(57)【要約】【課題】フォーカスサーボ系自体に生じるエラーを補償できるようにした露光装置を提供する。【解決手段】本発明の露光装置は、露光ビームを発生する光源と、電気信号に応じて露光ビームの強度を変調する変調器と、露光ビームを複数本の露光ビームに分岐するビーム分岐手段と、分岐した複数本の露光ビームを集光して被露光体上に露光スポットを形成する対物レンズと、対物レンズと被露光体相互間の距離を制御して露光スポットを一定に保つ第１のフォーカス制御手段と、被露光体で反射した複数本の露光ビームのパターンを観察し、当該パターンの変動に基づいて対物レンズの光軸方向における位置を更に制御する第２のフォーカス制御手段と、を含む。【選択図】    図１
2004227660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームを発生する光源と、
電気信号に応じて前記露光ビームの強度を変調する変調器と、
前記露光ビームを複数本の露光ビームに分岐するビーム分岐手段と、
分岐した前記複数本の露光ビームを集光して被露光体上に露光スポットを形成する対物レンズと、
前記対物レンズと前記被露光体相互間の距離を制御して前記露光スポットを一定に保つ第１のフォーカス制御手段と、
前記被露光体で反射した前記複数本の露光ビームのパターンを観察し、当該パターンの変動に基づいて前記対物レンズの光軸方向における位置を更に制御する第２のフォーカス制御手段と、
を含む露光装置。
【請求項２】
露光ビームを発生する光源と、
電気信号に応じて前記露光ビームの強度を変調する変調器と、
前記露光ビームを複数本の露光ビームに分岐するビーム分岐手段と、
分岐した前記複数本の露光ビームを集光して被露光体上に露光スポットを形成する対物レンズと、
前記被露光体で反射した前記複数本の露光ビームのパターンを観察し、当該パターンの変動に基づいて前記対物レンズの光軸方向における位置を制御する第２のフォーカス制御手段と、
を含む露光装置。
【請求項３】
前記第２のフォーカス制御手段は、
反射した前記複数本の露光ビームを受光する二次元受光素子と、
前記二次元受光素子の出力に基づいて受光した露光ビーム相互間の距離を求め、当該距離に基づいて補正値を計算により又は予め記憶された補正値テーブルを参照して求める補正値生成手段と、
前記対物レンズに前記補正値に相当する位置変化を与える位置調整手段と、
を含む、請求項１又は２記載の露光装置。
【請求項４】
前記第２のフォーカス制御手段は、
反射した前記複数本の露光ビームを受光する二次元受光素子と、
前記二次元受光素子の画像出力から各露光ビームに対応した特徴点を抽出する画像処理手段と、
前記特徴点相互間の距離、又は前記特徴点と予め定められた画像内の基準点との距離を求め、当該距離に基づいて補正値を計算により又は予め記憶された補正値テーブルを参照して求める補正値生成手段と、
前記対物レンズに前記補正値に相当する位置変化を与える位置調整手段と、
を含む、請求項１又は２記載の露光装置。
【請求項５】
前記第２のフォーカス制御手段は、
反射した前記複数本の露光ビームを受光する二次元受光素子と、
前記二次元受光素子の画像出力を記憶する記憶手段と、
予め記憶された露光ビームの基準画像と前記二次元受光素子から出力された露光ビームの画像とを比較する比較手段と、
比較結果に基づいて補正値を計算により又は予め記憶された補正値テーブルを参照して求める補正値生成手段と、
前記対物レンズに前記補正値に相当する位置変化を与える位置調整手段と、
を含む、請求項１又は２記載の露光装置。
【請求項６】
前記第１のフォーカス制御手段は、時間軸上において常に動作し、
前記第２のフォーカス制御手段は、時間軸上において比較的に長い間隔をおいて間欠的に動作する、請求項１記載の露光装置。
【請求項７】
複数本の露光ビームを対物レンズで集光して被露光体上に１つ又は複数の露光スポットを形成する露光装置におけるフォーカス調整方法であって、
前記被露光体から反射した複数のビームを観察し、
少なくとも２つのビーム相互の間隔を求め、
該間隔値と基準値との差を求め、
当該差の絶対値が減少するように前記対物レンズの位置を調整する、
フォーカス調整方法。
【請求項８】
複数本の露光ビームを対物レンズで集光して被露光体上に１つ又は複数の露光スポットを形成する露光装置におけるフォーカス調整方法であって、
前記被露光体から反射した複数のビームを観察し、
観察された複数のビームのパターンと基準パターンとを比較して、両パターンの差分を求め、
当該差分が減少するように前記対物レンズの位置を調整する、
フォーカス調整方法。
【請求項９】
複数本の露光ビームを対物レンズで集光して被露光体上に１つ又は複数の露光スポットを形成する露光装置におけるフォーカス調整方法であって、
前記被露光体から反射した複数のビームを観察し、
観察された複数のビームのパターンと基準パターンとが重なるように前記対物レンズの位置を調整する、
フォーカス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査ビーム光を用いてパターンを描画する露光装置及び露光方法に関し、特に、ビームスポットを一定に制御するフォーカス制御の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細構造体を作製する一方法として、リソグラフィーを用いた微細加工が挙げられる。この微細加工では、例えば、フォトレジストが均一に塗布されたガラス原盤上にパターン情報で強度変調されたレーザスポットを照射して螺旋状に走査を行い、露光潜像を形成する。このレジストを現像してレジストマスクを形成する。このレジストをマスクとしてエッチングを行い、原盤上にパターンを転写する。
【０００３】
精度の高い微細構造体を作製するためには、対物レンズの焦点をガラス原盤上に位置せしめ、ビームスポットの径を常に一定に保つことが必要になる。このような対物レンズの高さ位置調整（フォーカス調整）方法としては、例えば、スキュービーム法、非点収差法、ナイフエッジ法などが用いられている。
【０００４】
例えば、スキュービーム法の場合、フォトレジストが感光しない波長のレーザ光（例えば、赤色レーザ）を対物レンズの周辺部に入射させ、ガラス原盤で反射したレーザ光を対物レンズの反対側の周辺部を通して戻し、戻ったレーザ光のスポットを２分割センサで受光する。対物レンズの焦点位置が原盤上に正しく存在する（基準位置）ときに２分割センサの中央に反射ビームのスポットが存在するように予め調整する。対物レンズとガラス原盤との距離が変化するとレーザ光の反射位置が変わり、２分割センサ上の戻りビームスポットの位置も変化する。それにより、２分割センサの出力差にフォーカスエラーに対応したエラー信号が出力される。このエラー信号を増幅し対物レンズのアクチュエータを駆動することによって対物レンズと原盤との距離を一定に保つことが可能となる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、このようなスキュービーム法を応用したフォーカス制御方式が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２８８８５３号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したフォーカス制御方式では原盤の撓みなどに追従して対物レンズの位置を適切に調整することは可能となるものの、フォーカス制御系や露光装置側に起因するエラー要因まで解消することは困難である。
【０００７】
例えば、温度変化などが機構に微小な寸法の狂い等を与えると光学的誤差が生じてフォーカス用レーザの光軸が変化する。フォーカスサーボ回路の電源等に変動があるとアクチュエータに供給されるサーボ信号にエラー分が含まれ、ガラス原盤との距離が変化する。露光中にこれらの要因が発生すると、対物レンズの焦点位置が変動するため、ビームスポットの径が変わり、描画されるレジストパターンも変化する。
【０００８】
特に、レジストパターン（ビームスポット径）が微細になると、径方向の走査線数も膨大となってパターン露光も長時間を要する。この間に電源電圧や室温の変化が発生する可能性が高くなる。それにより、露光の開始と終了時点で同一のパターンができなくなるといった問題も生じ得る。また、レジストパターンの微細化に伴い、露光光源も短波長化されるため、焦点深度が浅くなる。したがって、長時間にわたり、より安定したフォーカスを行う必要が生じる。
【０００９】
よって、本発明は、フォーカスサーボ系自体に生じるエラーを補えるようにした露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、フォーカスサーボ系の経時的エラーの変化を補えるようにし、長時間にわたり、より安定したフォーカスを行い得る露光装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、周囲温度や電源電圧などの環境の変化に影響されにくい露光装置のフォーカス調整方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の露光装置は、露光ビームを発生する光源と、電気信号に応じて上記露光ビームの強度を変調する変調器と、上記露光ビームを複数本の露光ビームに分岐するビーム分岐手段と、分岐した上記複数本の露光ビームを集光して被露光体上に露光スポットを形成する対物レンズと、上記対物レンズと上記被露光体相互間の距離を制御して上記露光スポットを一定に保つ第１のフォーカス制御手段と、上記被露光体で反射した上記複数本の露光ビームのパターンを観察し、当該パターンの変動に基づいて上記対物レンズの光軸方向における位置を更に制御する第２のフォーカス制御手段と、を含む。
【００１３】
かかる構成とすることによって、原盤の撓みなどに追従した対物レンズの位置調整に加え、フォーカス制御系や露光装置などに起因するフォーカスエラー信号の変化、特にレベルシフトやドリフト等の第１の制御系のエラーを補った対物レンズの位置調整が可能となる。従って、フォーカスサーボ系の瞬間的な応答性を確保しつつ電源電圧や周囲温度等の経時的変化にも対応した安定したフォーカスを行うことが可能となり、露光スポットを一定に保ったより均一な微細構造パターンの作製が可能となる。
【００１４】
また、本発明の露光装置は、露光ビームを発生する光源と、電気信号に応じて上記露光ビームの強度を変調する変調器と、上記露光ビームを複数本の露光ビームに分岐するビーム分岐手段と、分岐した上記複数本の露光ビームを集光して被露光体上に露光スポットを形成する対物レンズと、上記被露光体で反射した上記複数本の露光ビームのパターンを観察し、当該パターンの変動に基づいて上記対物レンズの光軸方向における位置を制御する第２のフォーカス制御手段と、を含む。
【００１５】
かかる構成とすることによって、反射された複数ビームのパターン観察に基づくフォーカス調整が可能となる。それにより、フォーカス調整の際に、エラー検出回路やフォーカスビーム電源回路の電源電圧や温度変化などに起因する誤差要因の影響を受けにくくなり、また、経時的変化に対応した位置調整も可能となる。従って、安定したフォーカス調整を行うことが可能となり、より均一な微細構造パターンの作製が可能となる。
【００１６】
好ましくは、上記第２のフォーカス制御手段は、反射した上記複数本の露光ビームを受光する二次元受光素子と、上記二次元受光素子の出力に基づいて受光した露光ビーム相互間の距離を求め、当該距離に基づいて補正値を計算により又は予め記憶された補正値テーブルを参照して求める補正値生成手段と、上記対物レンズに上記補正値に相当する位置変化を与える位置調整手段と、を含む。それにより、二次元受光素子の広い領域でビームパターンを観察するので対物レンズの焦点位置を広い範囲で調整することが可能となる。
【００１７】
好ましくは、上記第２のフォーカス制御手段は、反射した上記複数本の露光ビームを受光する二次元受光素子と、上記二次元受光素子の画像出力から各露光ビームに対応した特徴点を抽出する画像処理手段と、上記特徴点相互間の距離、又は上記特徴点と予め定められた画像内の基準点との距離を求め、当該距離に基づいて補正値を計算により又は予め記憶された補正値テーブルを参照して求める補正値生成手段と、上記対物レンズに上記補正値に相当する位置変化を与える位置調整手段と、を含む。それにより、二次元受光素子の広い領域でビームパターンを観察するので対物レンズの焦点位置を広い範囲で調整することが可能となる。
【００１８】
好ましくは、上記第２のフォーカス制御手段は、反射した上記複数本の露光ビームを受光する二次元受光素子と、上記二次元受光素子の画像出力を記憶する記憶手段と、予め記憶された露光ビームの基準画像と上記二次元受光素子から出力された露光ビームの画像とを比較する比較手段と、比較結果に基づいて補正値を計算により又は予め記憶された補正値テーブルを参照して求める補正値生成手段と、上記対物レンズに上記補正値に相当する位置変化を与える位置調整手段と、を含む。それにより、２つの画像の差分に基づいて補正値を得るので画像処理ＩＣを利用でき、補正値の算出処理速度を向上することが可能となり、焦点位置調整の即応性が改善される。
【００１９】
好ましくは、上記第１のフォーカス制御手段は、時間軸上において常に動作し、上記第２のフォーカス制御手段は、時間軸上において比較的に長い間隔をおいて間欠的に動作する。それにより、第１のフォーカス制御系をエラー信号に高速で追従させ、第２のフォーカス制御系を低域エラー（ドリフト分）の補償に使用することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の露光装置におけるフォーカス調整方法は、複数本の露光ビームを対物レンズで集光して被露光体上に１つ又は複数の露光スポットを形成する露光装置におけるフォーカス調整方法であって、上記被露光体から反射した複数のビームを観察し、少なくとも２つのビーム相互の間隔を求め、該間隔値と基準値との差を求め、当該差の絶対値が減少するように上記対物レンズの位置を調整する、ことを特徴とする。
【００２１】
反射された複数ビームのパターン識別に基づくフォーカス調整を行うので、エラー検出回路やフォーカスビーム電源回路の電源電圧や温度変化などに起因する誤差要因の影響を受けにくくなり、また、経時的変化に対応した位置調整も可能となる。従って、安定したフォーカス調整を行うことが可能となり、より均一な微細構造パターンの作製が可能となる。また、広い領域でビームパターンを観察するので対物レンズの焦点位置を広い範囲で調整することが可能となる。
【００２２】
また、本発明の露光装置のフォーカス調整方法は、複数本の露光ビームを対物レンズで集光して被露光体上に１つ又は複数の露光スポットを形成する露光装置におけるフォーカス調整方法であって、上記被露光体から反射した複数のビームを観察し、観察された複数のビームのパターンと基準パターンとを比較して、両パターンの差分を求め、当該差分が減少するように上記対物レンズの位置を調整する、ことを特徴とする。
【００２３】
反射された複数ビームのパターン識別に基づくフォーカス調整を行うので、エラー検出回路やフォーカスビーム電源回路の電源電圧や温度変化などに起因する誤差要因の影響を受けにくくなり、また、経時的変化に対応した位置調整も可能となる。従って、安定したフォーカス調整を行うことが可能となり、より均一な微細構造パターンの作製が可能となる。また、２つの画像の差分に基づいて補正値を得るので画像処理ＩＣを利用でき、補正値の算出処理速度を向上することが可能となり、焦点位置調整の即応性が改善される。
【００２４】
また、本発明の露光装置のフォーカス調整方法は、複数本の露光ビームを対物レンズで集光して被露光体上に１つ又は複数の露光スポットを形成する露光装置におけるフォーカス調整方法であって、上記被露光体から反射した複数のビームを観察し、観察された複数のビームのパターンと基準パターンとが重なるように上記対物レンズの位置を調整する、ことを特徴とする。
【００２５】
反射された複数ビームのパターン識別に基づくフォーカス調整を行うので、エラー検出回路やフォーカスビーム電源回路の電源電圧や温度変化などに起因する誤差要因の影響を受けにくくなり、また、経時的変化に対応した位置調整も可能となる。従って、安定したフォーカス調整を行うことが可能となり、より均一な微細構造パターンの作製が可能となる。また、２つの画像に基づいて補正値を得るので画像処理ＩＣを利用でき、補正値の算出処理速度を向上することが可能となり、焦点位置調整の即応性が改善される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
本発明の実施の形態では、反射ビームのパターンを観察し、メモリに記憶して当該画像に含まれるフォーカスエラー情報を抽出する。このエラー情報に基づいて対物レンズの位置を調整する。フォーカスの状態をビームパターンで直接的に観察することができるので画像処理が行え、デジタル的に信号処理を行える。従って、従来のようにエラー検出回路やサーボ増幅回路の電源電圧の変動などの影響を受けにくい。また、エラー情報を逐次記憶することが出来るので、原盤の撓みに追従するといった即応的な焦点位置合わせの他に、電源などの経時的な変化に対応する焦点位置合わせを行うことが可能となる。
【００２８】
図１は、本発明の露光装置を概略的に示すブロック図である。同図に示すように、露光装置１は、パターン信号で変調された露光ビームを原盤（被露光体）上に導く露光光学系２、原盤上に露光ビームのスポットを後述の第１のパラメータに基づいて制御する第１のフォーカス制御系３、露光ビームのスポットを後述の第２のパラメータに基づいて制御する第２のフォーカス制御系４、原盤を回転駆動するターンテーブル５、対物レンズとターンテーブルを相対的に移動し螺旋状に走査軌跡を形成する相対移動系６、形成すべきパターン情報を担うパターン信号を発生するパターン発生器７、等を備えている。
【００２９】
露光光学系２は、露光用のレーザビーム１３０を発生するレーザ光源１００、図示しない受光器によってレーザビーム１３０の強度を検出し、レーザビーム１３０の強度を所定レベルに保つ電気光学変調器（ＥＯＭ）１０１、パターン発生器７から出力されるパターン信号に応じてレーザビームを強度変調する音響光学変調器（ＡＯＭ）１０２、反射ミラー１０３及び１０４、変調されたレーザビームを複数に分岐する第１の回折素子（ＣＧＨ）１０５、分岐した複数のレーザビーム１３１を光軸方向に揃える第２の回折素子（ＣＧＨ）１０６、分岐した複数のレーザビーム１３１を対物レンズ方向に向きを変える反射ミラー１０７、複数のレーザビーム１３１を原盤１０９上に集光する対物レンズ１０８等を備えている。
【００３０】
かかる構成により、露光光源１００から出射した露光ビーム１３０は、電気光学変調器１０１によってレベル調整され、音響光学変調器１０２でパターン情報によって強度変調された後、ミラー１０３及び１０４を経由して回折素子１０５に入射する。露光ビーム１３０は回折素子によって複数本、例えば、実施例では３本に分岐され、複数本の分岐ビーム１３１となる。分岐ビーム１３１は、更に回折素子１０６を経て光軸に平行に進行するビームに変換される。この際、複数本の分岐ビームは回折素子によってビーム本数やビームパターンの配置形状に応じて適宜に位相差が与えられる。
【００３１】
位相差が設定された複数本の分岐ビーム１３１は反射ミラー１０７を経て対物レンズ１０８に入射し、ターンテーブル５に載置された原盤１０９上に集光する。位相が調整された複数の分岐レーザビーム１３１が一点に集光され、干渉することによって、ガラス原盤１０９の表面にコートされたフォトレジスト層にビームの回折限界以下のサイズの微小な露光スポットＰが形成される。なお、複数の分岐レーザビーム１３１による複数の露光スポットＰは、上記のように重畳的に一点に集光され一つの露光スポットとされていてもよく、また、複数の分岐レーザビーム１３１を個別にビーム描画に使用するようにしてもよい。
【００３２】
ターンテーブル５は、フォトレジストが塗布された原盤１０９を載置してパターン発生器７からの図示しない信号供給に同期して回転する。
【００３３】
相対移動系６は、パターン発生器７から供給される図示しない信号に同期して作動する移動手段６１を備えた移動台であり、露光光学系２の対物レンズ１０８、ＣＧＨ１０５、１０６、反射ミラー１０７、１２２、ハーフミラー１２１、アクチュエータ１１９及び、フォーカス制御系３の赤色レーザ光源１１０、反射ミラー１１１、１１２が搭載されている。移動手段６１としては、例えば、リニアモータ機構、又は信号に同期して回転するステップモータと送りネジ機構等が挙げられる。相対移動系６は、パターン情報に対応して対物レンズ１０８とビームスポットＰとをターンテーブル５の径方向に相対的に移動させ、螺旋状の露光軌跡を形成する。なお、本実施形態では、ターンテーブル５に対して、対物レンズ１０８を移動させる態様を開示したが、対物レンズ１０８に対し、ターンテーブル５を移動させる方式を採用してもよい。この場合も同様に、パターン発生器７から供給される信号に同期して作動するリニアモータ機構、又は、信号に同期して回転するステップモータと送りネジ機構等をターンテーブル５に設置することにより実施し得る。
【００３４】
上述した対物レンズ１０８は、第１及び第２のフォーカス制御系によって高さ位置が制御される。
【００３５】
第１のフォーカス制御系３は、フォトレジストを感光させない波長（例えば、６８０ｎｍ）のフォーカス調整用の赤色レーザ光１３２を発生するレーザ光源１１０、反射ミラー１１１、１１２及び１０７、対物レンズ１０８、反射ミラー１１３、２分割センサ１１４、差動増幅器１１５、サーボ回路１１６、加算器１１７、モータ駆動回路１１８、アクチュエータ１１９を含む。
【００３６】
かかる構成により、レーザ光源１１０から出射したレーザビーム１３２はミラー１１１、１１２、及び１０７で反射して対物レンズ１０８の外周側に入射し、原盤上のビームスポットＰで反射して対物レンズ１０８の反対側の外周に戻り、ミラー１０７及び１１３で反射して２分割センサ１１４に入射する。ここで、対物レンズ１０８の焦点がガラス原盤上にあるときに、ビーム１３２のスポットが２分割センサ１１４の中心位置に導かれるように、ビーム１３２の光軸とセンサ位置が予め調節されている。従って、オンフォーカス状態では２分割センサ１１４の２つの検出領域に等量のレーザビームが入射するが、フォーカスがずれるに従って戻りビームの入射位置が該中心位置からずれ、２つの検出領域への入射光量のバランスが変わるようになる。
【００３７】
２つの領域の各センサ出力ａ及びｂは差動増幅器１１５に入力され、両者の差分がエラー信号（誤差信号）として出力される。対物レンズ１０８の焦点Ｐが原盤１０９上にあるとき、エラー信号のレベルは０となる。露光装置の駆動中に、ガラス原盤１０９の撓み等の影響により、焦点Ｐの位置が原盤上から対物レンズ１０８の光軸方向にずれた場合に（ａ−ｂ）＞０又は（ａ−ｂ）＜０となり、フォーカスエラーに応じたレベルのエラー信号が得られる。
【００３８】
図２は、対物レンズ１０８をその光軸方向において原盤１０９に近接した位置から離間する方向に移動したときのエラー信号出力の変化例を示している。対物レンズ１０８の焦点位置が原盤１０９上にあるとき、エラー信号のレベルは０となる。その前後ではエラー信号のレベルは焦点距離からの離間の程度に応じてＳ字状のカーブを描くように変化する。このＳ字状領域を利用することによって対物レンズのフォーカス調整を行うことができる。
【００３９】
エラー信号は、フォーカスサーボループの帯域特性や伝達関数を設定するサーボ回路１１６に送られ増幅され、加算器１１７を経てモータ駆動回路１１８でパワー増幅され駆動信号となる。駆動信号は対物レンズ１０８を光軸方向の正逆に付勢するコイルモータ（リニアモータ）１１９に供給され、対物レンズ１０８の光軸上の位置を設定する。対物レンズ１０８の現在位置とオンフォーカス位置との距離差はエラー信号となってサーボループを巡回し、焦点位置Ｐが原盤上１０９に常に位置するように対物レンズ１０８を追従させる。
【００４０】
第２のフォーカス制御系４は、複数の分岐レーザビーム１３１の光路途中に設けられて、原盤１０９上で反射して戻ってくる複数の分岐ビーム１３１ａを抽出するハーフミラー１２１、抽出した戻り分岐ビーム１３１ａ、結像レンズ１２３に導出する反射ミラー１２２、複数の戻り分岐ビームの光像をＣＣＤ１２４上に形成する結像レンズ１２３、各ビームスポットの光像を電気信号（画像信号）に変換するＣＣＤ１２４、画像からビームスポットを示す特徴点を抽出する画像認識部１２５、ビームスポット相互間の距離を計算し、該当する補正値を設定するビーム間隔計算処理部１２６、補正値を上述したエラー信号に重畳する加算器１１７を含む。画像認識部１２５及びビーム間隔計算処理部１２６はコンピュータシステムによって構成されている。
【００４１】
かかる構成によって、対物レンズ１０８に入射した複数の分岐レーザビーム１３１は、その一部が原盤１０９で反射して、複数の戻り分岐レーザビーム１３１ａとなり、再び対物レンズ１０８を通過する。このとき、分岐ビームの対物レンズ１０８の光軸方向における反射位置によって戻り分岐ビームの対物レンズ１０８への戻り位置（レンズ径方向位置）が異なるものとなる。従って、フォーカス用レーザビーム１３２と同様に、複数の戻り分岐ビーム１３１ａによるスポットパターン、あるいは戻りビームスポット相互間の距離が対物レンズ１０８の高さ位置に対応した情報を含むものとなる。更に、対物レンズ１０８を通過した複数の戻り分岐ビーム１３１ａは、ミラー１０７、１２１、１２２及び結像レンズ１２３を経てＣＣＤ１２４に入射し、複数のビームスポットの集合からなる画像パターンに変換される。この画像パターンから画像認識処理によってフォーカスエラーが抽出される。従って、電気信号（フォーカスエラー信号）のレベル変動やドリフトのような、回路の電源電圧や温度変化などに起因する誤差要因の影響を受けにくい。
【００４２】
図５は、画像認識処理及びフォーカスエラー補正を行う画像認識部１２５及びビーム間隔計算処理部１２６を説明する機能ブロック図である。前述したようには、画像認識部１２５及びビーム間隔計算処理部１２６はコンピュータシステムによって構成されている。
【００４３】
同図に示されるように、複数の分岐ビーム１３１ａの各スポットはＣＣＤ１２４によって１フレーム相当の画像信号に変換され、所定周期であるいは所定指令に従って出力され、Ａ／Ｄ変換器１４０によって量子化されて画像データとして画像メモリ１４１に記憶される。この画像から特徴点抽出部１４２によってビームスポットに相当する特徴点を抽出する。次に、特徴点間の距離をビーム間隔計算部１４３によって計算する。
【００４４】
図３は、特徴点抽出の一例を示す説明図である。この例では、二次元に配置された画素の光量値をｙ軸上に投影（積算）し、ビームスポットに対応したピーク値（特徴点）ｙ１，ｙ２を生ぜしめ、ピーク値間の距離ｙ２−ｙ１によってビーム間隔を求めている。
【００４５】
他のビーム間隔を計算する方法としては、閾値以上の値を持つ画素からピーク値（極大値）を持つ画素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を抽出し、各画素の距離Ｌ＝√（（ｘｎ−ｘｎ−１）２＋（ｙｎ−ｙｎ−１）２）を計算しても良い。各距離Ｌ１２，Ｌ２３，Ｌ３１の平均値や総和をエラー判別のパラメータとしてもよい。
【００４６】
また、図３に示すように、画像フレーム中に定められた基準点Ｘからピーク値までの距離を計算することとしても良い。
【００４７】
また、図４に示すように、戻り分岐ビーム１３１ａのビーム間隔は、分岐ビーム１３１の原盤上での反射位置の相違によって広がり又は縮むビームスポットのパターンとしてＣＣＤ１２４において観察される。従って、オンフォーカス時のパターンと検査対象パターンとの差分をとってエラー情報を得ることも可能である。
【００４８】
計算（検出）されたビームスポットの間隔値は、測定時間（測定日時分）の情報と共にビーム間隔記憶用のメモリ１４４に逐次記憶され、データベース化される。また、検出されたビームスポットの間隔値は、予め基準データ記憶部１４５に記憶されている基準間隔値とビーム間隔誤差計算部１４６において差分が求められ、基準状態からのズレが判別される。基準状態は、例えば、回路電源や室温等が定格運転条件であるときに対物レンズ１０８をオンフォーカス状態として測定した戻り分岐ビームの間隔値である。また、新規原盤１０９を載置した描画開始直後の対物レンズ１０８をオンフォーカス状態として測定した戻り分岐ビームの間隔値であっても良い。
【００４９】
補正部１４７は、検出された差分に基づいて、予め定められたエラー量対補正値を記憶したテーブル１４８から該当する補正値を読み出し、Ｄ／Ａ変換器１１７に設定する。なお、差分ではなく、ビーム間隔値に補正値を対応付けることとしても良い。
【００５０】
Ｄ／Ａ変換器１４９から出力される補正電圧レベルは加算器１１７を介してフォーカスエラー信号に重畳され、モータ駆動回路１１８に供給される。モータ駆動回路１１８はパワー増幅して、エラー分が補正されるようにコイルモータ１１９を駆動することによって対物レンズ１０８の偏倚が補償される。
【００５１】
図６は、第２のフォーカス制御系の使用態様を説明する説明図である。同図（ａ）に示す態様では、常時、あるいは短い間隔でビームパターンに基づくフォーカス制御を行っている。このような態様では、第１及び第２のフォーカス制御系が共同してフォーカスエラーを抑制するように動作するので安全率の高いフォーカス制御系を構成することが可能となる。
【００５２】
また、第２の制御系のみでフォーカスサーボ系を形成することも可能である。この場合には、フォーカス用のサブビームを必要としない利点がある。
【００５３】
また、図６（ｂ）に示す制御態様では、長い時間間隔を置いて第２のフォーカス制御系を間欠的に動作させるようにしている。
【００５４】
すなわち、第１のフォーカス制御系３は、時間軸上において常に動作し、第２のフォーカス制御系４は、時間軸上において比較的に長い間隔をおいて間欠的に動作するようにしている。これにより、電源電圧、室温などの環境パラメータの経時的な変化（長時間経過後に生ずるエラー）に基づくレベルシフト等のエラー信号における直流分や低周波成分のエラーを補償することを可能とする。
【００５５】
このように、上述した実施例によれば、被露光体から反射した複数のビームを観察し、少なくとも２つのビーム相互の間隔を求め、該間隔値又は該間隔値と基準値との差に基づいて対物レンズの位置を調整することによりフォーカス調整を行うことが可能となる。
【００５６】
また、被露光体から反射した複数のビームを観察し、観察された複数のビームのパターンと基準パターンとを比較して、両パターンの差分を求め、当該差分が減少するように前記対物レンズの位置を調整する、ことによりフォーカス調整を行うことが可能となる。
【００５７】
また、被露光体から反射した複数のビームを観察し、観察された複数のビームのパターンと基準パターンとが重なるように前記対物レンズの位置を調整する、ことによってフォーカス調整を行うことが可能となる。
【００５８】
なお、上記実施形態においては、分岐レーザビームの数を３本として例示したが、分岐レーザビームの数は、２本以上であれば特に限定されない。
【００５９】
上記実施形態においては、ビーム間隔誤差と対物レンズ１０８の移動距離の補正値テーブルを作成したが、ビーム間隔誤差と対物レンズ１０８の移動距離に一定の関係式が導き出される場合には、演算により補正値を導き出してもよい。
【００６０】
本実施形態によれば、制御原理の異なる２つのフォーカスサーボ機構を用いているので、１のフォーカスサーボ機構に用いられるフォーカス用レーザビームの光軸の変化や、サーボ回路の経時的変化があった場合においても、かかる要因による焦点位置の変化にも対応した、焦点位置合わせが可能となる。従って、フォーカス制御用のサブビームを用いたフォーカスサーボ機構のみでは達成し得なかった、より安定した微細構造のパターニングを行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態で用いられる微小構造体の製造装置の露光光学系及びフォーカス系を説明する図である。
【図２】図２は、フォーカス用レーザビームからの誤差信号の信号特性を示す図である。
【図３】図３は、光量積算分布よりビーム間隔を算出する方法を説明するための図である。
【図４】図４は、各ビームの中心座標から、隣接するビーム同士のビーム間隔を計算する方法を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る第２の合焦手段の制御ブロックを例示するブロック図である。
【図６】図６は、第２のフォーカス制御の動作態様を説明する説明図である。
【符号の説明】
１００…レーザ光源、１０１…電気光学変調器、１０２…音響光学変調器、１０３、１０４…ミラー、１０５…ＣＧＨ１、１０６…ＣＧＨ２、１０７…反射ミラー、１０８…対物レンズ、１０９…原盤、１１０…レーザ光源、１１１、１１２、１１３…反射ミラー、１１４…２分割センサ、１１５…差動増幅器、１１６…サーボ回路、１１７…加算器、１１８…モータ駆動回路、１１９…アクチュエータ、１２１…ハーフミラー、１２２…反射ミラー、１２３…結像レンズ、１２４…ＣＣＤ、１２５…画像認識部、１２６…ビーム間隔計算処理部、１３０…露光ビーム、１３１…分岐ビーム、１３２…赤色レーザ光
【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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