(57)【要約】【課題】基板に収束光ビームを照射して描画する描画装置において、基板表面位置が一時的に検出できなくなった場合でも光ビームの収束位置を適正に制御する。【解決手段】本発明の描画装置１００は、光ビームの入射位置を所定の走査方向に沿って基板の一方端から他方端へ移動させる主走査移動と、光ビームの入射位置を走査方向と直交する方向に所定ピッチだけ移動させる副走査移動とを交互に繰り返して実行し、光ビームの収束位置を調整するために制御部９０からフォーカス駆動部４４２に与える調整量Ｖｆの履歴が記憶部９９に記憶されている。主走査移動の実行中に検出エラーとなったときの制御指令における調整量Ｖｆが、記憶部９９に記憶された履歴に基づき決定される。【選択図】図４
2020052075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を水平姿勢に載置可能なステージと、
前記基板の表面に収束光ビームを照射して描画する描画ヘッドと、
前記ステージと前記描画ヘッドとを相対的に移動させて前記基板表面で前記光ビームの入射位置を走査する走査移動部と、
前記光ビームが入射する前記基板の表面位置を光学的に検出する検出部と、
前記光ビームの収束位置を光軸方向に調整するフォーカス調整部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記収束位置の調整量を指定する制御指令を前記フォーカス調整部に与える制御部と、
前記調整量の履歴を記憶する記憶部と
を備え、
前記走査移動部は、前記光ビームの入射位置を所定の走査方向に沿って前記基板の一方端から他方端へ移動させる主走査移動と、前記光ビームの入射位置を前記走査方向と直交する方向に所定ピッチだけ移動させる副走査移動とを交互に繰り返して実行し、
前記制御部は、前記主走査移動の実行中に前記検出部が検出エラーとなったときの前記制御指令における前記調整量を、前記記憶部に記憶された履歴に基づき決定する描画装置。
【請求項２】
前記制御部は、当該主走査移動における前記調整量の履歴に基づき現在の前記調整量を決定する請求項１に記載の描画装置。
【請求項３】
前記制御部は、過去の前記主走査移動において前記走査方向の位置が現在の走査位置と等しい位置での前記調整量に基づき現在の前記調整量を決定する請求項１または２に記載の描画装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記検出エラー後の前記主走査移動における前記走査方向の前記調整量の変化と、前回の前記主走査移動における前記走査方向の前記調整量の変化とが、前記走査方向において互いに対応する位置の間で同じとなるように、現在の前記調整量を決定する請求項１ないし３のいずれかに記載の描画装置。
【請求項５】
前記走査移動部は、第１回の前記主走査移動の実行に先立って、前記ステージと前記描画ヘッドとを前記走査移動方向に相対的に移動させながら前記基板の表面位置に関する情報を取得するための予備走査移動を実行し、
前記制御部は、前記第１回の主走査移動における前記調整量を、前記記憶部に記憶された前記予備走査移動における履歴に基づき決定する請求項１ないし４のいずれかに記載の描画装置。
【請求項６】
前記検出部の検出結果が正常であるとき、
前記制御部は、前記収束位置が前記検出部により検出される前記基板の表面位置と同じになるように前記調整量を決定する請求項１ないし５のいずれかに記載の描画装置。
【請求項７】
基板を水平姿勢に載置したステージと、前記基板の表面に収束光ビームを照射して描画する描画ヘッドとを相対的に移動させて前記基板表面で前記光ビームの入射位置を走査して前記基板に描画する描画方法において、
前記光ビームが入射する前記基板の表面位置を光学的に検出する工程と、
前記表面位置の検出結果に基づき、前記収束位置の調整量を求める工程と、
前記調整量に応じて、前記光ビームの収束位置を光軸方向に調整する工程と、
前記調整量の履歴を記憶する工程と
を備え、
前記表面位置の検出結果が正常であるとき、前記収束位置が検出される前記基板の表面位置と同じになるように前記調整量を決定する一方、
前記表面位置の検出エラーが生じたとき、記憶された前記履歴に基づき決定する描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に収束光ビームを照射して描画する描画装置の制御に関するものであり、特に光ビームの収束位置の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体ウエハやガラス基板などの基板にパターンを形成する方法として、光照射により描画を行う技術がある。この技術では、感光層を形成した基板を描画対象物として、描画データに基づき変調された光を描画対象物に照射して感光層を露光する。このような光変調を行うための光学変調器として、空間光変調素子を好適に適用することができる。例えば本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の描画装置では、空間光変調素子にラインビーム光を入射させるとともに、空間光変調素子の可動リボン部材に描画データに基づく制御電圧を印加することで変調した反射光を光学系で収束させ、収束光ビームとして描画対象物たる基板に入射させて描画を行っている。
【０００３】
この従来技術では、基板表面高さの変化などの変動要因によらず光ビームの収束位置を基板表面に維持するために、基板表面に入射させた光の反射光の受光位置から基板表面位置を検出し、その検出結果に応じてフォーカシングレンズを上下動させることで、光ビームが常に基板の表面位置で収束するようにするオートフォーカス機構が備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０６６８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなオートフォーカス機構においては、例えば基板に設けられた窪みなどの段差部や基板に付着した異物により光の反射方向が変わることに起因して、光学的な位置検出が一時的に機能しなくなることがあり得る。しかしながら、上記従来技術には、この問題に対する対策までは組み込まれていない。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に収束光ビームを照射して描画する描画装置において、基板表面位置が一時的に検出できなくなった場合でも光ビームの収束位置を適正に制御することのできる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】
【０００７】
この発明に係る描画装置の一の態様は、上記目的を達成するため、基板を水平姿勢に載置可能なステージと、前記基板の表面に収束光ビームを照射して描画する描画ヘッドと、前記ステージと前記描画ヘッドとを相対的に移動させて前記基板表面で前記光ビームの入射位置を走査する走査移動部と、前記光ビームが入射する前記基板の表面位置を光学的に検出する検出部と、前記光ビームの収束位置を光軸方向に調整するフォーカス調整部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記収束位置の調整量を指定する制御指令を前記フォーカス調整部に与える制御部と、前記調整量の履歴を記憶する記憶部とを備え、前記走査移動部は、前記光ビームの入射位置を所定の走査方向に沿って前記基板の一方端から他方端へ移動させる主走査移動と、前記光ビームの入射位置を前記走査方向と直交する方向に所定ピッチだけ移動させる副走査移動とを交互に繰り返して実行し、前記制御部は、前記主走査移動の実行中に前記検出部が検出エラーとなったときの前記制御指令における前記調整量を、前記記憶部に記憶された履歴に基づき決定する。
【０００８】
また、この発明に係る描画方法の一の態様は、基板を水平姿勢に載置したステージと、前記基板の表面に収束光ビームを照射して描画する描画ヘッドとを相対的に移動させて前記基板表面で前記光ビームの入射位置を走査して前記基板に描画する描画方法であって、上記目的を達成するため、前記光ビームが入射する前記基板の表面位置を光学的に検出する工程と、前記表面位置の検出結果に基づき、前記収束位置の調整量を求める工程と、前記調整量に応じて、前記光ビームの収束位置を光軸方向に調整する工程と、前記調整量の履歴を記憶する工程とを備え、前記表面位置の検出結果が正常であるとき、前記収束位置が検出される前記基板の表面位置と同じになるように前記調整量を決定する一方、前記表面位置の検出エラーが生じたとき、記憶された前記履歴に基づき決定する。
【０００９】
このように構成された発明では、基板の表面位置の検出結果に基づき決定された光ビーム収束位置の調整量の履歴が記憶されている。このため、表面位置の検出において一時的にエラーが生じた場合でも、現在の走査位置の周辺での過去の制御結果から現在の調整量を決定することができる。基板表面は、その表面に作り込まれた電子デバイスの構造や表面に付着する異物等に起因して微小な凹凸を有しているが、描画装置が追従すべき位置変動は、例えば基板の反りなどに起因して生じるより緩やかなものである。このため、周辺での制御結果からの類推により現在の調整量を決める方法は十分な実用性を有する。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、本発明によれば、基板に収束光ビームを照射して描画する描画装置において、基板の表面位置の検出エラーが生じた場合には、周辺位置での過去の制御結果に基づき求めた調整量で収束位置が調整される。このため、基板の表面位置が一時的に検出できなくなった場合でも光ビームの収束位置を適正に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかる描画装置の概略構成を模式的に示す正面図である。
【図２】光学ヘッドが備える詳細構成の一例を模式的に示す図である。
【図３】フォーカス駆動機構の動作を示す図である。
【図４】この描画装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】描画対象物である基板の構成例を示す図である。
【図６】フォーカス制御における問題点を説明する図である。
【図７】過去の履歴から現在のフォーカス調整量を求める考え方を示す図である。
【図８】具体的なフォーカス調整量の導出方法を説明する原理図である。
【図９】この描画装置による描画動作を示すフローチャートである。
【図１０】描画処理を示すフローチャートである。
【図１１】フォーカス制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明にかかる描画装置の概略構成を模式的に示す正面図である。以下の各図において方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標を設定する。ここで、ＸＹ平面が水平面であり、Ｚ方向が鉛直方向を表す。より具体的には、（−Ｚ）方向が鉛直下向き方向を表す。また、Ｚ軸回りの回転方向をθ軸により表す。
【００１３】
描画装置１００は、レジストなどの感光材料の層が形成された基板Ｗの上面に光を照射して、パターンを描画する装置である。なお、基板Ｗとしては、半導体基板、プリント基板、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、光ディスク用基板などの各種基板を適用可能である。図示例では円形の半導体基板の上面に形成された下層パターンに重ねて上層パターンが描画される。
【００１４】
描画装置１００は、本体フレーム１０１で構成される骨格の天井面および周囲面にカバーパネル（図示省略）が取り付けられることによって形成される本体内部と、本体フレーム１０１の外側である本体外部とに、各種の構成要素を配置した構成となっている。
【００１５】
描画装置１００の本体内部は、処理領域１０２と受け渡し領域１０３とに区分されている。これらの領域のうち処理領域１０２には、主として、ステージ１０、ステージ移動機構２０、光学ユニットＵ、アライメントユニット６０が配置される。一方、受け渡し領域１０３には、処理領域１０２に対する基板Ｗの搬出入を行う搬送ロボットなどの搬送装置７０が配置される。
【００１６】
また、描画装置１００の本体外部には、アライメントユニット６０に照明光を供給する照明ユニット６１が配置される。また、同本体には、描画装置１００が備える装置各部と電気的に接続されて、これら各部の動作を制御する制御部９０が配置される。
【００１７】
なお、描画装置１００の本体外部で、受け渡し領域１０３に隣接する位置には、カセットＣを載置するためのカセット載置部１０４が配置される。また、カセット載置部１０４に対応し、本体内部の受け渡し領域１０３に配置された搬送装置７０は、カセット載置部１０４に載置されたカセットＣに収容された未処理の基板Ｗを取り出して処理領域１０２に搬入（ローディング）するとともに、処理領域１０２から処理済みの基板Ｗを搬出（アンローディング）してカセットＣに収容する。カセット載置部１０４に対するカセットＣの受け渡しは、図示しない外部搬送装置によって行われる。この未処理基板Ｗのローディング処理および処理済基板Ｗのアンローディング処理は制御部９０からの指示に応じて搬送装置７０が動作することで行われる。
【００１８】
ステージ１０は、平板状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持する保持部である。ステージ１０の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されており、この吸引孔に負圧（吸引圧）を付与することによって、ステージ１０上に載置された基板Ｗをステージ１０の上面に固定保持することができるようになっている。そして、ステージ１０はステージ移動機構２０により移動させられる。
【００１９】
ステージ移動機構２０は、ステージ１０を主走査方向（Ｙ軸方向）、副走査方向（Ｘ軸方向）、及び回転方向（Ｚ軸周りの回転方向（θ軸方向））に移動させる機構である。ステージ移動機構２０は、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート２２を支持するベースプレート２４と、支持プレート２２を副走査方向に移動させる副走査機構２３と、ベースプレート２４を主走査方向に移動させる主走査機構２５とを備える。副走査機構２３および主走査機構２５は、制御部９０からの指示に応じてステージ１０を移動させる。
【００２０】
アライメントユニット６０は、基板Ｗの上面に形成された図示しないアライメントマークを撮像する。アライメントユニット６０は、鏡筒、対物レンズ、およびＣＣＤイメージセンサを有するアライメントカメラ６０１を備える。アライメントカメラ６０１が備えるＣＣＤイメージセンサは、例えばエリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）により構成される。また、アライメントユニット６０は、図示しない昇降機構によって所定の範囲内で昇降可能に支持されている。
【００２１】
照明ユニット６１は、鏡筒とファイバ６１１を介して接続され、アライメントユニット６０に対して照明用の光を供給する。照明ユニット６１から延びるファイバ６１１によって導かれる光は、アライメントカメラ６０１の鏡筒を介して基板Ｗの上面に導かれ、その反射光は、対物レンズを介してＣＣＤイメージセンサで受光される。これによって、基板Ｗの上面が撮像されて撮像データが取得されることになる。アライメントカメラ６０１は制御部９０の画像処理部と電気的に接続されており、制御部９０からの指示に応じて撮像データを取得し、取得した撮像データを制御部９０に送信する。
【００２２】
アライメントカメラ６０１から与えられる撮像データに基づき制御部９０は、基板Ｗの基準位置に設けられた基準マークを検出して光学ユニットＵと基板Ｗとの相対位置を位置決めするアライメント処理を行う。そして、光学ユニットＵから描画パターンに応じて変調されたレーザ光を基板Ｗの所定位置に照射することでパターン描画を行う。
【００２３】
光学ユニットＵは、描画パターンに対応するストリップデータに基づいてレーザ光を変調する光学ヘッド４を、Ｘ軸方向に沿って２台並べた概略構成を具備する。なお、光学ヘッド４の台数はこれに限られない。また、これら光学ヘッド４は互いに同様の構成を具備するので、以下では１台の光学ヘッド４に関連する構成について説明を行う。
【００２４】
光学ユニットＵには、光学ヘッド４に対してレーザ光を照射する光照射部５が設けられている。光照射部５は、レーザ駆動部５１、レーザ発振器５２および照明光学系５３を有する。そして、レーザ駆動部５１の作動によりレーザ発振器５２から射出されたレーザ光が、照明光学系５３を介して光学ヘッド４へと照射される。光学ヘッド４は、光照射部５から照射されたレーザ光を空間光変調器によって変調して、光学ヘッド４の直下で移動する基板Ｗに対して落射する。これによって、未処理の基板Ｗに形成されていた下層パターンに対して、上層パターン（描画パターン）が重ねて露光される。
【００２５】
図２は光学ヘッドが備える詳細構成の一例を模式的に示す図である。図２に示すように、光学ヘッド４では、回折光学素子４１０を有する空間光変調器４１が設けられている。具体的には、光学ヘッド４に上下方向（Ｚ方向）に延設された支柱４００の上部に取り付けられた空間光変調器４１は、回折光学素子４１０の反射面を下方に向けた状態で、可動ステージ４１４を介して支柱４００に支持されている。
【００２６】
光学ヘッド４において、回折光学素子４１０は、その反射面の法線が光軸ＯＡに対して傾斜して配置されており、照明光学系５３から射出された光は、支柱４００の開口を通してミラー４２に入射し、ミラー４２によって反射された後に回折光学素子４１０に照射される。そして、回折光学素子４１０の各チャンネルの状態が描画データに応じて制御部９０によって切り換えられて、回折光学素子４１０に入射したレーザ光が変調される。
【００２７】
そして、回折光学素子４１０から０次回折光として反射されたレーザビーム光が投影光学系４３のレンズへ入射する一方、回折光学素子４１０から１次以上の回折光として反射されたレーザ光は投影光学系４３のレンズへ入射しない。つまり、基本的には回折光学素子４１０で反射された０次回折光のみが投影光学系４３へ入射するように構成されている。
【００２８】
投影光学系４３のレンズを通過した光は、フォーカシングレンズ４４１により収束され収束光ビームとして所定の倍率にて基板Ｗ上へ導かれる。このフォーカシングレンズ４４１はフォーカス駆動機構４４２に取り付けられている。そして、制御部９０からの制御指令に応じてフォーカス駆動機構４４２がフォーカシングレンズ４４１を鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って昇降させることで、フォーカシングレンズ４４１から射出されたビーム光の収束位置が基板Ｗの上面Ｗsに調整される。
【００２９】
光学ヘッド４の筺体下部には、オートフォーカス機構４５として機能する照射部４５１と受光部４５２とが設けられている。照射部４５１は、レーザダイオード（ＬＤ）で構成された光源から射出した光を、基板Ｗの上面Ｗsに対して斜めに照射させる。受光部４５２は、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサやＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサなどの固体撮像素子で構成され、基板Ｗの上面Ｗｓからの反射光を検出する。そして、制御部９０は、受光部４５２の検出結果から、Ｚ方向における基板上面Ｗの位置、つまり光学ヘッド４と基板上面Ｗｓとの距離を検出する。
【００３０】
つまり、図において実線矢印で示すように基板上面Ｗｓが光学ヘッド４から遠ざかったとき、あるいは破線矢印で示すように基板上面Ｗｓが光学ヘッド４に接近したとき、基板上面Ｗｓからの反射光の光路がそれぞれ実線矢印および破線矢印で示す方向に変化し、受光部４５２の各受光位置における受光量も変動する。したがって、受光部４５２における受光量のピーク位置が、それぞれ実線矢印および破線矢印で示すように変化する。制御部９０は、これを利用して光学ヘッド４と基板上面Ｗｓとの距離を検出する。そして、制御部９０は、検出距離に応じてフォーカス駆動機構４４２を動作させて、フォーカシングレンズ４４１を上下させることで、フォーカシングレンズ４４１の焦点を基板上面Ｗｓに合せて、レーザ光の収束位置を基板上面Ｗｓへ的確に調整する（オートフォーカス）。
【００３１】
図３はフォーカス駆動機構の動作を示す図である。図３（ａ）に示すように、フォーカス駆動機構４４２は、制御部９０から与えられるフォーカス調整量Ｖｆを含む制御指令に応じてフォーカシングレンズ４４１をＺ方向に昇降させる。例えば基板Ｗの反りにより基板上面ＷｓのＺ方向位置Ｚｓが変動したとしても、フォーカス駆動機構４４２がこれに追従するようにフォーカシングレンズ４４１のＺ方向位置Ｚｆを変化させることにより、フォーカシングレンズ４４１の焦点ＦＰが常に基板上面Ｗｓにあるように調整される。
【００３２】
図３（ｂ）に示すように、フォーカシングレンズ４４１のＺ方向位置Ｚｆは、制御部９０からフォーカス駆動機構４４２に与えられるフォーカス調整量Ｖｆによって決まる。言い換えれば、制御部９０からフォーカス駆動機構４４２にフォーカス調整量Ｖｆを含む制御指令を与えることで、フォーカシングレンズ４４１はフォーカス調整量Ｖｆに応じたＺ方向位置Ｚｆに位置決めされる。この例ではフォーカシングレンズ４４１のＺ方向位置Ｚｆはフォーカス調整量Ｖｆに対し線形に変化する。なお、フォーカス調整量Ｖｆとフォーカシングレンズ４４１のＺ方向位置Ｚｆとが１対１の関係にあれば、それらの関係は必ずしも線形でなくてもよい。
【００３３】
図４はこの描画装置の制御系を示すブロック図である。制御部９０では、図示しないＣＰＵが予め記憶部９９に記憶された制御プログラムを実行することにより、または専用ハードウェアにより、以下の各機能ブロック９１〜９６が実現される。照明制御部９１は、光学ユニットＵの光照射部５を制御してビーム光を出射させる。描画制御部９２は、記憶部９９に記憶された描画レシピに基づきドライバ９２１を制御し、ドライバ９２１から回折光学素子４１０に制御電圧を印加させて、描画すべきパターンに対応させてビーム光を変調する。
【００３４】
フォーカス制御部９５は、オートフォーカス動作を司る。具体的には、フォーカス制御部９５はオートフォーカス機構４５の受光部４５２からの出力に基づいて基板上面Ｗｓの位置を検出し、その結果から、収束光ビームの焦点ＦＰを基板上面Ｗｓに合わせるために必要なフォーカス調整量Ｖｆを算出しフォーカス駆動機構４４２に送信する。ステージ制御部９４は、ステージ移動機構２０を制御して、ステージ１０を光学ヘッド４に対し相対移動させる。アライメント制御部９３は、アライメントユニット６０のアライメントカメラ６０１から出力される画像データに基づいてアライメント処理を実行する。
【００３５】
そして、ビーム入射位置制御部９６は、ステージ１０の側方に設けられ光ヘッド４からの光ビームの入射方向を計測する観察光学系８０からの出力信号に基づき空間光変調器４１の可動ステージ４１４を作動させて、回折光学素子４１０に入射するラインビーム光の位置を最適化する入射位置調整処理を、必要に応じて実行する。なお、入射位置調整処理やオートフォーカス調整、アライメント調整等の具体的な方法については、例えば特許文献１に記載のものを適用可能である。
【００３６】
次に、以上のように構成された描画装置１００の動作について説明する。前述したように、この描画装置１００は各種基板に対し露光による描画を行うことが可能である。ここではその一例として、略円形の基板に複数の半導体デバイス領域が二次元マトリクス配置された半導体基板に描画を行う際の描画動作を採り上げて説明する。
【００３７】
図５は描画対象物である基板の構成例を示す図である。図５（ａ）に示すように、基板Ｗは略円形の外形を有しており、その上面Ｗｓに、それぞれが略矩形である複数のデバイス領域Ｒが二次元マトリクス配置されている。この描画装置１００は、各デバイス領域Ｒに半導体デバイスを製造する製造プロセスの一部として、各デバイス領域Ｒに所定の描画パターンで描画を行う。各デバイス領域Ｒに描画されるパターンは同一であり、したがって描画装置１００は、予め与えられた描画データに応じた描画パターンを各デバイス領域Ｒに順番に描画する。このとき、ステージ１０に載置される基板Ｗと光学ヘッド４とを相対的に水平移動させる、つまり走査移動させることで、光学ヘッド４による基板上面Ｗｓの描画位置を順次変更してゆく。
【００３８】
図５（ｂ）は走査移動の経路の一例を示す図である。なお、ここでは基板Ｗと光学ヘッド４との相対移動を、光学ヘッド４からの光が基板Ｗに入射する描画位置が基板Ｗに対し移動するものとして説明するが、前述の通り、実際には基板Ｗを載置したステージ１０がＸＹ方向に移動することで走査移動が実現される。図において点線矢印で示すように、この描画動作では、図において基板Ｗの左下に相当する位置を描画開始位置Ｐｓとして、まず（＋Ｙ）方向に描画位置が移動する。基板Ｗの左上端部まで描画位置が進行すると、描画位置が（＋Ｘ）方向に所定ピッチＰｘだけ移動する。そして、次に移動方向を（−Ｙ）方向へ反転させて基板Ｗの図における下端、つまり（−Ｙ）側端部まで来ると、再び描画位置を（＋Ｘ）方向に所定ピッチＰｘだけ移動させ、再度（＋Ｘ）方向への移動が行われる。
【００３９】
このように、基板Ｗと光学ヘッド４との相対移動は、（＋Ｙ）方向または（−Ｙ）方向への走査移動と、（＋Ｘ）方向へのピッチ送り移動とを交互に組み合わせたものとなっている。最終的に、基板Ｗの右下に相当する位置まで描画位置が到達すれば走査移動は終了する。以下、描画位置のＹ方向への移動を「主走査移動」と称し、Ｙ方向を「主走査方向」と称する。また、描画位置のＸ方向へのピッチ送りを「副走査移動」と称し、Ｘ方向を「副走査方向」と称する。
【００４０】
図６はフォーカス制御における問題点を説明する図である。上記のような描画のための走査移動の実行中、光ビームの収束位置は常時基板上面Ｗｓに合わせられる必要がある。しかしながら、図６（ａ）に示すように、例えば基板Ｗの反りに起因して基板上面Ｗｓの位置はＺ方向に変動する。このため、収束光ビームの収束位置も、基板上面Ｗｓの変動に連動させて上下動させる必要がある。
【００４１】
この描画装置１００のオートフォーカス動作はこのような要求に応えることができるものであるが、このオートフォーカス動作が一時的に機能を失う場合があり得る。例えば図６（ｂ）に示すように基板上面Ｗｓに異物Ａが付着し、これによりオートフォーカス機構４５の照射部４５１から基板上面Ｗｓに照射される光が遮蔽されたり反射方向が変えられたりすることで、受光部４５２に正しく受光されない場合がある。また、図６（ｃ）に示すように、基板上面に設けられた窪みＢのような段差により、照射部４５１から基板上面Ｗｓを介した受光部４５２への光路が遮られることがある。
【００４２】
このような理由により受光部４５２への光入射が遮断されあるいは散乱されると、オートフォーカス機構４５による基板上面Ｗｓの位置検出が不可能となり、結果としてオートフォーカス動作が機能しなくなる。この問題に対し、本実施形態の描画装置１００では以下のように対処している。これを可能とするために、受光部４５２が基板Ｗからの反射光を受光できなくなったとき、あるいは所定の変化量を超える急激な受光位置の変化があったときには、オートフォーカス機構４５の検出エラーとして扱われることとする。
【００４３】
図６（ａ）に示したように、基板Ｗの反り等に起因するＺ方向における基板上面Ｗｓの位置変動は、例えばフォーカス調整動作における水平方向および鉛直方向の分解能に比べて比較的緩やかである。このため、通常の動作においては光ビームの収束位置を急激に変化させる必要性はあまりないと考えられる。言い換えれば、ある描画位置における光ビームの収束位置は、その周辺位置での収束位置とは大きく変わらない。したがって、周辺位置での収束位置の調整に関する履歴が記録されていれば、その履歴に記録された情報から、現在の描画位置における光ビームの収束位置をある程度推定することが可能である。
【００４４】
本実施形態ではこの原理に基づき、オートフォーカス機構４５の検出エラーが生じたときのフォーカス調整を行う。具体的には、光ビームの収束位置の設定のために制御部９０からフォーカス駆動機構４４２に与えられるフォーカス調整量Ｖｆを記憶部９９に一定期間記憶保存しておく。そして、基板位置検出において検出エラーが生じた場合には、記憶部９９に記憶されているフォーカス調整量Ｖｆの履歴に基づき、現時点のフォーカス調整量Ｖｆを導出する。
【００４５】
図７は過去の履歴から現在のフォーカス調整量を求める際の考え方を例示する図である。図に点線矢印で示すように、基板上面Ｗｓに対し描画位置は、Ｘ方向位置を一定ピッチＰｘで変化させながら主走査方向であるＹ方向に往復移動する。したがって、Ｘ方向においては、基板Ｗへの走査は（＋Ｘ）方向に進行する。また、Ｙ方向における走査の進行方向は、描画位置が（＋Ｙ）方向に移動する局面では（＋Ｙ）方向であり、（−Ｙ）方向に移動する局面では（−Ｙ）方向である。このような走査移動の進行方向において現在の描画位置Ｐｅに対し後方側（上流側）でのフォーカス調整量Ｖｆの設定値を用いて、現在位置Ｐｅでのフォーカス調整量Ｖｆを決定することが可能である。
【００４６】
例えば図７に矢印Ａｙで示すように、Ｙ方向に沿った履歴から現在のフォーカス調整量Ｖｆを決定する場合には、現在の主走査移動において現在位置Ｐｅに至るまでのフォーカス調整量Ｖｆの推移を履歴として用いることができる。すなわち、現在までのフォーカス調整量Ｖｆの推移が今後も継続するものとして、フォーカス調整量Ｖｆの変化から外挿補間により現在のフォーカス調整量Ｖｆを調整することができる。
【００４７】
また、図７に矢印Ａｘで示すように、Ｘ方向に沿った履歴から現在のフォーカス調整量Ｖｆを決定する方法は次のようにすることができる。主走査方向であるＹ方向においては現在の描画位置Ｐｅと同一位置で、副走査方向であるＸ方向においては現在の描画位置Ｐｅよりも（−Ｘ）側の位置におけるフォーカス調整量Ｖｆの実績に基づき、現在の調整量Ｖｆを推定により求めることができる。これらの位置での描画は既に終了しており、描画時に適用されたフォーカス調整量Ｖｆを記憶部９９に記憶させておけば、これを読み出して現在のフォーカス調整量Ｖｆを求めることができる。
【００４８】
図８は具体的なフォーカス調整量の導出方法を説明する原理図である。図８（ａ）はＹ方向の履歴を用いる方法の例である。主走査方向であるＹ方向への走査移動では、一定の制御周期で基板上面ＷｓのＺ方向位置が検出され、それに基づいてフォーカス調整量Ｖｆが決定される。したがって、図８（ａ）に実線で示すように、Ｙ方向においては、一制御周期における走査移動量に対応する一定のピッチＰｙでフォーカス調整量Ｖｆが順次更新され、これに応じてフォーカシングレンズ４１１のＺ方向位置が定期的に変更される。
【００４９】
図に丸印で示す位置でオートフォーカス機構４５の検出エラーが発生したとすると、その後は位置検出結果に基づくフォーカス調整量Ｖｆの算出が不可能となる。そこで、点線で示すように、直前までのフォーカス調整量Ｖｆの増減がそのまま延長されるようにフォーカス調整量Ｖｆが定められる。
【００５０】
図８（ｂ）はＸ方向の履歴を用いる方法の例を示す図であり、具体的にはＹ方向における描画位置が現在位置Ｐｅと同じであるときのフォーカス調整量Ｖｆを、そのときのＸ方向位置に対してプロットした図である。Ｘ方向には所定ピッチＰｘでのピッチ送りが実行されるため、フォーカス調整量Ｖｆの変化ピッチもこのピッチＰｘと同じになる。この場合にも、丸印の位置で検出エラーが生じたとすると、その後の主走査移動においては、前回までの主走査移動におけるフォーカス調整量ＶｆのうちＹ方向位置が現在位置Ｐｅと同じであるものが示す変化を維持するように、後の走査移動におけるフォーカス調整量Ｖｆが定められる。
【００５１】
このようにすれば、基板Ｗの反りのような比較的周波数成分の低い変動要因に対して、基板上面ＷｓのＺ方向位置の変動を過去の変化の実績から類推し、これに追従するようにフォーカシングレンズ４４１を上下動させて光ビームの収束位置を基板上面Ｗｓに維持することが可能となる。
【００５２】
また、Ｘ方向の履歴とＹ方向の履歴とに基づき現在のフォーカス調整量Ｖｆが決定されてもよい。すなわち、上記したＸ方向およびＹ方向の履歴からそれぞれ求められるフォーカス調整量に対して適宜の演算を行って、現在のフォーカス調整量Ｖｆを導出するようにしてもよい。また、Ｘ方向への履歴とＹ方向への履歴とを反映させるという点からは、次のような方法も可能である。
【００５３】
その方法とは、図８（ｃ）に示すように、検出エラー発生後のフォーカス調整量Ｖｆを、前回の主走査移動におけるフォーカス調整量Ｖｆの変化と同じ変化を有するものとすることである。図８（ｃ）において、折れ線Ａは現在の主走査移動におけるフォーカス調整量Ｖｆの推移を、また折れ線Ｂは前回の主走査移動、つまり現在のＸ方向位置よりもピッチＰｘ分だけ（−Ｘ）方向側位置での主走査移動におけるフォーカス調整量Ｖｆの推移を表すものとなる。図に示されるように、隣り合う２回の主走査移動におけるフォーカス調整量Ｖｆの設定値は、完全に同一でないが比較的類似した変化を示す。このことから、丸印で示す検出エラー後においても、前回の主走査移動におけるフォーカス調整量Ｖｆの推移と同じように推移するものとしてフォーカス調整量Ｖｆを決定する。
【００５４】
このとき、検出エラーが発生する以前については現在の主走査移動におけるフォーカス制御の結果を正しいものとする。すなわちその時点でのフォーカス調整量Ｖｆの値についてはそのまま確定値として用い、それ以後については前回の主走査移動におけるフォーカス調整量Ｖｆの絶対値ではなく変化分だけを適用してフォーカス調整量Ｖｆを決定する。このようにしても、Ｘ方向およびＹ方向における履歴の両方を用いて現在のフォーカス調整量Ｖｆが決定されることになる。したがって、前回の主走査移動におけるフォーカス調整量とは必ずしも同一値とはならないが、その変化は等しくなる。
【００５５】
なお、本実施形態のように、（＋Ｙ）方向の主走査移動と（−Ｙ）方向の主走査移動とを交互に行う態様においては、時系列に沿って求められたフォーカス調整量Ｖｆの値の並びは、空間的には反対方向におけるフォーカス調整量Ｖｆの変化を示すものとなっていることに留意する必要がある。
【００５６】
以下、上記原理に基づくフォーカス制御を組み込んだ本実施形態の描画装置１００による描画動作の具体的な内容について説明する。この描画動作は、制御部９０が予め用意された制御プログラムを実行し装置各部に所定の動作を実行させることにより実現される。
【００５７】
図９はこの描画装置による描画動作を示すフローチャートである。描画動作では、まず描画すべき内容を表す描画レシピの取得（ステップＳ１０１）、および、描画対象物である未処理基板ＷのカセットＣからステージ１０への搬入（ステップＳ１０２）が行われる。描画レシピは記憶部９９に記憶保存される。次に、アライメントユニット６０により、基板Ｗと光学ヘッド４との相対位置を合わせるアライメント処理が行われる（ステップＳ１０３）。これにより、基板Ｗへのパターン描画位置が精密に合わせられる。
【００５８】
そして、描画制御部９２が描画レシピに基づき描画データを準備し（ステップＳ１０４）、これを光学ヘッド４の空間光変調器４１に与えて光ビームを変調しながら基板Ｗに照射することで、パターンの描画処理を行う（ステップＳ１０５）。描画処理が終了すると、処理済みの基板Ｗがステージ１０から搬出されカセットＣに収容される（ステップＳ１０６）。必要に応じて上記処理を繰り返すことで、複数基板Ｗに対して順次描画を行うことができる。
【００５９】
図１０は描画処理を示すフローチャートである。最初に、装置各部が所定の初期状態に初期化される（ステップＳ２０１）。続いて、オートフォーカス機構４５によるフォーカス制御と、ステージ移動機構２０による基板ＷのＹ方向への走査移動が開始される（ステップＳ２０２）。フォーカス制御処理の詳細については後述する。
【００６０】
この時点での走査移動は、光学ヘッド４からの光ビームの照射を伴わないプリスキャンと称される予備的な走査である（ステップＳ２０３）。プリスキャンでは、ステージ１０のＸ方向への移動を行わず、Ｙ方向における基板Ｗの一方端から他方端までの走査移動が行われる。このとき、オートフォーカス機構４５によるフォーカス制御動作を実行することで、描画の初期段階から光ビームの収束位置を基板上面Ｗｓに合わせるための基本的な情報が取得される。
【００６１】
この目的のため、プリスキャンは、実際の描画において最初の主走査移動が行われる位置と同じ位置で行われることが望ましい。こうすることで、上記した情報が取得できるだけでなく、プリスキャンから描画のための主走査移動までの間における基板Ｗと光学ヘッド４との相対移動の量を最小限にし、処理時間を短縮することも可能となる。
【００６２】
プリスキャンの終了後、基板Ｗに対する光学ヘッド４を所定の描画開始位置に位置決めされる（ステップＳ２０４）。例えば図５（ｂ）に示す位置Ｐｓを描画開始位置とすることができる。描画開始位置をプリスキャン終了時の光学ヘッド４の位置と同じにしておけば、プリスキャン終了後に光学ヘッド４とステージ１０との間の移動は不要となる。
【００６３】
ステージ１０上の基板Ｗに対して光学ヘッド４が描画開始位置に位置決めされると描画が開始される（ステップＳ２０５）。すなわち、フォーカス制御および（＋Ｙ）方向への主走査移動を行いながら、光学ヘッド４から基板Ｗに光照射を行うことで、基板上面Ｗｓに描画される。第１回の主走査移動において描画位置がＹ方向の主走査終了位置に到達すると（ステップＳ２０６）、描画位置がＸ方向に１ステップ、より詳しくは（＋Ｘ）方向に送りピッチＰｘ分だけ移動され（ステップＳ２０８）、主走査移動方向が（−Ｘ）方向に反転される（ステップＳ２０９）。これにより、第２回の主走査移動が開始される。基板Ｗの（＋Ｘ）方向側端部に相当する副走査終了位置に到達するまで上記を繰り返すことで（ステップＳ２０７）、基板Ｗのデバイス領域Ｒの全てについて描画が終了する。
【００６４】
描画が終了すると、光学ヘッド４からの光ビームの出射が終了され（ステップＳ２１１）、さらにフォーカス制御および走査移動が終了される（ステップＳ２１２）。そして、装置各部を所定の終了状態に移行させる終了動作が実行されて（ステップＳ２１３）、１つの基板Ｗに対する描画処理が終了する。
【００６５】
図１１はフォーカス制御処理を示すフローチャートである。この処理は、描画装置１００が描画処理を実行する間、所定の調整タイミングが来る度毎に定期的に実行される。調整タイミングが来ると（ステップＳ３０１）、オートフォーカス機構４５の受光部４５２からの受光結果に基づき、現在の基板上面ＷｓのＺ方向位置が取得される（ステップＳ３０２）。このときの検出結果が正常値である、つまり上記した検出エラーの条件に該当しないときには（ステップＳ３０３においてＹＥＳ）、取得された基板上面位置の検出結果から、当該位置へ光ビームの収束位置を合わせるために必要なフォーカス調整量Ｖｆが求められる（ステップＳ３０４）。
【００６６】
一方、検出結果が正常値の範囲になければ（ステップＳ３０３においてＮＯ）、検出エラーとして過去の制御実績に基づきフォーカス調整量Ｖｆが求められる（ステップＳ３０５）。その具体的な求め方については、前述のいずれかの方法を適用することができる。なお、最も（−Ｘ）側の位置で実行される第１回の主走査移動においては、「前回の主走査移動」に相当するものとしてプリスキャンの結果を利用することが可能である。
【００６７】
こうして求められたフォーカス調整量Ｖｆは、その適用位置と関連付けて記憶部９９に記憶される（ステップＳ３０６）。また、フォーカス調整量Ｖｆに基づくフォーカス調整が実施される（ステップＳ３０７）。具体的には、求められたフォーカス調整量Ｖｆを含む制御指令が制御部９０のフォーカス制御部９５からフォーカス駆動機構４４２に与えられ、これに応じてフォーカシングレンズ４４１のＺ方向位置Ｚｆが調整されることにより、フォーカス調整が行われる。
【００６８】
予め定められた調整タイミングごとに上記処理を実行することで、一定の制御周期でフォーカス調整が行われる。制御周期としては例えば１［ｍｓｅｃ］ないし１０［ｍｓｅｃ］とすることができる。これにより、光ビームの収束位置が安定的に基板上面Ｗｓに合わせられる。このため、基板上面Ｗｓに対し優れた分解能で描画を行うことができる。オートフォーカス機構４５が基板上面Ｗｓの位置検出を適切に行えず検出エラーとなった場合でも、現在の描画位置の近傍における過去の制御実績が記憶部９９から読み出され、それから類推されるフォーカス調整量Ｖｆを適用することで、光ビームの収束位置が基板上面Ｗｓから大きく離れることは防止される。
【００６９】
このフォーカス制御処理では、一制御周期ごとに検出エラーの有無に基づく条件分岐が行われるため、いったんオートフォーカス機構４５が検出エラーとなった後でも、再び正常に位置検出が可能となればその検出結果に基づくフォーカス制御が再開されることになる。このため一時的な検出エラーに対して優れた耐性を有しているといえる。
【００７０】
以上説明したように、この実施形態の描画装置１００では、基板Ｗが本発明の「基板」に相当し、基板上面Ｗｓが本発明の「基板表面」に相当している。またステージ１０が本発明の「ステージ」として機能している。また、光学ヘッド４が本発明の「描画ヘッド」として機能する一方、ステージ移動機構２０が本発明の「走査移動部」として機能している。また、オートフォーカス機構４５が本発明の「検出部」として機能する一方、フォーカス駆動機構４４２が本発明の「フォーカス調整部」として機能している。また、制御部９０、特にフォーカス制御部９５が本発明の「制御部」として機能している。さらに、記憶部９９が本発明の「記憶部」として機能している。また、本実施形態の主走査方向（Ｙ方向）が、本発明の「走査方向」に対応している。また、本実施形態におけるプリスキャンが、本発明の「予備走査移動」に相当している。
【００７１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態は、光ビームの変調手段として回折光学素子４１０を利用した描画装置であるが、変調方式はこれに限定されず、任意の変調方式で描画を行う装置に対し本発明を適用することが可能である。
【００７２】
また、上記実施形態では、基板上面Ｗｓに対し斜め方向から光を入射させ、その正反射光の受光結果から基板表面の位置が検出される。しかしながら、本発明の「検出部」はこのような原理のものに限定されず、光学的手法で基板表面の位置を取得する種々の機構を利用可能である。
【００７３】
また、上記実施形態のフォーカス制御では、フォーカス駆動機構４４２に与えられるフォーカス調整量Ｖｆが求められる。これに代えて、例えば現在のフォーカス位置からの増分または減分を算出してフォーカス駆動機構に与える構成であってもよい。
【００７４】
さらに、本発明の適用対象はウエハなどの半導体基板Ｗを本発明の「描画対象物」として当該基板に対して光を照射して描画する装置に限定されるものではなく、例えばプリント配線基板やガラス基板等、種々のものを描画対象物として利用することができる。
【００７５】
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明においては、主走査移動における調整量の履歴、および、過去の主走査移動において走査方向の位置が現在の走査位置と等しい位置での調整量の少なくとも一方に基づき現在の調整量を決定することができる。このような構成によれば、走査方向における過去の調整量の推移、および走査方向と直交する方向における過去の調整量をもとに現在の調整量が決定される。このため、基板の表面位置の緩やかな変化に対して光ビームの収束位置を追従させるのに適している。
【００７６】
また、検出エラー後の主走査移動における走査方向の調整量の変化と、前回の主走査移動における走査方向の調整量の変化とが、走査方向において互いに対応する位置の間で同じとなるように、現在の調整量が決定される構成とすることができる。このような構成によれば、走査方向における基板の表面位置の変化が前回の主走査移動と現在の主走査移動との間で大きな差異がない場合に、基板の表面位置の変化に対して光ビームの収束位置を追従させることが可能である。
【００７７】
また、第１回の主走査移動の実行に先立って、ステージと描画ヘッドとを走査移動方向に相対的に移動させながら基板の表面位置に関する情報を取得するための予備走査移動を実行し、第１回の主走査移動における調整量が、記憶部に記憶された予備走査移動における履歴に基づき決定される構成とすることができる。このような構成によれば、過去の主走査移動の結果の蓄積がない第１回の主走査移動においても、検出エラー発生時に利用可能な情報を準備しておくことが可能となる。
【００７８】
また、検出部の検出結果が正常であるときには、収束位置が検出部により検出される基板の表面位置と同じになるように調整量が決定されるような構成とすることができる。このような構成によれば、表面位置の検出が適正に行われている限り、基板の表面に安定して光ビームを収束させながら描画を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
この発明は、描画対象物に対し変調された光を照射して描画を行う技術に好適に適用することができ、特に、回折光学素子を用いてラインビーム光を変調して描画を行う技術分野に好適である。
【符号の説明】
【００８０】
４  光学ヘッド（描画ヘッド）
１０  ステージ
２０  ステージ移動機構（走査移動部）
４５  オートフォーカス機構（検出部）
９０  制御部
９５  フォーカス制御部（制御部）
９９  記憶部
１００  描画装置
４４１  フォーカシングレンズ
４４２  フォーカス駆動機構（フォーカス調整部）
Ｖｆ  フォーカス調整量（調整量）
Ｗ  基板
Ｗｓ  基板上面（基板表面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020052075.tif 000010
【図９】
2020052075.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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