JP2019079030A - 露光装置および物品の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 基板上におけるフォーカス制御を高速かつ高精度に実行することが可能な露光装置を提供すること。【解決手段】 基板にパターンを形成するための露光光を基板上に投影する投影光学系と、基板において反射された光を通過させるための開口を含む遮光部材と、基板において反射された後に開口を通過した光束を受光する受光素子を含む露光装置において、受光素子において受光された光量に応じて、デフォーカス量を変更させるフォーカス制御を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置およびそれを用いた物品の製造方法に関する。
原版（マスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板に転写する露光装置が知られている。近年、露光装置によって露光される基板の大型化が進み、それに伴い、パターンが形成されるマスクも大型化している。マスクが大型化すると、マスク自体のコストが上昇するとともに、マスクの製造期間が長くなり、マスクの製造コストの上昇につながる。
そこで、パターンが形成されたマスクを用いることなく、基板上にパターンを形成することが可能な所謂マスクレス露光装置が注目されている。マスクレス露光装置は、デジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）等の光変調器を用いたデジタル露光装置である。マスクレス露光装置では、ＤＭＤにより露光パターンに対応する露光光を生成し、露光パターンに対応するパターンデータを基板上に露光することで、マスクを用いることなく基板上にパターンを形成することができる。
特許文献１は、レーザ出射部から出射されたレーザビームを光変調器の各変調素子に入射させ、各変調素子により露光状態と非露光状態のいずれかに変調することで、画像データに基づく画像露光を行うマスクレス露光装置を開示している。
特開２００４−６２１５５号公報 特開２０１１−２５１２号公報
マスクレス露光装置では、基板上でのスポット光の強度分布がパターンの解像性能に大きな影響を及ぼす。スポット光の集光位置が基板と垂直な方向にずれることにより、基板上でのスポット光の強度分布にばらつきが生じ、結果としてパターンの解像性能の低下をもたらすおそれがある。スポット光の集光位置と基板面との位置ずれを示すデフォーカスを変化させるフォーカス制御を行うことで、パターンの解像性能を向上させることができる。
特許文献２は、基板を保持する保持部材に設けられた、デフォーカスを検知するための画像処理センサを用いたフォーカス制御方法を開示している。光変調器で反射され投影光学系を透過した光を画像処理センサに結像させ、画像処理センサに結像された光学像のコントラストが高くなるように、光変調器によって反射される光ビームの角度を調節することでフォーカス制御を行っている。
特許文献２のフォーカス制御方法では、基板の保持面を基準としたデフォーカスに対するフォーカス制御を実行することは可能であるが、実際にパターンが形成される基板を基準としたデフォーカスに対するフォーカス制御を実行することは困難である。それゆえ、特許文献２におけるフォーカス制御方法では、フォーカス精度を十分に高めることができないおそれがある。また、光学像のコントラストに基づくフォーカス制御を実行するためには比較的長い時間を要するため、高速なフォーカス制御を実現することは困難である。
本発明は、基板上におけるフォーカス制御を高速かつ高精度に実行することが可能な露光装置を提供することを目的とする。
本発明の露光装置は、基板にパターンを形成するための露光光を基板上に投影する投影光学系と、前記基板において反射された光を通過させるための開口を含む遮光部材と、前記基板において反射された後に前記開口を通過した光束を受光する受光素子と、前記受光素子において受光された光量に応じて、前記露光光の集光位置と前記基板との位置ずれを示すデフォーカス量を変化させるフォーカス制御を行うことを特徴とする。
本発明によれば、基板上におけるフォーカス制御を高速かつ高精度に実行することが可能な露光装置が得られる。
第１実施形態に係る光学系の構成を示す図である。 第２実施形態に係る光学系の構成を示す図である。 第３実施形態に係る光学系の構成を示す図である。 第４実施形態に係る光学系の構成を示す図である。 本発明に係る基板上の走査露光の概要を示す図である。 デフォーカス量と受光素子の検出光量の関係を示す図である。 基板における表面高さの変動を示す図である。 変形例１に係る光学系の構成を示す図である。 変形例１におけるデフォーカス量と受光素子の検出光量の関係を示す図である。 変形例２に係る光学系の構成を示す図である。 変形例２におけるデフォーカス量と受光素子の検出光量の関係を示す図である。
以下、各図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態は本発明の具体例を示すにすぎない。本発明の露光装置は、パターンが形成されたマスクを用いることなく、基板上にパターンを形成することが可能な所謂マスクレス露光装置として好適なものである。なお、本発明の露光装置は、パターンが形成されたマスクを用いて基板上にパターンを形成する露光装置にも適用することができる。
（第１実施形態）
図１を用いて、本実施形態に係る照明光学系ＩＬ及び投影光学系ＰＯを含む露光装置の構成を説明する。
本実施形態では、基板ＰＬにおいて反射され、投影光学系ＰＯに設けられたピンホールを通過した光束の光量を検出することにより、スポット光の集光位置と基板ＰＬ面との位置ずれを示すデフォーカス量の検出を行う。そして、遮光部材としてのピンホールを移動させることにより、検出されたデフォーカス量を変化させるフォーカス制御を行う。
本実施形態に係る所謂マスクレス露光装置では、照明光学系ＩＬから照射された光束を、光変調器の一つである光変調部としてのデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤと記載する）に入射させる。そして、ＤＭＤにより露光パターンに対応する露光光を生成し、投影光学系ＰＯを介して露光光を基板ＰＬ上に集光させることにより、露光パターンに対応するパターンデータを基板上に露光する。
光源ＬＳとしては、半導体レーザやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。光源の波長は、基板ＰＬ上に塗布される感光性レジストの種類により決定される。光源ＬＳの波長は、一般的には３００ｎｍから４４０ｎｍ程度である。
続いて照明光学系ＩＬの構成について説明する。光源ＬＳから照射された光束は、光学系ＩＬ１によりコリメートされ、フライアイレンズＦＥを照明する。
図１中のフライアイレンズＦＥは、照明光学系ＩＬの光軸（Ｚ軸）と垂直なＸ軸とＹ軸を含むＸＹ平面内に配置された９つのレンズセルを含む。９つのレンズセルは、Ｘ軸方向に３つ並べて配置され、Ｙ軸方向に３つ並べて配置されている。なお、フライアイレンズＦＥを構成するレンズセルの数は適宜変更することが可能である。
フライアイレンズＦＥによって光学系ＩＬ２に対して略均一に照明された光束は、光学系ＩＬ２の作用により、ＤＭＤを構成する光変調素子としてのマイクロミラーに結像される。ここで、図１では、ＤＭＤに入射された光束がＤＭＤを透過するように描かれているが、実際にはＤＭＤに入射された光束はＤＭＤを構成する各マイクロミラーの反射面により反射される。
ＤＭＤを構成する複数のマイクロミラーは二次元状に配置されており、各ミラーの反射面の角度はそれぞれ個別に変更可能になっている。これにより、各ミラーに照射される光を露光状態と非露光状態のいずれかに変調することができる。
次に、投影光学系ＰＯの構成について説明する。ＤＭＤを構成するマイクロミラーで反射された光束は、投影光学系ＰＯを構成する光学系ＰＯ１に入射される。光学系ＰＯ１は、光学系ＰＯ１に入射された光束をマイクロレンズアレイＭＬＡに集光する作用を持つ。マイクロレンズアレイＭＬＡは、フィールドレンズＭＦと、フィールドレンズＭＦからフィールドレンズＭＦの焦点距離だけ離れた位置にある結像レンズＭｉから構成される。
光学系ＰＯ１によってフィールドレンズＭＦに結像された光束は、結像レンズＭｉにより再結像される。本実施形態では、結像レンズＭｉによる再結像点は、結像レンズＭｉの内部に位置する。再結像点からの光束は光学系ＰＯ２により再び結像され、この結像位置に複数の開口を有するピンホールＰＨ１を配置している。ピンホールＰＨ１の各開口は、ＤＭＤを構成するマイクロミラーの位置に対応している。ピンホールＰＨ１により小径化されたスポット光は、光学系ＰＯ３を介して基板ＰＬ上に照射される。
ピンホールＰＨ１は例えば金属から構成される。金属は光反射率が高いため、ピンホールＰＨ１の材料として金属を用いることでピンホールＰＨ１の遮光特性を高めることができる。また、ピンホールＰＨ１を誘電体膜によって被膜する構成としても良い。
次に、ピンホール及び後述する受光素子を用いた、デフォーカス量の検出方法及びデフォーカス量を変化させるフォーカス制御方法について説明する。
はじめにピンホールと受光素子を用いたデフォーカス量の検出方法について説明する。本実施形態では、投影光学系ＰＯに含まれる光学系ＰＯ２とピンホールＰＨ１の間に、反射部材としてのビームスプリッタＢＳ１ａを配置している。ビームスプリッタＢＳ１ａにより反射された光束は結像レンズＬ１ａにより受光素子ＬＲ１ａ上に結像される。
上述したように、ピンホールＰＨ１を通過したスポット光は、光学系ＰＯ３を介して基板ＰＬ上に集光される。ここで基板ＰＬ上に集光されたスポット光の一部は、基板ＰＬにより反射され、光学系ＰＯ３及びピンホールＰＨ１の開口を通過してビームスプリッタＢＳ１ａに入射する。ビームスプリッタＢＳ１ａに入射された光の一部はビームスプリッタＢＳ１ａにより反射され、結像レンズＬ１ａにより受光素子ＬＲ１ａ上に結像される。
本実施形態では、受光素子ＬＲ１ａで受光された光量に基づいて、スポット光の集光位置と基板ＰＬ面との位置ずれを示すデフォーカス量の推定を行っている。ピンホールＰＨ１は、基板ＰＬ面に対して光学的に共役な面に配置されており、デフォーカス量が所定値よりも小さい合焦状態において、受光素子ＬＲ１ａで受光される光量が最大となる。一方、所定値以上のデフォーカス量が生じている非合焦状態においてはピンホールＰＨを通過する光束にケラレが生じ、受光素子ＬＲ１ａで受光される光量が低下する。
合焦状態において受光素子ＬＲ１ａで検出される最大光量を基準値としてデフォーカス量の推定を行う。具体的には、受光素子ＬＲ１ａにおいて検出される光量とデフォーカス量との相対関係を予め決定しておくことで、受光素子ＬＲ１ａにおいて検出される光量からデフォーカス量を推定することができる。例えば、上述した相対関係を制御部ＣＴＲに記憶させ、受光素子ＬＲ１ａにおける光量の検出結果を制御部ＣＴＲに入力することで制御部ＣＴＲはデフォーカス量を低減させるためのフォーカス制御を実行することができる。
次に、フォーカス制御方法の詳細について説明する。本実施形態では、光学部材としてのピンホールＰＨ１を投影光学系ＰＯの光軸方向に移動させることでフォーカス制御を行う。具体的には、受光素子ＬＲ１ａにおいて検出される光量が増加する方向にピンホールＰＨ１を移動させる。ピンホールＰＨ１の移動量は、上述した方法で推定されたデフォーカス量と、光学系ＰＯ３の焦点距離等により決定される。
ピンホールＰＨ１はアクチュエータＡＦＤ１により駆動され、ピンホールＰＨ１の移動量は制御部ＣＴＲからアクチュエータＡＦＤ１に入力される。なお、フォーカス制御に際して駆動させる光学部材として、ＤＭＤやマイクロレンズアレイＭＬＡを用いても良い。
以上説明したように、本実施形態では、受光素子ＬＲ１ａにおける光量の検出結果に基づいてフォーカス制御を行う。受光素子ＬＲ１ａにおける光量検出は比較的短時間で実行することができるため、本実施形態に係るフォーカス制御を行うことにより、フォーカス制御の高速化を実現することができる。また、受光素子ＬＲ１ａで検出される光量は、基板ＰＬ上の露光領域において反射された光束を直接検出したものであるため、受光素子ＬＲ１ａにおいて検出された光量に基づいてフォーカス制御を行うことで、フォーカス制御の精度を高めることができる。
本実施形態では、複数の受光部が二次元状に配置された受光素子ＬＲ１ａを用いることを想定している。受光素子ＬＲ１ａを構成する各受光部はそれぞれ、ピンホールＰＨ１の１つの開口及びＤＭＤを構成する１つのマイクロミラーに対応している。これにより、ＤＭＤを構成する１つのミラーで反射された光束によって露光される基板上の領域ごとにフォーカス制御を実行することができるため、フォーカス制御の精度を高めることができる。
一方、複数の受光部で個別に光量の検出を行うとフォーカス制御に時間を要するおそれがある。そこで、ＤＭＤを構成する１つのマイクロミラーの露光領域における基板ＰＬの表面形状の変化量が十分に小さい場合には、受光素子ＬＲ１ａを１つの受光部から構成しても良い。これにより、フォーカス制御に要する時間を短縮することができる。
また、本実施形態では、ピンホールＰＨ１と光学系ＰＯ３の間に、ビームスプリッタＢＳ１ｂをさらに配置している。ビームスプリッタＢＳ１ｂにより反射された光束は結像レンズＬ１ｂにより受光素子ＬＲ１ｂ上に結像される。受光素子ＬＲ１ｂによって検出される光量に基づいて、基板ＰＬの表面反射率の変化に伴う受光素子ＬＲ１ａにおいて検出される光量の基準値の補正を行う。
受光素子ＬＲ１ａにおいて検出される光量の基準値の補正について詳細に説明する。例えば基板ＰＬには種々のレジスト材料が塗布され得るため、塗布されたレジスト材料の種類に応じて基板ＰＬの表面反射率が変化する。基板ＰＬの表面反射率が変化すると、合焦状態において受光素子ＬＲ１ａで検出される最大光量も変化してしまう。上述したように、本実施形態では、受光素子ＬＲ１ａで検出される最大光量を基準値としてフォーカス制御を実行しているため、基板ＰＬの表面反射率の変化に伴い基準値を変更する必要がある。
基板ＰＬにより反射された光束はピンホールＰＨ１を通過することなく、受光素子ＬＲ１ｂに至る。それゆえ、受光素子ＬＲ１ｂで検出される光量は、デフォーカス量に関わらずほとんど変化しない。つまり、受光素子ＬＲ１ｂにおける検出光量を用いて受光素子ＬＲ１ａの検出光量を正規化することで、基板ＰＬの表面反射率が変化した場合においてもフォーカス制御の精度を維持することができる。例えば、受光素子ＬＲ１ａの検出光量と受光素子ＬＲ１ｂの検出光量の比を用いて受光素子ＬＲ１ａの検出値の正規化を行うことができる。
（第２実施形態）
図２を用いて本発明の第２実施形態に係る露光装置について説明する。第１実施形態に係る露光装置では、投影光学系ＰＯの光路を遮光するピンホールＰＨ１を用いてデフォーカス量の検出及びフォーカス制御を行う。第２実施形態に係る露光装置では、投影光学系ＰＯの光路中に設けられたビームスプリッタＢＳ１ａによって反射された光の光路中に、複数の開口を有するピンホールＰＨ２を配置している。以下、第１実施形態との差異について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については説明を割愛する。
本実施形態では、ビームスプリッタＢＳ１ａで反射された光束は、結像レンズＬ１ａによりピンホールＰＨ２上に集光され、結像レンズＬ２により受光素子ＬＲ１ａ上に結像される。スポット光の集光位置と基板ＰＬ面との位置ずれを示すデフォーカス量が所定値よりも小さい合焦状態において受光素子ＬＲ１で受光される光量が最大となるようにピンホールＰＨ２が配置される。
第１実施形態に係る露光装置と同様に、制御部ＣＴＲは、受光素子ＬＲ１における光量の検出結果に基づいてデフォーカス量を推定する。本実施形態ではフォーカス制御を実行するために、マイクロレンズアレイＭＬＡを投影光学系ＰＯの光軸方向に移動させる。具体的にはマイクロレンズアレイＭＬＡを移動させるための駆動信号が、制御部ＣＴＲからアクチュエータＡＦＤ２に送信され、この駆動信号に基づいてアクチュエータＡＦＤ２はマイクロレンズアレイＭＬＡを駆動する。
なお、本実施形態では、フォーカス制御のためにマイクロレンズアレイＭＬＡを移動させているが、ＤＭＤを移動させることでフォーカス制御を実行しても良い。また、必ずしもマイクロレンズアレイＭＬＡ全体を移動させる必要はなく、結像レンズＭｉのみを移動させる構成としても良い。
（第３実施形態）
図３を用いて本発明の第３実施形態に係る露光装置について説明する。第２実施形態として、投影光学系ＰＯの光路中に設けられたビームスプリッタＢＳ１ａによって反射された光の光路中に、複数の開口を有するピンホールＰＨ２を配置する構成を説明した。本実施形態では、投影光学系ＰＯよりも光源ＬＳ側に設けられたビームスプリッタＢＳ３によって反射された光の光路中に、複数の開口を有するピンホールＰＨ３を配置している。以下、第１実施形態及び第２実施形態との差異について説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成については説明を割愛する。
本実施形態では、ビームスプリッタＢＳ３で反射された光束は、結像レンズＬ３ａによりピンホールＰＨ３上に集光され、結像レンズＬ３ｂにより受光素子ＬＲ３上に結像される。スポット光の集光位置と基板ＰＬ面との位置ずれを示すデフォーカス量が所定値よりも小さい合焦状態において受光素子ＬＲ３で検出される光量が最大となるようにピンホールＰＨ３が配置される。
第１実施形態及び第２実施形態に係る露光装置と同様に、制御部ＣＴＲは、受光素子ＬＲ３における光量の検出結果に基づいてデフォーカス量を決定する。本実施形態ではフォーカス制御を実行するために、ＤＭＤを照明光学系ＩＬ及び投影光学系ＰＯの光軸方向に移動させる。具体的にはＤＭＤを移動させるための駆動信号が、制御部ＣＴＲからアクチュエータＡＦＤ３に送信され、この駆動信号に基づいてアクチュエータＡＦＤ３はＤＭＤを駆動する。
なお、本実施形態では、フォーカス制御のためにＤＭＤを移動させているが、マイクロレンズアレイＭＬＡを移動させることでフォーカス制御を実行しても良い。
（第４実施形態）
図４を用いて本発明の第４実施形態に係る露光装置について説明する。本実施形態では、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＯを含む露光ユニットＥＵとは別に、スポット光の集光位置と基板ＰＬ面との位置ずれを示すデフォーカス量の検出を行うための光学ユニットＯＵを設けている。なお露光ユニットＥＵの構成はこれまでの実施形態において説明した構成と同一であるため、露光ユニットＥＵに関する説明は割愛する。
光学ユニットＯＵには、光源ＬＳＢ、結像光学系ＬＫ１、ピンホールＰＨ４、結像光学系ＬＫ２が含まれる。光源ＬＳＢから出射した光束は、結像光学系ＬＫ１によりピンホールＰＨ４上に集光され、結像光学系ＬＫ２によって基板ＰＬ上の位置Ａに集光される。
結像光学系ＬＫ１とピンホールＰＨ４の間にはビームスプリッタＢＳ４ａが配置され、ビームスプリッタＢＳ４ａにより反射された光束は、結像レンズＬ４ａにより受光素子ＬＲ４ａ上に集光される。
ピンホールＰＨ４は、デフォーカスが生じたときに、受光素子ＬＲ４ａにおいて検出される光量が低下するように配置されており、第１実施形態におけるデフォーカス量の検出方法と同様の方法で、本実施形態におけるデフォーカス量の検出が行われる。光学ユニットＯＵによって検出されたデフォーカス量に関する情報は制御部ＣＴＲに送信され、制御部ＣＴＲは受信した情報に基づいて、露光ユニットＥＵに含まれるピンホールＰＨ１の駆動信号をアクチュエータＡＦＤ１に送信する。アクチュエータＡＦＤ１は受信した駆動信号に基づいてピンホールＰＨ１を移動させることでフォーカス制御を実行する。
本実施形態のように、デフォーカス量を検出するための光学ユニットＯＵを、フォーカス制御を実行するための露光ユニットＥＵと別のユニットとすることで、露光処理のスループットを向上させることができる。
図４において、基板ＰＬがＸ軸のプラス側からマイナス側に向けて走査露光される場合について説明する。基板ＰＬ上の露光領域は、光学ユニットＯＵの投影領域を通過した後に露光ユニットＥＵの投影領域を通過する。つまり、光学ユニットＯＵの投影領域を通過したタイミングで検出されたデフォーカス量に基づいてフォーカス制御を実行した上で、露光ユニットＥＵによって露光処理を実行することができる。フォーカス制御のために基板ＰＬを停止させることなく走査露光を行うことができるため、フォーカス精度の向上とスループット向上を両立させることが可能となる。
なお、図４においては、露光ユニットＥＵに含まれるピンホールＰＨ１を移動させることでフォーカス制御しているが、ＤＭＤやマイクロレンズアレイＭＬＡを移動させることでフォーカス制御を実行しても良い。
（走査露光の概要）
図５は、基板上の走査露光の概要を示す図である。ＤＭＤはＸＹ平面内に配置された複数のマイクロミラーから構成され、図５における各点は、ＤＭＤを構成するマイクロミラーによって形成されたスポット光を示している。
図５におけるＳｘ、Ｓｙは走査露光時の基板ＰＬの走査方向を示している。基板ＰＬの走査方向に対してスポット光の配列方向が角度αだけ傾くように構成されている。このような構成とすることで、基板ＰＬ上を均一に露光することができる。Ｓｙ方向に基板が走査される場合には、Ｓｘ−Ｓｙ座標におけるＳｘ＝０に位置する領域は、図５中に黒点で示したように間欠的に複数回にわたって露光される。図５は、基板ＰＬ上の特定の露光領域が、スポット光Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５において順次露光される様子を示している。
各露光タイミングで検出された受光素子における光量に基づいて上述したフォーカス制御が行われる。特定のスポット光Ｓｎの照射により受光素子で検出された光量に基づいて、スポット光Ｓｎ＋１による露光のためのフォーカス制御を実行しても良いし、複数のスポット光の照射により受光素子で検出された光量に基づいてフォーカス制御を実行しても良い。
例えば、スポット光ＳｎからＳｎ＋９９の各スポット光の照射ごとに受光素子で検出された光量に基づいて、スポット光Ｓｎ＋１００による露光のためのフォーカス制御を実行することができる。
基板上の特定の領域に対しての走査露光におけるフォーカス制御方法について図６を用いて説明する。図６において、横軸はスポット光の集光位置と基板面との位置ずれを示すデフォーカス量を表している。縦軸は受光素子における検出光量を表している。以下、実施形態１に係る露光装置におけるフォーカス制御方法について説明する。
図６中の（Ａ）は、フォーカス制御の開始時に受光素子によって検出される光量とフォーカス制御の開始時のデフォーカス量を示している。（Ａ）の段階では、スポット光の集光位置と基板面との位置ずれの方向が不明であるため、ピンホールＰＨ１を光源ＬＳ側と基板ＰＬ側のいずれかに向けて駆動する。例えば、デフォーカス量がマイナス方向にＺ１だけ増大するようにピンホールＰＨを移動させると、（Ｂ）のように受光素子において検出される光量が低下する。この時点で、ピンホールＰＨを移動させる方向と受光素子における検出光量の増減の関係が判明するため、（Ｃ）では、（Ａ）から（Ｂ）へのピンホールＰＨ１の駆動方向とは反対方向にピンホールＰＨ１を移動させる。ここで、（Ｂ）から（Ｃ）へのピンホールＰＨ１の移動量が、（Ａ）から（Ｂ）へのピンホールＰＨ１の移動量の２倍となるようにピンホールＰＨ１が駆動される。
以上のようにピンホールＰＨ１の駆動方向を適切に設定することで、高速なフォーカス制御を実現することができる。
なお、図６で示したように、フォーカス制御を開始するタイミングではピンホールの駆動方向とデフォーカスの増減との関係が不明であるため、フォーカス制御の開始時にはデフォーカス量が増大する方向にピンホールを移動させてしまうことがある。ただし、図５で示したように、マスクレス露光装置では、基板上の特定の露光領域においてスポット光による露光を複数回にわたって行う多重露光が実行される。そのため、たとえフォーカス制御の開始時にデフォーカス量を増大させるような制御を行ったとしても、初期段階の露光におけるフォーカス制御の精度に影響を与えるのみであり、基板上のパターン形成精度を低下させる可能性は低い。
また、図７に示したように、実際の基板ＰＬの表面高さは緩やかに変化していることが多い。図７は、基板ＰＬにおける表面高さのＹ軸方向の変動を示している。例えば、Ｙ軸方向の位置Ｙｓにおいては、図５に示した、スポット光Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５によって順次走査露光が行われる。また、スポット光Ｓ１に着目すると、スポット光Ｓ１によってＹｓ、Ｙｓ＋１、Ｙｓ＋２、…Ｙｅの各領域の露光が順次行われる。
高精度な露光動作を実行するためには、基板の表面高さの変動に合わせてデフォーカス量を低減させるフォーカス制御を行うことが求められる。ただし、図６において説明したように、走査露光の開始タイミングではデフォーカス量を低減させるためにピンホールＰＨ１を駆動する方向が定まっていない。
それゆえ走査露光の開始直後の期間では、フォーカス精度が不十分な状態で露光動作が実行されてしまうおそれがある。図７の例では、スポット光Ｓ１による位置Ｙｓでの露光におけるフォーカス精度が不十分なおそれがある。ただし、図６に示したように、継続してフォーカス制御を実行することで、フォーカス精度を高めることが可能である。
具体的には、スポット光Ｓ２による露光におけるフォーカス精度は、スポット光Ｓ１による露光におけるフォーカス精度よりも低下する可能性がある。しかしながら、スポット光Ｓ３による露光におけるフォーカス精度は、スポットＳ１やＳ２による露光におけるフォーカス精度よりも向上させることが可能である。
このように基板ＰＬ上の特定の領域においてスポット光による露光を繰り返し行う多重露光を実行することで、高精度なパターン形成が可能となる。これは、フォーカス精度が不十分な状態で露光される露光量の多重露光全体の露光量に占める割合が小さいからである。
（変形例１）
図８は、第２実施形態に係る露光装置の変形例１を示す図である。第２実施形態における露光装置との相違点は、ピンホールＰＨ２の配置場所にある。変形例１では、結像レンズＬ１ａによる集光面ＢＰから所定量だけ離してピンホールＰＨ２を配置している。
このようにピンホールＰＨ２を配置することで、図９に示すように、合焦状態の近傍においてデフォーカス量の変化に対する検出光量の変化が大きくなるため、デフォーカス量の検出精度を高めることができる。結果としてフォーカス精度の向上に寄与することができる。
（変形例２）
図１０は、第２実施形態に係る露光装置の変形例２を示す図である。変形例２では、結像レンズＬ１ａを透過した光束をビームスプリッタＢＳ２により、透過光束と反射光束に分けている。そして、ビームスプリッタＢＳ２を透過した透過光束が、ピンホールＰＨ２ａ、結像レンズＬ２ａを透過して受光素子ＬＲ２ａに集光するような光学配置としている。また、ビームスプリッタＢＳ２にて反射された反射光束が、ピンホールＰＨ２ｂ、結像レンズＬ２ｂを透過して受光素子ＬＲ２ｂに集光するような光学配置としている。制御部ＣＴＲは、受光素子ＬＲ２ａ及び受光素子ＬＲ２ｂからの情報に基づいてアクチュエータＡＦＤ２に対して駆動信号を送信する。
ここで、ピンホールＰＨ２ａとピンホールＰＨ２ｂのうち一方が結像レンズＬ１ａの集光面ＢＰよりも受光素子側に位置し、他方が集光面ＢＰに対して受光素子とは反対側に位置するように、ピンホールＰＨ２ａとピンホールＰＨ２ｂが配置される。なお、ピンホールＰＨ２ａと集光面ＢＰとの距離が、ピンホールＰＨ２ｂと集光面ＢＰとの距離と等しくなるように、ピンホールＰＨ２ａ及びピンホールＰＨ２ｂを配置することが好ましい。
変形例２に係る露光装置におけるフォーカス制御方法について図１１を用いて説明する。上述したように、ピンホールＰＨ２ａ及びピンホールＰＨ２ｂを集光面ＢＰからずらして配置することで、図１１において破線で示すように、合焦状態において受光素子ＬＲ２ａ及び受光素子ＬＲ２ｂで検出される光量はそれぞれ最大光量と比較して低くなる。
受光素子ＬＲ２ａにおける検出光量と受光素子ＬＲ２ｂにおける検出光量の差分は図１１中の実線で表される。図１１では、プラス方向にデフォーカスが発生している場合には検出光量の差分はマイナスとなり、マイナス方向にデフォーカスが発生している場合には検出光量の差分がプラスとなる。そして合焦状態のときには検出光量の差分が０となる。
このような構成とすることで、受光素子ＬＲ２ａにおける検出光量と受光素子ＬＲ２ｂにおける検出光量の差分の符号に基づいてデフォーカスの発生方向を特定することが可能となり、フォーカス制御の高速化を実現することができる。
（その他の変形例）
なお、基板ＰＬを投影光学系ＰＯの光軸方向に駆動させることにより、デフォーカス量を変化させるフォーカス制御を行っても良い。
（物品の製造方法）
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。さらに、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
ＰＯ 投影光学系
ＰＬ 基板
ＰＨ 遮光部材
ＬＲ 受光素子
ＣＴＲ 制御部

Claims (15)

  1. 基板にパターンを形成するための露光光を基板上に投影する投影光学系と、
    前記基板において反射された光を通過させるための開口を含む遮光部材と、
    前記基板において反射された後に前記開口を通過した光束を受光する受光素子と、
    前記受光素子において受光された光量に応じて、前記露光光の集光位置と前記基板との位置ずれを示すデフォーカス量を変化させるフォーカス制御を行うことを特徴とする露光装置。
  2. 前記遮光部材は、前記デフォーカス量が所定量よりも小さい合焦状態において前記基板と光学的に共役な面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  3. 前記制御部は、前記遮光部材を前記投影光学系の光軸方向に移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
  4. 前記制御部は、前記受光素子において受光される光量が増加するように、前記遮光部材を移動させることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
  5. 前記制御部は、前記投影光学系の光路に配置された光学部材を前記投影光学系の光軸方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  6. 前記制御部は、前記受光素子において受光される光量が増加するように、前記光学部材を移動させることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
  7. 前記基板において反射された光をさらに反射する反射部材を有し、
    前記遮光部材は、前記反射部材によって反射された光路中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  8. 前記遮光部材は、前記デフォーカス量が所定量よりも小さい合焦状態において前記基板と光学的に共役な面からずらして配置されていることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
  9. 前記遮光部材は金属から構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。
  10. 複数の光変調素子を含む光変調部と、
    該光変調部に光を照射する照明光学系をさらに有し、
    前記光変調部によって反射された光が前記投影光学系に入射されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
  11. 前記フォーカス制御が行われた状態で、前記照明光学系によって形成されたスポット光を前記投影光学系を介して前記基板上に投影する露光動作を行い、
    前記基板上の特定の領域に対して前記露光動作を繰り返すことを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
  12. 基板にパターンを形成するための露光光を基板上に投影する投影光学系を含む露光装置であって、
    前記基板において反射された光を通過させるための開口を含む第１遮光部材と、
    前記基板において反射された後に前記第１遮光部材の開口を通過した光束を受光する第１受光素子と、
    前記基板において反射された光を通過させるための開口を含む第２遮光部材と、
    前記基板において反射された後に前記第２遮光部材の開口を通過した光束を受光する第２受光素子を有し、
    前記第１遮光部材は、前記露光光の集光位置と前記基板との位置ずれを示すデフォーカス量が所定量よりも小さい合焦状態において前記基板と光学的に共役な面から前記第１受光素子側にずらして配置され、
    前記第２遮光部材は、前記合焦状態において前記基板と光学的に共役な面から前記第２受光素子とは反対側にずらして配置されていることを特徴とする露光装置。
  13. 前記第１受光素子及び前記第２受光素子において受光された光量に応じて、前記デフォーカス量を変化させるフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
  14. 基板にパターンを形成するための露光光を基板上に投影する投影光学系と、前記露光光の集光位置を変化させる光学部材を含む露光ユニットと、
    前記基板において反射された光を通過させるための開口を含む遮光部材と、前記基板において反射された後に前記遮光部材の開口を通過した光束を受光する受光素子を含む光学ユニットを有する露光装置であって、
    前記受光素子において受光された光量に応じて、前記光学部材を前記投影光学系の光軸方向に移動させることを特徴とする露光装置。
  15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
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