JP2013077677A - 描画装置およびその焦点調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面に対して光ビームを照射して描画する描画装置およびその焦点調整方法において、収束光学系の経時変化に対応することができ、しかも描画時の基板表面に収束光学系の焦点位置を適正に調整することのできる技術を提供する。
【解決手段】観察光学系８０のダミー基板８０１と観察用カメラ８０３とを一体的に昇降可能とする。ダミー基板８０１の上面８０１ａをステージ１０上の基板Ｗの表面Ｓと略同一の高さに設定し、観察用カメラ８０３により観察されるダミー基板上面８０１ａでの描画光学像が最も小さくなるように、光学ヘッド４０ａのフォーカシングレンズ４３１の位置を調整する。このときの光学ヘッド４３１とダミー基板上面８０１ａとの距離を基準距離として、オートフォーカス部４４１，４４２によるオートフォーカス動作を実行する。
【選択図】図４

Description

この発明は、基板表面に対して光ビームを照射して描画する描画装置、および該描画装置の焦点調整方法に関するものである。

ステージに載置された基板の表面に光ビームを収束させて描画を行う描画装置においては、光ビームを基板表面に正しく収束させるための収束光学系の焦点調整が必要である。しかしながら、描画を行いながら焦点が合っているか否かを同時に検出することが難しいため、収束光学系に対する基板の相対的な位置を収束光学系の焦点位置に応じてフィードバック制御することにより間接的に焦点調整を行うオートフォーカス技術が提案されている。

例えば特許文献１に記載の技術では、描画用レーザビームが照射される基板表面にその光軸に対して斜め方向から別の光を照射するとともに基板からの反射光を受光し、描画ヘッドと基板表面との距離に応じて反射光の受光位置が変化することを利用して、基板に対する描画ヘッドの高さを調整することで焦点調整を行っている。

また例えば、特許文献２に記載の技術では、描画ヘッドからのレーザ光の投影面を挟んで描画ヘッドの反対側に設けたＣＣＤセンサによって投影面における収束光学像を検出し、像のコントラストを最大化するようにフォーカシングレンズの位置を調整することで、レーザ光を投影面上で収束させるようにしている。

特開平９−３１８８３９号公報（例えば、段落００４８） 特開２００９−２４６１６５号公報（例えば、図２）

特許文献１に記載の技術では、描画ヘッドの収束光学系の焦点位置が変動しないことが前提となっている。すなわち、描画ヘッドと基板との距離を予め定められた値に維持するような制御が行われる。しかしながら、実際には収束光学系の焦点位置にはばらつきや経時変化があるため、単に描画ヘッドと基板との距離を一定に維持する制御では、必ずしも焦点位置を基板表面に一致させることができるとは限らない。

また特許文献２に記載の技術では、経時変化を含んだ実際の収束光学系の焦点位置を把握することが可能であるが、基板への描画時におけるフォーカス制御については特許文献２には記載されていない。このため、描画時の焦点位置を基板表面に一致させることが可能であるか否かについては不明である。また、予め設定された投影面上での観察を行っていることから、例えば基板の厚さが変化した場合に対応するためには、特許文献２に開示されない構成が別途必要であると考えられる。

このように、収束光学系の経時変化にも対応しつつ描画時の基板表面に収束光学系の焦点位置を適正に調整するという点において、上記従来技術は改良の余地が残されている。特に、異なる厚さの基板にも対応することのできる焦点調整技術は現時点では確立されているとは言えない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に対して光ビームを照射して描画する描画装置、およびその焦点調整方法において、収束光学系の経時変化に対応することができ、しかも描画時の基板表面に収束光学系の焦点位置を適正に調整することのできる技術を提供することを第１の目的とする。また、異なる厚さの基板に対応して、それぞれの基板表面に収束光学系の焦点位置を適正に調整することのできる技術を提供することを第２の目的とする。

この発明にかかる描画装置は、上記第１および第２の目的を達成するため、基板を水平状態に載置可能なステージと、光源からの光を前記基板表面に略鉛直方向から収束させる収束光学系を有し、収束された光ビームにより前記基板表面に描画する描画手段と、前記描画手段からの前記光ビームの照射位置を、前記ステージに載置される前記基板に対して水平方向に相対移動させる移動手段と、前記ステージに載置される前記基板上とは異なる位置で前記光ビームを受光する観察受光面を有し、該観察受光面に入射した光学像を観察する観察手段と、前記観察受光面の鉛直方向位置を変化させる観察高さ変更手段と、前記観察高さ変更手段により鉛直方向位置が前記ステージに載置される前記基板表面の鉛直方向位置と略等しく設定された前記観察受光面に対して前記描画手段からの前記光ビームが照射された状態で、前記観察手段により観察される光学像に基づいて前記収束光学系の鉛直方向における焦点位置を調整する焦点調整手段と、焦点位置が調整された前記収束光学系と前記観察受光面との鉛直方向距離を検出し基準距離として記憶するとともに、前記描画手段による前記基板表面への描画の際に前記収束光学系と前記光ビームが照射される前記基板表面との鉛直方向距離を描画時距離として検出する距離検出手段とを備え、前記焦点調整手段は、前記描画手段による前記基板表面への描画の際、前記描画時距離と前記基準距離とに基づいて前記収束光学系の鉛直方向における焦点位置を調整することを特徴としている。

また、この発明にかかる焦点調整方法は、上記第１および第２の目的を達成するため、基板を水平状態に載置可能なステージと、光源からの光を前記基板表面に略鉛直方向から収束させる収束光学系を有し収束された光ビームにより前記基板表面に描画する描画手段と、前記描画手段からの前記光ビームの照射位置を、前記ステージに載置される前記基板に対して水平方向に相対移動させる移動手段とを有する描画装置の焦点調整方法において、水平方向位置が前記ステージに載置される前記基板上とは異なり、かつ鉛直方向位置が前記ステージに載置される前記基板表面の鉛直方向位置と略等しい位置に観察受光面を設定する基準設定工程と、前記観察受光面に入射させた前記光ビームの光学像を観察し、該光学像が最も小さくなるように、前記収束光学系の鉛直方向における焦点位置を調整する事前焦点調整工程と、焦点位置調整後の前記収束光学系と前記観察受光面との鉛直方向距離を基準距離として記憶する記憶工程と、前記ステージに載置した前記基板の表面に前記光ビームを照射して描画を行うとともに、該光ビームが照射される前記基板表面と前記収束光学系との鉛直方向距離を検出し、その検出結果と前記基準距離とに基づいて、前記収束光学系の焦点位置を前記基板表面に合わせる描画時焦点調整工程とを備えることを特徴としている。なお、ここで「光学像が最も小さくなる」とは、光ビームが最も絞られて像のコントラストが最大となる状態のことである。

このように構成された発明では、特許文献２に記載の技術と同様に、観察受光面に結ぶ光ビームの光学像を観察して収束光学系の焦点位置が調整される。それに加えて、観察受光面の鉛直方向位置が変更可能となっており、ステージ上の基板表面と略同一の鉛直方向位置に設定されるととともに、収束光学系の焦点位置が観察受光面上に調整されたときの収束光学系と観察受光面との鉛直方向距離が基準距離として記憶される。そして、描画手段による基板表面への描画の際には、その時の収束光学系と基板表面との距離（描画時距離）と基準距離とに基づいて収束光学系の焦点位置が調整される。これにより、上記第１および第２の目的が達成される。

より具体的には次の通りである。まず、描画時の収束光学系と基板表面との距離を検出して収束光学系の焦点位置を調整するという技術は特許文献１にも記載されている。しかしながら特許文献１に記載の技術では、本発明の基準距離に対応する目標焦点位置に、収束光学系の実際の焦点位置を反映させる手段がなかった。これに対して本発明では、観察受光面における観察により実際の収束光学系における焦点位置を調整し、そのときの収束光学系と観察受光面との距離を基準距離として設定している。そのため、この基準距離を基にして描画時の焦点位置の調整を行うことで、焦点位置を基板表面に一致させることが可能である。また、距離検出手段および収束光学系の特性に経時変化があっても、上記のような動作を行うことでその時点の特性に応じた基準距離が設定されて焦点調整が行われるため、装置の経時変化にも対応することができる。これにより、第１の目的が達成される。

また、このような基準距離の設定を、鉛直方向において基板表面と略同一の位置に設けられた観察光学面を用いて行い、しかも観察光学面の鉛直方向位置が可変であるため、基板の厚さが変わって基板表面の鉛直方向位置が変化した場合でも、その位置に合わせて的確に焦点位置を設定することができる。これにより、第２の目的が達成される。

上記発明にかかる描画装置では、例えば、観察受光面が光ビームに対する透過性を有する材料で形成され、観察手段は観察受光面の光学像を光ビームの入射方向とは反対側から観察するように構成されてもよい。このようにすると、光ビームの光軸上で光学像を観察することが可能となり、その大きさを精度よく検出することができるので、焦点位置の調整を高精度に行うことが可能である。

また、例えば、距離検出手段は、光ビームが照射される基板表面に、光ビームの入射方向とは異なる方向から光を照射する照射部と、該光が基板表面で反射してなる反射光学像を受光する受光部とを備え、受光部に受光された反射光学像の位置に基づいて収束光学系と基板表面との距離を検出するものであってもよい。このようにすると、収束光学系と基板表面との距離が受光部に入射する反射光学像の位置に反映されるため、これを検出することで、収束光学系と基板表面との距離を把握することが可能である。また、同じ構成により観察受光面からの反射光学像を受光することで、収束光学系と観察受光面との距離についても同様に求めることができる。

また例えば、ステージに載置される基板表面に設けられた基準部を撮像して基板と光ビームの照射位置との水平方向における相対位置を検出する位置検出手段を備え、位置検出手段の鉛直方向における焦点位置が、基準距離が検出された時の観察受光面の鉛直方向位置に一致するように構成されてもよい。このような位置検出手段を設けることで、基板と光ビームの照射位置との水平方向における位置合わせ、すなわちアライメント調整が可能である。そして、位置検出手段の焦点位置を基準距離が検出された時の観察受光面の鉛直方向位置に合わせることにより、位置検出手段、焦点調整手段および距離検出手段が全て観察受光面を介して統一された基準に基づいて動作することとなるので、これらが連携して行う描画動作をより高精度に制御することができる。

この場合、例えば、観察受光面に、位置検出手段の焦点位置を調整するための基準パターンが設けられていてもよい。このようにすることで、観察受光面上の基準パターンを用いて位置検出手段の焦点位置を調整するのと同時に上記した焦点調整手段と距離検出手段との共通の基準設定を行うことができるので、描画前の調整動作を効率よく行うことができる。

これらの描画装置では、例えば、収束光学系は鉛直方向に移動可能なフォーカシングレンズを備え、焦点調整手段はフォーカシングレンズの鉛直方向位置を制御するようにしてもよい。これにより光源や収束光学系の全体を動かす必要がなく、また位置制御の精度向上を図ることができる。

また、この発明にかかる焦点調整方法では、例えば、描画時焦点調整工程では、事前調整工程で設定した焦点位置を、検出結果と基準距離との差に対応した距離だけ変更した位置に、収束光学系の焦点位置を調整するようにしてもよい。こうすることで、描画時の収束光学系と基板表面との距離と基準距離との差をキャンセルするように焦点位置を変更して、光ビームを基板表面に収束させることができる。

また例えば、描画装置がステージに載置される基板表面に設けられた基準部を撮像して基板と光ビームの照射位置との水平方向における相対位置を検出する位置検出手段を備えるものである場合、位置検出手段の鉛直方向における焦点位置と、基準設定工程で設定される観察受光面の鉛直方向位置とを一致させるようにしてもよい。こうすることで、前記したように、水平方向の位置合わせと鉛直方向の焦点位置調整を同じ基準に基づいて行うことができるので、描画の精度向上を図ることができる。

この場合にも、例えば、観察受光面に基準パターンを設け、位置検出手段により基準パターンを撮像してその結果に基づき焦点位置の調整を行うようにしてもよい。

これらの場合において、例えば、位置検出手段の鉛直方向における焦点位置を基準設定工程で設定される観察受光面の鉛直方向位置と一致させたときの位置検出手段と観察受光面との距離を記憶しておくようにしてもよい。この距離は、収束光学系の焦点調整における基準距離と同様、位置検出手段における焦点調整のための基準となるものである。したがって、これを基準距離とともに記憶しておくことで、収束光学系と位置検出手段との鉛直方向における相対的な位置関係を把握しながら各部の制御を行うことができる。また、例えば描画対象となる基板の厚みに変動があった場合、その変動分を加味した制御を収束光学系と位置検出手段とのそれぞれに対して実行することが可能となる。

また、これらの焦点調整方法において、第１の基板に対して描画手段による描画を行った後、第１の基板と異なる第２の基板に対して描画手段による描画を行うとき、例えば、それらの基板が同じ厚さであれば第２の基板に対する基準設定工程、事前焦点調整工程および記憶工程を省略し、第１の基板における基準距離を用いて描画時焦点調整工程を実行する一方、異なる厚さであれば第２の基板に対して基準設定工程、事前焦点調整工程、記憶工程および描画時焦点調整工程を実行するようにしてもよい。

複数の基板に対して前後して描画を行う場合、基板の厚さが同じであれば鉛直方向の調整結果を変更する必要がないので、後の基板については焦点位置の調整を省くことで、スループットの向上を図ることが可能である。一方、厚さが異なる場合、改めて上記の動作を行うことにより、その時点の装置の状態が反映された調整が行われるので、装置の経時変化にも対応して、安定して高精度の描画を行うことが可能である。

本発明によれば、鉛直方向において基板表面と略同一の位置に設けた観察受光面に結ぶ光ビームの光学像に基づき収束光学系の焦点調整を行うとともに、その時の収束光学系と観察受光面との距離を基準距離として記憶しておき、基板表面への描画時には、収束光学系と基板表面との距離と、基準距離とに基づいて収束光学系の焦点位置を調整する。これにより、収束光学系や位置検出手段の特性の経時変化によらず、描画時の収束光学系の焦点位置を安定して基板表面に一致させることができる。

本発明にかかるパターン描画装置の一実施形態を示す正面図である。 図１のパターン描画装置の平面図である。 光学ヘッド４０ａの構成をより詳しく示す図である。 キャリブレーションを行うための構成を示す図である。 アライメントユニットの詳細構成を示す図である。 この装置におけるキャリブレーション動作を示すフローチャートである。 図６の動作における工程の一部を模式的に示す図である。 描画時のフォーカス調整動作を示すフローチャートである。 描画時のフォーカス調整動作を模式的に示す図である。

図１は、本発明にかかるパターン描画装置の一実施形態を示す正面図である。また、図２は図１のパターン描画装置の平面図である。パターン描画装置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表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。

パターン描画装置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。

パターン描画装置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、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。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。

また、パターン描画装置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、同本体外部には、パターン描画装置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。

なお、パターン描画装置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から処理済みに基板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。

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。

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。

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Ｘ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パターン描画装置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−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Ｙに移動する。

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されているが、その構成動作はこれに限定されるものではない。この実施形態では、ステージ位置計測部３０は、レーザ光を出射する出射部３１と、ビームスプリッタ３２と、ビームベンダ３３と、第１干渉計３４と、第２干渉計３５とを備える。これら出射部３１、各干渉計３４、３５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。

出射部３１から出射されたレーザ光は、まずビームスプリッタ３２に入射し、ビームベンダ３３に向かう第１分岐光と、第２干渉計３５に向かう第２分岐光とに分岐される。第１分岐光は、ビームベンダ３３により反射され、第１干渉計３４に入射するとともに、第１干渉計３４からステージ１０の第１の部位に照射される。そして、第１の部位で反射した第１分岐光が、再び第１干渉計３４へと入射する。第１干渉計３４は、ステージ１０の第１の部位に向かう第１分岐光と第１の部位で反射された第１分岐光との干渉に基づいて第１の部位の位置に対応した位置パラメータを計測する。

一方、第２分岐光は、第２干渉計３５に入射するとともに、第２干渉計３５からステージ１０の第２の部位（ただし、第２の部位は、第１の部位とは異なる位置である。）に照射される。そして、第２の部位で反射した第２分岐光が、再び第２干渉計３５へ入射する。第２干渉計３５は、ステージ１０の第２の部位に向かう第２分岐光とステージ１０の第２の部位で反射された第２分岐光との干渉に基づいて第２の部位の位置に対応した位置パラメータを計測する。

制御部９０は、第１干渉計３４および第２干渉計３５の各々から、ステージ１０の第１の部位の位置に対応した位置パラメータ及びステージ１０の第２の部位の位置に対応した位置パラメータを取得する。そして、取得した各位置パラメータに基づいて、ステージ１０の位置を算出する。

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。

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、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。

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４０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４０から描画パターンに応じて変調された光ビームを基板Ｗの所定位置に照射することでパターン描画を行う。

本実施形態では、光学ユニット４０は、２つの光学ヘッド４０ａ、４０ｂを有している。光学ヘッド４０ａ、４０ｂはともに同一構成を有しており、光照射部から与えられるレーザ光を描画パターンに対応するストリップデータに基づき変調する。ここでは、図１を参照しつつ光学ヘッド４０ａに関連する構成について説明するが、光学ヘッド４０ｂについても同様に構成されている。なお、光学ヘッドの設置数はこれに限定されず任意である。

光照射部４１は、レーザ駆動部４１１、レーザ発振器４１２および照明光学系４１３を有している。この光照射部４１では、レーザ駆動部４１１の作動によりレーザ発振器４１２からレーザ光が出射され、照明光学系４１３を介して光学ヘッド４０ａに導入される。この光学ヘッド４０ａには、光変調素子が設けられており、ストリップデータに基づきレーザ光を変調する。そして、光学ヘッド４０ａは変調レーザ光を光学ヘッド４０ａの直下位置で移動している基板Ｗに対して落射することでステージ１０に保持された基板Ｗを露光してパターンを描画する。これによって、未処理基板Ｗに形成されている下層パターンに対して上層パターン（描画パターン）が重ねて描画される。

図３は光学ヘッド４０ａの構成をより詳しく示す図である。なお、もう１つの光学ヘッド４０ｂの構成も同一である。光学ヘッド４０ａは、回折格子型の空間光変調器を有する光変調ユニット４２１を備えている。レーザ発振器４１２からのレーザ光Ｌは、照明光学系４１３およびミラー４２２により、その反射面の法線が光軸に対して傾斜して配置される光変調ユニット４２１へ導かれる。

このとき、レーザ発振器４１２からの入射光は照明光学系４１３により強度分布が均一な線状の光（光束断面が線状の光）とされ、空間光変調器４２１上の変調動作の有効領域に照射される。空間光変調器４２１では、制御部９０からの制御指令に基づいてミラー４２２からの光が空間変調され、光軸に沿って投影光学系４３０のレンズへと入射する。

投影光学系４３０のレンズを通過した光はズームレンズへ導かれ、フォーカシングレンズ４３１を介して所定の倍率にて基板Ｗ上へ導かれる。フォーカシングレンズ４３１はフォーカス駆動機構４３２に取り付けられており、フォーカス駆動機構４３２は制御部９０のフォーカス制御部９０１からの制御指令に応じてフォーカシングレンズ４３１を鉛直軸（Ｚ軸）に沿って昇降させて、フォーカシングレンズ４３１から出射される光ビームを基板Ｗの表面Ｓに収束させる。

また、光学ヘッド４０ａの筺体下部には、オートフォーカス部として、例えばレーザダイオード（ＬＤ）を光源とし制御部９０のＬＤ駆動部９０２からの制御信号に応じて基板Ｗの表面Ｓに向けて光を照射する照射部４４１と、該照射光の基板表面Ｓからの反射光を受光する例えばＣＭＯＳセンサや一次元ＣＣＤイメージセンサからなるイメージセンサ４４２とが設けられている。

ここで、光学ヘッド４０ａと基板表面Ｓとの距離が変動した場合を考える。図において実線矢印で示すように基板表面Ｓが光学ヘッド４０ａ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表面Ｓが光学ヘッド４０ａに接近したとき、基板表面Ｓ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、イメージセンサ４４２の各受光位置における受光量も変動する。すなわち、イメージセンサ４４２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。オートフォーカス部はこれを利用して光学ヘッド４０ａと基板表面Ｓとの距離を検出する。

具体的には、制御部９０の距離検出部９０３が、イメージセンサ４４２から出力される信号を受信し、これを光学ヘッド４０ａと基板表面Ｓとの距離に対応する情報としてフォーカス制御に利用する。また、該情報を必要に応じて記憶部９０４に記憶させる。なお、光学ヘッド４０ａと基板表面Ｓとの距離に対応する情報としては、イメージセンサ４４２の出力信号から該距離を算出した結果であってもよく、またイメージセンサ４４２における受光量のピーク位置そのものであってもよい。これらは１対１に対応しているからである。

光学ヘッド４０ａと基板表面Ｓとの距離が変動すると、フォーカシングレンズ４３１から出射される光ビームの焦点位置が基板表面Ｓからずれ、描画パターンの分解能が低下する。これを防止するため、フォーカス制御部９０１がフォーカス駆動機構４３２を制御してフォーカシングレンズ４３１を上下させることで、焦点位置のずれを防止する。イメージセンサ４４２の出力信号を用いたフィードバック制御を行うことで、基板表面Ｓの鉛直方向の位置変動に追随してフォーカシングレンズ４３１の焦点位置を上下に移動させ、光ビームを基板表面Ｓに安定的に収束させることができる。

上記のオートフォーカス動作を効果的に機能させるためには、フォーカシングレンズ４３１の焦点が基板表面Ｓに合っているときの光学ヘッド４０ａと基板表面Ｓ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経時的な変動を生じる。これを補正するためのキャリブレーションのための構成について、次に説明する。

図４はキャリブレーションを行うための構成を示す図である。図４（ａ）に示すように、ステージ１０の側方には、光学ヘッド４０ａ，４０ｂから出射される光ビームを受光しその光学像を観察するための観察光学系８０が設けられている。観察光学系８０は、例えば石英ガラスにより平板状に形成された透明のダミー基板８０１が略水平に設けられている。ダミー基板８０１の表面（上面８０１ａ）には、図４（ｂ）に示すように、基準マスクパターン８０２が形成されており、後述するようにアライメントユニット６０のフォーカス調整に用いられる。

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４０ａ，４０ｂとは反対側に、例えば二次元ＣＣＤイメージセンサからなる撮像部と入射光を収束させる光学系とを有する観察用カメラ８０３が設けられる。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８０１ａに合うように調整されている。

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、制御部９０の観察系制御部９２０と、適宜の駆動機構を有する観察系昇降機構８０６によりその鉛直方向位置が制御される。すなわち、観察光学系８０のダミー基板８０１と観察用カメラ８０３とは一体として、水平方向にはステージ１０と一体的に移動する一方、鉛直方向にはステージ１０とは独立して昇降移動可能となっている。

観察光学系８０が光学ヘッド４０ａ（または４０ｂ）の直下に位置決めされるとともに、ダミー基板８０１の上面８０１ａがステージ１０に載置される基板Ｗの上面Ｓと略同一位置に位置決めされた状態で、観察用カメラ８０３は光学ヘッド４０ａからダミー基板上面８０１ａに入射し結像する光学像を撮像する。その出力信号は制御部９０の画像処理部９１０によってデータ処理される。フォーカス制御部９０１によりフォーカシングレンズ４３１の鉛直方向位置を変化させながら観察用カメラ８０３による撮像を行い、光学像が最も小さくなるように（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４３１の鉛直方向位置を設定する。これにより、フォーカシングレンズ４３１の焦点がダミー基板上面８０１ａに合わせられる。このときの光学ヘッド４０ａとダミー基板上面８０１ａとの距離を「基準距離」として、距離検出部９０３は基準距離に対応する情報を記憶部９０４に記憶させる。

以後の描画動作では、光学ヘッド４０ａと対向する基板表面Ｓとの間の距離と、上記の基準距離との比較に基づきフォーカシングレンズ４３１の位置を制御することで、焦点位置を安定して基板表面Ｓに合わせることができる。また、このキャリブレーション動作を所定のタイミングで定期的に行うことで、投影光学系４３０の経時変化にも対応して、長期にわたり安定的に焦点位置の調整を行うことができる。

図５はアライメントユニットの詳細構成を示す図である。図では、アライメントユニット６０との対比のために、光学ヘッド４０ａのオートフォーカス部を併記している。アライメントユニット６０は、基板表面の基準マークを検出して光学ヘッド４０ａとステージ１０または基板Ｗとの水平方向位置を把握し、また観察光学系８０の基準マスクパターン８０２を検出してアライメントユニット６０のフォーカス調整を行うものである。

図５に示すように、アライメントユニット６０は、基板表面Ｓを撮像するアライメントカメラ６０１を備えるとともに、オートフォーカス部として、光学ヘッド４０ａに設けられた照射部４４１と同等の機能を有する照射部６４１、および、光学ヘッド４０ａに設けられた受光部４４２と同等の機能を有する受光部６４２を備えている。そして、光学ヘッド４０ａのオートフォーカス部と同様、制御部９０に設けられた距離検出部９０６が受光部６４２の出力に基づいてアライメントカメラ６０１と基板表面Ｓとの距離を検出し、フォーカス制御部９３０が、アライメントカメラ６０１の焦点位置を基板表面Ｓと一致させるべくアライメントユニット６０の鉛直方向位置を制御する。

この場合においても、アライメントカメラ６０１の焦点合わせのための基準となる距離の情報が必要であり、その距離は経時的に変化する可能性がある。そこで、観察光学系８０のダミー基板上面８０１ａに基準マスクパターン８０２を利用する。すなわち、観察光学系８０をアライメントユニット６０の直下に位置決めし、アライメントカメラ６０１が撮像した基準マスクパターン８０２を画像処理部９１０がデータ処理し、パターンが最も鮮明となる時のアライメントカメラ６０１とダミー基板上面８０１ａとの距離を検出し基準として記憶しておくことで、アライメントカメラ６０１のオートフォーカス動作が可能となる。また、上記動作を定期的に行うことで、アライメントカメラ６０１の特性の経時変化にも対応して、長期的に安定したオートフォーカス動作を行うことができる。

ここまで、個々のユニットごとの制御動作の原理について分説した。次に、上記原理に基づく、このパターン描画装置１００全体でのキャリブレーション動作について説明する。以下に説明するキャリブレーション処理を実行すると、光学ヘッド４０ａ，４０ｂおよびアライメントユニット６０のそれぞれについて焦点位置の調整を行うことができるとともに、光学ヘッド４０ａ，４０ｂとアライメントユニット６０との鉛直方向（Ｚ軸方向）における焦点位置が同一の基準に基づいて相対的に調整されることで、パターン描画装置１００を最良の状態で動作させることが可能となる。

図６はこの装置におけるキャリブレーション動作を示すフローチャートである。また、図７は図６の動作における工程の一部を模式的に示す図である。このキャリブレーション動作は、例えば装置の起動直後や定期的なタイミング（例えば１日１回）で、基板Ｗが装置に搬入される前に実行される動作である。

最初に、アライメントカメラ６０１の初期位置を設定する。具体的には、搬入される予定の基板Ｗの厚さに応じて、ステージ１０上で想定される基板表面Ｓの鉛直方向位置に焦点位置が合うように、アライメントカメラ６０１の上下方向位置をセットする（ステップＳ１０１）。図７（ａ）に示すように、この時点で基板Ｗは搬入されていないため、その位置決めは概略のものであってよい。

続いて、ステージ１０を移動させて観察光学系８０をアライメントユニット６０の直下に移動させ（ステップＳ１０２）、観察光学系８０のダミー基板上面８０１ａをアライメントカメラ６０１の焦点位置に一致させる（ステップＳ１０３）。具体的には、図７（ｂ）に示すように、ダミー基板上面８０１ａに形成された基準マスクパターン８０２をアライメントカメラ６０１で撮像しながら観察系昇降機構８０６により観察光学系８０のケース８０４を昇降させ、基準マスクパターン８０２の像が最も鮮明となるときの位置に、ケース８０４を位置決めする。

これにより、ダミー基板上面８０１ａの鉛直方向位置が後に搬入される基板の表面Ｓの位置と略一致し、かつ、その位置にアライメントカメラ６０１の焦点が合った状態となる。そこで、この時のアライメントカメラ６０１とダミー基板上面８０１ａとの距離を基準とするべく、オートフォーカス部（ＡＦ部）の受光部６４２の出力から該距離に関する情報を求めて記憶部９０４に記憶させておく（ステップＳ１０４）。以後、描画時のアライメントカメラ６０１のフォーカス調整はこの距離を基準にして行われる。その具体的方法は前記した通りである。

なお、このキャリブレーション動作におけるダミー基板上面８０１ａの位置設定は概略のものであり、ステージ１０に載置される基板表面Ｓの位置と完全に一致しているとは限らない。しかしながら、上記の動作によってアライメントカメラ６０１の焦点位置とそれに対応するオートフォーカス部の距離に関する情報とが対応付けられているため、実際にステージ１０に載置された基板表面Ｓの位置がダミー基板上面８０１ａの位置と多少ずれていたとしても、その位置へ焦点を合わせることは可能である。しかしながら、ダミー基板上面８０１ａの位置が描画時の基板表面Ｓの位置と大きくずれた状態でキャリブレーションを行うと、描画時における基板表面Ｓがフォーカス調整範囲から外れてしまうおそれがある。この意味において、ダミー基板上面８０１ａの鉛直方向位置を、想定される基板表面Ｓの位置に合わせてキャリブレーションを行うことが有効である。この点については以下の光学ヘッドのキャリブレーションにおいても同様である。

次に、光学ヘッド４０ａ，４０ｂのフォーカス調整を行う。ここでは光学ヘッド４０ａについての動作を例示するが、光学ヘッド４０ｂについての動作も同一である。まず光学ヘッド４０ａの直下に観察光学系８０を移動位置決めする（ステップＳ１０５）。そして、図７（ｃ）に示すように、投影光学系４３０のフォーカシングレンズ４３１を通してダミー基板上面８０１ａに入射するレーザ光の光学像を観察用カメラ８０３で観察しながらフォーカシングレンズ４３１の鉛直方向位置を変化させて、その光学像のスポットサイズが最も小さくなるときの位置に、フォーカシングレンズ４３１の位置を設定する（ステップＳ１０６）。

これにより、投影光学系４３０の焦点がダミー基板上面８０１ａに合わせられる。そして、この時の光学ヘッド４０ａとダミー基板上面８０１ａとの距離を基準距離として、受光部４２２の出力から該基準距離に関する情報を求めて記憶部９０４に記憶させる（ステップＳ１０７）。以後、描画時の投影光学系４３０のフォーカス調整はこの基準距離に基づいて行われる。その具体的な方法は先に原理を説明した通りであるが、本実施形態に即してさらに詳しく説明する。

図８は描画時のフォーカス調整動作を示すフローチャートである。図３に示したように、描画時においては光学ヘッド４０ａは基板表面Ｓに対向している。この状態で、オートフォーカス部（ＡＦ部）の受光部４４２からの出力に基づき、光学ヘッド４０ａと基板表面Ｓとの距離に関する情報を求め（ステップＳ２０１）、記憶部９０４に記憶された基準距離との差を求める（ステップＳ２０２）。ここで、両者に差がなければ焦点は基板表面Ｓに合っているので変更の必要はないが、差がある場合、焦点位置が基板表面Ｓからずれているため、その差を是正する。具体的には、上記距離の差をなくす方向にフォーカシングレンズ４３１を移動させるべく、その駆動量（例えば上下方向へのフォーカシングレンズ４３１の移動距離、それを実現する駆動モータのパルス数など）を算出し（ステップＳ２０３）、算出された駆動量の分だけフォーカシングレンズ４３１を上方または下方に移動させる（ステップＳ２０４）。以上の動作を描画が終了するまで継続して行う（ステップＳ２０５）。

図９は描画時のフォーカス調整動作を模式的に示す図である。図９（ａ）に示すように、光学ヘッド４０ａの適宜の基準位置（この例では下端）と基板表面Ｓとの距離を符号Ｄ1により表す。また、フォーカス調整のためのフォーカシングレンズ４３１の駆動量（この例では鉛直方向への移動距離）を符号Ｄ2により表す。距離Ｄ1については、光学ヘッド４０ａの下端から基板表面Ｓに向かう方向を正方向とする。駆動量Ｄ2については、フォーカシングレンズ４３１を上方に、つまり基板表面Ｓから離間する方向を正方向とする。

先のキャリブレーション動作の結果、距離Ｄ1が基準距離と一致していれば、投影光学系４３０の焦点は基板表面Ｓに合っているといえる。したがって、このときの駆動量Ｄ2はゼロ、すなわちフォーカシングレンズ４３１の鉛直方向位置はキャリブレーション動作によって設定された位置に維持される。一方、距離Ｄ1が基準距離よりも大きい場合には、駆動量Ｄ2を負の値に設定する、つまりフォーカシングレンズ４３１を下向きに移動させることにより、焦点のずれを解消する。逆に、距離Ｄ1が基準距離よりも小さいときには、駆動量Ｄ2を正の値に設定してフォーカシングレンズ４３１を上向きに移動させ、焦点のずれを解消する。距離Ｄ1の基準距離からの乖離量が大きいほどフォーカシングレンズ４３１の駆動量Ｄ2も大きくなる。このようにして、投影光学系４３０の焦点位置は基板表面Ｓに安定的に維持される。

以上のように、この実施形態では、ダミー基板８０１と観察用カメラ８０３とを有する観察光学系８０において、ダミー基板８０１および観察用カメラ８０３を一体的に鉛直方向に移動可能とする。そして、キャリブレーション動作では、ダミー基板８０１の上面８０１ａをステージ１０に載置される基板Ｗの表面Ｓの想定位置に位置決めした状態で、光学ヘッド４０ａからの光ビームをダミー基板上面８０１ａに入射させ、これを観察用カメラ８０３で観察して光学像が最も小さくなるように、フォーカシングレンズ４３１の鉛直方向位置を設定する。またこのときのオートフォーカス部の出力から求めた基準距離に関する情報を記憶しておき、描画時にはこの基準距離と、オートフォーカス部の出力から求めた光学ヘッド４０ａと基板表面Ｓとの距離とに基づいて、フォーカス調整を行う。オートフォーカス部および投影光学系４３０の経時変化により基準距離が変動した場合でも、このようなキャリブレーションを行うことでその時点の基準距離が設定されそれに基づくフォーカス調整が行われるので、装置の経時変化にも対応して長期的に安定な、しかも高精度のフォーカス調整が可能である。

また、上記と同じ位置に設定されたダミー基板８０１の上面８０１ａに形成された基準マスクパターン８０２を用いてアライメントユニット６０のフォーカス調整も行うことで、光学ヘッド４０ａの焦点位置とアライメントユニット６０の焦点位置との鉛直方向の相対的な位置関係が、共通の位置基準であるダミー基板上面８０１ａを介して関連付けられる。このため、本来独立に制御される２つのユニットの連携を図ることが可能である。これにより、パターン描画装置１００を最良の状態で動作させることが可能となる。

そして、光学ヘッド４０ａおよびアライメントユニット６０の鉛直方向の位置基準となるダミー基板上面８０１ａを、ステージ１０に載置される基板Ｗの表面位置に応じて昇降可能としているので、種々の厚みを有する基板Ｗに対して、高精度で安定したフォーカス調整を行うことが可能である。

すなわち、所定の厚さを有する第１の基板に対応したキャリブレーション動作および描画動作を行った後、次の基板が同じ厚さを有するものであれば、新たにキャリブレーション動作を行うことなく、先の基板についてのキャリブレーション動作の結果を用いて描画動作を行うことができる。新たなキャリブレーション動作は、例えば基板の処理枚数や動作時間等が一定値に達したときなど、所定の間隔で定期的に行えばよい。

一方、先の基板とは厚さの異なる第２の基板に対して描画動作を行う場合には、その基板の厚さに対応して新たにキャリブレーションを行い基準距離を再設定することで、第２の基板についても同じように、描画時のフォーカス調整を高精度にしかも安定して行うことが可能となる。

以上説明したように、この実施形態では、光学ヘッド４０ａ，４０ｂと、光照射部４１とが一体として本発明の「描画手段」として機能している。このうちレーザ発振器４１２が本発明の「光源」として機能する一方、投影光学系４３０が本発明の「収束光学系」として機能している。

また、この実施形態では、ステージ移動機構２０が本発明の「移動手段」として機能している。また、この実施形態では、観察光学系８０が本発明の「観察手段」として機能しており、ダミー基板８０１の上面８０１ａが本発明の「観察光学面」に相当している。そして、基準マスクパターン８０２が本発明の「基準パターン」に相当している。また、観察系昇降機構８０６および観察系制御部９２０が一体として本発明の「観察高さ変更手段」として機能している。

また、この実施形態では、フォーカス制御部９０１およびフォーカス駆動機構４３２が一体として本発明の「焦点調整手段」として機能している。また、オートフォーカス部を構成する照射部４４１、受光部４４２が一体として本発明の「距離検出手段」として機能している。さらに、この実施形態では、アライメントユニット６０が本発明の「位置検出手段」として機能している。

また、図６に示すこの実施形態のキャリブレーション動作においては、ステップＳ１０３が本発明の「基準設定工程」に相当しており、ステップＳ１０６が「事前焦点調整工程」に相当する。また、ステップＳ１０７が本発明の「記憶工程」に相当している。また、図８のステップＳ２０１ないしＳ２０４が、本発明の「描画時焦点調整工程」に相当している。

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、上記実施形態のキャリブレーション動作では、光学ヘッド４０ａ（４０ｂ）のキャリブレーションとアライメントユニット６０のキャリブレーションとを合わせて行っているが、これに限定されず、描画のための収束光学系について行う焦点調整動作に対してのみ、本発明が適用されてもよい。

また、上記実施形態のキャリブレーション動作では、アライメントカメラ６０１の焦点位置が基板表面Ｓの想定位置となるようにアライメントユニット６０の鉛直方向位置を設定し、それに合わせてダミー基板上面８０１ａの位置を設定することでダミー基板上面８０１ａの概略位置を基板表面Ｓの位置に設定している。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えばまずダミー基板上面８０１ａの位置を設定してから、これに焦点が合うようにアライメントユニット６０の位置調整を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態のアライメントユニット６０および光学ヘッド４０ａ，４０におけるオートフォーカス部は、基板表面Ｓに対して光を照射するともにその反射光を受光し、反射像の位置によって距離検出を行うものであるが、距離検出の手段はこれに限定されるものではなく任意の手段を適用可能である。

また、上記実施形態のパターン描画装置１００は、回折格子を用いた空間変調器４２１により光ビームを変調してパターン描画を行う装置であるが、光ビームの変調方式はこれに限定されず、任意の変調方式を用いる描画装置に対して、本発明を適用することが可能である。

本発明は、基板表面に光ビームを収束させて描画を行う描画装置全般に適用することができる。処理対象となる基板としては、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各種のものを用いることが可能である。

１０ ステージ
２０ ステージ移動機構（移動手段）
４０ａ，４０ｂ 光学ヘッド（描画手段）
４１ 光照射部（描画手段）
６０ アライメントユニット（位置検出手段）
８０ 観察光学系（観察手段）
４１２ レーザ発振器（光源、描画手段）
４３０ 投影光学系（収束光学系、描画手段）
４３２ フォーカス駆動機構（焦点調整手段）
４４１ 照射部（距離検出手段）
４４２ 受光部（距離検出手段）
８０１ａ （ダミー基板８０１の）上面（観察光学面）
８０２ 基準マスクパターン（基準パターン）
８０６ 観察系昇降機構（観察高さ変更手段）
９０１ フォーカス制御部（焦点調整手段）
９２０ 観察系制御部（観察高さ変更手段）
Ｓ 基板表面
Ｓ１０３ 基準設定工程
Ｓ１０６ 事前焦点調整工程
Ｓ１０７ 記憶工程
Ｓ２０１〜Ｓ２０４ 描画時焦点調整工程
Ｗ 基板

Claims (12)

1. 基板を水平状態に載置可能なステージと、
   光源からの光を前記基板表面に略鉛直方向から収束させる収束光学系を有し、収束された光ビームにより前記基板表面に描画する描画手段と、
   前記描画手段からの前記光ビームの照射位置を、前記ステージに載置される前記基板に対して水平方向に相対移動させる移動手段と、
   前記ステージに載置される前記基板上とは異なる位置で前記光ビームを受光する観察受光面を有し、該観察受光面に入射した光学像を観察する観察手段と、
   前記観察受光面の鉛直方向位置を変化させる観察高さ変更手段と、
   前記観察高さ変更手段により鉛直方向位置が前記ステージに載置される前記基板表面の鉛直方向位置と略等しく設定された前記観察受光面に対して前記描画手段からの前記光ビームが照射された状態で、前記観察手段により観察される光学像に基づいて前記収束光学系の鉛直方向における焦点位置を調整する焦点調整手段と、
   焦点位置が調整された前記収束光学系と前記観察受光面との鉛直方向距離を検出し基準距離として記憶するとともに、前記描画手段による前記基板表面への描画の際に前記収束光学系と前記光ビームが照射される前記基板表面との鉛直方向距離を描画時距離として検出する距離検出手段と
   を備え、
   前記焦点調整手段は、前記描画手段による前記基板表面への描画の際、前記描画時距離と前記基準距離とに基づいて前記収束光学系の鉛直方向における焦点位置を調整する
   ことを特徴とする描画装置。
2. 前記観察受光面が前記光ビームに対する透過性を有する材料で形成され、前記観察手段は前記観察受光面の前記光学像を前記光ビームの入射方向とは反対側から観察する請求項１に記載の描画装置。
3. 前記距離検出手段は、前記光ビームが照射される前記基板表面に、前記光ビームの入射方向とは異なる方向から光を照射する照射部と、該光が前記基板表面で反射してなる反射光学像を受光する受光部とを備え、前記受光部に受光された前記反射光学像の位置に基づいて前記収束光学系と前記基板表面との距離を検出する請求項１または２に記載の描画装置。
4. 前記ステージに載置される前記基板表面に設けられた基準部を撮像して前記基板と前記光ビームの照射位置との水平方向における相対位置を検出する位置検出手段を備え、前記位置検出手段の鉛直方向における焦点位置が、前記基準距離が検出された時の前記観察受光面の鉛直方向位置に一致する請求項１ないし３のいずれかに記載の描画装置。
5. 前記観察受光面に、前記位置検出手段の焦点位置を調整するための基準パターンが設けられている請求項４に記載の描画装置。
6. 前記収束光学系は鉛直方向に移動可能なフォーカシングレンズを備え、前記焦点調整手段は前記フォーカシングレンズの鉛直方向位置を制御する請求項１ないし５のいずれかに記載の描画装置。
7. 基板を水平状態に載置可能なステージと、光源からの光を前記基板表面に略鉛直方向から収束させる収束光学系を有し収束された光ビームにより前記基板表面に描画する描画手段と、前記描画手段からの前記光ビームの照射位置を、前記ステージに載置される前記基板に対して水平方向に相対移動させる移動手段とを有する描画装置の焦点調整方法において、
   水平方向位置が前記ステージに載置される前記基板上とは異なり、かつ鉛直方向位置が前記ステージに載置される前記基板表面の鉛直方向位置と略等しい位置に観察受光面を設定する基準設定工程と、
   前記観察受光面に入射させた前記光ビームの光学像を観察し、該光学像が最も小さくなるように、前記収束光学系の鉛直方向における焦点位置を調整する事前焦点調整工程と、
   焦点位置調整後の前記収束光学系と前記観察受光面との鉛直方向距離を基準距離として記憶する記憶工程と、
   前記ステージに載置した前記基板の表面に前記光ビームを照射して描画を行うとともに、該光ビームが照射される前記基板表面と前記収束光学系との鉛直方向距離を検出し、その検出結果と前記基準距離とに基づいて、前記収束光学系の焦点位置を前記基板表面に合わせる描画時焦点調整工程と
   を備えることを特徴とする焦点調整方法。
8. 前記描画時焦点調整工程では、前記事前調整工程で設定した前記焦点位置を、前記検出結果と前記基準距離との差に対応した距離だけ変更した位置に、前記収束光学系の焦点位置を調整する請求項７に記載の焦点調整方法。
9. 前記描画装置が前記ステージに載置される前記基板表面に設けられた基準部を撮像して前記基板と前記光ビームの照射位置との水平方向における相対位置を検出する位置検出手段を備えるものであり、
   前記位置検出手段の鉛直方向における焦点位置と、前記基準設定工程で設定される前記観察受光面の鉛直方向位置とを一致させる請求項７または８に記載の焦点調整方法。
10. 前記観察受光面に基準パターンを設け、前記位置検出手段により前記基準パターンを撮像してその結果に基づき前記位置検出手段の焦点位置を調整する請求項９に記載の焦点調整方法。
11. 前記位置検出手段の鉛直方向における焦点位置を前記基準設定工程で設定される前記観察受光面の鉛直方向位置と一致させたときの、前記位置検出手段と前記観察受光面との距離を記憶する請求項９または１０に記載の焦点調整方法。
12. 第１の基板に対して前記描画手段による描画を行った後、前記第１の基板と異なる第２の基板に対して前記描画手段による描画を行うとき、
    前記第１の基板と前記第２の基板が同じ厚さであれば前記第２の基板に対する前記基準設定工程、前記事前焦点調整工程および前記記憶工程を省略し、前記第１の基板における前記基準距離を用いて前記描画時焦点調整工程を実行する一方、
    前記第１の基板と前記第２の基板が異なる厚さであれば前記第２の基板に対して前記基準設定工程、前記事前焦点調整工程、前記記憶工程および前記描画時焦点調整工程を実行する請求項７ないし１１のいずれかに記載の焦点調整方法。

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