JP2005258352A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板側の振動に関わらず、高速かつ高精度に走査露光を行う露光装置を提供する。
【解決手段】 基板１に対して相対的に移動しながら露光スポット形成して該基板１を走査露光する露光系５と、上記露光系５の走査方向とは垂直な方向の変位量を、上記基板１とは別に設けられた検出参照板３にて検出する検出系６と、上記検出系６による検出結果に基づいて、上記露光系５の走査方向の露光スポット位置を調整する制御装置９とを備えている。このため、基板１に対して高速、且つ正確に走査露光を行うことができるものとなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のレーザ光で感光材料を走査露光する露光装置及び露光方法に関するものである。

従来、液晶ディスプレイ、IC（integrated circuit）、LSI（large scale integration）等の製造工程で用いられている露光装置がある。この露光装置によってフォトリソグラフィを行う際には、フォトマスク（マスク）を用いて紫外光線を一面に照射し、フォトレジスト（感光材料）を露光する。

しかしながら、マスクを用いる露光装置では、マスクと基板の位置あわせを行って一括露光を行うため、大型で高価なマスクが必要である。

また、マスクと基板を高精度に位置決めを行わなければならないので、マスク及び感光材料の高精度な保持機構、アライメント機構が必要になる。

さらに、マスク及び感光材料の熱収縮による描画精度の低下を防止するため、温度安定化機構が必要になる。紫外線光源として超高圧水銀ランプを使用するが、その寿命が短く交換頻度が高く、消費電力が大きくなる。

近年は、多品種少量生産、即時生産（いわゆるオンデマンド生産）が時流であるが、マスク露光には準備時間がかかるのでオンデマンド生産には適さない、という問題があった。また、マスク露光では、塵埃やマスク欠陥に起因して歩留まりが低下する、という問題があった。加えて、マスク露光では、超高圧水銀ランプ、マスク費用等が必要で、ランニング・コストが高くなる、という問題がある。

以上のようにマスクを用いる露光装置では、種々の問題が生じていた。

そこで、マスクを使用しない露光装置が提案された（特許文献１）。これは、光源であるレーザモジュールをアレイ状に配置してパターンデータに基づいて光源間の距離を設定する方式である。その概略図を図６に示す。

図６における露光装置は、基板２０１が載置されたステージ２００と、光源の間隔が固定されたレーザモジュール６０と、レーザモジュール６０を搭載したアレイユニット１００からなる。レーザモジュール６０は、アレイユニット１００上で列方向の位置を設定し、ステージ２００を移動させ、基板２０１を露光する。
特開２０００−２１４５９７（２０００年８月４日 公開）

しかしながら、図６に示すようなマスクを用いない露光装置の場合、前記露光時にステージ２００が移動するとき、ステージ２００には所望の移動方向（Ｙ軸方向）と垂直な方向（Ｘ軸方向）の変位、振動が発生する。この変位、振動が露光位置のずれを発生させる。特に高速にステージを移動させるときに発生する露光位置のずれは、高速になればなるほど大きくなる傾向がある。このため、ステージを高速に移動させることができず、露光の高速化が妨げられている。

例えば、図７は、図６に示す露光装置による露光結果であり、ステージ２００をＹ軸方向へ高速に移動させ露光を行った場合の一例である。ステージ２００をＹ軸方向に高速に移動させるとステージ２００とアレイユニット１００との間にＸ軸方向のぶれが発生する。従って、レーザモジュール６０により露光された部分２０３は所望の直線露光パターンとはならない。

また、ステージ２００のずれは露光前の位置決めでも問題となり、露光前に基板上の所望の位置に集光ビームを集光しようとしてもステージ２００の振動により、基板上のどの位置に集光スポットがあるのかが分からず、正確に位置決めができないという問題もある。

本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、感光材料が塗布された基板に対して高速且つ高精細な走査露光が行うことができ、さらに、該基板に対して、露光前にも高精度で（正確に）位置決めが行うことのできる露光装置及び露光方法を提供することにある。

本発明に係る露光装置は、上記課題を解決するために、基板に対して相対的に移動しながら露光スポットを形成して該基板を走査露光する露光手段と、上記走査方向とは垂直な方向の変位量を、上記基板に連動する変位量検出基板にて検出する変位量検出手段と、上記変位量検出手段による検出結果に基づいて、上記露光手段の露光スポット位置を調整する露光スポット位置調整手段とを備えている。

また、本発明に係る露光方法は、上記課題を解決するために、露光スポットの走査方向とは垂直な方向の変位量を、上記基板に連動する変位量検出用基板にて検出したとき、この検出結果に基づいて、該露光スポットの位置を調整する。

上記構成によれば、変位量検出手段により走査方向とは垂直な方向の変位量を、基板に連動する変位量検出基板にて検出することで、露光手段の露光スポットの走査方向とは垂直な方向の変位量をリアルタイムに検出することができる。これにより、基板を載置しているステージ等が走査方向とは垂直な方向に移動したり振動したりして露光スポットがぶれても、該露光スポットを常に所望する位置に移動させることが可能となる。ステージの動作に関わらず上記変位量を検出することができるので、露光前においても、所望の位置に移動が可能であるのは言うまでもない。

従って、基板に対して高速且つ高精細な走査露光が行うことができる露光装置を提供することができる。また、露光前にも高精度で（正確に）位置決めが行うことができる。

具体的には、上記変位量検出手段が、上記変位量検出用基板上に集光スポットを形成するための集光スポット形成手段と、該検出用基板上に形成された集光スポットの位置を検出する集光スポット位置検出部とを備え、上記露光スポット位置調整手段が、上記変位量検出手段の集光スポット位置検出部の検出結果（集光スポットの位置情報）に基づいて、上記露光手段の露光スポット位置を調整するようにしてもよい。

また、上記変位量検出手段には、上記露光手段による走査方向と同じ方向の溝が形成されており、上記変位量検出手段は、上記集光スポットを上記変位量検出用基板上の溝上に形成し、該溝からの集光スポットの反射光（ずれ量）を露光手段の走査方向とは垂直な方向の変位量として検出するようにしてもよい。

さらに、露光スポットを調整するための具体的な構成として、上記露光手段が、露光用光源から照射される光ビームを基板上に集光する集光レンズと、該集光レンズを走査方向とは異なる変位方向に移動させる集光レンズ移動手段とを備え、上記露光スポット位置調整手段は、上記変位量検出手段による検出結果に基づいて、上記集光レンズ移動手段を駆動制御するようにしてもよい。

また、上記露光手段と変位量検出手段は同じ構成であってもよい。

この場合、変位量検出手段で検出した変位量が、そのまま露光手段の変位量とすることができるので、露光スポットの位置調整を複雑な計算無しで簡単に、且つ正確に行うことができる。

本発明にかかる露光装置は、以上のように、露光手段、変位量検出手段、調整手段を備えているので、基板に対して高速、且つ正確に走査露光を行うことができるという効果を奏する。合わせて、基板に対して、露光前にも高精度で（正確に）位置決めが行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について説明する。

本実施の形態にかかる露光装置は、露光用光源からの光を露光すべき基板面に対して略垂直に照射する装置である。

以下、図１ないし図４に基づいて説明すると以下のとおりである。

図１は、露光装置を斜め上方から見たところを示している。この露光装置は、基板１、露光参照板２、検出参照板（変位量検出基板）３、ステージ(保持台)４、露光系（露光手段）５、検出系（変位量検出手段）６、制御装置（露光スポット位置調整手段）９を有する。基板１と露光参照板２と検出参照板３とは、ステージ４の上に固定して置かれている。また、露光系５と検出系６は、図示しない接続部材を介して固定されている。なお、上記ステージ４は、図示しない駆動手段によって、図１で示すＸ軸・Ｙ軸に移動可能になっている。なお、以上のように本実施例では、走査対象となる基板１の他に２つの基板をステージ４上に設けている。

上記基板１は、表面に感光材料が塗布された状態で、上記ステージ４のＹ軸負の方向に露光参照板２を置くスペースを空けて、また、上記ステージ４のＸ軸正の方向に検出参照板３を置くスペースを空けて該ステージ４上に配置されている。

上記露光参照板２は、露光前に、露光系５から集光ビームを照射することにより、位置合わせをするためのものであり、上記ステージ４の上記基板１の配置位置のＹ軸負の方向側に配置されている。この露光参照板２に対して光ビームを照射し、その反射光を検出することにより露光前の位置決めをすることができる。

上記露光参照板２は、Ｘ軸方向（以下、適宜Ｘ軸方向を変位方向とよぶ。）に延設され、その長さは基板１のＸ軸方向の幅と同じである。この露光参照板２は、ステージ４上に形成されているので、該ステージ４上に配置された基板１と連動するようになっている。

具体的には、露光参照板２上に、露光スポットの走査方向と同じ方向に複数の溝２ａ…が形成され、この溝２ａ上に露光スポットを形成し、その反射光を観ることで、露光系５の露光開始の位置合わせを行うようになっている。

上記検出参照板３は、上記検出系６からの集光ビームの照射により、露光スポットの走査方向と垂直な方向の変位量を求めるためのものであり、上記ステージ４の上記基板１の配置位置のＸ軸正方向側に配置されている。この検出参照板３は、ステージ４上に形成されているので、該ステージ４上に配置された基板１と連動するようになっている。

具体的には、検出参照板３上に、露光スポットの走査方向と同じ方向に複数の溝３ａ…が形成され、この溝３ａ上に集光ビームを照射し集光スポットを形成し、該集光スポットの位置を検出することで、露光スポットの走査方向と垂直な方向の変位量が検出されるものである。すなわち、露光中には、露光系５は、基板１上にあるが、基板１上には溝はなく露光装置単独では、自らの位置や変位を検出することができない。しかしながら、露光中にも、検出系６によって走査方向に溝３ａを有する検出参照板３に集光ビームを照射することができるので、正確に変位量を検出することができる。

また、上記検出参照板３は、Ｙ軸方向に基板１のＹ軸正の方向の端から、露光参照板２のＹ軸負の方向の端まで延設されている。但し、基板１、露光参照板２、検出参照板３のステージ４上の配置はこの限りではない。

上記露光参照板２と検出参照板３に形成されたＹ軸方向に延びている直線状の複数の溝２ａ…、３ａ…は、露光参照板２と検出参照板３とで同じピッチで形成されている。

本実施例では、Ｘ軸方向の変位量を検出するので、溝はＸ軸方向に垂直に延びているが、Ｙ軸方向の変位量を検出する場合には、溝はＹ軸方向へ垂直に延びていればよい。

上記露光系５は、実際に基板１に対して、光ビームを照射することにより露光を行うものであり、上記ステージ４上の基板１あるいは露光参照板２の上になるように複数個配置されている。ここで、露光系５の配置数は、露光すべき配線パターン等に応じて適宜設定できるように変更可能となっている。また、複雑な配線パターンに対しては、検出系６も
１つである必要はなく複数あってもよい。

上記検出系６は、ステージ４のＸ軸方向の変位量を検出するためのものであり、上記ステージ４上の検出参照板３の上になるように配置されている。

上記露光系５及び検出系６は、ステージ４が移動することにより、基板１、露光参照板２、検出参照板３上を相対的に移動するようになっている。また、上述の通り露光系５と検出系６は図示しない接続部材を介して固定されているので、互いにステージ４に対して連動する。

上記露光系５は、ステージ４がＹ軸方向に移動することにより、基板１及び露光参照板２のＹ軸方向の端から端まで走査可能になっている。なお、露光系５は、Ｘ軸方向に関しては、１つの露光系５のＸ軸方向の幅分だけ移動可能となっている。ここで、ステージ４は、Ｙ軸方向へ移動可能としたが、露光すべき配線パターンに応じてＸ軸にも他の方向へも移動することが可能である。

上記露光系５及び検出系６は、制御装置９によって駆動制御されている。上記制御装置９は、検出系６によって検出された変位量に基づいて、露光系５の移動位置の制御を行うようになっている。これにより、検出系６がステージ４のぶれを検出し、それを反映させて露光系５のＸ軸方向の移動を制御するようになっているので、露光系５による基板１に対する露光位置を適切に制御することが可能となる。

つまり、露光系５は、検出系６の動きに追従するように駆動制御されているので、ステージ４の振動、変位にかかわらず、適切に所望の位置を露光することができる。

ここで、露光系５がステージ４の動きに追従するとは、露光系５の集光レンズが、ステージ４に追従した検出系６の集光レンズの動きに追従することを意味する。なお、この制御についての詳細は後述する。

図２は、露光系５または検出系６をＸ軸正の方向から見た露光装置の断面図である。本実施の形態では検出系６も露光系５と同じ構成である。従って、構成については、まとめて説明する。

露光系５及び検出系６には、照射ユニット７と、検出ユニット８が搭載されている。まず、照射ユニット７について説明する。照射ユニット７は、半導体レーザ７１、コリメータレンズ７２、ビームスプリッタ７３、アクチュエータ７４、集光レンズ７５、集光レンズ７６、受光素子７７を有する。

ここで、半導体レーザ７１、コリメータレンズ７２、ビームスプリッタ７３、アクチュエータ７４、集光レンズ７５は、この順にＺ軸負の方向へ配置されている。また、ビームスプリッタ７３、集光レンズ７６、受光素子７７は、この順にＹ軸正の方向へ配置されている。以下に各々の働きについて説明する。

半導体レーザ７１は、ビームをコリメータレンズ７２に向けて出射する。コリメータレンズ７２は、半導体レーザ７１が出射したビームを平行光にする。ビームスプリッタ７３は、半導体が出射したビームの一部を反射し、残りを透過する。半導体レーザ７１がビームスプリッタ７３に向けて出射したビーム（Ｚ軸負の方向のビーム）については、Ｙ軸正の方向に反射する。

集光レンズ７５は、半導体レーザ７１が出射し、前記ビームスプリッタ７３を透過したビームを集光し、基板１に照射させる。上記集光レンズ７５には、所望位置に集光スポットを照射するために該集光レンズ７５を移動可能にするアクチュエータ７４が設けられている。このアクチュエータ７４による集光レンズ７５の移動により、ステージ４がＸ軸方向へ、振動、変位したりしても集光スポットを所望の位置に合わせることができる。

また、上記アクチュエータ７４は、ステージ４の振動に追従するように制御装置９により制御されている。かかる制御は、検出系６がステージ４のＸ軸方向へのぶれ量、すなわちＸ軸方向への変位量を検出することにより行われる。

また、基板１または露光参照板２または検出参照板３からの反射光が集光レンズ７５を介してビームスプリッタ７３で反射したビームを集光レンズ７６によって受光素子７７に集光させる。

受光素子７７は、図示しないが２分割されており、トラッキング制御に使用される。すなわち、露光系５の照射ユニット７（以後、露光照射ユニットとする）の集光スポットが露光参照板２上にあるときには、露光参照板２の溝へのトラッキングを可能にしている。このトラッキングは、光ディスクで用いられるプッシュプル法により行なわれる。

また、検出系６の照射ユニット７（以後、検出照射ユニットとする）の集光スポットが検出参照板３上にあるときには検出参照板３の溝へのトラッキングを可能にしている。このトラッキングは、光ディスクで用いられるプッシュプル法により行なわれる。

また、検出系６については、検出照射ユニットのアクチュエータ７４（以後、検出アクチュエータとする）をＸ軸方向へのステージ４の変位と一致させることが可能である。アクチュエータ７４の動きについては、後述する。

上記検出アクチュエータの変位量を検出することによりステージ４の変位量を検出することが可能となる。

次に、検出ユニット８について説明する。検出系の検出ユニット８は、検出参照板３の溝３ａ…にトラッキングを行い、検出アクチュエータ（検出ＡＣＴ）７４をステージ４に追従する。また、露光系の検出ユニット８は、露光参照板２の溝２ａ…にトラッキングを行い、制御手段（制御装置）９により露光アクチュエータ７４を検出アクチュエータの移動に追従させる（詳細については後述する）。検出ユニット８は、半導体レーザ８１（光源）、コリメータレンズ８２、ビームスプリッタ８３、ビーム分割素子８４、集光レンズ８５、アクチュエータ参照板８６、集光レンズ８７、受光素子８８を有する。

ここで、半導体レーザ８１、コリメータレンズ８２、ビームスプリッタ８３、ビーム分割素子８４、集光レンズ８５、アクチュエータ参照板８６は、この順にＹ軸方向正の方向に配置されている。また、ビームスプリッタ８３、集光レンズ８７、受光素子８８はこの順にＺ軸正の方向に配置されている。以下、各々の働きについて説明する。

半導体レーザ８１は、ビームをＹ軸正の方向へ出射する。コリメータレンズ８２は、半導体レーザ８１が出射したビームを平行光にする。ビームスプリッタ８３は、ビームの一部を反射し、残りを透過する。反射は、Ｙ軸正方向のビームをＺ軸正方向へのビームへと反射させる。

アクチュエータ参照板８６（以下、ＡＣＴ参照板とする）は、アクチュエータ７４に固定されている。また所定の溝を有する。したがって、ステージ４の動きに追従するアクチュエータ７４に固定されたＡＣＴ参照板８６もステージの動きに追従する。

ビーム分割素子８４は、ＡＣＴ参照板８６に集光するスポットをメインスポットと２つのサブスポットに分割する。この二つのサブスポットを第１のサブスポット、第２のサブスポットと呼ぶ。

集光レンズ８５は、半導体レーザ８１が出射し、ビームスプリッタ８３を透過したビームをＡＣＴ参照板８６に集光する。集光レンズ８７は、ＡＣＴ参照板８６で反射し、さらにビームスプリッタ８３で反射したビームを集光する。
受光素子８８については、図３を用いて説明する。

図３は、図２に示す露光系５及び検出系６による位置制御処理の信号の流れを示す図である。まず、露光系５について、ＡＣＴ参照板８６上には、ビーム分割素子８４によって分割されたメインスポット８９１、第１のサブスポット８９２、第２のサブスポット８９３からなる。すなわち、ビームはＡＣＴ参照板８６では、３つの反射光となって反射される。この３つの反射光がビームスプリッタ８３で受光素子８８方向へ反射される。

メインスポット８９１に対応するのが第１の受光素子８８１であり、第１のサブスポットに対応するのが第２の受光素子８８２であり、第２のサブスポットに対応するのが第３の受光素子８８３である。受光素子８８は、光学的にＡＣＴ参照板８６の溝方向に分割線を持ち２分割された３つの受光素子からなる。すなわち、露光系５には、合計６つの受光素子がある。

第１から第３の受光素子８８１、８８２、８８３は、光ディスクで用いられるプッシュプル法によりアクチュエータ７４の移動を検出するために使用する。

具体的には、第１から第３の受光素子８８１、８８２、８８３は光学的にＡＣＴ参照板８６に設けられた溝方向に対応する方向の分割線で分割された２つの受光部からなる。この２つの受光部からの信号の差をとることにより、プッシュプル信号を算出し、アクチュエータ７４の移動を検出している。

すなわち、受光素子は、２分割されているので１つの受光素子につき２つの信号が与えられるがこの受光素子に対応する２つの信号の差を検出することによりアクチュエータ７４の移動を検出することができる。

また、検出系６についても同様に、検出系６のＡＣＴ参照板８６上のメインスポット８９４の反射光に対応するのが第４の受光素子８８４であり、第１のサブスポット８９５の反射光に対応するのが第５の受光素子８８５であり、第２のサブスポット８９６の反射光に対応するのが第６の受光素子８８６である。

なお、プッシュプル信号は、図４に示すように、集光スポットが溝（ＡＣＴ参照板に設けられた溝）と垂直方向に移動する場合には周期が溝のピッチである三角関数となっている。溝のピッチが１周期（２π）となっている。

次に、露光照射ユニットの集光スポット（以後、露光スポットとする）位置をステージの変位に合わせるための方法について説明を行う。ここでは、露光照射ユニットの照射ユニットをステージの変位に合わせることにより、位置合わせを行う。

まず、検出系６のアクチュエータ７４（以後、検出ＡＣＴとする）はステージ４の振動に追従するように制御装置９によりサーボ制御が行われている。よって、露光系５のアクチュエータ７４（以後、露光ＡＣＴとする）と検出ＡＣＴの動きを一致させれば、露光ＡＣＴもステージ４の振動に追従する。従って、集光スポット位置をステージの動きに追従させることが可能となる。

ここで、露光ＡＣＴと検出ＡＣＴの動きが一致しているときのプッシュプル信号について考える。すなわち露光ＡＣＴと検出ＡＣＴの動きが一致していると仮定したときのプッシュプル信号について考える。

検出ＡＣＴのＡＣＴ参照板８６（以後、検出ＡＣＴ参照板とする）は、アクチュエータ７４に固定されている。このため、ステージ４が移動すると検出ＡＣＴ参照板が、検出系６の検出ユニット８の集光レンズ８５に対して移動し、プッシュプル信号も検出ＡＣＴの移動距離に対応する位相分だけ変化する。

次に、露光ＡＣＴは検出ＡＣＴと動きが一致すると仮定しているため、検出系６の場合と同様に、露光系５の検出ユニット８のプッシュプル信号もＡＣＴの移動距離に対応する位相分だけ変化する。

ここで、露光系５のＡＣＴ参照板（以後、露光ＡＣＴ参照板とする）と検出ＡＣＴ参照板が同じピッチの溝を有しているので、露光系５の検出ユニットのプッシュプル信号と検出系６の検出ユニットのプッシュプル信号は位相変化が一致することになる。

すなわち、露光系５の検出ユニットのプッシュプル信号と、検出系６の検出ユニットのプッシュプル信号との位相変化を一致させれば、集光スポット（露光スポット）をステージ４の振動に追従させることが可能となる。

露光系５における検出ユニットのプッシュプル信号の位相をα、検出系６における検出ユニットのプッシュプル信号の位相をβとする。露光系の検出ユニットのプッシュプル信号と検出系の検出ユニットのプッシュプル信号との位相が一致している場合とは、α―βが一定の値をとる場合であることを意味する。

集光スポット位置をステージ４の変位に合わせて移動させるためには、露光系５の検出ユニット８のプッシュプル信号をｓｉｎα、検出系６の検出ユニット８のプッシュプル信号をｓｉｎβとして、ｓｉｎ（α―β）を一定にすればよい。

ｓｉｎ（α―β）＝ｓｉｎαｃｏｓβ―ｃｏｓαｓｉｎβ ・・・（１）
である。従って、図３に示すように露光系５の集光スポット位置検出ユニットのメインスポットと第１、第２のサブスポットを溝と垂直な方向へそれぞれ１／４ピッチだけずれた位置に配置すると、メインスポットと第１のサブスポットは位相が９０°ずれるため、メインスポットのプッシュプル信号がｓｉｎαであれば、第１のサブスポットのプッシュプル信号はｃｏｓαとなる。ｓｉｎ（α＋９０°）＝ｃｏｓα
メインスポットと第２のサブスポットは位相が−９０°ずれるため、第２のサブスポットのプッシュプル信号は−ｃｏｓαとなる。

検出系６についても同様に、メインスポットのプッシュプル信号がｓｉｎβであれば、第１のサブスポットのプッシュプル信号はｃｏｓβ、第２のサブスポットのプッシュプル信号は−ｃｏｓβとなるため、式（１）の計算が可能となり、計算結果を一定とすることにより露光スポット位置をステージ４の変位に合わせて移動させることが可能となる。

すなわち、図３に示すように露光系５における検出ユニットのメインスポットのプッシュプル信号をＳ１、第１のサブスポットのプッシュプル信号をＳ２、第２のサブスポットのプッシュプル信号をＳ３、検出系６の検出ユニットのメインスポットのプッシュプル信号をＳ４、第１のサブスポットのプッシュプル信号をＳ５、第２のサブスポットのプッシュプル信号をＳ６とすると、式（１）は
ｓｉｎ（α―β）＝Ｓ１（Ｓ５−Ｓ６）／２−Ｓ４（Ｓ２−Ｓ３）／２ ・・・（２）
となり、式（２）を一定にするように露光ＡＣＴのサーボ制御を行えば、露光スポット位置をステージの変位に合わせて移動させることが可能となる。ただし、実際にはメインスポットとサブスポットのプッシュプル信号の振幅は異なることがこのため、メインスポットとサブスポットの信号振幅を一致させるため、露光系と検出系のサブスポットの出力に定数Ｋ１、Ｋ２を掛けてメインスポットとサブスポットの信号振幅を一致させる必要がある。よって式（２）の右辺は
Ｓ１×Ｋ２（Ｓ５−Ｓ６）／２−Ｓ４×Ｋ１（Ｓ２−Ｓ３）／２
と書き換えられ、この値が一定になるように露光ＡＣＴを制御すればステージの振動の影響を除去することが可能となる。すなわち、露光スポット位置をステージ４位置に合わせて移動させることができる。

しかし、以上の方法ではα−βの目標値によっては、サーボ制御が困難となることがある。例えばα−βの目標値がπ／２であると、α−βの値が増加しても、減少しても、ｓｉｎ（α−β）の値が減少し、α−βがどちらにずれているのかが分からなく、露光ＡＣＴをどちらに動かしたらよいのかが分からなくなる。そこで、α−βからα−βの目標値であるγを引いてα−β−γを０とするサーボ制御を考える。α−β−γが０であるとき、
ｓｉｎ（α―β−γ）＝０
であり、α―β−γが正のときにｓｉｎ（α―β−γ）の値は正、α―β−γが負のときにｓｉｎ（α―β−γ）の値は負となるため、ｓｉｎ（α―β−γ）を計算することにより、露光ＡＣＴをどちらに補正すればよいのかが分かり、サーボ制御が可能となる。ここで、
ｓｉｎ（α―β−γ）＝ｓｉｎ（α−β）ｃｏｓγ―ｃｏｓ（α−β）ｓｉｎγ
であり、
ｓｉｎ（α―β）＝ｓｉｎαｃｏｓβ―ｃｏｓαｓｉｎβ
＝Ｓ１×Ｋ２（Ｓ５−Ｓ６）／２−Ｓ４×Ｋ１（Ｓ２−Ｓ３）／２
ｃｏｓ（α−β）＝ｃｏｓαｃｏｓβ＋ｓｉｎαｓｉｎβ
＝Ｋ１×Ｋ２（Ｓ２−Ｓ３）（Ｓ５−Ｓ６）／４＋Ｓ１×Ｓ４
であるため、Ｓ１からＳ６の信号を用いることにより、任意の位相目標γへのサーボ制御が可能であることが分かる。

以上では、露光スポット位置（集光スポット位置）をステージ４の変位に合わせて移動させる方法について述べてきたが、次に、基板１上のＸ軸方向の所望の位置に合わせて露光スポットを照射する方法について述べる。

まず、露光系５は、露光スポットが露光参照板２の上を走査しているときに、該露光参照板２の溝にトラッキングを行う。このとき露光スポットはステージ４の振動に影響されずにＸ軸方向への正確な位置決めが可能となっている。なお、この時は、検出系６とのやりとりをしなくてもよい。

次に、検出系６でも検出参照板３の溝にトラッキングを行い、露光系５の検出ユニットのプッシュプル信号と検出系６の検出ユニットのプッシュプル信号の位相差を検出し、その値を位相目標γとすれば、ステージ４の振動によらずに露光スポットの基板１上での正確な位置決めが可能となる。

なお、以上では検出ユニットのメインスポットと２つのサブスポットはＡＣＴ参照板８６の溝方向と垂直な方向に（１／４）ピッチのだけずれていると仮定していたが、実際には（１／４）ピッチである必要はない。例えばメインスポットとサブスポットが任意の位相θだけずれているとすると第１のサブスポットはｓｉｎ（α＋θ）、第２のサブスポットはｓｉｎ（α−θ）となるため、
（Ｓ２−Ｓ３）／２＝（ｓｉｎ（α＋θ）−ｓｉｎ（α−θ））／２
＝ｓｉｎθｃｏｓα
となり、これはｃｏｓαに定数ｓｉｎθが掛かった値となる。よって、ｓｉｎθが０以外、すなわちｎを整数として位相ずれがｎπ（ずれ量は（ｎ／２）ピッチ）以外であれば以上述べた制御が可能であることが分かる。この場合ｓｉｎαと振幅を一致させるための係数Ｋ１にｓｉｎθの分も含まれることになる。ただし、ｓｉｎθが１の場合、すなわち位相ずれが（（２ｎ＋１）／２）π（ずれ量は（２ｎ＋１）／４）ピッチ）の場合が最も信号振幅が大きくなり、ノイズ等の影響を考えると望ましい。

また、以上の説明ではアクチュエータに参照板を設置していたが、プッシュプル信号は集光レンズと参照板の位置ずれにより発生するので、集光レンズと参照板の配置が逆になってもよい。

また、以上の説明では、検出系６にもアクチュエータ７４、検出ユニット８を設置したが、それらを設置せずに、検出系６の照射ユニットにビーム分割素子８４を設置し（本来は、検出ユニットにしかなかった）、検出系６の照射ユニットのプッシュプル信号と露光系５の検出ユニットのプッシュプル信号の位相差が一定となるようにサーボ制御を行っても良い。

また、図１の露光装置に関わらず、図５のような露光装置でもよい。

図５に示す露光装置は、図１における検出参照板３に変えて基準ミラー３１を、検出系６に変えて測長器３２を備えている。その他の部分は、図１の露光装置と構成・働きは同一である。

基準ミラー３１は、ステージ４に固定されており、測長器３２は、基準ミラー３１に対して露光系５とは反対側の側面に配されている。測長器３２は、露光系５と図示しない接続部材により固定されており、露光系５と連動する。

上記露光装置において先ず、測長器３２は、基準ミラー３１に対してビーム３３を照射し、基準ミラー３１から反射ビーム３３受け取り、照射から反射ビーム３３を受け取るまでの時間を計測することにより基準ミラー３１との距離（Ｘ軸方向の距離）を検出し、その検出結果を検出信号として、制御装置９に伝達する。制御装置９は、入力された検出信号に基づいてｓｉｎβとｃｏｓβを計算し、上記の数式に当てはめることによりサーボ制御を行う。ここで上記βは、測長器３２からの検出信号をｘ、ＡＣＴ参照板８の周期をｄとして、以下の式によって計算する。

β＝２πｘ／ｄ
以上のように、本発明に係る露光装置は、露光系５（露光手段）が基板１に対して相対的に移動しながら露光スポットを形成して走査露光し、その露光系５の走査方向とは垂直な方向の変位量を検出する検出系６（変位量検出手段）を有し、さらに、その検出系６による検出結果に基づいて露光系５の露光スポット位置を調整する制御装置９（露光スポット位置調整手段）を備えている。

これにより、ステージ４が高速に移動し、それにともない露光スポットが走査方向とは垂直な方向へ変位してもその変位量を検出系６が検出し、その検出結果に応じて露光スポットを制御装置９により調整することが可能である。その結果、基板１に対して基板１側の振動にも関わらず高速且つ高精細に走査露光することができる。

また、本発明に係る露光装置は、検出系６が、走査対象となる基板１とは別に検出参照板３と、その検出参照板３上に集光スポットを形成するための照射ユニット７と、基板１上に形成された集光スポットの位置を検出する集光スポット位置検出部８を備えている。さらに制御装置（制御手段）９は、集光スポット位置検出部８の検出結果に基づいて、露光系５の露光スポット位置を調整する。

これにより、露光系５が溝を有しない（目印がない）基板１上にあるときでも、高速且つ高精細に走査露光をすることができる。つまり、検出系６が溝を有する検出参照板３の上にビームを集光し、その反射光を検出することにより、ステージの走査方向とは垂直な方向へのずれを検出する。これに基づき制御装置９を通じて露光系５の集光レンズ７５を制御することにより所望の位置を露光する。

本発明の露光装置は、露光用光源と、前記露光用光源からの光を露光すべき基板上に集光する露光用レンズとを有する露光光学系を有し、前記露光用光源が出射した光を前記基板面に対して略垂直に照射しながら前記基板と露光光学系とを相対的に移動させるステージにより、前記露光用レンズにより集光された前記基板上の集光スポットを走査して露光を行う露光装置において、上記集光スポットを前記ステージの移動方向である走査方向と露光用レーザ光の照射方向とに垂直な方向である変位方向に移動可能とする集光スポット移動手段と、前記ステージの変位方向への変位量を検出する変位量検出手段と、集光スポット位置を検出する集光スポット位置検出手段と、前記変位量検出手段と集光スポット位置検出手段とから検出された出力に基づいて集光スポット移動手段を制御する制御手段とを有していてもよい。

上記の構成によれば、ステージの振動に関わらず正確な位置決めを可能とする。

前記集光スポット移動手段は前記露光用レンズを前記変位方向に移動可能にする露光用レンズ駆動手段であってもよい。この場合、簡単な構成で集光スポットの移動を可能とする。

前記集光スポット位置検出手段は、前記変位方向に垂直な方向に所定のピッチで溝を有する集光スポット位置検出用参照板と、前記集光スポット位置検出用参照板に光を照射する集光スポット位置検出用光源と、前記集光スポット位置検出用光源からの光を前記集光スポット位置検出用参照板に集光する集光スポット位置検出用集光レンズと、前記集光スポット位置検出用参照板に集光される集光スポットを集光スポット位置検出用メインスポットと第１の集光スポット位置検出用サブスポットと第２の集光スポット位置検出用サブスポットに分割する集光スポット位置検出用ビーム分割素子と、前記集光スポット位置検出用参照板からの反射光を受光する集光スポット位置検出用受光素子からなり、集光スポット位置検出用参照板あるいは集光スポット位置検出用集光レンズの一方は露光用レンズ駆動手段との変位方向への距離が一定に保たれており、他方は固定部材に固定されていてもよい。

この場合、簡単な構成で露光用集光スポットの位置検出を可能とする。

前記集光スポット位置検出用メインスポットと前記第１の集光スポット位置検出用サブスポット、前記第２の集光スポット位置検出用サブスポットは、前記変位方向にｎを整数として前記所定のピッチの（２ｎ＋１）／４倍だけずれていてもよい。

この場合、露光用集光スポットの位置検出信号の振幅を大きくし、ノイズの影響を小さくする。

前記変位量検出手段は、前記変位方向に垂直な方向に所定のピッチで溝を有する変位量検出用参照板と、前記変位量検出用参照板に光を照射する変位量検出用光源と、前記変位量検出用光源からの光を前記変位量検出用参照板に集光する変位量検出用集光レンズと、前記変位量検出用参照板に集光される集光スポットを変位量検出用メインスポットと第１の変位量検出用サブスポットと第２の変位量検出用サブスポットに分割する集光スポット位置検出用ビーム分割素子と、前記変位量検出用参照板からの反射光を受光する変位量検出用受光素子からなり、変位量検出用参照板あるいは変位量検出用集光レンズの一方は前記基板との変位方向への距離が一定に保たれ、他方は前記集光スポットの走査中に前記固定部材との変位方向への距離が一定に保たれていてもよい。

この場合、簡単な構成でステージの位置検出を可能とし、正確な位置決めを可能とする。

前記変位量検出用メインスポットと前記第１の変位量検出用サブスポット、前記第２の変位量検出用サブスポットは、前記変位方向にｎを整数として前記所定のピッチの（２ｎ＋１）／４倍だけずれていてもよい。

この場合、ステージの位置検出信号の振幅を大きくし、ノイズの影響を小さくする。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、フォトマスクを用いずに高速、高精細な露光を必要とする液晶ディスプレイ、ＩＣ、ＬＳＩの製造工程等の露光の必要な半導体装置の製造に用いることができる。

本発明の実施の形態における露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図１に示す露光装置の露光系及び検出系の概略構成図である。 図２に示す露光系及び検出系による位置制御処理の信号の流れを示す図である。 図２に示す露光系及び検出系に備えられた受光素子から得られる信号の波形図である。 本発明の図１とは別の実施の形態における露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。 従来の露光装置を示す模式図である。 図６に示す露光装置による基板上の露光状態を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 露光参照板
３ 検出参照板（変位量検出用基板、変位量検出手段）
５ 露光系（露光手段）
６ 検出系（変位量検出手段）
７ 照射ユニット（集光スポット形成手段）
８ 検出ユニット（集光スポット位置検出部）
９ 制御装置（露光スポット位置調整手段）
７１ 半導体レーザ（露光用光源）
７５ 集光レンズ
８６ アクチュエータ参照板（ＡＴＣ参照板，集光レンズ移動手段）

Claims (6)

1. 基板に対して相対的に移動しながら露光スポットを形成して該基板を走査露光する露光手段と、
   上記露光手段の走査方向とは垂直な方向の変位量を、上記基板と連動する変位量検出用基板にて検出する変位量検出手段と、
   上記変位量検出手段による検出結果に基づいて、上記露光手段の露光スポット位置を調整する露光スポット位置調整手段とを備えていることを特徴とする露光装置。
2. 上記変位量検出手段は、
   上記変位量検出用基板上に集光スポットを形成するための集光スポット形成手段と、該変位量検出用基板上に形成された集光スポットの位置を検出する集光スポット位置検出部とを備え、
   上記露光スポット位置調整手段は、
   上記集光スポット位置検出部の検出結果に基づいて、上記露光手段の露光スポット位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 上記変位量検出用基板には、上記露光手段による走査方向と同じ方向に溝が形成されており、
   上記変位量検出手段は、上記集光スポットを上記変位量検出用基板上の溝上に形成し、該溝からの集光スポットの反射光から露光手段の走査方向とは垂直な方向の変位量を検出することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 上記露光手段は、露光用光源から照射される光ビームを基板上に集光する集光レンズと、該集光レンズを走査方向とは垂直な変位方向に移動させる集光レンズ移動手段とを備え、
   上記露光スポット位置調整手段は、上記変位量検出手段による検出結果に基づいて、上記集光レンズ移動手段を駆動制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 上記露光手段と変位量検出手段は、同じ構成であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 基板に対して相対的に移動しながら露光スポットを形成して該基板を走査露光する露光方法において、
   上記露光スポットの走査方向とは垂直な方向の変位量を、上記基板に連動する変位量検出用基板にて検出したとき、この検出結果に基づいて、該露光スポットの位置を調整することを特徴とする露光方法。

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