特開 2024-41379 描画装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024041379

(43)【公開日】2024-03-27

(54)【発明の名称】描画装置

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20240319BHJP

   G02B 7/00 20210101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

G02B7/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022146160

(22)【出願日】2022-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】石田 一将

(72)【発明者】

【氏名】岸脇 大介

(72)【発明者】

【氏名】茂野 幸英

(72)【発明者】

【氏名】城田 浩行

【テーマコード（参考）】

2H043

2H197

【Ｆターム（参考）】

2H043AA06

2H043AD06

2H043AD11

2H043AD13

2H043AD21

2H197AA09

2H197AA29

2H197BA09

2H197BA16

2H197CA03

2H197CB18

2H197CC05

2H197CC16

2H197CD02

2H197CD12

2H197CD15

2H197CD17

2H197CD41

2H197DB11

2H197DB23

2H197DC06

2H197EA06

2H197EA15

2H197EA17

2H197EA18

2H197HA02

2H197HA03

2H197HA04

2H197HA05

2H197HA08

2H197HA10

(57)【要約】

【課題】描画装置における焦点位置の補正が適切であるかが確認されやすい技術が提供される。
【解決手段】変調器は、パターンに基づいて第１の光を空間変調して描画光を出射する。第１の光学系は、描画光および第２の光が入射して、描画光および第２の光を出射する。第２の光学系は、第１の光学系から出射された描画光および第２の光が入射して、第１の光学系から出射された描画光を基板へ導き、第１の光学系から出射された第２の光を、基板を避けて出射する。検出部は、第２の光学系から出射された第２の光に基づいて第１の光学系の焦点位置を検出する。第１の光が有する第１の波長と第２の光が有する第２の波長とは異なる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パターンに基づいた描画光で感光性の基板を露光する装置であって、
第１の波長を有する第１の光を出射する第１の光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を出射する第２の光源と、
前記パターンに基づいて前記第１の光を空間変調して前記描画光を出射する変調器と、
前記描画光および前記第２の光が入射して、前記描画光および前記第２の光を出射する第１の光学系と、
前記第１の光学系から出射された前記描画光および前記第２の光が入射して、前記第１の光学系から出射された前記描画光を前記基板へ導き、前記第１の光学系から出射された前記第２の光を、前記基板を避けて出射する第２の光学系と、
前記第２の光学系から出射された前記第２の光に基づいて前記第１の光学系の焦点位置を検出する検出部と
を備える描画装置。

【請求項2】

前記第２の光は前記変調器を経由して前記第１の光学系に入射する、請求項１に記載の描画装置。

【請求項3】

前記変調器は、
前記パターンに基づいて前記第１の光を空間変調して前記描画光を出射する第１領域と、
前記パターンに依らずに前記第２の光を前記第１の光学系へ出射する第２領域と
を有する、請求項２に記載の描画装置。

【請求項4】

前記変調器と前記第１の光学系との間に位置し、前記描画光を透過させ、前記第２の光を反射して前記第２の光源から前記第１の光学系へと導くフィルタ
を更に備える、請求項１に記載の描画装置。

【請求項5】

前記第１の波長は前記第２の波長よりも短く、
前記第２の光学系および前記フィルタのそれぞれに、前記第１の波長と前記第２の波長との間にカットオフ波長を有するローパスフィルタが採用される、請求項４に記載の描画装置。

【請求項6】

前記検出部は、
前記第２の光学系から出射された前記第２の光が入射する稜線と、前記稜線と対向しており前記第２の光を第３の光と第４の光とに分岐して出射する面とを含むプリズムと、
前記第３の光および前記第４の光が入射して、前記第３の光および前記第４の光が入射する位置を検出する検出器と
を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の描画装置。

【請求項7】

前記検出部は、
前記第２の光学系から出射された前記第２の光を部分的に遮蔽しつつ前記第２の光を透過させる遮蔽物と、
前記遮蔽物を透過した前記第２の光が入射して、前記第２の光が入射する位置を検出する検出器と
を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の描画装置。

【請求項8】

前記第１の光学系は、
第１の鏡筒と、
前記第１の鏡筒と共に両側テレセントリック光学系を構成する第２の鏡筒と、
前記両側テレセントリック光学系の光軸に沿って前記第２の鏡筒を前記第１の鏡筒に対して相対的に移動させる移動機構と
を有し、
前記光軸に沿った前記第１の鏡筒と前記第２の鏡筒との間の距離は、前記検出部によって検出された前記焦点位置が前記第２の鏡筒に近いほど、前記移動機構によって縮められる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の描画装置。

【請求項9】

前記第１の光学系は、
第１の鏡筒と、
前記第１の鏡筒と共に両側テレセントリック光学系を構成する第２の鏡筒と、
前記両側テレセントリック光学系の光軸に沿って前記第２の鏡筒を前記第１の鏡筒に対して相対的に移動させる移動機構と
を有し、
前記光軸に沿った前記第１の鏡筒と前記第２の鏡筒との間の距離は、前記検出部によって検出された前記焦点位置が前記第２の鏡筒に近いほど、前記移動機構によって縮められる、請求項６に記載の描画装置。

【請求項10】

前記第１の光学系は、
第１の鏡筒と、
前記第１の鏡筒と共に両側テレセントリック光学系を構成する第２の鏡筒と、
前記両側テレセントリック光学系の光軸に沿って前記第２の鏡筒を前記第１の鏡筒に対して相対的に移動させる移動機構と
を有し、
前記光軸に沿った前記第１の鏡筒と前記第２の鏡筒との間の距離は、前記検出部によって検出された前記焦点位置が前記第２の鏡筒に近いほど、前記移動機構によって縮められる、請求項７に記載の描画装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この開示は、感光性の基板に対してパターンに基づいた露光を行う技術に関する。当該基板は、例えば感光材料が用いられた層（以下「感光層」とも称される）を有する。例えば半導体基板、プリント基板、液晶表示装置等に具備される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等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、磁気ディスク用基板、光ディスク用基板、太陽電池用パネルなどの各種基板は、感光層を有する。

【背景技術】

【0002】

感光性の基板が有する感光層を、所望のパターンで露光する露光装置が知られている。当該露光装置として、いわゆる描画装置が知られている。描画装置は露光を選択的に遮蔽するマスクを用いず、所望のパターンを記述したデータに応じて空間的に変調した光（以下「描画光」とも称される）を感光層へ照射する。かかる照射によって、描画装置は感光層に所望のパターンを直接に露光する。露光した感光層は現像処理により、所望のパターンまたはその反転したパターンが基板上に残置する。

【0003】

現像処理された感光層が精度良くパターニングされるためには、感光層が適切に露光されることが望まれる。適切な露光を行うためには描画光の焦点が適切に感光層に位置することが望まれる。

【0004】

各種基板の生産性を向上するには描画光のエネルギーが高い、例えば感光層が受ける光の強度が高いことが望まれる。エネルギーが高い描画光は、描画装置が備える光学系における熱レンズ効果が描画光の焦点に与える影響を、増大させる可能性がある。

【0005】

熱レンズ効果とは、光学系が有するレンズ温度が上昇することで、レンズの屈折率が変化したり、レンズの表面の形状が変化したりして、光学系によって結ばれる焦点の位置（以下「焦点位置」とも称される）が移動する現象である。

【0006】

例えば、所望のパターンでの描画が感光層の位置を異ならせて繰り返し行われる場合、当該描画で得られるパターンのコントラストは当該パターンが描画されるタイミングに依存する。これはパターニングの品質の均一性を阻害しやすい。顕著には、所望のパターンによる描画も行えなくなってしまう可能性がある。

【0007】

熱レンズ効果による焦点位置の移動を補正する技術が提案されている。このような移動を補正する技術の例として、光学系が有する鏡筒の温度、レンズ温度、鏡筒を冷却する水の温度から焦点位置の移動量を推測し、補正機構により焦点位置を補正する技術が提案されている（例えば下記の特許文献１～３）。

【0008】

このような移動を補正する技術においては、温度が測定される対象部の温度に対する、焦点位置の移動量が、事前に測定されて、補正テーブルが取得される。当該補正テーブルを用いて、測定対象の計測温度から当該移動量が見積もられる。見積もられた移動量を補正する補正機構が用いられて、熱レンズ効果による焦点位置が補正される。

【0009】

熱レンズ効果を、レンズの設計によって抑制する技術も提案されている。このように熱レンズ効果を抑制する技術の例として、レンズがもつ正負のパワーや、温度変化による屈折率の変化率、レンズの曲率を制御する技術が提案されている（例えば下記の特許文献４～６）。

【0010】

なお、視野位置と描画位置との間の温度依存性の位置ずれ量を求める技術が、特許文献７に開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開昭６３－９３４９２号公報

【特許文献2】特開２０００－２４４８４７号公報

【特許文献3】特開２０１２－１８１３６２号公報

【特許文献4】特開２０１９－６０９７２号公報

【特許文献5】特開２０１１－３３８９１号公報

【特許文献6】特開２０１３－６８６８９号公報

【特許文献7】特開２０１４－１９７１３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

補正テーブルを用いて見積もられる移動量を補正する技術では、補正後の焦点位置が検出されておらず、焦点位置の補正が適切であるかが確認し難い。

【0013】

熱レンズ効果をレンズの設計によって抑制するためには、当該抑制に必要な条件式が設定されなければならない。設計されるレンズに適した硝材は制限され、設計が難しい。

【0014】

本開示はこのような点に鑑みてなされたもので、描画装置における焦点位置の補正が適切であるかが確認されやすい技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本開示の第１の態様に係る描画装置は、パターンに基づいた描画光を用いて感光性の基板を露光する装置である。当該描画装置は、第１の光源と、第２の光源と、変調器と、第１の光学系と、第２の光学系と、検出部とを備える。

【0016】

前記第１の光源は、第１の波長を有する第１の光を出射する。前記第２の光源は、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を出射する。前記変調器は、前記パターンに基づいて前記第１の光を空間変調して前記描画光を出射する。前記第１の光学系は、前記描画光および前記第２の光が入射して、前記描画光および前記第２の光を出射する。前記第２の光学系は、前記第１の光学系から出射された前記描画光および前記第２の光が入射して、前記第１の光学系から出射された前記描画光を前記基板へ導き、前記第１の光学系から出射された前記第２の光を、前記基板を避けて出射する。前記検出部は、前記第２の光学系から出射された前記第２の光に基づいて前記第１の光学系の焦点位置を検出する。

【0017】

本開示の第２の態様に係る描画装置は、第１の態様に係る描画装置であって、前記第２の光は前記変調器を経由して前記第１の光学系に入射する。

【0018】

本開示の第３の態様に係る描画装置は、第２の態様に係る描画装置であって、前記変調器は第１領域および第２領域を有する。前記第１領域は、前記パターンに基づいて前記第１の光を空間変調して前記描画光を出射する。前記第２領域は、前記パターンに依らずに前記第２の光を前記第１の光学系へ出射する。

【0019】

本開示の第４の態様に係る描画装置は、第１の態様に係る描画装置であって、フィルタを更に備える。前記フィルタは、前記変調器と前記第１の光学系との間に位置し、前記描画光を透過させ、前記第２の光を反射して前記第２の光源から前記第１の光学系へと導く。

【0020】

本開示の第５の態様に係る描画装置は、第４の態様に係る描画装置であって、前記第２の光学系および前記フィルタのそれぞれに、前記第１の波長と前記第２の波長との間にカットオフ波長を有するローパスフィルタが採用される。前記第１の波長は前記第２の波長よりも短い。

【0021】

本開示の第６の態様に係る描画装置は、第１の態様から第５の態様のいずれかであって、前記検出部は、プリズムと、検出器とを有する。前記プリズムは、前記第２の光学系から出射された前記第２の光が入射する稜線と、前記稜線と対向しており前記第２の光を第３の光と第４の光とに分岐して出射する面とを含む。前記検出器は、前記第３の光および前記第４の光が入射して、前記第３の光および前記第４の光が入射する位置を検出する。

【0022】

本開示の第７の態様に係る描画装置は、第１の態様から第５の態様のいずれかであって、前記検出部は、遮蔽物と検出器とを有する。前記遮蔽物は、前記第２の光学系から出射された前記第２の光を部分的に遮蔽しつつ前記第２の光を透過させる。前記検出器は、前記遮蔽物を透過した前記第２の光が入射して、前記第２の光が入射する位置を検出する。

【0023】

本開示の第８の態様に係る描画装置は、第１の態様から第７の態様のいずれかであって、前記第１の光学系は、第１の鏡筒と、第２の鏡筒と、移動機構とを有する。前記第２の鏡筒は、前記第１の鏡筒と共に両側テレセントリック光学系を構成する。前記移動機構は、前記両側テレセントリック光学系の光軸に沿って前記第２の鏡筒を前記第１の鏡筒に対して相対的に移動させる。前記両側テレセントリック光学系の光軸に沿った前記第１の鏡筒と前記第２の鏡筒との間の距離は、前記検出部によって検出された前記焦点位置が前記第２の鏡筒に近いほど、前記移動機構によって縮められる。

【発明の効果】

【0024】

第１の態様に係る描画装置によれば、第１の光学系の焦点位置が適切に補正されているかが確認されやすい。

【0025】

第２の態様に係る描画装置によれば、第２の光を第２の光学系へ入射させる構成要素を個別に設ける必要がない。

【0026】

第３の態様に係る描画装置によれば、第２の光が所望の強度以上で第２の光学系へ入射する。

【0027】

第４の態様に係る描画装置によれば、第２の光が所望の強度以上で第２の光学系へ入射する。

【0028】

第５の態様に係る描画装置は、第４の態様に係る描画装置の実現に資する。

【0029】

第６の態様に係る描画装置によれば、第３の光および第４の光の位置から、第１の光学系の焦点位置が検出される。

【0030】

第７の態様に係る描画装置によれば、遮蔽物によっていわゆるケラレを受けた第２の光の位置から、第１の光学系の焦点位置が検出される。

【0031】

第８の態様に係る描画装置によれば、移動機構によって第１の光学系の焦点位置が補正される。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本開示にかかる描画装置の概略斜視図である。

【図2】描画装置の平面図である。

【図3】光学ユニットの概略を示す斜視図である。

【図4】光変調部の構成を例示する側面図である。

【図5】空間光変調素子への入射光と空間光変調素子からの出射光とを例示する側面図である。

【図6】描画ヘッドの概略を示す側面図である。

【図7】制御部と、描画装置を構成するその他の構成要素との接続関係を概念的に示すバス配線図である。

【図8】検出系における検出の態様を例示する模式図である。

【図9】焦点位置を調整する処理を例示するフローチャートである。

【図10】検出系の他の構成を例示する側面図である。

【図11】検出系の他の構成を例示する側面図である。

【図12】検出系の他の構成を例示する側面図である。

【図13】他の検出系における検出の態様を例示する模式図である。

【図14】焦点位置を調整する他の処理を例示するフローチャートである。

【図15】光変調部とフィルタと投影光学系との位置関係を例示する側面図である。

【図16】空間光変調素子の変形を例示する平面図である。

【図17】他のオートフォーカスの技術を例示する側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態が説明される。なお、図面においては、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

【0034】

＜１．装置構成の例示＞
図１は、本開示にかかる描画装置１００の概略斜視図である。図２は、描画装置１００の概略平面図である。

【0035】

描画装置１００は、感光性の基板９０を露光し、より具体的には基板９０に所望のパターンを描画する装置である。例えば描画装置１００がプリント基板を製造する工程の一部を担当するとき、感光層、金属箔、絶縁性の基板がこの順に積層された基板９０に対し、感光層側から描画光を所望のパターンで照射し、感光層を選択的に露光する。露光された感光層は感光により、露光後の現像処理において所望のパターンもしくはその反転したパターンで選択的に除去される。当該現像処理で残置した感光層は、例えばフォトレジストであり、金属箔のエッチングにおいてマスクとして機能する。

【0036】

図１および図２において、図示および説明の都合上、Ｚ軸方向を鉛直上向き方向に採用し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のいずれもがＺ軸方向と直交する方向に採用される。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交し、Ｘ軸、Ｙ軸，Ｚ軸はこの順でいわゆる左手座標系を決定する。以下、Ｘ軸に沿った方向は単にＸ方向あるいは＋Ｘ方向と称され、Ｙ軸に沿った方向は単にＹ方向あるいは＋Ｙ方向と称され、Ｚ軸に沿った方向は単にＺ方向あるいは＋Ｚ方向と称される。＋Ｘ方向と反対の方向は－Ｘ方向と称され、＋Ｙ方向と反対の方向は－Ｙ方向と称され、＋Ｚ方向と反対の方向は－Ｚ方向と称される。

【0037】

但しこれらは位置関係を把握するために便宜上設定され、以下に説明される各方向を限定するものではない。他の図についても同様である。

【0038】

描画装置１００は、架台１、移動プレート群２、露光部３、および制御部５を備える。

【0039】

＜１－１．架台１＞
架台１は、略直方体状の外形を有しており、そのＺ方向側の面（以下「上面」とも称される）１ａの略水平な領域には、架橋構造１１および移動プレート群２が固定される。架橋構造１１は、移動プレート群２の上方において移動プレート群２を跨いで略水平に掛け渡される。例えば架台１は、移動プレート群２と架橋構造１１とを一体的に支持する。図２においては、視認性を高めるため、架橋構造１１が二点鎖線によって図示されている。

【0040】

＜１－２．移動プレート群２＞
移動プレート群２は、保持プレート２１と、支持プレート２２と、ベースプレート２３と、基台２４と、回動機構２１１と、副走査機構２２１と、主走査機構２３１とを備える。

【0041】

保持プレート２１は略水平な上面２１ａを有し、上面２１ａは基板９０を－Ｚ方向側から（下方から）保持する。支持プレート２２は略水平な上面２２ａを有し、上面２２ａは保持プレート２１を下方から支持する。ベースプレート２３は、略水平な上面２３ａを有し、上面２３ａは支持プレート２２を下方から支持する。基台２４は略水平な上面２４ａを有し、上面２４ａは、ベースプレート２３を下方から支持する。回動機構２１１は、保持プレート２１をＺ軸回りに回動させる機能を有する。副走査機構２２１は、支持プレート２２をＸ方向および－Ｘ方向に移動させる機能を有する。主走査機構２３１は、ベースプレート２３をＹ方向および－Ｙ方向に移動させる機能を有する。

【0042】

例えば保持プレート２１は、基板９０を上面２１ａに吸着して保持する。例えば上面２１ａにおいて複数の孔（図示省略）が分散して設けられる。これらの孔は、例えば真空ポンプに接続され、当該真空ポンプが動作することによって、基板９０と上面２１ａとの間の気圧が低下する。当該気圧の低下により、基板９０が上面２１ａに吸着され、保持される。

【0043】

回動機構２１１はリニアモータ２１１ａと回動軸２１１ｂとを有する（図２参照）。リニアモータ２１１ａは移動子と固定子とを含む。移動子は保持プレート２１に対して－Ｙ方向側の端部に取り付けられる。固定子は上面２２ａに設けられる。回動軸２１１ｂは、保持プレート２１の中央部と支持プレート２２との間でＺ軸に平行に位置し、図２においては隠れ線を示す破線で描かれる。リニアモータ２１１ａを動作させることによって、固定子に沿って移動子がＸ方向あるいは－Ｘ方向に移動する。当該移動により保持プレート２１が回動軸２１１ｂを中心として、ある角度の範囲内で、Ｚ軸回りに回動する。

【0044】

副走査機構２２１はリニアモータ２２１ａと一対のガイド２２１ｂとを有する（図２参照）。リニアモータ２２１ａは移動子２２１ｃと固定子２２１ｄとを含む。移動子２２１ｃは支持プレート２２の下面に取り付けられる。固定子２２１ｄは上面２３ａに設けられる。一対のガイド２２１ｂは、支持プレート２２とベースプレート２３との間においてＸ軸に沿って延び、上面２３ａに固定される。リニアモータ２２１ａを動作させることによって、固定子２２１ｄに沿って移動子２２１ｃがＸ方向あるいは－Ｘ方向に移動する。当該移動によって支持プレート２２がガイド２２１ｂに沿ってベースプレート２３上でＸ方向あるいは－Ｘ方向に移動する。

【0045】

主走査機構２３１はリニアモータ２３１ａと一対のガイド２３１ｂとを有する（図２参照）。リニアモータ２３１ａは移動子（不図示）と固定子２３１ｄとを含む。当該移動子はベースプレート２３の下面に取り付けられる。固定子２３１ｄは上面２４ａに設けられる。一対のガイド２３１ｂは、ベースプレート２３と基台２４との間においてＹ軸に沿って延び、上面２４ａに固定される。リニアモータ２３１ａを動作させることによって、リニアモータ２３１ａの移動子が固定子２３１ｄに沿ってＹ方向あるいは－Ｙ方向に移動する。当該移動によってベースプレート２３がガイド２３１ｂに沿って基台２４上でＹ方向あるいは－Ｙ方向に移動する。

【0046】

したがって、保持プレート２１に基板９０を保持した状態で主走査機構２３１を動作させることによって、基板９０をＹ方向あるいは－Ｙ方向に沿って移動させることができる。

【0047】

上述された、回動機構２１１、副走査機構２２１、および主走査機構２３１のいずれの動作も、制御部５によって制御される。

【0048】

回動機構２１１、副走査機構２２１および主走査機構２３１の駆動について、上述のリニアモータ２１１ａ，２２１ａ，２３１ａを利用することに限定はされない。例えば、回動機構２１１および副走査機構２２１において、サーボモータおよびボールネジ駆動が利用されてもよい。基板９０を移動させる代わりに、露光部３を移動させる移動機構が設けられてもよい。基板９０および露光部３の双方を移動させる移動機構が設けられてもよい。保持プレート２１をＺ軸に沿って昇降させる移動機構が設けられて、基板９０が上下に昇降してもよい。

【0049】

＜１－３．露光部３＞
露光部３は、光学ユニット３０を複数台、例えば５台備える。光学ユニット３０の各々は、光源３１、照明光学系３２、および描画ヘッド３３を有する。図１では、図示が省略されているが、各描画ヘッド３３に対して、光源３１および照明光学系３２がそれぞれ設けられる。図２においては、視認性を高めるため、描画ヘッド３３が二点鎖線によって図示されている。

【0050】

光源３１は、制御部５から送られる所要の駆動信号に基づいて、所要の波長を有する光３５を供給する。当該波長は例えば３６５～４０５ｎｍである。例えば光源３１にはレーザダイオードが採用される。図1において、光源３１から光３５が出射され、その経路は、光３５が伝達される相手先へ向けた矢印で模式的に描かれている。

【0051】

光３５は、照明光学系３２を介して描画ヘッド３３へ導かれる。光源３１から出射された光３５は、照明光学系３２にて、例えば光軸に垂直な面において矩形状に成形される。

【0052】

各描画ヘッド３３は、照明光学系３２から出射された光３５を、光変調して基板９０の上面に照射する機能を有する。各描画ヘッド３３は、例えばＸ軸に沿って架橋構造１１の側面上部に等ピッチで配置されている。

【0053】

図３は、光学ユニット３０の概略を示す斜視図である。描画ヘッド３３は、光変調部４、投影光学系３３０、オートフォーカス機構６を有する。光変調部４、投影光学系３３０、オートフォーカス機構６は固定材１１２に固定される。固定材１１２は後述される固定材１１１と共に架橋構造１１に固定される。あるいは固定材１１２は架橋構造１１の一部、たとえば－Ｙ方向側の側面であってもよい。

【0054】

照明光学系３２は光源３１側に配置されたロッドインテグレータ３２１と、描画ヘッド３３側に配置された鏡筒３２２とを含む。ロッドインテグレータ３２１は、光源３１から出射された光３５の空間的な分布の均一性を高める。例えば鏡筒３２２は両側テレセントリック光学系を実現するレンズを有する。

【0055】

光源３１と照明光学系３２とを併せて、光３５を出射する第１の光源３４として見ることができる。第１の光源３４は、光源３１および照明光学系３２の他に構成要素を含んでもよい。

【0056】

光学ユニット３０は第２の光源７を有する。第２の光源７は例えば照明光学系３２よりも下方（－Ｚ方向側）に位置する。第２の光源７は、図３においてはその概略的な形状のみが示され、具体的な構成は後述される。

【0057】

光３５は光変調部４へ出射され、制御部５の制御に基づいて光変調（より具体的には空間変調）を受けて描画光３５１（図４参照：後述）となる。描画光３５１は投影光学系３３０へ入射する。投影光学系３３０は、入射した描画光３５１を所要の倍率で拡大して、主走査方向へ移動する基板９０上へ導く。

【0058】

投影光学系３３０は鏡筒３３１，３３２を有する。鏡筒３３１は鏡筒３３２よりも光変調部４寄りに配置される。鏡筒３３１，３３２は両側テレセントリック光学系を構成する。

【0059】

＜１－４．光変調部４＞
図４は光変調部４の構成を例示する側面図である。光変調部４はミラー４１，４２と空間光変調素子４３を有する。

【0060】

光３５はミラー４１，４２によって順次に反射され、空間光変調素子４３に至る。第２の光源７から光３６が出射される。光３６は空間光変調素子４３に至る。光３６の波長は光３５の波長よりも長く、例えば４５０ｎｍである。図４ではミラー４１，４２を経由せずに光３６が空間光変調素子４３に至る場合が例示される。光３６がミラー４１，４２で反射されて空間光変調素子４３に至ってもよい。

【0061】

第２の光源７は例えば光３６を出射するレーザダイオード７１０と、レンズ７１１，７１２とを有する。レンズ７１１，７１２はいわゆる４ｆ光学系を構成する。光３６はレンズ７１１，７１２をこの順に進み、第２の光源７から出射される。

【0062】

空間光変調素子４３に光３５が入射し、空間光変調素子４３が光３５を光変調して、描画光３５１が得られる。空間光変調素子４３は描画光３５１を出射する。空間光変調素子４３は、パターンに基づいて光３５を空間変調して描画光３５１を出射する変調器として機能する。

【0063】

＜１－４－１．第１の実施の形態＞
第１の実施の形態において、光３６は空間光変調素子４３を経由して検出用光３６１として投影光学系３３０へ入射する。検出用光３６１は投影光学系３３０の焦点位置の検出に用いられるので、検出用光３６１とも称される。

【0064】

検出用光３６１は空間光変調素子４３を経由する際に光変調される場合と、光変調されない場合とがある。ここではまず、光３６が空間光変調素子４３において光変調されて検出用光３６１が出射される場合が説明され、光変調されない検出用光３６１が出射される場合については後の＜４－１．空間光変調素子４３の変形＞において説明される。

【0065】

なお光３６が空間光変調素子４３を経由することなく検出用光３６１として投影光学系３３０へ入射する場合が、後の＜３．第２の実施の形態＞において説明される。更に、第１の実施の形態、第２の実施の形態、および変形を纏めた説明が、後の＜５．概括的説明＞において行われる。

【0066】

描画光３５１および検出用光３６１は投影光学系３３０へ、より具体的には鏡筒３３１へ入射する。

【0067】

図５は、空間光変調素子４３への入射光と空間光変調素子４３からの出射光とを例示する側面図である。当該入射光には光３５，３６が該当し、当該出射光の一部には描画光３５１と検出用光３６１とが該当する。

【0068】

空間光変調素子４３には例えばデジタルミラーデバイスが採用される。デジタルミラーデバイスは、例えば１９２０×１０８０のマトリクス状に配列された、１辺が約１０μｍの正方形のミラー４３ｍを有する。ミラー４３ｍの各々はメモリセルに書き込まれたデータに従って、当該正方形の対角を軸として、所要角度で傾く。制御部５からのリセット信号によって、ミラー４３ｍの各々は、一斉に駆動される。デジタルミラーデバイスは、自身への入射光を、例えば二方向に反射する。

【0069】

空間光変調素子４３にデジタルミラーデバイスが採用された場合、ミラー４３ｍの各々は光３５を、描画光３５１として採用される光と、露光に寄与しない光とを異なる方向に反射させる。

【0070】

ミラー４３ｍは、その傾斜の基準となる面４３ａに沿って配列される。例えば面４３ａはＺ方向に垂直であって、ミラー４３ｍはＸ方向およびＹ方向において二次元的に配列される。

【0071】

［ｏｎ］と付記されたミラー４３ｍ（以下「オン状態のミラー４３ｍ」とも称される）の法線ベクトルＮｎは、－Ｙ方向に対して劣角θｎで傾斜し、かつＸ方向に対して垂直である。［ｏｆｆ］と付記されたミラー４３ｍ（以下「オフ状態のミラー４３ｍ」とも称される）の法線ベクトルＮｆは、Ｙ方向に対して劣角θｆで傾斜し、かつＸ方向に対して垂直である。例えば劣角θｎ，θｆはいずれも７８度であり、ミラー４３ｍは面４３ａに対してＹ方向に関して１２度または－１２度で傾斜する面で光３５，３６を反射する。

【0072】

光３５，３６はいずれも－Ｚ方向側から、空間光変調素子４３に、より具体的にはミラー４３ｍへ入射する。例えば光３５はＸ方向に垂直で、かつＹ方向に対して（θｎ－θ５ｎ）＝１８０（度）－（θｆ＋θ５ｆ）の角度でミラー４３ｍの－Ｚ方向側の面に入射する。例えば光３６はＸ方向に垂直で、かつ－Ｙ方向に対して（θｎ＋θ６ｎ）＝１８０（度）－（θｆ－θ６ｆ）の角度でミラー４３ｍの－Ｚ方向側の面に入射する。劣角θｎと角度θ５ｎとの和および劣角θｆと角度θ６ｆとの和はいずれも９０度である。例えばθｎ＝θｆ，θ５ｎ＝θ６ｆの関係がある。

【0073】

オン状態のミラー４３ｍへは光３５が角度θ５ｎの入射角で入射し、当該面から角度θ５ｎの反射角で出射される。オン状態のミラー４３ｍで反射された光３５が描画光３５１として投影光学系３３０へ進む。

【0074】

オフ状態のミラー４３ｍへは光３５が角度θ５ｆの入射角で入射し、当該面から角度θ５ｆの反射角で光３５が出射される。オフ状態のミラー４３ｍで反射された光３５は投影光学系３３０へは進まず、露光に寄与しない。

【0075】

オフ状態のミラー４３ｍへは光３６が角度θ６ｆの入射角で入射し、当該面から角度θ６ｆの反射角で出射される。オフ状態のミラー４３ｍで反射された光３６が検出用光３６１として投影光学系３３０へ進む。

【0076】

オン状態のミラー４３ｍへは光３６が角度θ６ｎの入射角で入射し、当該面から角度θ６ｎの反射角で光３６が出射される。オン状態のミラー４３ｍで反射された光３６は投影光学系３３０へは進まず、焦点位置の検出に寄与しない。

【0077】

空間光変調素子４３における光変調に採用されるパターンは、投影光学系３３０によって、基板９０に投影される。当該パターンはリセットパルスによって連続的に書き換えられる。当該リセットパルスは、後述されるように、主走査機構２３１による保持プレート２１の移動に伴って、主走査機構２３１のエンコーダー信号を元に作られる。当該パターンの連続的な書き換えと保持プレート２１との移動により、基板９０へ入射する描画光３５１は、当該パターンを反映した像を基板９０に形成する。

【0078】

描画光３５１は、光変調部４から投影光学系３３０および後述される第２の光学系を経由して基板９０に至る。

【0079】

光３５が光変調部４によって光変調されて描画光３５１が得られ、描画光３５１が基板９０に照射される。描画光３５１は基板９０の露光に採用され、光３５は描画光３５１の生成に利用される。

【0080】

＜１－５．基板９０と露光部３との相対的な移動＞
描画処理は、制御部５の制御下で主走査機構２３１および副走査機構２２１が保持プレート２１に載置された基板９０を、複数台の描画ヘッド３３に対して相対的に移動させつつ、複数の描画ヘッド３３のそれぞれから基板９０の露光面（露光部３側の面：ここでは基板９０の上面の一部または全部）に描画光３５１を照射することによって行われる。

【0081】

主走査機構２３１によって基板９０が移動したときの、基板９０から見た描画ヘッド３３の移動方向が主走査方向に採用される。副走査機構２２１によって、基板９０が移動したときの、基板９０から見た描画ヘッド３３の移動方向が副走査方向に採用される。

【0082】

主走査機構２３１によって保持プレート２１が－Ｙ方向に移動する。これにより、描画ヘッド３３は基板９０に対して相対的にＹ方向に移動し、主走査が実現される。主走査が行われる間、描画ヘッド３３は描画光３５１を、基板９０の露光面に連続的に照射する。これにより、所望のパターンが基板９０の露光面に投影される。各描画ヘッド３３がＹ方向に沿って基板９０を１回横断すると、描画光３５１に対応したパターンがＹ方向に延びた帯状に描画される。複数の描画ヘッド３３が、基板９０上を並行して横断することにより、１回の主走査によって複数の帯状のパターンが描画される。

【0083】

上述の主走査が終了したのち、副走査機構２２１によって、保持プレート２１が＋Ｘ方向に移動する。これにより描画ヘッド３３は基板９０に対して相対的に－Ｘ方向へ移動し、副走査が実現される。副走査における描画ヘッド３３の基板９０に対する相対的な移動量は、例えば１回の主走査によって得られた帯状パターンの幅以上である。

【0084】

上述の副走査が終了したのち、主走査機構２３１によって保持プレート２１がＹ方向に移動する。これにより、描画ヘッド３３は基板９０に対して相対的に－Ｙ方向に移動し、主走査が実現される。主走査が行われる間、各描画ヘッド３３は描画光３５１を、基板９０に連続的に照射する。

【0085】

このような、副走査を挟んで主走査方向が反対（上述の例では主走査方向には－Ｙ方向とＹ方向の二種が採用される）となる複数の主走査が行われ、基板９０の露光面において描画の対象となる領域の全域にパターンが描画されると、描画処理が終了する。

【0086】

＜１－６．投影光学系３３０およびオートフォーカス機構６＞
図６は、描画ヘッド３３の概略を示す側面図である。図６に示されるように、描画ヘッド３３の各々には、オートフォーカス機構６が設けられる。

【0087】

オートフォーカス機構６は、検出系６０と移動機構６３とを有する。図３では視認性を高めるため、検出系６０はその大まかな位置が二点鎖線によって図示されている。図６においては視認性を高めるため、検出系６０は拡大して描かれ、実際の位置よりもＹ方向にずれて描かれる。図６においては、検出系６０と固定材１１２との位置関係は実際の位置関係を必ずしも反映していない。

【0088】

検出系６０は例えばローパスフィルタ６４と、検出部６５Ａとを有する。ローパスフィルタ６４には、いずれも投影光学系３３０から出射された描画光３５１および検出用光３６１が入射する。ローパスフィルタ６４は、描画光３５１を透過させ、検出用光３６１を反射する。ローパスフィルタ６４が有するカットオフ波長は、光３５の波長と光３６の波長との間に設定され、例えば４４０ｎｍである。

【0089】

ローパスフィルタ６４は、当該描画光３５１を基板９０へ導き、基板９０を避けて検出用光３６１を出射する光学系として機能する。かかる観点から、投影光学系３３０を第１の光学系として捉え、ローパスフィルタ６４を第２の光学系として捉えることができる。

【0090】

検出部６５Ａは、投影光学系３３０の焦点位置を検出する。移動機構６３は検出部６５Ａによって検出された焦点位置に基づいて、描画光３５１の焦点を調整する。移動機構６３は投影光学系３３０の焦点位置を補正する。

【0091】

検出部６５Ａは、プリズム６５１と検出器６５２とを有する。プリズム６５１は例えば、稜線６５１ａと、稜線６５１ａと対向する面６５１ｂとを含む。稜線６５１ａには、ローパスフィルタ６４から出射された検出用光３６１が入射する。面６５１ｂは、稜線６５１ａに入射した検出用光３６１を、光３６１ａ，３６１ｂに分岐して出射する。ここでは光３６１ａが光３６１ｂよりもＺ方向側へ出射する場合が例示される。

【0092】

検出器６５２は例えば一次元検出器であり、一方向における光の位置を検出する機能を有する。検出器６５２には光３６１ａ，３６１ｂが入射する。ここでは光３６１ａ，３６１ｂが検出器６５２に入射する位置が、Ｚ方向に沿って検出される場合が例示される。当該位置から投影光学系３３０の焦点位置を検出する手法は後述される。

【0093】

例えば検出系６０は、後述される取付機構６２によって描画ヘッド３３に対して、具体的には鏡筒３３２へ、固定される。

【0094】

オートフォーカス機構６は移動機構６３を有する。検出部６５Ａによって検出された焦点位置に応じて、鏡筒３３２を、または鏡筒３３１、３３２の両方を、移動機構６３がＺ方向または－Ｚ方向に移動させる。当該移動により、描画光３５１の焦点が調整される。

【0095】

検出部６５Ａが検出した変動量は、制御部５または不図示の専用の演算回路に伝達され、所期のプログラムに従った演算処理が行われる。この演算処理によって、移動機構６３による鏡筒３３２、または鏡筒３３１，３３２の昇降量が決定される。

【0096】

＜１－７．制御部５＞
図７は制御部５と、描画装置１００を構成するその他の構成要素との接続関係を概念的に示すバス配線図である。

【0097】

制御部５は、表示部５６、操作部５７、回動機構２１１、副走査機構２２１、主走査機構２３１、光源３１（より具体的には光源３１を駆動するドライバ）、光変調部４（より具体的には空間光変調素子４３）およびオートフォーカス機構６、第２の光源７（より具体的にはレーザダイオード７１０）との間で、例えばバス配線、ネットワーク回線またはシリアル通信回線より接続されており、これら各構成要素の動作を制御する。

【0098】

制御部５は、中央演算部（Central Processing Unit：図において「ＣＰＵ」と表記）５１、読み出し専用のメモリ（Read Only Memory：図において「ＲＯＭ」と表記）５２、揮発性のメモリ（例えばRandom Access Memory：図において「ＲＡＭ」と表記）５３、不揮発性のメモリ５４を有する。メモリ５３は主に中央演算部５１の一時的なワーキングエリアとして使用される。メモリ５４に代えてハードディスクドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）、あるいはソリッドステートドライブ（Solid State Drive：ＳＳＤ）が採用されてもよい。

【0099】

メモリ５２はプログラム５５を格納する。中央演算部５１は、メモリ５２からプログラム５５を読み取り、プログラム５５を実行することにより、メモリ５３またはメモリ５４に記憶されている各種データについての演算を行う。制御部５は、中央演算部５１、メモリ５２、メモリ５３およびメモリ５４を備えることにより、一般的なコンピュータとしての構成を備えている。

【0100】

中央演算部５１は回動機構２１１、副走査機構２２１、主走査機構２３１、オートフォーカス機構６の機構の動作を制御する。例えば中央演算部５１はリニアモータ２１１ａ，２２１ａ，２３１ａ、移動機構６３の動作を制御する。かかる制御機能は、中央演算部５１がプログラム５５に従って動作することにより実現される機能ブロックたる機構制御部５１１として描かれる。機構制御部５１１の一部または全部は、論理回路などによって実現されてもよい。

【0101】

メモリ５４は、パターンデータ５４１と描画位置情報５４５とを格納する。パターンデータ５４１を反映したパターンが基板９０上に描画される。パターンデータ５４１は、例えば、ＣＡＤソフトなどによって作成されたベクトル形式のデータを、ラスター形式のデータに展開した画像データである。

【0102】

パターンデータ５４１は、例えば一つのパターンデータから、描画ヘッド３３のそれぞれが描画を担当する部分についてのデータとして、描画ヘッド３３毎に個別に生成される。

【0103】

制御部５は、パターンデータ５４１に基づき、光変調部４を制御することによって、描画光３５１を描画ヘッド３３から出射させる。

【0104】

中央演算部５１は主走査によって移動する描画光３５１の位置に同期してパターンデータ５４１を修正し、光変調部４、より具体的には空間光変調素子４３における光変調を制御する。かかる制御機能は、中央演算部５１がプログラム５５に従って動作することにより実現される機能ブロックたる描画制御部５１３として描かれる。描画制御部５１３の一部または全部は、論理回路などによって実現されてもよい。

【0105】

描画位置情報５４５は主走査によって移動する描画光３５１の位置を反映する。あるいは描画位置情報５４５を反映して、描画光３５１の位置が主走査によって移動する。例えば描画制御部５１３は、主走査機構２３１のリニアモータ２３１ａから送られてくるリニアスケール信号に基づいて、光変調のリセットパルスおよび描画位置情報５４５を生成する。描画位置情報５４５はメモリ５４に格納される。

【0106】

このリセットパルスに基づいて動作する光変調部４によって、基板９０の位置に応じて変調された描画光３５１が、各描画ヘッド３３から出射される。

【0107】

表示部５６には、例えば一般的なモニタや液晶ディスプレイが利用される。表示部５６は、制御部５の制御によりオペレータに対して各種データを表示する。操作部５７には、例えばボタンやキー、マウス、タッチパネルが利用される。操作部５７はオペレータにより操作され、描画装置１００に対する指示が入力される。

【0108】

＜２．焦点位置の調整の例示＞
＜２－１．第１の例示＞
図８は検出部６５Ａにおける検出の態様を例示する模式図である。具体的には図８において、面６５２ａ、領域３６２ａ，３６３ａ，３６４ａ，３６２ｂ，３６３ｂ，３６４ｂが例示される。検出器６５２は入射光の位置を検出する面６５２ａを有する。面６５２ａへ、プリズム６５１から光３６１ａ，３６１ｂが入射する。面６５２ａへ入射する光３６１ａ，３６１ｂ同士が近いほど、投影光学系３３０の焦点位置が鏡筒３３２に近い。

【0109】

面６５２ａに対して、第１の状況における光３６１ａ，３６１ｂは、それぞれ領域３６２ａ，３６２ｂへ入射する。面６５２ａに対して、第２の状況における光３６１ａ，３６１ｂは、それぞれ領域３６３ａ，３６３ｂへ入射する。面６５２ａに対して、第３の状況における光３６１ａ，３６１ｂは、それぞれ領域３６４ａ，３６４ｂへ入射する。

【0110】

第１の状況では焦点位置が適切な範囲にある。第２の状況では焦点位置が適切な範囲よりも投影光学系３３０から遠い（これは鏡筒３３２から遠いとも言える）範囲にある。第３の状況では焦点位置が適切な範囲よりも投影光学系３３０に近い（これは鏡筒３３２に近いとも言える）範囲にある。

【0111】

距離Ｄ２は領域３６２ａ，３６２ｂ同士の間隔を示す。距離Ｄ３は領域３６３ａ，３６３ｂ同士の間隔を示す。距離Ｄ４は領域３６４ａ，３６４ｂ同士の間隔を示す。距離Ｄ２は閾値Ｄｔ１から閾値Ｄｔ２（＞Ｄｔ１）の範囲内にある。距離Ｄ３は閾値Ｄｔ２よりも大きい。距離Ｄ４は閾値Ｄｔ１よりも小さい。

【0112】

図９は焦点位置を調整する処理を例示するフローチャートである。便宜上、図面および以下の説明では当該処理が「焦点調整処理」とも称される。当該焦点調整処理はステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４を有する。

【0113】

焦点調整処理ではステップＳ１１において距離Ｄｉが閾値Ｄｔ１よりも小さいか否かが判断される。ここで距離Ｄｉは、面６５２ａに対して光３６１ａ，３６１ｂが入射する領域同士の間隔を指す。第１の状況での距離Ｄｉは距離Ｄ２で例示され、第２の状況での距離Ｄｉは距離Ｄ３で例示され、第３の状況での距離Ｄｉは距離Ｄ４で例示される。

【0114】

ステップＳ１１の判断結果が肯定的な場合（領域３６４ａ，３６４ｂ参照：Ｄ４＜Ｄｔ１）には、焦点位置は第３の状況に対応して適切な範囲よりも投影光学系３３０に近い。この場合、ステップＳ１２において鏡筒３３１，３３２が構成する両側テレセントリック光学系の光軸に沿って、鏡筒３３２を鏡筒３３１から相対的に離す処理が実行される。具体的には移動機構６３が、例えば鏡筒３３２を－Ｚ方向へ移動させる（下方へ降ろす）。鏡筒３３２を鏡筒３３１から離すことにより、焦点位置は投影光学系３３０から遠くに移動し、適切な範囲へ近づく。ステップＳ１２は焦点位置を補正する工程ともいえる。ステップＳ１２が実行された後、焦点調整処理は終了する。

【0115】

ステップＳ１１の判断結果が否定的な場合には、ステップＳ１３において距離Ｄｉが閾値Ｄｔ２よりも大きいか否かが判断される。

【0116】

ステップＳ１３の判断結果が肯定的な場合（領域３６３ａ，３６３ｂ参照：Ｄｔ２＜Ｄ３）には、焦点位置は第２の状況に対応して適切な範囲よりも投影光学系３３０から遠い。この場合、ステップＳ１４において上述の光軸に沿って鏡筒３３２を鏡筒３３１に相対的に近づける処理が実行される。具体的には移動機構６３が、例えば鏡筒３３２をＺ方向へ移動させる（上方へ昇らせる）。鏡筒３３２を鏡筒３３１に近づけることにより、焦点位置は投影光学系３３０の近くに移動し、適切な範囲へ近づく。ステップＳ１４は焦点位置を補正する工程ともいえる。ステップＳ１４が実行された後、焦点調整処理は終了する。

【0117】

ステップＳ１３の判断結果が否定的な場合には、Ｄｔ１≦Ｄｉ≦Ｄｔ２であり（領域３６２ａ，３６２ｂ参照：Ｄｔ１≦Ｄ２≦Ｄｔ２）、焦点位置は第１の状況に対応して適切な範囲にある。この場合、鏡筒３３１，３３２同士の距離を変えずに焦点調整処理は終了する。

【0118】

描画光３５１が進む投影光学系３３０の焦点位置は、描画光３５１と並行して投影光学系３３０を進む検出用光３６１を用いて検出される。かかる検出により、描画光３５１の焦点位置の補正が適切であるかが確認されやすい。検出用光３６１は基板９０には出射されず、焦点位置の検出および補正は描画光３５１による基板９０の露光に影響を与えにくい。

【0119】

熱レンズ効果によるレンズの屈折率の変動は、当該レンズの中を進む光の波長に依存する。かかる観点から、検出用光３６１の波長は描画光３５１の波長と近く、ひいては光３５，３６同士での波長の相違は小さいことが望ましい。他方、検出用光３６１が基板９０に出射されないようにローパスフィルタ６４のカットオフ波長を設定する観点からは、光３５，３６同士での波長の相違は大きいことが望ましい。

【0120】

上述の焦点調整処理は、焦点位置の検出と補正とが、露光処理と並行して行われる。例えば焦点調整処理は描画装置１００が制御される周期ごとに、繰り返し実行される。

【0121】

ステップＳ１１，Ｓ１２の対と、ステップＳ１３，Ｓ１４の対とは、実行される順序が入れ替わってもよい。

【0122】

ステップＳ１２，Ｓ１４において、鏡筒３３１，３３２同士の相対的な位置が変動する量は、適宜に設定される。例えばステップＳ１２においては距離Ｄｉと閾値Ｄｔ１との差に基づいたＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）で得られる量で鏡筒３３１，３３２同士の相対的な位置が増大する。例えばステップＳ１４においては距離Ｄｉと閾値Ｄｔ２との差に基づいたＰＩＤ制御で得られる量で鏡筒３３１，３３２同士の相対的な位置が減少する。

【0123】

＜２－２．第２の例示＞
図１０、図１１、図１２は、検出系６０の他の構成を例示する側面図である。以下では、検出系６０がローパスフィルタ６４と、検出部６５Ｂとを有する場合が例示される。当該例示にかかる検出系６０においては、第１の例示にかかる検出部６５Ａ（図６参照）が検出部６５Ｂと代替される。

【0124】

検出部６５Ｂは、投影光学系３３０の焦点位置を検出する。移動機構６３は検出部６５Ｂによって検出された焦点位置に基づいて、描画光３５１の焦点を調整する。移動機構６３は投影光学系３３０の焦点位置を補正する。

【0125】

検出部６５Ｂは、ナイフエッジ６５３と、検出器６５４とを有する。ナイフエッジ６５３は、ローパスフィルタ６４から出射された検出用光３６１の一部または全部である光３６１ｃを透過させる。例えばナイフエッジ６５３は、第１の状況（焦点距離が適切な範囲にある）において検出用光３６１が集光する位置Ｑｊ（図１０参照）と、検出用光３６１の光軸Ｃの方向において同じ位置に配置される。ナイフエッジ６５３の先端は、光軸Ｃよりもわずかに－Ｚ側に位置する。ナイフエッジ６５３によって検出用光３６１はいわゆるケラレを受ける。光３６１ｃの集光する位置が位置Ｑｊからずれた場合、ナイフエッジ６５３は－Ｚ方向側で検出用光３６１を部分的に遮蔽する（図１１、図１２参照）。この観点からナイフエッジ６５３は検出用光３６１を部分的に遮蔽しつつ透過させる遮蔽物であると言える。但し検出用光３６１が位置Ｑｊにおいて集光するとき、ナイフエッジ６５３は検出用光３６１を実質的には遮蔽しない。

【0126】

検出器６５４には光３６１ｃが入射する。検出器６５４は一対の光量センサ６５４ａ，６５４ｂを有する。光量センサ６５４ａ，６５４ｂは、入射した光量の大きさに応じた信号を出力する機能を有する。ここでは光量センサ６５４ａは光量センサ６５４ｂよりもＺ方向側に位置する場合が例示される。光量センサ６５４ａの受光面と光量センサ６５４ｂの受光面とはＺ方向に隣接して設けられ、これらの受光面同士の境界のＺ方向の位置は、光軸ＣのＺ方向の位置と所定距離で離れる。以下では簡単のため、両者のＺ方向の位置同士は一致する場合（上述の所定距離が実質的に零の場合）が例示される。

【0127】

検出部６５Ｂが検出した光量は、制御部５または不図示の専用の演算回路に伝達され、所期のプログラムに従った演算処理が行われる。この演算処理によって、移動機構６３による鏡筒３３２、または鏡筒３３１，３３２の昇降量が決定される。

【0128】

図１３は検出器６５４における検出の態様を例示する模式図である。図１３において、検出器６５４が有する光量センサ６５４ａ，６５４ｂのそれぞれの受光面６５４ａｍ，６５４ｂｍが示される。光３６１ｃは、受光面６５４ａｍ，６５４ｂｍに入射する。受光面６５４ａｍと受光面６５４ｂｍとの境界６５４ｄが、上述の通り、光軸ＣのＺ方向の位置と一致する場合について説明される。

【0129】

領域Ｍｊは、図１０における検出の態様に対応し、上述の第１の状況において光３６１ｃが受光面６５４ａｍ，６５４ｂｍへ入射する領域を実線で示す。第１の状況では、ナイフエッジ６５３の先端の直上（Ｚ方向側）の位置Ｑｊで検出用光３６１が集光するので、光３６１ｃはナイフエッジ６５３に実質的には遮蔽されることなく、受光面６５４ａｍ，６５４ｂｍへ入射する。この場合、受光面６５４ａｍにおいて検出される光３６１ｃの光量Ｅａと受光面６５４ｂｍにおいて検出される光３６１ｃの光量Ｅｂとは略等しい。

【0130】

図１１は上述の第２の状況（第１の状況よりも焦点位置が投影光学系３３０から遠い状況）における検出用光３６１の集光を例示する。第２の状況において検出用光３６１が集光する位置Ｑｒは、ナイフエッジ６５３の先端の直上よりもＹ方向側にある。ナイフエッジ６５３は検出用光３６１の－Ｚ方向側の一部を遮蔽する。

【0131】

図１３の領域Ｍｒは、図１１における検出の態様に対応し、上述の第２の状況において光３６１ｃが受光面６５４ａｍ，６５４ｂｍへ入射する領域を一点鎖線で示す。位置Ｑｒは位置ＱｊよりもＹ方向側にあるので、領域Ｍｒの径は領域Ｍｊの径よりも小さい。

【0132】

受光面６５４ａｍへ入射する光３６１ｃの光量Ｅａは、ナイフエッジ６５３により検出用光３６１が遮蔽されることにより、第１の状況よりも少なくなる。一方、受光面６５４ｂｍへ入射する光３６１ｃはナイフエッジ６５３における遮蔽を受けていない。よって受光面６５４ｂｍへ入射する光３６１ｃの光量Ｅｂは、第１の状況と略同じである。焦点位置が投影光学系３３０の－Ｚ方向にずれるほど、検出用光３６１がナイフエッジ６３５により遮蔽される割合が増加し、光量Ｅｂと比較して光量Ｅａは小さくなる。

【0133】

図１２は上述の第３の状況（第１の状況よりも焦点位置が投影光学系３３０に近い状況）における検出用光３６１の集光を例示する。第３の状況において検出用光３６１が集光する位置Ｑｓは、ナイフエッジ６５３の先端の直上よりも－Ｙ方向側にある。ナイフエッジ６５３は検出用光３６１のＺ方向側の一部を遮蔽する。

【0134】

図１３の領域Ｍｓは、図１２における検出の態様に対応し、上述の第３の状況において光３６１ｃが受光面６５４ａｍ，６５４ｂｍへ入射する領域を二点鎖線で示す。位置Ｑｓは位置Ｑｊよりも－Ｙ方向側にあるので、領域Ｍｓの径は領域Ｍｊの径よりも大きい。

【0135】

光量Ｅｂは、ナイフエッジ６５３により検出用光３６１が遮蔽されることにより、第１の状況よりも少なくなる。一方、受光面６５４ａｍへ入射する光３６１ｃはナイフエッジ６５３における遮蔽を受けていない。よって光量Ｅａは第１の状況と略同じである。焦点位置が投影光学系３３０のＺ方向にずれるほど、検出用光３６１がナイフエッジ６３５により遮蔽される割合が増加し、光量Ｅａと比較して光量Ｅｂは小さくなる。

【0136】

以上のことから、光量Ｅａ，Ｅｂを検出、あるいは両者の比を検出することによって、焦点位置を検出することができる。

【0137】

図１４は焦点位置を調整する処理を例示するフローチャートである。図９で例示されたフローチャートと同様に、便宜上、当該処理も「焦点調整処理」とも称される。当該焦点調整処理はステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４を有する。

【0138】

焦点調整処理ではステップＳ２１において、光量Ｅａ，Ｅｂが検出され、これらの比Ｅａ／Ｅｂが所定の閾値Ｔ１よりも大きいかが判断される。閾値Ｔ１は、１より大きい所定の値であり、光量Ｅａ，Ｅｂの検出誤差や、許容可能な焦点位置のズレ量等を考慮してあらかじめ設定される。

【0139】

ステップＳ２１の判断結果が肯定的な場合には、焦点位置は上述された第３の状況に対応して適切な範囲よりも投影光学系３３０に近い。この場合、ステップＳ２２においてステップＳ１２と同じく、鏡筒３３１，３３２が構成する両側テレセントリック光学系の光軸に沿って、鏡筒３３２を鏡筒３３１から相対的に離す処理が実行される。具体的には移動機構６３が、例えば鏡筒３３２を－Ｚ方向へ移動させる（下方へ降ろす）。鏡筒３３２を鏡筒３３１から離すことにより、焦点位置は投影光学系３３０から遠くに移動し、適切な範囲へ近づく。ステップＳ２２は焦点位置を補正する工程ともいえる。ステップＳ２２が実行された後、焦点調整処理は終了する。

【0140】

ステップＳ２１の判断結果が否定的な場合には、ステップＳ２３において比Ｅａ／Ｅｂが閾値Ｔ２よりも小さいか否かが判断される。閾値Ｔ２は０より大きく１より小さい所定の値であり、光量Ｅａ，Ｅｂの検出誤差や、許容可能な焦点位置のズレ量等を考慮してあらかじめ設定される。

【0141】

ステップＳ２３の判断結果が肯定的な場合には、焦点位置は上述された第２の状況に対応して適切な範囲よりも投影光学系３３０から遠い。この場合、ステップＳ２４においてステップＳ１４と同じく、上述の光軸に沿って鏡筒３３２を鏡筒３３１に相対的に近づける処理が実行される。具体的には移動機構６３が、例えば鏡筒３３２をＺ方向へ移動させる（上方へ昇らせる）。鏡筒３３２を鏡筒３３１に近づけることにより、焦点位置は投影光学系３３０の近くに移動し、適切な範囲へ近づく。ステップＳ２４は焦点位置を補正する工程ともいえる。ステップＳ２４が実行された後、焦点調整処理は終了する。

【0142】

ステップＳ２３の判断結果が否定的な場合には、焦点位置は上述された第１の状況に対応して適切な範囲にある。この場合、鏡筒３３１，３３２同士の距離を変えずに焦点調整処理は終了する。

【0143】

第２の例示における焦点調整処理においても、第１の例示における焦点調整処理と同様に、描画光３５１が進む投影光学系３３０の焦点位置は、描画光３５１と並行して投影光学系３３０を進む検出用光３６１を用いて検出される。かかる検出により、描画光３５１の焦点位置の補正が適切であるかが確認されやすい。検出用光３６１は基板９０には出射されず、焦点位置の検出および補正は描画光３５１による基板９０の露光に影響を与えにくい。

【0144】

第２の例示における焦点調整処理も、焦点位置の検出と補正とが、露光処理と並行して行われる。例えば焦点調整処理は描画装置１００が制御される周期ごとに、繰り返し実行される。

【0145】

ステップＳ２１，Ｓ２２の対と、ステップＳ２３，Ｓ２４の対とは、実行される順序が入れ替わってもよい。

【0146】

ステップＳ２２，Ｓ２４において、鏡筒３３１，３３２同士の相対的な位置が変動する量は、適宜に設定される。例えば比Ｅａ／Ｅｂの値に応じて鏡筒３３１，３３２同士の相対的な位置の変動する量が調整される。例えば比Ｅａ／Ｅｂの値が１から離れるほど、鏡筒３３１，３３２同士の相対的な位置が変動する量が大きくなるよう調整される。

【0147】

＜３．第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、空間光変調素子４３を経由せずに検出用光３６１が投影光学系３３０に入射する場合が例示される。その他の構成、機能は第１の実施の形態と第２の実施の形態とにおいて共通する。例えば第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、検出系６０は検出部６５Ａ，６５Ｂのいずれかを有し、焦点位置に基づいて鏡筒３３１，３３２同士の間隔が調整される。

【0148】

図１５は光変調部４の構成を例示する側面図である。光変調部４の構成には、例えば図４を用いて示された構成が採用される。第２の実施の形態においては、描画装置１００がローパスフィルタ４６を備える。ローパスフィルタ４６は、空間光変調素子４３と投影光学系３３０（より具体的には鏡筒３３１）との間に位置する。ローパスフィルタ４６は、描画光３５１を透過させ、第２の光源７から出射された光３６を反射して検出用光３６１を出射し、投影光学系３３０（より具体的には鏡筒３３１）へと導くフィルタとして機能する。

【0149】

例えばローパスフィルタ４６のカットオフ波長も、ローパスフィルタ６４のカットオフ波長と同様に、光３５の波長と光３６の波長との間に設定される。例えば光３５の波長は３６５～４０５ｎｍであり、光３６の波長は４５０ｎｍであり、当該カットオフ波長は４４０ｎｍである。

【0150】

第１の実施の形態において空間光変調素子４３から出射される検出用光３６１は、オフ状態のミラー４３ｍによる光３６の反射によって得られる。第２の実施の形態においてローパスフィルタ４６から出射される検出用光３６１には、光３６の多くを利用することができる。第２の実施の形態は第１の実施の形態と比較して、所望の強度以上の検出用光３６１が得られる点で優れる。第１の実施の形態は第２の実施の形態と比較して、光３６を検出用光３６１として投影光学系３３０へ入射させる構成要素（ここではローパスフィルタ４６）を個別に設ける必要がない点で優れる。

【0151】

＜４．変形＞
＜４－１．空間光変調素子４３の変形＞
図１６は、上記第１の実施の形態における変形を例示する平面図である。図１６は、Ｚ方向に沿って見た、空間光変調素子４３の平面図である。

【0152】

当該変形において、空間光変調素子４３はミラー４３ｍ（図５参照）がマトリクス状に配置される領域４３０を有する。領域４３０は空間光変調素子４３において－Ｚ方向側に現れる。例えばＸ方向に垂直かつ平面視上でＹ方向に沿って光３５が、Ｘ方向に垂直かつ平面視上で－Ｙ方向に沿って光３６が、それぞれ領域４３０に入射する（図５参照）。

【0153】

領域４３０は、互いに異なる第１領域４３１と第２領域４３２とを有する。第１領域４３１は、露光に用いられるパターンに基づいて光３５を空間変調して描画光３５１を出射する。第２領域４３２は、当該パターンに依らずに光３６を検出用光３６１として投影光学系３３０へ出射する。第１領域４３１に入射する光３６が、オフ状態のミラー４３ｍによって反射されて、検出用光３６１として投影光学系３３０へ出射されてもよい。

【0154】

第２領域４３２に入射した光３６は、検出用光３６１として反射されるので、当該変形は、第１の実施の形態と比較して、所望の強度以上の検出用光３６１が得られる点で優れる。また当該変形は第２の実施の形態と比較して、光３６を検出用光３６１として投影光学系３３０へ入射させる構成要素（例えばローパスフィルタ４６）を個別に設ける必要がない点で優れる。

【0155】

＜４－２．他のオートフォーカス技術との併用＞
図１７はオートフォーカス機構６に、他のオートフォーカス技術を併用する場合を例示する側面図である。移動機構６３は投影光学系３３０の焦点位置に基づく他に、基板９０と投影光学系３３０との距離に基づいて、鏡筒３３２を移動させてもよい。

【0156】

図１７においては図示の簡単のため、検出系６０はその大まかな位置が二点鎖線で示される（図３も参照）。図１７には描画光３５１の光軸Ｌ３も二点鎖線で示される。

【0157】

オートフォーカス機構６は検出器６１と取付機構６２とを有する。取付機構６２は鏡筒３３２の外周面に設けられる。検出系６０および検出器６１は、取付機構６２によって描画ヘッド３３に対して、具体的には鏡筒３３２へ固定される。

【0158】

検出器６１は、描画ヘッド３３と基板９０（詳細には、露光面）との間の距離Ｌ１の変動を検出する。移動機構６３は検出器６１によって検出された距離Ｌ１の変動にも基づいて鏡筒３３２を移動させ、描画光３５１の焦点を調整する。

【0159】

検出器６１が検出した変動量は、検出系６０が検出した焦点位置と共に、制御部５または不図示の専用の演算回路に伝達され、所期のプログラムに従った演算処理が行われる。この演算処理によって、移動機構６３による鏡筒３３２、または鏡筒３３１，３３２の昇降量が決定される。

【0160】

検出器６１は、レーザ光を基板９０に照射する照射部６１１と、基板９０を反射したレーザ光を受光する受光部６１３とを有する。

【0161】

照射部６１１は、基板９０の露光面に対する法線方向（ここでは、Ｚ方向）に対して鋭角θで傾斜した軸に沿って、レーザ光を基板９０の上面に入射させる。当該レーザ光は位置９１をスポット状に照射し、反射して受光部６１３に入射する。ここでは当該レーザ光はＹ軸に垂直な場合が例示される。

【0162】

受光部６１３は、例えばラインセンサ（不図示）を有する。位置９１から反射したレーザ光の、当該ラインセンサ上における入射位置によって、基板９０の露光面の変動が検出される。

【0163】

＜５．概括的説明＞
上述の開示は、描画装置１００の構成という観点で以下のように説明され得る。

【0164】

描画装置１００は、パターンに基づいた描画光３５１で感光性の基板９０を露光する装置である。当該パターンは例えばメモリ５４に格納されるパターンデータ５４１を反映する。

【0165】

描画装置１００は第１の光源３４を備える。第１の光源３４は第１の波長を有する光３５を出射する。上述の例示では第１の光源３４は光源３１と照明光学系３２とを有する。第１の波長は、例えば３６５～４０５ｎｍである。

【0166】

描画装置１００は空間光変調素子４３を備える。空間光変調素子４３は、上述のパターンに基づいて光３５を空間変調して描画光３５１を出射する変調器である。

【0167】

描画装置１００は第２の光源７を備える。第２の光源７は第２の波長を有する光３６を出射する。第２の波長は第１の波長とは異なり、例えば４４０ｎｍである。

【0168】

描画装置１００は投影光学系３３０を備える。投影光学系３３０は、描画光３５１および検出用光３６１が入射して、描画光３５１および検出用光３６１を出射する第１の光学系である。

【0169】

検出用光３６１は、光３６が空間光変調素子４３による空間光変調によって得られる場合（＜１－４－１．第１の実施の形態＞参照）や、光３６がローパスフィルタ４６により反射されて得られる場合（＜３．第２の実施の形態＞参照）や、空間光変調素子４３において空間光変調されずに反射されて得られる場合（＜４－１．空間光変調素子４３の変形＞参照）によって得られる場合がある。光３６が空間光変調素子４３による空間光変調によって得られる場合も、光３６が空間光変調されずに反射されて得られる場合も、光３６が空間光変調素子４３を経由して検出用光３６１として投影光学系３３０に入射する観点で共通する。

【0170】

描画光３５１に利用される光３５を第１の光として、これに対応して、検出用光３６１に利用される光３６を第２の光ということができる。本開示における光変調は空間変調であり、空間変調および反射のいずれが用いられても検出用光３６１の波長は光３６の波長が維持される。また第２の実施の形態のように、光３６が空間変調されずに検出用光３６１として採用される場合もある。これらのことから、第２の光源７は第２の波長を有する第２の光を出射する、ということができる。

【0171】

描画装置１００はローパスフィルタ６４を備える。ローパスフィルタ６４は、第１の光学系たる投影光学系３３０から出射された描画光３５１および第２の光たる検出用光３６１が入射して、描画光３５１および検出用光３６１を出射する、第２の光学系である。当該第２の光学系は、第１の光学系から出射された描画光３５１を基板９０へ導き、第１の光学系から出射された検出用光３６１を、基板９０を避けて出射する。

【0172】

描画装置１００は検出部６５Ａまたは検出部６５Ｂを備える。検出部６５Ａ，６５Ｂのいずれもが、第２の光学系たるローパスフィルタ６４から出射された検出用光３６１に基づいて第１の光学系たる投影光学系３３０の焦点位置を検出する。

【0173】

第２の実施の形態において例示されたように、描画装置１００はローパスフィルタ４６を備えてもよい。ローパスフィルタ４６は、変調器たる空間光変調素子４３と第１の光学系たる投影光学系３３０との間に位置する。ローパスフィルタ４６は、描画光３５１を透過させ、光３６を反射して第２の光源７から第１の光学系へと導くフィルタである。

【0174】

ローパスフィルタ４６，６４のいずれも、第１の波長と第２の波長との間にカットオフ波長を有する。本開示では当該カットオフ波長として４４０ｎｍが例示される。

【0175】

検出部６５Ａはプリズム６５１と検出器６５２とを有する。プリズム６５１は検出用光３６１を第３の光および第４の光たる光３６１ａ，３６１ｂに分岐する。検出部６５Ａにおいて検出器６５２は、光３６１ａ，３６１ｂが入射する位置を検出する。両者の位置が狭いほど、第１の光学系たる投影光学系３３０の焦点位置は投影光学系３３０に近い。

【0176】

検出部６５Ｂはナイフエッジ６５３と検出器６５２とを有する。ナイフエッジ６５３は、第２の光学系たるローパスフィルタ６４から出射された第２の光たる検出用光３６１を部分的に遮蔽しつつ、光３６１ｃとして透過させる遮蔽物として機能する。検出部６５Ｂにおいて検出器６５２は、光３６１ｃが入射する位置を検出する。

【0177】

第１の光学系は、投影光学系３３０の他、移動機構６３を更に備えてもよい。移動機構６３は、投影光学系３３０において両側テレセントリック光学系を構成する第１の鏡筒および第２の鏡筒たる鏡筒３３１，３３２を、両側テレセントリック光学系の光軸に沿って移動させる。

【0178】

例えば当該光軸に沿った鏡筒３３１，３３２同士の間の距離は、検出部６５Ａまたは検出部６５Ｂによって検出された、投影光学系３３０の焦点位置が、鏡筒３３２に近いほど、移動機構６３によって縮められる。

【0179】

本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、本開示がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

【符号の説明】

【0180】

７ 第２の光源
３４ 第１の光源
３５ 光（第１の光）
３６ 光（第２の光）
４３ 空間光変調素子（変調器）
４６ ローパスフィルタ（フィルタ）
６３ 移動機構
６４ ローパスフィルタ（第２の光学系）
６５Ａ，６５Ｂ 検出部
１００ 描画装置
３３０ 投影光学系（第１の光学系）
３３１ 鏡筒（第１の鏡筒）
３３２ 鏡筒（第２の鏡筒）
３５１ 描画光
３６１ 検出用光（第２の光）
３６１ａ，３６１ｂ 光（第３の光，第４の光）
３６１ｃ 光（第２の光）
４３１ 第１領域
４３２ 第２領域
６５１ プリズム
６５２，６５４ 検出器
６５３ ナイフエッジ（遮蔽物）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】