JP2005311057A

JP2005311057A - 露光装置

Info

Publication number: JP2005311057A
Application number: JP2004125628A
Authority: JP
Inventors: Makoto Abe; 良阿部; Fumio Kokubo; 文雄小久保
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】露光対象物の材質に関わらずに、再現性よく、精度のよい焦点調整が可能な露光装置を提供する。
【解決手段】基板５上に感光材４が塗布されてなる露光対象物にレーザ光を照射するレーザ光源１と、該光源１からのレーザ光を露光対象物上に集光する対物レンズ３と、露光対象物上におけるレーザ光の集光状態を検出する光検出器７と、光検出器７からの出力をもとにアクチュエータ１０を駆動して対物レンズ３と露光対象物との距離を制御するフォーカスサーボ制御部１３と、光検出器７にて得られる露光対象物からの反射光量と感光材４表面からの反射光量とを用いて光検出器７からの出力を補正するオフセット量Ｅを求めてフォーカスサーボ制御部１３へと与える補正部１１と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば一面に形成された感光材に対してレーザ光を照射することにより、感光材にレーザ光の照射軌跡に応じたパターンを形成する露光装置に関するもので、特に、露光対象物上におけるレーザ光の集光状態の制御に関するものである。

レーザ描画による露光を行う露光装置では、感光材に照射するレーザ光の焦点を制御するフォーカス制御が行われている。該フォーカス制御の方式としては、露光用ビームの戻り光を光検出器により検出し、フォーカスサーボを行う方法がある。

光検出器による焦点合わせの方法の１つとして、非点収差法がある。非点収差法では、図７（ａ）に示すような４分割光検出器を用いてフォーカスエラー信号を検出する。ここでフォーカスエラー信号は、右上と左下の２つの光検出素子１４ａ・１４ｃで検出される反射光量の和と、左上と右下の２つの光検出素子１４ｄ・１４ｂで検出される反射光量の和との差分信号により求められる。このときのフォーカスエラー信号は、図６に示すように、露光対象物に対する光軸方向の焦点ずれに対して、Ｓ字カーブ特性を持った信号である。

非点収差法の他に、フォーカスエラー信号を検出する方法としては、ナイフエッジ法や、臨界角法、フーコー法等もある。このうち、ナイフエッジ法では、図７（ｂ）に示すような２分割光検出器を用いてフォーカスエラー信号を検出する。ここでフォーカスエラー信号は、光検出素子１５ａ・１５ｂで検出される反射光量の差分信号により求められる。

露光装置では、このように種々の方法で求めたフォーカスエラー信号を用いて、該信号が０となる位置に光軸方向に対する焦点を合わせるフォーカスサーボを行う。

しかしながら、フォーカスエラー信号を検出する反射光に、感光材表面からの反射光だけでなく、感光材とその下層にある基板との界面からの反射光が含まれてしまうと、フォーカスエラー信号が０となる位置は、感光材表面からずれた位置となり、目的の形状を得るための焦点の最適位置とはならない。

そこで、従来、最適な形状を得るために、フォーカスエラー信号を参照してフォーカスサーボをかけて描画を行う際、オフセット電圧を加えることで光軸方向に対する焦点を補正して描画を行うことが行われている。

従来、オフセット電圧（オフセット量）を決定する方法としては２つの方法が知られている。第１の方法は、感光材を塗布したテスト用基板を用い、該基板に対してオフセット電圧を数段階に変化させてテスト描画を行って、テスト描画後に当該基板を現像して基板上に形成された感光材の形状を測定することで、最適なオフセット電圧を決定する方法である。

また、第２の方法は、オフセット電圧を数段階に変化させて、基板からの描画ビームの戻り光を顕微鏡などで観察する方法である。図８に示すように、描画用レーザ１１６からの光Ｃ１を対物レンズ１１７で集光して感光材を塗布した基板１１８に照射する。そして、集光されたレーザ光Ｃ１ａの基板１１８からの戻り光（反射光）Ｃ２の一部をビームスプリッタ１１９により分割してレーザ光Ｃ２ｂとし、これを凸レンズ１２０で絞って顕微鏡１２１で観察する。これによれば、オフセット電圧を変えたときのビーム形状やスポット強度の変化を観察することによって、テスト用基板を用いた描画を行わずに、オフセット電圧をある程度の範囲で定めることができる。

また、該第２の方法では、ビーム形状Ｃ２ｂの確認として、往路の描画用レーザ光Ｃ１の一部がビームスプリッタ１１９から平行平面板１２２に導かれて反射され、該反射光がビームスプリッタ１１９を透過してレーザ光Ｃ１ｂとして顕微鏡１２１に入るようになっており、基板１１８からの戻り光Ｃ２ｂと往路の描画用レーザ光Ｃ１ｂとの形状を比較することも行われている。

しかしながら、上記した第１及び第２の方法には、以下のような欠点がある。第１の方法には、感光材が塗布されたテスト用基板を用意する必要があると共に、描画・現像・測定などの作業が必要であり、時間と労力が費やされるという欠点がある。また、該第２の方法には、干渉縞の間隔やスポット径の大きさを目視により観察し、オフセット電圧の最適値を決めるという方法であるため、オフセット電圧の最適値を判断することが非常に難しく、再現性よく精度を出すことが困難であるという欠点がある。

一方、特許文献１においては、光ディスクのマスタリング工程で使用する原盤露光装置において、記録原盤からの戻り光の光路中における記録用レーザ光の合焦位置と共役の位置にピンホールを配置し、前記ピンホールを通過した前記戻り光の光量を測定し、前記戻り光の光量が最大となるようにオフセット電圧を加えるというオフセット決定方法が提案されている。
特開２０００−２１００２号公報（公開日：平成１２年１月２１日）

しかしながら、従来のオフセット決定方法では、テスト用基板を用いて露光・現像・測定する、時間と労力を必要とする方法（上記第１の方法）以外の方法では、焦点位置が感光材表面以外の任意の位置にくるように制御して、目的に応じて一定かつ最適な形状を形成するといったことができない。

例えば、露光、現像後の感光材の形状を最高解像度の線幅で矩形とする場合、感光材の膜厚が焦点深度の１／２以下ならば、光軸方向に対する焦点の位置が感光材表面であっても感光材・基板の界面であっても、感光材は焦点深度内に収まっている。そのため、露光、現像後の感光材の形状は同様に矩形となり、特許文献１による方法でも、感光材表面に焦点が一致するため、最高解像度の線幅で矩形を得ることが可能である。

しかしながら、感光材の膜厚が焦点深度の１／２よりも大きいときは、光軸方向に対する焦点の位置が感光材表面の場合と感光材・基板の界面の場合とでは、感光材が焦点深度内に収まらないため、露光、現像後に得られる感光材の形状は異なってしまう。そのため、焦点深度内に収まるように焦点位置を制御する必要があり、特に、焦点深度と感光材の膜厚が同等の場合、矩形の形状を得るためには、光軸方向に対する焦点位置を感光材の中心となるようオフセットを決定する必要がある。したがって、特許文献１による方法では、感光材表面に焦点が一致するため、最高解像度の線幅で矩形を得ることは困難である。

また、上記第２の方法及び特許文献１による方法は、感光材表面に焦点を一致させるための技術である。そのため、光軸方向に対する焦点の位置を任意制御し、感光材上におけるビームスポットの大きさを変化させることにより、露光面積を変化させ、形成するパターンの形状や線幅を制御するといったことはできない。

また、感光材の下地となる基板の材質を変化させた場合、材質の反射率により、得られるフォーカスエラー信号が異なる。そのため、光軸方向に対する焦点を任意位置に保持するには、材質に応じてそれぞれ異なったオフセット電圧を加えなければならず、従来のフォーカス制御方法では対応することができない。

図９は、フォーカスエラー信号変化に伴うオフセット電圧量変化について説明した図である。フォーカスエラー信号Ｆ１を検出し、位置ｆ１に光軸方向に対する焦点を合わせる場合、オフセット電圧Ｅ１を印加することで、光軸方向に対する焦点位置を補正する。しかしながら、基板の材質が変化すると、感光材・基板の界面からの反射光量が変化し、検出されるフォーカスエラー信号がＦ１からＦ２に変化するため、光軸方向に対する焦点は、位置ｆ１からｆ２に変化してしまう。そのため、位置ｆ１に光軸方向に対する焦点を合わせるためには、印加するオフセット電圧をＥ１からＥ２に変える必要がある。つまり、基板の材質にかかわらず任意位置に光軸方向に対する焦点を合わせるためには、材質の変化に対応したオフセット電圧を求める必要がある。

以上のように、目的に応じて最適なパターンを再現性よく実現するためには、光軸方向に対する焦点を下地基板の材質にかかわらず任意位置に補正する技術が不可欠である。

本発明は、上記課題に鑑み成されたものであって、露光対象物の材質に関わらずに、再現性よく、精度のよい焦点調整が可能な露光装置を提供することを目的としている。

本発明の露光装置は、上記課題を解決するために、基板上に感光材が塗布されてなる露光対象物に対してレーザ光を照射し、上記感光材にレーザ光の照射軌跡に応じたパターンを形成する露光装置であって、上記露光対象物にレーザ光を照射する光源と、該光源から照射されたレーザ光を上記露光対象物上に集光する対物レンズと、露光対象物上における前記レーザ光の集光状態を検出する光検出器と、該光検出器からの出力をもとにアクチュエータを駆動して上記対物レンズと露光対象物との距離を制御するフォーカスサーボ制御部とを備え、さらに、上記光検出器にて得られる上記露光対象物からの反射光量と上記感光材表面からの反射光量とを用いて上記光検出器からの出力を補正する補正値を求めて上記フォーカスサーボ制御部へと与える補正手段を備えることを特徴としている。

これによれば、感光材の屈折率等から計算される反射率により計算される感光材からの反射光量と、露光時の基板と感光材からの反射光量（露光対象物からの反射光量）とから、光軸方向に対する焦点を任意位置に合わせるために必要なオフセット量を正確に求めることができる。

また、露光対象物である基板が複数の材質で構成されており、感光材の下地となる基板の材質がステージの駆動に応じて変化する場合においても、材質に合わせて随時オフセット量を変化させることができるため、露光時には常に所望の位置に光軸方向に対する焦点を保持し、描画パターンに再現性を持たせることができる。

本発明の露光装置では、上記補正手段が、上記フォーカスサーボ制御部がアクチュエータを駆動して上記対物レンズと露光対象物との距離をフォーカスエラー信号が０となる位置に制御した後に、光軸方向に対する焦点を任意位置に補正する補正値を求めるようになっていることを特徴とすることもできる。

このように、まずはアクチュエータを一旦フォーカスエラー信号Ｓが０となる位置に制御した後で、光軸方向に対する焦点を任意位置に補正することで、焦点位置がフォーカスエラー信号のダイナミックレンジの範囲内にすることが可能となり、感光材表面及び感光材と基板の界面からの反射光量を正確に計算でき、必要なオフセット量をより正確に求めることができる。

本発明の露光装置では、上記感光材表面からの反射光量は予め測定されメモリに格納されていることを特徴とすることもできる。

このように、感光材からの反射光量は予め測定しておいた値を用いることで、さらに正確なオフセット量の計算が可能となる。なお、感光材からの反射光量は必ずしも測定しておく必要はなく、感光材の屈折率から計算により求めてもよい。ただし、計算値と実測値の間には誤差が生じるため、予め測定しておいた値を用いる方がより正確である。

本発明の露光装置では、上記補正手段が、予め測定して得た上記感光材表面からの反射光量、上記感光材の膜厚、上記光源から発せられるレーザ光に対する上記感光材の屈折率、フォーカスエラー信号検出のダイナミックレンジ、及び定数を格納したメモリと、光検出器にて検出される露光対象物からの反射光量と上記感光材表面からの反射光量より、上記感光材と上記基板との界面における反射光量を演算する減算器と、該減算器にて演算された上記感光材と上記基板との界面における反射光量と、メモリに格納されている、上記感光材の膜厚、上記感光材の屈折率、上記定数、上記ダイナミックレンジより、上記感光材と上記基板との界面からの反射光による第１フォーカスエラー信号を演算する第１演算器と、メモリに格納されている、上記感光材表面からの反射光量、上記定数、上記ダイナミックレンジより、感光材表面の反射光による第２フォーカスエラー信号を演算する第２演算器と、第１演算器にて演算された第１フォーカスエラー信号と第２演算器にて演算された第２フォーカスエラー信号とを加算して第３フォーカスエラー信号を求める加算器と、光軸方向に対する焦点の補正目的位置を出力する目的位置指定部と、上記加算器にて求められた第３フォーカスエラー信号と上記制御部からの補正目的位置とによりオフセット量を演算する第３演算器とを備えていることを特徴とすることもできる。

このような構成とすることで、上記した補正手段を容易に実現して、上記した作用を奏する本発明の露光装置を得ることができる。

本発明の露光装置は、以上のように、基板上に感光材が塗布されてなる露光対象物に対してレーザ光を照射し、上記感光材にレーザ光の照射軌跡に応じたパターンを形成する露光装置であって、上記露光対象物にレーザ光を照射する光源と、該光源から照射されたレーザ光を上記露光対象物上に集光する対物レンズと、露光対象物上における前記レーザ光の集光状態を検出する光検出器と、該光検出器からの出力をもとにアクチュエータを駆動して上記対物レンズと露光対象物との距離を制御するフォーカスサーボ制御部とを備え、さらに、上記光検出器にて得られる上記露光対象物からの反射光量と上記感光材表面からの反射光量とを用いて上記光検出器からの出力を補正する補正値を求めて上記フォーカスサーボ制御部へと与える補正手段を備える構成である。

これにより、露光対象物の材質に関わらずに、再現性よく、精度のよい焦点調整が可能な露光装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

図１は、本発明に係る実施の一形態である露光装置の構成図である。露光装置は、レーザ光源１、ビームスプリッタ２、対物レンズ３、集光レンズ６、光検出器７、アクチュエータ１０、ステージ１２、フォーカスサーボ制御部１３、及び補正部（補正手段）１１を備えている。このうち、レーザ光源１、ビームスプリッタ２、対物レンズ３、集光レンズ６、光検出器７、及びアクチュエータ１０にて、露光装置の光学系が構成されている。

レーザ光源１から発せられたレーザ光Ａ１は、ビームスプリッタ２を通り、対物レンズ３により集光される。対物レンズ３にて集光されたレーザ光Ａ１ａは、光学系と基板５とを相対移動させるステージ１２上に載置された基板５に垂直に照射される。基板５は、少なくとも一種類以上の材質により構成されており、レーザ光Ａ１ａが照射される側の面に、感光材４が塗布されている。

対物レンズ３を経て感光材４の塗布された基板５に照射されたレーザ光Ａ１ａは、感光材４の表面と、感光材４及び基板５の界面とにより反射され、戻り光Ａ２となる。該戻り光Ａ２は、入射したときの光路を逆に進み、ビームスプリッタ２により分割され、分割された戻り光Ａ２ａは集光レンズ６で集光されて光検出器７に入射する。

光検出器７は、ここでは非点収差法を用いてフォーカスエラー信号Ｓを検出する構成であるので、戻り光Ａ２ａに非点収差を与えるシリンドリカルレンズ８と４分割光検出器９とから構成されている。シリンドリカルレンズ８によって非点収差が与えられた戻り光Ａ２ａは、スポット形状を楕円形にして４分割光検出器９に入射する。光検出器７では、４分割光検出器９を構成する複数の光検出素子の信号から、非点収差法によりフォーカスエラー信号Ｓが検出され、該フォーカスエラー信号Ｓがフォーカスサーボ制御部１３へと送られる。

アクチュエータ１０は対物レンズ３を光軸方向に駆動させるもので、対物レンズ３が光軸方向に移動することで、上記４分割光検出器９上のスポット形状が変化する。フォーカスサーボ制御部１３は、フォーカスエラー信号Ｓに基づいて上記アクチュエータ１０を制御し、フォーカスサーボを行う。

なお、フォーカスエラー信号Ｓを検出する方法としては、非点収差法の他に、ナイフエッジ法や、臨界角法、フーコー法等がある。ナイフエッジ法による検出では、光検出器７を、ナイフエッジと２分割光検出器とから構成し、臨界角法による検出では、光検出器７を、臨界角プリズムと２分割光検出器とから構成すればよい。また、フーコー法による検出では、光検出器７を、ビーム分割プリズムと２分割光検出器とから構成すればよい。

そして、上記光検出器７では、フォーカスエラー信号Ｓとともに、４分割光検出器９を構成する複数の光検出素子で検出される光量の合計、すなわちトータル光量Ｔも検出され、検出されたトータル光量Ｔが補正部１１へと送られる。

補正部１１は、光軸方向の焦点を任意位置に補正するために、上記光検出器７から出力されるフォーカスエラー信号Ｓを補正するものであって、光検出器７より入力される基板５と感光材４とからなる露光対象物からの反射光量である上記トータル光量Ｔと、感光材４表面からの反射光量である後述するトータル光量Ｔ１とを用いて、フォーカスエラー信号Ｓの補正値を決定するものである。そして、ここでは、フォーカスエラー信号Ｓが０となる位置から加えるオフセット量Ｅを決定するようになっている。

前述したように、露光対象物が単層であれば、フォーカスエラー信号Ｓが０となるときの光軸方向に対する焦点位置は、露光対象物の表面に一致するので、光軸方向に対する焦点位置が露光対象物に対してどの位置にあるかを知ることができる。しかしながら、露光対象物が、感光材４の塗布された基板５のように複数の層で形成されている場合は、感光材４と基板５との界面からの反射光が影響するため、フォーカスエラー信号Ｓが０となるときの光軸方向に対する焦点位置は、感光材４表面とは一致しない。したがって、光軸方向に対する焦点位置が感光材４に対してどの位置にあるのかについては分からず、またフォーカスエラー信号Ｓは、露光対象物である感光材４、および感光材４の下地となる基板５の材質が変化して反射光量が変化することで変化するので、フォーカスエラー信号Ｓのみを参照にした場合では、基板５の材質変化に対応して光軸方向に対する焦点を任意位置に保持することができず、同様の形状パターンを形成することができなくなる。つまり、常に光軸方向に対する焦点を任意位置に合わせるためには、感光材４および基板５の材質に応じて、オフセット量Ｅを決定する必要がある。

そこで、ここでは、上記フォーカスサーボ制御部１３がアクチュエータ１０を制御して、フォーカスエラー信号Ｓが０となる位置に光軸方向の焦点を保持した後、補正部１１が、光軸方向の焦点を任意位置に補正するために必要なオフセット量Ｅを後述のように決定し、決定したオフセット量Ｅを用いて、フォーカスサーボ制御部１３がアクチュエータ１０の駆動をさらに制御し、決定したオフセット量分だけ対物レンズ３を光軸方向に駆動させ、光軸方向の焦点位置を制御するようになっている。

フォーカスエラー信号Ｓが０となる位置に光軸方向の焦点を保持する理由としては、光軸方向に対する焦点位置を常にフォーカスエラー信号検出のダイナミックレンジＤの範囲内に押さえ込む必要があるからである。光軸方向に対する焦点位置をダイナミックレンジＤの範囲内に押さえ込む理由については後述する。

図２は、オフセット量Ｅを決定する上記補正部１１の構成図である。補正部１１は、減算器２１、第１演算器２２、加算器２３、第２演算器２４、第３演算器２５、制御部（目的位置指定部）２６及びメモリ２７を備えている。図において、Ｔは、光検出器７にて検出される感光材４と基板５とからなる露光対象物からの反射光のトータル量である。また、Ｔ１は、感光材４の表面における反射光より検出されるトータル光量であり、ｄは、基板５に塗布された感光材４の膜厚、ｎはレーザ光源１から発せられるレーザ光に対する感光材４の屈折率、Ｄはダイナミックレンジ、ＣはＣ＝Ｓ_ＭＡＸ／Ｔで定められる定数である。ここで、Ｓ_ＭＡＸは、光検出器７により検出されるフォーカスエラー信号Ｓの最大値である。これらトータル光量Ｔ１、ダイナミックレンジＤ、定数Ｃ、感光材４の膜厚ｄ、及び感光材の屈折率ｎは、メモリ２７に格納されている。

上記減算器２１は、光検出器７より入力されるトータル光量Ｔと、メモリ２７に格納されているトータル光量Ｔ１より、後述のトータル光量Ｔ２を演算するものである。また、第１演算器２２は、減算器２１より入力されるトータル光量Ｔ２と、メモリ２７に格納されている膜厚ｄ、屈折率ｎ、定数Ｃ、ダイナミックレンジＤより、後述するフォーカスエラー信号（第１フォーカスエラー信号）Ｓ２（ｘ）を演算するものである。第２演算器２４は、メモリ２７に格納されているトータル光量Ｔ１、定数Ｃ、ダイナミックレンジＤより、後述するフォーカスエラー信号（第２フォーカスエラー信号）Ｓ１（ｘ）を演算するものである。

加算器２３は、第１演算器２２より入力されるフォーカスエラー信号Ｓ２（ｘ）と第２演算器２４より入力されるフォーカスエラー信号Ｓ１（ｘ）とを加算して、後述するフォーカスエラー信号（第３フォーカスエラー信号）Ｓ（ｘ）を求めるものである。

制御部２６は、第３演算器２５へと、光軸方向に対する焦点の補正目的位置ｆを出力するものであり、第３演算器２５は、加算器２３より入力されるフォーカスエラー信号Ｓ（ｘ）と制御部２３からの補正目的位置ｆとにより、後述するようにオフセット量Ｅを演算するものである。

図３は、フォーカスエラー信号の合成を説明するものである。図において、横軸は対物レンズ３の変位量であり、右方向が感光材４から基板５に近づく方向である。光検出器７により検出されるフォーカスエラー信号Ｓは、感光材４の表面からの反射により検出されるフォーカスエラー信号Ｓ１と、感光材４と基板５の界面からの反射により検出されるフォーカスエラー信号Ｓ２の合成信号となるため、以下の式が成立する。

Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２
レーザ光源１から発せられたレーザ光に対する感光材４の表面からのトータル光量をＴ１、感光材４と基板５との界面からのトータル光量をＴ２とし、フォーカスエラー信号Ｓ１及びフォーカスエラー信号Ｓ２をｓｉｎ関数で近似すると、以下の式となる。

Ｓ１（ｘ）＝Ｔ１×Ｃｓｉｎ（ｘπ／Ｄ）
Ｓ２（ｘ）＝Ｔ２×Ｃｓｉｎ{（ｘ−ｎｄ）π／Ｄ}
ここで、Ｔ１及びＣについては、予め測定しておき、既知の値とする必要がある。Ｔ１とＣの測定方法については後述する。また、Ｔ２の計算方法についても後述する。

ｓｉｎ関数で近似したＳ１（ｘ）とＳ２（ｘ）との和より、光検出器７により検出されるフォーカスエラー信号Ｓ（ｘ）は以下の式（４）ように近似される。

Ｓ（ｘ）＝Ｃ〔（Ｔ１）ｓｉｎ（ｘπ／Ｄ）
＋（Ｔ２）ｓｉｎ{（ｘ−ｎｄ）π／Ｄ}〕
以上の近似式から、補正目的位置ｆに光軸方向に対する焦点を補正するために必要なオフセット量Ｅは以下のようになる。

Ｅ＝Ｓ（ｆ）
また、ダイナミックレンジＤが、感光材４の膜厚ｄ、感光材４の表面から光軸方向に対する焦点までの距離ｋよりも十分大きい場合、
Ｓ１（ｘ）＝（Ｔ１）×Ｃｘπ／Ｄ
Ｓ２（ｘ）＝（Ｔ２）×Ｃ（ｘ−ｎｄ）π／Ｄ
と、より単純な式で直線近似することができる。

Ｓ１、Ｓ２の和より、フォーカスエラー信号Ｓの近似式が求められ、補正目的位置ｆに補正するために必要なオフセット量Ｅは、前述と同様にＥ＝Ｓ（ｆ）となる。

基板５としてガラス基板とシリコン基板の２種類を用い、これらに感光材４としてレジストを塗布して実際に描画を行って得たオフセット量と、上記近似式を用いて求めたオフセット量とを比較検討した。基板５がガラス基板の場合、フォーカスエラー信号Ｓ＝０の位置から、対物レンズ３を基板方向に１．０μｍ補正したときに矩形形状が得られた。また、基板５がシリコン基板の場合は、フォーカスエラー信号Ｓ＝０の位置から、対物レンズを基板方向に０．６μｍ補正したときに、ガラス基板の時と同様の矩形形状が得られた。ガラス基板の描画時に印加したオフセット電圧をＥｇ、シリコン基板の描画時に印加したオフセット電圧をＥｓとすると、Ｅｇ／Ｅｓ＝５５０ｍＶ／６９０ｍＶ≒０．８であった。

一方、上述の近似式を用いて、ガラス基板の場合にフォーカスエラー信号Ｓ＝０の位置から、対物レンズを基板方向に１．０μｍ補正するために必要なオフセット電圧量Ｅｇと、シリコン基板の場合にフォーカスエラー信号Ｓ＝０の位置から、対物レンズを基板方向に０．６μｍ補正するために必要なオフセット電圧量Ｅｓとを計算したところ、Ｅｇ＝３．４Ｃ、Ｅｓ＝５Ｃであり、Ｅｇ／Ｅｓ≒０．７となった。

以上説明したオフセット量の決定法では、露光対象物からのトータル光量Ｔより、光軸方向に対する焦点を任意位置に補正するのに必要なオフセット量Ｅを決定するものである。したがって、露光時に感光材４の下地材質（ここでは基板５の材質）が変化した場合でも、トータル光量Ｔの変化を検出し、該Ｔの変化に対応してオフセット量Ｅを決定するので、下地材質に関わらず光軸方向に対する焦点を任意位置に補正することができ、再現性の良い露光が可能となる。

ここで、オフセット量Ｅの決定に必要なフォーカスエラー信号Ｓ２を求めるためには、感光材４と基板５との界面からのトータル光量Ｔ２を検出する必要がある。

図４は、トータル光量Ｔ２を検出する方法を説明するための図である。感光材４と基板５とからなる露光対象物のトータル光量Ｔは、感光材４の表面からのトータル光量Ｔ１と、感光材４と基板５との界面からのトータル光量Ｔ２の合計となり、以下の式で表される。

Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２
Ｔ１は、予め測定を行った既知の値であるので、該式よりＴ２の値が求められる。Ｔ２を検出する際、Ｔ、Ｔ１、Ｔ２の値は、ダイナミックレンジＤの範囲内における値を参照とする必要がある。

ダイナミックレンジＤの範囲内における値を参照する理由としては、ダイナミックレンジＤの範囲外では、図４に示すように、光軸方向に対する焦点位置の変化に伴い、Ｔ１、Ｔ２両方の値が変化してしまい、Ｔ１、Ｔ２それぞれの変化量が分からないため、Ｔ２を検出することができないからである。ダイナミックレンジＤの範囲内においては、Ｔ、Ｔ１、Ｔ２は略一定となるので、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２の式より、Ｔ２を検出することができる。

以上のように、トータル光量Ｔ２の検出は、光軸方向に対する焦点位置が常にダイナミックレンジＤの範囲内であれば可能である。

なお、ここでは、フォーカスサーボ制御部１３が、アクチュエータ１０によりフォーカスエラー信号Ｓが０となる位置に光軸方向の焦点を保持した後、補正部１１により光軸方向の焦点を任意位置に補正するために必要なオフセット量Ｅを決定するとした。しかしながら、アクチュエータ１０が保持する光軸方向の焦点位置はダイナミックレンジＤの範囲内であれば、フォーカスエラー信号が０ではない位置においても、本発明におけるオフセット量決定方法は成立する。

最後に、感光材４表面のトータル光量Ｔ１と定数Ｃについて説明する。Ｔ１とＣとは、図１で説明した露光装置による露光の前にあらかじめ測定し、既知の値としておく必要がある。図５は、感光材４の表面からの反射光よりトータル光量Ｔ１および定数Ｃを検出するための装置の構成図である。

反射のない吸収体１４に感光材４を塗布し、レーザ光Ａ１ａを感光材４に照射する。感光材４の表面で反射された戻り光Ａ２は入射したときの光路を逆に進み、ビームスプリッタ２により分割され、分割された戻り光Ａ２ａは集光レンズ６で集光され、光検出器７に入射される。

シリンドリカルレンズ８により戻り光Ａ２ａに非点収差を与え、スポット形状を楕円形にし、４分割光検出器９に入射させる。アクチュエータ１０を駆動し、フォーカスエラー信号Ｓ１、ダイナミックレンジＤ内で得られるトータル光量Ｔ１を検出し、データを取る。また、ここで検出されるフォーカスエラー信号Ｓ１から、フォーカスエラー信号の近似式の定数ＣをＣ＝Ｓ１_ＭＡＸ／Ｔ１として求めることができる。以上の方法で、トータル光量Ｔ１、定数Ｃを測定し、ここでの測定結果を用いてオフセット量Ｅを決定する。

なお、感光材４表面からのトータル光量Ｔ１は、必ずしもこのように予め測定しておく必要はなく、感光材４の屈折率から計算により求めてもよい。ただし、計算値と実測値の間には誤差が生じるので、このように予め測定しておいた値を用いることで、さらに正確なオフセット量の計算が可能となる。

また、本発明は、換言すれば以下のように表現することもできる。つまり、少なくとも一種類以上の材質により構成されている基板と、前記基板上に塗布された感光材からなる露光対象物と、前記感光材にレーザ光を照射する光源と、前記光源から照射されたレーザ光を前記感光材に集光する対物レンズと、露光対象物上における前記レーザ光の集光状態を検出する光検出器と、前記光検出器からの出力をもとに前記対物レンズと露光対象物の距離を一定に制御するアクチュエータとを有する露光装置において、前記感光材表面からの反射光量と、前記基板と前記感光材からなる露光対象物からの反射光量を用いて、前記光検出器からの出力を補正する補正部を有することを特徴としている。

これによれば、感光材の屈折率等から計算される反射率により計算される感光材からの反射光量と、露光時の基板と感光材からの反射光量から、光軸方向に対する焦点を任意位置に合わせるため、必要なオフセット量を正確に求めることができる。また、露光対象物である基板が複数の材質で構成されており、感光材の下地となる基板の材質がステージの駆動に応じて変化する場合においても、材質に合わせて随時オフセット量を変化させることができるため、露光時には常に所望の位置に光軸方向に対する焦点を保持し、描画パターンに再現性を持たせることができるという効果がある。

また、この場合、上記アクチュエータを、フォーカスエラー信号が０となる位置に制御した後に、光軸方向に対する焦点を任意位置に補正する補正部を有することを特徴とすることもできる。

これによれば、まずアクチュエータを一旦フォーカスエラー信号Ｓが０となる位置に制御した後で、光軸方向に対する焦点を任意位置に補正しているため、焦点位置がフォーカスエラー信号のダイナミックレンジの範囲内にすることが可能となり、感光材表面及び感光材と基板の界面からの反射光量を正確に計算でき、必要なオフセット量をより正確に求めることができる。

さらに、上記感光材表面からの反射光量は予め測定して記憶するメモリを有することを特徴とすることもでき、これによれば、感光材からの反射光量は予め測定しておいた値を用いるので、さらに正確なオフセット量の計算が可能となる。

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や、ＩＣ、ＬＳＩ等の製造等、露光の必要な半導体装置の製造に適用することができる。

本発明の実施一形態を示すもので、露光装置の構成図である。上記露光装置における、オフセット量を決定する補正部の構成を示すブロック図である。フォーカスエラー信号の合成を説明するための図面である。トータル光量Ｔ２を検出する方法を説明するための図面である。トータル光量Ｔ１、定数Ｃを検出するための装置の構成図である。光検出器により検出されるフォーカスエラー信号を説明するための図面である。フォーカスエラー信号を検出する光検出器を説明するための図面である。テスト用基板を用いた描画を行わずにオフセット電圧を判断する、従来の方法を実施するための装置の構成図であるフォーカスエラー信号変化に伴うオフセット量変化を説明するための図面である。

符号の説明

１レーザ光源
２ビームスプリッタ
３対物レンズ
４感光材
５基板
６集光レンズ
７光検出器
８シリンドリカルレンズ
９４分割光検出器
１０アクチュエータ
１１補正部（補正手段）
１２ステージ
１３フォーカスサーボ制御部
２１減算器
２２第１演算器
２３加算器
２４第２演算器
２５第３演算器
２６制御部（目的位置指定部）
２７メモリ

Claims

基板上に感光材が塗布されてなる露光対象物に対してレーザ光を照射し、上記感光材にレーザ光の照射軌跡に応じたパターンを形成する露光装置であって、
上記露光対象物にレーザ光を照射する光源と、
該光源から照射されたレーザ光を上記露光対象物上に集光する対物レンズと、
露光対象物上における前記レーザ光の集光状態を検出する光検出器と、
該光検出器からの出力をもとにアクチュエータを駆動して上記対物レンズと露光対象物との距離を制御するフォーカスサーボ制御部とを備え、
さらに、上記光検出器にて得られる上記露光対象物からの反射光量と上記感光材表面からの反射光量とを用いて上記光検出器からの出力を補正する補正値を求めて上記フォーカスサーボ制御部へと与える補正手段を備えることを特徴とする露光装置。
上記補正手段は、上記フォーカスサーボ制御部がアクチュエータを駆動して上記対物レンズと露光対象物との距離をフォーカスエラー信号が０となる位置に制御した後に、光軸方向に対する焦点を任意位置に補正する補正値を求めるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
上記感光材表面からの反射光量は予め測定されメモリに格納されていることを特徴とする請求項１、２に記載の露光装置。
上記補正手段は、予め測定して得た上記感光材表面からの反射光量、上記感光材の膜厚、上記光源から発せられるレーザ光に対する上記感光材の屈折率、フォーカスエラー信号検出のダイナミックレンジ、及び定数を格納したメモリと、
光検出器にて検出される露光対象物からの反射光量と上記感光材表面からの反射光量より、上記感光材と上記基板との界面における反射光量を演算する減算器と、
該減算器にて演算された上記感光材と上記基板との界面における反射光量と、メモリに格納されている、上記感光材の膜厚、上記感光材の屈折率、上記定数、上記ダイナミックレンジより、上記感光材と上記基板との界面からの反射光による第１フォーカスエラー信号を演算する第１演算器と、
メモリに格納されている、上記感光材表面からの反射光量、上記定数、上記ダイナミックレンジより、感光材表面の反射光による第２フォーカスエラー信号を演算する第２演算器と、
第１演算器にて演算された第１フォーカスエラー信号と第２演算器にて演算された第２フォーカスエラー信号とを加算して第３フォーカスエラー信号を求める加算器と、
光軸方向に対する焦点の補正目的位置を指定する目的位置指定部と、
上記加算器にて求められた第３フォーカスエラー信号と上記制御部からの補正目的位置とによりオフセット量を演算する第３演算器とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。