JP7465636B2

JP7465636B2 - 描画装置

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Publication number: JP7465636B2
Application number: JP2019126797A
Authority: JP
Inventors: 大介岸脇; 憲重本
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2039-07-08
Also published as: JP2021012309A

Description

本発明は、描画装置に関する。

従来、感光材料が形成された対象物に空間変調された光を照射しつつ、当該光の照射位置を対象物上にて移動することによりパターンを描画する描画装置（直接描画装置とも呼ばれる。）が知られている。例えば、特許文献１の描画装置では、複数の微小ミラーが２次元に配列されたＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）が空間光変調器として利用される。当該描画装置では、第１の結像光学系によりＤＭＤの各微小ミラーに対応する光束が結像する。結像位置の近傍には、マイクロレンズを２次元状に配列してなるマイクロレンズアレイが配置され、各光束がマイクロレンズを個別に通過する。そして、第２の結像光学系により、マイクロレンズを通過した各光束を感光材料上に結像させるようにして、２次元パターンの像が感光材料上に形成される。このように、ＤＭＤおよびレンズアレイを用いた描画装置では、感光材料上においてＤＭＤの各微小ミラーに対応する領域のサイズを小さくして（スポット状として）、描画するパターンの高精細化を図ることが可能である。

なお、特許文献２では、光源装置から放射される光束を偏向させ、偏向光束を結像レンズ系により被走査面上に光スポットとして集光して光走査を行う装置が開示されている。当該装置では、結像レンズ系が、副走査方向にのみ正の屈折力を有するホログラムレンズを有する。結像レンズ系の像面湾曲を補正するように、当該ホログラムレンズが主走査方向に対して滑らかに曲げられることにより、像面湾曲による光スポット径変動が軽減される。

特開２００６－２０８４３２号公報特開平６－１１６６１号公報

ところで、近年、生産性向上を図るために、描画装置において対象物上における光の照射範囲を大きくすることが求められている。この場合、投影光学系において大口径のレンズが必要となるが、このようなレンズを有する投影光学系では、像面湾曲が大きくなりうる。これにより、照射範囲内において対象物上のスポット径が位置によってばらついてしまう。実際には、対象物の表面のうねり等の影響も相俟って、対象物上のスポット径が大きく変動してしまい、パターンを精度よく描画することができなくなる。特許文献１では、各結像光学系に対して、液晶素子である結像位置補正部を設けることにより、当該結像光学系により結像させる各光束の結像位置を補正する手法が開示されているが、結像位置補正部の制御が複雑であるとともに、描画装置の製造コストも高くなってしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、像面湾曲による対象物上のスポット径のばらつきを簡単な構成により抑制して、パターンを精度よく描画することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、描画装置であって、光源部と、複数の光変調素子が配列されており、前記光源部からの光が照射される空間光変調器と、前記複数の光変調素子のうちＯＮ状態の光変調素子から出射される光を光軸に沿って対象物上に導く投影光学系と、前記対象物上における前記光の照射位置を移動する移動機構と、前記移動機構による前記照射位置の移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部とを備え、前記投影光学系が、複数の要素レンズが配列されたレンズアレイと、前記光軸上において前記空間光変調器と前記レンズアレイとの間に配置され、前記複数の光変調素子がＯＮ状態である場合に、前記複数の光変調素子から出射される複数の光束を前記複数の要素レンズにそれぞれ入射させる第１光学系と、前記レンズアレイの近傍において前記複数の光束がそれぞれ集光することにより複数の集光点が形成され、前記複数の集光点の像を前記対象物上に拡大して形成する第２光学系とを備え、前記第２光学系における像面湾曲を補正するように、前記レンズアレイにおいて、前記光軸の方向に関する前記複数の要素レンズの位置がずれており、前記レンズアレイにおいて、前記複数の要素レンズが、光を透過させる板状のベース部上に設けられ、前記投影光学系が、前記ベース部を湾曲させた状態で保持するホルダをさらに備え、前記ベース部を湾曲させない状態で、前記対象物上に相当する面で取得した像面湾曲の測定結果を近似した近似曲線の湾曲量を、前記第２光学系の結像倍率を横倍率としたときの縦倍率で除した湾曲量にて、前記ベース部が湾曲している。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の描画装置であって、前記ベース部において、前記複数の要素レンズとは異なる位置に突起部が設けられ、前記ホルダが、前記複数の要素レンズと重なる開口を有し、前記開口の周囲にて前記突起部と接触する板状のホルダ本体と、前記突起部から離れた位置において前記ベース部を前記ホルダ本体に対して押さえる押さえ部とを備える。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の描画装置であって、前記ホルダが、前記複数の要素レンズと重なる開口を有する板状のホルダ本体と、前記ホルダ本体に設けられ、前記開口の周囲にて前記ベース部と接触する突起部と、前記突起部から離れた位置において前記ベース部を前記ホルダ本体に対して押さえる押さえ部とを備える。

請求項４に記載の発明は、描画装置であって、光源部と、複数の光変調素子が配列されており、前記光源部からの光が照射される空間光変調器と、前記複数の光変調素子のうちＯＮ状態の光変調素子から出射される光を光軸に沿って対象物上に導く投影光学系と、前記対象物上における前記光の照射位置を移動する移動機構と、前記移動機構による前記照射位置の移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部とを備え、前記投影光学系が、複数の要素レンズが配列されたレンズアレイと、前記光軸上において前記空間光変調器と前記レンズアレイとの間に配置され、前記複数の光変調素子がＯＮ状態である場合に、前記複数の光変調素子から出射される複数の光束を前記複数の要素レンズにそれぞれ入射させる第１光学系と、前記レンズアレイの近傍において前記複数の光束がそれぞれ集光することにより複数の集光点が形成され、前記複数の集光点の像を前記対象物上に形成する第２光学系とを備え、前記第２光学系における像面湾曲を補正するように、前記レンズアレイにおいて、前記光軸の方向に関する前記複数の要素レンズの位置がずれており、前記レンズアレイにおいて、前記複数の要素レンズが、光を透過させる板状のベース部上に設けられ、前記投影光学系が、前記ベース部を湾曲させた状態で保持するホルダをさらに備え、前記ベース部を湾曲させない状態で、前記対象物上に相当する面で取得した像面湾曲の測定結果を近似した近似曲線の湾曲量を、前記第２光学系の結像倍率を横倍率としたときの縦倍率で除した湾曲量にて、前記ベース部が湾曲しており、前記ベース部において、前記複数の要素レンズとは異なる位置に突起部が設けられ、前記ホルダが、前記複数の要素レンズと重なる開口を有し、前記開口の周囲にて前記突起部と接触する板状のホルダ本体と、前記突起部から離れた位置において前記ベース部を前記ホルダ本体に対して押さえる押さえ部とを備え、前記突起部が、前記ベース部および前記複数の要素レンズと一体的に形成される。

本発明によれば、像面湾曲による対象物上のスポット径のばらつきを簡単な構成により抑制して、パターンを精度よく描画することができる。

描画装置の構成を示す正面図である。描画ヘッドの内部構成を示す図である。レンズアレイおよびホルダを示す図である。レンズアレイおよびホルダを示す図である。比較例の描画ヘッドにおいて像面湾曲を測定した結果を示す図である。レンズアレイおよびホルダの他の例を示す図である。レンズアレイおよびホルダの他の例を示す図である。レンズアレイおよびホルダのさらに他の例を示す図である。レンズアレイおよびホルダのさらに他の例を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る描画装置１の構成を示す正面図である。描画装置１は、空間変調された光を対象物上の感光材料に照射しつつ、対象物上における当該光の照射位置を移動（走査）することによりパターンの描画を行う直接描画装置（いわゆる、直描装置）である。図１に示す例では、対象物は、プリント配線基板９（以下、単に「基板９」という。）である。基板９では、感光材料により形成されたレジスト膜が銅層上に設けられる。描画装置１では、基板９のレジスト膜に回路パターンが描画される。

描画装置１は、ステージ２１と、移動機構２２と、描画部３と、制御部１０とを備える。制御部１０は、例えばＣＰＵ等を有するコンピュータであり、描画装置１の全体制御を担う。ステージ２１は、基板９を下側から保持する保持部である。移動機構２２は、基板９をステージ２１と共に描画部３に対して相対的に移動する。移動機構２２は、第１移動機構２３と、第２移動機構２４とを備える。第１移動機構２３および第２移動機構２４のそれぞれは、例えば、ボールねじが接続されたモータ、または、リニアモータを有する。第１移動機構２３は、図１の紙面に垂直な方向（以下、「主走査方向」という。）にステージ２１を移動する。第２移動機構２４は、ステージ２１を主走査方向に垂直な図１中の横方向（以下、「副走査方向」という。）に移動する。なお、描画装置１では、ステージ２１を上下方向に平行な軸を中心として回転する機構が設けられてもよい。

描画部３は、副走査方向に配列される複数（例えば、５個）の描画ヘッド３１を備える。複数の描画ヘッド３１は、互いに同様の構造を有する。各描画ヘッド３１は、空間変調された光を基板９の上面９１（上方を向く主面９１）に照射する。描画装置１では、描画ヘッド３１の数は適宜変更されてよい。描画ヘッド３１の内部構成については、後述する。

描画装置１におけるパターンの描画では、第１移動機構２３により基板９が主走査方向に移動する。これにより、各描画ヘッド３１からの光の照射位置が基板９上にて主走査方向に（相対的に）移動する。また、基板９上における照射位置の移動に同期して、制御部１０により描画ヘッド３１の後述する空間光変調器３４（図２参照）が制御される。その結果、主走査方向に延びる基板９の上面９１上の帯領域に対して、各描画ヘッド３１によるパターンの描画が行われる。続いて、第２移動機構２４により基板９が副走査方向に所定の距離だけ移動する。その後、基板９が主走査方向に移動しつつ、描画ヘッド３１の空間光変調器３４が制御される。このように、基板９の主走査方向への移動、および、副走査方向への移動が繰り返されることにより、基板９の全体に対してパターンの描画が行われる。

図２は、１つの描画ヘッド３１の内部構成を示す図である。図２では、描画ヘッド３１の構成を簡略化して示しており、実際には、さらに多くの光学素子（主としてレンズ）が配置される。描画ヘッド３１は、光源部３２と、照明光学系３３と、空間光変調器３４と、投影光学系４とを備える。光源部３２は、例えば、複数のレーザダイオード（ＬＤ）と、インテグレータとを備える。複数のレーザダイオードからの光は、インテグレータにより均一化されて出射される。光源部３２から出射される光は、例えば紫外光である。もちろん、当該光は、紫外光以外であってもよい。照明光学系３３は、例えば、複数のレンズ３３１，３３２と、複数のミラー３３３，３３４とを備える。照明光学系３３により、光源部３２から出射された光が空間光変調器３４へと導かれる。

空間光変調器３４は、２次元に配列された複数の光変調素子３４１を備える。複数の光変調素子３４１には、光源部３２からの光が照射される。本実施の形態における空間光変調器３４は、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）である。ＤＭＤは、シリコン基板上に設けられた微小ミラー群を備える。微小ミラー群では、それぞれが光変調素子３４１である複数の微小ミラーが、互いに直交する２方向に一定のピッチで配列される。ＤＭＤでは、各微小ミラーに対応するメモリセルに書き込まれた値に従って、当該微小ミラーが静電作用によりシリコン基板の表面に対して所定の角度だけ傾く。例えば、メモリセルに一の値が書き込まれた微小ミラーは、当該微小ミラーに照射される光を投影光学系４に向けて反射する姿勢（以下、「ＯＮ状態」という。）となる。メモリセルに他の値が書き込まれた微小ミラーは、当該微小ミラーに照射される光を投影光学系４とは異なる方向に向けて反射する姿勢（以下、「ＯＦＦ状態」という。）となる。

以上のように、空間光変調器３４では、ＯＮ状態の光変調素子３４１から出射される光束の集合（すなわち、空間変調された光）が、投影光学系４へと導かれる。描画装置１では、ＤＭＤ以外の種類の空間光変調器３４が用いられてもよい。また、光変調素子３４１におけるＯＮ状態は、後述するように、当該光変調素子３４１に照射された光が投影光学系４を介して基板９上に導かれる状態であることを意味し、当該光変調素子３４１における通電状態を意味するものではない。

投影光学系４は、複数の光変調素子３４１のうちＯＮ状態の光変調素子３４１から出射される光を光軸Ｊ１に沿って基板９上に導く。投影光学系４は、第１光学系４１と、レンズアレイ５と、第２光学系４２とを備える。第１光学系４１、レンズアレイ５および第２光学系４２は、空間光変調器３４から基板９に向かって、この順序で光軸Ｊ１上に配置される。すなわち、投影光学系４の光軸Ｊ１上において、第１光学系４１は、空間光変調器３４とレンズアレイ５との間に配置され、第２光学系４２は、レンズアレイ５と基板９との間に配置される。

第１光学系４１は、複数のレンズ４１１，４１２を有する。複数のレンズ４１１，４１２は、例えば、両側テレセントリック光学系を構成する。第１光学系４１は、仮にレンズアレイ５を取り除いた場合に、ＯＮ状態の光変調素子３４１の像を、当該レンズアレイ５が配置されていた位置近傍に形成する。すなわち、空間光変調器３４における全ての光変調素子３４１（パターンの描画に利用される光変調素子３４１の全てであり、パターンの描画に利用されない光変調素子３４１は含まない。以下同様である。）がＯＮ状態である場合に、当該全ての光変調素子３４１の像をレンズアレイ５の位置近傍に形成可能であるように、第１光学系４１が構成される。

レンズアレイ５は、複数の要素レンズ（マイクロレンズ）５１を備える。レンズアレイ５は、後述のホルダ６（図３参照）により支持される。複数の要素レンズ５１は、空間光変調器３４の複数の光変調素子３４１と同様に、光軸Ｊ１に垂直かつ、互いに直交する２方向に一定のピッチで配列される。空間光変調器３４の全ての光変調素子３４１がＯＮ状態である場合に、当該全ての光変調素子３４１から出射される複数の光束は、第１光学系４１により複数の要素レンズ５１にそれぞれ入射する。各要素レンズ５１を通過した光束は、当該要素レンズ５１の作用により、その出射面（第２光学系４２側のレンズ面）近傍において集光し、集光点Ｐ１が形成される。このように、レンズアレイ５の第２光学系４２側近傍には、ＯＮ状態の光変調素子３４１にそれぞれ対応する複数の集光点Ｐ１が形成される。

第２光学系４２は、ミラー４２１と、複数のレンズ４２２，４２３とを備える。複数のレンズ４２２，４２３は、例えば、両側テレセントリック光学系を構成する。第２光学系４２は、複数の集光点Ｐ１の像を基板９の上面９１に拡大して形成する。以下の説明では、第２光学系４２により上面９１に形成される集光点Ｐ１の像を「スポット像」という。空間光変調器３４の全ての光変調素子３４１がＯＮ状態である場合には、互いに直交する２方向に配列された複数のスポット像が上面９１に形成される。複数のスポット像の配列方向は、移動機構２２における主走査方向および副走査方向に対して傾斜してもよい。図２の例では、第２光学系４２において最も基板９に近接するレンズ４２３が、投影光学系４に含まれるレンズのうち最大の口径を有するものである。レンズ４２３の口径は、例えば、１００～２００ｍｍである。

図３は、光軸Ｊ１に垂直な方向から見たレンズアレイ５およびホルダ６を示す図であり、図４は、光軸Ｊ１に沿って見たレンズアレイ５およびホルダ６を示す図である。図３および図４では、互いに直交する３つの方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向として示している。Ｚ方向は、投影光学系４の光軸Ｊ１に平行であり、（－Ｚ）側が第１光学系４１側であり、（＋Ｚ）側が第２光学系４２側である。すなわち、（＋Ｚ）方向は、光の進行方向である。

レンズアレイ５は、ベース部５２と、既述の複数の要素レンズ５１とを備える。ベース部５２は、Ｘ方向およびＹ方向に広がる矩形の板状である。図４の例では、ベース部５２のＸ方向の長さは、Ｙ方向の長さよりも大きい。ベース部５２は、複数の要素レンズ５１と同様に、光を透過させる材料（例えば、石英ガラス）により形成される。複数の要素レンズ５１は、互いに同じ形状であり、ベース部５２の中央部においてＸ方向およびＹ方向に一定のピッチで配列される。各要素レンズ５１は、例えばベース部５２から（＋Ｚ）側に突出する凸レンズである。

ベース部５２において、複数の要素レンズ５１の（＋Ｘ）側および（－Ｘ）側のそれぞれに位置する部位、すなわち、Ｘ方向におけるベース部５２の各端部では、複数の突起部５３がＹ方向に配列される。各突起部５３は、要素レンズ５１と同様に、ベース部５２から（＋Ｚ）側に突出する。好ましいレンズアレイ５では、複数の突起部５３は、ベース部５２および複数の要素レンズ５１と同じ材料により一体的に形成される。突起部５３は、レンズとしての機能を有さない。個別に形成された突起部５３が、ベース部５２に固定されてもよい。

既述のように、空間光変調器３４の全ての光変調素子３４１がＯＮ状態である場合に、レンズアレイ５の（＋Ｚ）側近傍では、複数の要素レンズ５１により複数の集光点Ｐ１が形成される（図２参照）。図４の例では、Ｘ方向に並ぶ要素レンズ５１の個数が、Ｙ方向に並ぶ要素レンズ５１の個数よりも多く、複数の集光点Ｐ１の配列においても、Ｘ方向に並ぶ集光点Ｐ１の個数が、Ｙ方向に並ぶ集光点Ｐ１の個数よりも多くなる。同様に、基板９上に形成される複数のスポット像の配列においても、Ｘ方向に対応する方向に並ぶスポット像の個数が、Ｙ方向に対応する方向に並ぶスポット像の個数よりも多くなる。以下の説明では、基板９上において当該複数のスポット像を含む最小の矩形領域を「照射範囲」といい、Ｘ方向に対応する方向を「照射範囲の長手方向」という。

投影光学系４は、レンズアレイ５を支持するホルダ６をさらに備える。ホルダ６は、ホルダ本体６１と、押さえ部６２とを備える。ホルダ本体６１は、Ｘ方向およびＹ方向に広がる矩形の板状であり、例えば金属により形成される。図４の例では、ホルダ本体６１のＸ方向の長さは、Ｙ方向の長さよりも大きい。ホルダ本体６１の中央部には、Ｘ方向およびＹ方向に広がる矩形の開口６１１が形成される。レンズアレイ５は、ホルダ本体６１の（－Ｚ）側の面に接触するように、ホルダ本体６１に重ねられる。光軸Ｊ１に沿って見た場合に、レンズアレイ５の複数の要素レンズ５１は開口６１１と重なる。

押さえ部６２は、レンズアレイ５をホルダ本体６１に対して押さえる。詳細には、押さえ部６２は、ねじ６２１、スペーサ６２２および押さえ板６２３の複数の組合せを備える。スペーサ６２２は、筒状であり、レンズアレイ５のベース部５２とほぼ同じ厚さを有する。押さえ板６２３は、矩形の薄板であり、ねじ６２１の軸部が挿入される貫通孔が設けられる。Ｘ方向におけるホルダ本体６１の中央において、開口６１１の（＋Ｙ）側および（－Ｙ）側の近傍には、ねじ孔が設けられる。ねじ６２１の軸部は、押さえ板６２３の貫通孔、および、筒状のスペーサ６２２に挿入され、当該ねじ孔に締結される。これにより、ベース部５２のＸ方向に沿う縁部においてＸ方向の中央近傍の部位が押さえ板６２３とホルダ本体６１との間で挟持される。すなわち、レンズアレイ５が押さえ部６２によりホルダ本体６１に対して押さえられ、ホルダ６に固定される。

このとき、ベース部５２の両端部に設けられた複数の突起部５３が、開口６１１の（＋Ｘ）側および（－Ｘ）側の近傍において、ホルダ本体６１の（－Ｚ）側の面に接触する。換言すると、ベース部５２の当該両端部は、ホルダ本体６１の（－Ｚ）側の面から突起部５３の高さだけ離間する。一方、Ｘ方向におけるベース部５２の中央近傍では、既述のように、Ｘ方向に沿う縁部がホルダ本体６１の（－Ｚ）側の面に接触する。これにより、図３に示すようにＹ方向に沿って見た場合に、ベース部５２が（＋Ｚ）側（すなわち、光の進行方向）に向かって突出するように、緩やかに湾曲する（撓む）。ベース部５２が湾曲したレンズアレイ５では、Ｘ方向における中央から両端に向かうに従って、要素レンズ５１が（－Ｚ）側に配置される。このように、ホルダ６に固定されたレンズアレイ５では、光軸Ｊ１の方向に関する複数の要素レンズ５１の位置がずれている。

ここで、投影光学系４において、レンズアレイのベース部を湾曲させていない比較例の描画ヘッドについて述べる。比較例の描画ヘッドでは、図３中に二点鎖線で示すように、複数の突起部５３を省略したレンズアレイ８が用いられ、レンズアレイ８のベース部８１は湾曲しない。比較例の描画ヘッドの他の構成は、描画ヘッド３１と同様である。既述のように、投影光学系４の第２光学系４２では、大口径のレンズ４２３が用いられるため、比較例の描画ヘッドでは、像面湾曲が大きくなりやすい。

図５は、比較例の描画ヘッドにおいて像面湾曲を測定した結果を示す図である。像面湾曲の測定では、描画装置１において、ステージ２１上の基板９の上面９１に相当する面（光軸Ｊ１に垂直な面）を撮像可能な撮像部を設けた。当該撮像部を光軸Ｊ１に沿う方向の複数の位置に配置しつつ、各位置において当該撮像部による撮像を行った。そして、最小のスポット径が撮像された位置をフォーカス位置とした。上記フォーカス位置の測定は、光軸Ｊ１に垂直、かつ、図４中のＸ方向に対応する方向（すなわち、照射範囲の長手方向）の複数の位置で行った。

図５では、照射範囲の長手方向の中央（図５中で０の位置）におけるフォーカス位置を０とし、光軸Ｊ１に沿う方向におけるレンズ４２３側を正とし、レンズ４２３とは反対側を負としている。比較例の描画ヘッドにおける像面湾曲の測定結果では、図５中に実線Ｌ０で示すように、照射範囲の長手方向に関して中央から少し離れた位置のフォーカス位置は、正となっており、中央のフォーカス位置よりもレンズ４２３に僅かに近づく。また、中央からさらに離れた位置のフォーカス位置は、負となっており、中央のフォーカス位置よりもレンズ４２３から離れる（すなわち、光の進行方向に離れる）。図５の線Ｌ０は、幾何光学計算により得られる像面湾曲とほぼ同じである。

ここで、比較例の描画ヘッドにおける像面湾曲の測定結果を示す線Ｌ０を、図５中に破線Ｌ１で示すように、レンズ４２３側に向かって突出する（光の進行方向に対しては凹状となる）曲線で近似する。曲線（近似曲線）Ｌ１は、例えば円弧であり、照射範囲の長手方向の中央の線に対して線対称である。照射範囲の長手方向の各位置において、像面湾曲の測定結果を示す線Ｌ０と曲線Ｌ１との差を求めた場合に、線Ｌ０のフォーカス位置が曲線Ｌ１よりも大きい位置での当該差の最大値ｄ１と、線Ｌ０のフォーカス位置が曲線Ｌ１よりも小さい位置での当該差の最大値ｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）は、曲線Ｌ０の最大値と最小値との差ｄ３よりも小さいことが好ましい。以下の説明では、曲線Ｌ１の最大値と最小値との差（レンジであり、図５中で矢印Ｃ１で示す差）を「湾曲量」という。図３のベース部５２の湾曲形状についても同様である。

描画ヘッド３１における図３のレンズアレイ５では、既述のように光の進行方向（（＋Ｚ）方向）に対して凸状の湾曲が与えられている。したがって、要素レンズ５１の位置がＸ方向における中央から離れるに従って、要素レンズ５１により形成される集光点Ｐ１が（－Ｚ）側に配置される。すなわち、要素レンズ５１の位置がＸ方向における中央から離れるに従って、要素レンズ５１に対応する集光点Ｐ１の基板９近傍における結像位置が、比較例の描画ヘッドに比べて光の進行方向の後側に位置する。また、ベース部５２の湾曲量は、曲線Ｌ１に応じて決定されている。例えば、第２光学系４２における結像倍率（横倍率）が２倍である場合、縦倍率は４倍となるため、ベース部５２の湾曲量が曲線Ｌ１の湾曲量の１／４倍とされる。このようなベース部５２の湾曲は、光軸Ｊ１の方向における突起部５３の高さを、当該湾曲量と同じにすることにより可能となる。

以上のように、第２光学系４２における縦倍率を考慮して、曲線Ｌ１の湾曲量に応じた湾曲量にて、光の進行方向に対して曲線Ｌ１とは逆向きに突出する湾曲が、ベース部５２に対して与えられる。これにより、ベース部５２を湾曲させない場合に曲線Ｌ１で示す像面湾曲が発生する投影光学系４では、複数の集光点Ｐ１の結像面を基板９の上面９１にほぼ平行とすることが可能である。ベース部５２を湾曲させない場合に実際に発生する像面湾曲は、図５中の線Ｌ０で示すように曲線Ｌ１とは相違するが、曲線Ｌ１に応じてベース部５２を湾曲させた投影光学系４では、実際の像面湾曲におけるフォーカス位置の最大値と最小値との差を、ベース部５２を湾曲させない比較例における像面湾曲の当該差よりも小さくすることが可能となる。好ましい投影光学系４では、実際の像面湾曲におけるフォーカス位置の最大値と最小値との差が、焦点深度以内となる。なお、ベース部５２を湾曲させることにより、各要素レンズ５１の光軸が、投影光学系４の光軸Ｊ１に対して僅かに傾くが、実際の湾曲量は僅かであるため、基板９の上面９１に形成される像の品質にはほとんど影響はない。

以上に説明したように、描画装置１の投影光学系４では、複数の光変調素子３４１がＯＮ状態である場合に、当該複数の光変調素子３４１から出射される複数の光束が、第１光学系４１によりレンズアレイ５の複数の要素レンズ５１にそれぞれ入射する。レンズアレイ５の近傍において当該複数の光束がそれぞれ集光することにより複数の集光点Ｐ１が形成され、第２光学系４２により当該複数の集光点Ｐ１の像が基板９上に形成される。レンズアレイ５では、第２光学系４２における像面湾曲を補正するように、光軸Ｊ１の方向に関する複数の要素レンズ５１の位置がずれている。

このように、描画装置１では、各光束の結像位置を補正するための液晶素子等を設けることなく、簡単な構成により第２光学系４２における像面湾曲を補正することができる。その結果、描画装置１の製造コストを増大させることなく、基板９上のスポット径のばらつきを抑制することができ、パターンを精度よく描画することができる。光軸Ｊ１の方向に関する複数の要素レンズ５１の位置をずらす上記手法は、光軸Ｊ１の方向における複数の集光点Ｐ１の位置を実質的にずらすものであるため、投影光学系４における他の種類の収差等に大きな影響が生じることを抑制して、基板９の上面９１に形成される像の一定の品質を確保することが可能である。

また、レンズアレイ５において、複数の要素レンズ５１が、光を透過させる板状のベース部５２上に設けられ、ベース部５２を湾曲させた状態でレンズアレイ５がホルダ６により保持される。これにより、光軸Ｊ１の方向に関して複数の要素レンズ５１の位置がずれたレンズアレイ５を容易に実現することができる。なお、レンズアレイ５のベース部５２を適切に湾曲させるという観点では、ベース部５２の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下であり、好ましくは、３ｍｍ以下である。

ベース部５２では、複数の要素レンズ５１とは異なる位置に突起部５３が設けられる。ホルダ６のホルダ本体６１では、複数の要素レンズ５１と重なる開口６１１が設けられ、開口６１１の周囲にて突起部５３がホルダ本体６１と接触する。また、突起部５３から離れた位置において、押さえ部６２によりベース部５２がホルダ本体６１に対して押さえられる。これにより、湾曲させた状態のレンズアレイ５を容易に実現することができる。突起部５３が、ベース部５２および複数の要素レンズ５１と一体的に形成されることにより、レンズアレイ５を容易に作製することができる。

図６および図７は、レンズアレイ５およびホルダ６の他の例を示す図である。図６は、図３に対応し、図７は、（＋Ｚ）側から（－Ｚ）方向を向いて見たレンズアレイ５およびホルダ６を示す。図６および図７の例では、レンズアレイ５において突起部５３が省略される。また、レンズアレイ５は、ホルダ本体６１の（＋Ｚ）側の面に接触するように、ホルダ本体６１に重ねられる。

ホルダ６は、ホルダ本体６１および押さえ部６２に加えて、２つの突起部６３を有する。２つの突起部６３は、Ｘ方向におけるホルダ本体６１の中央において、開口６１１の（＋Ｙ）側および（－Ｙ）側の近傍に設けられる。２つの突起部６３は、（＋Ｚ）側、すなわち、レンズアレイ５側に突出する。押さえ部６２は、２つのねじ６２１、２つのスペーサ６２２、および、１つの押さえ板６２３の２つの組合せを備える。ホルダ本体６１において、開口６１１に対して（＋Ｘ）側および（－Ｘ）側のそれぞれには、２つのねじ孔が設けられる。各ねじ６２１の軸部を押さえ板６２３の貫通孔およびスペーサ６２２に挿入し、ねじ孔に締結することにより、ベース部５２におけるＸ方向の両端部が、押さえ板６２３とホルダ本体６１との間で挟持される。すなわち、押さえ部６２によりレンズアレイ５がホルダ本体６１に対して押さえられ、ホルダ６に固定される。

このとき、Ｘ方向におけるホルダ本体６１の中央に設けられた２つの突起部６３が、開口６１１の（＋Ｙ）側および（－Ｙ）側の近傍において、ベース部５２の（－Ｚ）側の面に接触する。換言すると、Ｘ方向におけるベース部５２の中央は、ホルダ本体６１の（＋Ｚ）側の面から突起部６３の高さだけ離間する。一方、Ｘ方向におけるベース部５２の両端部では、Ｙ方向に沿う縁部がホルダ本体６１の（＋Ｚ）側の面に接触する。これにより、図６に示すようにＹ方向に沿って見た場合に、ベース部５２が（＋Ｚ）側（すなわち、光の進行方向）に向かって突出するように、緩やかに湾曲する。ベース部５２が湾曲したレンズアレイ５では、Ｘ方向における中央から両端に向かうに従って、要素レンズ５１が（－Ｚ）側に配置される。

図６および図７のレンズアレイ５およびホルダ６を有する描画装置１においても、第２光学系４２における像面湾曲を補正するように、レンズアレイ５において、光軸Ｊ１の方向に関する複数の要素レンズ５１の位置がずれている。これにより、像面湾曲による基板９上のスポット径のばらつきを簡単な構成により抑制して、パターンを精度よく描画することが可能となる。

ホルダ６のホルダ本体６１では、複数の要素レンズ５１と重なる開口６１１が形成される。また、開口６１１の周囲にてベース部５２と接触する突起部６３が設けられ、突起部６３から離れた位置において押さえ部６２によりベース部５２がホルダ本体６１に対して押さえられる。これにより、湾曲させた状態のレンズアレイ５を容易に実現することができる。

上記描画装置１では様々な変形が可能である。

上記実施の形態では、ベース部５２を光の進行方向（（＋Ｚ）方向）に対して凸状に湾曲させる場合について説明したが、ベース部５２を湾曲させない場合における像面湾曲が、光の進行方向に対して凸状となる曲線で近似される場合には、図８および図９に示すように、光の進行方向に対して凹状の湾曲が、ベース部５２に与えられる。図８の例では、レンズアレイ５がホルダ本体６１の（－Ｚ）側に配置され、ベース部５２のＸ方向に沿う両縁部において、Ｘ方向の中央に形成された２つの突起部５３がホルダ本体６１に接触する。また、Ｘ方向におけるベース部５２の両端部が、押さえ部６２によりホルダ本体６１に対して押さえられる。図９の例では、レンズアレイ５がホルダ本体６１の（＋Ｚ）側に配置され、ホルダ本体６１において開口６１１の（＋Ｘ）側および（－Ｘ）側の近傍にそれぞれ形成された２つの突起部６３がベース部５２に接触する。また、ベース部５２のＸ方向に沿う両縁部において、Ｘ方向の中央の部位が、押さえ部６２によりホルダ本体６１に対して押さえられる。

また、ホルダ本体６１の表面が曲面とされ、当該表面に沿うようにベース部５２を湾曲させた状態で、レンズアレイ５がホルダ６に保持されてもよい。以上のように、ベース部５２を湾曲させた状態（すなわち、撓ませた状態）で保持するホルダ６は、様々な態様で実現することが可能である。

レンズアレイ５の製造手法によっては、ベース部５２が予め湾曲した状態のレンズアレイ５が用いられてもよい。また、ベース部５２を湾曲させることなく、光軸Ｊ１の方向に関する複数の要素レンズ５１の位置をずらしたレンズアレイ５が製造され、描画装置１において用いられてもよい。

例えば、比較例の描画ヘッドにおける像面湾曲の測定結果に応じた形状、すなわち、図５中の線Ｌ０を上下に反転した形状となるように、ベース部５２を複雑に湾曲させてもよい。また、像面湾曲を測定することなく、幾何光学計算により得られる像面湾曲に基づいてベース部５２を湾曲させてもよい。

上記実施の形態では、照射範囲の長手方向における像面湾曲が補正されるが、Ｘ方向に沿っても見た場合におけるベース部５２を湾曲させることにより、照射範囲の他の方向（長手方向に垂直な方向）における像面湾曲が補正されてもよい。また、照射範囲の２方向の双方における像面湾曲が補正されてもよい。

レンズアレイ５においてＸ方向に並ぶ要素レンズ５１の個数と、Ｙ方向に並ぶ要素レンズ５１の個数とがほぼ同じとされ、略正方形の照射範囲が形成されてもよい。

投影光学系４の設計によっては、各光変調素子３４１からの光束が集光する集光点Ｐ１が、要素レンズ５１の出射面よりも第１光学系４１側（例えば、要素レンズ５１の内部）に形成されてもよい。この場合も、レンズアレイ５において、光軸Ｊ１の方向に関する複数の要素レンズ５１の位置をずらすことにより、第２光学系４２における像面湾曲を補正することが可能である。このように、投影光学系４では、集光点Ｐ１がレンズアレイ５の近傍（レンズアレイ５の内部を含む。）に形成されていればよい。

空間光変調器３４は、ＤＭＤ以外であってもよい。例えば、ＧＬＶ（グレーチング・ライト・バルブ）（登録商標）等、複数の光変調素子３４１が１次元に配列された空間光変調器が用いられてもよい。この場合、レンズアレイ５における複数の要素レンズ５１も１次元に配列される。また、空間光変調器３４は、反射型の光変調器には限定されず、例えば、液晶素子を用いた透過型の光変調器であってもよい。

描画装置１では、描画部３を移動することにより、基板９上における光の照射位置が移動してもよい。

パターンが描画される基板９は、プリント配線基板以外に、半導体基板やガラス基板等であってもよい。また、描画装置１では、基板９以外の対象物にパターンが描画されてもよい。

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されてよい。

１描画装置
４投影光学系
５レンズアレイ
６ホルダ
９基板
１０制御部
２２移動機構
３２光源部
３４空間光変調器
４１第１光学系
４２第２光学系
５１要素レンズ
５２ベース部
５３（レンズアレイの）突起部
６１ホルダ本体
６２押さえ部
６３（ホルダの）突起部
３４１光変調素子
６１１開口
Ｊ１光軸
Ｐ１集光点

Claims

描画装置であって、
光源部と、
複数の光変調素子が配列されており、前記光源部からの光が照射される空間光変調器と、
前記複数の光変調素子のうちＯＮ状態の光変調素子から出射される光を光軸に沿って対象物上に導く投影光学系と、
前記対象物上における前記光の照射位置を移動する移動機構と、
前記移動機構による前記照射位置の移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備え、
前記投影光学系が、
複数の要素レンズが配列されたレンズアレイと、
前記光軸上において前記空間光変調器と前記レンズアレイとの間に配置され、前記複数の光変調素子がＯＮ状態である場合に、前記複数の光変調素子から出射される複数の光束を前記複数の要素レンズにそれぞれ入射させる第１光学系と、
前記レンズアレイの近傍において前記複数の光束がそれぞれ集光することにより複数の集光点が形成され、前記複数の集光点の像を前記対象物上に拡大して形成する第２光学系と、
を備え、
前記第２光学系における像面湾曲を補正するように、前記レンズアレイにおいて、前記光軸の方向に関する前記複数の要素レンズの位置がずれており、
前記レンズアレイにおいて、前記複数の要素レンズが、光を透過させる板状のベース部上に設けられ、
前記投影光学系が、前記ベース部を湾曲させた状態で保持するホルダをさらに備え、
前記ベース部を湾曲させない状態で、前記対象物上に相当する面で取得した像面湾曲の測定結果を近似した近似曲線の湾曲量を、前記第２光学系の結像倍率を横倍率としたときの縦倍率で除した湾曲量にて、前記ベース部が湾曲していることを特徴とする描画装置。
請求項１に記載の描画装置であって、
前記ベース部において、前記複数の要素レンズとは異なる位置に突起部が設けられ、
前記ホルダが、
前記複数の要素レンズと重なる開口を有し、前記開口の周囲にて前記突起部と接触する板状のホルダ本体と、
前記突起部から離れた位置において前記ベース部を前記ホルダ本体に対して押さえる押さえ部と、
を備えることを特徴とする描画装置。
請求項１に記載の描画装置であって、
前記ホルダが、
前記複数の要素レンズと重なる開口を有する板状のホルダ本体と、
前記ホルダ本体に設けられ、前記開口の周囲にて前記ベース部と接触する突起部と、
前記突起部から離れた位置において前記ベース部を前記ホルダ本体に対して押さえる押さえ部と、
を備えることを特徴とする描画装置。
描画装置であって、
光源部と、
複数の光変調素子が配列されており、前記光源部からの光が照射される空間光変調器と、
前記複数の光変調素子のうちＯＮ状態の光変調素子から出射される光を光軸に沿って対象物上に導く投影光学系と、
前記対象物上における前記光の照射位置を移動する移動機構と、
前記移動機構による前記照射位置の移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備え、
前記投影光学系が、
複数の要素レンズが配列されたレンズアレイと、
前記光軸上において前記空間光変調器と前記レンズアレイとの間に配置され、前記複数の光変調素子がＯＮ状態である場合に、前記複数の光変調素子から出射される複数の光束を前記複数の要素レンズにそれぞれ入射させる第１光学系と、
前記レンズアレイの近傍において前記複数の光束がそれぞれ集光することにより複数の集光点が形成され、前記複数の集光点の像を前記対象物上に形成する第２光学系と、
を備え、
前記第２光学系における像面湾曲を補正するように、前記レンズアレイにおいて、前記光軸の方向に関する前記複数の要素レンズの位置がずれており、
前記レンズアレイにおいて、前記複数の要素レンズが、光を透過させる板状のベース部上に設けられ、
前記投影光学系が、前記ベース部を湾曲させた状態で保持するホルダをさらに備え、
前記ベース部を湾曲させない状態で、前記対象物上に相当する面で取得した像面湾曲の測定結果を近似した近似曲線の湾曲量を、前記第２光学系の結像倍率を横倍率としたときの縦倍率で除した湾曲量にて、前記ベース部が湾曲しており、
前記ベース部において、前記複数の要素レンズとは異なる位置に突起部が設けられ、
前記ホルダが、
前記複数の要素レンズと重なる開口を有し、前記開口の周囲にて前記突起部と接触する板状のホルダ本体と、
前記突起部から離れた位置において前記ベース部を前記ホルダ本体に対して押さえる押さえ部と、
を備え、
前記突起部が、前記ベース部および前記複数の要素レンズと一体的に形成されることを特徴とする描画装置。