JP2014197580A - 露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光路を分割することなく、観察光および描画光による2つの像を同時に観察する露光装置を提供する。【解決手段】描画装置は、露光光を照射して基板Wにパターンを描画する光学ユニットと、基板Wに観察光を照射して露光光および観察光による像をともに撮像する観察撮像部50とを備える。対物レンズ450は、基板W表面に露光光を結像させ、観察光を集光する。結像レンズ55は、対物レンズ450により生じる色収差を補償する色収差補正型のレンズであり、露光光および観察光による像を撮像素子56に共に結像させる。【選択図】図4
Description
本発明は、基板等の対象物に光を照射して、パターン(回路パターン)を形成する技術に関する。なお、ここでいう「基板」には、半導体基板、プリント基板、液晶表示装置等に具備される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等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、太陽電池用パネルなどの各種基板等を含む。また、本発明は、基板以外の様々な微小構造物(マイクロレンズやマイクロセンサ等)を形成する場合にも適用することができる。
従来より、感光材料にパターンを投影することにより露光する露光装置(描画装置)では、露光波長として紫外線波長の光を用いることが多い。このような露光装置における投影用レンズは、紫外波長の光に対してのみ諸収差が良好に補正されていることが多い。諸収差を良好に補正するためには、紫外単一波長または紫外域における複数波長の光を対象に光学設計することが極めて好ましいからである。
したがって、このように設計された投影用レンズを通して、非露光波長である可視光を照明光として照射することにより、既に露光されたパターンと紫外光で形成される露光像とを同時に観察することは困難である。特に、軸上色収差が生じる場合には、紫外光により生じる像(露光像)と可視光により生じるパターンとの両方にフォーカスを合わせることができないため、一方の像(ここでは露光像)しか観察することができない。
このような異なる2つの波長の光により生じる像を同時に観察する光学装置として、特開2009−36764号公報には、紫外光と可視光とで光路を二つに分割し、分割された光路の長さを光の波長に応じて適宜に設定することにより、分割された2つの光路にそれぞれ設けられた撮像素子で観察することができる装置の構成が開示されている。
また、特開2007−286310号公報には、上記構成と同様に光路を二つに分割した後、分割された光路の長さを調整するためのミラーやレンズを設け、最後に分割された光路を1つにまとめた後に、1つの撮像素子で観察することができる装置の構成が開示されている。
しかし、上記特開2009−36764号公報および上記特開2007−286310号公報に開示される構成では、分割された光路におけるわずかな位置のズレが、観察対象となる2つの像の相対的な位置関係のズレに繋がる。そのため、2つの像の相対的な位置関係を精密に計測することは極めて困難である。また、分割された2つの光路の光軸調整は困難を伴い、光路が2つあることで装置全体も大きくなる。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光路を2つに分割することなく、異なる2つの波長の光により生じる像を同時に観察することができる露光装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の局面は、
対象物を水平に保持するステージと、
第1の波長を有する露光光を出射する露光用光源と、
前記対象物に対し、前記露光用光源から出射される前記露光光を照射することにより、前記対象物にパターンを形成する描画手段と、
前記描画手段により照射される前記露光光の照射位置を、前記ステージに保持される前記対象物に対して水平方向に相対移動させる移動手段と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する観察光を出射する観察用光源と、
前記対象物から前記露光用光源までの前記露光光の光路に介挿されることにより、前記観察用光源からの前記観察光を前記対象物に照射するともに、前記対象物で反射される前記観察光および前記露光光を取得するサンプル手段と、
前記サンプル手段により取得された前記観察光および前記露光光を共に結像させる色収差補正型の結像レンズ系と、
前記結像レンズ系により結像された前記観察光および前記露光光の像を共に撮像する撮像手段と
を備え、
前記結像レンズ系は、前記対象物から前記サンプル手段までの光路における光学系により生じる前記観察光の結像状態の変化が補償されるよう定められる異なる屈折率を有する複数のレンズからなることを特徴とする、露光装置である。
対象物を水平に保持するステージと、
第1の波長を有する露光光を出射する露光用光源と、
前記対象物に対し、前記露光用光源から出射される前記露光光を照射することにより、前記対象物にパターンを形成する描画手段と、
前記描画手段により照射される前記露光光の照射位置を、前記ステージに保持される前記対象物に対して水平方向に相対移動させる移動手段と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する観察光を出射する観察用光源と、
前記対象物から前記露光用光源までの前記露光光の光路に介挿されることにより、前記観察用光源からの前記観察光を前記対象物に照射するともに、前記対象物で反射される前記観察光および前記露光光を取得するサンプル手段と、
前記サンプル手段により取得された前記観察光および前記露光光を共に結像させる色収差補正型の結像レンズ系と、
前記結像レンズ系により結像された前記観察光および前記露光光の像を共に撮像する撮像手段と
を備え、
前記結像レンズ系は、前記対象物から前記サンプル手段までの光路における光学系により生じる前記観察光の結像状態の変化が補償されるよう定められる異なる屈折率を有する複数のレンズからなることを特徴とする、露光装置である。
本発明の第2の局面は、第1の局面において、
前記結像レンズ系は、前記第1および第2の波長における軸上色収差を補正することを特徴とする。
前記結像レンズ系は、前記第1および第2の波長における軸上色収差を補正することを特徴とする。
本発明の第3の局面は、第2の局面において、
前記結像レンズ系は、前記第1および第2の波長における倍率色収差を有し、
前記撮像手段は、前記結像レンズ系の倍率色収差により、大きさが異なる前記観察光の像と前記露光光の像とを撮像することを特徴とする。
前記結像レンズ系は、前記第1および第2の波長における倍率色収差を有し、
前記撮像手段は、前記結像レンズ系の倍率色収差により、大きさが異なる前記観察光の像と前記露光光の像とを撮像することを特徴とする。
本発明の第4の局面は、第1から第3までのいずれかの局面において、
前記結像レンズ系は、凸面を有する第1のレンズと、凹面を有する第2のレンズとを含み、前記第1および第2のレンズは、互いに屈折率の異なる素材からなることを特徴とする。
前記結像レンズ系は、凸面を有する第1のレンズと、凹面を有する第2のレンズとを含み、前記第1および第2のレンズは、互いに屈折率の異なる素材からなることを特徴とする。
本発明の第5の局面は、第1から第4までのいずれかの局面において、
前記露光光は、紫外線であり、
前記観察光は、可視光であることを特徴とする。
前記露光光は、紫外線であり、
前記観察光は、可視光であることを特徴とする。
上記本発明の第1の局面によれば、対象物に照射される露光光により生じる像と、観察光より生じる像を、1つの光路を介して撮像手段において取得することができるので、光路を分割することなく、上記2つの像の相対的な位置関係を精密に計測することが容易になる。また、分割された2つの光路の光軸調整を行う必要もないため、全体として光軸調整が容易となる。さらに、光路が1つであることで装置全体もコンパクトにすることができる。
上記本発明の第2の局面によれば、結像レンズ系が第1および第2の波長における軸上色収差を補正するので、露光光により生じる像と、観察光より生じる像を、ともに撮像手段において結像させることができる。
上記本発明の第3の局面によれば、結像レンズ系が第1および第2の波長における倍率色収差を有しているので、倍率色収差を必ずしも補正(補償)する必要が無く、倍率色収差を補償するための設計が不要になり、レンズ設計が容易になって、製造コストを抑えることができる。
上記本発明の第4の局面によれば、色収差補正型の結像レンズ系を容易に作成することができる。
上記本発明の第5の局面によれば、紫外光により生じる像と、可視光より生じる像を、1つの光路を介して撮像手段において取得することができる。
<1.装置構成>
本発明の一実施形態に係る描画装置1の構成について、図1および図2を参照しながら説明する。図1は、本実施形態における描画装置1の構成を模式的に示す側面図である。図2は、描画装置1の構成を模式的に示す平面図である。
本発明の一実施形態に係る描画装置1の構成について、図1および図2を参照しながら説明する。図1は、本実施形態における描画装置1の構成を模式的に示す側面図である。図2は、描画装置1の構成を模式的に示す平面図である。
描画装置1は、レジスト等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(典型的には回路パターン)を露光する露光装置である。なお、基板W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、太陽電池用パネルなどの各種基板のいずれであってもよい。図においては、円形の半導体基板が例示されている。なお、基板Wに代えて、微細構造物等を形成するための対象物を載置してもよい。
描画装置1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。
描画装置1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。処理領域102には、主として、基板Wを保持するステージ10、ステージ10を移動させるステージ駆動機構20、ステージ10の位置を計測するステージ位置計測部30、基板Wの上面に光を照射する2個の光学ユニット40、基板Wの面内における描画領域を撮像する2個の観察撮像部50、および、基板Wの面内に形成されているアライメントマークを撮像するアライメント撮像部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装置70とプリアライメント部80とが配置される。
描画装置1の本体外部であって、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。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に搬入するとともに、処理領域102から処理済みの基板Wを搬出してカセットCに収容する。カセット載置部104に対するカセットCの受け渡しは外部搬送装置(図示省略)によって行われる。
また、描画装置1は、描画装置1が備える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を備える。
以下、描画装置1に備えられる各構成要素について説明する。
<ステージ10>
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)を形成することによって、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。
<ステージ10>
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)を形成することによって、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。
<ステージ駆動機構20>
ステージ駆動機構20は、ステージ10を基台105に対して移動させる機構であり、ステージ10を主走査軸(Y軸)、副走査軸(X軸)、および回転軸(Z軸周りの回転軸(θ軸))のそれぞれに沿って移動させる。ステージ駆動機構20は、具体的には、ステージ10を回転させる回転機構21と、回転機構21を介してステージ10を支持する支持プレート22と、支持プレート22を副走査軸に沿って移動させる副走査機構23とを備える。ステージ駆動機構20は、さらに、副走査機構23を介して支持プレート22を支持するベースプレート24と、ベースプレート24を主走査軸に沿って移動させる主走査機構25とを備える。
ステージ駆動機構20は、ステージ10を基台105に対して移動させる機構であり、ステージ10を主走査軸(Y軸)、副走査軸(X軸)、および回転軸(Z軸周りの回転軸(θ軸))のそれぞれに沿って移動させる。ステージ駆動機構20は、具体的には、ステージ10を回転させる回転機構21と、回転機構21を介してステージ10を支持する支持プレート22と、支持プレート22を副走査軸に沿って移動させる副走査機構23とを備える。ステージ駆動機構20は、さらに、副走査機構23を介して支持プレート22を支持するベースプレート24と、ベースプレート24を主走査軸に沿って移動させる主走査機構25とを備える。
回転機構21は、ステージ10の上面(基板Wの載置面)の中心を通り、当該載置面に垂直な回転軸Aを中心としてステージ10を回転させる。回転機構21は、例えば、上端が載置面の裏面側に固着され、鉛直軸に沿って延在する回転軸部211と、回転軸部211の下端に設けられ、回転軸部211を回転させる駆動部(例えば、回転モータ)212とを含む構成とすることができる。この構成においては、駆動部212が回転軸部211を回転させることにより、ステージ10が水平面内で回転軸Aを中心として回転することになる。
副走査機構23は、支持プレート22の下面に取り付けられた移動子とベースプレート24の上面に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ231とを有している。また、ベースプレート24には、副走査軸に沿って延びる一対のガイド部材232が敷設されており、各ガイド部材232と支持プレート22との間には、ガイド部材232に摺動しながら当該ガイド部材232に沿って移動可能なボールベアリングが設置されている。つまり、支持プレート22は、当該ボールベアリングを介して一対のガイド部材232上に支持される。この構成においてリニアモータ231を動作させると、支持プレート22はガイド部材232に案内された状態で副走査軸に沿って滑らかに移動する。
主走査機構25は、ベースプレート24の下面に取り付けられた移動子と描画装置1の基台105上に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ251を有している。また、基台105には、主走査軸に沿って延びる一対のガイド部材252が敷設されており、各ガイド部材252とベースプレート24との間には例えばエアベアリングが設置されている。エアベアリングにはユーティリティ設備から常時エアが供給されており、ベースプレート24は、エアベアリングによってガイド部材252上に非接触で浮上支持される。この構成においてリニアモータ251を動作させると、ベースプレート24はガイド部材252に案内された状態で主走査軸に沿って摩擦なしで滑らかに移動する。
<ステージ位置計測部30>
ステージ位置計測部30は、ステージ10の位置を計測する機構であり、ステージ10外からステージ10に向けてレーザ光を出射するとともにその反射光を受光し、当該反射光と出射光との干渉からステージ10の位置(具体的には、主走査軸に沿う位置(Y位置)、および、回転軸に沿う位置(θ位置))を計測する、干渉式のレーザ測長器により構成される。
ステージ位置計測部30は、ステージ10の位置を計測する機構であり、ステージ10外からステージ10に向けてレーザ光を出射するとともにその反射光を受光し、当該反射光と出射光との干渉からステージ10の位置(具体的には、主走査軸に沿う位置(Y位置)、および、回転軸に沿う位置(θ位置))を計測する、干渉式のレーザ測長器により構成される。
ステージ位置計測部30は、例えば、ステージ10の−Y側の側面に取り付けられるとともに、−Y側の面に主走査軸に垂直な反射面を備えるプレーンミラー31と、ステージの−Y側において基台105に対して固定される各部(具体的には、レーザ光源32、スプリッタ33、第1リニア干渉計34、第1レシーバ35、第2リニア干渉計36および第2レシーバ37)とを備える構成とすることができる。
このステージ位置計測部30においては、レーザ光源32から出射されたレーザ光は、スプリッタ33により2分割され、一方のレーザ光の一部が第1リニア干渉計34を介してプレーンミラー31上の第1の部位に入射し、プレーンミラー31からの反射光が、第1リニア干渉計34において元のレーザ光の一部(これが参照光として利用される)と干渉して第1レシーバ35により受光される。第1レシーバ35における、反射光と参照光との干渉後の強度変化に基づいて、第1リニア干渉計34とプレーンミラー31との主走査軸に沿う離間距離が特定される。この第1レシーバ35からの出力に基づいて、専門の演算回路(図示省略)にてステージ10の主走査方向における位置(Y位置)が求められる。
一方、レーザ光源32から出射されてスプリッタ33により分割された他方のレーザ光の一部は、取付台38の内部を+X側から−X側へと通過し、第2リニア干渉計36を介してプレーンミラー31に入射する。ここで、第2リニア干渉計36からのレーザ光は、プレーンミラー31上の第1の部位から副走査軸に沿って一定距離だけ離間したプレーンミラー31上の第2の部位に入射することになる。プレーンミラー31からの反射光は、第2リニア干渉計36において元のレーザ光の一部と干渉して第2レシーバ37により受光される。第2レシーバ37における、反射光と参照光との干渉後の強度変化に基づいて、第2リニア干渉計36とプレーンミラー31との主走査軸に沿う離間距離が特定される。第2レシーバ37からの出力と上述した第1レシーバ35からの出力に基づいて、専門の演算回路(図示省略)にてステージ10の回転角度が求められる。
<光学ユニット40>
<i.全体構成>
光学ユニット40は、ステージ10上に保持された基板Wの上面に光を照射して基板Wにパターンを描画するための機構である。上述したとおり、描画装置1は2個の光学ユニット40,40を備える。一方の光学ユニット40は基板Wの+X側半分の露光を担当し、他方の光学ユニット40は基板Wの−X側半分の露光を担当する。これら2個の光学ユニット40,40は、ステージ10およびステージ駆動機構20を跨ぐようにして基台105上に架設されたフレーム107に、間隔をあけて固設される。なお、2個の光学ユニット40,40の間隔は必ずしも一定に固定されている必要はなく、光学ユニット40,40の一方あるいは両方の位置を変更可能とする機構を設けて、両者の間隔を調整可能としてもよい。
<i.全体構成>
光学ユニット40は、ステージ10上に保持された基板Wの上面に光を照射して基板Wにパターンを描画するための機構である。上述したとおり、描画装置1は2個の光学ユニット40,40を備える。一方の光学ユニット40は基板Wの+X側半分の露光を担当し、他方の光学ユニット40は基板Wの−X側半分の露光を担当する。これら2個の光学ユニット40,40は、ステージ10およびステージ駆動機構20を跨ぐようにして基台105上に架設されたフレーム107に、間隔をあけて固設される。なお、2個の光学ユニット40,40の間隔は必ずしも一定に固定されている必要はなく、光学ユニット40,40の一方あるいは両方の位置を変更可能とする機構を設けて、両者の間隔を調整可能としてもよい。
2個の光学ユニット40,40はいずれも同じ構成を備える。すなわち、各光学ユニット40は、レーザ駆動部41と、レーザ発振器42と、照明光学系43と、空間光変調ユニット44と、投影光学系45と、光路補正部46とを主として備える。レーザ駆動部41、レーザ発振器42、および、照明光学系43は、例えば、天板を形成するボックスの内部に配置され、描画光(露光光)の光源として機能する。また、空間光変調ユニット44、投影光学系45、および、光路補正部46(これら各部44,45,46は、描画ヘッド部を構成する)は、例えば、フレーム107の+Y側に取り付けられた付設ボックスの内部に収容される。当該付設ボックスには、描画ヘッド部の他に、観察撮像部50が収容される。つまり、空間光変調ユニット44、投影光学系45、および光路補正部46は、観察撮像部50とユニット化され、観察撮像部50とともに1個のヘッドユニット100を構成する。
レーザ発振器42は、レーザ駆動部41からの駆動を受けて、出射口(図示省略)からレーザ光を出射する。照明光学系43は、レーザ発振器42から出射された光(スポットビーム)を、強度分布が均一な線状の光(光束断面が線状の光であるラインビーム)に変換する。レーザ発振器42から出射され、照明光学系43にてラインビームとされた光は、描画ヘッド部に入射し、ここでパターンデータD(図3参照)に応じた空間変調を施された上で、基板Wに照射される。
<ii.描画ヘッド部>
描画ヘッド部の構成について、具体的に説明する。なお、以下の説明においては、図1、図2に加え、図4を参照する。図4は、ヘッドユニット100の構成を模式的に示す図である。
描画ヘッド部の構成について、具体的に説明する。なお、以下の説明においては、図1、図2に加え、図4を参照する。図4は、ヘッドユニット100の構成を模式的に示す図である。
<a.空間光変調ユニット44>
描画ヘッド部に入射した光は、ミラー47を介して、定められた角度で空間光変調ユニット44に入射する。空間光変調ユニット44は、当該入射光を空間変調して、パターンの描画に寄与させる必要光と、パターンの描画に寄与させない不要光とを、互いに異なる方向に反射させる。ただし、光を空間変調させるとは、光の空間分布(振幅、位相、および偏光等)を変化させることを意味する。
描画ヘッド部に入射した光は、ミラー47を介して、定められた角度で空間光変調ユニット44に入射する。空間光変調ユニット44は、当該入射光を空間変調して、パターンの描画に寄与させる必要光と、パターンの描画に寄与させない不要光とを、互いに異なる方向に反射させる。ただし、光を空間変調させるとは、光の空間分布(振幅、位相、および偏光等)を変化させることを意味する。
空間光変調ユニット44は、具体的には、電気的な制御によって入射光を空間変調させる空間光変調器441を備える。空間光変調器441は、その反射面の法線が、ミラー47を介して入射する入射光の光軸に対して傾斜して配置され、当該入射光を制御部90の制御に応じて空間変調させる。空間光変調器441は、例えば、回折格子型の空間変調器(例えば、GLV(Grating Light Valve:グレーティング・ライト・バルブ)(「GLV」は登録商標)等を利用して構成される。回折格子型の空間変調器は、格子の深さを変更することができる回折格子であり、例えば、半導体装置製造技術を用いて製造される。
空間光変調器441の構成例についてより具体的に説明する。空間光変調器441は、例えば、複数の空間光変調素子を一次元に並べた構成となっている。各空間光変調素子の動作は、電圧のオン/オフで制御される。すなわち、例えば電圧がオフされている状態においては空間光変調素子の表面は平面となっており、この状態で空間光変調素子に光が入射すると、その入射光は回折せずに正反射する。これにより、正反射光(0次回折光)が発生する。一方、例えば電圧がオンされている状態においては、空間光変調素子の表面には平行な溝が周期的に並んで複数本形成される。この状態で空間光変調素子に光が入射すると、正反射光(0次回折光)は打ち消しあって消滅し、他の次数の回折光(±1次回折光、±2次回折光、および、さらに高次の回折光)が発生する。より正確には、0次回折光の強度が最小となり、他の次数の回折光の強度が最大となる。
空間光変調器441は、複数の空間光変調素子のそれぞれに対して独立に電圧を印加可能なドライバ回路ユニットを備えており、各空間光変調素子の電圧が独立して切り換え可能となっている。ドライバ回路ユニットが所期の空間光変調素子に対して電圧を印加することによって、各空間光変調素子にて個々に空間変調された光が形成され、基板Wに向けて出射される。空間光変調器441が備える空間光変調素子の個数を「N個」とすると、空間光変調器441からは、副走査軸に沿うN画素分の空間変調された光が出射されることになる。
<b.投影光学系45>
上述したとおり、空間光変調器441にて空間変調された光には、0次回折光と、0次以外の次数の回折光(具体的には、±1次回折光、±2次回折光、および、比較的微量の±3次以上の高次回折光)とが含まれており、0次回折光がパターンの描画に寄与させるべき必要光であり、それ以外の回折光がパターンの描画に寄与させるべきでない不要光である。これら必要光と不要光とは互いに異なる方向に沿って出射される。すなわち、必要光はZ軸に沿って−Z方向に、不要光はZ軸から±X方向に僅かに傾斜した軸に沿って−Z方向に、それぞれ出射される。投影光学系45は、空間光変調器441にて空間変調された光のうち、パターンの描画に寄与させるべきでない不要光(0次回折光以外の光)を遮断するとともに、パターンの描画に寄与させるべき必要光(0次回折光)のみを基板Wの表面に導いて、当該表面に結像させる。
上述したとおり、空間光変調器441にて空間変調された光には、0次回折光と、0次以外の次数の回折光(具体的には、±1次回折光、±2次回折光、および、比較的微量の±3次以上の高次回折光)とが含まれており、0次回折光がパターンの描画に寄与させるべき必要光であり、それ以外の回折光がパターンの描画に寄与させるべきでない不要光である。これら必要光と不要光とは互いに異なる方向に沿って出射される。すなわち、必要光はZ軸に沿って−Z方向に、不要光はZ軸から±X方向に僅かに傾斜した軸に沿って−Z方向に、それぞれ出射される。投影光学系45は、空間光変調器441にて空間変調された光のうち、パターンの描画に寄与させるべきでない不要光(0次回折光以外の光)を遮断するとともに、パターンの描画に寄与させるべき必要光(0次回折光)のみを基板Wの表面に導いて、当該表面に結像させる。
投影光学系45は、例えば、2枚の遮断板451,452と、複数の光学部品453〜457,450とを含んで構成される。ただし、以下に説明する投影光学系45の構成は、一例であり、例えば、1以上の光学部品がさらに追加されてもよいし、1以上の光学部品が省略されてもよい。
各遮断板451,452は、Z方向に延在する支持軸(図示省略)に、支持される。また、各光学部品453〜458は、支持軸に片持ち状態で支持された収容部材(具体的には、例えば、内部に収容された光学部品を通過する光の進行を妨げないように、上面および下面に例えば窓が形成されている、レンズブラケット)内において所定姿勢で収容された状態で支持される。
各遮断板451,452は、入射した光の一部を通過させつつ残りを遮断する部材であり、光を透過させない部材により形成された板状部材により構成され、その主面内に、一部の光のみを通過させる貫通孔(例えば、円形の貫通孔)が形成される。各遮断板451,452は、その貫通孔の中心付近を必要光が通過するように配置される。2枚の遮断板451,452のうち、+Z側に配置された遮断板(第1遮断板)451は、不要光に含まれる高次回折光(±2次以上の回折光であり、主として、±3次以上の回折光)を遮断する。すなわち、第1遮断板451は、入射光に含まれる光のうち、低次回折光を貫通孔を介して通過させるとともに、高次回折光を遮断する。一方、第1遮断板451の−Z側に配置された遮断板(第2遮断板)452は、第1遮断板451を通過した低次回折光のうち、0次回折光(必要光)を貫通孔を介して通過させるとともに、それ以外の光(すなわち、第1遮断板451で遮断されなかった不要光(主として、±1次回折光、および、±2次回折光))を遮断する。
投影光学系45が備える各光学部品453〜457,450のうち、例えば、光学部品453〜457は、収差を補正しつつ、入射光を平行光として、最も基板W側(−Z側)に配置されたレンズ450に入射させる。特に、光学部品453〜457のうち、第1遮断板451と第2遮断板452との間に配置された一対のレンズ(図示の例で、例えば、レンズ454とレンズ455)は、例えば、駆動機構(図示省略)によってZ軸に沿ってそれぞれ移動可能に構成され、露光面でのビームサイズ(描画パターンサイズおよび間隔に相当)を広げる(あるいは狭める)ズーム部としての機能を担う。
一方、投影光学系45が備える各光学部品453〜457,450のうち、最も基板W側(−Z側)に配置されたレンズ450は、入射した平行光を定められたビームサイズにして基板Wの表面に結像させる対物レンズとしての機能を担う。このレンズ450を、以下「対物レンズ450」ともいう。対物レンズ450は、駆動機構4501によってZ軸に沿って移動可能に構成され、基板Wの表面内の各位置の高さ(より具体的には、基板Wの面内における描画対象位置の高さ)(Z位置)に応じて、そのZ位置を調整される。これによって、ピント合わせ(すなわち、オートフォーカス)が行われる。
<c.光路補正部46>
光路補正部46は、空間光変調ユニット44と投影光学系45との間に設けられ、空間光変調ユニット44から出射された光の経路をシフトさせる。光路補正部46が必要に応じて光の経路をシフトさせることによって、基板Wに対する光の照射位置を微調整することが可能となる。
光路補正部46は、空間光変調ユニット44と投影光学系45との間に設けられ、空間光変調ユニット44から出射された光の経路をシフトさせる。光路補正部46が必要に応じて光の経路をシフトさせることによって、基板Wに対する光の照射位置を微調整することが可能となる。
光路補正部46は、具体的には、1個以上の光学部品を備え、少なくとも1個の光学部品の姿勢(あるいは、位置)を変更することによって、入射光の光路をシフトさせる。より具体的には、光路補正部46は、例えば、Y軸に沿う第1回転軸A1およびX軸に沿う第2回転軸A2のそれぞれに対して回転可能に支持されたガラス板などの平行平面基板461と、平行平面基板461を第1回転軸A1に対して回転させるとともに、第2回転軸A2に対して回転させる、姿勢変更機構462とを含む構成することができる。この構成においては、平行平面基板461を第1回転軸A1を中心に回転させてその姿勢を変化させることによって、平行平面基板461に入射する光の経路をX軸方向に沿ってシフトさせることができる。また、平行平面基板461を第2回転軸A2を中心に回転させてその姿勢を変化させることによって、平行平面基板461に入射する光の経路をY軸方向に沿ってシフトさせることができる。ただし、各軸に沿う光路のシフト量は、平行平面基板の回転角度を制御することによって任意の値に調整することができる。
姿勢変更機構462は、制御部90と電気的に接続されており、制御部90は、姿勢変更機構462を制御して平行平面基板461を回転させることによって、空間光変調ユニット44から出射される光の経路を、X軸方向(あるいは、Y軸方向)に沿ってシフトさせて、描画位置(露光位置)を補正する。ここで、この補正量は、図示されていない先読みユニット(または先行撮像ユニット)により撮像された、未だ描画されていない(これから描画されるべき)領域の像の位置に応じて算出される。すなわち、これから描画されるべき領域における実際の(撮像された)像の位置と、制御部90において保持されているパターンデータD(図3参照)とを比較することにより、本来のあるべき像の位置から実際の像の位置がどれだけずれているかを計測することができるので、このずれが解消されるように上記補正量が算出される。なお、上記図示されない先読みユニットに代えて、観察撮像部50が使用される構成であってもよい。
<iii.光学ユニット40の動作>
光学ユニット40に描画動作を実行させる場合、制御部90は、レーザ駆動部41を駆動してレーザ発振器42から光を出射させる。出射された光は照明光学系43にてラインビームとされ、ミラー47を介して空間光変調器441に入射する。空間光変調器441においては、複数の空間光変調素子が、副走査軸(X軸)に沿って並んで配置されており、入射光はその線状の光束断面を空間光変調素子の配列方向に沿わせるようにして、一列に配列された複数の空間光変調素子に入射する。
光学ユニット40に描画動作を実行させる場合、制御部90は、レーザ駆動部41を駆動してレーザ発振器42から光を出射させる。出射された光は照明光学系43にてラインビームとされ、ミラー47を介して空間光変調器441に入射する。空間光変調器441においては、複数の空間光変調素子が、副走査軸(X軸)に沿って並んで配置されており、入射光はその線状の光束断面を空間光変調素子の配列方向に沿わせるようにして、一列に配列された複数の空間光変調素子に入射する。
一方で、制御部90は、パターンデータD(図3参照)に基づいて空間光変調器441のドライバ回路ユニットに指示を与え、ドライバ回路ユニットが指示された空間光変調素子に対して電圧を印加する。これによって、各空間光変調素子にて個々に空間変調された光(すなわち、副走査軸に沿うN画素分の空間変調された光)が形成され、基板Wに向けて出射されることになる。パターンデータDに応じた空間変調を施された光を、以下「描画光」ともいう。
空間光変調器441から出射された描画光は、必要に応じて光路補正部46にてその光路を補正された上で、投影光学系45に入射する。
投影光学系45に入射した描画光は、第1遮断板451および第2遮断板452のそれぞれにおいて必要光以外を遮断され、また、各光学部品453〜457において(描画光の波長を対象として)諸収差を補正されるとともに平行光とされて、対物レンズ450に入射する。なお、描画光は、必要に応じて、レンズ454およびレンズ455でその幅を広げられる(あるいは狭められる)。
対物レンズ450に入射した描画光(すなわち、必要光)は、対物レンズ450において、基板Wの表面に結像される。すなわち、副走査軸(X軸)に沿うN個の画素単位mi(i=1,2,・・,N)を含む空間変調された光が、基板Wの表面に結像される。
光学ユニット40は、副走査軸に沿うN画素分の空間変調された光を断続的に照射し続けながら(すなわち、基板Wの表面にパルス光を繰り返して投影し続けながら)、主走査軸(Y軸)に沿って基板Wに対して相対的に移動(往復移動)する。したがって、光学ユニット40が主走査軸に沿って基板Wを1回横断すると、基板Wの面内に、副走査軸に沿ってN画素分の幅をもつ一本のパターン群が描画されることになる。この、N画素分の幅をもつ1本のパターン描画領域を、以下の説明では「1ストライプ分の領域」ともいう。
<観察撮像部50>
観察撮像部50は、ステージ10に保持された基板Wの面内における、描画領域(この領域は、現に描画が行われている領域だけではなく、その近傍の未露光領域および露光済領域を含むものとする)を撮像する。ただし、上述したとおり、描画装置1は2個の観察撮像部50,50を備えているところ、各観察撮像部50は、いずれかの光学ユニット40と対応付けられて、対応する光学ユニット40が描画光を照射する描画領域を撮像する。各観察撮像部50は、制御部90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描画領域を撮像し、取得された撮像データを制御部90に送信する。観察撮像部50の具体的な構成については、後に説明する。
観察撮像部50は、ステージ10に保持された基板Wの面内における、描画領域(この領域は、現に描画が行われている領域だけではなく、その近傍の未露光領域および露光済領域を含むものとする)を撮像する。ただし、上述したとおり、描画装置1は2個の観察撮像部50,50を備えているところ、各観察撮像部50は、いずれかの光学ユニット40と対応付けられて、対応する光学ユニット40が描画光を照射する描画領域を撮像する。各観察撮像部50は、制御部90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描画領域を撮像し、取得された撮像データを制御部90に送信する。観察撮像部50の具体的な構成については、後に説明する。
<アライメント撮像部60>
アライメント撮像部60は、基板Wの面内に形成されたアライメントマークを撮像する。アライメント撮像部60は、照明ユニット61から延びるファイバと接続される。また、アライメント撮像部60は、例えば、鏡筒、対物レンズ、および、CCD等のエリアイメージセンサ(二次元イメージセンサ)を含んで構成される。この構成において、照明ユニット61から出射される光はファイバによって鏡筒に導かれ、鏡筒を介して基板Wの上面に導かれる。そして、その反射光が、対物レンズを介してエリアイメージセンサで受光される。これによって、基板Wの上面の撮像データが取得されることになる。ただし、撮像に用いられる照明光は、基板W上のレジスト等を感光させない波長の光が採用される。アライメント撮像部60は、制御部90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基板Wの面内の所定の位置を撮像し、取得された撮像データを制御部90に送信する。なお、アライメント撮像部60はオートフォーカスユニットをさらに備えていてもよい。
アライメント撮像部60は、基板Wの面内に形成されたアライメントマークを撮像する。アライメント撮像部60は、照明ユニット61から延びるファイバと接続される。また、アライメント撮像部60は、例えば、鏡筒、対物レンズ、および、CCD等のエリアイメージセンサ(二次元イメージセンサ)を含んで構成される。この構成において、照明ユニット61から出射される光はファイバによって鏡筒に導かれ、鏡筒を介して基板Wの上面に導かれる。そして、その反射光が、対物レンズを介してエリアイメージセンサで受光される。これによって、基板Wの上面の撮像データが取得されることになる。ただし、撮像に用いられる照明光は、基板W上のレジスト等を感光させない波長の光が採用される。アライメント撮像部60は、制御部90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基板Wの面内の所定の位置を撮像し、取得された撮像データを制御部90に送信する。なお、アライメント撮像部60はオートフォーカスユニットをさらに備えていてもよい。
<搬送装置70>
搬送装置70は、基板Wを支持するための2本のハンド71,71と、ハンド71,71を独立に移動させるハンド駆動機構72とを備える。各ハンド71は、ハンド駆動機構72によって駆動されることにより進退移動および昇降移動されて、ステージ10に対する基板Wの受け渡しを行う。
搬送装置70は、基板Wを支持するための2本のハンド71,71と、ハンド71,71を独立に移動させるハンド駆動機構72とを備える。各ハンド71は、ハンド駆動機構72によって駆動されることにより進退移動および昇降移動されて、ステージ10に対する基板Wの受け渡しを行う。
<プリアライメント部80>
プリアライメント部80は、基板Wの回転位置を粗く補正する装置である。プリアライメント部80は、例えば、回転可能に構成された載置台と、載置台に載置された基板Wの外周縁の一部に形成された切り欠き部(例えば、ノッチ、オリエンテーションフラット等)の位置を検出するセンサと、載置台を回転させる回転機構とから構成することができる。この場合、プリアライメント部80におけるプリアライメント処理は、まず、載置台に載置された基板Wの切り欠き部の位置をセンサで検出し、続いて、回転機構が、当該切り欠き部の位置が定められた位置となるように載置台を回転させることによって行われる。
プリアライメント部80は、基板Wの回転位置を粗く補正する装置である。プリアライメント部80は、例えば、回転可能に構成された載置台と、載置台に載置された基板Wの外周縁の一部に形成された切り欠き部(例えば、ノッチ、オリエンテーションフラット等)の位置を検出するセンサと、載置台を回転させる回転機構とから構成することができる。この場合、プリアライメント部80におけるプリアライメント処理は、まず、載置台に載置された基板Wの切り欠き部の位置をセンサで検出し、続いて、回転機構が、当該切り欠き部の位置が定められた位置となるように載置台を回転させることによって行われる。
<制御部90>
制御部90は、描画装置1が備える各部と電気的に接続されており、各種の演算処理を実行しつつ描画装置1の各部の動作を制御する。
制御部90は、描画装置1が備える各部と電気的に接続されており、各種の演算処理を実行しつつ描画装置1の各部の動作を制御する。
図3は、制御部90のハードウエア構成を示すブロック図である。制御部90は、例えば、CPU91、ROM92、RAM93、記憶装置94等がバスライン95を介して相互接続された一般的なコンピュータによって構成されている。ROM92は基本プログラム等を格納しており、RAM93はCPU91が所定の処理を行う際の作業領域として供される。記憶装置94は、フラッシュメモリ、あるいは、ハードディスク装置等の不揮発性の記憶装置によって構成されている。記憶装置94にはプログラムPが格納されており、このプログラムPに記述された手順に従って、主制御部としてのCPU91が演算処理を行うことにより、各種機能が実現されるように構成されている。プログラムPは、通常、予め記憶装置94等のメモリに格納されて使用されるものであるが、CD−ROMあるいはDVD−ROM、外部のフラッシュメモリ等の記録媒体に記録された形態(プログラムプロダクト)で提供され(あるいは、ネットワークを介した外部サーバからのダウンロードなどにより提供され)、追加的または交換的に記憶装置94等のメモリに格納されるものであってもよい。なお、制御部90において実現される一部あるいは全部の機能は、専用の論理回路等でハードウエア的に実現されてもよい。
また、制御部90では、入力部96、表示部97、通信部98もバスライン95に接続されている。入力部96は、各種スイッチ、タッチパネル等により構成されており、オペレータから各種の入力設定指示を受け付ける。表示部97は、液晶表示装置、ランプ等により構成されており、CPU91による制御の下、各種の情報を表示する。通信部98は、LAN等を介したデータ通信機能を有する。
制御部90においては、プログラムPに記述された手順に従って主制御部としてのCPU91が演算処理を行うことにより描画装置1が備える各部に基板Wに対する描画処理を実行させる。具体的には、制御部90は、ステージ駆動機構20を駆動してステージ10を移動させるとともに、移動されるステージ10に載置された基板Wに対して、光学ユニット40から、パターンデータDに応じた空間変調を施された光(描画光)を照射させる。ただし、「パターンデータD」は、基板Wに描画すべきパターンを記述したデータである。具体的には、パターンデータDは、例えば、CAD(computer aided design)を用いて生成されたCADデータをラスタライズしたデータであり、光を照射すべき基板W上の位置情報が画素単位で記録される。制御部90は、基板Wに対する一連の処理に先立って、あるいは、当該処理と並行して、パターンデータDを取得して、記憶装置94に格納している。なお、パターンデータDの取得は、例えばネットワーク等を介して接続された外部端末装置から受信することにより行われてもよいし、記録媒体から読み取ることにより行われてもよい。
<2.観察撮像部50>
観察撮像部50の構成について、図4を参照しながら具体的に説明する。図4には、ヘッドユニット100(すなわち、光学ユニット40の描画ヘッド部と、当該光学ユニット40と対応づけられた観察撮像部50とがユニット化された構成要素である、ヘッドユニット100)の構成が、模式的に示されている。
観察撮像部50の構成について、図4を参照しながら具体的に説明する。図4には、ヘッドユニット100(すなわち、光学ユニット40の描画ヘッド部と、当該光学ユニット40と対応づけられた観察撮像部50とがユニット化された構成要素である、ヘッドユニット100)の構成が、模式的に示されている。
上述したとおり、観察撮像部50は、基板Wの面内における、対応する光学ユニット40が描画光を照射する領域と、その近傍の描画光がまだ照射されていない領域および描画光が既に照射された領域とを含む描画領域を撮像する。なお、この描画領域は、少なくとも描画光が照射される領域を含んでいればよい。ここで、光学ユニット40は、主走査軸(Y軸)に沿って基板Wに対して相対的に移動(往復移動)しながら、副走査軸に沿うN画素分の描画光を断続的に照射し続ける。光学ユニット40が、主走査軸(Y軸)に沿って基板Wに対して−Y方向に相対的に移動する場合(すなわち、基板Wを載置したステージ10が、光学ユニット40に対して主走査軸に沿って+Y方向に相対的に移動される場合)(矢印AR100)、基板Wの面内における、光学ユニット40が描画光を照射する位置(以下「描画対象位置」ともいう)P0の−Y側の領域が、まだ描画光が照射されていない領域(描画予定領域)となり、描画対象位置P0の+Y側の領域が、既に描画光が照射された領域(描画完了領域)となる。一方、光学ユニット40が、主走査軸(Y軸)に沿って基板Wに対して+Y方向に相対的に移動する場合(すなわち、基板Wを載置したステージ10が、光学ユニット40に対して、主走査軸(Y軸)に沿って−Y方向に相対的に移動される場合)(矢印AR200)、描画対象位置P0の+Y側の領域が、描画予定領域となり、描画対象位置P0の−Y側の領域が、描画完了領域となる。
観察撮像部50は、基板Wの面内における、主走査軸(Y軸)に沿って、描画対象位置P0を含む上記描画予定領域および描画完了領域を共に撮像する。観察撮像部50は、具体的には、例えば、光源51と、ビームスプリッタ52と、絞り53と、対物レンズ450と、ハーフミラー54と、結像レンズ55と、撮像素子56とを含んで構成される。ただし、対物レンズ450は、投影光学系45(当該観察撮像部50が対応付けられた光学ユニット40の投影光学系45)との間で共用される。
観察撮像部50の光学系について、具体的に説明する。光源51は、典型的には基板W上に既に形成されたパターンを観察するための光(以下、「観察光」ともいう)を、Y軸に沿って出射する。ただし、観察光は、基板W上のレジスト等を感光させない波長の光(典型的には可視光)とされる。光源51から出射された観察光は、ビームスプリッタ52において進行方向を変更されて、基板Wに向けて進行する。ここで、ビームスプリッタ52は、空間光変調ユニット44から出射されて基板Wに入射する描画光の光軸(以下、「描画光軸」ともいう)L0上に配置され、光源51から出射される観察光の進行方向を、その光軸(以下、「観察光軸」ともいう)L1が、描画光軸L0と一致するような方向に変更する。
ビームスプリッタ52は、例えば、誘電体多層膜コーティングにより、反射率及び透過率に波長依存性をもたせて、描画光の波長に対しては低反射率(高透過率)、観察光の波長に対しては高反射率となるようにしておくことが好ましい。この構成によると、描画光、観察光の両方に対して光量効率を良くすることができる。なお、後述するように、ビームスプリッタ52は、少なくとも露光像が得られる程度の描画光が取得できるよう、描画光の波長に対しては一定の反射率が必要である。
ビームスプリッタ52によって進行方向を変更された観察光の光軸L1上には(すなわち、描画光軸L0上には)、絞り53および対物レンズ450が配置されている。したがって、ビームスプリッタ52で進行方向を変更された観察光は、絞り53を通して(ここで不要光をカットされて)、対物レンズ450によって基板の表面に集光される。なお、図4では、描画対象領域P0を含み、観察対象領域P1〜P2の範囲内に、観察光が照射される様子が示されている。
基板Wの表面で反射した観察光は、再び対物レンズ450に入射し、対物レンズ450にて平行光に近い光変換された上で、再びビームスプリッタ52に入射する。そして、ビームスプリッタ52において進行方向を変更されて、ハーフミラー54に向けて進行する。ハーフミラー54に入射した観察光は、撮像素子56に向けて反射される。
また、投影光学系45を介して照射され、基板Wの表面で反射した描画光は、上記観察光と同様に、再び対物レンズ450を通り、ビームスプリッタ52に入射する。このビームスプリッタ52は、露光像が得られる程度の描画光を反射する。そのため、基板Wの表面で反射した描画光の一部は、ビームスプリッタ52において進行方向を変更されて、ハーフミラー54に向けて進行する。ハーフミラー54に入射した描画光は、観察光(の一部)とともに、撮像素子56に向けて反射される。
ハーフミラー54で進行方向を変更された描画光および観察光は、結像レンズ55を介して、撮像素子56に入射する。ここで、結像レンズ55は、平行光に近い光に変換されている観察光を、撮像素子56の撮像面に結像させるとともに、描画光も撮像素子56の撮像面に結像させる。前述したように、観察光は露光波長とは異なる波長の光(典型的には可視光)であり、描画光は露光波長の光(典型的には紫外光)であるため、通常はこれらの光の像を共に結像させることはできない。しかし、詳しくは後述するように、この結像レンズ55は、投影光学系により生じる色収差(ここでは対物レンズ450により生じる色収差)が補償されるように設計された色収差補正型のレンズとなっている。そのため、結像レンズ55によって、異なる2つの波長の光において生じる色収差、ここでは後述するように軸上色収差が補正され、観察光および描画光が撮像素子56の撮像面に結像されている。
図5は、色収差が補正されない場合の結像状態を示す図であり、図6は、色収差が補正される場合の結像状態を示す図である。図5に示すように、もし観察光Loについて色収差(特に軸上色収差)が補正されない、すなわち色収差補正型でない結像レンズ551が使用される場合、描画光Luvは撮像素子56の撮像面に結像されるが、観察光Loは結像されない。これに対して、図6に示すように、観察光Loについて色収差(特に軸上色収差)が補正される、すなわち色収差補正型の結像レンズ55が使用される場合、描画光Luvと観察光Loは、ともに撮像素子56の撮像面に結像される。
図7は、撮像素子における撮像面の映像例を示す図である。図7に示されるように、撮像素子56の撮像面560には、描画光Luvにより生じる像Iuvと、観察光Loにより生じる像Ioとが、ともに結像されて映ることになる。なお、ここでは、軸上色収差および倍率色収差が補正される例を示したが、倍率色収差は必ずしも補正されなくてもよい。描画光Luvと観察光Loにおける軸上色収差が補正されない場合、いずれか一方の波長の光による像しか結像されないので、軸上色収差が補償されることは必要である。より具体的には、投影光学系45は、描画光Luvにおける各種収差が十分に小さくなるよう厳密に設計されている。よって、図5に示されるように、本実施形態における結像レンズ55に代えて、色収差補正型でない結像レンズ551が使用される場合、観察光Loにおける色収差が補正されないことになる。その結果、観察光Loによる像が結像されない。したがって、観察光Loによる像を結像させるためには、結像レンズ55は、少なくとも軸上色収差を補正するものでなければならない。
もっとも、結像レンズ55が軸上色収差を補正し、倍率色収差を補正しないような色収差補正型のレンズである場合であっても、観察光Loによる像は結像されるが、その像の大きさは、描画光Luvによる像の大きさとは異なる。そのため、これらの像を撮像素子56によって取得し、そのままディスプレイなどに表示すると、表示される像の相対的な大きさが実際の像(現実の像)の相対的な大きさとは異なるため、異常な表示状態となってしまう。
しかし、この相対的な大きさは、倍率色収差がどのように生じているか、すなわち観察光Loによる像の大きさの倍率と、描画光Luvによる像の大きさの倍率、またはこれらの大きさの相対的な倍率により、容易に補正することができる。例えば、倍率色収差によって、観察光Loによる像の大きさが、描画光Luvによる像の大きさの2倍になっている場合には、観察光Loによる像の大きさを1/2倍することにより、表示される像の相対的な大きさを実際の像の相対的な大きさと同一に補正することができる。このような補正は、周知の画像処理技術や計算手法により、容易に実現することができる。
以上のように、結像レンズ55が軸上色収差を補正し、倍率色収差を補正しないような色収差補正型のレンズは、不都合が生じないばかりか、設計が容易になり、製造コストを抑えることができる利点を有している。すなわち、軸上色収差に加えて、倍率色収差も補正しようとすれば、設計条件が厳しくなるため、レンズの枚数が増加したり、屈折率の選択幅が小さくなるなど、製造コストが上昇することになる。したがって、結像レンズ55は、軸上色収差を補正し、倍率色収差を補正しない(すなわち倍率色収差を有する)ような色収差補正型のレンズであることが好ましい。このようなレンズの具体的な設計例については、詳しく後述する。
撮像素子56は、例えば、マトリクス上に配列された複数の受光素子を備えるCCDイメージセンサであり、受光素子の配列方向をX軸およびY軸にそれぞれ沿わせて配置される。撮像素子56が、その撮像面に入射した光を光電変換することによって、基板Wの面内の像が撮像されることになる。撮像素子56は、制御部90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基板Wの面内を撮像し、取得された撮像データを制御部90に送信する。
制御部90は、観察光および描画光による2つの像をそのまま、または上述したように倍率色収差を補正する処理を行った後、図示されないディスプレイに表示する。なお、この制御部90における処理は一例であって、数値データをそのまま表示してもよいし、2つの像の相対距離を数値で表示してもよい。また、シンボルなどの簡易な図形によって、2つの像の相対位置を表示してもよい。
また、2つの像の相対距離を表示するのではなく、当該相対距離を算出する構成、具体的には当該相対距離に基づき、描画光Luvの照射位置のずれを検出する構成であってもよい。すなわち、描画光Luvによる像の位置が本来あるべき(理想的な)位置、ここではパターンデータDにより定められる位置とどれだけずれているかを、観察光Loによって観察された像との相対距離を基準にすれば、容易に計算することができる。
<3.結像レンズ55の具体的な設計例>
以下、図8から図14までを参照しながら、一般的なシミュレーションソフトウェアを使用した結像レンズ55の設計例について説明する。この設計例では、描画光Luvの波長(以下、露光波長ともいう)を355[nm]とし、観察光Loの波長(以下、観察波長ともいう)を546[nm]とした。また、倍率色収差を有するよう、観察倍率は、観察波長で−8.4倍とし、露光波長で−10倍とした。
以下、図8から図14までを参照しながら、一般的なシミュレーションソフトウェアを使用した結像レンズ55の設計例について説明する。この設計例では、描画光Luvの波長(以下、露光波長ともいう)を355[nm]とし、観察光Loの波長(以下、観察波長ともいう)を546[nm]とした。また、倍率色収差を有するよう、観察倍率は、観察波長で−8.4倍とし、露光波長で−10倍とした。
さらに、投影光学系のレンズ(ここでは対物レンズ450)の画角を1度とし、開口数を0.2とし、露光波長での屈折率n=1.47607、観察波長での屈折率n=1.46008の合成石英を硝材とし、焦点距離を20[mm]としてシミュレーションを行った。なお、構成を簡略するために、このレンズには平行光が入射されるものとした。
図8は、投影光学系のレンズにおける波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。図8に示されるように、このレンズは全画角において、RMS波面収差が0.07λ以下となっており、ほぼ無収差と言える程度に、良好に収差が補正されていることがわかる。このような投影光学系レンズを介する場合の結像レンズによる色収差の補正について検討する。
図9は、色収差が補正されない結像レンズにおける、露光波長での波面収差と視野との関係を示すグラフ図であり、図10は、色収差が補正されない結像レンズにおける、観察波長での波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。図9に示されるように、色収差が補正されない結像レンズであっても、露光波長では、RMS波面収差が0.07λ以下となり、良好な結像性能が得られていることが分かる。しかし、図10に示されるように、観察波長では、RMS波面収差が7λ程度となり、像の位置や形状を計測するには、不十分な結像性能しか得られていないことが分かる。なお、ここでの色収差が補正されない結像レンズは、合成石英を硝材とし、焦点距離を200[mm]とした単レンズであるものとした。
図11は、色収差が補正されない結像レンズにおける横収差を示す図である。この図11に示されるように、観察光Loの波長(観察波長)では、横収差を表す直線の傾きが画角によらず等しく、さらにメリジオナル成分、サジタル成分についても等しいことから、結像性能の悪化は、明らかにデフォーカス成分が原因であり、軸上色収差の影響が強いことが分かる。
そこで、色収差が補正されるように、結像レンズ55を設計した。図12は、結像レンズ55の形状を示す図である。図12に示されるように、結像レンズ55は、凸面を有する第1レンズと、凹面を有する第2レンズとを組み合わせてなる。具体的には、第1および第2レンズの焦点距離は、それぞれ露光波長で20.914[mm]、−20.028[mm]とし、第1レンズの硝材は、N−ZK7(露光波長での屈折率n=1.53062、観察波長での屈折率n=1.51046)とし、第2レンズの硝材は、SF5(露光波長での屈折率n=1.73723、観察波長での屈折率n=1.67765)とした。これら第1レンズと第2レンズとを組み合わせた合成焦点距離は、露光波長で200.153[mm]となる。
図13は、結像レンズ55における波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。図13に示されるように、この結像レンズ55のRMS波面収差は、露光波長では0.1以下であり、観察波長でも0.18以下であるため、像の位置や形状を計測するには、十分な結像性能が得られてることが分かる。
図14は、結像レンズ55における軸上色収差を示すグラフ図である。図14に示されるように、この結像レンズ55は、露光波長(355[nm])と、観察波長(546[nm])との2つの波長で、色収差が補正されていることが分かる。このような結像レンズ55を使用することにより、上記のような簡単な設計および構成で、露光波長および観察波長で、同時にその像を観察することができる。
なお、結像レンズ55の上記構成は、一例に過ぎず、色収差を補正するための周知の構成や周知の設計手法などを適宜採用することにより、様々な構成の結像レンズ55を作成可能である。したがって、結像レンズ55を構成するレンズ群は、典型的には凸面を有する第1のレンズと、凹面を有する第2のレンズとを含み、第1および第2のレンズは、互いに屈折率の異なる素材からなるが、このような構成に限定されるものではなく、3枚以上のレンズや、その他の周知の光学素子を適宜に組み合わせてもよい。
<4.効果>
以上のように、上記実施形態によれば、対象物である基板W上の描画光Luvにより生じる像と、観察光Loにより生じる像を、1つの光路を介して撮像素子56において取得することができるので、光路を分割する従来の構成とは異なり、上記2つの像の相対的な位置関係を精密に計測する(または観測する)ことが容易になる。また、分割された2つの光路の光軸調整を行う必要もないため、全体として光軸調整が容易となる。さらに、光路が1つであることで装置全体もコンパクトにすることができる。
以上のように、上記実施形態によれば、対象物である基板W上の描画光Luvにより生じる像と、観察光Loにより生じる像を、1つの光路を介して撮像素子56において取得することができるので、光路を分割する従来の構成とは異なり、上記2つの像の相対的な位置関係を精密に計測する(または観測する)ことが容易になる。また、分割された2つの光路の光軸調整を行う必要もないため、全体として光軸調整が容易となる。さらに、光路が1つであることで装置全体もコンパクトにすることができる。
さらに、光学ユニット40と観察撮像部50との間で対物レンズ450が共用されるので、描画装置1の部品点数を少なく抑えることができ、光学系の大型化が抑制される。また、光学ユニット40と観察撮像部50との間で対物レンズ450を共用する構成によると、オートフォーカスを実現するための機構(すなわち、対物レンズ450をZ軸に沿って移動させる駆動機構および基板Wの面内の高さ位置を検出する位置検出機構)も、光学ユニット40と観察撮像部50との間で共用することができる。この点においても、描画装置1の部品点数を少なく抑えることができ、光学系の大型化が抑制される。
<5.変形例>
上記実施形態において、一対の光学ユニット40および観察撮像部50が、二組設けられる構成であったが、光学ユニット40と観察撮像部50とは必ずしも二個ずつ設けられる必要はない。例えば、一対の光学ユニット40および観察撮像部50が、一組設けられる構成であってもよいし、三組以上設けられる構成であってもよい。
上記実施形態において、一対の光学ユニット40および観察撮像部50が、二組設けられる構成であったが、光学ユニット40と観察撮像部50とは必ずしも二個ずつ設けられる必要はない。例えば、一対の光学ユニット40および観察撮像部50が、一組設けられる構成であってもよいし、三組以上設けられる構成であってもよい。
また、上記の各実施形態では、空間光変調器441として変調単位である固定リボンと可動リボンとが一次元に配設された回折格子型の空間光変調器であるGLVが用いられていたが、このような形態には限られない。例えば、GLVに限らず、ミラーのような変調単位が、一次元に配列されている空間光変調器が利用される形態であってもよい。また、例えば、DMD(Digital Micromirror Device:デジタルマイクロミラーデバイス:テキサスインスツルメンツ社製)のような変調単位であるマイクロミラーが二次元的に配列された空間光変調器が利用されてもよい。
また、上記実施形態においては、変調した描画光によって基板上の感光材料を走査することにより、当該感光材料に直接パターンを露光する描画装置に本願発明が適用された場合について説明したが、本願発明は、光源とフォトマスクを用いて当該感光材料を面状に露光する露光装置に適用することもできる。また、上記のように基板面に回路パターンを形成するほか、立体的な微小構造物(マイクロレンズやマイクロセンサ等)を形成する場合にも適用することができる。このような構成でも、制御部90は、例えばフォトマスクを移動させることによって、露光位置を補正することができる。
なお、上記の各実施形態では、基板Wを載置したステージ10がステージ駆動機構20によって移動されることで、光学ユニット40,40に対して基板Wを相対的に移動させる形態であったが、光学ユニット40,40に対して基板Wを相対的に移動させる態様はこれに限らない。例えば、光学ユニット40,40を主走査軸および副走査軸に沿って移動させることにより、光学ユニット40,40に対して基板Wを相対的に移動させる態様としてもよい。
1 描画装置
10 ステージ
20 ステージ駆動機構
40 光学ユニット
50 撮像部
51 光源
52 ビームスプリッタ
53 絞り
450 対物レンズ
54 ハーフミラー
55 結像レンズ
56 撮像素子
90 制御部
W 基板
10 ステージ
20 ステージ駆動機構
40 光学ユニット
50 撮像部
51 光源
52 ビームスプリッタ
53 絞り
450 対物レンズ
54 ハーフミラー
55 結像レンズ
56 撮像素子
90 制御部
W 基板
Claims (5)
- 対象物を水平に保持するステージと、
第1の波長を有する露光光を出射する露光用光源と、
前記対象物に対し、前記露光用光源から出射される前記露光光を照射することにより、前記対象物にパターンを形成する描画手段と、
前記描画手段により照射される前記露光光の照射位置を、前記ステージに保持される前記対象物に対して水平方向に相対移動させる移動手段と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する観察光を出射する観察用光源と、
前記対象物から前記露光用光源までの前記露光光の光路に介挿されることにより、前記観察用光源からの前記観察光を前記対象物に照射するともに、前記対象物で反射される前記観察光および前記露光光を取得するサンプル手段と、
前記サンプル手段により取得された前記観察光および前記露光光を共に結像させる色収差補正型の結像レンズ系と、
前記結像レンズ系により結像された前記観察光および前記露光光の像を共に撮像する撮像手段と
を備え、
前記結像レンズ系は、前記対象物から前記サンプル手段までの光路における光学系により生じる前記観察光の結像状態の変化が補償されるよう定められる異なる屈折率を有する複数のレンズからなることを特徴とする、露光装置。 - 前記結像レンズ系は、前記第1および第2の波長における軸上色収差を補正することを特徴とする、請求項1に記載の露光装置。
- 前記結像レンズ系は、前記第1および第2の波長における倍率色収差を有し、
前記撮像手段は、前記結像レンズ系の倍率色収差により、大きさが異なる前記観察光の像と前記露光光の像とを撮像することを特徴とする、請求項2に記載の露光装置。 - 前記結像レンズ系は、凸面を有する第1のレンズと、凹面を有する第2のレンズとを含み、前記第1および第2のレンズは、互いに屈折率の異なる素材からなることを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の露光装置。
- 前記露光光は、紫外線であり、
前記観察光は、可視光であることを特徴とする、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の露光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013071746A JP2014197580A (ja) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | 露光装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018523850A (ja) * | 2015-08-06 | 2018-08-23 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | サブミクロンウェーハ位置合わせ |
CN114415325A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-04-29 | 北京半导体专用设备研究所(中国电子科技集团公司第四十五研究所) | 调焦光学成像*** |
-
2013
- 2013-03-29 JP JP2013071746A patent/JP2014197580A/ja active Pending
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CN114415325B (zh) * | 2022-02-22 | 2023-11-03 | 北京半导体专用设备研究所(中国电子科技集团公司第四十五研究所) | 调焦光学成像*** |
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