン描画装置において、基板を載置するステージと光を照射する光照射部との相対位置を制御する位置制御方法であって、
   前記ステージおよび前記光照射部の一方に対して固定された光源から前記ステージおよび前記光照射部の他方に向けてレーザ光を照射し、その照射光と反射光との干渉から、前記ステージと前記光照射部との相対位置に対応した位置パラメータを計測する位置パラメータ計測工程と、
   前記レーザ光の波長に影響を及ぼす環境パラメータを計測する環境パラメータ計測工程と、
   前記位置パラメータ計測工程において計測された位置パラメータと、前記環境パラメータ計測工程において計測された環境パラメータとに基づいて前記ステージと前記光照射部との相対位置を算出する位置算出工程と、
   前記位置算出工程において算出された相対位置に基づいて、装置内の各部の動作制御を行う制御工程と、
   を備え、
   前記位置算出工程においては、前記環境パラメータ計測工程において計測された環境パラメータを順次に参照して前記相対位置を算出する変動値モードと、一定の環境パラメータに基づいて前記相対位置を算出する固定値モードと、を選択的に実行し、
   少なくとも、前記パターン描画装置において、前記ステージ上に載置された基板の主面に前記光照射部が光を照射しているときには、前記固定値モードを選択することを特徴とする位置制御方法。

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