JP2012169357A - 描画装置、光学ユニット及び描画装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空間光変調器の使用可能時間をより長く延ばすことによって、空間光変調器の交換の頻度を低減させる技術を提供する。
【解決手段】描画装置１００は、光学ユニット４０を備えている。光学ユニット４０が備えるレーザ発振器４１から出射された光は照明光学系４３を介して導入された空間光変調器４４１に導入される。空間光変調器４４１は、全体反射面４２０ｆの一部である有効反射面ＥＲに入射した入射光Ｌ１を空間変調する。パターン描画が一定時間行われると、制御部９０の指示により、照明光学系４３が備える照明系フォーカスレンズ４３５の設置位置を変位させる。これによって、有効反射面ＥＲ上に入射する入射光Ｌ１の入射位置が変位して、有効反射面ＥＲ上に形成されていた入射領域ＮＲ１が、光が未照射である有効反射面ＥＲ上の領域にシフトされる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、半導体基板、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、太陽電池用パネルなどの各種基板（以下、単に「基板」と称する）に代表される描画対象物に対して光を照射することで、パターンを描画対象物の表面に直接描画する技術に関する。

基板上に塗布された感光材料に回路などのパターンを形成するにあたって、光源とフォトマスクを用いて当該感光材料を面状に露光する露光装置が周知である。これに対して、近年では、フォトマスクを用いず、ＣＡＤデータ等に応じて変調した光ビームによって基板上の感光材料を走査することにより、当該感光材料に直接パターンを描画する描画装置（直接描画装置）が注目されている。直接描画装置は、感光材料への光ビームを画素単位でオン／オフ変調するための空間光変調器を備える。反射型の空間光変調器では、光源から供給される光ビームを反射して基板上に与えるオン状態と、光ビームを基板の外部に向けて反射あるいは拡散させるオフ状態とを、描画対象パターンを表現した制御信号によって画素単位で切り換える。

ところが、このような空間光変調器が光源からの光に照射され続けると、空間光変調器の被照射面が劣化して、所望の状態に光を空間変調させることができなくなる。この場合、空間光変調器の交換作業を行わなければならない。従って、空間光変調器が劣化するまでの使用時間を長くして、交換の頻度をより少なくし、交換作業の手間を軽減することが望まれている。

特許文献１には、光源から空間光変調素子に至る光路上にシャッタが設けられた露光装置が開示されている。描画処理時以外はシャッタが閉鎖されることにより、光が空間光変調素子を余分に照射することを防止する。

特開２００９−２４６１６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように、シャッタを開閉させて空間光変調素子が露光される時間を制御することによって、空間光変調器の使用時間をより長くすることは限界がある。なぜなら、近年、基板の処理速度の高速化が求められる中で、描画処理時以外の時間、例えば描画済みの基板が露光装置から搬出されて、次処理予定の基板が描画装置に搬入されるまでの時間は、より短縮される傾向にある。このため、空間光変調器の露光時間を制御するだけでは、空間光変調器の長寿命化を図ることは望めない。そして、この問題は、描画対象物が基板であるか否かにかかわらず、空間光変調器を用いる各種の描画装置に共通した問題となる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、空間光変調器の使用可能時間をより長く延ばすことによって、空間光変調器の交換の頻度を低減させることを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明は、所定のパターンを表現した変調信号によって光を変調し、変調された光によって描画対象物を走査して前記描画対象物の表面に前記パターンを形成する描画装置であって、光源によって生成された第１の光を所定の変調用空間に導く第１光路系と、前記変調用空間に配置され、前記第１の光の断面よりも広い受光面を有するとともに、前記受光面の一部に相当する入射領域に前記第１の光を入射させ、前記受光面の光学的状態を前記変調信号に応じて変化させることにより、前記第１の光を変調して第２の光を生成する空間光変調手段と、前記第２の光を、前記描画対象物の表面に導く第２光路系と、前記第２の光と前記描画対象物とを相対的に移動させることにより、前記第２の光によって前記描画対象物の表面を走査させる走査駆動手段と、前記受光面に平行な方向について、前記受光面と前記第１の光との相対的な位置関係をシフトさせて、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能なシフト機構と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る描画装置であって、前記シフト機構が、前記光源から前記空間光変調手段に至る光路に設けられた光学要素のうちの少なくとも１つを調整要素として、当該調整要素を可動に保持する可動保持手段と、前記可動保持手段によって可動に保持された前記調整要素を、駆動源によって変位または回動させて、前記受光面と前記第１の光との相対的な位置関係をシフトさせるシフト駆動手段と、を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明又は第２の発明に係る描画装置であって、前記第１光路系は、前記光源からの前記第１の光を集光して、前記空間光変調手段に向けて出射する集光光学要素、を備え、前記シフト機構は、前記集光光学要素を変位または回動させることにより、前記受光面内での前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明又は第２の発明に係る描画装置であって、前記シフト機構は、前記空間光変調手段を変位させることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明又は第２の発明に係る描画装置であって、前記第１光路系は、前記光源からの前記第１の光を集光して、前記空間光変調手段に向けて出射するフォーカスレンズと、前記光源から前記フォーカスレンズに至る光路に設置されて前記第１の光を反射する第１ミラーと、を備え、前記シフト機構は、前記第１ミラーを変位または回動させることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする。

第６の発明は、第１の発明又は第２の発明に係る描画装置であって、前記第１光路系は、前記光源からの前記第１の光を集光して、前記空間光変調手段に向けて出射するフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズから前記空間光変調手段に至る光路に設置されて前記第１の光を反射する第２ミラーと、を備え、前記シフト機構は、前記第２ミラーを変位または回動させることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする。

第７の発明は、第２の発明に係る描画装置であって、前記第２の光を検出する光検出手段、をさらに備え、前記光検出手段による検出結果に基づいて前記駆動源を能動化させることを特徴とする。

第８の発明は、第２の発明に係る描画装置であって、前記第２の光によって描画されるパターンを画像として検出する光画像検出手段と、前記光画像検出手段による検出結果の画像位置と前記描画対象物に描画すべきパターンの画像位置との差異に基づく補正量を算出する補正量算出手段と、をさらに備え、前記補正量に基づいて前記駆動源を能動化させることを特徴とする。

第９の発明は、第１の発明ないし第８の発明のいずれかに記載の描画装置であって、前記第１の光は、横断面が所定方向に伸びる線状となった光ビームであって、前記シフト機構は、前記所定方向と直交する方向において、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする。

第１０の発明は、第１の発明ないし第９の発明のいずれかに記載の描画装置であって、前記空間光変調手段は、前記第１の光を変調しつつ反射して前記第２の光を生成する反射型の空間光変調器であることを特徴とする。

第１１の発明は、第１０の発明に係る描画装置であって、前記空間光変調手段は、それぞれがリボン状となっている複数の単位反射面を並列的に配列して構成されており、前記入射領域は、前記配列の方向に伸びて２以上の単位反射面の一部ずつを包含する帯状領域とされていることを特徴とする。

第１２の発明は、第１１の発明に係る描画装置であって、前記空間光変調手段は、固定単位反射面と可動単位反射面とが交互に配列された回折格子型の空間光変調器であることを特徴とする。

第１３の発明は、第１０の発明に係る描画装置であって、前記空間光変調手段は、複数の単位反射面が二次元配列された構造であり、前記入射領域は、前記複数の単位反射面の集合のうちの部分集合であることを特徴とする。

第１４の発明は、第１の発明に係る描画装置であって、前記シフト機構が、前記光源から前記空間光変調手段までの光学要素のうちの少なくとも１つを調整要素として、当該調整要素を可動に保持する可動保持手段と、前記可動保持手段によって可動に保持された前記調整要素を、手動によって変位または回動させる手動部材と、を備えることを特徴とする。

第１５の発明は、所定のパターンを表現した変調信号によって光を変調する光学ユニットであって、光源によって生成された第１の光を所定の変調用空間に導く第１光路系と、前記変調用空間に配置され、前記第１の光の断面よりも広い受光面を有するとともに、前記受光面の一部に相当する入射領域に前記第１の光を入射させ、前記受光面の光学的状態を前記変調信号に応じて変化させることにより、前記第１の光を変調して第２の光を生成する空間光変調手段と、前記第２の光を、描画対象物の表面に導く第２光路系と、前記受光面に平行な方向について、前記受光面と前記第１の光との相対的な位置関係をシフトさせることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能なシフト機構と、を備えることを特徴とする。

第１６の発明は、描画装置の調整方法であって、前記描画装置が、光源によって生成された第１の光を所定の変調用空間に導く第１光路系と、前記変調用空間に配置され、前記第１の光の断面よりも広い受光面を有するとともに、前記受光面の一部に相当する入射領域に前記第１の光を入射させ、前記受光面の光学的状態を所定のパターンを表現した変調信号に応じて変化させることにより、前記第１の光を変調して第２の光を生成する空間光変調手段と、前記第２の光を、描画対象物の表面に導く第２光路系と、前記第２の光と前記描画対象物とを相対的に移動させることにより、前記第２の光によって前記描画対象物の表面を走査させる走査駆動手段と、を備えており、前記調整方法が、前記受光面に平行な方向について、前記受光面と前記第１の光との相対的な位置関係をシフトさせることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更するシフト工程、を備えることを特徴とする。

第１ないし第１６の発明によれば、空間光変調手段の受光面内で、変調前の第１の光の入射領域をシフトさせることができる。このため、第１の光によって受光面の入射領域が劣化しても、受光面のうち未照射の領域に入射領域をシフトさせることによって、引き続き当該空間光変調手段を用いて光の空間変調を行うことができる。その結果、空間光変調器の使用可能時間をより長く延ばすことが可能となり、空間光変調器の交換の頻度を低減させることができる。

特に、第２の発明によれば、そのような入射領域のシフトを自動で行うことが可能となる。このため、シフトを行う作業の手間を軽減することができる。

特に、第４の発明によれば、シフト機構は、空間光変調手段を変位させることにより、受光面内における入射領域の存在域を変更するため、シフトによって第２の光軸のずれが生じない。

特に、第７および第８の発明によれば、ひとつの入射領域の劣化状態を迅速に把握可能であり、入射領域のシフトを適時に行うことができる。

このうち第８の発明では、描画された画像を検出してその結果をフィードバックすることにより、シフト機構としての機能と描画の位置補正のための機能とを兼用させることができる。

特に第１１の発明によれば、空間光変調手段として、それぞれがリボン状となっている複数の単位反射面を並列的に配列して構成されたものを使用するため、入射領域のシフトによってリボンの長手方向を有効に利用できる。

本発明の第１の実施形態に係る描画装置の正面図である。 描画装置の平面図である。 照明光学系及びヘッド部の各構成例を示す図である。 照明系フォーカスレンズの構成例を示す図である。 空間光変調器の構成例を模式的に示す図である。 電圧がオフされている状態の空間光変調素子を示す図である。 電圧がオンされている状態の空間光変調素子を示す図である。 空間光変調器に光の入射領域が形成されている様子を示す図である。 描画装置で実行される一連の処理の流れを示す図である。 照明系フォーカスレンズを変位させて光シフト処理が行われる様子を示す図である。 空間光変調器を変位させて光シフト処理が行われる様子を示す図である。 第２ミラーを変位させて光シフト処理が行われる様子を示す図である。 第１ミラーを変位させて光シフト処理が行われる様子を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る描画装置の正面図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜１．第１の実施形態＞
＜１−１．描画装置１００の構成＞
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る描画装置１００の構成を示した正面図及び平面図である。描画装置１００は、レジスト等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（いわゆる直接描画装置）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ための描画装置となっている。

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。

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。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、ステージ位置計測部３０、光学ユニット４０、アライメントユニット６０が配置される。各構成要素については、後に詳述している。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装置７０が配置される。

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、本体外部には、描画装置１００が備える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。

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。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に搬入するとともに、処理領域１０２から処理済みの基板Ｗを搬出してカセット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。

以下において、描画装置１００を構成する各部の構成について説明する。

＜ステージ１０＞
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）を形成することによって、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。

＜ステージ移動機構２０＞
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とを備える。回転機構２１、副走査機構２３、及び主走査機構２５は、制御部９０に電気的に接続されており、制御部９０からの指示に応じてステージ１０を移動させる。

回転機構２１は、支持プレート２２上で、基板Ｗの上面に垂直な回転軸を中心としてステージ１０を回転させる。

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図示しない移動子とベースプレート２４の上面に敷設された図示しない固定子とにより構成されたリニアモータ２３ａを有している。また、支持プレート２２とベースプレート２４との間には、副走査方向に延びる一対のガイド部２３ｂが設けられている。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上のガイド部２３ｂに沿って支持プレート２２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描画装置１００の基台１０６上に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ２５ａを有している。また、ベースプレート２４と基台１０６との間には、主走査方向に延びる一対のガイド部２５ｂが設けられている。このため、リニアモータ２５ａを動作させると、基台１０６上のガイド部２５ｂに沿ってベースプレート２４が主走査方向に移動する。

＜ステージ位置計測部３０＞
ステージ位置計測部３０は、ステージ１０の位置を計測する機構である。ステージ位置計測部３０は、制御部９０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ステージ１０の位置を計測する。ステージ位置計測部３０は、例えば、ステージ１０に向けてレーザ光を照射し、その反射光と出射光との干渉を利用して、ステージ１０の位置を計測する機構により構成することができる。例えばレーザ測長器などを用いることができる。

＜アライメントユニット６０＞
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、照明ユニット６１のほか、鏡筒、対物レンズ、およびＣＣＤイメージセンサ（いずれも図示省略）を備える。アライメントユニット６０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。

照明ユニット６１は、鏡筒とファイバ６０１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６０１によって導かれる光は、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の上面の撮像データが取得されることになる。ＣＣＤイメージセンサは、制御部９０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。

なお、アライメントユニット６０はオートフォーカス可能なオートフォーカスユニットをさらに備えていてもよい。

＜制御部９０＞
制御部９０は、各種の演算処理を実行しつつ、描画装置１００が備える各部の動作を制御する。制御部９０は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ、ブートプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算処理の作業領域となるＲＡＭ、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶する記憶部（例えばハードディスク）、各種表示を行うディスプレイ、キーボード及びマウスなどで構成される入力部、ＬＡＮ等の介したデータ通信機能を有するデータ通信部、等を備えるコンピュータにより構成される。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、当該コンピュータが描画装置１００の制御部９０として機能する。制御部９０で実現される各機能部は、コンピュータによってプログラムが実行されることにより実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。

制御部９０が備える記憶部には、基板Ｗに描画すべきパターンを記述したデータ（パターンデータ）が格納される。パターンデータは、例えば、ＣＡＤを用いて生成されたＣＡＤデータであり、回路パターンなどを表現している。制御部９０は、基板Ｗに対する一連の処理に先立ってパターンデータを取得して記憶部に格納している。なお、パターンデータの取得は、例えばネットワーク等を介して接続された外部端末装置から受信することにより行われてもよいし、記録媒体から読み取ることにより行われてもよい。

＜光学ユニット４０＞
光学ユニット４０は、ステージ１０上に保持された基板Ｗの上面に光を照射して描画するための機構である。光学ユニット４０は、ステージ１０及びステージ移動機構２０を跨ぐようにして基台１０６上に架設されたフレーム１０７に設けられる。

光学ユニット４０は、光源としてレーザ光を出射するレーザ発振器４１と、レーザ発振器４１を駆動するレーザ駆動部４２と、レーザ発振器４１から出射された光（スポットビーム）を、強度分布が均一な線状の光（光束断面が線状の光であるラインビーム）とする照明光学系４３と、照明光学系４３を介して入射した光にパターンデータに応じた空間変調を施して、基板Ｗの上面に照射するヘッド部４５とを備える。ヘッド部４５は、フレーム１０７の＋Ｙ側に取り付けられた付設ボックスの内部に収容されている。ヘッド部４５の構成については、後に詳細に説明する。これらの各部４１，４２，４３は、フレーム１０７の天板を形成するボックス内部に配置される。また、これらの各部４１，４２，４３は、制御部９０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動作する。

図３は、照明光学系４３及びヘッド部４５の構成例を模式的に示す図である。第１ミラー４３６は、レーザ発振器４１と照明系フォーカスレンズ４３５との光路間に設置され、レーザ発振器４１から出射された光を反射して光軸方向を変化させ、光を照明系フォーカスレンズ４３５に導入させるものである。なお、図３では図示の都合上、第１ミラー４３６から光が出射されているように記載されているが、第１ミラー４３６はあくまでも光源であるレーザ発振器４１からの光を反射する要素である。従って、第１ミラー４３６は、照明系フォーカスレンズ４３５に光を導入できるように、反射面を照明系フォーカスレンズ４３５に向けて、斜め方向に設置されている。

照明系フォーカスレンズ４３５は、フローティングホルダ４３３に取り付けられている。第１ミラー４３６で光軸方向を変化させられた光は、照明系フォーカスレンズ４３５に入射して集光されることにより断面が線状の光に整形される。なお、図３に示される照明系フォーカスレンズ４３５は、後述するアクチュエータ４３２ａの位置における縦方向の断面図である。

図４は、照明系フォーカスレンズ４３５の正面図である。照明系フォーカスレンズ４３５は凸レンズである。図４ではフローティングホルダ４３３と照明系フォーカスレンズ４３５とは離間しているように見えるが、実際は、照明系フォーカスレンズ４３５は、フローティングホルダ４３３によって外縁部を保持されている。フローティングホルダ４３３によって保持された照明系フォーカスレンズ４３５は、フローティングホルダ４３３と共に、ハウジングフレーム４３７内に収容されている。なお、フローティングホルダ４３３の一方の側壁と、ハウジングフレーム４３７の一方の側壁との間に、バネ４３９ａが介挿されている。また、フローティングホルダ４３３の他方の側壁には、ハウジングフレーム４３７の他方の側壁に設けられた規制ピン４３８が当接しており、フローティングホルダ４３３の横方向（Ｘ軸方向）の位置規制を行う。

光の入射方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って並べられた１対の直動式のアクチュエータ４３２ａ，４３２ｂが、ハウジングフレーム４３７の天板上に保持されている。アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂが備える伸縮部４４０ａ，４４０ｂは、天板に設けられた挿通孔を介して、ハウジングフレーム４３７内に位置している。

伸縮部４４０ａ，４４０ｂの先端はフローティングホルダ４３３の天板の外側部分に当接している。また、フローティングホルダ４３３の底板の外側部分とハウジングフレーム４３７の下面との間には、光の入射方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って、１対のバネ４３９ｂ，４３９ｃが設置されている。フローティングホルダ４３３は、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂにより下方に向けて押し付けられているため、バネ４３９ｂ，４３９ｃは、常に反発力を有した付勢状態で保持されている。

このようなアクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの伸縮部４４０ａ，４４０ｂの駆動と伸縮部４４０ａ，４４０ｂの押し込みに起因するバネ４３９ｂ，４３９ｃの伸び縮みによって、照明系フォーカスレンズ４３５は上下に変位させることができる。本実施の形態では、直動式のアクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの伸縮動作は、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの駆動部４２９ａ，４２９ｂが駆動することにより行われる。後述するように、この実施形態の描画装置１００は、後述する空間光変調器４４１の受光面に平行な方向について、当該受光面と光ビームとの相対的な位置関係をシフトさせることにより、受光面内における光ビームの入射領域の存在域を変更するシフト機構を備える。図３に示す実施形態では照明系フォーカスレンズ４３５の上下方向の変位によってそのようなシフトが達成される。このため、シフト機構は、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂ及び駆動部４２９ａ，４２９ｂによって構成されていることになる。具体的には、駆動部４２９ａ，４２９ｂとして、例えばステッピングモータ、又はサーボモータなどが使用される。駆動部４２９ａ，４２９ｂは、制御部９０と各々独立して電気的に接続されているため、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの操作は個別に独立して行うことが可能である。

＜ヘッド部４５＞
光学ユニット４０が備えるヘッド部４５の構成について、再び図３を参照しながら説明する。

ヘッド部４５は、照明光学系４３から第２ミラー４３１を介して所定の角度で入射した光を、パターンデータに基づいて空間変調する空間光変調ユニット４４と、空間光変調ユニット４４で変調された光を基板Ｗの表面に導いて当該表面に結像させる投影光学系４６とを備える。ヘッド部４５が備える各部４４，４６は、制御部９０と電気的に接続されており、制御部９０からの指令信号に応じて動作する。

なお、ヘッド部４５は、さらに、投影光学系４６が備える投影系フォーカスレンズ４６５の位置を調整する駆動部と、基板Ｗの上面の高さ位置を検出する位置検出ユニットとで構成されるオートフォーカスユニットを備えてもよい。オートフォーカスユニットにオートフォーカスを行わせる場合、制御部９０は、位置検出ユニットに基板Ｗの上面内の描画予定位置の高さ位置を検出させ、取得された位置情報に基づいて駆動部を制御して、投影系フォーカスレンズ４６５が適切な位置（光学ユニット４０から照射される光を描画予定位置に結像させる位置）に置かれるように調整する。

ヘッド部４５が備える各部４４，４６の構成を詳細に説明する。

＜空間光変調ユニット４４＞
空間光変調ユニット４４は、電気的な制御によって入射光を空間変調させる空間光変調器４４１を備える。一般に、光の空間変調とは、光の進行方向（光軸方向）や、光量の空間的な分布状態などを変化させることを指すが、この実施形態では、変調信号に応じて光の進行方向を２つの方向すなわち、描画対象物に向かう方向と、それ以外の方向とで切り換える変調となっている。これは、光が照射される状態（オン状態）と光が照射されない状態（オフ状態）との２状態の間で変化させる２値的な変調である。

既述したように、レーザ発振器４１（図１参照）から出射されて照明光学系４３（図１参照）でラインビーム（線状の光）とされた光は、第２ミラー４３１に照射される。第２ミラー４３１は、照明系フォーカスレンズ４３５と、所定の変調用空間に配置された空間光変調器４４１との光路間に設置されている。第２ミラー４３１が光を反射して光軸方向を変化させることによって、光は、空間光変調器４４１上の変調動作が行われる反射面（受光面）に照射される。ただし、空間光変調器４４１は、その反射面の法線が入射光の光軸に対して傾斜して配置される。空間光変調器４４１では、以下の説明のように、第２ミラー４３１を介して入射する光が制御部９０の制御に基づいて空間変調され、空間変調された光が投影光学系４６に入射することになる。

この実施形態では、第１ミラー４３６、照明光学系４３および第２ミラー４３１から構成される光路系が、レーザ発振器４１と空間光変調器４４１との間で、変調前の光（「第１の光」）を伝達する「第１光路系」として機能する。また、投影光学系４６が、空間光変調器４４１と基板Ｗとの間で、変調後の光（「第２の光」）を空間光変調器４４１と基板Ｗとの間で伝達する「第２光路系」として機能する。

空間光変調器４４１は、例えば回折格子型の空間光変調器、例えば、ＧＬＶ（Grating Light Valve：グレーティングライトバルブ：シリコンライトマシーンズ社（米国カリフォルニア州サンノゼ）の登録商標）等を利用して構成される。回折格子型の空間光変調器は、格子の深さを変更可能な回折格子であり、例えば、半導体装置製造技術を用いて製造される。

空間光変調器４４１の構成について、図５を参照しながら模式的に説明する。空間光変調器４４１は、基板４００上に、複数の可動リボン４０１と複数の固定リボン４０２とが、その長手方向を互いに平行して各々交互に配列された構成を備えている。なお、各リボン４０１，４０２の短尺方向に沿う幅は、略同一とされてもよいし、コントラストや反射率を考慮して、微量に異なるものとされてもよい。

ここで、互いに隣接する可動リボン４０１と固定リボン４０２とを「リボン対４０３」とすると、互いに隣接する３個以上（本実施形態では、４個）のリボン対４０３によって形成されるリボン対集合４０４が、描画されるパターンの１つの画素（画素単位）に対応する。すなわち、１個のリボン対集合４０４が、１つの画素に対応する空間光変調素子４４１１を構成する。

空間光変調素子４４１１の構成について、図６、図７を参照しながらより詳細に説明する。各リボン４０１，４０２の表面は、帯状の反射面を形成する。固定リボン４０２は、スペーサ（図示省略）を介して基板４００上に配設されており、基板４００から一定の距離だけ離間した位置に固定されている。従って、固定リボン４０２の表面は、基板４００の表面（以下、「基準面４００ｆ」という）と平行な姿勢で基準面４００ｆに対して固定された固定反射面４０２ｆを形成する。

一方、可動リボン４０１は、固定リボン４０２と同じ位置（すなわち、基板４００から一定の距離だけ離間した位置）と、基準面４００ｆの側に引き下げられた位置との間で移動可能とされている。従って、可動リボン４０１の表面は、基準面４００ｆと平行な姿勢を維持しつつ基準面４００ｆに対して移動可能な可動反射面４０１ｆを形成する。つまり、空間光変調器４４１は、複数の固定反射面４０２ｆと可動反射面４０１ｆとが交互に一次元に配列された構成となっている。なお、以下において、固定反射面４０２ｆ及び可動反射面４０１ｆを合わせた、空間光変調器４４１が備える反射面の全体領域を全体反射面４２０ｆと称する。

空間光変調素子４４１１の動作は、可動リボン４０１と基板４００との間に印加する電圧のオン／オフで制御される。

電圧がオフされている状態では、可動リボン４０１は、基準面４００ｆとの離間距離が固定リボン４０２と等しい位置にあり、可動反射面４０１ｆと固定反射面４０２ｆとが面一になる。つまり、電圧がオフされている状態では、空間光変調素子４４１１の表面は平面となっている。この状態で、光が空間光変調素子４４１１に入射すると、その入射光Ｌ１は回折せずに正反射する。これにより、正反射光（０次光）Ｌ２が発生する。

一方、電圧がオンされている状態では、可動リボン４０１は、基準面４００ｆの側に引き下げられた位置にあり、可動反射面４０１ｆが固定反射面４０２ｆよりも基準面４００ｆの側に引き下がった状態となる。つまり、電圧がオンされている状態では、空間光変調素子４４１１の表面には、平行な溝が周期的に並んで複数本形成される。この状態で、空間光変調素子４４１１に光が入射すると、可動反射面４０１ｆで反射される反射光と、固定反射面４０２ｆで反射される反射光との間に光路差が生じる。ただし、空間光変調素子４４１１では、以下に説明するように、この光路差が光路差ｄ＝（ｎ＋１／２）λ（ただし、λは入射光Ｌ１の波長、ｎは任意の整数値である）となるようにされている。従って、正反射光（０次光）は打ち消しあって消滅し、他の次数の回折光（±１次回折光、及びさらに高次の回折光）Ｌ３が発生する。

なお、上記では、電圧がオフの時に可動リボン４０１と固定リボン４０２とが等しい位置（基準面４００ｆから等しい距離だけ離間した位置であり、０次光が発生する位置）となる状態が形成されるとしたが、電圧と各リボン４０１，４０２の位置との関係は、必ずしもこれに限られるものではなく、任意の電圧時に、等しい位置（０次光が発生する位置）となり、また、別の電圧時に、１次回折光が発生する位置となるように構成してもよい。

光路差ｄは、電圧がオンされた状態での可動反射面４０１ｆと固定反射面４０２ｆとの離間距離Ｄｆ、入射光Ｌ１の波長λ、及び入射光Ｌ１の入射角αを用いて（式１）で規定される。ただし、「入射光Ｌ１の入射角α」は、入射光Ｌ１の光軸と、反射面４０１ｆ，４０２ｆの法線方向とがなす角度をいう。

ｄ＝２Ｄｆ・ｃｏｓα ・・・（式１）
つまり、空間光変調素子４４１１では、離間距離Ｄｆ及び入射光Ｌ１の入射角αは、（式２）の関係を満たす値に調整されている。

（ｎ＋１／２）λ＝２Ｄｆ・ｃｏｓα ・・・（式２）
ただし、空間光変調素子４４１１に入射する入射光Ｌ１の光軸は、反射面４０１ｆ，４０２ｆの法線方向に対して角度αだけ傾斜して、かつリボン４０１，４０２の配列方向（すなわち、各リボン４０１，４０２の長手方向と直交する方向）に垂直とされる。

なお、各リボン４０１，４０２の長手方向の両端側の全体反射面４２０ｆの領域は、各リボン４０１，４０２と基板４００との固定点に近いため、可動反射面４０１ｆと固定反射面４０２ｆとの間で離間距離Ｄｆを形成し難い領域である。従って、上述のような入射光Ｌ１の空間変調が行われる全体反射面４２０ｆの領域（以下において、有効反射面ＥＲと称する。）は、各リボン４０１，４０２の長手方向の中心部周辺の領域となる。ここで、入射光Ｌ１は、光軸及びリボン４０１，４０２の配列方向に垂直な方向に関してわずかに集光しつつ、配列方向に関して平行な状態とされている。つまり、入射光Ｌ１は、光束断面が配列方向に長い線状の光である。

図８に示されているように、このような入射光Ｌ１が、有効反射面ＥＲ上に入射すると、入射光Ｌ１の入射領域ＮＲ１が有効反射面ＥＲ上に形成される。上述のように、入射領域ＮＲ１は、各リボン４０１，４０２の配列方向に沿って線状の領域である。このような線状の光は、その断面が長手方向を有した矩形状の光であるといえる。つまり、有効反射面ＥＲは入射光Ｌ１の横断面よりも広い面積を持ち、入射領域ＮＲ１は有効反射面ＥＲのうち現に入射光Ｌ１が照射される矩形状の領域である。具体的には、入射領域ＮＲ１の長手方向の長さは、全体反射面４２０ｆの長手方向の長さ、つまり各リボン４０１，４０２が複数配列された配列方向に沿う長さと略一致している。一方、入射領域ＮＲ１の短尺方向の長さは、有効反射面ＥＲの短尺方向の長さのおよそ１／８程度である。つまり、入射領域ＮＲ１は、各固定反射面４０２ｆ及び各可動反射面４０１ｆの部分領域が、複数の固定反射面４０２ｆ及び複数の可動反射面４０１ｆ全体にわたって、配列方向に沿って集合することで構成された領域に形成されている。換言すれば、空間光変調器４４１は、それぞれがリボン状となっている複数の単位反射面（リボン４０１，４０２…）を並列的に配列して構成されており、入射領域ＮＲ１は、この配列の方向に伸びて２以上の単位反射面（リボン４０１，４０２…）の一部ずつを包含する帯状領域である。

上述のように、入射領域ＮＲ１は有効反射面ＥＲ上の一部分のみに形成されており、入射領域ＮＲ１を中心として、有効反射面ＥＲの短尺方向（各反射面の長手方向）両端部の領域は、入射光Ｌ１が未照射の領域となっている。本実施形態では、入射光Ｌ１の入射領域ＮＲ１を固定反射面４０２ｆ（あるいは可動反射面４０１ｆ）の長手方向に沿って相対的に移動させる。これによって、入射領域ＮＲ１は、光が未照射の領域にシフトされることとなる。具体的な光シフト処理については後に詳述する。

空間光変調器４４１は、空間光変調器４４１が備える複数の空間光変調素子４４１１各々に対して独立に電圧を印加可能なドライバ回路ユニット４４１２を備える。各空間光変調素子４４１１の表面状態は、ドライバ回路ユニット４４１２から当該空間光変調器４４１に印加される電圧（以下、「入力電圧」という）に応じて、０次光Ｌ２を出射する状態（オフ状態）と１次、及び更に高次の回折光Ｌ３（±１次回折光、±２次回折光、±３次回折光・・・）を出射する状態（オン状態）との間で切り替えられる。各空間光変調素子４４１１から出射される光（０次光Ｌ２、あるいは１次回折光Ｌ３）は、投影光学系４６に導かれる。以下に説明する通り、投影光学系４６は、１次回折光Ｌ３を遮断し、０次光Ｌ２のみを通過させる。すなわち、０次光Ｌ２のみが基板Ｗの表面まで到達することになる。

ドライバ回路ユニット４４１２は、制御部９０と接続されており、制御部９０からの指示に応じて、指示された空間光変調素子４４１１に対して電圧を印加する。つまり、制御部９０が、パターンデータに基づいてドライバ回路ユニット４４１２に指示を与え、ドライバ回路ユニット４４１２が指示された空間光変調素子４４１１に対して電圧を印加することによって、入射光Ｌ１に、パターンデータに応じた空間変調を形成することができる。

なお、光学ユニット４０は、空間光変調器４４１が、当該空間光変調器４４１が備える空間光変調素子４４１１の配列方向が副走査方向（Ｘ軸方向）に沿うように配置される。従って、空間光変調器４４１が備える空間光変調素子４４１１の個数をＮ個とすると、空間光変調器４４１からは、副走査方向に沿うＮ画素分の、空間変調された光、すなわち、互いに平行でかつ個別に空間変調されたＮ本の単位光ビームの集合が「第２の光」として出射されることになる。

後に説明するように、光学ユニット４０は、副走査方向に沿うＮ画素分の空間変調された光を断続的に照射し続けながら（すなわち、基板Ｗの表面にパルス光を繰り返して投影し続けながら）、主走査方向（Ｙ軸方向）に沿って基板Ｗに対して相対的に移動する。従って、光学ユニット４０が主走査方向に沿って基板Ｗを１回横断すると、基板Ｗの表面に、副走査方向に沿ってＮ画素分の幅を持つ１本のパターン群（１ストライプ領域）が描画されることになる。

＜投影光学系４６＞
続いて、投影光学系４６について、図３を参照しながら説明する。投影光学系４６は、空間光変調ユニット４４で空間変調された光を、基板Ｗの表面に導いて、基板Ｗの表面に結像させる機能部である。投影光学系４６は、例えば、空間光変調ユニット４４側から順に、ゴースト光を遮断する遮光板４６１と、ズーム部を構成する２個のレンズ４６２，４６３と、高次回折光を遮断する絞り板４６４と、フォーカス部を構成する投影系フォーカスレンズ４６５と、が配置される。

レンズ４６２，４６３を通過した光は、開口を有する絞り板４６４へと導かれる。ここで、一部の光（０次光Ｌ２）は、絞り板４６４の開口を通過して投影系フォーカスレンズ４６５へ導かれ、残りの光（±１次回折光Ｌ３）は、絞り板４６４により遮断される。投影系フォーカスレンズ４６５を通過した光（０次光Ｌ２）は、定められた倍率で基板Ｗの表面に導かれる。

なお、投影光学系４６は、必ずしも遮光板４６１、レンズ４６２，４６３、絞り板４６４、及び投影系フォーカスレンズ４６５により構成される必要はなく、他の光学素子が追加される等してもよい。また、０次光Ｌ２を遮断し、±１次回折光Ｌ３を基板Ｗの表面に照射するように構成してもよい。

＜１−２．処理の流れ＞
＜１−２−１．全体の流れ＞
描画装置１００で実行される一連の処理の流れについて説明する。なお、描画装置１００で処理対象となる基板Ｗには、図示しない複数のアライメントマークが形成されている。アライメントマークは、例えば、基板Ｗの前後方向の位置合わせに用いられるマーク部分（基板Ｗの前後方向に沿う長尺のマーク部分）と、基板Ｗの左右方向の位置合わせに用いられるマーク部分（基板Ｗの査収方向に沿う長尺のマーク部分）とが重ねられた十字状のマークである。

図９は、描画装置１００によって実行される一連の処理の流れを示す図である。

搬送装置７０が処理対象の基板Ｗを搬入してステージ１０上に載置すると、当該基板Ｗに対する一連の処理が開始される（ステップＳ１）。

まず、アライメントユニット６０の下方に、基板Ｗのアライメントマークの形成位置が置かれるように基板Ｗを移動させる。基板Ｗが目標位置まで移動させられると、アライメントユニット６０は、制御部９０からの指示に応じて、基板Ｗの表面を撮像する（ステップＳ２）。

続いて、ステージ１０の位置調整が行われる（ステップＳ３）。この処理では、制御部９０は、まず、ステップＳ２で得られた複数の撮像データに基づいて、ステージ位置計測部３０及びステージ移動機構２０を制御してステージ１０の位置を調整する。なお、ステップＳ３の処理は、光学ユニット４０に対する基板Ｗの位置が調整されるようにパターンデータを修正することで対応してもよい。すなわち、ステップＳ３の処理は、ステージ１０の位置を調整するのではなく、パターンデータを補正処理することにより行われてもよい。

続いて、パターンデータの補正処理が行われる（ステップＳ４）。この処理では、制御部９０は、まずステップＳ２で得られた複数の撮像データからアライメントマークの位置を検出する。そして、当該検出位置の理想位置（基板Ｗが変形していない場合に検出されるべきアライメントマークの位置）からのズレの幅をズレ量として検出する。パターンデータに記述されるパターンを検出されたズレ量分だけずらすように修正することによって、パターンデータに記述されるパターンを、基板Ｗと同じように変形させる。なお、この処理は、ステップＳ３の処理と並行して行われてもよい。

ステップＳ３及びステップＳ４の処理が完了すると、ステップＳ４で得られた修正されたパターンデータに基づいて、基板Ｗに対するパターンの描画処理が行われる（ステップＳ５）。この処理については、後にさらに具体的に説明する。

基板Ｗに対するパターンの描画処理が終了すると、搬送装置７０が処理済みの基板Ｗを搬出し、当該基板Ｗに対する一連の処理が終了する（ステップＳ６）。

＜１−２−２．描画処理＞
描画装置１００で実行されるパターンの描画処理について説明する。

基板Ｗに対するパターンの描画処理は、制御部９０が、ステージ移動機構２０を制御してステージ１０に載置された基板Ｗを光学ユニット４０に対して相対的に移動させるとともに、光学ユニット４０から基板Ｗの上面に空間変調された光を照射させることにより行われる。

具体的には、ステージ移動機構２０は、制御部９０からの指示に応じて、ステージ１０を主走査方向（＋Ｙ軸方向）に沿って移動させることによって、基板Ｗを光学ユニット４０に対して相対的に移動させる。基板Ｗが主走査方向に沿って相対的に移動させられる間、光学ユニット４０は、制御部９０からの指示に応じて、修正パターンデータ（具体的には、ラスタライズされた修正パターンデータ）に応じて空間変調された光を、基板Ｗに向けて照射する。

基板Ｗの＋Ｙ側の端部が光学ユニット４０の下方を通過すると、１回の主走査が終了する。１回の主走査が終了すると、ステージ移動機構２０が、ステージ１０を副走査方向（Ｘ軸方向）に沿って、１ストライプ領域の幅に相当する距離だけ移動させることによって、基板Ｗを光学ユニット４０に対して副走査方向に沿って相対的に移動させる。

１回分の副走査方向のステップ移動が終了すると、再び主走査が行われる。ここでも、光学ユニット４０は、制御部９０からの指示に応じて、修正されたパターンデータに応じて空間変調された光を基板Ｗに向けて照射する。これによって、先の主走査で描画された１ストライプ分の描画領域の隣に、さらに１ストライプ分の領域の描画が行われることになる。このように、主走査と副走査とが繰り返して行われることによって、基板Ｗの表面のレジスト層（感光材料層）の全域にパターンが描画されることになる。この描画で得られるパターン像は潜像であり、描画後にレジスト層の現像と選択的除去が行われることにより、物理的構造としてのレジストパターンが出現する。レジストパターンが得られた後は、レジストパターンの下にある層についての周知の選択的エッチングなどの処理が実行される。

＜１−２−３．光シフト処理＞
続いて、描画装置１００で実行される光シフト処理について説明する。光シフト処理は、レーザ発振器４１から出射されて有効反射面ＥＲに形成された入射光Ｌ１の入射領域の存在域を、それまでの入射領域ＮＲ１から、有効反射面ＥＲのうち入射光Ｌ１が未照射である他領域にシフトさせる処理である。

光シフト処理は、たとえば、空間変調された光を用いた描画処理が、一定時間以上行われた段階で実施される。具体的には、オペレータが、描画装置１００の入力部を介して制御部９０に光シフト処理の実施を指示する。制御部９０は、光シフト処理の信号を、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの駆動部４２９ａ，４２９ｂに送信する。これによって、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの伸縮部４４０ａ，４４０ｂが、設定された距離だけ伸び出る、又は縮み込むこととなる。

アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの伸縮部４４０ａ，４４０ｂが縮む場合、伸縮部４４０ａ，４４０ｂに押し込められていたバネ４３９ｂ，４３９ｃが、フローティングホルダ４３３と共に、照明系フォーカスレンズ４３５を上方に押し上げる。このようにして、照明系フォーカスレンズ４３５は上方に変位する。

また、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの伸縮部４４０ａ，４４０ｂが伸びる場合、フローティングホルダ４３３は、バネ４３９ｂ，４３９ｃの反発力を受けつつ、さらに下方に押し込められて保持される。このようにして、フローティングホルダ４３３と共に、照明系フォーカスレンズ４３５は、下方に変位する。

このように、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂの動作によって、照明系フォーカスレンズ４３５の設置位置は、ハウジングフレーム４３７の天板に向かう上方向、又はハウジングフレーム４３７の底板に向かう下方向のいずれかに、設置角度を維持した状態で変位する。

照明系フォーカスレンズ４３５の設置位置が上方向、又は下方向に変化することによって、照明系フォーカスレンズ４３５からの出射光が入射するミラー４３１の反射面上の領域が移動する。この結果、ミラー４３１の反射光が空間光変調器４４１の有効反射面ＥＲに入射する入射位置が変位することとなる。

より具体的には、図１０において、照明系フォーカスレンズ４３５が設置位置ＵＴ１から設置位置ＵＴ２へと下方に変位することによって、ミラー４３１の反射面での光の入射位置が入射位置ＭＴ１から入射位置ＭＴ２へと変化する。この結果、ミラー４３１の反射光が入射する有効反射面ＥＲ上の入射領域は、今までの入射領域ＮＲ１から新たな入射領域ＮＲ２にシフトされる。なお、光シフト処理が行われた結果、図８に示される未照射領域ＳＲ１に新たに規定される入射領域を入射領域ＮＲ２と称する。

一方、図１０において、照明系フォーカスレンズ４３５が設置位置ＵＴ１から設置位置ＵＴ３へと上方に変位することによって、ミラー４３１の反射面での光の入射位置が入射位置ＭＴ１から入射位置ＭＴ３へと変化する。この結果、ミラー４３１の反射光が入射する有効反射面ＥＲ上の入射領域は、入射領域ＮＲ１から入射領域ＮＲ３へとシフトされる。なお、図８に示されるように、未照射領域ＳＲ２に新たに規定される入射領域を入射領域ＮＲ３と称する。

このように、入射領域ＮＲ１は、照明系フォーカスレンズ４３５を変位させることによって、有効反射面ＥＲ上での形成位置がシフトされる。具体的には、入射領域ＮＲ１は、有効反射面ＥＲのうち、固定反射面４０２ｆ（あるいは可動反射面４０１ｆ）の長手方向両端側の領域の一方にシフトされる。このように、入射領域ＮＲ１がシフトされることにより、入射光Ｌ１が、光が未照射である有効反射面ＥＲの領域（未照射領域）に新たに照射されて、入射光Ｌ１の空間変調が行われる。

なお、図１０では、光シフト処理が行われた後の投影光学系４６内への変調光路が、光シフト処理が行われる前の変調光路よりも、基板Ｗの走査方向に沿って位置ずれしている。このような光軸の位置ずれの問題は、例えば基板Ｗの搬送速度を変化させるなど、変調光が基板Ｗに供給されるタイミングを、位置ずれ量を補償するように、ずらすことによって解決する。また、空間光変調器４４１よりも下流の光学素子を、光軸の移動路を補償するように光学的に逆方向に変位あるいは回動させることによって、光軸の位置ずれ量を補償することもできる。さらに、このような光軸の位置ずれ量が、パターンの形成位置に実質的な影響を生じさせないような微差であるときには、そのような補償を省略することもできる。以下、図１２及び図１３の場合においても同様である。

光シフト処理が行われて、入射領域ＮＲ２（あるいは入射領域ＮＲ３）で空間変調された変調光によって描画処理が一定時間行われると、再度光シフト処理が実施されて、入射領域は、有効反射面ＥＲ上の別の未照射領域に再シフトされる。このように、シフト処理は、全体反射面４２０ｆ上の有効反射面ＥＲ内の領域であって、光が未照射の領域が残存している限り、複数回実施することが可能である。

以上のように、本実施形態に係る空間光変調器４４１は、これまで有効活用されていなかった、有効反射面ＥＲ上のうち光が未照射である領域も空間変調に利用することが可能である。従来であれば空間光変調器は、有効反射面上の一部の領域のみが空間変調に用いられる形態であった。このため、当該一部の領域が、光を一定時間以上受光することによって劣化し、光が十分な空間変調効果を受けることができなくなると、空間光変調器は交換せざるを得なかった。しかしながら、本実施形態では、有効反射面ＥＲ上の複数領域を光の空間変調に利用することが可能であるため、空間光変調器４４１の使用時間は従来よりも長く延ばすことが可能となり、空間光変調器４４１の交換の頻度を低減させることができる。

なお、本実施形態では、描画処理が一定時間行われた後に、光シフト処理が行われるとしたが、光の空間変調が正確に行われなくなったと判定された段階で、光シフト処理が行われても構わない。つまり、オペレータが、入射領域を更新せずに描画を続けると所要の精度を維持できないと判断した段階で、制御部９０に光シフト処理の実施指示を入力する形態であってもよい。なお、オペレータの判断は、フォトリソグラフィ後の基板の物理的なパターンを顕微鏡で観察するなどの方法に基づいて行われる。

また、本実施形態では、制御部９０からの指示で、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂを動作させて、照明系フォーカスレンズ４３５の設置位置を変位させていた。しかしながら、このような形態に限らず、オペレータが、手動で照明系フォーカスレンズ４３５の位置を変位させる形態であっても構わない。つまり、光シフト処理による照明系フォーカスレンズ４３５の設定量分の変位が自動的に行われる形態に限らず、手動で行われる形態であってもよい。

このような手動による光シフト処理の場合でも、照明系フォーカスレンズ４３５は変位可能にしておく。すなわち図４に示す構成のうち、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂのかわりに手動ネジなどを設けるが、他の構成は図４と同様に照明系フォーカスレンズ４３５を上下に変位させるためのバネなどの要素を設けておく。これによって、入射領域の存在域は、手動によってシフトすることが可能になる。

すなわち、シフト機構は、照明系フォーカスレンズ４３５（または後述する他の光学的要素）を調整要素として、当該調整要素を可動に保持する可動保持手段を有する。図４の例では、ハウジングフレーム４３７内のバネ４３９ｂ，４３９ｃや規制ピン４３８などが可動保持手段に相当する。このような可動保持手段の可動性によって調整要素の変位あるいは回動が可能であり、それによって光シフト処理が可能となる。調整要素の実際の光シフト処理を自動で行うように構成する場合には駆動源を使用するが、光シフト処理を手動で行う場合は、手動ネジその他の手動部材を調整要素の可動部に結合することによって、それを実現できる。

また、上記実施形態では、照明系フォーカスレンズ４３５（一般的には、集光光学要素）の配置を変化させることで、入射領域をシフトさせていたが、このような形態には限られない。

シフト機構が、例えば、空間光変調器４４１自体に取り付けられており、空間光変調器４４１を直接変位させることによって、照射光の入射領域をシフトさせる形態であっても構わない。図１１では、空間光変調器４４１は、シフト機構ＳＦａによって空間光変調器４４１を移動させることにより、入射領域ＮＲの短尺方向に沿って、実線で描かれた位置ＮＭ１から一点鎖線で描かれた位置ＮＭ２に移動している。これによって、入射領域は入射領域ＵＲ１から入射領域ＵＲ２へとシフトされることとなる。シフト機構ＳＦａは、駆動手段によって駆動されるアクチュエータを備えることによって自動シフトを実現してもよく、空間光変調器４４１を可動に支持して、手動のネジやピンなどで空間光変調器４４１を変位させる構成であってもよい。これについては後記のシフト機構ＳＦｂ，ＳＦｃも同様である。

また、第２ミラー４３１に、シフト機構が設けられていても構わない。図１２では、ミラー４３１の設置位置が、実線で描かれた設置位置ＭＭ１から一点鎖線で描かれた設置位置ＭＭ２へとシフト機構ＳＦｂによって移動することにより、空間光変調器４４１の入射領域は入射領域ＯＲ１から入射領域ＯＲ２へとシフトされる。光シフト処理は、ミラー４３１の設置位置を変化させる、または設置角度を変化させることで実現可能である。

さらに、照明光学系４３が備える第１ミラー４３６にシフト機構が設けられていても構わない。図１３に示されるように第１ミラー４３６は、シフト機構としてのシフト機構ＳＦｃによって設置位置及び設置角度が変化して、実線で描かれた位置ＬＭ１から一点鎖線で描かれた位置ＬＭ２に変位する。これによって照明系フォーカスレンズ４３５に入射する光の位置及び照明系フォーカスレンズ４３５から出射される光のミラー４３１表面における射位置が変化する。この結果、空間光変調器４４１に入射する入射領域が、入射領域ＰＲ１から入射領域ＰＲ２へとシフトされる。

このように、入射領域の長手方向に直交する方向に沿って、入射領域を有効反射面に対して相対的に移動させることで、有効反射面のうち光が未照射である領域に入射領域をシフトさせることができる。

空間光変調器４４１、第２ミラー４３１又は第１ミラー４３６を変位または回動させるシフト機構ＳＦａ〜ＳＦｃでは、アクチュエータの駆動手段として、例えばステッピングモータやサーボモータなどの電気駆動手段のほか、圧空を用いた駆動手段なども利用できる。

このように、光シフト処理は、照明系フォーカスレンズ４３５のみならず、光源から空間光変調器までの区間内にある要素（すなわち、空間光変調器およびその上流の光学的要素）であれば、空間光変調器４４１、第２ミラー４３１、及び第１ミラー４３６、のいずれか１つの配置を変化させることによって、行うことができる。これらのうち複数の要素を同時に変位あるいは回動させて光シフト処理を行うように構成してもかまわない。空間光変調器よりも下流にある光学的要素については、空間光変調器の上流の光学的要素の光シフト処理に伴う光軸のずれを補償する目的で、上流の光学的要素とあわせて変位あるいは回動移動させることもできる。

＜２．第２の実施形態＞
次に、図１４を参照しつつ、本発明の第２の実施形態における描画装置１００ｂについて説明する。なお、以下の実施形態において、上記第１の実施形態に示された構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されており、上記第１の実施形態における描画装置と異なる点についてのみ説明するものとする。この第２の実施形態にけるシフト機構もまた、照明系フォーカスレンズ４３５に設けられているものとする。

第２の実施形態では、描画装置１００ｂは、照射光撮影部５０を備えている。照射光撮影部５０は、各光学ユニット４０から出射される変調光を撮影して光画像を取得する。照射光撮影部５０は、カメラ５１と、ベースプレート２４の端辺に固定されたガイドレール５２と、ガイドレール５２に沿ってカメラ５１を副走査方向に移動させるカメラ移動機構５３と、を有する。カメラ移動機構５３は、例えば、カメラ５１とガイドレール５２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５０による変調光の撮影は以下の流れで行われる。最初に、ベースプレート２４が移動して、カメラ５１を光学ユニット４０の下方に配置させる。そして、カメラ５１が下方に配置されている光学ユニット４０が変調光を出射する。カメラ５１のレンズ面と光学ユニット４０の変調光の出射面とは対向しており、カメラ５１のレンズ面に直接変調光が入射して、変調光の画像の撮影が行われる。カメラ５１は、ガイドレール５２に沿って、副走査方向に移動しつつ、各光学ユニット４０から出射された変調光を順次撮影していく。撮影された変調光の画像は制御部９０に送信される。制御部９０は、変調光の画像から、例えば光量を特定して所定の閾値と比較するなどの処理を通じて、これ以後も有効なパターンの描画を行うことが可能であるか判断する。つまり、変調光の画像に基づいて、制御部９０は、光シフト処理が必要か、それとも不要であるかの判断を行う。光シフト処理が必要であると制御部９０が判断すれば、上記実施形態と同様に光シフト処理が実施される。

描画装置１００ｂが、照射光撮影部５０を備えることによって、反射面の劣化による変調光の変異を自動的に検出して、入射光が未照射である有効反射面の領域に、入射光の入射領域を自動的にシフトさせることができる。従って、オペレータは光シフト処理を行う作業の手間を軽減できる。また、光シフト処理の判断は、カメラ５１が撮影する画像に基づくため、オペレータが判断する場合と比較して正確に行われる。このようなカメラ５１による変調光の画像の撮影は、描画処理が一定時間行われる都度実施される。

また、このようにカメラ５１を用いて変調光の画像を撮影することによって、変調光の画像のズレも検出し、それに基づくフィードバック制御によって描画位置の補正をすることも可能である。具体的には、カメラ５１が撮影した変調光の画像の位置と、制御部９０に記憶されている変調光の画像の理想位置（ＣＡＤデータ上で本来撮影されるべき位置）とを制御部９０が比較する。制御部９０が、カメラ５１が撮影した変調光の画像と理想位置との間に差異を検出すると、制御部９０は差異に基づいて補正量を算出する。そして、制御部９０は、シフト機構の要素であるアクチュエータ４３２ａ，４３２ｂ各々に対して独立して補正指示信号を送信し、ズレを補正するように、アクチュエータ４３２ａ，４３２ｂ各々を補正量分駆動させる。このようにして、照明系フォーカスレンズ４３５の位置補正が行われるため、変調光の画像を基板Ｗ上の正確な位置に形成することができる。

以上のように、照射光撮影部５０を用いたフィードバックループを形成することにより、入射領域のシフト機構としての機能と、画像の位置補正を自動的に行う機能とが兼用された装置を実現できる。

なお、変調光の画像の位置補正は、必ずしも制御部９０がシフト機構に補正指示を送信して補正を行う場合に限らない。例えば、投影光学系４６に補正手段としてプリズムが設けられており、空間光変調素子によって変調された光がプリズムに入射することで光路の補正が行われ、画像の位置補正が行われる形態であっても構わない。これによって、シフト機構を操作することなく、光画像の位置を対象物上の正確な位置に結像させることができる。

＜３．変形例＞
本願発明は上記実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、空間光変調器４４１として変調単位である固定リボン４０２と可動リボン４０１とが一次元に配設された回折格子型の空間光変調器であるＧＬＶが用いられていたが、このような形態には限られない。例えば、ＧＬＶに限らず、ミラーのような変調単位が、一次元に配列されている空間光変調器が利用される形態であってもよい。

光源そのものを変位あるいは回動させて光シフト処理を行ってもよい。ただし、上記の実施形態のような基板の描画に用いられるような装置では、使用する光源の重量が大きいため、上記の実施形態のように光源から空間光変調器までの光学要素のいずれかの変位または回動によって光シフト処理を行うことが好ましい。

光シフト処理は、調整要素が空間光変調器自身である場合は変位によって実現する。他の光学要素を調整要素とする場合には、それを変位させることによって光シフト処理を行ってもよく、調整要素の回動によって光シフト処理を実現してもよい。もっとも、レンズ類やプリズムなど屈折性の光学要素を調整要素とする場合には収差などの影響を最小限とするために変位の方が好ましい。ミラー系の場合には変位と回動とのいずれも好適に利用できる。

また、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device：デジタルマイクロミラーデバイス：テキサスインスツルメンツ社の登録商標）のような変調単位であるマイクロミラーが二次元的に配列された空間光変調器が利用されてもよい。ＤＭＤが用いられる場合、入射領域は、全マイクロミラーで構成される集合体のうちの一部の範囲（部分集合）だけである。当該一部の範囲が劣化する時期あるいはそれ以前に、入射領域を当該集合体の他の範囲（部分集合）にシフトさせることによって、ＤＭＤ全体を有効利用して、ＤＭＤの交換の頻度を低下させることができる。

また、空間光変調器４４１は、反射型の空間光変調器に限られず、透過型の空間光変調器が用いられても構わない。透過型の空間光変調器が用いられる場合、透過面の一部分に光が入射することによって光は空間変調される。このような透過面の全体領域のうち、光が未照射である領域に、入射領域をシフトさせることによって、光シフト処理が行われる。

また、上記実施形態では、光学ユニット４０は、描画装置１００，１００ｂに搭載されており、基板Ｗの表面にパターンを描画するために用いられていたが、このような形態には限られない。光学ユニット４０は、例えばプロジェクタ（投射型の画像表示装置）など、対象物に対して光を照射する形態の装置に搭載されていても構わない。

４０ 光学ヘッド
４１ レーザ発振器
４３ 照明光学系
４４ 空間光変調ユニット
５１ カメラ
９０ 制御部
１００ 描画装置
４０１ｆ 可動反射面
４０２ｆ 固定反射面
４２９ａ，４２９ｂ 駆動部
４３１ ミラー
４３２ａ，４３２ｂ アクチュエータ
４３５ 照明系フォーカスレンズ
４３６ ミラー
４４１ 空間光変調器
Ｗ 基板
ＮＲ１ シフト前の入射領域
ＮＲ２，ＮＲ３ シフト後の入射領域
ＳＦａ〜ＳＦｃ シフト機構

Claims (16)

1. 所定のパターンを表現した変調信号によって光を変調し、変調された光によって描画対象物を走査して前記描画対象物の表面に前記パターンを形成する描画装置であって、
   光源によって生成された第１の光を所定の変調用空間に導く第１光路系と、
   前記変調用空間に配置され、前記第１の光の断面よりも広い受光面を有するとともに、前記受光面の一部に相当する入射領域に前記第１の光を入射させ、前記受光面の光学的状態を前記変調信号に応じて変化させることにより、前記第１の光を変調して第２の光を生成する空間光変調手段と、
   前記第２の光を、前記描画対象物の表面に導く第２光路系と、
   前記第２の光と前記描画対象物とを相対的に移動させることにより、前記第２の光によって前記描画対象物の表面を走査させる走査駆動手段と、
   前記受光面に平行な方向について、前記受光面と前記第１の光との相対的な位置関係をシフトさせて、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能なシフト機構と、
   を備えることを特徴とする描画装置。
2. 請求項１に記載の描画装置であって、
   前記シフト機構が、
   前記光源から前記空間光変調手段に至る光路に設けられた光学要素のうちの少なくとも１つを調整要素として、当該調整要素を可動に保持する可動保持手段と、
   前記可動保持手段によって可動に保持された前記調整要素を、駆動源によって変位または回動させて、前記受光面と前記第１の光との相対的な位置関係をシフトさせるシフト駆動手段と、
   を備えることを特徴とする描画装置。
3. 請求項１又は２に記載の描画装置であって、
   前記第１光路系は、
   前記光源からの前記第１の光を集光して、前記空間光変調手段に向けて出射する集光光学要素、
   を備え、
   前記シフト機構は、前記集光光学要素を変位または回動させることにより、前記受光面内での前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする描画装置。
4. 請求項１又は２に記載の描画装置であって、
   前記シフト機構は、前記空間光変調手段を変位させることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする描画装置。
5. 請求項１又は２に記載の描画装置であって、
   前記第１光路系は、
   前記光源からの前記第１の光を集光して、前記空間光変調手段に向けて出射するフォーカスレンズと、
   前記光源から前記フォーカスレンズに至る光路に設置されて前記第１の光を反射する第１ミラーと、
   を備え、
   前記シフト機構は、前記第１ミラーを変位または回動させることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする描画装置。
6. 請求項１又は２に記載の描画装置であって、
   前記第１光路系は、
   前記光源からの前記第１の光を集光して、前記空間光変調手段に向けて出射するフォーカスレンズと、
   前記フォーカスレンズから前記空間光変調手段に至る光路に設置されて前記第１の光を反射する第２ミラーと、
   を備え、
   前記シフト機構は、前記第２ミラーを変位または回動させることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする描画装置。
7. 請求項２に記載の描画装置であって、
   前記第２の光を検出する光検出手段、
   をさらに備え、
   前記光検出手段による検出結果に基づいて前記駆動源を能動化させることを特徴とする描画装置。
8. 請求項２に記載の描画装置であって、
   前記第２の光によって描画されるパターンを画像として検出する光画像検出手段と、
   前記光画像検出手段による検出結果の画像位置と前記描画対象物に描画すべきパターンの画像位置との差異に基づく補正量を算出する補正量算出手段と、
   をさらに備え、
   前記補正量に基づいて前記駆動源を能動化させることを特徴とする描画装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の描画装置であって、
   前記第１の光は、横断面が所定方向に伸びる線状となった光ビームであって、
   前記シフト機構は、前記所定方向と直交する方向において、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能であることを特徴とする描画装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の描画装置であって、
    前記空間光変調手段は、前記第１の光を変調しつつ反射して前記第２の光を生成する反射型の空間光変調器であることを特徴とする描画装置。
11. 請求項１０に記載の描画装置であって、
    前記空間光変調手段は、それぞれがリボン状となっている複数の単位反射面を並列的に配列して構成されており、
    前記入射領域は、前記配列の方向に伸びて２以上の単位反射面の一部ずつを包含する帯状領域とされていることを特徴とする描画装置。
12. 請求項１１に記載の描画装置であって、
    前記空間光変調手段は、固定単位反射面と可動単位反射面とが交互に配列された回折格子型の空間光変調器であることを特徴とする描画装置。
13. 請求項１０に記載の描画装置であって、
    前記空間光変調手段は、複数の単位反射面が二次元配列された構造であり、
    前記入射領域は、前記複数の単位反射面の集合のうちの部分集合であることを特徴とする描画装置。
14. 請求項１に記載の描画装置であって、
    前記シフト機構が、
    前記光源から前記空間光変調手段までの光学要素のうちの少なくとも１つを調整要素として、当該調整要素を可動に保持する可動保持手段と、
    前記可動保持手段によって可動に保持された前記調整要素を、手動によって変位または回動させる手動部材と、
    を備えることを特徴とする描画装置。
15. 所定のパターンを表現した変調信号によって光を変調する光学ユニットであって、
    光源によって生成された第１の光を所定の変調用空間に導く第１光路系と、
    前記変調用空間に配置され、前記第１の光の断面よりも広い受光面を有するとともに、前記受光面の一部に相当する入射領域に前記第１の光を入射させ、前記受光面の光学的状態を前記変調信号に応じて変化させることにより、前記第１の光を変調して第２の光を生成する空間光変調手段と、
    前記第２の光を、描画対象物の表面に導く第２光路系と、
    前記受光面に平行な方向について、前記受光面と前記第１の光との相対的な位置関係をシフトさせることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更可能なシフト機構と、
    を備えることを特徴とする光学ユニット。
16. 描画装置の調整方法であって、
    前記描画装置が、
    光源によって生成された第１の光を所定の変調用空間に導く第１光路系と、
    前記変調用空間に配置され、前記第１の光の断面よりも広い受光面を有するとともに、前記受光面の一部に相当する入射領域に前記第１の光を入射させ、前記受光面の光学的状態を所定のパターンを表現した変調信号に応じて変化させることにより、前記第１の光を変調して第２の光を生成する空間光変調手段と、
    前記第２の光を、描画対象物の表面に導く第２光路系と、
    前記第２の光と前記描画対象物とを相対的に移動させることにより、前記第２の光によって前記描画対象物の表面を走査させる走査駆動手段と、
    を備えており、
    前記調整方法が、
    前記受光面に平行な方向について、前記受光面と前記第１の光との相対的な位置関係をシフトさせることにより、前記受光面内における前記入射領域の存在域を変更するシフト工程、
    を備えることを特徴とする描画装置の調整方法。

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