JP5371663B2 - パターン描画装置およびパターン描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板にパターンを描画する技術に関する。

従来より、感光レジスト膜を有する基板の主面上にて、光変調素子からの光ビームの照射領域を走査することにより、マスクを用いることなく基板上にパターンを描画するパターン描画装置（マスクレス露光装置とも呼ばれる。）が実用化されている。このようなパターン描画装置においてパターンを高精度に描画するには、光ビームの合焦位置を基板の主面上に精度よく合わせる必要がある。

そこで、特許文献１の装置では、スキャナの下方を通過する感光材料を、スキャナから照射されるレーザー光によって走査露光する際に、被露光面との距離を測定するフォーカス測定用の変位センサをスキャナの上流側に配置することにより、変位センサによる距離測定結果に基づいて光ビームの焦点位置を被露光面に一致させる手法が開示されている。また、特許文献１では、感光材料を走査方向に沿った方向へ往復移動させる際に、感光材料の往路移動において距離測定を行い、感光材料の復路移動において露光を行う手法も開示されている。

特開２００５−２６６７７９号公報

ところで、基板上に高精細なパターンを描画する際には、空間変調される光ビームの基板上における照射領域を小さくし、照射領域を所定の方向に連続的に相対移動する主走査と、照射領域を主走査の方向に垂直な方向へと間欠的に相対移動する副走査とが交互に繰り返される。この場合に、パターンを短時間にて描画するには、主走査方向に関して照射領域の往路および復路のそれぞれにてパターンの描画を行う必要があり、往路において距離測定のみを行い、復路において当該距離測定の結果を用いてフォーカス調整を行いつつパターンを描画する特許文献１の手法は採用することができない。したがって、各主走査において光ビーム等のエネルギービームの合焦位置を基板の主面上に精度よく合わせることが可能な新規な手法が必要となる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、各主走査においてエネルギービームの合焦位置を基板の主面上に精度よく合わせることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板にパターンを描画するパターン描画装置であって、基板を保持する保持部と、前記基板の主面に変調可能なエネルギービームを照射するヘッドと、前記エネルギービームの合焦位置を前記主面上に合わせるフォーカス調整を行うフォーカス機構と、前記主面に垂直な方向に関して前記主面との間の距離を検出距離として取得する距離検出部と、往路および復路のそれぞれにおいて前記主面上にて主走査方向に伸びる線状領域にパターンを描画するため、前記保持部を前記ヘッドおよび前記距離検出部に対して相対的に前記主走査方向に往復移動する主走査機構と、前記主走査方向に関して前記ヘッドおよび前記距離検出部に対する前記保持部の相対的な位置を測定する位置測定部と、前記主走査方向に垂直かつ前記主面に平行な副走査方向に前記保持部を前記ヘッドおよび前記距離検出部に対して相対的に移動する副走査機構と、一の主走査による線状領域へのパターンの描画が完了する毎に、前記保持部の前記副走査方向への相対移動、および、前記一の主走査時とは反対の進行方向への前記保持部の相対移動を順に行って前記線状領域に平行な他の線状領域へのパターンの描画を行うとともに、各主走査時に距離検出パルス信号および駆動開始パルス信号を前記距離検出部および前記フォーカス機構に入力して複数の検出距離の取得および複数回のフォーカス調整を行う制御部とを備え、前記主面上において前記エネルギービームの照射領域と、前記検出距離が取得される検出領域とが前記主走査方向に所定の照射−検出間距離だけ離れており、前記各主走査にてパターンが描画される線状領域に対する前記複数の検出距離が、前記各主走査とは反対の進行方向となるＮ回前の主走査（ただし、Ｎは１以上の奇数）にて前記距離検出部により取得されるように、前記照射領域と前記検出領域とが前記副走査方向にも離れており、前記制御部において、前記フォーカス機構への前記駆動開始パルス信号の入力からフォーカス調整の完了までの時間に相当する前記保持部の相対移動距離が駆動遅延距離として設定されるとともに、前記主走査方向に関して前記往路における前記複数の検出距離の検出位置と、前記復路における前記複数の検出距離の検出位置とが近似するように、前記往路および前記復路におけるパルス信号入力の能動化を示す往路パルス入力ＯＮ信号、および、復路パルス入力ＯＮ信号の前記主走査方向における発生位置も設定されており、前記制御部が、前記検出領域が前記照射領域よりも先行する前記往路において、前記往路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして前記位置測定部の出力に基づいて一定のピッチにて前記距離検出パルス信号を繰り返し発生し、前記照射−検出間距離から前記駆動遅延距離を減じた距離だけ各距離検出パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて前記駆動開始パルス信号を発生し、前記照射領域が前記検出領域よりも先行する前記復路において、前記復路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして前記位置測定部の出力に基づいて前記一定のピッチにて前記駆動開始パルス信号を繰り返し発生し、前記照射−検出間距離に前記駆動遅延距離を加えた距離だけ各駆動開始パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて前記距離検出パルス信号を発生することにより、前記各主走査において前記Ｎ回前の主走査にて取得される前記複数の検出距離を用いて前記複数回のフォーカス調整が行われる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン描画装置であって、前記往路および前記復路のそれぞれにおけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置の決定処理において、前記制御部が、前記往路および前記復路の一方の経路に関して、任意に決定されたパルス入力ＯＮ信号の発生位置にて一の線状領域に対する前記複数の検出距離を取得し、前記往路および前記復路の他方の経路に関して、パルス入力ＯＮ信号の発生位置を前記一定のピッチよりも小さい間隔にて複数通りに変更して、前記パルス入力ＯＮ信号の各発生位置に関して前記一の線状領域に対する前記複数の検出距離を取得し、前記パルス入力ＯＮ信号の前記各発生位置に関する前記複数の検出距離と、前記一方の経路における前記複数の検出距離との差に基づいて、前記他方の経路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置が決定される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のパターン描画装置であって、前記主走査機構における移動速度を変更する際に、前記パルス入力ＯＮ信号の発生位置の決定処理が行われる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン描画装置であって、前記Ｎ回前の主走査が直前の主走査である。

請求項５に記載の発明は、パターン描画装置を用いて基板にパターンを描画するパターン描画方法であって、前記パターン描画装置が、基板を保持する保持部と、前記基板の主面に変調可能なエネルギービームを照射するヘッドと、前記エネルギービームの合焦位置を前記主面上に合わせるフォーカス調整を行うフォーカス機構と、前記主面に垂直な方向に関して前記主面との間の距離を検出距離として取得する距離検出部と、往路および復路のそれぞれにおいて前記主面上にて主走査方向に伸びる線状領域にパターンを描画するため、前記保持部を前記ヘッドおよび前記距離検出部に対して相対的に前記主走査方向に往復移動する主走査機構と、前記主走査方向に関して前記ヘッドおよび前記距離検出部に対する前記保持部の相対的な位置を測定する位置測定部と、前記主走査方向に垂直かつ前記主面に平行な副走査方向に前記保持部を前記ヘッドおよび前記距離検出部に対して相対的に移動する副走査機構と、一の主走査による線状領域へのパターンの描画が完了する毎に、前記保持部の前記副走査方向への相対移動、および、前記一の主走査時とは反対の進行方向への前記保持部の相対移動を順に行って前記線状領域に平行な他の線状領域へのパターンの描画を行うとともに、各主走査時に距離検出パルス信号および駆動開始パルス信号を前記距離検出部および前記フォーカス機構に入力して複数の検出距離の取得および複数回のフォーカス調整を行う制御部とを備え、前記主面上において前記エネルギービームの照射領域と、前記検出距離が取得される検出領域とが前記主走査方向に所定の照射−検出間距離だけ離れており、前記各主走査にてパターンが描画される線状領域に対する前記複数の検出距離が、前記各主走査とは反対の進行方向となるＮ回前の主走査（ただし、Ｎは１以上の奇数）にて前記距離検出部により取得されるように、前記照射領域と前記検出領域とが前記副走査方向にも離れており、前記パターン描画方法が、ａ）前記フォーカス機構への前記駆動開始パルス信号の入力からフォーカス調整の完了までの時間に相当する前記保持部の相対移動距離を駆動遅延距離として決定する工程と、ｂ）前記主走査方向に関して前記往路における前記複数の検出距離の検出位置と、前記復路における前記複数の検出距離の検出位置とが近似するように、前記往路および前記復路におけるパルス信号入力の能動化を示す往路パルス入力ＯＮ信号、および、復路パルス入力ＯＮ信号の前記主走査方向における発生位置を決定する工程と、ｃ）前記基板上にパターンを描画する工程とを備え、前記ｃ）工程において、前記制御部が、前記検出領域が前記照射領域よりも先行する前記往路において、前記往路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして前記位置測定部の出力に基づいて一定のピッチにて前記距離検出パルス信号を繰り返し発生し、前記照射−検出間距離から前記駆動遅延距離を減じた距離だけ各距離検出パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて前記駆動開始パルス信号を発生し、前記照射領域が前記検出領域よりも先行する前記復路において、前記復路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして前記位置測定部の出力に基づいて前記一定のピッチにて前記駆動開始パルス信号を繰り返し発生し、前記照射−検出間距離に前記駆動遅延距離を加えた距離だけ各駆動開始パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて前記距離検出パルス信号を発生することにより、前記各主走査において前記Ｎ回前の主走査にて取得される前記複数の検出距離を用いて前記複数回のフォーカス調整が行われる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のパターン描画方法であって、前記ｂ）工程が、ｂ１）前記往路および前記復路の一方の経路に関して、任意に決定されたパルス入力ＯＮ信号の発生位置にて一の線状領域に対する前記複数の検出距離を取得する工程と、ｂ２）前記往路および前記復路の他方の経路に関して、パルス入力ＯＮ信号の発生位置を前記一定のピッチよりも小さい間隔にて複数通りに変更して、前記パルス入力ＯＮ信号の各発生位置に関して前記一の線状領域に対する前記複数の検出距離を取得する工程と、ｂ３）前記パルス入力ＯＮ信号の前記各発生位置に関する前記複数の検出距離と、前記一方の経路における前記複数の検出距離との差に基づいて、前記他方の経路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置を決定する工程とを備える。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のパターン描画方法であって、前記主走査機構における移動速度を変更する際に、前記ｂ１）ないしｂ３）工程が行われる。

請求項８に記載の発明は、請求項５ないし７のいずれかに記載のパターン描画方法であって、前記Ｎ回前の主走査が直前の主走査である。

本発明によれば、各主走査においてエネルギービームの合焦位置を基板の主面上に精度よく合わせることができる。

また、請求項２および６の発明では、往路および復路のパルス入力ＯＮ信号の発生位置を精度よく決定することができ、請求項３および７の発明では、主走査機構における移動速度を変更する場合に、往路および復路のパルス入力ＯＮ信号の発生位置を容易に決定することができる。

パターン描画装置の側面図である。 パターン描画装置の平面図である。 距離検出部および制御部の構成を示す図である。 基板上における照射領域および検出領域を示す図である。 基板上にパターンを描画する動作の流れを示す図である。 照射領域および検出領域の相対移動を説明するための図である。 制御部によるタイミング制御を説明するための図である。 パターン描画動作の事前処理の流れを示す図である。

図１は本発明の一の実施の形態に係るパターン描画装置１の側面図であり、図２はパターン描画装置１の平面図である。パターン描画装置１は、基板９上の感光材料に光ビームを照射して当該感光材料に配線等のパターンを描画するパターン描画装置である。

図１および図２に示すように、パターン描画装置１は、（＋Ｚ）側の主面９１（以下、「上面９１」という。）上に感光材料の層が形成された基板９を保持する基板保持部３、基台１１上に設けられて基板保持部３をＺ方向に垂直なＸ方向およびＹ方向に移動する保持部移動機構２、基板保持部３および保持部移動機構２を跨ぐように基台１１に固定されるフレーム１２、フレーム１２に取り付けられて基板９上の感光材料に変調された光を照射する光照射部４、光照射部４の（−Ｙ）側にて基板９の主面９１のＺ方向の高さを検出する複数の（実際には、後述の光学ヘッド４１と同数の）距離検出部５、並びに、保持部移動機構２や光照射部４等の各構成を制御する制御部６を備える。

基板保持部３は、基板９が載置されるステージ３１、ステージ３１を回転可能に支持する支持プレート３３、および、支持プレート３３上において、基板９の上面９１に垂直な回転軸３２１を中心としてステージ３１を回転するステージ回転機構３２を備える。

保持部移動機構２は、基板保持部３を図１および図２中のＸ方向（以下、「副走査方向」という。）に移動する副走査機構２３、副走査機構２３を介して支持プレート３３を支持するベースプレート２４、並びに、基板保持部３をベースプレート２４と共にＸ方向に垂直なＹ方向（以下、「主走査方向」という。）に連続的に移動する主走査機構２５を備える。パターン描画装置１では、保持部移動機構２により、基板９の上面９１に平行な主走査方向および副走査方向に基板保持部３が移動される。

図１および図２に示すように、副走査機構２３は、支持プレート３３の下側（すなわち、（−Ｚ）側）において、ステージ３１の主面に平行、かつ、主走査方向に垂直な副走査方向に伸びるリニアモータ２３１、並びに、リニアモータ２３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側において副走査方向に伸びる一対のリニアガイド２３２を備える。主走査機構２５は、ベースプレート２４の下側において、ステージ３１の主面に平行な主走査方向に伸びるリニアモータ２５１、並びに、リニアモータ２５１の（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側において主走査方向に伸びる一対のエアスライダ２５２を備える。

保持部移動機構２は、ステージ３１の主走査方向の位置を測定する位置測定部２６をさらに備える。レーザー測長器である位置測定部２６は、レーザー光源、リニア干渉系およびレシーバを有する測定部本体２６１、並びに、ベースプレート２４の（−Ｙ）側の側面に取り付けられるミラー２６２を有し、基台１１上に取り付けられる測定部本体２６１のレーザー光源から出射されたレーザー光はリニア干渉系を介してミラー２６２に入射し、ミラー２６２からの反射光が測定部本体２６１に入射する。測定部本体２６１では、反射光と、リニア干渉系にて参照光として利用される元のレーザー光の一部との干渉光がレシーバにより受光される。そして、レシーバからの出力（すなわち、反射光と参照光との干渉後の強度変化）に基づいて専用の演算回路により、ベースプレート２４上のステージ３１の主走査方向における位置がリアルタイムにて精度よく求められる。

図２に示すように、光照射部４は、副走査方向に沿って等ピッチにて配列されてフレーム１２に取り付けられる複数（本実施の形態では、８つ）の光学ヘッド４１を備える。また、光照射部４は、図１に示すように、各光学ヘッド４１に接続される光源光学系４２、並びに、レーザー光を出射するレーザー光源４３および光源駆動部４４を備える。レーザー光源４３は固体レーザーであり、光源駆動部４４が駆動されることにより、レーザー光源４３からレーザー光が出射され、光源光学系４２を介して光学ヘッド４１へと導かれる。

各光学ヘッド４１は、レーザー光源４３からの光を下方に向けて出射する出射部４５、出射部４５からの光を反射して空間光変調器４６へと導く光学系４５１、光学系４５１を介して照射された出射部４５からの光を変調しつつ反射する空間光変調器４６、および、空間光変調器４６からの変調された光を基板９の上面９１に設けられた感光材料上へと導く投影光学系４７を備える。

空間光変調器４６は、出射部４５を介して照射されたレーザー光源４３からの光を基板９の上面９１へと導く回折格子型の複数の光変調素子を備える。光変調素子は半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。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・マシーンズの登録商標）が知られている。

図１に示す光照射部４では、レーザー光源４３からの光が光源光学系４２により線状光（光束断面が線状の光）とされ、出射部４５を介して空間光変調器４６のライン状に配列された複数の光変調素子上に照射される。光変調素子は、入射光の反射光を０次光（正反射光）として導出する状態と、１次回折光（さらには、高次回折光）として導出する状態との間にて遷移可能とされる。光変調素子から出射される０次光は投影光学系４７へと導かれ、非０次回折光（主として１次回折光（（＋１）次回折光および（−１）次回折光））は投影光学系４７とは異なる方向へと導かれる。なお、迷光となることを防止するために１次回折光は図示を省略する遮光部により遮光される。

光変調素子からの０次光は、投影光学系４７を介して基板９の上面９１へと導かれ、これにより、基板９の上面９１上においてＸ方向（すなわち、副走査方向）に沿っておよそ直線状に並ぶ複数の領域のそれぞれに変調された光（光の強度がおよそ０とされる場合を含む。）が照射される。投影光学系４７には、対物レンズ４７２を光軸に沿って移動するアクチュエータ（例えば、ピエゾアクチュエータ）を有するフォーカス機構４７１が設けられており、フォーカス機構４７１により光変調素子からのビーム状の光（光ビーム）の合焦位置が基板９の主面９１上に合わせられる。なお、光変調素子からの１次回折光が基板９の上面９１へと導かれ、０次光が遮光部により遮光されてもよい。

図１および図２に示すパターン描画装置１では、保持部移動機構２の主走査機構２５により主走査方向に一定の速度にて移動される基板９に対し、光照射部４の光変調素子から変調された光が照射される。換言すれば、主走査機構２５は、複数の光学ヘッド４１を一体的に、かつ、基板９に対して相対的に連続移動して、複数の光学ヘッド４１からの光が照射される複数の照射領域を、基板９に対して相対的にかつ連続的に主走査方向へと移動する移動機構となっている。

図３は、距離検出部５および制御部６の構成を示す図である。制御部６は、位置測定部２６に接続されるとともに、ステージ３１の主走査方向の位置を示す情報を受け付ける受付部６６を有する。受付部６６はタイミング信号発生部６５に接続されており、タイミング信号発生部６５では、入力されるステージ３１の位置情報に基づいて、後述のパルス入力ＯＮ信号、距離検出パルス信号および駆動開始パルス信号（後述の図７参照）、並びに、ステージ３１の移動方向を示す信号が生成される。

距離検出部５は、距離検出用の光を出射するレーザーダイオード光源５１（以下、「ＬＤ光源５１」という。）、および、ＬＤ光源５１に接続されたＬＤ駆動部５２を有する。ＬＤ駆動部５２は、制御部６の投光制御部６１に接続され、投光制御部６１の光量調整部６１１の制御によりＬＤ光源５１から所定の周期およびデューティ比にてパルス光が出射される。ＬＤ光源５１からの光はレンズ５３１およびミラー５３２を介して基板９上に照射される。以下の説明では、ＬＤ光源５１からの光が照射される基板９上の領域を「検出領域」という。なお、ＬＤ光源５１からの光は、基板９上の感光材料を感光させない波長帯および強度となっている。

当該光の検出領域における反射光は、ミラー５３３にて反射されてレンズ５３４に取り込まれ、ミラー５３５を介して受光部であるラインセンサ５４上に照射される。ラインセンサ５４は、例えば、所定の方向に複数の画素が並ぶＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、または、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであり、ラインセンサ５４により基板９からの反射光の光量分布（ラインセンサ５４の画素の配列方向における光量分布）が取得される。このとき、ラインセンサ５４における出力が適切な大きさとなるように、ＬＤ光源５１からのパルス光のデューティ比が設定されている。

ラインセンサ５４は受光制御部５５に接続されており、ラインセンサ５４からのアナログ出力信号は受光制御部５５内にてＡ／Ｄ変換されて、デジタルの受光出力データが制御部６の検出信号処理部６２に出力される。実際には、受光制御部５５により、ラインセンサ５４からの受光出力データの出力タイミングが一定の周期となるように制御される。また、ラインセンサ５４からの出力タイミングに同期して、後述の処理にて参照されるラインセンサ５４の有効な画素範囲を示す有効画素範囲信号が、検出信号処理部６２に出力される。

検出信号処理部６２の重心位置算出部６２１では、タイミング信号発生部６５から一定の周期にて入力される距離検出パルス信号に同期して、距離検出パルス信号の周期よりも短い周期にて順次入力される受光出力データがラッチされ、当該受光出力データが示す光量分布のピーク部分の重心位置（すなわち、光量分布において光量が急激に増大する位置と急激に減少する位置との間の部分における重心位置）が求められる。このとき、有効画素範囲信号に基づいて、ラインセンサ５４の有効な画素範囲外の光量は無視される。そして、求められた重心位置は、距離検出パルス信号の発生時における基板９上の検出領域の主走査方向の位置（または、ステージ３１の主走査方向の位置）に対応付けられて図示省略のメモリに記憶される。

ここで、ラインセンサ５４の画素の配列方向における重心位置は、距離検出部５の所定位置（例えば、ラインセンサ５４）と主面９１上の検出領域との間のＺ方向の距離（以下、「検出距離」という。）に依存するため、以下の説明では、検出信号処理部６２の機能が距離検出部５の一部であるものとみなして、距離検出パルス信号の距離検出部５への入力により、基板９の主面９１に垂直な方向に関して距離検出部５と主面９１との間の検出距離が取得されるものとする。

本実施の形態では、複数の画素が並ぶラインセンサ５４の中央が参照位置とされており、光学ヘッド４１からの光の照射領域が、重心位置が求められた際の検出領域の位置（基板９に対する相対的な位置）へと到達する直前に、タイミング信号発生部６５から駆動開始パルス信号が検出信号処理部６２に入力され、検出信号処理部６２の移動距離算出部６２２において、ラインセンサ５４の画素の配列方向における参照位置と当該重心位置との差（距離）が求められる。そして、当該重心位置の取得時における検出領域の位置において、光学ヘッド４１の光変調素子からの光の合焦位置を基板９の主面９１上に合わせる（すなわち、光変調素子の像を主面９１上に形成する）ための対物レンズ４７２の目標位置が、当該差に基づいて求められる。

アクチュエータ駆動制御部６３では、対物レンズ４７２を当該目標位置へと移動するための指令値が、フォーカス機構４７１のアクチュエータ４７３に出力される。これにより、対物レンズ４７２が当該目標位置に配置され、光学ヘッド４１からの光の合焦位置が、当該重心位置の取得時における基板９上の検出領域の位置にて主面９１上に合わされる。このように、フォーカス機構４７１の駆動は、駆動開始パルス信号に同期して行われるため、以下の説明では、検出信号処理部６２およびアクチュエータ駆動制御部６３の機能がフォーカス機構４７１の一部であるものとみなして、駆動開始パルス信号のフォーカス機構４７１への入力により、対物レンズ４７２を目標位置へと移動するフォーカス調整が行われるものとする。

以上のように、図３の制御部６では、投光制御部６１、検出信号処理部６２およびアクチュエータ駆動制御部６３により、パターン描画時における自動フォーカス調整に係る制御機能であるＡＦ制御部６４が実現されている。

図４は、基板９の主面９１上における照射領域および検出領域を示す図である。図４では、２つの光学ヘッド４１の照射領域９２ａ，９２ｂ（図４中にて平行斜線を付して示す。検出領域９３ａ，９３ｂにおいて同様。）、および、２つの距離検出部５の検出領域９３ａ，９３ｂのみを図示している。図４に示すように、各光学ヘッド４１の照射領域９２ａ，９２ｂの中心位置は、当該光学ヘッド４１の（−Ｙ）側に設けられる距離検出部５の検出領域９３ａ，９３ｂの中心位置から主走査方向にΔＹ、副走査方向にΔＸだけ離れている。また、照射領域９２ａ，９２ｂの副走査方向の幅もΔＸとなっている。以下の説明では、照射領域９２ａ，９２ｂと検出領域９３ａ，９３ｂとの間の主走査方向の中心間距離を「照射−検出間距離」という。

ここで、既述のように、図２のパターン描画装置１では、複数の光学ヘッド４１が副走査方向に配列されており、基板９上の描画対象範囲をＸ方向に幅Ｗにて等分割した複数の分割領域９１１ａ，９１１ｂ（図４中にて細い実線にて示す。）に対して複数の光学ヘッド４１によりそれぞれパターンが描画される。なお、図４では、２つの分割領域９１１ａ，９１１ｂのみを図示しているが、実際には複数の光学ヘッド４１と同数の分割領域に対して、当該複数の光学ヘッド４１によりそれぞれパターンが描画される。

また、照射領域の１回の主走査方向への相対移動（すなわち、主走査）において、各光学ヘッド４１により分割領域９１１ａ，９１１ｂ内の線状領域（図４中にて破線の矩形にて示し、符号Ｌ１ａ，Ｌ２ａ等を付している。）にパターンが描画され、線状領域へのパターンの描画が完了する毎に、照射領域の副走査方向への相対移動（すなわち、（−Ｘ）方向への副走査）、および、直前の主走査時とは反対の進行方向への照射領域の相対移動を順に行って当該線状領域に隣接する他の線状領域へのパターンの描画が行われる。すなわち、副走査機構２３がステージ３１を副走査方向に間欠移動しつつ、主走査機構２５がステージ３１上の基板９を主走査方向に往復移動することにより、往路および復路のそれぞれにおいて主走査方向に伸びる線状領域にパターンが描画される。

実際のパターン描画装置１では、１つの分割領域９１１ａ，９１１ｂ（例えば、Ｘ方向の幅Ｗが９２ミリメートル（ｍｍ））内に２３個の線状領域が隙間なく配列され、各照射領域９２ａ，９２ｂ（Ｘ方向の幅ΔＸが４ｍｍとされる。）の主走査が２３回行われることにより、分割領域９１１ａ，９１１ｂの全体にパターンが描画される（すなわち、基板９の描画範囲の全体にパターンが描画される）。なお、線状領域はストライプとも呼ばれる。

図４では、照射領域９２ａに対応する光学ヘッド４１によりパターンの描画が行われる２３個の線状領域に（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向に向かって符号Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａ，・・・，Ｌ２２ａ，Ｌ２３ａを付し、照射領域９２ｂに対応する光学ヘッド４１によりパターンの描画が行われる２３個の線状領域に（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向に向かって符号Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂ，・・・，Ｌ２２ｂ，Ｌ２３ｂを付している。

次に、基板９上にパターンを描画する動作の流れについて図５を参照して説明する。実際には、パターン描画動作の事前処理として、タイミング信号発生部６５における各種タイミング信号の発生に係る特定のパラメータの値（後述の駆動遅延距離、並びに、往路パルス入力ＯＮ信号および復路パルス入力ＯＮ信号の発生位置）を決定する処理が行われる。当該事前処理については後述する。

基板９上にパターンを描画する際には、まず、ステージ３１上の基板９が所定の描画開始位置に配置される。具体的には、図４に示すように、各光学ヘッド４１の照射領域９２ａ，９２ｂ、および、各距離検出部５の検出領域９３ａ，９３ｂが分割領域９１１ａ，９１１ｂの（＋Ｙ）側に配置されるとともに、検出領域９３ａ，９３ｂが、Ｘ方向に関して各分割領域９１１ａ，９１１ｂ内の最も（＋Ｘ）側の線状領域Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと同じ位置に配置される。そして、基板９の（＋Ｙ）方向への移動を開始することにより、検出領域９３ａ，９３ｂが線状領域Ｌ１ａ，Ｌ１ｂに向かって主走査を開始する（ステップＳ１１）。

図６は、照射領域および検出領域の基板９に対する相対移動を説明するための図であり、図６では、１つの照射領域９２および検出領域９３（平行斜線を付して示す。）、並びに、照射領域９２および検出領域９３が通過する一部の線状領域Ｌ１〜Ｌ３（図６中にて破線の矩形にて示す。）のみを図示している。また、図６では、照射領域９２および検出領域９３と、線状領域Ｌ１〜Ｌ３との相対位置の変化を符号Ａ１〜Ａ８を付す複数の段階にて示している。

図６中の段階Ａ１に示すように、検出領域９３（の中心）が線状領域Ｌ１の（＋Ｙ）側の端部に到達すると、検出距離の取得に係る制御（すなわち、距離検出パルス信号の入力、および、当該信号の入力による検出距離の取得に係る処理）が開始される（ステップＳ１２）。実際には、検出領域９３が線状領域Ｌ１上を通過している間中（図６中の段階Ａ２参照）、検出領域９３が主走査方向に一定のピッチ（例えば、４ｍｍのピッチであり、以下、「設定ピッチ」という。）だけ移動する毎に検出距離が取得される。これにより、線状領域Ｌ１における基板９のうねり状態が取得される。

図６中の段階Ａ３のように、検出領域９３が線状領域Ｌ１の（−Ｙ）側の端部に到達すると、検出距離の取得に係る制御が終了される。そして、主走査方向に関して照射領域９２（の中心）が線状領域Ｌ１の（−Ｙ）側の端部と同じ位置となる図６中の段階Ａ４を経て、図６中の段階Ａ５に示すように、照射領域９２および検出領域９３が線状領域Ｌ１〜Ｌ３よりも（−Ｙ）側の所定位置に到達すると、基板９の主走査方向への移動が停止される（ステップＳ１３）。なお、照射領域９２および検出領域９３の最初の主走査では、線状領域Ｌ１に対する複数の検出距離の取得のみが行われ、光学ヘッド４１の制御（フォーカス調整を含む。）は行われない。

制御部６では、次の主走査が行われることが確認されると（ステップＳ１４）、基板９が線状領域の幅（すなわち、照射領域の幅ΔＸ）だけ（＋Ｘ）方向に移動する（ステップＳ１５）。これにより、図６中の段階Ａ６に示すように、副走査方向に関して、照射領域９２が線状領域Ｌ１と同じ位置に配置され、検出領域９３が線状領域Ｌ１の（−Ｘ）側に隣接する線状領域Ｌ２と同じ位置に配置される。そして、基板９の（−Ｙ）方向への移動を開始することにより、照射領域９２および検出領域９３がそれぞれ線状領域Ｌ１，Ｌ２に向かって主走査を開始する（ステップＳ１１）。

図６中の段階Ａ７に示すように、検出領域９３よりも（＋Ｙ）側に配置される照射領域９２が線状領域Ｌ１の（−Ｙ）側の端部に到達すると、光学ヘッド４１における光の照射制御が開始される。実際には、照射領域９２が線状領域Ｌ１の（−Ｙ）側の端部に到達する直前に、フォーカス調整に係る制御（すなわち、駆動開始パルス信号の入力、および、当該信号の入力によるフォーカス調整に係る処理）が開始されており、照射領域９２が当該端部に到達した際に、最初のフォーカス調整が完了する。光学ヘッド４１におけるフォーカス調整は、直前の主走査時に取得された複数の検出距離に基づいて、照射領域９２が主走査方向に設定ピッチだけ移動する毎に行われる。

その後、図６中の段階Ａ８に示すように、検出領域９３が線状領域Ｌ２の（−Ｙ）側の端部に到達すると、検出距離の取得に係る制御が開始され、線状領域Ｌ２に対する複数の検出距離が取得される。このようにして、検出距離の取得およびフォーカス調整を行いつつ、線状領域Ｌ１にパターンが描画される（ステップＳ１２）。なお、光学ヘッド４１における光の照射制御（空間光変調器４６の制御）は、設定ピッチよりも十分に短い距離毎に行われる。

照射領域９２が線状領域Ｌ１の（＋Ｙ）側の端部に到達すると、照射制御およびフォーカス調整に係る制御が終了され、検出領域９３が線状領域Ｌ２の（＋Ｙ）側の端部に到達すると、検出距離の取得に係る制御が終了される。照射領域９２および検出領域９３は、（＋Ｙ）方向にさらに相対移動し、線状領域Ｌ１〜Ｌ３よりも（＋Ｙ）側の所定位置に到達すると、基板９の主走査方向への移動が停止される（ステップＳ１３）。

次の主走査が行われることが確認されると（ステップＳ１４）、基板９が線状領域の幅だけ（＋Ｘ）方向に移動し（ステップＳ１５）、副走査方向に関して、照射領域９２が線状領域Ｌ２と同じ位置に配置され、検出領域９３が線状領域Ｌ２の（−Ｘ）側に隣接する線状領域Ｌ３と同じ位置に配置される。そして、基板９の（＋Ｙ）方向への移動が開始され（ステップＳ１１）、線状領域Ｌ３に対する複数の検出距離の取得、および、直前の主走査時に線状領域Ｌ２に対して取得された複数の検出距離に基づく複数回のフォーカス調整を行いつつ、線状領域Ｌ２にパターンが描画される（ステップＳ１２）。照射領域９２および検出領域９３が、線状領域Ｌ１〜Ｌ３よりも（−Ｙ）側に到達すると、基板９の主走査方向への移動が停止される（ステップＳ１３）。

以上のように、パターン描画装置１では、上記ステップＳ１５，Ｓ１１〜Ｓ１３の処理が繰り返されることにより（ステップＳ１４）、一の主走査による線状領域へのパターンの描画が完了する毎に、ステージ３１の副走査方向への移動、および、直前の主走査時とは反対の進行方向へのステージ３１の移動を順に行って当該線状領域に平行な他の線状領域へのパターンの描画が行われるとともに、各主走査時に、複数の検出距離の取得、および、直前の主走査時に取得された複数の検出距離に基づく複数回のフォーカス調整が行われる。そして、全ての線状領域へのパターンの描画が完了すると、パターン描画装置１におけるパターンの描画動作が完了する。

ここで、各主走査時に、複数の検出距離の取得および複数回のフォーカス調整を行う際の制御部６によるタイミング制御について説明する。図７は、制御部６によるタイミング制御を説明するための図である。図７中の最上段はＹ方向の位置を示し、上から２段目（Ｙ軸の下側）は、往路におけるパルス入力ＯＮ信号（以下、「往路パルス入力ＯＮ信号」ともいう。）を示し、上から３段目は往路における距離検出パルス信号を示す。図７中の上から４段目は往路における駆動開始パルス信号を示し、上から５段目は往路における駆動完了パルス信号を示している。また、図７中の上から６段目は、復路におけるパルス入力ＯＮ信号（以下、「復路パルス入力ＯＮ信号」ともいう。）を示し、上から７段目は復路における距離検出パルス信号を示す。図７中の上から８段目は復路における駆動開始パルス信号を示し、最下段は復路における駆動完了パルス信号を示している。上記の駆動完了パルス信号は、対物レンズ４７２の目標位置への移動の完了を示す信号であり、図３のＡＦ制御部６４により生成される。

検出領域９３が照射領域９２よりも先行する往路では、ステージ３１が（＋Ｙ）方向に移動して、ステージ３１の所定部分が図７中の最上段にて符号α１を付す主走査方向の位置へと到達すると、タイミング信号発生部６５（図３参照）において、図７中の上から２段目に示すように、往路パルス入力ＯＮ信号が発生する（立ち上がる）。続いて、往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置から設定ピッチＴ１（設定ピッチＴ１以外の距離であってもよい。）だけステージ３１が移動すると、図７中の上から３段目に示すように、最初の距離検出パルス信号が発生し、検出距離が取得される。このとき、ステージ３１は図７中の最上段にて符号α２を付す位置に到達し、図６の段階Ａ１に示すように、検出領域９３が線状領域の（＋Ｙ）側の端部上に位置する。その後、基板９が設定ピッチＴ１だけ移動する毎に距離検出パルス信号がＡＦ制御部６４に繰り返し入力され、検出距離が取得される。このように、タイミング信号発生部６５では、往路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして位置測定部２６の出力に基づいて一定の設定ピッチＴ１にて距離検出パルス信号が繰り返し発生される。

ここで、パターン描画装置１では、後述する事前処理において、フォーカス機構４７１への駆動開始パルス信号の入力から、当該入力に対応するフォーカス調整の完了（すなわち、対物レンズ４７２の目標位置への移動の完了）までの時間に相当するステージ３１の移動距離（すなわち、照射領域９２および検出領域９３の基板９に対する相対的な移動距離）が駆動遅延距離Ｔ２として設定されている。

タイミング信号発生部６５では、図７中の上から３段目および４段目に示すように、照射領域９２と検出領域９３との間の主走査方向の照射−検出間距離Ｔ３から駆動遅延距離Ｔ２を減じた距離だけ、各距離検出パルス信号の発生位置から進行方向前側（（＋Ｙ）側）の位置にステージ３１が移動した際に、駆動開始パルス信号が発生される。図３のＡＦ制御部６４では、駆動開始パルス信号の入力により対物レンズ４７２の目標位置が求められるとともに、対物レンズ４７２を当該目標位置へと移動するための指令値がアクチュエータ４７３に出力され、対物レンズ４７２の移動が行われる。そして、図７中の上から３段目および５段目に示すように、各距離検出パルス信号の発生位置から基板９が（＋Ｙ）側に照射−検出間距離Ｔ３だけ移動した際に（または、駆動開始パルス信号の発生位置から駆動遅延距離Ｔ２だけ移動した際に）、対物レンズ４７２の目標位置への移動（すなわち、フォーカス調整）が完了する。

既述のように、往路では、検出領域９３が照射領域９２よりも先行しており、主面９１上において照射領域９２と検出領域９３とは主走査方向に照射−検出間距離Ｔ３だけ離れているため、主走査方向のみに着目した場合に、各距離検出パルス信号の発生時における基板９上の検出領域９３の位置（すなわち、検出距離が取得される基板９上の位置であり、以下、「検出位置」という。）と、当該距離検出パルス信号に対応する駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際の基板９上の照射領域９２の位置とが一致することとなる。なお、図７中の最上段では、往路における最初の駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際のステージ３１の位置を符号α３を付す矢印にて示している。

一方で、照射領域９２が検出領域９３よりも先行する復路では、ステージ３１が（−Ｙ）方向に移動して、図７中の最上段にて符号β１を付す主走査方向の位置へと到達すると、タイミング信号発生部６５において、図７中の上から６段目（下から４段目）に示すように、復路パルス入力ＯＮ信号が発生する（立ち上がる）。続いて、復路パルス入力ＯＮ信号の発生位置から設定ピッチＴ１だけ基板９が移動すると、図７中の上から８段目（下から２段目）に示すように、最初の駆動開始パルス信号が発生し、その後、基板９が設定ピッチＴ１だけ移動する毎に駆動開始パルス信号がＡＦ制御部６４に繰り返し入力される。このように、タイミング信号発生部６５では、復路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして位置測定部２６の出力に基づいて一定の設定ピッチＴ１にて駆動開始パルス信号が繰り返し発生される。

そして、図７中の最下段に示すように、各駆動開始パルス信号の発生位置から基板９が（−Ｙ）側に駆動遅延距離Ｔ２だけ移動した際に、当該駆動開始パルス信号に対応する対物レンズ４７２の目標位置への移動が（原則として）完了する。例えば、復路における最初の駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際の照射領域９２の位置は、図６の段階Ａ７に示すように線状領域の（−Ｙ）側の端部となり、このときのステージ３１の位置を図７中の最上段にて符号β２を付す矢印にて示している。

また、タイミング信号発生部６５では、図７中の上から７段目および８段目（下から２段目および３段目）に示すように、照射−検出間距離Ｔ３に駆動遅延距離Ｔ２を加えた距離だけ、各駆動開始パルス信号の発生位置から進行方向前側（（−Ｙ）側）の位置に基板９が移動した際に、距離検出パルス信号が発生する。したがって、照射領域９２が検出領域９３よりも照射−検出間距離Ｔ３だけ先行する復路においても、主走査方向のみに着目した場合に、各駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際の基板９上の照射領域９２の位置と、当該駆動開始パルス信号に対応する距離検出パルス信号の発生時における基板９上の検出領域９３の位置（検出位置）とが一致することとなる。なお、図７中の最上段では、復路における最初の距離検出パルス信号の発生時におけるステージ３１の位置を符号β３を付す矢印にて示している。

パターン描画装置１では、主走査方向に関して、往路における複数の検出距離の基板９上の検出位置（複数の検出位置）と、復路における複数の検出距離の検出位置とが近似するように、後述する事前処理において、往路におけるパルス信号入力の能動化を示す往路パルス入力ＯＮ信号、および、復路におけるパルス信号入力の能動化を示す復路パルス入力ＯＮ信号の双方の主走査方向における発生位置が設定されている。これにより、往路および復路のそれぞれにて線状領域にパターンを描画する際に、直前の主走査にて当該線状領域に対して取得された各検出距離の検出位置にて、当該検出距離を用いたフォーカス調整を行うことが可能となる。このように、パターン描画装置１では、駆動遅延距離Ｔ２、並びに、往路および復路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置の設定のみで、各主走査において、取得済みの検出距離の検出位置にて当該検出距離を用いたフォーカス調整が可能となる。なお、設定ピッチＴ１は操作者により任意に定められるものであり、照射−検出間距離Ｔ３はパターン描画装置１の設計により予め決められるものである。

次に、パターン描画動作の事前処理として、駆動遅延距離、並びに、往路および復路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置を決定する処理について、図８を参照して説明する。図８のステップＳ２１の処理は、主としてパターン描画装置１の組立時や使用現場への設置時に行われるものであり、図８のステップＳ２２〜Ｓ２５の処理は、ステップＳ２１の処理が行われる場合の他、主走査機構２５におけるステージ３１の移動速度を変更する場合にも行われるものである。なお、図８の処理がパターン描画装置１の使用における定期的なキャリブレーション等として行われてもよい。

パターン描画動作の事前処理では、まず、駆動遅延距離が求められる（ステップＳ２１）。具体的には、パターン描画装置１において、対物レンズ４７２の変位を測定する変位計（例えば、レーザー変位計）を一時的に設け、フォーカス機構４７１に駆動開始パルス信号を入力した後、任意に決定された対物レンズ４７２の目標位置への移動が完了するまでの時間が測定される。上記測定は、対物レンズ４７２の移動前の位置と目標位置との様々な組合せ（ただし、通常、基板９のうねりは緩やかであるため、移動前の位置と目標位置との差は比較的小さくされる。）に対して行われ、測定された時間の平均値等の代表値が駆動遅延時間として求められる。そして、パターン描画動作におけるステージ３１の主走査方向への移動速度に駆動遅延時間を乗じることにより、フォーカス機構４７１への駆動開始パルス信号の入力からフォーカス調整の完了までの駆動遅延時間に相当するステージ３１の移動距離が駆動遅延距離Ｔ２として決定される。既述のように、ステップＳ２１の処理は、パターン描画装置１の組立時や使用現場への設置時に主として行われる。

駆動遅延距離が決定されると、操作者により復路パルス入力ＯＮ信号の発生位置が任意に決定される。そして、ステージ３１が復路の開始位置へと配置された後、（−Ｙ）方向への移動が開始され、ステージ３１が当該発生位置へと到達した際に、タイミング信号発生部６５にて復路パルス入力ＯＮ信号が発生する。図７中の上から６ないし９段目（下から１ないし４段目）を参照して説明したように、復路パルス入力ＯＮ信号の発生後、ステージ３１が設定ピッチＴ１（予め定められている。）だけ移動する毎に駆動開始パルス信号が発生する。また、照射−検出間距離Ｔ３に駆動遅延距離Ｔ２を加えた距離だけ、各駆動開始パルス信号の発生位置から進行方向前側（（−Ｙ）側）の位置にステージ３１が移動した際に、距離検出パルス信号が発生する。これにより、復路に関して任意のパルス入力ＯＮ信号の発生位置にて一の線状領域（以下、「特定線状領域」という。）に対する複数の検出距離が取得される（ステップＳ２２）。

続いて、復路における複数の検出距離を取得した際の複数の距離検出パルス信号の発生位置のうち最も（−Ｙ）側の発生位置から設定ピッチＴ１だけ（−Ｙ）方向に離れた位置が基準位置として決定される。そして、設定ピッチＴ１よりも小さい予め設定された距離（例えば、設定ピッチＴ１の１／３０以上１／３以下の距離）の１、２、３、・・・、Ｍ（ただし、Ｍは任意の正の整数）倍だけ、基準位置から（＋Ｙ）方向および（−Ｙ）方向のそれぞれに離れた位置、および、基準位置が往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置の複数の候補として決定される。なお、発生位置の複数の候補の間隔は、設定ピッチＴ１よりも小さい幅であるならば、必ずしも一定でなくてもよい。

制御部６では、往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置の複数の候補のうちの１つが選択される。そして、ステップＳ２２の処理にて複数の検出距離が取得された線状領域（すなわち、特定線状領域）の（＋Ｙ）側に検出領域９３が配置された後、ステージ３１の（＋Ｙ）方向への移動が開始され、ステージ３１が選択された発生位置へと到達した際に、タイミング信号発生部６５にて往路パルス入力ＯＮ信号が発生する。図７中の上から２ないし５段目を参照して説明したように、往路パルス入力ＯＮ信号の発生後、ステージ３１が設定ピッチＴ１だけ移動する毎に距離検出パルス信号が発生する。これにより、往路パルス入力ＯＮ信号の選択された発生位置に基づく複数の検出距離が取得される。パターン描画装置１では、往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置の複数の候補のそれぞれに対して上記動作が行われる。このようにして、往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置を設定ピッチＴ１よりも小さい間隔にて複数通りに変更して、往路パルス入力ＯＮ信号の各発生位置に関して、同一の特定線状領域に対する複数の検出距離が取得される（ステップＳ２３）。

制御部６では、往路パルス入力ＯＮ信号の各発生位置に関する複数の検出距離と、ステップＳ２２の処理にて取得された復路における複数の検出距離との差の絶対値の和（差の二乗和等であってもよい。）が求められる。詳細には、往路および復路のそれぞれにおける複数の検出距離の個数がＫ（Ｋは１よりも大きい正の整数）である場合に、往路における複数の検出距離うちＬ（Ｌは１以上Ｋ以下の正の整数）番目の距離検出パルス信号にて取得された検出距離と、復路における複数の検出距離のうち（（Ｋ＋１）−Ｌ）番目に取得された検出距離との差の絶対値が求められ、これらの値の和が評価値として取得される。そして、往路パルス入力ＯＮ信号の複数の発生位置（複数の候補）と、当該複数の発生位置に対する複数の評価値とを変数とする２次の近似式が求められ、評価値が最小となる発生位置が当該近似式に基づいて特定される。当該発生位置は、実際のパターン描画動作での往路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置として決定される（ステップＳ２４）。

評価値が最小となる往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置は、当該発生位置に関して特定線状領域に対して取得される複数の検出距離と、ステップＳ２２の処理にて取得された復路における複数の検出距離とが最も近似すると考えられるものであるため、当該発生位置にて往路パルス入力ＯＮ信号を発生させた際における複数の検出距離の検出位置と、ステップＳ２２の処理の際における復路パルス入力ＯＮ信号での複数の検出距離の検出位置とが近似（一致を含む。）することとなる。なお、距離検出パルス信号の発生から、ラインセンサ５４（図３参照）からの受光出力データが実際にラッチされるまでの遅れ時間の影響等、往路および復路における各種動作タイミングのずれにより、通常、ステップＳ２４にて決定される往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置は、上記基準位置からずれたものとなる。

以上のようにして、駆動遅延距離Ｔ２、並びに、往路パルス入力ＯＮ信号、および、復路パルス入力ＯＮ信号の主走査方向における発生位置（すなわち、各種タイミング信号の発生に係る特定のパラメータの値）が決定されると、これらのパラメータの値はタイミング信号発生部６５に設定され、パターン描画動作の事前処理が完了する（ステップＳ２５）。実際のパターン描画動作では、これらのパラメータの値に基づいてタイミング信号発生部６５から各種タイミング信号が出力されることにより、各主走査にて線状領域にパターンを描画する際に、直前の主走査にて当該線状領域に対して取得された各検出距離の検出位置にて、当該検出距離を用いたフォーカス調整を行うことが可能となる。なお、実際の基板９上の描画対象範囲に合わせて、往路および復路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置が同じ距離だけ主走査方向にシフトされてもよい。

ところで、仮に、駆動遅延距離Ｔ２を考慮せず、往路において各距離検出パルス信号の発生位置から照射−検出間距離Ｔ３だけ進行方向前側の位置にて駆動開始パルス信号を発生させた場合、各距離検出パルス信号に対応する駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際の照射領域９２の位置が、当該距離検出パルス信号の発生時における検出領域９３の位置から（＋Ｙ）側に駆動遅延距離Ｔ２だけずれてしまう。また、復路において各駆動開始パルス信号の発生位置から照射−検出間距離Ｔ３だけ進行方向前側の位置にて距離検出パルス信号を発生させた場合、各駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際の照射領域９２の位置が、当該駆動開始パルス信号に対応する距離検出パルス信号の発生時における検出領域９３の位置から（−Ｙ）側に駆動遅延距離Ｔ２だけずれてしまう。

これに対し、パターン描画装置１では、検出領域９３が照射領域９２よりも先行する往路において、往路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして、設定ピッチＴ１にて距離検出パルス信号を繰り返し発生し、照射−検出間距離Ｔ３から駆動遅延距離Ｔ２を減じた距離だけ各距離検出パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて駆動開始パルス信号を発生することにより、主走査方向に関して各距離検出パルス信号の発生時における検出領域９３の位置と、当該距離検出パルス信号に対応する駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際の照射領域９２の位置とを一致させることができる。また、照射領域９２が検出領域９３よりも先行する復路において、復路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして、設定ピッチＴ１にて駆動開始パルス信号を繰り返し発生し、照射−検出間距離Ｔ３に駆動遅延距離Ｔ２を加えた距離だけ各駆動開始パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて距離検出パルス信号を発生することにより、主走査方向に関して各駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際の照射領域９２の位置と、当該駆動開始パルス信号に対応する距離検出パルス信号の発生時における検出領域９３の位置とを一致させることができる。

また、パターン描画装置１では、主走査方向に関して往路における複数の検出距離の検出位置と、復路における複数の検出距離の検出位置とが近似するように、往路および復路におけるパルス入力ＯＮ信号の主走査方向の発生位置が制御部６に設定される。これにより、各主走査において、直前の主走査にて取得される複数の検出距離を用いて複数回のフォーカス調整が行われる際に、光学ヘッド４１からの光ビームの合焦位置を基板９のうねりに従って主面９１上に精度よく合わせることが実現される。その結果、パターン描画装置１では、往路および復路の双方にて高精度なパターン描画を行って、基板９上に高精細なパターンを精度よく、かつ、短時間にて描画することが可能となる。

さらに、パターン描画装置１では、図８のステップＳ２２〜Ｓ２５の処理において、復路に関して任意に決定されたパルス入力ＯＮ信号の発生位置にて特定線状領域に対する複数の検出距離が取得され、往路に関して、パルス入力ＯＮ信号の発生位置を設定ピッチＴ１よりも小さい間隔にて複数通りに変更して、往路パルス入力ＯＮ信号の各発生位置にて特定線状領域に対する複数の検出距離が取得される。そして、往路パルス入力ＯＮ信号の各発生位置での複数の検出距離と、それぞれ対応する復路の複数の検出距離との差を示す評価値を求め、当該評価値と往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置との関係を示す関数（近似式）に基づいて、実際のパターン描画動作時の往路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置が決定される。これにより、往路および復路の検出距離の検出位置が相互に近似する往路および復路のパルス入力ＯＮ信号の発生位置を容易に、かつ、精度よく決定することができる。

ここで、基板９上における感光材料の種類を変更する際には、当該感光材料に合わせた露光量（単位面積当たりに照射される光量）とするために、ステージ３１の主走査方向への移動速度を変更する場合がある。この場合に、仮に、タイミング信号発生部６５における各種タイミング信号の発生に係るパラメータの値（特に、駆動遅延距離Ｔ２）をそのまま用いると、往路および復路のそれぞれにおいて、各距離検出パルス信号の発生時における検出領域９３の位置と、当該距離検出パルス信号に対応する駆動開始パルス信号によるフォーカス調整が完了する際の照射領域９２の位置とが一致しなくなるとともに、往路における複数の検出距離の検出位置と、復路における複数の検出距離の検出位置とが大幅にずれてしまう。

これに対し、パターン描画装置１では、主走査機構２５における移動速度を変更する場合に、図８のステップＳ２１の処理にて取得される駆動遅延時間に、新たな移動速度を乗じることにより新たな駆動遅延距離が取得される。そして、往路および復路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置の決定処理として、図８のステップＳ２２〜Ｓ２５の処理が当該駆動遅延距離を用いて行われる。これにより、往路および復路のパルス入力ＯＮ信号の発生位置を容易に、かつ、適切に決定することができ、光学ヘッド４１からの光ビームの合焦位置を基板９の主面９１上に精度よく合わせることができる。なお、照射−検出間距離Ｔ３（および設定ピッチＴ１）は移動速度に依存しないため、そのままの値が用いられる。

ところで、ステージ３１の主走査方向への移動速度を変更する際に、新たな移動速度に合わせて駆動遅延距離のみを更新し、往路および復路のパルス入力ＯＮ信号の発生位置をそのまま利用する場合、移動速度の変更に伴う各種動作タイミングのずれにより、往路における複数の検出距離の検出位置と、復路における複数の検出距離の検出位置との間に僅かなずれが生じるが、このずれ量は一定の範囲内となる。したがって、往路および復路におけるパルス入力ＯＮ信号の主走査方向の発生位置をそのまま利用しても、各主走査において、直前の主走査にて取得される複数の検出距離を用いて複数回のフォーカス調整が行われる際に、光学ヘッド４１からの光ビームの合焦位置を主面９１上にある程度の精度にて合わせることが可能となる。ただし、光ビームの合焦位置を主面９１上により精度よく合わせるには、主走査機構２５におけるステージ３１の移動速度を変更する場合に、図８のステップＳ２２〜Ｓ２５の処理が行われることが好ましい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

図８のステップＳ２２〜Ｓ２５の処理では、往路に関して任意のパルス入力ＯＮ信号の発生位置にて複数の検出距離を取得し、復路に関して、パルス入力ＯＮ信号の発生位置を複数通りに変更して各発生位置における複数の検出距離を取得することにより、実際のパターン描画動作時の往路および復路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置が決定されてもよい。また、ステップＳ２３の処理にて、往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置を比較的細かい間隔にて複数通りに変更する場合には、ステップＳ２４の処理にて、往路と復路との間の複数の検出距離の差を示す評価値が最小となる往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置が、パターン描画動作における実際の往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置として決定されてもよい。さらに、評価値と往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置との関係を示す関数に基づいて、往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置を仮決定し、当該発生位置を中心として細かい間隔にて往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置を複数通りに変更して、各発生位置における複数の検出距離を取得し、往路パルス入力ＯＮ信号の複数通りの発生位置のうち評価値が最小となる発生位置が、パターン描画動作における実際の往路パルス入力ＯＮ信号の発生位置として最終決定されてもよい。

以上のように、パターン描画装置１では、往路および復路のそれぞれにおけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置の決定処理において、制御部６により、往路および復路の一方の経路に関して、任意に決定されたパルス入力ＯＮ信号の発生位置にて一の線状領域に対する複数の検出距離が取得され、往路および復路の他方の経路に関して、パルス入力ＯＮ信号の発生位置を設定ピッチＴ１よりも小さい間隔にて複数通りに変更して、各発生位置に関して当該線状領域に対する複数の検出距離が取得される。そして、パルス入力ＯＮ信号の各発生位置に関する複数の検出距離と、当該一方の経路における複数の検出距離との差に基づいて、当該他方の経路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置が決定される。これにより、往路の検出位置と復路の検出位置とが近似する往路および復路のパルス入力ＯＮ信号の発生位置を容易に、かつ、精度よく決定することができる。

上記実施の形態における往路および復路は、主走査方向における進行方向を区別するためのものであり、最初の主走査が必ずしも往路とされる必要はなく、照射領域９２が検出領域９３よりも先行する復路が最初の主走査とされて、検出距離の取得のみが行われてもよい。

上記実施の形態において、照射領域９２と検出領域９３とを副走査方向に線状領域の幅の３倍だけ離れさせ、各主走査において３回前の主走査にて取得される複数の検出距離を用いて複数回のフォーカス調整が行われてもよい。このように、パターン描画装置１では、各主走査にてパターンが描画される線状領域に対する複数の検出距離が、当該主走査とは反対の進行方向となるＮ回前の主走査（ただし、Ｎは１以上の奇数）にて距離検出部５により取得されるように、照射領域９２と検出領域９３とが副走査方向に離れていればよく、これにより、各主走査においてＮ回前の主走査にて取得される複数の検出距離を用いて複数回のフォーカス調整を行うことが可能となる。

パターン描画装置の設計によっては、例えば、基板９または光学ヘッド４１をＺ方向に微小移動するフォーカス機構により、光ビームの合焦位置が基板９の主面９１上に合わせられてもよい。また、距離検出部も、超音波等を利用して基板９の主面９１に垂直な方向に関して主面９１との間の検出距離を取得するものであってもよい。

基板９の主面にパターン描画用の光を照射する光学ヘッド４１では、回折格子型の光変調素子以外の光変調素子を有する空間光変調器（例えば、液晶シャッタ等）が設けられてもよく、また、配列された複数の光源のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することにより空間変調された光ビームが出射されてもよい。また、パターンの描画は、光ビーム以外の変調可能なエネルギービーム（例えば、電子ビームやイオンビーム等）をヘッドから基板の主面上に照射することにより行われてもよく、この場合、基板の主面上には当該エネルギービームの照射によりパターンの描画が可能となる他の感光材料が設けられる。

また、パターン描画装置において、１つの光学ヘッド４１により基板９の全体にパターンが描画されてもよい。ただし、パターンをより高速に描画するには、複数の光学ヘッド４１が設けられることが好ましい。

上記実施の形態では、主走査機構２５および副走査機構２３により、基板９を保持するステージ３１が光学ヘッド４１および距離検出部５に対して主走査方向および副走査方向に移動するが、ステージ３１の光学ヘッド４１および距離検出部５に対する移動は相対的なものであってよく、光学ヘッド４１および距離検出部５がステージ３１上の基板９の主面に平行な主走査方向および副走査方向に移動してもよい。また、基板９を保持する保持部は、基板９が載置されるステージ３１以外に、例えば、基板９の端部を把持するものであってもよい。

位置測定部２６は、主走査方向に関して光学ヘッド４１および距離検出部５に対する保持部の相対的な位置が測定可能であるならば、レーザー測長器以外の測長器が採用されてもよい。

パターン描画装置にてパターンが描画される基板は、各種表示装置のパネル用のガラス基板以外に、半導体基板やプリント配線基板、フォトマスク用基板等であってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。

１ パターン描画装置
５ 距離検出部
６ 制御部
９ 基板
２３ 副走査機構
２５ 主走査機構
２６ 位置測定部
３１ ステージ
４１ 光学ヘッド
９１ 上面
９２，９２ａ，９２ｂ 照射領域
９３，９３ａ，９３ｂ 検出領域
４７１ フォーカス機構
Ｌ１〜Ｌ３，Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａ，Ｌ２２ａ，Ｌ２３ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂ，Ｌ２２ｂ，Ｌ２３ｂ 線状領域
Ｓ１１〜Ｓ１５，Ｓ２１〜Ｓ２５ ステップ
Ｔ１ 設定ピッチ
Ｔ２ 駆動遅延距離
Ｔ３ 照射−検出間距離

Claims (8)

1. 基板にパターンを描画するパターン描画装置であって、
   基板を保持する保持部と、
   前記基板の主面に変調可能なエネルギービームを照射するヘッドと、
   前記エネルギービームの合焦位置を前記主面上に合わせるフォーカス調整を行うフォーカス機構と、
   前記主面に垂直な方向に関して前記主面との間の距離を検出距離として取得する距離検出部と、
   往路および復路のそれぞれにおいて前記主面上にて主走査方向に伸びる線状領域にパターンを描画するため、前記保持部を前記ヘッドおよび前記距離検出部に対して相対的に前記主走査方向に往復移動する主走査機構と、
   前記主走査方向に関して前記ヘッドおよび前記距離検出部に対する前記保持部の相対的な位置を測定する位置測定部と、
   前記主走査方向に垂直かつ前記主面に平行な副走査方向に前記保持部を前記ヘッドおよび前記距離検出部に対して相対的に移動する副走査機構と、
   一の主走査による線状領域へのパターンの描画が完了する毎に、前記保持部の前記副走査方向への相対移動、および、前記一の主走査時とは反対の進行方向への前記保持部の相対移動を順に行って前記線状領域に平行な他の線状領域へのパターンの描画を行うとともに、各主走査時に距離検出パルス信号および駆動開始パルス信号を前記距離検出部および前記フォーカス機構に入力して複数の検出距離の取得および複数回のフォーカス調整を行う制御部と、
   を備え、
   前記主面上において前記エネルギービームの照射領域と、前記検出距離が取得される検出領域とが前記主走査方向に所定の照射−検出間距離だけ離れており、前記各主走査にてパターンが描画される線状領域に対する前記複数の検出距離が、前記各主走査とは反対の進行方向となるＮ回前の主走査（ただし、Ｎは１以上の奇数）にて前記距離検出部により取得されるように、前記照射領域と前記検出領域とが前記副走査方向にも離れており、
   前記制御部において、前記フォーカス機構への前記駆動開始パルス信号の入力からフォーカス調整の完了までの時間に相当する前記保持部の相対移動距離が駆動遅延距離として設定されるとともに、前記主走査方向に関して前記往路における前記複数の検出距離の検出位置と、前記復路における前記複数の検出距離の検出位置とが近似するように、前記往路および前記復路におけるパルス信号入力の能動化を示す往路パルス入力ＯＮ信号、および、復路パルス入力ＯＮ信号の前記主走査方向における発生位置も設定されており、
   前記制御部が、前記検出領域が前記照射領域よりも先行する前記往路において、前記往路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして前記位置測定部の出力に基づいて一定のピッチにて前記距離検出パルス信号を繰り返し発生し、前記照射−検出間距離から前記駆動遅延距離を減じた距離だけ各距離検出パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて前記駆動開始パルス信号を発生し、前記照射領域が前記検出領域よりも先行する前記復路において、前記復路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして前記位置測定部の出力に基づいて前記一定のピッチにて前記駆動開始パルス信号を繰り返し発生し、前記照射−検出間距離に前記駆動遅延距離を加えた距離だけ各駆動開始パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて前記距離検出パルス信号を発生することにより、前記各主走査において前記Ｎ回前の主走査にて取得される前記複数の検出距離を用いて前記複数回のフォーカス調整が行われ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であって、
   前記往路および前記復路のそれぞれにおけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置の決定処理において、前記制御部が、前記往路および前記復路の一方の経路に関して、任意に決定されたパルス入力ＯＮ信号の発生位置にて一の線状領域に対する前記複数の検出距離を取得し、前記往路および前記復路の他方の経路に関して、パルス入力ＯＮ信号の発生位置を前記一定のピッチよりも小さい間隔にて複数通りに変更して、前記パルス入力ＯＮ信号の各発生位置に関して前記一の線状領域に対する前記複数の検出距離を取得し、
   前記パルス入力ＯＮ信号の前記各発生位置に関する前記複数の検出距離と、前記一方の経路における前記複数の検出距離との差に基づいて、前記他方の経路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置が決定されることを特徴とするパターン描画装置。
3. 請求項２に記載のパターン描画装置であって、
   前記主走査機構における移動速度を変更する際に、前記パルス入力ＯＮ信号の発生位置の決定処理が行われることを特徴とするパターン描画装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン描画装置であって、
   前記Ｎ回前の主走査が直前の主走査であることを特徴とするパターン描画装置。
5. パターン描画装置を用いて基板にパターンを描画するパターン描画方法であって、
   前記パターン描画装置が、
   基板を保持する保持部と、
   前記基板の主面に変調可能なエネルギービームを照射するヘッドと、
   前記エネルギービームの合焦位置を前記主面上に合わせるフォーカス調整を行うフォーカス機構と、
   前記主面に垂直な方向に関して前記主面との間の距離を検出距離として取得する距離検出部と、
   往路および復路のそれぞれにおいて前記主面上にて主走査方向に伸びる線状領域にパターンを描画するため、前記保持部を前記ヘッドおよび前記距離検出部に対して相対的に前記主走査方向に往復移動する主走査機構と、
   前記主走査方向に関して前記ヘッドおよび前記距離検出部に対する前記保持部の相対的な位置を測定する位置測定部と、
   前記主走査方向に垂直かつ前記主面に平行な副走査方向に前記保持部を前記ヘッドおよび前記距離検出部に対して相対的に移動する副走査機構と、
   一の主走査による線状領域へのパターンの描画が完了する毎に、前記保持部の前記副走査方向への相対移動、および、前記一の主走査時とは反対の進行方向への前記保持部の相対移動を順に行って前記線状領域に平行な他の線状領域へのパターンの描画を行うとともに、各主走査時に距離検出パルス信号および駆動開始パルス信号を前記距離検出部および前記フォーカス機構に入力して複数の検出距離の取得および複数回のフォーカス調整を行う制御部と、
   を備え、
   前記主面上において前記エネルギービームの照射領域と、前記検出距離が取得される検出領域とが前記主走査方向に所定の照射−検出間距離だけ離れており、前記各主走査にてパターンが描画される線状領域に対する前記複数の検出距離が、前記各主走査とは反対の進行方向となるＮ回前の主走査（ただし、Ｎは１以上の奇数）にて前記距離検出部により取得されるように、前記照射領域と前記検出領域とが前記副走査方向にも離れており、
   前記パターン描画方法が、
   ａ）前記フォーカス機構への前記駆動開始パルス信号の入力からフォーカス調整の完了までの時間に相当する前記保持部の相対移動距離を駆動遅延距離として決定する工程と、
   ｂ）前記主走査方向に関して前記往路における前記複数の検出距離の検出位置と、前記復路における前記複数の検出距離の検出位置とが近似するように、前記往路および前記復路におけるパルス信号入力の能動化を示す往路パルス入力ＯＮ信号、および、復路パルス入力ＯＮ信号の前記主走査方向における発生位置を決定する工程と、
   ｃ）前記基板上にパターンを描画する工程と、
   を備え、
   前記ｃ）工程において、前記制御部が、前記検出領域が前記照射領域よりも先行する前記往路において、前記往路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして前記位置測定部の出力に基づいて一定のピッチにて前記距離検出パルス信号を繰り返し発生し、前記照射−検出間距離から前記駆動遅延距離を減じた距離だけ各距離検出パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて前記駆動開始パルス信号を発生し、前記照射領域が前記検出領域よりも先行する前記復路において、前記復路パルス入力ＯＮ信号の発生をトリガとして前記位置測定部の出力に基づいて前記一定のピッチにて前記駆動開始パルス信号を繰り返し発生し、前記照射−検出間距離に前記駆動遅延距離を加えた距離だけ各駆動開始パルス信号の発生位置から進行方向前側の位置にて前記距離検出パルス信号を発生することにより、前記各主走査において前記Ｎ回前の主走査にて取得される前記複数の検出距離を用いて前記複数回のフォーカス調整が行われることを特徴とするパターン描画方法。
6. 請求項５に記載のパターン描画方法であって、
   前記ｂ）工程が、
   ｂ１）前記往路および前記復路の一方の経路に関して、任意に決定されたパルス入力ＯＮ信号の発生位置にて一の線状領域に対する前記複数の検出距離を取得する工程と、
   ｂ２）前記往路および前記復路の他方の経路に関して、パルス入力ＯＮ信号の発生位置を前記一定のピッチよりも小さい間隔にて複数通りに変更して、前記パルス入力ＯＮ信号の各発生位置に関して前記一の線状領域に対する前記複数の検出距離を取得する工程と、
   ｂ３）前記パルス入力ＯＮ信号の前記各発生位置に関する前記複数の検出距離と、前記一方の経路における前記複数の検出距離との差に基づいて、前記他方の経路におけるパルス入力ＯＮ信号の発生位置を決定する工程と、
   を備えることを特徴とするパターン描画方法。
7. 請求項６に記載のパターン描画方法であって、
   前記主走査機構における移動速度を変更する際に、前記ｂ１）ないしｂ３）工程が行われることを特徴とするパターン描画方法。
8. 請求項５ないし７のいずれかに記載のパターン描画方法であって、
   前記Ｎ回前の主走査が直前の主走査であることを特徴とするパターン描画方法。

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