JP2023046529A - 描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱レンズ効果による描画精度の低下を抑制する。【解決手段】空間光変調部４１２は、光源からの光を空間光変調する。第１結像光学系４２は、空間光変調部４１２からの光の光路上に配置される。マイクロレンズアレイ４３は、複数のマイクロレンズを有し、第１結像光学系４２からの光を集光する。温度センサ４５は、第１結像光学系４２の温度を測定する。アレイ変形機構４６は、マイクロレンズアレイ４３を湾曲させる。フォーカス制御部は、温度センサ４５による第１結像光学系４２の測定温度に基づいてアレイ変形機構４６を制御することにより、光軸Ｊ１方向における複数のマイクロレンズのそれぞれの位置を第１結像光学系４２からの光の結像位置へと近づける。これにより、熱レンズ効果による描画精度の低下を抑制する。【選択図】図４

Description

本発明は、基板に対する描画を行う描画装置に関する。

従来、半導体基板、プリント基板、または、有機ＥＬ表示装置もしくは液晶表示装置用のガラス基板等（以下、「基板」という。）に形成された感光材料に光を照射することにより、パターンの描画を行う描画装置が使用されている。

例えば、特許文献１のパターン露光装置では、光源から出力された光がＤＭＤ（Digital Micromirror Device）によって空間変調されることによりパターン光が形成され、当該パターン光が光学系により感光材料上に結像される。当該光学系は、ＤＭＤにより形成されたパターン光を結像する第１結像光学系と、第１結像光学系の結像面に配置されたマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイを通過した光を感光材料上に結像させる第２結像光学系と、を含む。マイクロレンズアレイは、ＤＭＤの複数のマイクロミラーにそれぞれ対応するように二次元配列された複数のマイクロレンズを備える。当該パターン露光装置では、フォーカス制御部によりマイクロレンズアレイが光軸方向に移動されることにより、基板上におけるパターン光の結像位置が調節される。

特開２０１８－４１０２５号公報

ところで、特許文献１のようなパターン露光装置では、スループットを向上させるために光量を増大させると、パターンの描画中に第１結像光学系中のレンズ温度が上昇するおそれがある。この場合、熱レンズ効果によって第１結像光学系の焦点距離が変動し、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズ上に結像するべきＤＭＤのマイクロミラーの像の結像位置が光軸方向にずれる（すなわち、ピントが合わなくなる）。その結果、一のマイクロレンズ上に結像するマイクロミラーの像が、隣接するマイクロレンズまで広がり、基板上において本来描画すべきでないスポットにも光が照射されて描画精度が低下するおそれがある。

なお、熱レンズ効果による焦点距離の変動量は、レンズ中央部とレンズ周辺部とで異なるため、マイクロレンズアレイを単に光軸方向に移動するだけでは、マイクロレンズアレイの中央部に位置するマイクロレンズ上の結像位置のずれ、および、マイクロレンズアレイの周辺部に位置するマイクロレンズ上の結像位置のずれの双方を好適に調節することは困難である。また、透過率の高い材質のレンズを使用して熱レンズ効果を低減させることも考えられるが、レンズのコストが増大する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱レンズ効果による描画精度の低下を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板に対する描画を行う描画装置であって、基板を保持する基板保持部と、前記基板に対して光を照射してパターンを描画する描画ヘッドと、前記基板保持部を前記描画ヘッドに対して相対移動させる基板移動機構と、前記描画ヘッドから前記基板に照射される光の結像位置を調節するフォーカス制御部とを備え、前記描画ヘッドは、光源からの光を空間光変調する空間光変調部と、前記空間光変調部からの光の光路上に配置される結像光学系と、複数のマイクロレンズを有し、前記結像光学系からの光を集光するマイクロレンズアレイと、前記結像光学系の温度を測定する温度センサと、前記マイクロレンズアレイを湾曲させるアレイ変形機構とを備え、前記フォーカス制御部は、前記温度センサによる前記結像光学系の測定温度に基づいて前記アレイ変形機構を制御することにより、光軸方向における前記複数のマイクロレンズのそれぞれの位置を前記結像光学系からの光の結像位置へと近づける。

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、前記温度センサは、前記結像光学系に含まれる一の光学素子の中央部における温度である第１測定温度を取得し、前記フォーカス制御部は、前記第１測定温度に基づいて前記アレイ変形機構を制御する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の描画装置であって、前記温度センサは、前記一の光学素子の前記中央部から離間した他の部位における温度である第２測定温度も取得し、前記フォーカス制御部は、前記第１測定温度および前記第２測定温度に基づいて前記アレイ変形機構を制御する。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の描画装置であって、前記一の光学素子は、前記結像光学系に含まれる複数の光学素子のうち屈折率温度係数が最大の光学素子である。

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれか１つに記載の描画装置であって、前記一の光学素子は、前記結像光学系に含まれる複数の光学素子のうち線膨張係数が最大の光学素子である。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の描画装置であって、前記マイクロレンズアレイの光軸方向に垂直な形状は、１組の長辺と１組の短辺とを有する長方形状であり、前記アレイ変形機構は、前記マイクロレンズアレイの前記１組の長辺に平行な長手方向における中央部を、前記マイクロレンズアレイの前記長手方向における両端部に対して前記光軸方向に相対的に変位させる変位部を備える。

本発明では、熱レンズ効果による描画精度の低下を抑制することができる。

一の実施の形態に係る描画装置を示す斜視図である。 制御部が備えるコンピュータの構成を示す図である。 制御部の機能を示すブロック図である。 描画ヘッドの側面図である。 描画ヘッドの一部を拡大して示す図である。 光学素子を示す図である。 マイクロレンズアレイを示す図である。 マイクロレンズアレイを示す図である。 マイクロレンズアレイを示す図である。 マイクロレンズアレイの変形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描画装置１を示す斜視図である。描画装置１は、空間光変調された略ビーム状の光を基板９上の感光材料に照射し、当該光の照射領域を基板９上にて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である。図１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方向として矢印にて示している。図１に示す例では、Ｘ方向およびＹ方向は互いに垂直な水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。他の図においても同様である。

描画装置１は、ステージ２１と、ステージ移動機構２２と、撮像部３と、描画部４と、制御部１０とを備える。制御部１０は、ステージ移動機構２２、撮像部３および描画部４等を制御する。ステージ２１は、撮像部３および描画部４の下方（すなわち、（－Ｚ）側）において、水平状態の基板９を下側から保持する略平板状の基板保持部である。基板９は、例えばプリント配線基板である。ステージ２１は、例えば、基板９の下面を吸着して保持するバキュームチャックである。ステージ２１は、バキュームチャック以外の構造を有していてもよい。ステージ２１上に載置された基板９の上面９０は、Ｚ方向に対して略垂直であり、Ｘ方向およびＹ方向に略平行である。

ステージ移動機構２２は、基板９を保持するステージ２１を、撮像部３および描画部４に対して水平方向（すなわち、基板９の上面９０に略平行な方向）に相対的に移動する基板移動機構である。ステージ移動機構２２は、第１移動機構２３と、第２移動機構２４とを備える。第２移動機構２４は、ステージ２１をガイドレールに沿ってＸ方向に直線移動する。第１移動機構２３は、ステージ２１を第２移動機構２４と共にガイドレールに沿ってＹ方向に直線移動する。第１移動機構２３および第２移動機構２４の駆動源は、例えば、リニアサーボモータ、または、ボールネジにモータが取り付けられたものである。第１移動機構２３および第２移動機構２４の構造は、様々に変更されてよい。

描画装置１では、Ｚ方向に延びる回転軸を中心としてステージ２１を回転するステージ回転機構が設けられてもよい。また、ステージ２１をＺ方向に移動するステージ昇降機構が描画装置１に設けられてもよい。ステージ回転機構として、例えば、サーボモータが利用可能である。ステージ昇降機構として、例えば、リニアサーボモータが利用可能である。ステージ回転機構およびステージ昇降機構の構造は、様々に変更されてよい。

撮像部３は、Ｘ方向に配列される複数（図１に示す例では、２つ）の撮像ヘッド３１を備える。各撮像ヘッド３１は、ステージ２１およびステージ移動機構２２を跨いで設けられるヘッド支持部３０により、ステージ２１およびステージ移動機構２２の上方にて支持される。２つの撮像ヘッド３１のうち、一方の撮像ヘッド３１はヘッド支持部３０に固定されており、他方の撮像ヘッド３１はヘッド支持部３０上においてＸ方向に移動可能である。これにより、２つの撮像ヘッド３１間のＸ方向の距離を変更することができる。なお、撮像部３の撮像ヘッド３１の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。

各撮像ヘッド３１は、図示省略の撮像センサおよび光学系を備えるカメラである。各撮像ヘッド３１は、例えば、２次元の画像を取得するエリアカメラである。撮像センサは、例えば、マトリクス状に配列された複数のＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の素子を備える。各撮像ヘッド３１では、図示省略の光源から基板９の上面９０へと導かれた照明光の反射光が、光学系を介して撮像センサへと導かれる。撮像センサは、基板９の上面９０からの反射光を受光し、略矩形状の撮像領域の画像を取得する。上記光源としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の様々な光源が利用可能である。なお、各撮像ヘッド３１は、ラインカメラ等、他の種類のカメラであってもよい。

描画部４は、Ｘ方向およびＹ方向に配列される複数（図１に示す例では、５つ）の描画ヘッド４１を備える。各描画ヘッド４１は、ステージ２１およびステージ移動機構２２を跨いで設けられるヘッド支持部４０により、ステージ２１およびステージ移動機構２２の上方にて支持される。ヘッド支持部４０は、撮像部３のヘッド支持部３０よりも（＋Ｙ）側に配置されている。各描画ヘッド４１は、後述する光源、光学系および空間光変調部等を備える。複数の描画ヘッド４１は、略同じ構造を有する。なお、描画部４の描画ヘッド４１の数は１であってもよく、複数であってもよい。

描画装置１では、描画部４の複数の描画ヘッド４１から変調された（すなわち、空間光変調された）光を基板９の上面９０上に照射しつつ、ステージ移動機構２２により基板９をＹ方向に移動する。これにより、複数の描画ヘッド４１からの光の照射領域が基板９上にてＹ方向に走査され、基板９に対するパターンの描画が行われる。以下の説明では、Ｙ方向を「走査方向」とも呼び、Ｘ方向を「幅方向」とも呼ぶ。ステージ移動機構２２は、各描画ヘッド４１からの光の照射領域を基板９上にて走査方向に移動する走査機構である。

描画装置１では、基板９に対する描画は、いわゆるシングルパス（ワンパス）方式で行われる。具体的には、ステージ移動機構２２により、ステージ２１が複数の描画ヘッド４１に対してＹ方向に相対移動され、複数の描画ヘッド４１からの光の照射領域が、基板９の上面９０上にてＹ方向（すなわち、走査方向）に１回のみ走査される。これにより、基板９に対する描画が完了する。なお、描画装置１では、ステージ２１のＹ方向への移動とＸ方向へのステップ移動とが繰り返されるマルチパス方式により、基板９に対する描画が行われてもよい。なお、描画装置１においてマルチパス方式の描画が行われる場合、Ｙ方向は主走査方向であり、Ｘ方向は副走査方向である。また、ステージ移動機構２２の第１移動機構２３は、ステージ２１を主走査方向に移動させる主走査機構であり、第２移動機構２４は、ステージ２１を副走査方向に移動させる副走査機構である。

図２は、制御部１０が備えるコンピュータ１００の構成を示す図である。コンピュータ１００は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、入出力部１０３と、バス１０４とを備える通常のコンピュータである。バス１０４は、プロセッサ１０１、メモリ１０２および入出力部１０３を接続する信号回路である。メモリ１０２は、各種情報を記憶する。メモリ１０２は、例えば、記憶媒体１０８に予め記憶されているプログラム１０９を読み出して記憶する。記憶媒体１０８は、例えば、ＵＳＢメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートディスク（ＳＳＤ）である。

プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶される上記プログラム１０９等に従って、メモリ１０２等を利用しつつ様々な処理（例えば、数値計算や画像処理）を実行する。入出力部１０３は、操作者からの入力を受け付けるキーボード１０５およびマウス１０６、並びに、プロセッサ１０１からの出力等を表示するディスプレイ１０７を備える。なお、制御部１０は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）や回路基板等であってもよく、これらと１つ以上のコンピュータとの組み合わせであってもよい。

図３は、コンピュータ１００によって上記プログラム１０９が実行されることにより実現される制御部１０の機能を示すブロック図である。図３では、制御部１０以外の構成も併せて示す。制御部１０は、記憶部１１１と、撮像制御部１１２と、位置検出部１１３と、描画制御部１１４と、フォーカス制御部１１５とを備える。

記憶部１１１は、主にメモリ１０２により実現され、描画装置１におけるパターンの描画に関する各種情報を予め記憶する。記憶部１１１に記憶されている情報には、例えば、基板９に描画される予定のパターンのＣＡＤデータが含まれる。

撮像制御部１１２、位置検出部１１３、描画制御部１１４およびフォーカス制御部１１５は、主にプロセッサ１０１により実現される。撮像制御部１１２は、撮像部３およびステージ移動機構２２を制御することにより、基板９の上面９０（図１参照）を撮像部３に撮像させて、アライメントマークを含む撮像画像を取得させる。当該撮像画像は、記憶部１１１へと送られて格納される。位置検出部１１３は、当該撮像画像に基づいてステージ２１（図１参照）上における基板９の位置（すなわち、描画部４に対する基板９の相対位置）を検出する。描画制御部１１４は、位置検出部１１３により検出された基板９の位置等に基づいて、描画部４およびステージ移動機構２２を制御することにより、基板９上の描画位置を調節しつつ、描画部４に基板９に対するパターンの描画を実行させる。フォーカス制御部１１５は、基板９に対するパターンの描画の際に、描画部４の描画ヘッド４１から基板９に照射される光の結像位置を調節する。

図４は、描画ヘッド４１の構成を示す側面図である。図５は、描画ヘッド４１の一部を拡大して示す図である。図５では、描画ヘッド４１の複数の構成を、実際の配置とは異なる一直線上に並べて示す。また、図５では、後述するマイクロレンズアレイ４３のマイクロレンズを実際よりも大きく描いている。さらに、図５では、後述する温度センサ４５およびアレイ変形機構４６の図示を省略している。

描画ヘッド４１は、空間光変調部４１２および投影光学系４１３を備える。描画ヘッド４１では、図示省略の光源からの光が、図示省略の照明光学系において強度分布が略均一な光とされた後、空間光変調部４１２へと導かれる。光源としては、ＬＤ（Laser Diode）等の様々な光源が利用可能である。空間光変調部４１２は、照明光学系を介した光源からの光を空間光変調して、パターンの描画に使用される必要光のみを投影光学系４１３へと導く。本実施の形態では、空間光変調部４１２は、空間光変調素子であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を備える。ＤＭＤは、例えば、１９２０×１０８０個のマイクロミラー（すなわち、変調素子）を、メモリセル上にマトリクス状に配列することによって構成される。各マイクロミラーは、１辺が約１０μｍの略正方形であり、ＤＭＤは、約２０ｍｍ×１０ｍｍの略長方形である。

投影光学系４１３は、空間光変調部４１２にて変調された光（すなわち、パターン光）を基板９の上面９０へと導く。投影光学系４１３は、結像光学系４２と、マイクロレンズアレイ４３と、もう１つの結像光学系４４とを備える。以下の説明では、結像光学系４２，４４をそれぞれ、「第１結像光学系４２」および「第２結像光学系４４」と呼ぶ。

第１結像光学系４２は、第１鏡筒４２１と、第２鏡筒４２２とを備える。第１鏡筒４２１および第２鏡筒４２２はそれぞれ、１つ以上の光学素子（例えば、レンズ）である光学素子群を保持する。第１鏡筒４２１および第２鏡筒４２２は、空間光変調部４１２によって形成されたパターン光の光路上に配置される。第１鏡筒４２１に保持される光学素子群は、空間光変調部４１２から出力されたパターン光を平行光に整形して第２鏡筒４２２へと導く。第２鏡筒４２２に保持される光学素子群は、像側テレセントリックであり、第１鏡筒４２１を通過したパターン光を、第１結像光学系４２の光軸Ｊ１に平行にマイクロレンズアレイ４３へと導く。第１結像光学系４２は、例えば、１倍を超える横倍率（本実施の形態では、約２倍）でパターン光を結像する拡大光学系である。

マイクロレンズアレイ４３は、空間光変調部４１２のＤＭＤの複数のマイクロミラーと同数の複数のマイクロレンズを備える。複数のマイクロレンズは、上述の複数のマイクロミラーにそれぞれ対応しており、マトリクス状に配列される。マイクロレンズアレイ４３の各マイクロレンズの光軸は、第１結像光学系４２の光軸Ｊ１に略平行（すなわち、図４中のＹ方向に略平行）である。空間光変調部４１２の各マイクロミラーで反射した光束は、第１結像光学系４２を通過した後、当該マイクロミラーに対応するマイクロレンズに入射して集光される。換言すれば、マイクロレンズアレイ４３は、第１結像光学系４２からの光を集光する。第１結像光学系４２は、マイクロレンズアレイ４３の複数のマイクロレンズ上に入射する光がマイクロレンズアレイ４３のマイクロレンズのピッチで並ぶスポットアレイとなるように設計される。当該スポットアレイの像サイズは、第１結像光学系４２によって約２倍に拡大されており、約４０ｍｍ×２０ｍｍである。

マイクロレンズアレイ４３を通過したパターン光は、マイクロレンズアレイ４３の（－Ｙ）側に位置するミラー４７によって（－Ｚ）方向に反射され、ミラー４７の（－Ｚ）側に位置する第２結像光学系４４に入射する。なお、図５では、ミラー４７の図示を省略している。

第２結像光学系４４は、第１鏡筒４４１と、第２鏡筒４４２とを備える。第１鏡筒４４１および第２鏡筒４４２はそれぞれ、１つ以上の光学素子（例えば、レンズ）である光学素子群を保持する。第１鏡筒４４１および第２鏡筒４４２は、マイクロレンズアレイ４３を通過したパターン光の光路上に配置される。第２結像光学系４４は、例えば、両側テレセントリックである。第２結像光学系４４の像側をテレセントリックとすることにより、基板９上の上面９０の位置が第２結像光学系４４の光軸Ｊ２に平行な方向（すなわち、Ｚ方向）にずれた場合であっても、基板９の上面９０上のパターン光の像の大きさが一定となるため、基板９に対するパターンの描画を精度良く行うことができる。また、第２結像光学系４４の物体側もテレセントリックとすることにより、後述するように、マイクロレンズアレイ４３を上述の光軸Ｊ１に平行な方向に移動させる場合であっても、第２結像光学系４４の像側におけるパターン光の像の大きさを維持した状態で、基板９に対するパターンの描画を行うことができる。

第２結像光学系４４は、例えば、１倍を超える横倍率（本実施の形態では、約３倍）で拡大して結像する拡大光学系である。上述のスポットアレイは、第２結像光学系４４により約３倍に拡大されることによって、約１２０ｍ×６０ｍｍの大きさとなって基板９の上面９０上に投影される。

描画装置１では、基板９に対するパターン光の照射が継続されるのに伴って第１結像光学系４２の温度が上昇し、熱レンズ効果によって第１結像光学系４２の焦点距離が変動する場合がある。熱レンズ効果とは、第１結像光学系４２に入射した光の一部が、第１結像光学系４２に含まれる光学素子に吸収されて当該光学素子が昇温し、当該光学素子の熱膨張による形状誤差や屈折率変化等によって焦点距離が変動する現象である。当該焦点距離の変動量は、第１結像光学系４２の光軸Ｊ１近傍と、光軸Ｊ１から離れた位置とで異なる。また、基板９上に描画されるパターンの形状によっては、空間光変調部４１２から第１結像光学系４２に入射するパターン光の光量分布が偏り、第１結像光学系４２の光軸Ｊ１近傍の上昇温度と、光軸Ｊ１から離れた位置の上昇温度とが異なる場合がある。この場合、第１結像光学系４２の光軸Ｊ１近傍と光軸Ｊ１から離れた位置とにおける上記熱レンズ効果による焦点距離の変化の差が大きくなる可能性がある。

描画装置１では、図４に示すように、描画ヘッド４１が、温度センサ４５と、アレイ変形機構４６とをさらに備える。温度センサ４５は、第１結像光学系４２の近傍に配置され、第１結像光学系４２の温度を測定する。具体的には、温度センサ４５は、第１結像光学系４２に含まれる一の光学素子の温度を測定する。アレイ変形機構４６は、マイクロレンズアレイ４３を湾曲させる機構である。なお、図５では、温度センサ４５およびアレイ変形機構４６の図示を省略している。

図６は、温度センサ４５による温度測定が行われる一の光学素子４２３（本実施の形態では、レンズ）を示す図である。図４および図５に示す例では、光学素子４２３は、第１結像光学系４２の第２鏡筒４２２により保持される。光学素子４２３は、第１結像光学系４２に含まれる複数の光学素子のうち、上述の熱レンズ効果が大きい光学素子であることが好ましい。光学素子４２３は、例えば、第１結像光学系４２に含まれる複数の光学素子のうち屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）が最大の光学素子である。また、光学素子４２３は、例えば、第１結像光学系４２に含まれる複数の光学素子のうち線膨張係数が最大の光学素子であってもよい。光学素子４２３は、例えば、第１結像光学系４２における集光位置からの光軸Ｊ１方向（すなわち、光軸Ｊ１に平行な方向）の距離が大きい光学素子であってもよい。

図６に示す例では、温度センサ４５は、３つのセンサ要素４５１を備える。各センサ要素４５１としては、例えば、非接触式の赤外線温度センサ等が利用可能である。３つのセンサ要素４５１のうち、中央の１つのセンサ要素４５１は、光学素子４２３の中央部における温度（以下、「第１測定温度」とも呼ぶ。）を取得する。光学素子４２３の中央部とは、光学素子４２３において、マイクロレンズアレイ４３の中央部（すなわち、Ｘ方向およびＺ方向の中央部）に対応する部位である。図６に示す例では、光学素子４２３の中央部は、光学素子４２３の光軸近傍の部位であり、光学素子４２３がレンズである場合は径方向の中心部である。上記３つのセンサ要素４５１のうち、最も（＋Ｘ）側のセンサ要素４５１は、光学素子４２３のＺ方向の中央部における（＋Ｘ）側の端部の温度（以下、「第２測定温度」とも呼ぶ。）を取得する。上記３つのセンサ要素４５１のうち、最も（－Ｘ）側のセンサ要素４５１は、光学素子４２３のＺ方向の中央部における（－Ｘ）側の端部の温度（以下、「第３測定温度」とも呼ぶ。）を取得する。

図６では、光学素子４２３上における各センサ要素４５１の測定点４５２を丸印にて示す。最も（＋Ｘ）側のセンサ要素４５１の測定点４５２、および、最も（－Ｘ）側のセンサ要素４５１の測定点４５２はそれぞれ、中央のセンサ要素４５１の測定点４５２（すなわち、光学素子４２３の中央部）から離間した他の部位である。最も（＋Ｘ）側の測定点４５２と中央の測定点４５２との間のＸ方向における距離は、最も（－Ｘ）側の測定点４５２と中央の測定点４５２との間のＸ方向における距離と略同じである。

基板９上に描画されるパターンの形状によっては、光学素子４２３に入射するパターン光の光量分布が偏り、第１測定温度と第２測定温度および第３測定温度とが異なる場合がある。また、第２測定温度と第３測定温度とが異なる場合もある。

図７は、マイクロレンズアレイ４３を（－Ｙ）側からＹ方向に沿って（すなわち、第１結像光学系４２の光軸Ｊ１に平行な方向に沿って）見た図である。図８は、マイクロレンズアレイ４３を（＋Ｚ）側からＺ方向に沿って見た図である。マイクロレンズアレイ４３のＹ方向に垂直な形状は、Ｘ方向に略平行な１組の長辺と、Ｚ方向に略平行な１組の短辺とを有する略長方形である。以下の説明では、当該１組の長辺に平行なＸ方向を、マイクロレンズアレイ４３の長手方向とも呼ぶ。

マイクロレンズアレイ４３は、略矩形枠状のレンズフレーム４３２により保持される。図８では、レンズフレーム４３２を二点鎖線にて示す。レンズフレーム４３２は、マイクロレンズアレイ４３のＸ方向の両側の側縁およびＺ方向の両側の側縁に略全長に亘って固定される。換言すれば、レンズフレーム４３２は、マイクロレンズアレイ４３の側縁に略全周に亘って接触することにより、マイクロレンズアレイ４３を保持する。

アレイ変形機構４６は、レンズフレーム４３２近傍に配置される複数の変位部４６１を備える。変位部４６１は、レンズフレーム４３２の所定の部位に接触し、当該部位をＹ方向に押圧することにより微小に変位させる。変位部４６１としては、例えば、ピエゾアクチュエータが利用可能である。また、アレイ変形機構４６は、ピエゾアクチュエータ以外の変位部４６１を備えていてもよい。

図７および図８に示す例では、レンズフレーム４３２の（－Ｙ）側に６つの変位部４６１が配置される。６つの変位部４６１のうち３つの変位部４６１は、レンズフレーム４３２の（－Ｚ）側の端部（すなわち、レンズフレーム４３２の一の長辺近傍）において、（－Ｘ）側の端部、Ｘ方向の中央部、および、（＋Ｘ）側の端部に配置される。６つの変位部４６１のうち他の３つの変位部４６１は、レンズフレーム４３２の（＋Ｚ）側の端部（すなわち、レンズフレーム４３２の他の長辺近傍）において、（－Ｘ）側の端部、Ｘ方向の中央部、および、（＋Ｘ）側の端部に配置される。（＋Ｚ）側の３つの変位部４６１と（－Ｚ）側の３つの変位部４６１とは、例えば、Ｘ方向において略同じ位置に位置する。

レンズフレーム４３２の（＋Ｙ）側には、上記６つの変位部４６１とレンズフレーム４３２を挟んでＹ方向に対向する６つの変位部４６１が配置される。レンズフレーム４３２を挟んでＹ方向に対向する各２つの変位部４６１は、同期して進退する。レンズフレーム４３２を挟んでＹ方向に対向する２つの変位部４６１において、例えば、（＋Ｙ）側の変位部４６１がレンズフレーム４３２を（－Ｙ）方向に押し、（－Ｙ）側の変位部４６１が同期して（－Ｙ）方向に変位すると、レンズフレーム４３２のうち当該２つの変位部４６１に挟まれる部位が（－Ｙ）方向に変位し、マイクロレンズアレイ４３のうち当該２つの変位部４６１近傍の部位も（－Ｙ）方向に変位する。

描画ヘッド４１では、例えば、図９に示すように、Ｘ方向の中央部に配置された複数の変位部４６１によりレンズフレーム４３２のＸ方向の中央部が（－Ｙ）側へと変位され、Ｘ方向の両端部に配置された複数の変位部４６１によりレンズフレーム４３２のＸ方向の両端部が（＋Ｙ）側へと変位されることにより、マイクロレンズアレイ４３のＸ方向の中央部（すなわち、長手方向の中央部）が、（－Ｙ）側に凸となるように湾曲する。このとき、（＋Ｘ）側の変位部４６１の変位量と（－Ｘ）側の変位部４６１の変位量とを異ならせることにより、マイクロレンズアレイ４３の（＋Ｘ）側の湾曲状態と（－Ｘ）側の湾曲状態とを異ならせることもできる。なお、図９では、マイクロレンズアレイ４３の湾曲の程度を実際よりも大きく描いている。

また、マイクロレンズアレイ４３を（－Ｙ）側に凸となるように湾曲させる場合、レンズフレーム４３２のＸ方向の中央部が（－Ｙ）側へと変位され、Ｘ方向の両端部はＹ方向に変位しなくてもよい。あるいは、レンズフレーム４３２のＸ方向の両端部が（＋Ｙ）側へと変位され、Ｘ方向の中央部はＹ方向に変位しなくてもよい。すなわち、描画ヘッド４１では、マイクロレンズアレイ４３の長手方向における中央部が長手方向における両端部に対してＹ方向に相対的に変位されることにより、マイクロレンズアレイ４３がＹ方向に湾曲する。

描画ヘッド４１において、マイクロレンズアレイ４３のＸ方向の中央部が（＋Ｙ）側に凸となるようにマイクロレンズアレイ４３を湾曲させる場合については、各変位部４６１のＹ方向における変位が逆向きである点を除き、上記と同様である。

描画装置１では、上述のように、基板９に対する描画中の熱レンズ効果により、第１結像光学系４２の焦点距離（すなわち、Ｙ方向における焦点までの距離）が変動し、マイクロレンズアレイ４３上に位置すべきパターン光の結像面（すなわち、空間光変調部４１２のＤＭＤの複数のマイクロミラーの像が結像される仮想的な面）が湾曲し、マイクロレンズアレイ４３上からＹ方向にずれる場合がある。また、上記焦点距離の変動量は、第１結像光学系４２の光軸Ｊ１近傍に対応するマイクロレンズアレイ４３の中央部と、マイクロレンズアレイ４３の端部とで異なる場合もある。図７に例示するマイクロレンズアレイ４３はＸ方向に長い略矩形状であるため、Ｘ方向における焦点距離の変動量の差が大きくなる。換言すれば、上記結像面の湾曲の程度はＸ方向において大きくなる。

そこで、描画装置１では、図６に示す温度センサ４５により光学素子４２３の温度が測定され、測定された温度に基づいてフォーカス制御部１１５（図３参照）がアレイ変形機構４６を制御することにより、マイクロレンズアレイ４３が、パターン光の上記結像面の湾曲に合わせて湾曲される。

具体的には、図１０に示すように、温度センサ４５の３つのセンサ要素４５１（図６参照）により、光学素子４２３の第１測定温度、第２測定温度および第３測定温度が取得される（ステップＳ１１）。取得された第１測定温度、第２測定温度および第３測定温度は、温度センサ４５から記憶部１１１（図３参照）に送られる。

記憶部１１１には、温度－変位情報が予め記憶されている。温度－変位情報は、第１測定温度、第２測定温度および第３測定温度と、アレイ変形機構４６の複数の変位部４６１の変位量との関係を示す情報である。温度－変位情報は、第１測定温度、第２測定温度および第３測定温度の複数の組み合わせを含み、各組み合わせに対して複数の変位部４６１によるレンズフレーム４３２の最適な変位量が関連付けられている。当該最適な変位量とは、アレイ変形機構４６により湾曲したマイクロレンズアレイ４３の平面視における形状（すなわち、Ｚ方向に沿って見た場合の形状）と、光学素子４２３の温度が第１測定温度、第２測定温度および第３測定温度である場合のパターン光の湾曲した上記結像面の平面視における形状とが、好適に近づくように予め決定されたものである。温度－変位情報は、シミュレーションにより取得されてもよく、描画装置１において光学素子４２３の温度を様々に変更して取得されてもよい。

フォーカス制御部１１５は、ステップＳ１１にて取得された第１測定温度、第２測定温度および第３測定温度と、上述の温度－変位情報とに基づいて、複数の変位部４６１の変位量を求め、当該変位量に基づいてアレイ変形機構４６を制御してマイクロレンズアレイ４３を変形させる（ステップＳ１２）。これにより、マイクロレンズアレイ４３の各マイクロレンズが、光軸Ｊ１方向において、空間光変調部４１２の対応するマイクロミラーからの光の結像位置に好適に近づく。好ましくは、マイクロレンズアレイ４３の各マイクロレンズの光軸Ｊ１方向における位置は、対応するマイクロミラーからの光の結像位置に一致する。

描画装置１では、基板９に対するパターンの描画が行われている間、上述のステップＳ１１～Ｓ１２が継続的に行われる。これにより、描画中に光学素子４２３の温度が変化した場合であっても、マイクロレンズアレイ４３の各マイクロレンズの光軸Ｊ１方向における位置を、対応するマイクロミラーからの光の結像位置に近づけた状態を維持することができる。その結果、一のマイクロレンズ上に結像するマイクロミラーの像が隣接するマイクロレンズまで広がる現象（いわゆる、漏れ光）の発生を抑制し、描画精度の低下を抑制することができる。

なお、描画装置１では、必ずしも光学素子４２３の第１測定温度、第２測定温度および第３測定温度が取得される必要はない。例えば、第１結像光学系４２からのパターン光の上記結像面が、光軸Ｊ１の（＋Ｘ）側および（－Ｘ）側で略同様に湾曲する場合、温度センサ４５により光学素子４２３の第１測定温度および第２測定温度のみが取得されてもよい。この場合、温度－変位情報は、第１測定温度および第２測定温度の複数の組み合わせを含み、各組み合わせに対して複数の変位部４６１によるレンズフレーム４３２の最適な変位量が関連付けられている。また、例えば、第１結像光学系４２からのパターン光の上記結像面の湾曲状態が、光学素子４２３の第１測定温度のみからある程度精度良く求めることができる場合、温度センサ４５により光学素子４２３の第１測定温度のみが取得されてもよい。この場合、温度－変位情報は、複数の第１測定温度を含み、各第１測定温度に対して複数の変位部４６１によるレンズフレーム４３２の最適な変位量が関連付けられている。

以上に説明したように、基板９に対する描画を行う描画装置１は、基板保持部（上記例では、ステージ２１）と、描画ヘッド４１と、基板移動機構（上記例では、ステージ移動機構２２）と、フォーカス制御部１１５とを備える。基板保持部は、基板９を保持する。描画ヘッド４１は、基板９に対して光を照射してパターンを描画する。基板移動機構は、基板保持部を描画ヘッド４１に対して相対移動させる。フォーカス制御部１１５は、描画ヘッド４１から基板９に照射される光の結像位置を調節する。

描画ヘッド４１は、空間光変調部４１２と、結像光学系（上記例では、第１結像光学系４２）と、マイクロレンズアレイ４３と、温度センサ４５と、アレイ変形機構４６とを備える。空間光変調部４１２は、光源からの光を空間光変調する。結像光学系は、空間光変調部４１２からの光の光路上に配置される。マイクロレンズアレイ４３は、複数のマイクロレンズを有し、当該結像光学系からの光を集光する。温度センサ４５は、当該結像光学系の温度を測定する。アレイ変形機構４６は、マイクロレンズアレイ４３を湾曲させる。フォーカス制御部１１５は、温度センサ４５による結像光学系の測定温度に基づいてアレイ変形機構４６を制御することにより、光軸Ｊ１方向における複数のマイクロレンズのそれぞれの位置を当該結像光学系からの光の結像位置へと近づける。

これにより、熱レンズ効果によって結像光学系の焦点距離が変動し、当該焦点距離の変動量が光軸Ｊ１近傍と光軸Ｊ１から離れた部位とで異なる場合であっても、マイクロレンズアレイ４３において一のマイクロレンズ上に結像するマイクロミラーの像が隣接するマイクロレンズまで広がる現象（いわゆる、漏れ光）の発生を抑制することができる。その結果、熱レンズ効果による描画精度の低下を抑制することができる。

上述のように、温度センサ４５は、上記投影光学系に含まれる一の光学素子４２３の中央部における温度である第１測定温度を取得し、フォーカス制御部１１５は、第１測定温度に基づいてアレイ変形機構４６を制御することが好ましい。これにより、当該投影光学系における熱レンズ効果を精度良く推定することができる。その結果、当該投影光学系における熱レンズ効果の影響を好適に抑制し、描画精度の低下を好適に抑制することができる。

上述のように、温度センサ４５は、上記一の光学素子４２３の中央部から離間した他の部位における温度である第２測定温度も取得し、フォーカス制御部１１５は、第１測定温度および第２測定温度に基づいてアレイ変形機構４６を制御することが好ましい。これにより、上記投影光学系における熱レンズ効果をさらに精度良く推定することができる。その結果、当該投影光学系における熱レンズ効果の影響をさらに好適に抑制し、描画精度の低下をより一層好適に抑制することができる。

上述のように、当該一の光学素子４２３は、上記結像光学系に含まれる複数の光学素子のうち屈折率温度係数が最大の光学素子であることが好ましい。このように、複数の光学素子のうち熱レンズ効果が大きい光学素子４２３を選択し、当該光学素子４２３の温度に基づいてアレイ変形機構４６を制御することにより、当該投影光学系における熱レンズ効果の影響を好適に抑制し、描画精度の低下を好適に抑制することができる。

上述のように、当該一の光学素子４２３は、上記結像光学系に含まれる複数の光学素子のうち線膨張係数が最大の光学素子であることも好ましい。このように、複数の光学素子のうち熱レンズ効果が大きい光学素子４２３を選択し、当該光学素子４２３の温度に基づいてアレイ変形機構４６を制御することにより、当該投影光学系における熱レンズ効果の影響を好適に抑制し、描画精度の低下を好適に抑制することができる。

上記例では、マイクロレンズアレイ４３の光軸Ｊ１方向に垂直な形状は、１組の長辺と１組の短辺とを有する長方形状である。この場合、アレイ変形機構４６は、マイクロレンズアレイ４３の当該１組の長辺に平行な長手方向における中央部を、マイクロレンズアレイ４３の長手方向における両端部に対して光軸Ｊ１方向に相対的に変位させる変位部４６１を備えることが好ましい。このように、熱レンズ効果による焦点距離の変動量の差が大きい長手方向において、マイクロレンズアレイ４３の複数のマイクロレンズの位置を調節することにより、熱レンズ効果の影響を好適に抑制し、描画精度の低下を好適に抑制することができる。

上述の描画装置１では、様々な変更が可能である。

例えば、上述の光学素子４２３は、必ずしもレンズには限定されず、プリズム等の他の光学素子であってもよい。

投影光学系４１３では、アレイ変形機構４６に加えて、マイクロレンズアレイ４３を光軸Ｊ１方向に移動させるアレイ移動機構が設けられてもよい。そして、熱レンズ効果による焦点距離の変動量が大きい場合等、アレイ変形機構４６によるマイクロレンズアレイ４３の湾曲と、アレイ移動機構によるマイクロレンズアレイ４３の移動とを組み合わせることにより、光軸Ｊ１方向における複数のマイクロレンズのそれぞれの位置が、第１結像光学系４２からの光の結像位置へと近づけられてもよい。これにより、第１結像光学系４２における熱レンズ効果の影響をさらに好適に抑制し、描画精度の低下をより一層好適に抑制することができる。

描画装置１では、フォーカス制御部１１５によるアレイ変形機構４６の制御は、第１結像光学系４２の温度に基づいて行われるのであれば、必ずしも第１結像光学系４２の光学素子４２３の温度に基づいて行われる必要はない。例えば、温度センサ４５により第１鏡筒４２１または第２鏡筒４２２の温度が測定され、当該温度に基づいてアレイ変形機構４６が制御されてもよい。

また、描画装置１では、第２結像光学系４４の温度も測定され、フォーカス制御部１１５によるアレイ変形機構４６の制御が、第１結像光学系４２の温度および第２結像光学系４４の温度に基づいて行われてもよい。これにより、第２結像光学系４４に含まれる光学素子の熱レンズ効果による焦点距離の変動の影響も抑制することができる。その結果、熱レンズ効果による描画精度の低下をさらに抑制することができる。

空間光変調部４１２では、ＤＭＤは必ずしもマトリクス状に配列された複数のマイクロミラーを備える必要はなく、直線状に配列された複数のマイクロミラーを備えていてもよい。また、空間光変調部４１２は、ＤＭＤに代えて、ＧＬＶ（Grating Light Valve）（シリコン・ライト・マシーンズ（サニーベール、カリフォルニア）の登録商標）等の他の空間光変調素子を備えていてもよい。

上述の例では、アレイ変形機構４６は、マイクロレンズアレイ４３の長手方向（すなわち、Ｘ方向）における中央部を両端部に対して相対的に変位させることによりマイクロレンズアレイ４３をＸ方向において湾曲させるが、これには限定されない。例えば、アレイ変形機構４６は、マイクロレンズアレイ４３の長手方向に垂直な方向（すなわち、Ｚ方向）における中央部を両端部に対して相対的に変位させることにより、マイクロレンズアレイ４３をＺ方向において湾曲させてもよい。あるいは、アレイ変形機構４６は、マイクロレンズアレイ４３をＸ方向およびＺ方向の双方において湾曲させてもよい。

マイクロレンズアレイ４３のＹ方向に垂直な形状は、必ずしも略長方形状である必要はなく、様々に変更されてよい。例えば、マイクロレンズアレイ４３の当該形状は、略正方形状であってもよい。

投影光学系４１３では、第２結像光学系４４は必ずしも設けられる必要はない。また、マイクロレンズアレイ４３を通過したパターン光を、必ずしもミラー４７によって反射される必要は無い。すなわち、ミラー４７を省略し、空間光変調部４１２、第１結像光学系４２，マイクロレンズアレイ４３をＺ方向に一直線上に配置してもよい。

上述の基板９は、必ずしもプリント配線基板には限定されない。描画装置１では、例えば、半導体基板、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等のフラットパネル表示装置用のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、太陽電池パネル用の基板等の位置検出が行われてもよい。

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
９ 基板
２１ ステージ
２２ ステージ移動機構
４１ 描画ヘッド
４２ 第１結像光学系
４３ マイクロレンズアレイ
４５ 温度センサ
４６ アレイ変形機構
１１５ フォーカス制御部
４１２ 空間光変調部
４２３ 光学素子
４６１ 変位部

Claims (6)

1. 基板に対する描画を行う描画装置であって、
   基板を保持する基板保持部と、
   前記基板に対して光を照射してパターンを描画する描画ヘッドと、
   前記基板保持部を前記描画ヘッドに対して相対移動させる基板移動機構と、
   前記描画ヘッドから前記基板に照射される光の結像位置を調節するフォーカス制御部と、
   を備え、
   前記描画ヘッドは、
   光源からの光を空間光変調する空間光変調部と、
   前記空間光変調部からの光の光路上に配置される結像光学系と、
   複数のマイクロレンズを有し、前記結像光学系からの光を集光するマイクロレンズアレイと、
   前記結像光学系の温度を測定する温度センサと、
   前記マイクロレンズアレイを湾曲させるアレイ変形機構と、
   を備え、
   前記フォーカス制御部は、前記温度センサによる前記結像光学系の測定温度に基づいて前記アレイ変形機構を制御することにより、光軸方向における前記複数のマイクロレンズのそれぞれの位置を前記結像光学系からの光の結像位置へと近づけることを特徴とする描画装置。
2. 請求項１に記載の描画装置であって、
   前記温度センサは、前記結像光学系に含まれる一の光学素子の中央部における温度である第１測定温度を取得し、
   前記フォーカス制御部は、前記第１測定温度に基づいて前記アレイ変形機構を制御することを特徴とする描画装置。
3. 請求項２に記載の描画装置であって、
   前記温度センサは、前記一の光学素子の前記中央部から離間した他の部位における温度である第２測定温度も取得し、
   前記フォーカス制御部は、前記第１測定温度および前記第２測定温度に基づいて前記アレイ変形機構を制御することを特徴とする描画装置。
4. 請求項２または３に記載の描画装置であって、
   前記一の光学素子は、前記結像光学系に含まれる複数の光学素子のうち屈折率温度係数が最大の光学素子であることを特徴とする描画装置。
5. 請求項２ないし４のいずれか１つに記載の描画装置であって、
   前記一の光学素子は、前記結像光学系に含まれる複数の光学素子のうち線膨張係数が最大の光学素子であることを特徴とする描画装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の描画装置であって、
   前記マイクロレンズアレイの光軸方向に垂直な形状は、１組の長辺と１組の短辺とを有する長方形状であり、
   前記アレイ変形機構は、前記マイクロレンズアレイの前記１組の長辺に平行な長手方向における中央部を、前記マイクロレンズアレイの前記長手方向における両端部に対して前記光軸方向に相対的に変位させる変位部を備えることを特徴とする描画装置。

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