(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
描画対象の基板に対してレーザー光を照射可能なレーザー光照射部と、前記基板を搭載可能に構成され当該搭載されている基板を互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動可能な基板移動機構と、前記基板上に塗布されたフォトレジスト上に所定のパターンを描画するために描画パターンデータに基づいて前記基板移動機構の移動を制御する移動制御部と、前記基板移動機構に固定可能に構成され、かつ所定平面における予め規定した複数の保持位置に前記基板をそれぞれ固定することにより複数の基板を保持可能な基板保持具と、前記保持されている複数の基板の少なくとも１枚における基準位置に対応する基準位置データを検出する基準位置データ検出手段とを備え、前記移動制御部は、前記検出された基準位置データおよび前記描画パターンデータに基づいて前記基板移動機構の移動を制御するレーザービーム直接描画装置であって、
前記描画パターンデータは前記基準位置に対する相対的な位置データとして形成され、
前記基準位置データ検出手段は、前記保持されている基板に対して検査用レーザー光を照射可能な検査用レーザー照射部を備え、前記基板移動機構によって前記基板保持具を移動させつつ前記少なくとも１枚の基板の前記Ｘ方向における両端部間を前記検査用レーザー光で照射した際に、当該基板による反射光に基づいて当該基板のＸ方向における前記両端部の中心位置に対応する位置データを検出すると共に、当該Ｘ方向の中心位置を含む当該基板の前記Ｙ方向における両端部間を前記検査用レーザー光で照射した際に、前記反射光に基づいて当該基板の当該Ｙ方向における前記両端部の中心位置に対応する位置データを検出し、かつ当該検出した両位置データに基づいて前記基準位置データを検出することを特徴とするレーザービーム直接描画装置。
【請求項２】
前記基板保治具には、前記基板を装着可能な孔部が複数形成され、
前記基準位置データ検出手段は、前記複数の孔部のうちの１つに装着された特定の前記基板に対する前記基準位置データを検出し、
前記移動制御部は、前記特定の基板が装着された前記孔部と他の前記孔部との相対的な位置関係、前記特定の基板の前記基準位置データ、および前記描画パターンデータに基づいて前記基板移動機構の移動を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザービーム直接描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハー、半導体（ＡＳＩＣ）、半導体マスク、ハードディスクドライブ用薄膜ヘッド、液晶ディスプレイ、マイクロマシンおよび光導波路などを微細加工する際に、フォトレジストを塗布した基板上にマスクレスで数ミクロン線幅のパターンを直接描画するためのレーザービーム直接描画装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、メカトロニクスなどの分野では、微細加工プロセスによる集積化技術の開発が重要課題となっている。この種の微細加工プロセスによってサブミクロンオーダの半導体デバイス用フォトマスクを作成する装置として、電子ビーム装置が従来から用いられている。ところが、電子ビーム装置は、真空チャンバを必要とし、しかも大容量の電源装置を必要とする結果、装置の大型化、高価格化を招いている。加えて、真空中で描画を行う必要上、描画面積が小さく、かつ保守点検が煩雑であるという欠点もある。また、実際に半導体ウェハー上にパターンを形成するためには、フォトマスクを作成した上に、更にステッパ露光装置などによってパターンの転写露光を行わなければならないため、作業に長時間が必要とされるという欠点もある。
【０００３】
このため、近年では、描画精度はやや低下するものの、大気中での動作が可能で、しかも、操作性に優れ、比較的安価で、描画面積が大きいという特徴を有し、線幅が数ミクロンオーダのパターンをマスクレスで比較的容易に直接描画可能なレーザービーム直接描画装置が、電子ビーム装置に代わって用いられ始めている。図１３は、レーザービーム直接描画装置８１（以下、「描画装置８１」という）の構成を示している。同図に示すように、描画装置８１は、パターニングの際に各種制御を実行するパーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」ともいう）８２と、例えば波長が４４１．６ｎｍで光出力１０ｍＷＣＷのヘリウム・カドミウムレーザー光（以下、「レーザー光」ともいう）を出力するヘリウム・カドミウムレーザー８３と、ヘリウム・カドミウムレーザー８３用の電源８４と、レーザー光を減衰させるためのＮＤフィルタ８５と、レーザー光を強度変調するための音響光学変調器（ＡＯＭ）８６と、ビームエクスパンダ８７と、光路を変えるためのミラー８８〜９２と、対物レンズ９３と、Ｘステージ９５およびＹステージ９６を有する基板移動機構９４と、パソコン８２から出力される制御データをディジタル−アナログ変換するＤ／Ａ変換部１０１と、Ｄ／Ａ変換部１０１から出力されるアナログ電圧に応じたレーザー光強度に維持されるように音響光学変調器８６を制御するドライバ１０２と、Ｘステージ９５およびＹステージ９６を駆動するための駆動信号を出力するドライバ１０３とを備えている。
【０００４】
この描画装置８１では、パターニング対象の基板がＹステージ９５に装着されると、パソコン８２は、図外のカメラによって撮影した画像データに基づく画像認識手法によって、基板に付されているマーカを位置検出する。次いで、パソコン２は、検出したマーカの位置データと、予め入力されている描画パターンデータとに基づいて、Ｙステージ９５およびＸステージ９６を移動させるための移動データを生成する。この後、パソコン２が、ドライバ１０２を介して音響光学変調器８６の出力光量を制御することにより、両ヘリウム・カドミウムレーザー８３から出力されたレーザー光は、ＮＤフィルタ８５によって減衰された後、音響光学変調器８６によって所定光量になるように光量制御される。一方、音響光学変調器８６から出力されたレーザー光は、ミラー８８によって反射された後、ビームエクスパンダ８７によってビーム径を拡大させられる。この後、レーザー光は、ミラー８９〜９２によって反射された後に対物レンズ９３まで導かれ、対物レンズ９３によって集光された後、基板上に塗布されたフォトレジストを照射することにより感光させる。この場合、描画装置８１は、生成した移動データに従い両ステージ９５，９６をＸおよびＹ方向に移動制御する。この結果、レーザー光によって所定の軌跡が描かれることにより、パターニングが行われる。次いで、パターニングを終了した基板をＹステージ９５から取り外し、次の基板を装着した後に、上記したマーカ位置検出、移動データの生成およびパターニングを繰り返す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の描画装置８１には、以下の問題点がある。
第１に、従来の描画装置８１では、数多くの基板をパターニングする場合には、各基板毎にＹステージ９５への着脱を繰り返さなければならない。このため、従来の描画装置８１には、基板着脱工程が高コスト化しているという問題点がある。
第２に、描画装置８１では、基板に対して実際にパターニングする際に、基板に付されたマーカの位置検出を行い、検出した位置データと描画パターンデータとに基づいて両ステージ９５，９６の移動データを生成している。したがって、基板にマーカを付す精度が低い場合や、基板への装着精度が低い場合には、作成された描画パターンが基板毎にばらつくため、従来の描画装置８１には、大量の基板に対して、均一な描画パターンを描くことが困難であるという問題点がある。一方、基板に高精度でマーカを印刷することも考えられるが、かかる場合には、マーカ印刷作業に手間がかかり、基板製造コストが高騰するという他の問題点が発生する。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、基板着脱工程における製造コストを低減すると共に高精度描画が可能なレーザービーム直接描画装置を提供することを主目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載のレーザービーム直接描画装置は、描画対象の基板に対してレーザー光を照射可能なレーザー光照射部と、基板を搭載可能に構成され搭載されている基板を互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動可能な基板移動機構と、基板上に塗布されたフォトレジスト上に所定のパターンを描画するために描画パターンデータに基づいて基板移動機構の移動を制御する移動制御部と、基板移動機構に固定可能に構成され、かつ所定平面における予め規定した複数の保持位置に基板をそれぞれ固定することにより複数の基板を保持可能な基板保持具と、保持されている複数の基板の少なくとも１枚における基準位置に対応する基準位置データを検出する基準位置データ検出手段とを備え、移動制御部は、検出された基準位置データおよび描画パターンデータに基づいて基板移動機構の移動を制御するレーザービーム直接描画装置であって、描画パターンデータは基準位置に対する相対的な位置データとして形成され、基準位置データ検出手段は、保持されている基板に対して検査用レーザー光を照射可能な検査用レーザー照射部を備え、基板移動機構によって基板保持具を移動させつつ少なくとも１枚の基板のＸ方向における両端部間を検査用レーザー光で照射した際に、基板による反射光に基づいて基板のＸ方向における両端部の中心位置に対応する位置データを検出すると共に、Ｘ方向の中心位置を含む基板のＹ方向における両端部間を検査用レーザー光で照射した際に、反射光に基づいて基板のＹ方向における両端部の中心位置に対応する位置データを検出し、かつ検出した両位置データに基づいて基準位置データを検出することを特徴とする。
【０００８】
このレーザービーム直接描画装置では、複数の基板が保持された基板保持具を基板移動機構に固定すると、基準位置データ検出手段が、パターニング対象基板の基準位置に対応する基準位置データを検出する。具体的には、基準位置データ検出手段は、保持されている基板に対して検査用レーザー光を照射可能な検査用レーザー照射部を備え、基板移動機構によって基板保持具を移動させつつ少なくとも１枚の基板のＸ方向における両端部間を検査用レーザー光で照射した際に、この基板による反射光に基づいて基板のＸ方向における両端部の中心位置に対応する位置データを検出すると共に、このＸ方向の中心位置を含む基板のＹ方向における両端部間を検査用レーザー光で照射した際に、反射光に基づいて基板のＹ方向における両端部の中心位置に対応する位置データを検出し、かつ検出したこれらの両位置データに基づいて基準位置データを検出する。次いで、移動制御手段は、検出された基準位置データと描画パターンデータとに基づいて、基板移動機構の移動を制御する。この場合、描画パターンデータは各基板における基準位置に対する相対的な位置データとして形成されているため、各基板には、常に、基準位置を基準とする同一パターンが描画される。
【０００９】
また、このレーザービーム直接描画装置では、基準位置データ検出手段が、パターニング対象基板に照射した検査用レーザー光の反射光に基づいて、この基板の基準位置に対応する基準位置データを生成し、次いで、移動制御部が、この生成した基準位置データおよび描画パターンデータに基づいて、基板移動機構を移動させるべき移動データを生成する。このように、煩雑な画像処理を行うことなく、簡易かつ高精度で基板移動機構を移動させるための移動データを生成することが可能となる。
【００１０】
請求項２記載のレーザービーム直接描画装置は、請求項１記載のレーザービーム直接描画装置において、基板保治具には、基板を装着可能な孔部が複数形成され、基準位置データ検出手段は、複数の孔部のうちの１つに装着された特定の基板に対する基準位置データを検出し、移動制御部は、特定の基板が装着された孔部と他の孔部との相対的な位置関係、特定の基板の基準位置データ、および描画パターンデータに基づいて基板移動機構の移動を制御することを特徴とする。
【００１１】
このレーザービーム直接描画装置によれば、基板保持具の基板保持位置を高精度で形成しておくことにより、例えば、特定の基板の中心位置を基準位置とし、その特定基板の保持位置と他の基板の保持位置との相対的な位置関係、特定基板の基準位置データ、および描画パターンデータに基づいてパターニングすることも可能となる。この場合には、基準位置データの検出処理を１回行うだけでよく、この処理に要する時間を短縮することが可能となる。一方、基板保持位置が高精度でない場合には、各基板の中心位置などをそれぞれ基準位置として基板移動機構の移動を制御することもできる。これにより、基板保持具に保持されている基板を連続してパターニングすることが可能となるため、基板移動機構への基板の着脱コストを低減することが可能となる。さらに、各基板の中心位置を基準位置とすることにより、各基板について同一パターンを高精度で描画することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るレーザービーム直接描画装置の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
図１に示すように、レーザービーム直接描画装置１（以下、「描画装置１」ともいう）は、本発明における移動制御部に相当しパターニングの際に各種処理を実行するパソコン２、本発明におけるレーザー光照射部の一部を構成するＳＨＧレーザー（Secondary harmonic generation レーザー）３、ドライバ４、音響光学変調器５、ドライバ６、レンズ７、光ファイバ８、レンズ９、赤色半導体レーザー１０、ドライバ１１、レンズ１２、１／２波長板１３、偏光ビームスプリッタ１４、ビームスプリッタ１５、ミラー１６，１７、ＳＨＧレーザ３と共に本発明におけるレーザー光照射部を構成する対物レンズ１８、基板移動機構１９、Ｄ／Ａ変換部２４、フォトダイオード２５、増幅回路２６、二素子型フォトダイオード２７、増幅回路２８ａ，２８ｂ，２９、Ａ／Ｄ変換部３０、ドライバ３１を備えて構成されている。
【００１４】
次に、各構成要素について具体的に説明する。
【００１５】
ＳＨＧレーザー３は、例えば波長が４７３ｎｍの青色レーザー光Ｒ１を出力するものであって、図２に示すように、波長が８０９ｎｍの赤外線レーザー光Ｒ２を出力する励起光源としての赤外線半導体レーザー４１と共振器４５とを備えており、共振器４５は、８０９ｎｍの波長を吸収して９４６ｎｍの赤外線Ｒ３を励起する光学結晶４２と、光学結晶４２から出力された赤外線Ｒ３の第２高調波を発生する第２高調波発生素子４３と、９４６ｎｍの赤外線Ｒ３を全反射すると共に４７３ｎｍの青色レーザー光Ｒ１を全透過させるためのコーティングが凹面部に施された波長選択性の出力ミラー４４とを備えて構成されている。このＳＨＧレーザー３では、光学結晶４２が、赤外線半導体レーザー４１から出力された赤外線Ｒ２を吸収すると共に、異なる波長の赤外線Ｒ３を第２高調波発生素子４３に出力する。一方、第２高調波発生素子４３は、出力ミラー４４に対して、赤外線Ｒ３と赤外線Ｒ３の第２高調波である青色レーザー光Ｒ１とを出力する。ここで、出力ミラー４４が赤外線Ｒ３を全反射することにより、赤外線Ｒ３は、光学結晶４２における赤外線半導体レーザ４１側の端面と出力ミラー４４の凹面部との間で構成される光共振器で増幅される。この場合、青色レーザー光Ｒ１は、赤外線Ｒ３の増幅に応じて徐々に高レベルとなり、所定のしきい値を超えたときに出力ミラー４４から放射される。なお、赤外線半導体レーザ４１と光学結晶４２との間に集光レンズを配設し、赤外線半導体レーザ４１から出力される赤外線ビームを集光するのが効率向上の点から好ましい。ドライバ４は、ＳＨＧレーザー３におけるレーザー光の出力レベル制御や、温度コントロールを実行する。
【００１６】
音響光学変調器５は、ＳＨＧレーザー３から出力されるレーザー光の光強度を制御するためのものであって、Ｄ／Ａ変換部２４およびドライバ６を介して入力されるパソコン２からの制御信号に基づいて、レーザー光に対して光強度変調することにより１次回折光を出力する。レンズ７は、音響光学変調器５から出力されたレーザー光を集光して光ファイバ８内に入射させる。
【００１７】
光ファイバ８は、石英系のマルチモード型光ファイバであって、入射されたレーザー光をレンズ９まで導光する。レンズ９は、レーザー光を平行光に変換した後、偏光ビームスプリッタ１４に出力する。
【００１８】
赤色半導体レーザー１０は、パソコン２と共に本発明における基準位置データ検出手段を構成し、例えば波長が６５０ｎｍの赤色レーザー光を出力する。この赤色半導体レーザ１０から出力される赤色レーザー光は、後述する自動焦点合わせ処理や、基板基準位置の検出処理の際に用いられる。ドライバ１１は、赤色半導体レーザー１０の出力レベル制御や、温度コントロールを実行する。１／２波長板１３は、レンズ１２によって平行光に変換された赤色レーザー光の偏波面を調整することにより、偏光ビームスプリッタ１４によって赤外線レーザー光が全反射されるように制御する。なお、１／２波長板１３の代わりに１／４波長板を用いることもできる。
【００１９】
偏光ビームスプリッタ１４は、青色レーザー光の一部をフォトダイオード２５側に反射すると共に大部分をビームスプリッタ１５側に透過し、かつ、赤色半導体レーザー１０から出力された赤色レーザー光をビームスプリッタ１５側に反射させる。ビームスプリッタ１５は、両レーザー光をミラー１６側に透過させると共に、基板表面で反射された赤色レーザー光を二素子型フォトダイオード２７側に反射させる。
【００２０】
対物レンズ１８は、ミラー１６，１７によって導光されて入力した青色レーザー光を集光し、集光した青色レーザー光を基板移動機構１９上に搭載されている基板に照射する。なお、この描画装置１では、開口数（ＮＡ）が０．６５で、倍率４０倍のタイプのものが用いられている。また、対物レンズ１８は、青色レーザー光と焦点合わせ用の赤色レーザー光を集光させているが、両レーザー光の波長の違いによる焦点位置のずれを防止するためにアクロマティックレンズによって構成されている。
【００２１】
基板移動機構１９は、本発明における基板移動機構に相当するものであって、図外のステッピングモータがそれぞれ内部に配設されたＺステージ２１、Ｙステージ２２およびＸステージ２３を備えている。ここで、Ｚステージ２１は、図３に示す基板ホルダ５１を固定取付け可能に構成されており、パターニングの際には、パソコン２の制御に従ってステッピングモータが駆動させられることにより、基板ホルダ５１に搭載された基板のフォトレジスト面に対物レンズ１８の焦点が位置するように上下動させられる。なお、基板ホルダ５１は、特に限定されないが、材料としてステンレスが用いられており、面精度±１μｍで研磨加工が施されている。また、基板ホルダ５１は、予め規定した１０箇所の基板保持位置に長方形状の孔部５２，５２・・が形成されており、この孔部５２に基板をはめ込むことにより、例えばサイズが５×３０×０．５ｍｍの基板を高位置精度で１０枚装着できるように構成されている。このため、１０枚の基板の連続的なパターニングが可能となっている。Ｙステージ２２およびＸステージ２３は、それぞれ、パソコン２の制御によってステッピングモータが駆動させられることにより、基板ホルダ５１を図３に示すＸ方向およびＹ方向に移動させる。ドライバ３１は、パソコン２から出力される位置データに基づいて各ステージ２１〜２３内のステッピングモータを駆動すると共に、各ステージ２１〜２３の端部検出信号をパソコン２に出力する。
【００２２】
フォトダイオード２５は、偏光ビームスプリッタ１４によって反射されて入力した青色レーザー光を光電変換することによりレベル制御用信号を生成する。増幅回路２６は、入力したレベル制御用信号を増幅した後、Ａ／Ｄ変換部３０を介してパソコン２に出力する。この場合、パソコン２は、入力したレベル制御用信号の値が所定値になるように、Ｄ／Ａ変換部２４およびドライバ６を介して音響光学変調器５に制御信号を出力する。これにより、青色レーザー光の光量を一定値に制御するためのフィードバックループが形成される結果、描画光量は常に安定に維持される。
【００２３】
二素子型フォトダイオード２７は、ビームスプリッタ１５によって反射された赤色レーザー光をそれぞれ光電変換し１パッケージ内に近接配置された２つのフォトダイオード２７ａ，２７ｂで構成されている。増幅回路２８ａ，２８ｂは、フォトダイオード２７ａ，２７ｂによって光電変換された電圧信号を増幅し、増幅回路２９は、両増幅回路２８ａ，２８ｂからそれぞれ出力された電圧信号を差動増幅してＡ／Ｄ変換部３０に出力する。Ａ／Ｄ変換部３０は、増幅回路２８ａ，２８ｂによって増幅された電圧信号、増幅回路２６によって増幅されたレベル制御用信号、および増幅回路２９から出力された差動増幅信号をアナログ−ディジタル変換し、変換したディジタルデータをパソコン２に出力する。
【００２４】
次いで、上記した自動焦点合わせ機構の動作原理について、図４から６を参照して説明する。
【００２５】
この描画装置１では、赤色半導体レーザー１０から出力された赤色レーザー光Ｒ４が、対物レンズ１８の光軸を外れた所定部位３２を介して基板ホルダ５１に装着されている基板に照射されるようになっている。また、二素子型フォトダイオード２７は、図４に示すように、対物レンズ１８の焦点面ａ0 に基板表面ＰＳが位置しているときに、基板表面ＰＳによって反射される赤色レーザー光Ｒ４が図５（ｂ）に示すように両フォトダイオード２７ａ，２７ｂに対して均等に入射するように配置されている。このため、基板表面ＰＳが焦点面ａ0 よりも上方の位置ａ1 に位置する場合には、図５（ａ）に示すように、赤色レーザー光Ｒ４の反射光は、大部分がフォトダイオード２７ａに入射し、フォトダイオード２７ｂには、殆ど入射しない。一方、基板表面ＰＳが焦点面ａ0 よりも下方の位置ａ2 に位置する場合には、図５（ｃ）に示すように、赤色レーザー光Ｒ４の反射光は、大部分がフォトダイオード２７ｂに入射し、フォトダイオード２７ａには、殆ど入射しない。つまり、赤色レーザー光Ｒ４を対物レンズ１８の光軸から若干ずらして入射すると、その反射光は焦点面ａ0 に対する基板表面ＰＳのずれに応じて二素子型フォトダイオード２７の中心からずれて入射し、出力電圧差となって現れる。この場合の基板表面ＰＳの位置と、それに対する増幅器回路２９の差動増幅信号の電圧値との関係を図６に示す。なお、同図では、Ｚステージ２１上の基板ホルダ５１に基板を装着し、基板表面ＰＳが焦点面ａ0 に対して−２５０μｍ〜＋２５０μｍの範囲に位置するように０．５μｍ刻みでステップ移動させたときにおける差動増幅信号の出力電圧特性を示している。この場合、増幅回路２９の差動増幅信号電圧の最大絶対値を値１に規格化した相対電圧を表しており、Ｚステージ２１の位置が焦点面ａ0 に対して下方位置にあるときには、増幅器回路２９からマイナス電圧が出力され、上方にあるときには、プラス電圧が出力される。このため、パソコン２は、下記の手順に従って自動焦点合わせ処理を実行する。
【００２６】
パソコン２は、入力されている描画パターンデータに基づき、Ｙステージ２２，Ｘステージ２３を駆動させ所定のパターンをパターニングする際、リアルタイムで増幅器回路２９の差動増幅信号の電圧値を監視する。この際、焦点面ａ0 に対する基板表面ＰＳの位置ずれに応じて、図６に示した差動増幅信号が増幅器回路２９から出力される。パソコン２は、この差動増幅信号の値に基づいて、この値がマイナス電圧のときは上方に、プラス電圧のときは下方に位置するように、ドライバ３１を介してＺステージ２１の上下動を制御する。なお、同図において、焦点面ａ0 に対して±５０μｍ以上離間する位置では差動増幅信号の値がほぼ零になる。このため、パソコン２は、増幅回路２８ａ，２８ｂの増幅信号を監視して±のピーク電圧を併せて検出することにより、焦点面ａ0 の位置を正確に検出することができる。この結果、対物レンズ１８の焦点面ａ0 に基板表面ＰＳを位置させるように、自動的に焦点合わせが行われ、これにより、均一なパターン幅の描画パターンを高精度で描くことができる。
【００２７】
次に、図７を参照して、パターニング処理の全体的な動作について具体的に説明する。
【００２８】
図外の電源スイッチが投入されると、パソコン２が各部の初期化を実行する（ステップ６１）。次いで、パターニングの準備を行う（ステップ６２）。ここでは、オペレータが、基板ホルダ５１に基板を固定した後に基板ホルダ５１をＺステージ２１に固定する。また、パソコン２は、ドライバ４を起動することにより、ＳＨＧレーザー３を作動させる。次に、パターニング条件の設定処理を行う（ステップ６３）。
【００２９】
この設定処理では、パソコン２は、オペレータによって指定されたパターン線幅でパターニングするためのパターニング条件、つまりＳＨＧレーザー３の描画光強度、並びにＹステージ２２およびＸステージ２３の移動速度（つまり、描画速度）を、オペレータとの対話形式によって設定する。具体的には、この処理では、最初に、オペレータが、所望するパターン線幅をパソコン２のキーボード２ａによって指定する。なお、パターニングの際には、基板が、所定のフォトレジスト膜厚および反射率で既に作成されているため、これらの値もパターン線幅と併せて、オペレータによって入力される。次いで、パソコン２は、指定されたパターン線幅の描画を可能にするために、フォトレジストの膜厚、基板の反射率、描画光強度、描画速度の４つのパラメータを説明変数とし、パターン線幅を目的変数とする重回帰分析式に従って描画光強度および描画速度を演算する。
【００３０】
この場合、一般的に、パターン線幅を目的変数ｙとし、フォトレジスト膜厚、基板の反射率、描画光強度および描画速度をそれぞれ説明変数ｘ1 〜ｘ4 とする重回帰分析式は、下記の（１）式で表される。
ｙ＝α0 ＋α1 ・ｘ1 ＋α2 ・ｘ2 ＋α3 ・ｘ3 ＋α4 ・ｘ4 ・・・・（１）式
ここで、α0 は、青色レーザー光の波長と対物レンズ１８の開口数（例えばＮＡ＝０．６５）および倍率（例えば４０倍）とから定まる定数を意味する。
【００３１】
この描画装置１では、上記（１）式における定数α0 および係数α1 〜α4 が以下のようにして予め求められてパソコン２内の内部メモリに予め記憶されている。すなわち、まず、使用する青色レーザー光の波長を一定（λ＝４７３ｎｍ）とし、対物レンズ１８の仕様も一定（ＮＡ＝０．６５、倍率４０倍）とする。また、例えば、下記の表１に示すように、フォトレジスト膜厚、基板の反射率、描画光強度および描画速度の４つのパラメータの設定可能な範囲を実際のパターニングに合致する範囲に定める。そして、その範囲内で各パラメータの値を変化させることにより、パターン線幅に及ぼす影響について複数の基板を用いて実験を行う。これにより、その実験結果から上記定数α0 および係数（α1 〜α4 ）が求められる結果、表１の例では、上記（１）式は、下記の（２）式で具体的に表される。
ｙ＝２２．８７−４．９７・ｘ1 ＋０．０７・ｘ2 ＋０．０１・ｘ3
−２９．０１・ｘ4 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）式
【００３２】
【表１】
0004015234.tif 000002
【００３３】
このため、パソコン２は、上記の（２）式を充足する描画光強度および描画速度を重回帰分析法に従って演算し、演算結果をＣＲＴ２ｂに表示する。この際、（２）式を充足する描画光強度および描画速度の組み合わせが複数存在するため、パソコン２は、オペレータによって任意の組が選択されたときに、最終的な各値を決定する。次いで、パソコン２は、決定した描画光強度および描画速度に設定されるように、音響光学変調器５と、Ｙステージ２２およびＸステージ２３の移動速度を制御する。この結果、パターン線幅、フォトレジスト膜厚および基板反射率が指定されたときには、描画装置１内のパターニング条件が自動的に設定されるため、オペレータは迅速かつ極めて容易にパターニングを開始することができる。
【００３４】
次に、実際のパターニングが開始される。最初に、パソコン２は、基板ホルダ５１に取り付けられた複数基板のうちの所定の１枚におけるほぼ中心位置に対物レンズ１８の光軸が一致するように、ドライバ３１を介して駆動することによりＹステージ２２およびＸステージ２３を移動させる（ステップ６４）。次いで、パソコン２は、前述した手順で焦点位置合わせを実行する（ステップ６５）。
【００３５】
次に、パソコン２は、基板基準位置の検出処理を実行する（ステップ６６）。この検出処理では、パターニングの際に描画パターンデータと相俟ってＹステージ２２およびＸステージ２３の移動を制御するための移動データを生成する。具体的に、図８に示すLiNbO3基板を使用した光導波路基板５３をパターニングする場合を例に挙げて説明する。まず、パソコン２は、光導波路基板５３の中心位置５４についての絶対的な位置データを検出するために、赤色半導体レーザー１０の赤色レーザー光が１枚目の光導波路基板５３のほぼ中央位置（中心位置５４の近傍位置）を照射するように、Ｙステージ２２およびＸステージ２３を移動させる。次いで、その状態で、光導波路基板５３の基準位置検出を開始する。
【００３６】
パソコン２は、最初に、その位置から、赤色レーザー光が光導波路基板５３の基板面から外れる位置まで、＋Ｘ方向にＸステージ２３を移動させる。この状態では、赤色レーザー光は、図９の位置７１を照射する。次に、その位置７１から、赤色レーザー光が基板面から外れる位置まで、−Ｘ方向に０．１μｍステップずつＸステージ２３を移動させる。この間においては、赤色レーザー光が、位置７１から位置７４までを連続的に照射する結果、増幅回路２８ａ（または２８ｂ）は、位置７２から位置７３までを照射したときに、図１０（ａ）の座標ｘ1 〜ｘ2 までの間において所定電圧の増幅信号を出力する。この際、パソコン２は、位置７２と位置７３の中心位置を光導波路基板５３におけるＸ座標基準位置とする。次いで、パソコン２は、Ｙ座標基準位置を同様にして検出する。この場合には、位置７５から位置７８までを赤色レーザー光によって照射すれば、増幅回路２８ａ（または２８ｂ）は、位置７６から位置７７までを照射したときに、同図（ｂ）の座標ｙ1 〜ｙ2 までの間において所定電圧の増幅信号を出力する。この場合、パソコン２は、位置７６と位置７７の中心位置を光導波路基板５３のＹ座標基準位置とする。これにより、パソコン２は、Ｘ座標基準位置とＹ座標基準位置とに基づいて、中心位置５４に対応する基準位置データを生成する。
【００３７】
次に、パソコン２は、生成した基準位置データおよび描画パターンデータに基づいて、その描画パターンを描画する際にＸ座標基準位置とＹ座標基準位置とに基づく基準位置を基準としてＸステージ２３およびＹステージ２２を移動させるべき移動データを生成する。つまり、描画パターンデータを各光導波路基板５３の基準位置に対する相対的な位置データとして形成しておくことにより、移動データは、基準位置を基準として両ステージ２２，２３を移動させるデータとして生成される。これにより、各光導波路基板５３には、常に、基準位置を基準とする同一パターンが描画されることになる。なお、基板ホルダ５１における孔部５２の位置を高精度で形成すれば、特定の光導波路基板５３の中心位置５４を基準位置とし、その特定基板の孔部５２と他の光導波路基板５３の孔部５２との相対的な位置関係、特定の基板の基準位置データ、および描画パターンデータに基づいてパターニングすることもできる。この場合には、基準位置データの検出処理を１回行うだけでよく、この処理に要する時間を短縮することができる。
【００３８】
次いで、パソコン２は、生成した移動データに基づいて、Ｙステージ２２およびＸステージ２３を移動させることによりパターニングを開始する（ステップ６７）。この際には、対物レンズ１８によって集光された青色レーザー光が、基板上のフォトレジストを照射することにより露光させる。次に、パソコン２は、指定枚数、つまり基板ホルダ５１に装着されている枚数のパターニングが完了したか否かを判別し（ステップ６８）、完了していないと判別したときには、上記したステップ６４〜６７を繰り返し実行し、完了したと判別したときには、Ｘ，Ｙ，Ｚステージ２１，２２，２３を初期位置に移動して（ステップ６９）、この処理を終了する。
【００３９】
以上のように、この描画装置１によれば、描画光源をＳＨＧレーザー３で構成した結果、気体レーザー光を使用する場合と比較して、レーザー自体が長期間に亘って動作可能なため、描画光源の交換回数を激減させることができ、低ランニングコスト化および装置の小型化を図ることができる。
【００４０】
また、自動焦点合わせ機構を採用したことにより、均一なパターン線幅のパターンを高精度で描画することができる。図１１に、自動焦点合わせ機構を作動させたときの描画光強度および描画速度とパターン線幅の関係を示し、図１２に、自動焦点合わせ機構が非作動のときの描画光強度および描画速度とパターン線幅の関係を示す。両図によれば、自動焦点合わせ機構を作動させている時には、非作動のときと比較して、パターン線幅のばらつきが押さえられ、常に最小線幅が得られるように動作し、しかも描画速度が異なってもほぼ一定のパターン線幅で描画されていることが確認できる。
【００４１】
さらに、各基板の基準位置を検出し、検出した基準位置データと描画パターンデータとに基づいて生成した移動データに従ってＹステージ２２およびＸステージ２３の移動を制御することにより、基板ホルダ５１に保持されている複数の基板を連続してパターニングすることができるためＺステージ２１への基板の着脱コストを低減することができる。また、基板ホルダ５１に装着されている各基板の中心位置を基準位置とすることにより、各基板について同一パターンを高精度で描画することができる。
【００４２】
また、重回帰分析法に従って描画パラメータが演算されると共に自動的に条件設定される結果、迅速にパターニングを開始することができる。なお、描画パラメータとしての説明変数（ｘ1 〜ｘ4 ）が互いに異なる５つの試料について、実際にパターニングした後に現像し、各試料についての予測パターン線幅と、実測したパターン線幅との比較表を表２に示す。この場合、試料作成の際には、２００℃、３０分間でガラス基板の脱水ベークを施し、冷却した後、ポジ型フォトレジストをスピンナーで回転塗布することによりレジスト膜厚を所定厚にした。この場合、試料基板としては、シリコン、ガラス、LiNbO3等の比較的反射率の低い基板や、金属蒸着された比較的反射率の高い基板など、反射率が異なる種々のタイプの基板を用いた。次いで、基板にプリベークを施し、直線パターンを描画して現像を行い、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって直線パターン線幅測定を行った。この結果、予測値と実測値とは極めて近似しており、重回帰分析法に従ってパターン線幅を演算することの妥当性が理解できる。
【００４３】
【表２】
0004015234.tif 000003
【００４４】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されない。例えば、本実施形態において示したレーザー光の波長や、対物レンズ１８の開口数および倍率、基板サイズなどは、この実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載のレーザービーム直接描画装置によれば、基板移動機構によって基板保持具を移動させつつ少なくとも１枚の基板のＸ方向における両端部間を検査用レーザー光で照射した際に、この基板による反射光に基づいて基板のＸ方向における両端部の中心位置に対応する位置データを検出すると共に、このＸ方向の中心位置を含む基板のＹ方向における両端部間を検査用レーザー光で照射した際に、反射光に基づいて基板のＹ方向における両端部の中心位置に対応する位置データを検出し、かつ検出したこれらの両位置データに基づいて基準位置データを検出する基準位置データ検出手段を備え、移動制御部は、検出された基準位置データ、および基準位置に対する相対的な位置データとして形成されている描画パターンデータに基づいて基板移動機構の移動を制御することにより、基板保持具に保持されている基板を連続してパターニングすることができ、これにより、基板移動機構への基板の着脱コストを低減することができる。さらに、各基板の中心位置を基準位置とすることにより、各基板について同一パターンを高精度で描画することもできる。
【００４６】
また、基準位置データ検出手段が、検査用レーザー光の照射によって検出した両位置データに基づいて基準位置データを検出することにより、煩雑な画像処理を行うことなく、簡易かつ高精度で基板移動機構を移動させるためのデータを生成することができる。
【００４７】
また、請求項２記載のレーザービーム直接描画装置によれば、基板保持具の基板保持位置を高精度で形成しておくことにより、例えば、特定の基板の中心位置を基準位置とし、その特定基板の保持位置と他の基板の保持位置との相対的な位置関係、特定基板の基準位置データ、および描画パターンデータに基づいてパターニングすることも可能となる。この場合には、基準位置データの検出処理を１回行うだけでよく、この処理に要する時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るレーザービーム直接描画装置の構成図である。
【図２】  ＳＨＧレーザーの構成図である。
【図３】  （ａ）は基板ホルダの平面図、（ｂ）は基板取付用の孔部の拡大図である。
【図４】  自動焦点合わせ機構の動作原理を説明するための動作原理図である。
【図５】  （ａ）は基板表面が焦点面の上方に位置しているときにおける二素子型フォトダイオードへの反射光の入射状態を示す説明図、（ｂ）は基板表面が焦点面に位置しているときにおける二素子型フォトダイオードへの反射光の入射状態を示す説明図、（ｃ）は基板表面が焦点面の下方に位置しているときにおける二素子型フォトダイオードへの反射光の入射状態を示す説明図である。
【図６】  焦点面に対して上下方向に基板表面を移動させたときに増幅器回路から出力される差動増幅信号の電圧値と、基板表面位置との関係図である。
【図７】  パターニング処理のフローチャートである。
【図８】  光導波路基板の平面図である。
【図９】  基板の基準位置データの検出処理を説明するための説明図である。
【図１０】  （ａ）は基板のＸ座標方向に対する増幅器回路の差動増幅信号電圧の関係を示す電圧特性図、（ｂ）は基板のＹ座標方向に対する増幅器回路の差動増幅信号電圧の関係を示す電圧特性図である。
【図１１】  自動焦点合わせ機構を作動させたときの描画光強度および描画速度とパターン線幅との関係図である。
【図１２】  自動焦点合わせ機構が非作動のときの描画光強度および描画速度とパターン線幅との関係図である。
【図１３】  従来のレーザービーム直接描画装置の構成図である。
【符号の説明】
１  レーザービーム直接描画装置
２  パソコン
３  ＳＨＧレーザー
１０  赤色半導体レーザー
１８  対物レンズ
１９  基板移動機構
２１  Ｚステージ
５１  基板ホルダ
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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