JP2015070022A - ビーム位置補正装置、露光装置およびパターン描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームの位置を高精度で、しかも安定的に補正することができるビーム位置補正装置を提供する。【解決手段】光ビームＬＢに対して透過性を有する材料で形成され、光ビームの光路上に配置される平行平板４５１と、第１方向および第２方向に対して直交する第３方向Ｙの延びる軸線周りに平行平板を回動自在に保持するホルダ４５２と、ホルダを軸線周りに駆動するモータ４５３ａと、平行平板から第３方向に離れた位置でモータを支持するモータ支持部４５４とを備え、モータ支持部はモータの出力軸を挿通可能な第１貫通孔を有し、モータの出力軸はモータ支持部に対して平行平板の反対側から第１貫通孔に挿通されるとともにホルダ４５２と連結される。【選択図】図５

Description

この発明は、光ビームの進行方向と直交する方向に当該光ビームをシフトさせて光ビームの位置を補正するビーム位置補正装置、ならびに当該ビーム位置補正装置を用いる露光装置およびパターン描画装置に関するものである。

光ビームを対象物に照射する装置として、例えば特許文献１では基板（対象物）にパターンを描画するパターン描画装置が記載されている。この装置では、光ビームを基板に照射する光学ヘッド部（露光部）が設けられている。この光学ヘッド部は、光ビームを射出する光源と、光源からの光ビームをパターンデータに基づいて空間変調する空間変調部とを有しており、空間変調部により変調された光ビームを基板に照射してパターンを露光する。

ところで、特許文献１に記載の装置では、基板に対するパターンの位置を高精度にコントロールするために、光路補正部（本発明の「ビーム位置補正装置」に相当）が設けられている。この光路補正部は、２個のウェッジプリズムと、一方のウェッジプリズムを他方のウェッジプリズムに対して光ビームの進む方向に移動させて両ウェッジプリズムの離間距離を変化させるウェッジプリズム移動機構とを有している。そして、光路補正部は上記離間距離を変化させることによって、ウェッジプリズムに入射する光ビームの経路を光ビームの進む方向と直交する方向にシフトさせる。これによって、空間変調部の空間変調の単位よりも細かい精度で光ビームの位置を補正することが可能となっている。

特開２０１２−９３７０１号公報 特開平６−４２９３０号公報

ところで、上記特許文献１に記載された光路補正部、つまりビーム位置補正装置は、２個のウェッジプリズムを有している。また、両ウェッジプリズムの離間距離を正確にコントロールするために、ウェッジプリズム移動機構では、可動ステージ、ガイドレール、回転モータおよびボールネジなどの部品を組み合わせた直線駆動システムが組み立てられている。このため、ビーム位置補正装置は複雑な構成を有しており、組立調整に多大な工数が必要となる。また、部品点数も多く、このことがビーム位置補正装置の大型化や高コスト化を招いている。さらに、多くの部品を駆動するためには、回転モータの高容量化も必要であり、回転モータの発熱が大きな問題となることがあった。すなわち、回転モータで発生した熱が光ビームの光路に進入すると、空気の揺らぎが生じて光ビームの位置が不安定となる。

そこで、このような問題を解消する一つの方策として、特許文献２に記載された技術をビーム位置補正装置として転用することが考えられる。すなわち、特許文献２に記載された技術は、光ビームの光路上に透明な平行平板を配置し、回転機構により光ビームの進行方向と直交する方向に延びる軸線周りに平行平板を駆動して光ビームを光路からシフトさせるものである。したがって、この技術を転用することでビーム位置補正装置の簡素化および低コスト化を図ることが可能である。

しかしながら、特許文献２では回転機構による平行平板の駆動構成について具体的に記載されていない。また、回転機構から発生する熱が光ビームの光路に進入するのを抑制するための具体的な構成も記載されていない。したがって、平行平板を回動させて光ビームをシフトさせるという特許文献２に記載された基本的構成をそのままビーム位置補正装置に転用したとしても、熱の影響により光ビームの位置が変動するのを抑制することは困難である。

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、光ビームの位置を高精度で、しかも安定的に補正することが可能なビーム位置補正技術を提供することを目的とする。

この発明の第１態様は、第１方向に進む光ビームを第１方向と直交する第２方向にシフトさせて光ビームの位置を補正するビーム位置補正装置であって、光ビームに対して透過性を有する材料で形成され、光ビームの光路上に配置される平行平板と、第１方向および第２方向に対して直交する第３方向の延びる軸線周りに平行平板を回動自在に保持するホルダと、ホルダを軸線周りに駆動するモータと、平行平板から第３方向に離れた位置でモータを支持するモータ支持部とを備え、モータ支持部はモータの出力軸を挿通可能な第１貫通孔を有し、モータの出力軸はモータ支持部に対して平行平板の反対側から第１貫通孔に挿通されるとともにホルダと連結されることを特徴としている。

このように構成された第１態様にかかる発明では、平行平板を保持するホルダが軸線周りに駆動される。したがって、平行平板の表面が第１方向と直交するようにホルダが位置決めされると、平行平板に入射した光ビームはそのまま第１方向に直進する。一方、平行平板の表面が第１方向に対して傾斜するようにホルダが位置決めされると、傾斜角に応じた量だけ光ビームは第２方向にシフトされる。このように平行平板の回動動作によって光ビームの位置を補正することができ、複数の光学素子（ウェッジプリズム）を用いた特許文献１に記載の装置よりも装置構成を簡素化することができる。また本発明では、モータの出力軸がホルダに直接連結され、単純な構成で光ビームの位置補正を行うことができる。これらのことから、ビーム位置補正装置の低コスト化が可能となっている。

また、上記構成を有するビーム位置補正装置では、ビーム位置補正の駆動源たるモータの低容量化も可能であり、モータでの発熱量が抑制される。しかも、モータの出力軸はモータ支持部に対して平行平板の反対側から第１貫通孔に挿通されており、モータで発生する熱の多くはモータ支持部で遮断される。したがって、モータから光ビームの光路に進入する熱量が抑制され、熱の影響による光ビームの位置変動が抑制される。

また、本発明の第２態様は、光ビームを被露光面に照射する露光装置であって、光ビームを射出する光源と、第１方向に進む光ビームを第１方向と直交する第２方向にシフトさせて光ビームの露光位置を補正するビーム位置補正機構とを備え、ビーム位置補正機構は、光ビームに対して透過性を有する材料で形成され、光ビームの光路上に配置される平行平板と、第１方向および第２方向に対して直交する第３方向の延びる軸線周りに平行平板を回動自在に保持するホルダと、ホルダを軸線周りに駆動するモータと、平行平板から第３方向に離れた位置でモータを支持するモータ支持部とを備え、モータ支持部はモータの出力軸を挿通可能な第１貫通孔を有し、モータの出力軸はモータ支持部に対して平行平板の反対側から第１貫通孔に挿通されるとともにホルダと連結されることを特徴としている。

このように構成された第２態様にかかる発明では、上記したビーム位置補正装置と同一の構成を有するビーム位置補正機構が設けられ、被露光面に照射される光ビームの位置を補正する。したがって、光ビームによる露光位置を高精度で、しかも安定して制御することができ、良好な露光処理を行うことができる。

さらに、本発明の第３態様は、光ビームを変調して得られる変調光ビームを対象物に照射してパターンを描画するパターン描画装置であって、光ビームを射出する光源と、光ビームを変調して変調光ビームを出力する光変調部と、第１方向に進む光ビームおよび第１方向に進む変調光ビームのいずれか一方を補正対象光ビームとし、補正対象光ビームを第１方向と直交する第２方向にシフトさせてパターンの描画位置を補正するビーム位置補正機構とを備え、ビーム位置補正機構は、補正対象光ビームに対して透過性を有する材料で形成され、補正対象光ビームの光路上に配置される平行平板と、第１方向および第２方向に対して直交する第３方向の延びる軸線周りに平行平板を回動自在に保持するホルダと、ホルダを軸線周りに駆動するモータと、平行平板から第３方向に離れた位置でモータを支持するモータ支持部とを備え、モータ支持部はモータの出力軸を挿通可能な第１貫通孔を有し、モータの出力軸はモータ支持部に対して平行平板の反対側から第１貫通孔に挿通されるとともにホルダと連結されることを特徴としている。

このように構成された第３態様にかかる発明では、上記したビーム位置補正装置と同一の構成を有するビーム位置補正機構が設けられ、対象物に照射される光ビームの位置を補正する。したがって、対象物への光ビームの照射位置を高精度で、しかも安定して制御することができ、良好なパターン描画が可能となる。

以上のように、本発明にかかるビーム位置補正装置によれば、モータ支持部により支持されたモータの出力軸がモータ支持部の第１貫通孔を介してホルダに連結され、当該ホルダにより保持される平行平板を回動させて光ビームをシフトさせる。したがって、モータの低容量化が可能となり、モータの発熱量を低下させるとともに、モータで発生した熱をモータ支持部で遮断する。その結果、熱の影響により光ビームの位置が変動するのを抑制し、光ビームの位置を高精度で、しかも安定的に補正することが可能となっている。

また、上記ビーム位置補正装置と同一構成のビーム位置補正機構を、露光装置に組み込むことで良好な露光処理を行うことができ、パターン描画装置に組み込むことで良好なパターン描画を行うことができる。

本発明にかかるビーム位置補正装置の一実施形態を装備したパターン描画装置の側面図である。 図１のパターン描画装置の上面図である。 パターン描画処理中の光学ヘッド部と基板との様子を模式的に示す図である。 図４は１ストライプ分の領域の描画に係る処理の流れを説明するための図である。 図１のパターン描画装置に装備されるビーム位置補正部の構成を示す図である。 本発明にかかるビーム位置補正装置の他の実施形態を示す図である。 本発明にかかるビーム位置補正装置の別の実施形態を示す図である。

図１は本発明にかかるビーム位置補正装置の一実施形態を装備したパターン描画装置の側面図である。また、図２は図１のパターン描画装置の上面図である。パターン描画装置１００は、レジスト等の感光材料の層が形成された半導体基板（以下、単に「基板」という）Ｗの上面に光ビームを照射して、所定のパターンを描画する装置である。なお、図１および図２では、装置の内部構成を示すために外部カバーを除いた状態を示している。また、各図における方向を統一的に示すために、図１左下に示すようにＸＹＺ直交座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面、Ｚ軸が鉛直軸を表す。より詳しくは、（＋Ｚ）方向が鉛直上向き方向を表している。装置から見たときの正面方向は（＋Ｘ）方向であり、基板Ｗの搬入出を含む外部からの装置へのアクセスはＹ軸方向に沿ってなされる。

パターン描画装置１００では、本体フレーム１０１にカバーが取り付けられることによって本体内部が形成される。この本体内部には、処理領域１０２と受け渡し領域１０３とが設けられている。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移動機構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の上面に光を照射して露光する光学ヘッド部４０、基板Ｗ上の描画予定領域を撮像する先行撮像ユニット５０、および、基板Ｗ上のアライメントマーク（図示省略）を撮像する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装置７０が配置される。

また、パターン描画装置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、本体外部には、パターン描画装置１００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が配置される。さらに、パターン描画装置１００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。

このパターン描画装置１００では、搬送装置７０がカセット載置部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に設けられるステージ１０に搬入する。そして、制御部９０がステージ移動機構２０、ステージ位置計測部３０、光学ヘッド部４０、先行撮像ユニット５０およびアライメントユニット６０などを制御してパターン描画処理を実行する。また、パターン描画処理の完了後に、搬送装置７０が処理済みの基板Ｗをステージ１０から受け取り、パターン描画装置１００の本体外部に搬出してカセットＣに収容する。なお、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。

次に、装置各部の構成および動作について図１および図２を参照して説明する。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として機能する。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。なお、基板の保持態様はこれに限定されるものではなく、例えばメカチャック方式で基板Ｗを保持するように構成してもよい。

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）、および、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を回転させる回転機構２１と、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート２２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、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を主走査方向に移動させる主走査機構２５とを備える。回転機構２１、副走査機構２３、および、主走査機構２５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ステージ１０を移動させる。

回転機構２１は、支持プレート２２上において、基板Ｗの上面に垂直な回転軸を中心としてステージ１０を回転する。

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２３ａを有している。また、支持プレート２２とベースプレート２４との間には、副走査方向にのびる一対のガイド部２３ｂが設けられている。このため、リニアモータ２３ａを動作させると、ベースプレート２４上のガイド部２３ｂに沿って支持プレート２２が副走査方向に移動する。

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パターン描画装置１００の基台１０６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２５ａを有している。また、ベースプレート２４と基台１０６との間には、主走査方向にのびる一対のガイド部２５ｂが設けられている。このため、リニアモータ２５ａを動作させると、基台１０６上のガイド部２５ｂに沿ってベースプレート２４が主走査方向（Ｙ方向）に移動する。

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る。ステージ位置計測部３０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ステージ１０の位置を計測する。

ステージ位置計測部３０は、例えば、ステージ１０に向けてレーザ光を照射し、その反射光と出射光との干渉を利用して、ステージ１０の位置を計測する機構により構成することができる。この場合、ステージ位置計測部３０は、例えば、レーザ光を出射する出射部３１と、ビームスプリッタ３２と、ビームベンダ３３と、第１干渉計３４と、第２干渉計３５とを備える。出射部３１、および、各干渉計３４，３５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ステージ１０の位置を計測する。

出射部３１から出射されたレーザ光は、まずビームスプリッタ３２に入射し、ビームベンダ３３に向かう第１分岐光と、第２干渉計３５に向かう第２分岐光とに分岐される。第１分岐光は、ビームベンダ３３により反射され、第１干渉計３４に入射するとともに、第１の干渉計３４からステージ１０の第１の部位に照射される。そして、第１の部位において反射した第１分岐光が、再び第１干渉計３４へ入射する。第１干渉計３４は、ステージ１０の第１の部位に向かう第１分岐光と第１の部位で反射された第１分岐光との干渉に基づいて第１の部位の位置に対応した位置パラメータを計測する。

一方、第２分岐光は、第２干渉計３５に入射するとともに、第２干渉計３５からステージ１０の第２の部位（ただし、第２の部位は、第１の部位とは異なる位置である）に照射される。そして、第２の部位において反射した第２分岐光が、再び第２干渉計３５へ入射する。第２干渉計３５は、ステージ１０の第２の部位に向かう第２分岐光とステージ１０の第２の部位で反射された第２分岐光との干渉に基づいて第２の部位の位置に対応した位置パラメータを計測する。

制御部９０は、第１干渉計３４および第２干渉計３５のそれぞれから、ステージ１０の第１の部位の位置に対応した位置パラメータ、および、ステージ１０の第２の部位の位置に対応した位置パラメータを取得する。そして、取得した各位置パラメータに基づいて、ステージ１０の位置を算出する。

光学ヘッド部４０は、ステージ１０およびステージ移動機構２０を跨ぐようにして基台１０６上に架設されたフレーム１０７に設けられる。そして、光学ヘッド部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露光する機能を有する。

光学ヘッド部４０は、レーザ光を出射するレーザ発振器４１と、レーザ発振器４１を駆動するレーザ駆動部４２と、レーザ発振器４１から出射された光ビームを、強度分布が均一な線状の光ビームとする照明光学系４３と、を備える。これらの各部４１、４２、４３は、フレーム１０７の天板を形成するボックスの内部に配置される。また、これらの各部４１、４２、４３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動作する。

光学ヘッド部４０は、さらに、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描画ユニット４０１を備える。描画ユニット４０１は、照明光学系４３からミラー（図示省略）を介して定められた角度で入射した光ビームを、パターンデータに基づいて空間変調する空間変調ユニット４４と、空間変調ユニット４４から出射される空間変調された光ビームの経路をシフトさせることによって光ビームの位置を補正するビーム位置補正部４５と、ビーム位置補正部４５においてその経路が修正された光ビームを基板Ｗの表面に導いて当該表面に結像させる投影光学系４６とを備える。描画ユニット４０１が備える各部４４，４５，４６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動作する。なお、ビーム位置補正部４５の構成および動作については後で詳述する。

先行撮像ユニット５０は、光学ヘッド部４０と対応付けられており、対応する光学ヘッド部４０の付近（具体的には、主走査の際に光学ヘッド部４０が基板Ｗに対して相対的に移動する移動方向について定められた距離だけ上流側）に配置されて、対応する光学ヘッド部４０が描画を行う予定の基板Ｗ上の領域（描画予定領域）を撮像する。

アライメントユニット６０は、基板Ｗの上面に形成されたアライメントマーク（図示省略）を撮像する。

制御部９０は、各種の演算処理を実行しつつ、パターン描画装置１００が備える各部の動作を制御する。制御部９０は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit））、ブートプログラム等を記憶するＲＯＭ（Read
Only Memory）、演算処理の作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶する記憶部（例えば、ハードディスク）、各種表示を行うディスプレイ、キーボード、および、マウスなどで構成される入力部、ＬＡＮ（Local Area Network）等を介したデータ通信機能を有するデータ通信部、等を備えるコンピュータにより構成される。そして、コンピュータにインストールされたプログラムにしたがってコンピュータが動作することにより、当該コンピュータがパターン描画装置１００の制御部９０として機能する。なお、制御部９０において実現される各機能部は、コンピュータによって所定のプログラムが実行されることにより実現されてもよいし、専用のハードウエアによって実現されてもよい。

制御部９０が備える記憶部には、基板Ｗに描画すべきパターンを記述したデータ（パターンデータ）が格納される。パターンデータは、例えば、ＣＡＤ（Computer Aided Design）を用いて生成されたＣＡＤデータである。制御部９０は、基板Ｗに対する一連の処理に先だってパターンデータを取得して記憶部に格納している。なお、パターンデータの取得は、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。

このように構成されたパターン描画装置１００では、搬送装置７０が処理対象となる基板Ｗを搬入してステージ１０に載置すると、当該基板Ｗに対する一連の処理が開始される。まず、アライメントマークの撮像が行われる。具体的には、ステージ移動機構２０が、制御部９０からの指示に応じてステージ１０を移動させることによって基板Ｗをアライメントユニット６０に対して相対的に移動させて、アライメントユニット６０の下方に、基板Ｗの所定位置（アライメントマークの形成位置）が置かれるように基板Ｗを移動させる。基板Ｗが目標位置まで移動させられると、アライメントユニット６０は、制御部９０からの指示に応じて、基板Ｗの表面を撮像する。これによって、アライメントマークの撮像データが得られることになる。この動作は、定められた回数だけ繰り返され、これによって、基板Ｗ上の異なる位置にそれぞれ形成されたアライメントマークの各撮像データが得られる。

続いて、ステージ１０の位置調整が行われる。この処理においては、制御部９０は、まず、上記のようにして撮像された複数の撮像データに基づいて、ステージ１０に対する基板Ｗの位置および向きを特定する。ステージ１０に対する基板Ｗの位置および向きが特定されると、制御部９０は、ステージ位置計測部３０およびステージ移動機構２０を制御してステージ１０の位置を調整する（アライメント処理）。具体的には、ステージ１０に載置された基板Ｗが光学ヘッド部４０に対して定められた位置および向きとなるように、ステージ１０の位置を調整する。

なお、アライメント処理は、光学ヘッド部４０に対する基板Ｗの位置が調整されるようにパターンデータを修正することで対応してもよい。すなわち、アライメント処理は、ステージ１０の位置を調整するのではなく、パターンデータを補正処理することにより行われてもよい。

続いて、パターンデータの補正処理が行われる。この処理においては、制御部９０は、上記複数の撮像データからアライメントマークの位置を検出する。そして、当該検出位置の理想位置（基板Ｗが変形していない場合に検出されるべきアライメントマークの位置）からのズレの幅をズレ量として検出する。基板Ｗに変形（歪み、収縮・膨張等の形状変化）が生じている場合、これがズレ量として検出されることになる。基板Ｗが変形している場合、当該変形した基板Ｗに形成されている下地パターンの位置も、検出されたズレ量だけずれた位置にあると予測される。そこで、制御部９０は、当該予測された下地パターンの形成位置と合致するように、パターンデータを補正する（データ補正処理）。つまり、パターンデータに記述されるパターンを検出されたズレ量分だけずらすように修正することによって、パターンデータに記述されるパターンを、基板Ｗと同じように変形させる。ここで得られた修正後のパターンデータを、以下「修正パターンデータ」という。なお、この処理は、アライメント処理と並行して行われてもよい。

アライメント処理およびデータ補正処理が完了すると、修正パターンデータに基づいて、基板Ｗに対するパターンの描画処理が行われる。このパターンの描画処理は、制御部９０が、ステージ移動機構２０を制御してステージ１０に載置された基板Ｗを光学ヘッド部４０に対して相対的に移動させるとともに、光学ヘッド部４０から基板Ｗの上面に空間変調された光ビームを照射させることにより行われる。具体的には、次のようにして実行される。

図３はパターン描画処理中の光学ヘッド部と基板との様子を模式的に示す図である。ステージ移動機構２０は、制御部９０からの指示に応じて、ステージ１０を主走査方向（＋Ｙ軸方向）に沿って移動させることによって、基板Ｗを光学ヘッド部４０に対して主走査方向に沿って相対的に移動させる（矢印ＡＲ１）（主走査）。基板Ｗが主走査方向に沿って相対的に移動させられる間、光学ヘッド部４０は、制御部９０からの指示に応じて、修正パターンデータ（具体的には、ラスタライズされた修正パターンデータ）に応じた空間変調が形成された光を、基板Ｗに向けて照射する。

基板Ｗの＋Ｙ側の端部が光学ヘッド部４０の下方を通過すると、１回の主走査が終了する。１回の主走査が終了すると、基板Ｗの表面に１ストライプ分の描画が行われることになる。そして、１回の主走査が終了すると、ステージ移動機構２０が、ステージ１０を主走査方向に沿って逆向き（−Ｙ軸方向）に移動させて、基板Ｗを元の位置（主走査の開始位置）に移動させる（矢印ＡＲ２）。さらに、ステージ移動機構２０は、ステージ１０を副走査方向（Ｘ軸方向）に沿って、１ストライプの幅に相当する距離だけ移動させることによって、基板Ｗを光学ヘッド部４０に対して副査方向に沿って相対的に移動させる（矢印ＡＲ３）（副走査）。

副走査が終了すると、再び主走査が行われる（矢印ＡＲ４）。ここでも、光学ヘッド部４０は、制御部９０からの指示に応じて、修正パターンデータに応じた空間変調が形成された光ビームを、基板Ｗに向けて照射する。これによって、先の主走査で描画された１ストライプ分の描画領域の隣に、さらに１ストライプ分の領域の描画が行われることになる。このように、主走査と副走査とが繰り返して行われることによって、基板Ｗの表面の全域にパターンが描画されることになる。

上述したとおり、描画処理においては１ストライプ分領域の描画が繰り返して実行されていくことによって、基板Ｗの全体にパターンが描画されていく。ここで、１ストライプ分の領域の描画に係る処理の流れについて、図４を参照しながら説明する。

図４は１ストライプ分の領域の描画に係る処理の流れを説明するための図である。主走査方向に沿う走査が開始されると、制御部９０は、記憶部に格納された修正パターンデータ（具体的には、修正パターンデータのうち、描画対象となる１ストライプ分の領域に描画すべきデータを記述した部分）を読み出してこれをラスタライズする（ステップＳ１１）。

また、制御部９０は、光学ヘッド部４０に、ステップＳ１１で読み出された修正パターンに応じた変調光ビームを形成させる（ステップＳ１２）。具体的には、光学ヘッド部４０のレーザ駆動部４２を制御してレーザ発振器４１からレーザ光を出射させて、空間変調ユニット４４に光ビームを入射させるとともに、空間変調ユニット４４を駆動するドライバ回路ユニット（図示省略）を修正パターンデータに基づいて制御して、当該入射光ビームに修正パターンデータに記述されたパターンに応じた空間変調を形成させる。

その一方で、主走査方向に沿う走査が開始されると、制御部９０は、先行撮像ユニット５０に、基板Ｗの表面の描画予定領域の撮像データを取得させる（ステップＳ２１）。ただし、先行撮像ユニット５０は、主走査の方向について、光学ヘッド部４０から定められた距離Ｄだけ上流側に配置されている。したがって、先行撮像ユニット５０においては、光学ヘッド部４０が一定時間後（具体的には、基板Ｗが光学ヘッド部４０に対して距離Ｄだけ移動した後）に描画を行う予定の基板Ｗ上の領域（描画予定領域）の撮像データが取得されることになる。

制御部９０は、先行撮像ユニット５０が取得した撮像データを解析して、描画予定領域に形成された下地パターンの位置を検出する。そして、当該検出位置を目標位置として記憶する。さらに、制御部９０は、ステップＳ１２で形成された変調光ビームによる描画予定位置が、副走査方向について目標位置からどれだけ位置ずれしているかを算出し、算出された値をズレ量として取得する（ステップＳ２２）。つまりここでは、描画予定位置と下地パターンとの副走査方向に沿うズレ幅が、ズレ量として検出される。例えば、下地パターンに微細なよれ等が生じている場合、これがズレ量として検出されることになる。

ステップＳ１２で形成された変調光ビームがビーム位置補正部４５に入射すると、制御部９０はビーム位置補正部４５を制御して、入射した光ビームの経路を、ステップＳ２２で取得されたズレ量分だけ副走査方向（Ｘ軸方向）に沿ってシフトさせて光ビームの位置を補正し、これによって、描画位置を補正する（ステップＳ２３）。なお、このビーム位置補正動作の詳細については、後でビーム位置補正部４５の詳しい構成とともに併せて説明する。

こうして描画予定位置からズレ量分だけ光路をシフトされた光ビームは、目標位置（すなわち、下地パターンの形成位置）に結像することになる。つまり、描画位置が補正されることによって、下地パターンと高精度に重ね合わされたパターンが描画されることになる。

ただし、ある時刻ｔに撮像された描画予定領域に対する描画処理は、当該時刻ｔから「Ｄ／ｖ（ただし、「Ｄ」は、先行撮像ユニット５０と光学ヘッド部４０との主走査の方向についての離間距離である。また、「ｖ」は、光学ヘッド部４０に対する基板Ｗの、主走査方向に沿う相対移動速度である）」が経過した時刻に実行される。したがって、制御部９０は、ある時刻ｔに撮像された撮像データに基づいて算出されたズレ量を、当該時刻ｔから時間Δｔ＝Ｄ／ｖが経過した時刻（ｔ＋Δｔ）に実行する描画処理に反映させる。

次に、パターン描画装置１００の光学ヘッド部４０に組み込まれたビーム位置補正部４５の構成および動作について説明する。

図５は図１のパターン描画装置に装備されるビーム位置補正部の構成を示す図である。このビーム位置補正部４５は本発明にかかるビーム位置補正装置やビーム位置補正機構の一実施形態に相当するものである。このビーム位置補正部４５は、空間変調ユニット４４から（−Ｚ）方向に進む光ビームＬＢに対して透過性を有する材料で形成された平行平板４５１と、平行平板４５１を光ビームＬＢの光路上で保持するホルダ４５２と、ホルダ４５２を駆動するモータ４５３とを有している。また、本実施形態では、光学ヘッド部４０は鏡筒４７を有しており、鏡筒４７がホルダ４５２により保持された平行平板４５１とともに投影レンズ４６１をホルダ４６２により保持してなる投影光学系４６をＸＹ平面において取り囲んでいる。なお、鏡筒４７の（＋Ｚ）側および（−Ｚ）側の端面には、光ビームＬＢを通過させるためのカバーガラス４７１、４７２がそれぞれ設けられて、また（−Ｙ）側の側面にモータ４５３の出力軸４５３ａを挿通するための貫通孔４７３が設けられている。

平行平板４５１はホルダ４５２に保持された状態でＹ方向に延びる軸線ＡＸ周りに回動自在に設けられている。また、モータ４５３は、その出力軸４５３ａが軸線ＡＸと一致するように配置され、モータ支持部４５４を介して鏡筒４７に固定されている。より詳しくは、モータ支持部４５４には、鏡筒４７の貫通孔４７３と同一径の貫通孔４５４ａが設けられている。そして、貫通孔４５４ａが貫通孔４７３と対向した状態でモータ支持部４５４は鏡筒４７の（−Ｙ）側の側面にボルトなどの締結金具によって固定されている。

モータ支持部４５４の貫通孔４５４ａはモータ４５３の負荷側ブラケット４５３ｂの中央部位４５３ｃに対応した形状を有しており、中央部位４５３ｃを貫通孔４５４ａに嵌入可能となっている。つまり、モータ４５３の負荷側ブラケット４５３ｂを貫通孔４５４ａにインロー嵌合させるとともにボルトなどの締結金具によってモータ支持部４５４に固定し、これによってモータ４５３がモータ支持部４５４に取り付けられている。したがって、モータ４５３は高い精度でモータ支持部４５４を介して鏡筒４７の（−Ｙ）側の側面に取り付けられ、いわゆるメタルタッチにより断熱性が確保されている。なお、負荷側ブラケット４５３ｂの中央部位４５３ｃは出力軸４５３ａを軸支する軸受４５３ｄを支持する支持部位である。

このように構成されたビーム位置補正部４５では、モータ４５３の出力軸４５３ａが平行平板４５１を保持するホルダ４５２に直接連結されており、制御部９０からの指示に応じてモータ４５３が作動することで平行平板４５１は軸線ＡＸ周りに回動して位置決めされる。例えば図５に示すように平行平板４５１の両主面が光ビームＬＢと直交するように位置決めされたときには、光ビームＬＢはそのまま平行平板４５１を（−Ｚ）方向に直進する。一方、平行平板４５１の両主面が光ビームＬＢに対して傾斜するように位置決めされたときには、平行平板４５１の表面および裏面で同一の屈折角で屈折し、光ビームＬＢは傾斜角に応じた距離だけ副走査方向（Ｘ方向）に平行シフトとし、ビーム位置補正部４５から（−Ｚ）方向に進む。これによって、Ｘ方向における光ビームＬＢの位置を補正する。

この実施形態では、上記モータ４５３としてサーボモータを用いている。その理由は、回転対象物（ホルダ４５２に保持された平行平板４５１）をモータ４５３と直結する機構を採用しているためである。つまり、サーボモータは、ボールねじ等が介在する機構に比べて高剛性であり応答性が高く、しかも停止位置精度の高いという特性を有しているからである。また、パターン描画装置１００では、光ビームＬＢを様々な位置へシフトさせる必要があり、モータ４５３で使用する回転領域も多岐に渡る。このため、低回転数から高回転数まで常に一定のトルクを出力できるサーボモータがモータ４５３として適している。

以上のように、本実施形態によれば、モータ４５３の出力軸４５３ａをホルダ４５２に直接連結し、平行平板４５１を軸線ＡＸ周りに回動することで光ビームＬＢの位置補正を行う。したがって、簡素な構成で光ビームをＸ方向にシフトさせることができ、低コストで光ビームの位置補正を行うことができる。

また、モータ４５３により平行平板４５１を直接的に駆動している。このため、機械的な累積誤差の抑制、追従性の向上、ビーム位置補正部４５の小型化、組立調整工数の削減などの作用効果が得られる。また、鏡筒４７の側面に貫通孔４７３を設けることのみで、平行平板４５１および投影光学系４６を密閉鏡筒化することができる。そのため、次のような作用効果を得られる。すなわち、本実施形態では、図１および図５に示すように、ビーム位置補正部４５の（−Ｙ）側近傍には先行撮像ユニット５０などが配置されている。このため、先行撮像ユニット５０などのビーム位置補正部４５の外部で発生する熱も、モータ４５３で発生する熱と同様に、光ビームＬＢの位置を変動させる要因のひとつになる。しかしながら、先行撮像ユニット５０から光ビームＬＢの光路への熱の進入が鏡筒４７によって遮断される。したがって、当該熱による影響を抑制して光ビームＬＢの位置変動を抑えることができる。

また、モータ４５３による平行平板４５１の直接駆動は、ビーム位置補正の駆動源たるモータ４５３の低容量化を図ることができ、電力消費量の低減とともにモータ４５３からの発熱量を抑制することができる。しかも、本実施形態では、モータ支持部４５４を用いた断熱構造を採用している。つまり、モータ４５３の出力軸４５３ａをモータ４５３支持部に対して平行平板４５１の反対側から貫通孔４５４ａに挿通しており、モータ作動によって熱が発生するモータ本体４５３ｅ（ロータやステータなどが配置された部分）がモータ支持部４５４によって平行平板４５１から遮断されている。このため、モータ４５３から光ビームＬＢの光路に進入する熱量は少なく、熱の影響、つまり空気の揺らぎにより光ビームＬＢの位置が変動するのを抑制することができる。

さらに、ビーム位置補正部４５を用いて基板Ｗの表面（被露光面）に照射される光ビームＬＢの位置を補正しているので、光ビームＬＢによる露光位置を高精度で、しかも安定して制御することができ、その結果、優れた精度でパターンを描画することができる。

このように、本実施形態では、（−Ｚ）方向、Ｘ方向およびＹ方向がそれぞれ本発明の「第１方向」、「第２方向」および「第３方向」に相当している。また、貫通孔４５４ａ、４７３がそれぞれ本発明の「第１貫通孔」および「第２貫通孔」の一例に相当している。モータ４５３の負荷側ブラケット４５３ｂの中央部位４５３ｃが本発明の「嵌合部」の一例に相当している。また、光学ヘッド部４０が本発明の「露光装置」の一例に相当している。また、基板Ｗが本発明の「対象物」の一例に相当し、基板Ｗの表面が本発明の「被露光面」の一例に相当している。

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では、メタルタッチ構造により断熱性を確保しているが、図６に示すように、モータ支持部４５４と鏡筒４７との間で貫通孔４５４ａ、４７３を取り囲むように環状シール部４５５をさらに設けてもよい。この環状シール部４５５によって、断熱性をさらに高めることができ、光ビームＬＢの位置変動をさらに効果的に抑制することができる。

また、上記実施形態では、モータ４５３がモータ支持部４５４を介して鏡筒４７に固定されているが、図７に示すように、光学ヘッド部４０を支持する基準ベース部４８に対してモータ支持部４５４を固定してもよく、この場合、次のような作用効果が得られる。図５に示すように、鏡筒４７にモータ４５３を固定する場合、鏡筒４７の剛性や精度を高める必要がある。このため、鏡筒４７のコストや重量が増大する。パターン描画装置１００では、光学ヘッド部４０の各部を取り付けるために、剛性および精度を確保した基準ベース部４８が設けられている。したがって、モータ４５３を基準ベース部４８に固定することで、鏡筒４７の（−Ｙ）側の側面のみを高精度に仕上げるだけで、必要以上に剛性や精度を確保する必要はなくなる。その結果、コストや重量の上昇を抑制することができる。

また、上記実施形態では、光変調された光ビームＬＢの位置補正を行っているが、光変調する前の光ビームの位置補正を行うように構成してもよい。つまり、光学ヘッド部４０におけるビーム位置補正部４５の配設位置は空間変調ユニット４４の出力側に限定されるものではなく、光ビームＬＢの光路上に配置することができ、例えば空間変調ユニット４４の入力側に配置してもよい。

さらに、上記実施形態では、本発明にかかるビーム位置補正装置をパターン描画装置１００のビーム位置補正部（ビーム位置補正機構）として用いているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば光ビームを被露光面に照射して露光する露光装置全般、あるいは光ビームを対象物に照射して加工する装置（例えばレーザ加工機やレーザトリミング装置など）にも適用可能である。

この発明は、光ビームの進行方向と直交する方向に当該光ビームをシフトさせて光ビームの位置を補正するビーム位置補正装置、ならびに当該ビーム位置補正装置を用いる露光装置およびパターン描画装置に適用することができる。

４０…光学ヘッド部（露光装置）
４５…ビーム位置補正部
４７…鏡筒
４８…基準ベース部
１００…パターン描画装置
４５１…平行平板
４５２…ホルダ
４５３…モータ
４５３ａ…出力軸
４５３ｂ…負荷側ブラケット
４５３ｃ…中央部位（嵌合部）
４５４…モータ支持部
４５４ａ…（第１）貫通孔
４５５…環状シール部
４７３…（第２）貫通孔
ＡＸ…軸線
ＬＢ…光ビーム
Ｗ…基板（対象物）
Ｘ…第２方向
Ｙ…第３方向
Ｚ…第１方向

Claims (8)

1. 第１方向に進む光ビームを前記第１方向と直交する第２方向にシフトさせて前記光ビームの位置を補正するビーム位置補正装置であって、
   前記光ビームに対して透過性を有する材料で形成され、前記光ビームの光路上に配置される平行平板と、
   前記第１方向および前記第２方向に対して直交する第３方向の延びる軸線周りに前記平行平板を回動自在に保持するホルダと、
   前記ホルダを前記軸線周りに駆動するモータと、
   前記平行平板から前記第３方向に離れた位置で前記モータを支持するモータ支持部とを備え、
   前記モータ支持部は前記モータの出力軸を挿通可能な第１貫通孔を有し、
   前記モータの出力軸は前記モータ支持部に対して前記平行平板の反対側から前記第１貫通孔に挿通されるとともに前記ホルダと連結される
   ことを特徴とするビーム位置補正装置。
2. 請求項１に記載のビーム位置補正装置であって、
   前記モータの負荷側ブラケットは前記第１貫通孔に嵌合自在な嵌合部を有し、
   前記嵌合部が前記第１貫通孔に嵌合されて前記モータが前記モータ支持部に固定されるビーム位置補正装置。
3. 請求項１または２に記載のビーム位置補正装置であって、
   前記ホルダおよび前記平行平板を収容する鏡筒をさらに備え、
   前記鏡筒は前記モータの出力軸を挿通可能な第２貫通孔を有し、
   前記モータの出力軸は前記第２貫通孔に挿通されるビーム位置補正装置。
4. 請求項３に記載のビーム位置補正装置であって、
   前記モータ支持部は前記第１貫通孔を前記第２貫通孔と対向させながら前記鏡筒に固定されるビーム位置補正装置。
5. 請求項４に記載のビーム位置補正装置であって、
   前記モータ支持部と前記鏡筒との間で前記第１貫通孔および前記第２貫通孔を取り囲んで設けられる環状シール部をさらに備えるビーム位置補正装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のビーム位置補正装置であって、
   前記モータ支持部は基準ベース部に固定されるビーム位置補正装置。
7. 光ビームを被露光面に照射する露光装置であって、
   前記光ビームを射出する光源と、
   第１方向に進む前記光ビームを前記第１方向と直交する第２方向にシフトさせて前記光ビームの露光位置を補正するビーム位置補正機構とを備え、
   前記ビーム位置補正機構は、
   前記光ビームに対して透過性を有する材料で形成され、前記光ビームの光路上に配置される平行平板と、
   前記第１方向および前記第２方向に対して直交する第３方向の延びる軸線周りに前記平行平板を回動自在に保持するホルダと、
   前記ホルダを前記軸線周りに駆動するモータと、
   前記平行平板から前記第３方向に離れた位置で前記モータを支持するモータ支持部とを備え、
   前記モータ支持部は前記モータの出力軸を挿通可能な第１貫通孔を有し、
   前記モータの出力軸は前記モータ支持部に対して前記平行平板の反対側から前記第１貫通孔に挿通されるとともに前記ホルダと連結される
   ことを特徴とする露光装置。
8. 光ビームを変調して得られる変調光ビームを対象物に照射してパターンを描画するパターン描画装置であって、
   前記光ビームを射出する光源と、
   前記光ビームを変調して前記変調光ビームを出力する光変調部と、
   第１方向に進む前記光ビームおよび前記第１方向に進む前記変調光ビームのいずれか一方を補正対象光ビームとし、前記補正対象光ビームを前記第１方向と直交する第２方向にシフトさせて前記パターンの描画位置を補正するビーム位置補正機構とを備え、
   前記ビーム位置補正機構は、
   前記補正対象光ビームに対して透過性を有する材料で形成され、前記補正対象光ビームの光路上に配置される平行平板と、
   前記第１方向および前記第２方向に対して直交する第３方向の延びる軸線周りに前記平行平板を回動自在に保持するホルダと、
   前記ホルダを前記軸線周りに駆動するモータと、
   前記平行平板から前記第３方向に離れた位置で前記モータを支持するモータ支持部とを備え、
   前記モータ支持部は前記モータの出力軸を挿通可能な第１貫通孔を有し、
   前記モータの出力軸は前記モータ支持部に対して前記平行平板の反対側から前記第１貫通孔に挿通されるとともに前記ホルダと連結される
   ことを特徴とするパターン描画装置。

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