描画装置および描画方法
【課題】 光学系の設計を複雑にせず安定した重ね合わせ描画を行うための描画装置および描画方法。
【解決手段】 撮像部５０と光照射部４０とを備え、撮像された画像と撮像時のステージ１０の移動誤差とから基板の変形に起因する下層パターンの位置ずれ量を算出する。次に撮像後から照射時までの間にステージ１０の移動誤差を検出することで、検出時の移動誤差と光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅を小さくすることができる。そして、検出された移動誤差と下層パターンの位置ずれ量とを加算し上層パターンの形成位置を算出する。該位置に基づいて光ビームを照射することでステージ１０の移動誤差に起因した位置ずれに対しても、光学系を複雑にすることなく安定した重ね合わせ描画を行うことができる。
【解決手段】 撮像部５０と光照射部４０とを備え、撮像された画像と撮像時のステージ１０の移動誤差とから基板の変形に起因する下層パターンの位置ずれ量を算出する。次に撮像後から照射時までの間にステージ１０の移動誤差を検出することで、検出時の移動誤差と光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅を小さくすることができる。そして、検出された移動誤差と下層パターンの位置ずれ量とを加算し上層パターンの形成位置を算出する。該位置に基づいて光ビームを照射することでステージ１０の移動誤差に起因した位置ずれに対しても、光学系を複雑にすることなく安定した重ね合わせ描画を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、描画装置の光学ヘッドに対して相対移動するステージ上に載置された半導体基板、液晶基板、プリント配線基板などに対して配線パターン等を描画する描画装置および描画方法に関する。特に、あらかじめ下層に形成されたパターンに基づき位置合わせを行いつつ露光を行うのに有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、感光材料が塗布された半導体ウェハや液晶基板、プリント配線基板（以下、単に基板と称する）などの基板の表面に樹脂や金属配線等を所定のパターン形状にパターンニングするためのフォトリソグラフィの技術を利用した種々の露光装置が提案されている。そして、このような露光装置を用いて、金属配線等を順次積層してモジュールや回路基板の製造が行なわれている。
【０００３】
通常、これらの基板に対して露光パターンを形成していく際、下層の露光パターンに上層の露光パターンを位置決めして重ねていく重ね合わせ露光が行なわれる。重ね合わせ露光では、下層の露光パターンが露光された後、各種の熱処理等を実行することによって基板に伸縮が発生し基板が変形することがある。そして、基板の変形に起因する下層の露光パターンの位置ずれが生じる。このため上層の露光パターンを露光するとき、下層の露光パターンに対する上層の露光パターンの位置補正を行なわなければ、下層の露光パターンに対して、重ねた上層の露光パターンの位置がずれてしまう。
【０００４】
さらに、基板をステージに保持しつつ移動させながら露光する場合、ステージを移動させる移動機構の精度次第では真直度にばらつき（以降では、移動誤差と称する）が生じる。したがって、ステージを移動させつつ下層の露光パターンに対して上層の露光パターンを重ねて露光するためには、基板の変形とステージの移動誤差による下層の露光パターンに対する上層の露光パターンの位置ずれを補正して重ね合わせ露光を行う必要がある。そのため、ステージに保持された基板表面を撮像し、下層の露光パターンの位置ずれを算出し、上層の露光パターンの露光位置を補正して露光する技術がある。
【０００５】
例えば、特許文献１では、移動するカラーフィルタ基板の移動方向にて、マイクロミラーデバイスで変調された光をカラーフィルタ基板に投影するための投影レンズを介して、露光位置の手前側を撮像する撮像手段を設け、カラーフィルタ基板にあらかじめ設けられたブラックマトリクスのピクセル上に位置合わせを行いつつ露光パターンを露光する技術が開示されている。このような構成の露光装置を用いることで、露光位置に近い位置でのステージの移動誤差を検出することができる。
【０００６】
また、例えば特許文献２では移動するカラーフィルタ基板の移動方向にて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の登録商標）による露光位置の手前側を撮像位置としてＣＣＤカメラを設けている。そして、カラーフィルタ基板にあらかじめ形成された基準となる機能パターン（下層パターン）に設定された基準位置を撮像し検出する。撮像時における該基準位置を基準としてＤＭＤの駆動を制御して機能パターン（上層パターン）の像を形成することによって、機能パターンの重ね合わせ精度の向上を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３０６２２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７８０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のような露光装置ではマイクロミラーデバイスで変調された光をカラーフィルタ基板に投影するための投影レンズを介して、露光位置の手前側を撮像する撮像手段を設けるため、下層パターンを観測するにはカラーフィルタ基板の表面に塗布されたレジスト等を感光させない波長の光源を用いる必要がある。そのため共通の光学系を採用するには異なる波長に対して同一の撮像面で像が得られるように設計する必要があり光学設計が複雑になり現実的でない。
【０００９】
特許文献２のような露光装置ではカラーフィルタ基板の移動方向にてＤＭＤによる露光位置の手前側を撮像位置として撮像するＣＣＤカメラを採用することで、独立してＤＭＤとＣＣＤカメラを設けることができ、特許文献１のような露光装置に比べて光学設計が容易になる。しかし、露光位置の手前側を撮像位置とする限りステージの移動誤差を検出したとしても安定したパターンの重ね合わせ精度を達成するに至っていなかった。
【００１０】
なぜなら、周期や位相が未知であるステージの移動誤差に対して、撮像位置と露光位置との間の距離が長くなればなるほど、撮像位置で検出されたステージの移動誤差と実際に露光される露光位置でのステージの移動誤差との相対誤差の変動幅が大きくなり、安定した重ね合わせ露光を行うことができない。また、ステージの移動誤差は露光動作の度にバラつくため、露光位置の手前側で撮像する下層の露光パターンの位置と、露光位置での下層の露光パターンの位置とのずれが露光動作ごとに変動するという問題がある。
【００１１】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光学系の設計を複雑にせず、検出時の移動誤差と露光時の移動誤差との相対誤差の変動幅を小さくし、安定した重ね合わせ描画を行うための描画装置および描画方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するため、下層パターンがあらかじめ形成された基板を水平に保持するとともに、基板を保持して移動可能なステージと、ステージに保持された基板の描画予定領域に対して上層パターンの描画データに応じて光ビームを照射する光照射部と、光照射部に向かって相対移動するステージに保持された基板の描画予定領域に光ビームが照射される前に描画予定領域に形成された下層パターンを撮像する撮像部と、光照射部に向かって相対移動するステージの位置を、撮像部による撮像時に合わせて第１移動誤差として検出し、撮像部による撮像後から光照射部によって光ビームが照射されるまでの間にステージの位置を第２移動誤差として検出する移動誤差検出部と、上層パターンの描画データに応じて光照射部による描画を制御する制御部と、を具備し、制御部は、撮像部が取得した画像に含まれる下層パターンに基づき、画像内における下層パターンの位置ずれ量を取得し、画像内の下層パターンの位置ずれ量から第１移動誤差を除くことで基板上における下層パターンのずれである下層パターンの位置ずれ量を算出し、基板上における下層パターンの位置ずれ量に第２移動誤差を加えることで、第２移動誤差の検出時における下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出し、上層パターンの形成位置に基づいて光照射部による描画を制御することを特徴とする。
【００１３】
このように構成された発明では、制御部において、撮像部で撮像された下層パターンの画像と、撮像時に検出された第１移動誤差とから撮像時の基板上における下層パターンの位置ずれ量を算出する。これにより、基板の変形に起因する下層パターンのずれを撮像時から照射時までの間にあらかじめ算出することができる。
【００１４】
そして、移動誤差検出部は、撮像部による下層パターンの撮像後から光照射部によって光ビームが照射されるまでの間に移動するステージの第２移動誤差を検出する。制御部は下層パターンの位置ずれ量と、検出された第２移動誤差とから第２移動誤差の検出時における下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。これにより、ステージが撮像された位置よりも光ビームが照射される位置に近づいた状態でステージの移動誤差を検出することができ、光ビームが照射される位置に近い位置での下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。
【００１５】
このように、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を光ビームが照射される位置に近い位置で算出することで光ビームが照射される位置までのステージの移動する距離が短くなり、移動誤差検出部で検出される第２移動誤差と、光照射部から光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅を小さくすることができ、下層パターンに合わせて配線パターン等の上層パターンの安定した描画を行うができる。
【００１６】
また、光照射部と撮像部と移動誤差検出部とを独立して設けているため、それぞれ独立した設計を行えることにより光学系が複雑になることを防ぐことができる。そのため、光学系の設計が容易となる。
【００１７】
また、本願発明に係る描画装置において、移動誤差検出部は、制御部が上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、上層パターンの形成位置に基づき光照射部による描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて、光照射部によって光ビームが照射されるより前に第２移動誤差を検出することを特徴とする。
【００１８】
このように構成された発明では、移動誤差検出部は第２移動誤差の検出を、制御部が上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、上層パターンの形成位置に基づき光照射部による描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて行う。そのため、第２移動誤差の検出を光照射部によって光ビームが照射される照射時に最大限に近づけることができる。したがって、さらに移動誤差検出部で検出される第２移動誤差と、光照射部から光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅をさらに小さくすることができるため、安定した下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ描画を行うことができる。
【００１９】
また、本願発明に係る描画装置において、光照射部は、光ビームの光路をステージが進む方向と直交する方向に相対的にシフトさせる照射位置シフト機構を有し、制御部は、照射位置シフト機構を制御し、上層パターンの形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせることで、上層パターンの描画を制御することを特徴とする。このように構成された発明では、制御部が照射位置シフト機構を制御し、上層パターンの形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせることで、下層パターンに合わせた上層パターンの描画を行うことができる。
【００２０】
また、本願発明に係る描画装置において、下層パターンの設計データをあらかじめ記憶しておく記憶部をさらに有し、制御部は、撮像部が取得した撮像画像に含まれる下層パターンと、下層パターンの設計データから生成した画像とを用いた画像処理により、ステージに保持された基板の下層パターンの位置を算出することを特徴とする。このように構成された発明では、制御部においてステージに保持された基板の下層パターンの位置を算出するため、下層パターンの撮像画像と、下層パターンの設計データから生成した画像とを画像処理することで確実に下層パターンの位置を算出することができる。
【００２１】
また、本願発明に係る描画装置において、制御部における画像処理はパターンマッチング処理であることを特徴とする。このように構成された発明では、画像処理としてパターンマッチング処理を採用することで、画像間の位置合わせを行い確実に下層パターンの位置を算出することができる。
【００２２】
本発明は、上記目的を達成するため、下層パターンがあらかじめ形成された基板をステージ上に水平に保持するとともに、基板を保持して移動する移動工程と、ステージに保持された基板の描画予定領域に対して上層パターンの描画データに応じて光ビームを照射する光照射工程と、ステージに保持された基板の描画予定領域に形成されている下層パターンを、光照射工程でステージに保持された基板の描画予定領域に光ビームが照射される前に撮像部によって撮像する撮像工程と、基板を保持して移動するステージの位置を、撮像工程での撮像時に合わせて第１移動誤差として検出し、撮像工程による撮像後から光照射工程で光ビームが照射されるまでの間にステージの位置を第２移動誤差として検出する移動誤差検出工程と、上層パターンの描画データに基づき光照射工程での描画を制御する制御工程と、を有し、制御工程は、撮像工程で取得された撮像画像に含まれる下層パターンに基づき、撮像画像内における下層パターンの位置ずれ量を取得し、撮像画像内における下層パターンの位置ずれ量から第１移動誤差を除くことで基板上における下層パターンのずれである下層パターンの位置ずれ量を算出し、基板上における下層パターンの位置ずれ量に第２移動誤差を加えることで、第２移動誤差の検出時における下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出し、上層パターンの形成位置に基づき光照射工程での描画を制御することを特徴とする。
【００２３】
このように構成された発明では、制御工程において、撮像工程で撮像された下層パターンの画像と、移動誤差検出工程において撮像時に検出された第１移動誤差とから撮像時の基板上における下層パターンの位置ずれ量を算出する。これにより、基板の変形に起因する下層パターンの位置ずれ量を撮像時から照射時までの間にあらかじめ算出することができる。
【００２４】
そして、移動誤差検出工程では、撮像工程での下層パターンの撮像後から光照射工程で光ビームが照射されるまでの間に移動するステージの第２移動誤差を検出する。制御工程では、下層パターンの位置ずれ量と、検出された第２移動誤差とから第２移動誤差の検出時における下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。これにより、下層パターンが撮像された位置よりも光ビームが照射される位置に近づいた状態でのステージの移動誤差を検出することができ、光ビームが照射される位置に近い位置での下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。
【００２５】
このように、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を光ビームが照射される位置に近い位置で算出することで照射位置までのステージの移動する距離が短くなり、移動誤差検出工程で検出される第２移動誤差と、光照射工程で光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅を小さくすることができ、下層パターンに合わせて配線パターン等の上層パターンの安定した描画を行うができる。
【００２６】
また、本願発明に係る描画方法において、移動誤差検出工程は、制御工程で上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、上層パターンの形成位置に基づき光照射工程で描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて、光照射工程で光ビームが照射されるより前に第２移動誤差を検出することを特徴とする。
【００２７】
このように構成された発明では、移動誤差検出工程での第２移動誤差の検出を、制御工程で上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、上層パターンの形成位置に基づき光照射工程で描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて行う。これにより、第２移動誤差の検出を光照射工程で光ビームが照射される照射時に最大限に近づけることができる。したがって、さらに照射位置に近い位置での下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。
【００２８】
また、本願発明に係る描画方法において、光照射工程は、光ビームの光路をステージが進む方向と直交する方向に相対的にシフトさせる照射位置シフト工程を有し、制御工程は、照射位置シフト工程において、上層パターンの形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせることで、上層パターンの描画を制御することを特徴とする。このように構成された発明では、制御工程は、照射位置シフト工程において上層パターンの形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせることで、下層パターンに合わせた上層パターンの描画を行うことができる。
【００２９】
また、本願発明に係る描画方法において、制御工程は、撮像工程で取得した撮像画像に含まれる下層パターンと、下層パターンの設計データから生成した画像とを用いた画像処理により、ステージに保持された基板の下層パターンの位置を算出することを特徴とする。このように構成された発明では、制御工程においてステージに保持された基板の下層パターンの位置を算出するため、下層パターンの撮像画像と、下層パターンの設計データから生成した画像とを画像処理することで確実に下層パターンの位置を算出することができる。
【００３０】
また、本願発明に係る描画方法において、制御工程における画像処理はパターンマッチング処理であることを特徴とする。このように構成された発明では、画像処理としてパターンマッチング処理を採用することで、画像間の位置合わせを行い確実に下層パターンの位置を算出することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、撮像部で撮像された下層パターンの撮像画像と、移動誤差検出部によって撮像時に検出された第１移動誤差とから、基板の変形に起因する基板上における下層パターンの位置ずれ量を算出することができる。そして、撮像部による下層パターンの撮像後から光照射部によって光ビームが照射されるまでの間に検出される第２移動誤差と、下層パターンの位置ずれ量とから、ステージの移動誤差に起因する下層パターンの位置ずれを考慮した上層パターンの形成位置を算出することができる。
【００３２】
このように、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を光ビームが照射される位置に近い位置で算出することで照射位置までのステージの移動する距離が短くなり、移動誤差検出部で検出される第２移動誤差と、光照射部から光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅を小さくすることができ、下層パターンに合わせて配線パターン等の上層パターンの安定した描画を行うができる描画装置および描画方法を実現することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる露光装置の側面から見た全体側面図である。
【図２】図１に示す露光装置を上面から見た全体平面図である。
【図３】図１の露光装置を上面および側面から見た一部拡大図である。
【図４】光照射部の内部構造を示す模式図である。
【図５】照射位置シフト機構の構成を示す模式図である。
【図６】制御部が備える露光動作に関わる機能部を示すブロック図である。
【図７】撮像画像内における下層パターンの位置ずれを説明するための図である。
【図８】基板上における下層パターンの位置ずれを説明するための図である。
【図９】本発明に係る描画処理の一連の流れを示す図である。
【図１０】描画処理の流れを詳細に説明するための図である。
【図１１】シミュレーションの条件を示す図である。
【図１２】シミュレーションにおける各位置での相対誤差を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は本発明の一実施形態にかかる露光装置１００の側面から見た全体側面図であり、図２は図１に示す露光装置１００を上面から見た全体平面図である。
【００３５】
なお、図１および図２において、図示および説明の都合上、Ｚ軸方向が鉛直方向を表し、ＸＹ平面が水平面を表すものとして定義するが、それらの位置関係を把握するために便宜上定義するものであって、以下に説明する各方向を限定するものではない。
【００３６】
露光装置１００は、感光材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板、プリント配線基板等（以降、基板と称す）の上面に光ビームを照射して配線パターン等の所定のパターンを直接描画する描画装置である。
【００３７】
この露光装置１００では、本体フレーム１０１に対してカバー１０２が取り付けられ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、露光装置１００が備える各種の構成要素を有した構成となっている。
【００３８】
露光装置１００の本体内部には、主として、基板Ｗを保持するステージ１０と、ステージ１０を移動させるステージ移動機構２０と、ステージ１０の位置を計測するステージ位置計測部３０と、基板Ｗの上面に光ビームを照射する光照射部４０と、基板Ｗ上の描画予定領域を撮像する撮像部５０と、ステージ１０の移動誤差を検出する移動誤差検出部６０と、基板Ｗ上のアライメントマークを撮像するアライメントカメラ７０および基板Ｗを搬出入するための搬送装置８０とを有している。また、露光装置１００は、露光装置１００が備える各部と電気的に接続されて、これらの各部の動作を制御する制御部９０を備える。
【００３９】
そして、露光装置１００の本体外部には、本体内部と隣接する位置に基板収納カセット１０３を載置するためのカセット載置部１０４を備えている。基板収納カセット１０３には、描画処理（露光処理）を受けるべき未処理の基板Ｗが収納されており、本体内部に配置される搬送装置８０によって基板Ｗが本体内部に搬入される。また、未処理の基板Ｗに対して露光処理が施された後、基板Ｗが搬送装置８０によって本体部から搬出され基板収納カセット１０３に戻される。基板収納カセット１０３の受け渡しは、図示を省略する外部搬送装置によって行なわれる。
【００４０】
ステージ１０は矩形状の外形を有し、ステージ１０の上面には図示を省略する複数の吸引孔が形成されている。これらの吸引孔は真空ポンプ等に接続されており、該真空ポンプを動作させることによって、ステージ１０上に基板Ｗが載置されると、吸引孔の吸引圧によりステージ１０の上面に基板Ｗが吸着固定される。すなわち、ステージ１０の上面に基板Ｗを水平に保ちつつ、固定的に保持する。
【００４１】
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Ｚ軸周り回転方向（θ軸方向）に移動させる。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１１と、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート１２と、支持プレート１２を副走査方向に移動させる副走査機構１３と、副走査機構１３を介して支持プレート１２を支持するベースプレート１４と、ベースプレート１４を主走査方向に移動させる主走査機構１５と、を有している。回転機構１１、副走査機構１３、および主走査機構１５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。
【００４２】
回転機構１１は、ステージ１０の内部に取り付けられた回転子により構成されたモータを有している。また、ステージ１０の中央部下面側と支持プレート１２との間には回転軸受機構が設けられている。このため、モータを動作させると、回転子がθ方向に駆動し、回転軸受機構の回転軸を中心としてステージ１０が所定角度の範囲内で回転する。
【００４３】
副走査機構１３は、支持プレート１２の下面に取り付けられた移動子とベースプレート１４の上面に敷設された固定子とにより副走査方向の推進力を発生させるリニアモータ１３ａと、副走査方向に伸びる一対のガイドレール１３ｂとを有している。このため、リニアモータ１３ａを駆動させると、ベースプレート１４上のガイドレール１３ｂに沿って支持プレート１２およびステージ１０が副走査方向に移動する。
【００４４】
主走査機構１５は、リニアモータ１５ａと、ベースプレート１４と基台１０５との間に、ベースプレート１４の一部を案内するよう主走査方向に伸びる一対のガイドレール１５ｂとを備える。リニアモータ１５ａはベースプレート１４の下面に取り付けられた移動子と、基台１０５上に敷設された固定子とを有している。このため、リニアモータ１５ａを駆動させると、基台１０５上のガイドレール１５ｂに沿って、ベースプレート１４、支持プレート１２およびステージ１０が主走査方向に移動する。なお、このようなステージ移動機構２０としては、従来から多用されているＸ−Ｙ−θ軸移動機構を用いることができる。
【００４５】
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。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３３と、ビームベンダ３２と、第１干渉計３４と、第２干渉計３５とを備える。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
制御部９０は、第１干渉計３４および第２干渉計２５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。
【００４９】
光照射部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（スポットビーム）を強度分布が均一な線状の光（ラインビーム）とする照明光学系４３と、基板Ｗの上面に光を照射する光学ヘッド４０１とを備える。
【００５０】
レーザ発振器４１、レーザ駆動部４２および照明光学系４３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１０５上に架設されたボックス１０６の内部に設けられる。また、レーザ発振器４１、レーザ駆動部４２および照明光学系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。
【００５１】
ステージ１０およびステージ移動機構２０に対向するようにして基台１０５の上方に一対の脚部材１０７、１０８がステージ１０の移動路の両側に立設される。そして、脚部材１０７の頂部を橋渡しするように梁部材１０９が横設されており、それぞれの脚部材１０８の頂部および梁部材１０９の上面を橋渡しするようにボックス１０６は設けられている。
【００５２】
そして、光学ヘッド４０１は梁部材１０９の略中央部の側面に設けられている。光学ヘッド４０１は、レーザ発振器４１から出射され、照明光学系４３を介して入射した光に描画パターンに応じた空間変調を形成して基板Ｗの上面に照射する。
【００５３】
続いて、光照射部４０が備える光学ヘッド４０１の構成について図４を参照しながら説明する。図４は光照射部４０の構成例を模式的に示す図である。
【００５４】
光照射部４０は、レーザ駆動部４２が動作するとレーザ発振器４１からレーザ光が出射され、出射されたレーザ光は照明光学系４３を介して、光学ヘッド４０１の内部に導入される。
【００５５】
光学ヘッド４０１は、レーザ発振器４１からの光を光学ヘッド４０１内に導入する入射部４４と、導入された光を変調するための空間光変調素子４５と、入射部４４からの光を空間光変調素子４５へと導く光学系４６と、空間光変調素子４５で変調された光の光軸をシフトさせ、基板Ｗの上面において描画位置を副走査方向に相対的にシフトさせるための照射位置シフト機構４７と、照射位置シフト機構４７を介した光を基板Ｗの上面に導く投影光学系４８とを備える。
【００５６】
空間光変調素子４５は、回折格子型の変調素子であり、半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。回折格子型の光変調素子としては、例えば、ＧＬＶ（Ｇｒａｉｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ社の登録商標）を使用する。なお、ＧＬＶによる光の変調原理については、既知であるため詳細については説明を省略する。
【００５７】
照射位置シフト機構４７は空間光変調素子４５によって描画パターンに応じて空間変調された光を副走査方向に沿ってシフトさせる。照射位置シフト機構４７の詳細については後述する。
【００５８】
投影光学系４８は、対物レンズ４８２と、対物レンズ４８２を光軸に沿って移動させるアクチュエータとから構成されるフォーカス機構４８１を備えている。フォーカス機構４８１により対物レンズ４８２がＺ軸方向に移動することよって、空間光変調素子４５によって変調された光の焦点位置が調整される。焦点位置が調整された光は、基板Ｗの上面に照射され、基板Ｗ上のレジスト等の感光層を露光することにより、配線パターン等が描画される。
【００５９】
次に、照射位置シフト機構４７について図５を参照しながら詳細に説明する。図５は照射位置シフト機構４７の構成を模式的に示す図である。
【００６０】
照射位置シフト機構４７は、１個以上の光学部品を備え、少なくとも１個の光学部品の位置あるいは姿勢を変更することによって、入射光の光路を副走査方向に沿ってシフトさせる。
【００６１】
図５に示すように照射位置シフト機構４７は２個のウェッジプリズム４７１と、一方のウェッジプリズム４７１を、他方のウェッジプリズム４７１に対して、入射光の光軸Ｌの方向に沿って直線的に移動させるウェッジプリズム移動機構４７２とを備える。ウェッジプリズム４７１は、光が入射する光学面と出射する光学面が非平行となるプリズムである。２個のウェッジプリズム４７１は、互いに略同一の構造を有しており、例えば、頂角、屈折率がいずれも同一となる構造を有している。
【００６２】
２個のウェッジプリズム４７１は、固定ステージ４７３、可動ステージ４７４にそれぞれ固定され、対向する光学面が互いに平行となり、かつ、互いに逆向きとなるように、入射光の光軸Ｌの方向に沿って並んで配置される。各ウェッジプリズム４７１は、例えば固定バンド４７５を用いて各ステージ４７３、４７４に固定される。
【００６３】
一方のウェッジプリズム４７１が配置される固定ステージ４７３は、ベース部４７６上に固定されている。他方のウェッジプリズム４７１が配置される可動ステージ４７４は、ベース部４７６上に設置された一対のガイドレール４７２１に沿って移動可能とされている。ガイドレール４７２１は、ベース部４７６上に、Ｚ軸方向に沿って延在して形成されている。
【００６４】
ベース部４７６には、回転モータ４７２２によって回転させられるボールねじ４７２３が配設されている。ボールねじ４７２３は、ガイドレール４７２１の延在方向に沿って延在しており、可動ステージ４７４のブラケット４７４１の雌ねじ部に螺合されている。この構成において、ボールねじ４７２３が回転モータ４７２２によって回動されることで、可動ステージ４７４がガイドレール４７２１に沿ってＺ方向に移動する。
【００６５】
つまり、可動ステージ４７４、ガイドレール４７２１、回転モータ４７２２、およびボールねじ４７２３により、他方のウェッジプリズム４７１を入射光の光軸Ｌの方向に沿って直線的に移動させるウェッジプリズム移動機構４７２が構成される。ウェッジプリズム移動機構４７２は、他方のウェッジプリズム４７１を、一方のウェッジプリズム４７１に対して光軸Ｌの方向に沿って直線的に移動させることによって、２個のウェッジプリズム４７１の光軸Ｌの方向に沿う離間距離を変化させる。
【００６６】
上記構成を備える照射位置シフト機構４７においては、２個のウェッジプリズム４７１の光軸Ｌに沿う離間距離を変化させることによって、ウェッジプリズム４７１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。なお、シフト量Δｘは、２つのウェッジプリズム４７１の離間距離に応じて定まる。
【００６７】
撮像部５０は、光学ヘッド４０１と対応付けられており、主走査の際に光学ヘッド４０が基板Ｗに対して相対的に移動する方向について定められた距離だけ上流側に配置されている。本実施形態では、光学ヘッド４０１の図１中の右側の側面に固定的に設置されている。すなわち、撮像部５０は、ステージ１０が主走査方向に移動することで、光学ヘッド４０１がステージ１０に対して相対的に移動する方向の搬送装置８０側の光学ヘッド４０１の側面に設置されている。
【００６８】
具体的には、例えばＬＥＤにより構成される光源と、鏡筒と、対物レンズと、リニアイメージセンサ（一次元イメージセンサ）により構成されるＣＣＤイメージセンサとを備える。なお、撮像部５０で採用される光源の波長は、基板Ｗ上のレジスト等を感光させない波長である。
【００６９】
そして、対応する光学ヘッド４０１が描画を行う予定の基板Ｗ上の領域である描画予定領域を撮像する。したがって、主走査方向に移動するステージ１０に載置された基板Ｗ上の描画予定領域に光照射部４０から光ビームが照射される前に、該描画予定領域に形成された下層パターンを撮像することができる。なお、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撮像データを取得し、取得した撮像データを制御部９０に送信する。
【００７０】
移動誤差検出部６０は、ステージ１０上に形成されたスケールパターン６１と、エンコーダヘッド６２と、エンコーダヘッド６２を副走査方向に移動可能にするためのエンコーダ移動機構６３とを備える。そして、ステージ１０の主走査方向の移動によって生じる真直度のばらつきなどであるステージ１０の水平方向の移動誤差を逐次検出する。
【００７１】
スケールパターン６１は、ステージ１０の上面であって載置された基板Ｗに掛からない位置であるステージ１０の側端部に主走査方向に伸びるように形成されており、スケールパターン６１の主走査方向の長さはステージ１０の長さにほぼ等しい。なお、スケールパターン６１は各種のフォトリソグラフィ製法により、ガラス表面上へ硬質なクロム蒸着等により形成することができる。
【００７２】
エンコーダヘッド６２は、光学ヘッド４０１が取り付けられた梁部材１０９の光学ヘッド４０１が設置される側の面であって、光学ヘッド４０１の側方に位置するように設けられている。
【００７３】
エンコーダ移動機構６３は、エンコーダヘッド６２と梁部材１０９の間に配設されている。エンコーダ移動機構６３は、図示を省略するリニアモータと、梁部材１０９に敷設された副走査方向に伸びる一対のガイドレールと、エンコーダヘッド６２を側面から固定的に支持する支持プレートとを備える。そして、リニアモータが駆動し支持プレートと梁部材１０９との間に敷設された移動子および固定子とにより副走査方向の推進力を発生させ、支持プレートをガイドレールに沿って副走査方向に移動させることで、エンコーダヘッド６２を副走査方向に移動させる。
【００７４】
図３を参照しつつ移動誤差検出部６０について詳細に説明する。図３（ａ）はステージ１０上に形成されたスケールパターン６１を上方から見た図である。スケールパターン６１は、図３（ａ）に示すようにＹ軸方向に直線状に形成された１本のＸスケールＸＳと、ＸスケールＸＳと直交するようにＸ軸方向に直線状に等間隔に複数の短線状に形成されたＹスケールＹＳとを備える。そして、ステージ１０が主走査方向に移動することで、スケールパターン６１は梁部材１０９に設けられたエンコーダヘッド６２の下方を通過し、エンコーダヘッド６２がスケールパターン６１を検出する。
【００７５】
エンコーダヘッド６２によるスケールパターン６１の検出について図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ｂ）は、エンコーダヘッド６２およびステージ１０上に形成されたスケールパターン６１をＸ軸方向から見た模式図である。なお、梁部材１０９やエンコーダ移動機構６３は図示を省略している。
【００７６】
エンコーダヘッド６２は互いに直交する二軸方向（ＸＹ方向）に感度をもち、スケールパターン６１に当たる光の回折と干渉を利用することでステージ１０の位置を計測する。エンコーダヘッド６２は、ステージ１０に形成されたスケールパターン６１に光Ｌを照射する光源６２１と、光源６２１から照射された光Ｌがスケールパターン６１で反射されＸスケールＸＳからの回折光を受光する第１受光素子６２２Ｘと、ＹスケールＹＳからの回折光を受光する第２受光素子６２２Ｙとを備える。
【００７７】
第１受光素子６２２Ｘはステージ１０のＸ軸方向の位置を検出する。Ｘ軸方向についてはあらかじめ基準位置が規定されており、エンコーダヘッド６２からのＸスケールＸＳの検出信号を解析し、Ｘ軸方向の基準位置と検出されたＸスケールＸＳとのＸ軸方向の距離を位置ずれ量として取得することができる。そして、基準位置を当該位置ずれ量分だけずらせた位置が検出時のＸ軸方向のステージ１０の位置として検出される。
【００７８】
また、第２受光素子６２２Ｙはステージ１０のＹ軸方向の位置を検出する。光源６２１から照射された光Ｌがスケールパターン６１で反射されＹスケールＹＳからの回折光を第２受光素子６２２Ｙが受光し信号を出力する。そして、あらかじめ設定したＹスケールＹＳの数と検出されたＹスケールＹＳの数を比較することで、本来のステージ１０の位置からの位置ずれ量を取得することができる。そして、Ｙ軸方向の本来のステージ１０の位置を基準に当該位置ずれ量分だけずらせた位置が検出時のＹ軸方向のステージ１０の位置として検出される。
【００７９】
以上のように、移動誤差検出部６０は、エンコーダヘッド６２とスケールパターン６１とから取得されたステージ１０の水平方向の位置であるステージ１０のＸ軸方向の位置とＹ軸方向の位置を取得することができる。本来のステージ１０の位置である理想位置と、移動誤差検出部６０によって取得されたステージ１０の水平位置との差分を本発明においてはステージ１０の水平方向の移動誤差とする。
【００８０】
なお、移動誤差検出部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ステージ１０の水平方向の移動誤差を検出し、検出した移動誤差を制御部９０に送信する。
【００８１】
アライメントカメラ７０は、基板Ｗの上面にあらかじめ形成されたアライメントマークを撮像する。アライメントカメラ７０は、梁部材１０９の図１中の左側の側面に下方を撮像できるように設置されている。言い換えると、梁部材１０９の光学ヘッド４０１が設置される面の反対面に設置されている。
【００８２】
そして、アライメントカメラ７０としては、前述した撮像部５０とほぼ同様の構成を備えている。アライメントカメラ７０が備えるＣＣＤイメージセンサは、例えばエリアイメージセンサ（２次元イメージセンサ）により構成される。
【００８３】
アライメントカメラ７０によりアライメントマークを撮像するときには、ステージ１０に載置された基板Ｗがアライメントカメラ７０の下方に移動し、図示を省略する光源から出射された光が基板Ｗの上面に導かれ、その反射光をＣＣＤイメージセンサで受光する。
これにより、基板Ｗの上面に形成されたアライメントマークの撮像データが取得されることになる。
【００８４】
なお、アライメントカメラ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撮像データを取得し、取得した撮像データを制御部９０に送信する。
【００８５】
搬送装置８０は、カバー１０２に囲まれた本体内部の右手端部に配置されている。搬送装置８０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、基板収納カセット１０３と、ステージ１０との間で基板Ｗの受け渡しを行う。搬送装置８０としては、例えば、従来から知られている搬送ロボットを用いることができる。
【００８６】
制御部９０は、各種の演算処理を実行しつつ、露光装置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、ブートプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算処理の作業領域となるＲＡＭ、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスクなどの記憶部、各種表示を行うディスプレイ、キーボード、および、マウスなどの入力部、ＬＡＮ等を介してデータ通信機能を有するデータ通信部、等を有するコンピュータによって構成される。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露光装置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って実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。
【００８７】
次に、制御部９０によって実現される上記の構造による露光動作に関わる各機能部について図６を用いて説明する。図６は制御部９０が備える露光動作に関わる各機能部と、描画を実際に制御する露光制御部９００との関係をあらわすブロック図である。
【００８８】
制御部９０は、基板Ｗに描画すべき上層パターンを記述した描画パターンデータであるＣＡＤデータ９１１等の各種データを記憶しておく記憶部９１と、ＣＡＤデータ９１１を描画用のデータ単位として生成するデータ生成部９２と、データ生成部９２で生成されたデータをラスタライズするラスタライズ部９３と、下層パターンのずれ量を算出するずれ量算出部９４と、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出する形成位置算出部９５とを備えている。
【００８９】
記憶部９１は、上述したように外部のＣＡＤ等を用いて生成されたＣＡＤデータ９１１やラスタライズ部９３でラスタライズされたラスターデータ９１２等を記憶する。また、前述したデータ以外にも各部で検出されたデータ等を記憶する。なお、ＣＡＤ９１１は基板Ｗに対する一連の処理に先立って記録媒体あるいは通信ネットワーク等を介してあらかじめ記憶部９１に準備されている。
【００９０】
データ生成部９２は、記憶部９１からＣＡＤデータ９１１を読み出し、描画を行う所定の単位領域（ストライプ）にＣＡＤデータ９１１を分割し、ラスタライズ部９３にストライプ単位で送信する。
【００９１】
ラスタライズ部９３は、データ生成部９２によって生成されたストライプごとにラスタライズを行い、ラスタ形式のラスターデータ９１２を生成し記憶部９１に記憶する。こうして、１ストライプ分のラスターデータ９１２の準備が終わると、ラスターデータ９１２は露光制御部９００に送られる。
【００９２】
ずれ量算出部９４は、撮像部５０で取得された基板Ｗ上の描画予定領域の撮像データと、移動誤差検出部６０で検出されたステージ１０の水平方向の移動誤差を受け取り、描画予定領域に形成されている下層パターンの基板Ｗに対する位置ずれ量を算出する。基板Ｗに対する下層パターンの位置ずれ量とは、基板Ｗ上に形成されている下層パターンの形成位置と、基板Ｗ上での下層パターンの設計位置との差分をあらわすものである。
【００９３】
図７を参照しつつ下層パターンの位置ずれについて説明する。下層パターンの位置ずれは、２つの要因により引き起こされる。その一方はステージ１０の移動誤差によって生じる位置ずれと、他方は基板Ｗの変形等によって生じる基板Ｗ上での設計位置からの下層パターンの位置ずれである。図７では、上述したステージ１０の移動誤差および基板Ｗの変形等による下層パターンの位置ずれが生じていない場合のステージ１０の理想位置と基板Ｗ上における下層パターンの設計位置を破線で示している。また、その時点におけるステージ１０の実際位置および下層パターンの形成位置については実線で示している。なお、図７では、光学ヘッド４０１およびエンコーダヘッド６２は図示を省略している。
【００９４】
図７（ａ）は、下層パターンの設計位置を破線で表している。また、基板Ｗ上の下層パターンの形成位置を実線で表している。なお、この時点では描画処理動作前でありステージ１０は静止しており上述したステージ１０の移動誤差は生じていない。したがって、ステージ１０の実際位置は理想位置でもあるため実線で表している。
【００９５】
これに対し、基板Ｗには熱膨張等により変形が生じており、あらかじめ基板Ｗ上に形成されている下層パターンが、基板Ｗ上での設計位置からＸ軸方向にΔＰＸ、Ｙ軸方向にΔＰＹだけ位置ずれが生じている。したがって、下層パターンに対して上層パターンを精度良く重ねあわせて描画するためには、当該位置ずれを補正する必要がある。
【００９６】
図７（ｂ）は、描画処理が開始され撮像部５０にてＹ軸方向に移動するステージ１０上に保持された基板Ｗの描画予定領域を撮像する撮像時における、ステージ１０の理想位置と基板Ｗ上の下層パターンの設計位置を破線で表している。また、撮像時のステージ１０の実際位置と基板Ｗ上の下層パターンの形成位置を実線で表している。
【００９７】
撮像データから算出される下層パターンの設計位置と形成位置との位置ずれ量の算出について図８を参照しつつ説明する。図８（ａ）は撮像部５０から送られてくる下層パターンの１次元の撮像データを蓄積し、２次元の画像データとして生成したものである。また、図８（ｂ）は、制御部９０がステージ位置計測部３０から送られてくるステージ１０の位置に基づき、あらかじめ記憶部に記憶しておいた下層パターンの設計データから、撮像部５０によって撮像された位置と略同じ位置を特定し、画像データに変換し生成した設計画像５２０である。図８で示された撮像データは、図７（ｂ）で図示される下層パターンを含むように撮像されたものを表している。
【００９８】
設計画像５２０には、配線パターン等の設計下層パターン５２１が含まれる。同様に、撮像画像５１０には基板Ｗ上にあらかじめ形成されている配線パターン等の形成下層パターン５１１が含まれる。
【００９９】
設計画像５２０から、特徴的なパターンを有するテンプレート５２２を抽出する。同時に、テンプレート５２２に設計基準点５２３を設定し、設計基準点５２３の座標を記憶しておく。これが設計位置となる。なお、設計基準点５２３をテンプレート５２２の左上に設定しているが、これに限定されるものではなく、テンプレート５２２内で特定できる点（例えば、重心等）を設計基準点として設定してもよい。
【０１００】
続いて、撮像画像５１０に対してテンプレート５２２を用いて、いわゆるパターンマッチング処理を行い、マッチング度が高い位置であるマッチング領域５１２を取得する。すなわち、このマッチング領域５１２の左上の点が検出基準点５１３となる。
【０１０１】
設計基準点５２３と検出基準点５１３のＸ方向およびＹ方向の差分が、撮像画像内における下層パターンの設計位置に対する形成位置のＸ軸方向の位置ずれ量ΔＩＰＸ、Ｙ軸方向の位置ずれ量ΔＩＰＹとして求まる。
【０１０２】
しかしながら、撮像部５０によって撮像することで得られる撮像データは、ステージ１０に保持された基板Ｗを撮像して取得したものである。すなわち、ステージ１０が移動誤差による位置ずれを生じていた場合、ステージ１０に保持された基板Ｗを撮像して取得した撮像データには、撮像時のステージ１０の移動誤差と、基板Ｗ上での設計位置からの下層パターンの位置ずれとが重畳されている。そのため、撮像時におけるステージ１０の移動誤差を撮像画像から得られた下層パターンの位置ずれ量から減算する必要がある。
【０１０３】
ここで、前述したようにステージ１０の移動誤差はエンコーダヘッド６２とスケールパターン６１によって検出することができる。具体的には、ＹスケールＹＳに関してはあらかじめ設定したＹスケールＹＳの数と撮像時に検出された数を比較することでΔＩＳＹを求める。一方、ＸスケールＸＳに関してはステージ１０のＸ軸方向の基準位置と撮像時に検出されたＸスケールＸＳとのＸ軸方向の距離をΔＩＳＹとして取得することができる。ΔＩＳＸおよびΔＩＳＹが撮像時におけるステージ１０の移動誤差をあらわす。
【０１０４】
したがって、描画予定領域に形成されている下層パターンの基板Ｗ上の設計位置からの位置ずれ量を算出するには、撮像データから算出した撮像画像内の下層パターンの位置ずれ量であるΔＩＰＸ、ΔＩＰＹから、撮像時のステージ１０のＸ軸方向の移動誤差ΔＩＳＸ、Ｙ軸方向の移動誤差ΔＩＳＹを減算（ΔＩＰＸ−ΔＩＳＸ、ΔＩＰＹ−ΔＩＳＹ）すればよい。
【０１０５】
このようにして、基板Ｗ上の下層パターンの位置ずれ量としてＹ軸位置ずれ量ΔＰＹとＸ軸位置ずれ量ΔＰＸを算出することができる。そして、ずれ量算出部９４で算出された基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸとＹ軸位置ずれ量ΔＰＹは形成位置算出部９５に送られる。なお、基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸとＹ軸位置ずれ量ΔＰＹは、基板Ｗの変形にのみ起因する位置ずれであるため少なくとも描画処理中において、基板Ｗ上の描画予定領域の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸとＹ軸位置ずれ量ΔＰＹは変化しない。
【０１０６】
形成位置算出部９５は、ずれ量算出部９４で算出された基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ΔＰＹと、移動誤差検出部６０よってあらかじめ設定されたタイミングで検出されたステージ１０の移動誤差とを受け取り、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出する。
【０１０７】
ここで、図７（ｃ）を参照しつつ下層パターンに対する上層パターンの形成位置の算出について説明する。図７（ｃ）は、撮像部５０によって基板Ｗ上の描画予定領域が撮像されてから描画予定領域に光ビームが照射されるまでの間で、あらかじめ設定されたタイミングで移動誤差検出部６０がステージ１０の移動誤差を検出した検出時の、ステージ１０の理想位置と基板Ｗ上の下層パターンの設計位置を破線で表し、検出時のステージ１０の実際位置と基板Ｗ上の下層パターンの形成位置を実線で表している。
【０１０８】
下層パターンに対する上層パターンの形成位置は、基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ＰＹと、ステージ１０の移動誤差とが重畳された情報と言える。したがって、ずれ量算出部９４で算出された基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ＰＹと、あらかじめ設定されたタイミングで移動誤差検出部６０によって検出されたステージ１０のＸ軸方向の移動誤差ΔＤＳＸと、Ｙ軸方向の移動誤差ΔＤＳＹとを合算（ΔＰＸ＋ΔＤＳＸ、ΔＰＹ＋ΔＤＳＹ）する。
【０１０９】
合算することで算出された下層パターンに対する上層パターンのＸ軸方向の位置ずれ量ΔＰＸ＋ΔＤＳＸ、Ｙ軸方向の位置ずれ量ΔＰＹ＋ΔＤＳＹだけ、本来の上層パターンの形成位置からずらせることで、ステージ１０の移動誤差および基板Ｗ上での下層パターンの設計位置からの位置ずれを補正するための下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。なお、下層パターンに対する上層パターンの形成位置はＸ軸およびＹ軸からなるＸＹ平面内の位置として算出される。そして、上層パターンの形成位置を露光制御部９００に送信する。
【０１１０】
また、形成位置算出部９５は下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ΔＰＹと、ステージ１０のＸ軸方向の移動誤差ΔＤＳＸおよびＹ軸方向の移動誤差ΔＤＳＹとを合算するため四則演算処理を行う。そのため、前述したずれ量算出部９４での処理に比べて演算処理の時間を短くすることができる。
【０１１１】
露光制御部９００は、形成位置算出部９５から送られてきた下層パターンに対する上層パターンの形成位置とラスターデータ９１２とを受け取る。そして、描画前に撮像された描画予定領域が光学ヘッド４０１の下方を通過するとき、ラスターデータ９１２に基づき空間光変調素子４５を制御するとともに、下層パターンに対する上層パターンの形成位置のＸ位置に基づき照射位置シフト機構４７を制御する。
【０１１２】
具体的には、照射位置シフト機構４７を構成する２つのウェッジプリズム４７１の相対的な離間距離をＸ位置に応じて変化させる。すると、光ビームの光路がＸ軸方向にシフトする。すなわち、基板Ｗ上での描画位置を副走査方向に相対的にシフトさせることができる。このようにして、Ｘ軸方向について下層パターンに位置合わせを行いながら上層パターンを描画することができる。
【０１１３】
また、ラスターデータ９１２に応じて空間光変調素子４５の入射光を空間変調するタイミングを、下層パターンに対する上層パターンの形成位置のＹ位置に基づき制御することで、主走査方向に相対的に描画位置をシフトさせることができる。このようにして、Ｙ軸方向についても下層パターンに位置合わせを行いながら上層パターンを描画することができる。
【０１１４】
続いて、上述した露光装置１００の動作の一例について図９、図１０を用いて説明を行う。図９は露光処理に係る全体の処理の流れについて説明するためのフローチャートである。また、図１０は、描画処理の流れを詳細に説明するためのフローチャートである。
【０１１５】
露光装置１００は、制御部９０から搬送装置８０に動作指令を行い、基板Ｗを収納した基板収納カセット１０３から基板Ｗを取り出し露光装置１００に搬入する。そして、露光装置１００の内部に搬入された基板Ｗをステージ１０の上面に載置する（ステップＳ１１）。すると、真空ポンプが作動し基板Ｗが載置されたステージ１０は吸引圧によりステージ１０の上面に基板Ｗを水平に吸着固定する。基板収納カセット１０３から搬出された基板Ｗをステージ１０に載置する前にプリアラメント処理を行ってもよい。
【０１１６】
また、基板収納カセット１０３から搬出される基板Ｗは、他の処理工程において別の露光装置等により基板Ｗの表面に下層パターンがあらかじめ形成されている。そして、基板Ｗの四隅には基板Ｗの姿勢を位置合わせするためのアライメントマークが形成されている。なお、アライメントマークは基板Ｗの四隅に限られず複数形成されていてもよい。
【０１１７】
基板Ｗをその上面に保持したステージ１０は、制御部９０からの動作指令に基づきステージ移動機構２０が動作することでアライメント領域に移動する。そして、露光装置１００はステージ１０上に載置された基板Ｗと光学ヘッド４０１との相対位置を調整するアライメント処理（位置合わせ処理）を行う（ステップＳ１２）。
【０１１８】
基板Ｗがステージ１０上に載置される際、ほぼ所定の位置に載置されることになるが、微細なパターンを描画するにあたり位置精度として十分でない場合が多い。このため、アライメント処理を行い基板Ｗの位置や傾きを微調整して、以降の描画処理の精度を向上させる。
【０１１９】
アライメント処理では、基板Ｗの上面の四隅に形成されたアライメントマークをアライメントカメラ７０によりそれぞれ撮像する。制御部９０は、アライメントカメラ７０により取得された画像中の各アライメントマークを抽出する。そして、各アライメントマークの位置に基づいて、基板Ｗの理想位置からのずれ量として、Ｘ軸方向のずれ量、Ｙ軸方向のずれ量およびＺ軸周りのθ方向のずれ量を算出する。そして、算出されたずれ量を低減させるように、制御部９０は、回転機構１１、副走査機構１３、主走査機構１５を駆動させ基板Ｗの位置を補正する。
【０１２０】
続いて、露光装置１００は、アライメント処理が行なわれた基板Ｗに対して描画処理を行う（ステップＳ１３）。描画処理の詳細については後述するが、ここでは、本実施例における描画処理の流れを簡単に説明する。
【０１２１】
露光装置１００は、ステージ１０を主走査方向および副走査方向に移動させつつ、光学ヘッド４０１から基板Ｗの上面に向けて光ビームを照射することにより、基板Ｗの上面に上層パターンを描画する。
【０１２２】
具体的には、制御部９０からの指示に応じて、主走査機構１５を動作させることでステージ１０を主走査方向に沿って移動させる。これにより、基板Ｗを光学ヘッド４０１に対して主走査方向に沿って相対的に移動させることができる。基板Ｗの１ストライプ分の描画予定領域が光学ヘッド４０１の下方を通過すると、基板Ｗの表面に１ストライプ分の描画が行なわれることになる。
【０１２３】
１ストライプ分の描画が終了すると、制御部９０は主走査機構１５を動作させ、ステージ１０を主走査方向に沿って基板Ｗを当該ストライプの描画を開始した元の位置に移動させる。さらに、制御部９０は、副走査機構１３を動作させることでステージ１０を副走査方向に沿って、１ストライプの幅に相当する距離だけ移動させる。副走査方向への移動が終了すると、再び主走査方向にステージ１０が走査されつつ描画が行なわれる。
【０１２４】
そして、先に描画された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なわれることになる。このように主走査方向の移動と副走査方向の移動が繰り返して行なわれることによって、基板Ｗの表面の全域に上層パターンが描画されることになる。
【０１２５】
基板Ｗの全域への描画処理が完了すると、制御部９０はステージ移動機構２０を動作させ描画処理済み基板Ｗを載置するステージ１０を搬出位置に移動させる。そして、真空ポンプの動作が停止し、ステージ１０上での吸着保持が解除される。制御部９０の動作指令に応じて搬送装置８０がステージ１０の上面から描画処理済みの基板Ｗを露光装置１００から搬出し、基板収納カセット１０３に搬入する（ステップＳ１４）。
【０１２６】
次に描画処理（ステップＳ１３）について詳細に説明する。図１０は描画処理の流れを詳細に説明するための図である。
【０１２７】
制御部９０からの動作指令に応じてステージ移動機構２０が動作し、ステージ１０が描画開始位置へと移動する（ステップＳ１０１）。描画開始位置は、ステージ１０に載置された基板Ｗの書き出し位置に基づき決められており、制御部９０が内部に記憶している。
【０１２８】
次に、制御部９０のラスタライズ部９３から露光制御部９００に１ストライプ分のラスターデータ９１２が送られる。露光制御部９００は１ストライプ分のラスターデータ９１２を受け取ったことを確認すると、主走査機構１５を動作させステージ１０の主走査方向の移動を開始する（ステップＳ１０２）。この時、光学ヘッド４０１から基板Ｗに向けて光ビームが照射される間は、ステージ１０は一定速度で主走査方向に移動するように制御される。なお、ステージ１０の移動速度は基板Ｗ上に塗布されたレジストの感光特性および光学ヘッド４０１から照射される光ビームの光量に基づき決められている。
【０１２９】
また、制御部９０はステージ位置計測部３０に対しても動作指令を行う。ステージ位置計測部３０は、主走査方向に移動するステージ１０に向けて連続的にレーザ光を照射し、その反射光と出射光との干渉からステージ１０の主走査方向の位置を連続的に検出し制御部９０に送信する。したがって、制御部９０は、描画処理中においてステージ１０の主走査方向の位置を常に把握することができる。
【０１３０】
ステージ１０の主走査方向に沿う走査が開始されると、制御部９０は撮像部５０に対して動作指令を出す。撮像部５０は動作指令に応じて主走査方向に移動するステージ１０に保持された基板Ｗ上の描画予定領域を撮像し、描画予定領域に形成された下層パターンの撮像データを取得する（ステップＳ１０３）。ただし、撮像部５０は主走査の方向について、光学ヘッド４０１から定められた距離だけ上流側に配置されている。したがって、撮像部５０においては、光学ヘッド４０１に対して当該距離だけステージ１０が移動し、描画を行う予定の基板Ｗ上の描画予定領域を光学ヘッド４０１によって描画される前に撮像した撮像データが取得されることになる。
【０１３１】
ここで、本実施形態においては、撮像部５０は１次元イメージセンサを採用しているため１次元で撮像された撮像データは制御部９０に順次送信される。そして、制御部９０が１次元の撮像データを合成し２次元画像を生成する。本実施例では、生成された２次元画像の重心位置を含む１次元の撮像データが取得された時刻を撮像時とおいている。
【０１３２】
これと並行して、制御部９０は移動誤差検出部６０に対して動作指令を出しエンコーダヘッド６２を動作させる。エンコーダヘッド６２は、ステージ１０上に形成されたスケールパターン６１に向かって光を照射し、光の回折と干渉を利用してステージ１０の移動誤差を連続的に検出することができる。そして、撮像部５０による撮像時に合わせたタイミング（第１検出タイミング）で検出されるステージ１０の移動誤差を第１移動誤差として検出する（ステップＳ１０４）。より正確には、連続的に検出されたステージ１０の移動誤差を一時的に記憶しておき、撮像時に合わせたタイミングで記憶されたステージ１０の移動誤差を第１移動誤差として取得する。
【０１３３】
このとき、エンコーダヘッド６２によって検出されるステージ１０の移動誤差は、エンコーダヘッド６２の下方におけるステージ１０の移動誤差を検出することとなる。しかしながら、ステージ１０の移動誤差は、ステージ１０全体に対して一様に発生しているものである。そのため、エンコーダヘッド６２の下方で検出したステージ１０の移動誤差であっても、ステージ１０全体に対して生じている移動誤差として扱うことができる。すなわち、エンコーダヘッド６２の下方で検出したステージ１０の移動誤差は、同時刻の撮像部５０または光学ヘッド４０１の下方におけるステージ１０の移動誤差と等価であると言える。そして、移動誤差検出部６０は、エンコーダヘッド６２が検出したステージ１０の移動誤差を制御部９０に送信する。
【０１３４】
制御部９０の露光に関係する機能部であるずれ量算出部９４は、撮像部５０から送れてくる撮像データを２次元画像として生成するとともに、移動誤差検出部６０から送られてくる第１移動誤差を取得する。ずれ量算出部９４は撮像部５０から送られてくる１次元の撮像データから生成した２次元画像を用いて２次元画像内における下層パターンの位置ずれ量を算出する。
【０１３５】
このとき、２次元画像内における下層パターンの設計位置と、実際に基板Ｗに形成されている下層パターンの形成位置との差分が下層パターンの位置ずれ量として算出される。当該位置ずれ量は、図７（ｂ）でも示した通りＸ軸方向の位置ずれ量ΔＩＰＸおよびＹ軸方向の位置ずれ量ΔＩＰＹで構成される。
【０１３６】
そして、ステップＳ１０４で取得されたステージ１０の第１移動誤差を用いて、２次元画像内における下層パターンの位置ずれ量から第１移動誤差を減算することで、基板Ｗ上の下層パターンの位置ずれ量を算出する（ステップＳ１０５）。基板Ｗ上の下層パターンの位置ずれ量は、Ｘ軸方向の位置ずれ量としてＸ軸位置ずれ量ＰＸ、Ｙ軸方向の位置ずれ量としてＹ軸位置ずれ量ＰＹとして算出される。
【０１３７】
ステップＳ１０３およびステップＳ１０４での処理が行なわれた後も、一定の速度でステージ１０は光学ヘッド４０１に向かって移動する。そして、撮像部５０による撮像後から光学ヘッド４０１によって光ビームが照射されるまでの間にあらかじめ設定されたタイミング（第２検出タイミング）でエンコーダヘッド６２によって検出されるステージ１０の移動誤差を第２移動誤差として検出する（ステップＳ１０６）。
【０１３８】
ここで、ステージ１０の第２移動誤差の検出について説明する。第２移動誤差を検出する第２検出タイミングは、後述する上層パターンの形成位置の算出に要する時間および算出された上層パターンの形成位置に基づき照射位置シフト機構４７を制御し光ビームを基板Ｗへ照射するのに要する時間に基づいて決められる。すなわち、上層パターンの形成位置算出時間と、該形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせるのに要する時間とを合わせた時間だけ、光ビームが照射されるより前に第２移動誤差が検出されるように第２検出タイミングを設定しておく。
【０１３９】
このように、第２検出タイミングを設定することで光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される照射位置に最も近づいた近接位置でのステージ１０の移動誤差を検出することができる。移動誤差検出部６０は、エンコーダヘッド６２によって検出された第２移動誤差を制御部９０へ送信する。
【０１４０】
形成位置算出部９５は、ずれ量算出部９４から送られてくる基板Ｗ上の下層パターンの位置ずれ量であるＸ軸位置ずれ量ＰＸとＹ軸位置ずれ量ＰＹ、移動誤差検出部６０から送られてくる第２検出タイミングで検出された第２移動誤差とを受け取る。形成位置算出部９５は基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ＰＹと、第２検出タイミングで検出された第２移動誤差のＸ軸方向の移動誤差ΔＤＳＸおよびＹ軸方向の移動誤差ΔＤＳＹとを加算することで、下層パターンに対する上層パターンのＸ軸方向の位置ずれ量ΔＰＸ＋ΔＤＳＸ、Ｙ軸方向の位置ずれ量ΔＰＹ＋ΔＤＳＹを算出する。
【０１４１】
そして、本来の上層パターンの形成位置をΔＰＸ＋ΔＤＳＸ、ΔＰＹ＋ΔＤＳＹだけずらせた位置が下層パターンに対する上層パターンの形成位置として算出される（ステップＳ１０７）。
【０１４２】
形成位置算出部９５で算出された下層パターンに対する上層パターンの形成位置を露光制御部９００に送信する。露光制御部９００は、上層パターンの形成位置に基づき照射位置シフト機構４７を制御し光学ヘッド４０１から照射される光ビームの光路を必要に応じて副走査方向にシフトさせる。また、主走査方向については光学ヘッド４０１から光が照射されるタイミングを制御し補正する（ステップＳ１０８）。
【０１４３】
具体的には、形成位置算出部９５から送られてくる下層パターンに対する上層パターンの形成位置はＸ軸方向の形成位置とＹ軸方向の形成位置からなる。露光制御部９００は、Ｘ軸方向の形成位置に基づき照射位置シフト機構４７を動作させる。すなわち、形成位置算出部９５から送られてきた上層パターンのＸ軸方向の形成位置に光ビームを照射することができるように、照射位置シフト機構４７内の２つのウェッジプリズム４７１の相対的な離間距離を変化させる。すると、光ビームの光路がＸ軸方向にシフトし、副走査方向に対して下層パターンに精度よく位置合わせを行いつつ上層パターンを描画することができる。
【０１４４】
また、主走査方向については成位置算出部９５から送られてきた上層パターンのＹ軸方向の形成位置に光ビームが照射されるように、空間光変調素子４５のオンとオフのタイミングを制御する。例えば、ステージ１０の移動誤差等により本来の上層パターンの形成位置よりも主走査方向に描画が遅れる方向に１画素ずれていた場合は、空間光変調素子４５のオンにするタイミングを１画素分遅らすことで、主走査方向に対して下層パターンに精度良く位置合わせを行いつつ上層パターンを描画することができる。
【０１４５】
以上の動作を１ストライプ分の描画が終わるまで行う。１ストライプ分の描画が完了すると、描画すべき次のストライプがあるか否かを判定し（ステップＳ１０９）、次のストライプがある場合は、制御部９０による動作信号に応じてステージ移動機構２０が動作し、ステージ１０を開始位置に戻すとともに、ステージ１０を１ストライプ分だけ副走査方向に相対移動させる（ステップＳ１１０）。
【０１４６】
また、同時にエンコーダ移動機構６３にも制御部９０から動作指令が送られ、エンコーダヘッド６２も副走査方向に相対移動する（ステップＳ１１１）。つまり、エンコーダヘッド６２はステージ１０上に形成されたスケールパターン６１を追従するように副走査方向に移動することができるため、描画処理時において継続してステージ１０の移動誤差を検出することができる。
【０１４７】
そして、隣のストライプに対して、ステップＳ１０２からステップＳ１０９を繰り返し、基板Ｗの表面の全域に上層パターンが描画されたら描画処理を完了し搬送装置８０によりステージ１０から処理済みの基板Ｗが搬出される。
【０１４８】
以上説明したとおり、本発明の露光装置１００のように撮像部５０と移動誤差検出部６０とを備えることで、まず基板の変形に起因する基板Ｗ上における下層パターンの位置ずれ量を算出することができる。そして、撮像部５０とは別に移動誤差検出部６０はステージ１０の移動に起因するステージ１０の移動誤差を検出することができる。すなわち、撮像部５０と移動誤差検出部６０と光学ヘッド４０１とをそれぞれ独立して設けることで、各構成の光学系の設計を簡素化することができる。
【０１４９】
また、ステージ１０の移動誤差を検出するタイミングを自由に設定できるため、各処理に要する最低限の時間だけ確保すれば、ステージ１０の移動誤差が検出される位置を、光学ヘッド４０１による照射位置に極限まで実質的に近づけることができる。
【０１５０】
次に、露光位置の手前側におけるステージ１０の移動誤差を検証する。図１１は、本シミュレーションの条件を示した模式図である。
【０１５１】
図１１は、撮像部５０によって描画予定領域の下層パターンが撮像された撮像時のステージ１０の位置と、エンコーダヘッド６２によって第２移動誤差が検出された検出時のステージ１０の位置と、光学ヘッド４０１によって描画予定領域に光ビームが照射された照射時のステージ１０の位置との位置関係を示している。なお、撮像部５０による撮像時、およびエンコーダヘッド６２による検出時にステージ１０が位置する状態を破線で表し、光学ヘッド４０１による照射時のステージ１０の位置を実線で表している。また、ステージ１０上に載置された基板Ｗは図示を省略している。
【０１５２】
次に、ステージ１０の主走査方向への移動速度を１００［ｍｍ／秒］とする。また、描画予定領域が撮像部５０によって撮像されてから、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される照射時までのステージ１０の移動する距離を１００［ｍｍ］とする。これは、光学ヘッド４０１と撮像部５０との間の距離を意味し、光学ヘッド４０１と撮像部５０を別体として設ける場合は、光学ヘッド４０１の筐体の大きさに依存する。そのため、これらの間の距離を近づけるには限界がある。本シミュレーションでは、この距離を前述したように１００［ｍｍ］としている。
【０１５３】
移動誤差検出部６０による第２移動誤差の検出時から、光学ヘッド４０１による照射時までのステージ１０の移動する距離Ｄを１０、２０、３０、５０、７０、１００［ｍｍ］としてシミュレーションを行う。この距離Ｄは、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される位置にどれだけ近い位置でステージ１０の移動誤差を検出できるかを意味している。
【０１５４】
エンコーダヘッド６２はその下方をステージ１０が通過するときのステージ１０の移動誤差を検出する。しかし、撮像部５０とは異なり光学ヘッド４０１との間の距離を考える必要はない。なぜなら、エンコーダヘッド６２はステージ１０の移動誤差を検出するタイミングを調整することで、任意の位置でのステージ１０の移動誤差を検出することができるからである。
【０１５５】
また、本シミュレーションではステージ１０に生じる移動誤差は正弦波としている。ステージ１０の移動誤差は不規則に生じるため周期や位相をあらかじめ特定しておくことはできない。しかし、すべての信号は各周波数の正弦波に分けることができる。これはフーリエの定理により公知であり説明は省略する。そのため、本シミュレーションにおいては、ステージ１０が移動することによって生じる水平方向の移動誤差の１つが振動数５．０［Ｈｚ］、振幅１．０［ｍｍ］ので発生している場合についてシミュレーションを行う。
【０１５６】
上述した条件で、下層パターンを撮像する撮像部５０のみを用いて撮像時のタイミングでステージ１０の移動誤差を検出した場合と、本発明のように移動誤差検出部６０を用いて上述した第２検出タイミングでステージ１０の移動誤差を検出した場合との、ステージ１０の検出時の移動誤差と光ビームが照射される照射時の実際のステージ１０の移動誤差との相対誤差の変動幅についてシミュレーションを行なった結果を図１２と表１に示す。なお、相対誤差とは、検出されたステージ１０の移動誤差を用いて、上層パターンの形成位置を補正した場合の下層パターンの位置に対する上層パターンの位置ずれ量を表すものである。
【０１５７】
したがって、検出時のステージ１０の移動誤差と、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される照射時の移動誤差が完全に一致すれば相対誤差はゼロとなり、下層パターンに対する上層パターンの位置ずれが発生しない。これに対し、検出時のステージ１０の移動誤差と、照射時の実際の移動誤差が正反対の値であった場合、下層パターンに対する上層パターンの補正を逆方向に行うことになる。したがって、相対誤差が大きくなればなるほど、下層パターンに対する上層パターンの位置ずれが大きくなり重ね合わせの描画精度が低下する。
【０１５８】
図１２は、上述した条件でステージ１０の移動誤差を検出した際、当該移動誤差が０度から３６０度の間で位相がずれた場合の相対誤差を表している。
【０１５９】
撮像部５０によって撮像される位置（Ｄ＝１００ｍｍ）で検出されたステージ１０の移動誤差と、光学ヘッド４０１による照射時のステージ１０の移動誤差との相対誤差を見ると、位相が０度の時は相対誤差が最小で０ｍｍとなり、位相が９０度の時に相対誤差が最大で２．０ｍｍとなっている。相対誤差がゼロになるのは、撮像時に検出された移動誤差と照射時に検出された移動誤差が同じであることをあらわしている。また、相対誤差が最大になるのは、撮像時に検出された移動誤差と照射時に検出された移動誤差との差が最大になっていることをあらわしている。
【０１６０】
位相が０度となるような場合であれば撮像時に検出されたステージ１０の移動誤差を用いて、上層パターンの形成位置を算出し当該位置に基づいて描画を行うことで、下層パターンに対する上層パターンの位置ずれを補正し重ね合わせ描画を良好に行うことができる。言い換えると、撮像部５０で撮像された撮像データのみを用いて上層パターンの形成位置を算出して補正することで重ね合わせ描画を良好に行うことができる。
【０１６１】
しかし、位相が９０度となるような場合、撮像時に検出されたステージ１０の移動誤差を用いて、上層パターンの形成位置を算出し当該位置に基づいて描画を行うと、本来補正すべき方向とは逆方向に補正することになる。これはステージ１０の移動誤差を考慮せずに描画する場合に比べて、重ね合わせ描画の精度が２倍悪化することになる。
【０１６２】
すなわち、位相が一致する場合には描画精度は向上するが、逆に大きくずれた場合には描画精度は悪化するため安定した重ね合わせ描画を行うことができない。
【０１６３】
これに対し、エンコーダヘッド６２によって第２移動誤差が検出される時のステージ１０の位置と、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される位置との距離Ｄが、Ｄ＝１０ｍｍの場合、位相が９９度の時は相対誤差が最小で０となり、位相が１０度の時に相対誤差が最大で０．３１ｍｍとなっている。
【０１６４】
すなわち、相対誤差が最大となるようなステージ１０の移動誤差が生じている場合でも、本来のステージ１０の振幅である１．０ｍｍよりも確実に移動誤差の影響を低減することができる。そのため、ステージ１０に生じる移動誤差の位相に関係なく下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ描画を安定した精度で行うことができる。
【０１６５】
表１は上述した条件でシミュレーションを行なった結果をまとめたものである。各距離Ｄにおける相対誤差の最大値、最小値、およびこれらの差分である相対誤差の範囲を示している。
【表１】
【０１６６】
距離Ｄを１０ｍｍから１００ｍｍに変えた場合を見ると、距離Ｄが小さくなればなるほど相対誤差の最小値（ＭＩＮ）と最大値（ＭＡＸ）との差である変動幅（ＲＡＮＧＥ）が小さくなっている。このことから、ステージ１０の移動誤差が検出されてから、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射されるまでの間のステージ１０の移動する距離が短い方が重ねあわせ描画の精度を安定させることができる。
【０１６７】
以上のように、露光装置１００が撮像部５０と移動誤差検出部６０とをそれぞれ備えることで、基板Ｗの変形に起因する基板Ｗ上における下層パターンの位置ずれと、ステージ１０の移動に起因するステージ１０の移動誤差による位置ずれとをそれぞれ取得することができる。その際、移動誤差検出部６０では、第２移動誤差を検出するタイミングを撮像部５０による撮像後から光学ヘッド４０１による光ビームの照射時までの間に設定することができ、第２移動誤差の検出時から光ビームの照射時までにステージ１０が移動する距離を短くすることができる。
【０１６８】
これにより、ステージ１０が移動することで生じる移動誤差の相対誤差の取りうる範囲である変動幅を小さくすることができるため、下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ描画を安定した精度で行うことができる。
【０１６９】
また、光学ヘッド４０１と移動誤差検出部６０であるエンコーダヘッド６２とを独立して設けているため、それぞれ独立した設計で実装することができ光学系の設計が複雑になることを防ぐことができる。
＜変形例＞
【０１７０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく様々な変形が可能である。
【０１７１】
上記実施形態では、ステージ１０の移動誤差を検出するためエンコーダヘッド６２を用いたがこれに限られるものではない。例えば、エンコーダヘッド６２に相当する構成として、顕微鏡および顕微鏡を介して基板表面に形成されたスケールパターン６１を撮像するためのＣＣＤイメージセンサを用いることができる。そして、撮像されたスケールパターン６１の画像に基づき、パターンマッチング等の画像処理を行い、スケールパターン６１の格子位置からステージ１０の移動誤差を算出するように構成してもよい。
【０１７２】
また、上記実施形態では、エンコーダヘッド６２はステージ１０の副走査方向（Ｘ軸方向）の移動に同期して、エンコーダヘッド６２も副走査方向に移動する構成となっているが、本発明の効果を得る上でこの構成に限られるものではない。例えば、ステージ１０の副走査方向のステージサイズを大きくし、スケールパターン６１の該方向の幅を長くする（例えば、基板Ｗの直径と同じ長さにする）ことで、エンコーダヘッド６２を固定配置するように構成することも可能である。
【０１７３】
また、上記実施形態では、下層パターンに対する上層パターンの形成位置に基づき光ビームの照射位置を補正するため、照射位置シフト機構４７を用いた光ビームの光路の補正を行っているが、この構成に限られるものではない。例えば、算出された上層パターンの形成位置に基づいてステージ１０を補正する方向に移動させることで、光学ヘッド４０１に対して相対的に光ビームの照射位置をシフトすることができる。
【０１７４】
また、光学ヘッド４０１に送信する描画データ自身を算出された上層パターンの形成位置に基づき修正することでも同様の効果を得ることができる。
【０１７５】
また、上記実施形態では、半導体基板に対する描画装置および方法について説明したが、描画対象物はこれに限られない。例えば、プリント配線基板、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板やフォトマスク等の重ね合わせ描画を行う際に本発明が用いられてもよい。
【符号の説明】
【０１７６】
２ コンピュータ
１０ ステージ
２０ ステージ移動機構
３０ ステージ位置計測部
４０ 光照射部
４７ 照射位置シフト機構
５０ 撮像部
６０ 移動誤差検出部
９０ 制御部
９４ ずれ量算出部
９５ 形成位置算出部
１００ 露光装置
Ｗ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、描画装置の光学ヘッドに対して相対移動するステージ上に載置された半導体基板、液晶基板、プリント配線基板などに対して配線パターン等を描画する描画装置および描画方法に関する。特に、あらかじめ下層に形成されたパターンに基づき位置合わせを行いつつ露光を行うのに有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、感光材料が塗布された半導体ウェハや液晶基板、プリント配線基板（以下、単に基板と称する）などの基板の表面に樹脂や金属配線等を所定のパターン形状にパターンニングするためのフォトリソグラフィの技術を利用した種々の露光装置が提案されている。そして、このような露光装置を用いて、金属配線等を順次積層してモジュールや回路基板の製造が行なわれている。
【０００３】
通常、これらの基板に対して露光パターンを形成していく際、下層の露光パターンに上層の露光パターンを位置決めして重ねていく重ね合わせ露光が行なわれる。重ね合わせ露光では、下層の露光パターンが露光された後、各種の熱処理等を実行することによって基板に伸縮が発生し基板が変形することがある。そして、基板の変形に起因する下層の露光パターンの位置ずれが生じる。このため上層の露光パターンを露光するとき、下層の露光パターンに対する上層の露光パターンの位置補正を行なわなければ、下層の露光パターンに対して、重ねた上層の露光パターンの位置がずれてしまう。
【０００４】
さらに、基板をステージに保持しつつ移動させながら露光する場合、ステージを移動させる移動機構の精度次第では真直度にばらつき（以降では、移動誤差と称する）が生じる。したがって、ステージを移動させつつ下層の露光パターンに対して上層の露光パターンを重ねて露光するためには、基板の変形とステージの移動誤差による下層の露光パターンに対する上層の露光パターンの位置ずれを補正して重ね合わせ露光を行う必要がある。そのため、ステージに保持された基板表面を撮像し、下層の露光パターンの位置ずれを算出し、上層の露光パターンの露光位置を補正して露光する技術がある。
【０００５】
例えば、特許文献１では、移動するカラーフィルタ基板の移動方向にて、マイクロミラーデバイスで変調された光をカラーフィルタ基板に投影するための投影レンズを介して、露光位置の手前側を撮像する撮像手段を設け、カラーフィルタ基板にあらかじめ設けられたブラックマトリクスのピクセル上に位置合わせを行いつつ露光パターンを露光する技術が開示されている。このような構成の露光装置を用いることで、露光位置に近い位置でのステージの移動誤差を検出することができる。
【０００６】
また、例えば特許文献２では移動するカラーフィルタ基板の移動方向にて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の登録商標）による露光位置の手前側を撮像位置としてＣＣＤカメラを設けている。そして、カラーフィルタ基板にあらかじめ形成された基準となる機能パターン（下層パターン）に設定された基準位置を撮像し検出する。撮像時における該基準位置を基準としてＤＭＤの駆動を制御して機能パターン（上層パターン）の像を形成することによって、機能パターンの重ね合わせ精度の向上を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３０６２２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７８０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のような露光装置ではマイクロミラーデバイスで変調された光をカラーフィルタ基板に投影するための投影レンズを介して、露光位置の手前側を撮像する撮像手段を設けるため、下層パターンを観測するにはカラーフィルタ基板の表面に塗布されたレジスト等を感光させない波長の光源を用いる必要がある。そのため共通の光学系を採用するには異なる波長に対して同一の撮像面で像が得られるように設計する必要があり光学設計が複雑になり現実的でない。
【０００９】
特許文献２のような露光装置ではカラーフィルタ基板の移動方向にてＤＭＤによる露光位置の手前側を撮像位置として撮像するＣＣＤカメラを採用することで、独立してＤＭＤとＣＣＤカメラを設けることができ、特許文献１のような露光装置に比べて光学設計が容易になる。しかし、露光位置の手前側を撮像位置とする限りステージの移動誤差を検出したとしても安定したパターンの重ね合わせ精度を達成するに至っていなかった。
【００１０】
なぜなら、周期や位相が未知であるステージの移動誤差に対して、撮像位置と露光位置との間の距離が長くなればなるほど、撮像位置で検出されたステージの移動誤差と実際に露光される露光位置でのステージの移動誤差との相対誤差の変動幅が大きくなり、安定した重ね合わせ露光を行うことができない。また、ステージの移動誤差は露光動作の度にバラつくため、露光位置の手前側で撮像する下層の露光パターンの位置と、露光位置での下層の露光パターンの位置とのずれが露光動作ごとに変動するという問題がある。
【００１１】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光学系の設計を複雑にせず、検出時の移動誤差と露光時の移動誤差との相対誤差の変動幅を小さくし、安定した重ね合わせ描画を行うための描画装置および描画方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するため、下層パターンがあらかじめ形成された基板を水平に保持するとともに、基板を保持して移動可能なステージと、ステージに保持された基板の描画予定領域に対して上層パターンの描画データに応じて光ビームを照射する光照射部と、光照射部に向かって相対移動するステージに保持された基板の描画予定領域に光ビームが照射される前に描画予定領域に形成された下層パターンを撮像する撮像部と、光照射部に向かって相対移動するステージの位置を、撮像部による撮像時に合わせて第１移動誤差として検出し、撮像部による撮像後から光照射部によって光ビームが照射されるまでの間にステージの位置を第２移動誤差として検出する移動誤差検出部と、上層パターンの描画データに応じて光照射部による描画を制御する制御部と、を具備し、制御部は、撮像部が取得した画像に含まれる下層パターンに基づき、画像内における下層パターンの位置ずれ量を取得し、画像内の下層パターンの位置ずれ量から第１移動誤差を除くことで基板上における下層パターンのずれである下層パターンの位置ずれ量を算出し、基板上における下層パターンの位置ずれ量に第２移動誤差を加えることで、第２移動誤差の検出時における下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出し、上層パターンの形成位置に基づいて光照射部による描画を制御することを特徴とする。
【００１３】
このように構成された発明では、制御部において、撮像部で撮像された下層パターンの画像と、撮像時に検出された第１移動誤差とから撮像時の基板上における下層パターンの位置ずれ量を算出する。これにより、基板の変形に起因する下層パターンのずれを撮像時から照射時までの間にあらかじめ算出することができる。
【００１４】
そして、移動誤差検出部は、撮像部による下層パターンの撮像後から光照射部によって光ビームが照射されるまでの間に移動するステージの第２移動誤差を検出する。制御部は下層パターンの位置ずれ量と、検出された第２移動誤差とから第２移動誤差の検出時における下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。これにより、ステージが撮像された位置よりも光ビームが照射される位置に近づいた状態でステージの移動誤差を検出することができ、光ビームが照射される位置に近い位置での下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。
【００１５】
このように、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を光ビームが照射される位置に近い位置で算出することで光ビームが照射される位置までのステージの移動する距離が短くなり、移動誤差検出部で検出される第２移動誤差と、光照射部から光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅を小さくすることができ、下層パターンに合わせて配線パターン等の上層パターンの安定した描画を行うができる。
【００１６】
また、光照射部と撮像部と移動誤差検出部とを独立して設けているため、それぞれ独立した設計を行えることにより光学系が複雑になることを防ぐことができる。そのため、光学系の設計が容易となる。
【００１７】
また、本願発明に係る描画装置において、移動誤差検出部は、制御部が上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、上層パターンの形成位置に基づき光照射部による描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて、光照射部によって光ビームが照射されるより前に第２移動誤差を検出することを特徴とする。
【００１８】
このように構成された発明では、移動誤差検出部は第２移動誤差の検出を、制御部が上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、上層パターンの形成位置に基づき光照射部による描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて行う。そのため、第２移動誤差の検出を光照射部によって光ビームが照射される照射時に最大限に近づけることができる。したがって、さらに移動誤差検出部で検出される第２移動誤差と、光照射部から光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅をさらに小さくすることができるため、安定した下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ描画を行うことができる。
【００１９】
また、本願発明に係る描画装置において、光照射部は、光ビームの光路をステージが進む方向と直交する方向に相対的にシフトさせる照射位置シフト機構を有し、制御部は、照射位置シフト機構を制御し、上層パターンの形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせることで、上層パターンの描画を制御することを特徴とする。このように構成された発明では、制御部が照射位置シフト機構を制御し、上層パターンの形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせることで、下層パターンに合わせた上層パターンの描画を行うことができる。
【００２０】
また、本願発明に係る描画装置において、下層パターンの設計データをあらかじめ記憶しておく記憶部をさらに有し、制御部は、撮像部が取得した撮像画像に含まれる下層パターンと、下層パターンの設計データから生成した画像とを用いた画像処理により、ステージに保持された基板の下層パターンの位置を算出することを特徴とする。このように構成された発明では、制御部においてステージに保持された基板の下層パターンの位置を算出するため、下層パターンの撮像画像と、下層パターンの設計データから生成した画像とを画像処理することで確実に下層パターンの位置を算出することができる。
【００２１】
また、本願発明に係る描画装置において、制御部における画像処理はパターンマッチング処理であることを特徴とする。このように構成された発明では、画像処理としてパターンマッチング処理を採用することで、画像間の位置合わせを行い確実に下層パターンの位置を算出することができる。
【００２２】
本発明は、上記目的を達成するため、下層パターンがあらかじめ形成された基板をステージ上に水平に保持するとともに、基板を保持して移動する移動工程と、ステージに保持された基板の描画予定領域に対して上層パターンの描画データに応じて光ビームを照射する光照射工程と、ステージに保持された基板の描画予定領域に形成されている下層パターンを、光照射工程でステージに保持された基板の描画予定領域に光ビームが照射される前に撮像部によって撮像する撮像工程と、基板を保持して移動するステージの位置を、撮像工程での撮像時に合わせて第１移動誤差として検出し、撮像工程による撮像後から光照射工程で光ビームが照射されるまでの間にステージの位置を第２移動誤差として検出する移動誤差検出工程と、上層パターンの描画データに基づき光照射工程での描画を制御する制御工程と、を有し、制御工程は、撮像工程で取得された撮像画像に含まれる下層パターンに基づき、撮像画像内における下層パターンの位置ずれ量を取得し、撮像画像内における下層パターンの位置ずれ量から第１移動誤差を除くことで基板上における下層パターンのずれである下層パターンの位置ずれ量を算出し、基板上における下層パターンの位置ずれ量に第２移動誤差を加えることで、第２移動誤差の検出時における下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出し、上層パターンの形成位置に基づき光照射工程での描画を制御することを特徴とする。
【００２３】
このように構成された発明では、制御工程において、撮像工程で撮像された下層パターンの画像と、移動誤差検出工程において撮像時に検出された第１移動誤差とから撮像時の基板上における下層パターンの位置ずれ量を算出する。これにより、基板の変形に起因する下層パターンの位置ずれ量を撮像時から照射時までの間にあらかじめ算出することができる。
【００２４】
そして、移動誤差検出工程では、撮像工程での下層パターンの撮像後から光照射工程で光ビームが照射されるまでの間に移動するステージの第２移動誤差を検出する。制御工程では、下層パターンの位置ずれ量と、検出された第２移動誤差とから第２移動誤差の検出時における下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。これにより、下層パターンが撮像された位置よりも光ビームが照射される位置に近づいた状態でのステージの移動誤差を検出することができ、光ビームが照射される位置に近い位置での下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。
【００２５】
このように、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を光ビームが照射される位置に近い位置で算出することで照射位置までのステージの移動する距離が短くなり、移動誤差検出工程で検出される第２移動誤差と、光照射工程で光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅を小さくすることができ、下層パターンに合わせて配線パターン等の上層パターンの安定した描画を行うができる。
【００２６】
また、本願発明に係る描画方法において、移動誤差検出工程は、制御工程で上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、上層パターンの形成位置に基づき光照射工程で描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて、光照射工程で光ビームが照射されるより前に第２移動誤差を検出することを特徴とする。
【００２７】
このように構成された発明では、移動誤差検出工程での第２移動誤差の検出を、制御工程で上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、上層パターンの形成位置に基づき光照射工程で描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて行う。これにより、第２移動誤差の検出を光照射工程で光ビームが照射される照射時に最大限に近づけることができる。したがって、さらに照射位置に近い位置での下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。
【００２８】
また、本願発明に係る描画方法において、光照射工程は、光ビームの光路をステージが進む方向と直交する方向に相対的にシフトさせる照射位置シフト工程を有し、制御工程は、照射位置シフト工程において、上層パターンの形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせることで、上層パターンの描画を制御することを特徴とする。このように構成された発明では、制御工程は、照射位置シフト工程において上層パターンの形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせることで、下層パターンに合わせた上層パターンの描画を行うことができる。
【００２９】
また、本願発明に係る描画方法において、制御工程は、撮像工程で取得した撮像画像に含まれる下層パターンと、下層パターンの設計データから生成した画像とを用いた画像処理により、ステージに保持された基板の下層パターンの位置を算出することを特徴とする。このように構成された発明では、制御工程においてステージに保持された基板の下層パターンの位置を算出するため、下層パターンの撮像画像と、下層パターンの設計データから生成した画像とを画像処理することで確実に下層パターンの位置を算出することができる。
【００３０】
また、本願発明に係る描画方法において、制御工程における画像処理はパターンマッチング処理であることを特徴とする。このように構成された発明では、画像処理としてパターンマッチング処理を採用することで、画像間の位置合わせを行い確実に下層パターンの位置を算出することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、撮像部で撮像された下層パターンの撮像画像と、移動誤差検出部によって撮像時に検出された第１移動誤差とから、基板の変形に起因する基板上における下層パターンの位置ずれ量を算出することができる。そして、撮像部による下層パターンの撮像後から光照射部によって光ビームが照射されるまでの間に検出される第２移動誤差と、下層パターンの位置ずれ量とから、ステージの移動誤差に起因する下層パターンの位置ずれを考慮した上層パターンの形成位置を算出することができる。
【００３２】
このように、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を光ビームが照射される位置に近い位置で算出することで照射位置までのステージの移動する距離が短くなり、移動誤差検出部で検出される第２移動誤差と、光照射部から光ビームが照射される照射時の実際のステージの移動誤差との差分である相対誤差の変動幅を小さくすることができ、下層パターンに合わせて配線パターン等の上層パターンの安定した描画を行うができる描画装置および描画方法を実現することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる露光装置の側面から見た全体側面図である。
【図２】図１に示す露光装置を上面から見た全体平面図である。
【図３】図１の露光装置を上面および側面から見た一部拡大図である。
【図４】光照射部の内部構造を示す模式図である。
【図５】照射位置シフト機構の構成を示す模式図である。
【図６】制御部が備える露光動作に関わる機能部を示すブロック図である。
【図７】撮像画像内における下層パターンの位置ずれを説明するための図である。
【図８】基板上における下層パターンの位置ずれを説明するための図である。
【図９】本発明に係る描画処理の一連の流れを示す図である。
【図１０】描画処理の流れを詳細に説明するための図である。
【図１１】シミュレーションの条件を示す図である。
【図１２】シミュレーションにおける各位置での相対誤差を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は本発明の一実施形態にかかる露光装置１００の側面から見た全体側面図であり、図２は図１に示す露光装置１００を上面から見た全体平面図である。
【００３５】
なお、図１および図２において、図示および説明の都合上、Ｚ軸方向が鉛直方向を表し、ＸＹ平面が水平面を表すものとして定義するが、それらの位置関係を把握するために便宜上定義するものであって、以下に説明する各方向を限定するものではない。
【００３６】
露光装置１００は、感光材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板、プリント配線基板等（以降、基板と称す）の上面に光ビームを照射して配線パターン等の所定のパターンを直接描画する描画装置である。
【００３７】
この露光装置１００では、本体フレーム１０１に対してカバー１０２が取り付けられ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、露光装置１００が備える各種の構成要素を有した構成となっている。
【００３８】
露光装置１００の本体内部には、主として、基板Ｗを保持するステージ１０と、ステージ１０を移動させるステージ移動機構２０と、ステージ１０の位置を計測するステージ位置計測部３０と、基板Ｗの上面に光ビームを照射する光照射部４０と、基板Ｗ上の描画予定領域を撮像する撮像部５０と、ステージ１０の移動誤差を検出する移動誤差検出部６０と、基板Ｗ上のアライメントマークを撮像するアライメントカメラ７０および基板Ｗを搬出入するための搬送装置８０とを有している。また、露光装置１００は、露光装置１００が備える各部と電気的に接続されて、これらの各部の動作を制御する制御部９０を備える。
【００３９】
そして、露光装置１００の本体外部には、本体内部と隣接する位置に基板収納カセット１０３を載置するためのカセット載置部１０４を備えている。基板収納カセット１０３には、描画処理（露光処理）を受けるべき未処理の基板Ｗが収納されており、本体内部に配置される搬送装置８０によって基板Ｗが本体内部に搬入される。また、未処理の基板Ｗに対して露光処理が施された後、基板Ｗが搬送装置８０によって本体部から搬出され基板収納カセット１０３に戻される。基板収納カセット１０３の受け渡しは、図示を省略する外部搬送装置によって行なわれる。
【００４０】
ステージ１０は矩形状の外形を有し、ステージ１０の上面には図示を省略する複数の吸引孔が形成されている。これらの吸引孔は真空ポンプ等に接続されており、該真空ポンプを動作させることによって、ステージ１０上に基板Ｗが載置されると、吸引孔の吸引圧によりステージ１０の上面に基板Ｗが吸着固定される。すなわち、ステージ１０の上面に基板Ｗを水平に保ちつつ、固定的に保持する。
【００４１】
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Ｚ軸周り回転方向（θ軸方向）に移動させる。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１１と、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート１２と、支持プレート１２を副走査方向に移動させる副走査機構１３と、副走査機構１３を介して支持プレート１２を支持するベースプレート１４と、ベースプレート１４を主走査方向に移動させる主走査機構１５と、を有している。回転機構１１、副走査機構１３、および主走査機構１５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。
【００４２】
回転機構１１は、ステージ１０の内部に取り付けられた回転子により構成されたモータを有している。また、ステージ１０の中央部下面側と支持プレート１２との間には回転軸受機構が設けられている。このため、モータを動作させると、回転子がθ方向に駆動し、回転軸受機構の回転軸を中心としてステージ１０が所定角度の範囲内で回転する。
【００４３】
副走査機構１３は、支持プレート１２の下面に取り付けられた移動子とベースプレート１４の上面に敷設された固定子とにより副走査方向の推進力を発生させるリニアモータ１３ａと、副走査方向に伸びる一対のガイドレール１３ｂとを有している。このため、リニアモータ１３ａを駆動させると、ベースプレート１４上のガイドレール１３ｂに沿って支持プレート１２およびステージ１０が副走査方向に移動する。
【００４４】
主走査機構１５は、リニアモータ１５ａと、ベースプレート１４と基台１０５との間に、ベースプレート１４の一部を案内するよう主走査方向に伸びる一対のガイドレール１５ｂとを備える。リニアモータ１５ａはベースプレート１４の下面に取り付けられた移動子と、基台１０５上に敷設された固定子とを有している。このため、リニアモータ１５ａを駆動させると、基台１０５上のガイドレール１５ｂに沿って、ベースプレート１４、支持プレート１２およびステージ１０が主走査方向に移動する。なお、このようなステージ移動機構２０としては、従来から多用されているＸ−Ｙ−θ軸移動機構を用いることができる。
【００４５】
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。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３３と、ビームベンダ３２と、第１干渉計３４と、第２干渉計３５とを備える。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
制御部９０は、第１干渉計３４および第２干渉計２５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。
【００４９】
光照射部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（スポットビーム）を強度分布が均一な線状の光（ラインビーム）とする照明光学系４３と、基板Ｗの上面に光を照射する光学ヘッド４０１とを備える。
【００５０】
レーザ発振器４１、レーザ駆動部４２および照明光学系４３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１０５上に架設されたボックス１０６の内部に設けられる。また、レーザ発振器４１、レーザ駆動部４２および照明光学系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。
【００５１】
ステージ１０およびステージ移動機構２０に対向するようにして基台１０５の上方に一対の脚部材１０７、１０８がステージ１０の移動路の両側に立設される。そして、脚部材１０７の頂部を橋渡しするように梁部材１０９が横設されており、それぞれの脚部材１０８の頂部および梁部材１０９の上面を橋渡しするようにボックス１０６は設けられている。
【００５２】
そして、光学ヘッド４０１は梁部材１０９の略中央部の側面に設けられている。光学ヘッド４０１は、レーザ発振器４１から出射され、照明光学系４３を介して入射した光に描画パターンに応じた空間変調を形成して基板Ｗの上面に照射する。
【００５３】
続いて、光照射部４０が備える光学ヘッド４０１の構成について図４を参照しながら説明する。図４は光照射部４０の構成例を模式的に示す図である。
【００５４】
光照射部４０は、レーザ駆動部４２が動作するとレーザ発振器４１からレーザ光が出射され、出射されたレーザ光は照明光学系４３を介して、光学ヘッド４０１の内部に導入される。
【００５５】
光学ヘッド４０１は、レーザ発振器４１からの光を光学ヘッド４０１内に導入する入射部４４と、導入された光を変調するための空間光変調素子４５と、入射部４４からの光を空間光変調素子４５へと導く光学系４６と、空間光変調素子４５で変調された光の光軸をシフトさせ、基板Ｗの上面において描画位置を副走査方向に相対的にシフトさせるための照射位置シフト機構４７と、照射位置シフト機構４７を介した光を基板Ｗの上面に導く投影光学系４８とを備える。
【００５６】
空間光変調素子４５は、回折格子型の変調素子であり、半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。回折格子型の光変調素子としては、例えば、ＧＬＶ（Ｇｒａｉｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ社の登録商標）を使用する。なお、ＧＬＶによる光の変調原理については、既知であるため詳細については説明を省略する。
【００５７】
照射位置シフト機構４７は空間光変調素子４５によって描画パターンに応じて空間変調された光を副走査方向に沿ってシフトさせる。照射位置シフト機構４７の詳細については後述する。
【００５８】
投影光学系４８は、対物レンズ４８２と、対物レンズ４８２を光軸に沿って移動させるアクチュエータとから構成されるフォーカス機構４８１を備えている。フォーカス機構４８１により対物レンズ４８２がＺ軸方向に移動することよって、空間光変調素子４５によって変調された光の焦点位置が調整される。焦点位置が調整された光は、基板Ｗの上面に照射され、基板Ｗ上のレジスト等の感光層を露光することにより、配線パターン等が描画される。
【００５９】
次に、照射位置シフト機構４７について図５を参照しながら詳細に説明する。図５は照射位置シフト機構４７の構成を模式的に示す図である。
【００６０】
照射位置シフト機構４７は、１個以上の光学部品を備え、少なくとも１個の光学部品の位置あるいは姿勢を変更することによって、入射光の光路を副走査方向に沿ってシフトさせる。
【００６１】
図５に示すように照射位置シフト機構４７は２個のウェッジプリズム４７１と、一方のウェッジプリズム４７１を、他方のウェッジプリズム４７１に対して、入射光の光軸Ｌの方向に沿って直線的に移動させるウェッジプリズム移動機構４７２とを備える。ウェッジプリズム４７１は、光が入射する光学面と出射する光学面が非平行となるプリズムである。２個のウェッジプリズム４７１は、互いに略同一の構造を有しており、例えば、頂角、屈折率がいずれも同一となる構造を有している。
【００６２】
２個のウェッジプリズム４７１は、固定ステージ４７３、可動ステージ４７４にそれぞれ固定され、対向する光学面が互いに平行となり、かつ、互いに逆向きとなるように、入射光の光軸Ｌの方向に沿って並んで配置される。各ウェッジプリズム４７１は、例えば固定バンド４７５を用いて各ステージ４７３、４７４に固定される。
【００６３】
一方のウェッジプリズム４７１が配置される固定ステージ４７３は、ベース部４７６上に固定されている。他方のウェッジプリズム４７１が配置される可動ステージ４７４は、ベース部４７６上に設置された一対のガイドレール４７２１に沿って移動可能とされている。ガイドレール４７２１は、ベース部４７６上に、Ｚ軸方向に沿って延在して形成されている。
【００６４】
ベース部４７６には、回転モータ４７２２によって回転させられるボールねじ４７２３が配設されている。ボールねじ４７２３は、ガイドレール４７２１の延在方向に沿って延在しており、可動ステージ４７４のブラケット４７４１の雌ねじ部に螺合されている。この構成において、ボールねじ４７２３が回転モータ４７２２によって回動されることで、可動ステージ４７４がガイドレール４７２１に沿ってＺ方向に移動する。
【００６５】
つまり、可動ステージ４７４、ガイドレール４７２１、回転モータ４７２２、およびボールねじ４７２３により、他方のウェッジプリズム４７１を入射光の光軸Ｌの方向に沿って直線的に移動させるウェッジプリズム移動機構４７２が構成される。ウェッジプリズム移動機構４７２は、他方のウェッジプリズム４７１を、一方のウェッジプリズム４７１に対して光軸Ｌの方向に沿って直線的に移動させることによって、２個のウェッジプリズム４７１の光軸Ｌの方向に沿う離間距離を変化させる。
【００６６】
上記構成を備える照射位置シフト機構４７においては、２個のウェッジプリズム４７１の光軸Ｌに沿う離間距離を変化させることによって、ウェッジプリズム４７１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。なお、シフト量Δｘは、２つのウェッジプリズム４７１の離間距離に応じて定まる。
【００６７】
撮像部５０は、光学ヘッド４０１と対応付けられており、主走査の際に光学ヘッド４０が基板Ｗに対して相対的に移動する方向について定められた距離だけ上流側に配置されている。本実施形態では、光学ヘッド４０１の図１中の右側の側面に固定的に設置されている。すなわち、撮像部５０は、ステージ１０が主走査方向に移動することで、光学ヘッド４０１がステージ１０に対して相対的に移動する方向の搬送装置８０側の光学ヘッド４０１の側面に設置されている。
【００６８】
具体的には、例えばＬＥＤにより構成される光源と、鏡筒と、対物レンズと、リニアイメージセンサ（一次元イメージセンサ）により構成されるＣＣＤイメージセンサとを備える。なお、撮像部５０で採用される光源の波長は、基板Ｗ上のレジスト等を感光させない波長である。
【００６９】
そして、対応する光学ヘッド４０１が描画を行う予定の基板Ｗ上の領域である描画予定領域を撮像する。したがって、主走査方向に移動するステージ１０に載置された基板Ｗ上の描画予定領域に光照射部４０から光ビームが照射される前に、該描画予定領域に形成された下層パターンを撮像することができる。なお、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撮像データを取得し、取得した撮像データを制御部９０に送信する。
【００７０】
移動誤差検出部６０は、ステージ１０上に形成されたスケールパターン６１と、エンコーダヘッド６２と、エンコーダヘッド６２を副走査方向に移動可能にするためのエンコーダ移動機構６３とを備える。そして、ステージ１０の主走査方向の移動によって生じる真直度のばらつきなどであるステージ１０の水平方向の移動誤差を逐次検出する。
【００７１】
スケールパターン６１は、ステージ１０の上面であって載置された基板Ｗに掛からない位置であるステージ１０の側端部に主走査方向に伸びるように形成されており、スケールパターン６１の主走査方向の長さはステージ１０の長さにほぼ等しい。なお、スケールパターン６１は各種のフォトリソグラフィ製法により、ガラス表面上へ硬質なクロム蒸着等により形成することができる。
【００７２】
エンコーダヘッド６２は、光学ヘッド４０１が取り付けられた梁部材１０９の光学ヘッド４０１が設置される側の面であって、光学ヘッド４０１の側方に位置するように設けられている。
【００７３】
エンコーダ移動機構６３は、エンコーダヘッド６２と梁部材１０９の間に配設されている。エンコーダ移動機構６３は、図示を省略するリニアモータと、梁部材１０９に敷設された副走査方向に伸びる一対のガイドレールと、エンコーダヘッド６２を側面から固定的に支持する支持プレートとを備える。そして、リニアモータが駆動し支持プレートと梁部材１０９との間に敷設された移動子および固定子とにより副走査方向の推進力を発生させ、支持プレートをガイドレールに沿って副走査方向に移動させることで、エンコーダヘッド６２を副走査方向に移動させる。
【００７４】
図３を参照しつつ移動誤差検出部６０について詳細に説明する。図３（ａ）はステージ１０上に形成されたスケールパターン６１を上方から見た図である。スケールパターン６１は、図３（ａ）に示すようにＹ軸方向に直線状に形成された１本のＸスケールＸＳと、ＸスケールＸＳと直交するようにＸ軸方向に直線状に等間隔に複数の短線状に形成されたＹスケールＹＳとを備える。そして、ステージ１０が主走査方向に移動することで、スケールパターン６１は梁部材１０９に設けられたエンコーダヘッド６２の下方を通過し、エンコーダヘッド６２がスケールパターン６１を検出する。
【００７５】
エンコーダヘッド６２によるスケールパターン６１の検出について図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ｂ）は、エンコーダヘッド６２およびステージ１０上に形成されたスケールパターン６１をＸ軸方向から見た模式図である。なお、梁部材１０９やエンコーダ移動機構６３は図示を省略している。
【００７６】
エンコーダヘッド６２は互いに直交する二軸方向（ＸＹ方向）に感度をもち、スケールパターン６１に当たる光の回折と干渉を利用することでステージ１０の位置を計測する。エンコーダヘッド６２は、ステージ１０に形成されたスケールパターン６１に光Ｌを照射する光源６２１と、光源６２１から照射された光Ｌがスケールパターン６１で反射されＸスケールＸＳからの回折光を受光する第１受光素子６２２Ｘと、ＹスケールＹＳからの回折光を受光する第２受光素子６２２Ｙとを備える。
【００７７】
第１受光素子６２２Ｘはステージ１０のＸ軸方向の位置を検出する。Ｘ軸方向についてはあらかじめ基準位置が規定されており、エンコーダヘッド６２からのＸスケールＸＳの検出信号を解析し、Ｘ軸方向の基準位置と検出されたＸスケールＸＳとのＸ軸方向の距離を位置ずれ量として取得することができる。そして、基準位置を当該位置ずれ量分だけずらせた位置が検出時のＸ軸方向のステージ１０の位置として検出される。
【００７８】
また、第２受光素子６２２Ｙはステージ１０のＹ軸方向の位置を検出する。光源６２１から照射された光Ｌがスケールパターン６１で反射されＹスケールＹＳからの回折光を第２受光素子６２２Ｙが受光し信号を出力する。そして、あらかじめ設定したＹスケールＹＳの数と検出されたＹスケールＹＳの数を比較することで、本来のステージ１０の位置からの位置ずれ量を取得することができる。そして、Ｙ軸方向の本来のステージ１０の位置を基準に当該位置ずれ量分だけずらせた位置が検出時のＹ軸方向のステージ１０の位置として検出される。
【００７９】
以上のように、移動誤差検出部６０は、エンコーダヘッド６２とスケールパターン６１とから取得されたステージ１０の水平方向の位置であるステージ１０のＸ軸方向の位置とＹ軸方向の位置を取得することができる。本来のステージ１０の位置である理想位置と、移動誤差検出部６０によって取得されたステージ１０の水平位置との差分を本発明においてはステージ１０の水平方向の移動誤差とする。
【００８０】
なお、移動誤差検出部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ステージ１０の水平方向の移動誤差を検出し、検出した移動誤差を制御部９０に送信する。
【００８１】
アライメントカメラ７０は、基板Ｗの上面にあらかじめ形成されたアライメントマークを撮像する。アライメントカメラ７０は、梁部材１０９の図１中の左側の側面に下方を撮像できるように設置されている。言い換えると、梁部材１０９の光学ヘッド４０１が設置される面の反対面に設置されている。
【００８２】
そして、アライメントカメラ７０としては、前述した撮像部５０とほぼ同様の構成を備えている。アライメントカメラ７０が備えるＣＣＤイメージセンサは、例えばエリアイメージセンサ（２次元イメージセンサ）により構成される。
【００８３】
アライメントカメラ７０によりアライメントマークを撮像するときには、ステージ１０に載置された基板Ｗがアライメントカメラ７０の下方に移動し、図示を省略する光源から出射された光が基板Ｗの上面に導かれ、その反射光をＣＣＤイメージセンサで受光する。
これにより、基板Ｗの上面に形成されたアライメントマークの撮像データが取得されることになる。
【００８４】
なお、アライメントカメラ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撮像データを取得し、取得した撮像データを制御部９０に送信する。
【００８５】
搬送装置８０は、カバー１０２に囲まれた本体内部の右手端部に配置されている。搬送装置８０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、基板収納カセット１０３と、ステージ１０との間で基板Ｗの受け渡しを行う。搬送装置８０としては、例えば、従来から知られている搬送ロボットを用いることができる。
【００８６】
制御部９０は、各種の演算処理を実行しつつ、露光装置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、ブートプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算処理の作業領域となるＲＡＭ、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスクなどの記憶部、各種表示を行うディスプレイ、キーボード、および、マウスなどの入力部、ＬＡＮ等を介してデータ通信機能を有するデータ通信部、等を有するコンピュータによって構成される。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露光装置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って実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。
【００８７】
次に、制御部９０によって実現される上記の構造による露光動作に関わる各機能部について図６を用いて説明する。図６は制御部９０が備える露光動作に関わる各機能部と、描画を実際に制御する露光制御部９００との関係をあらわすブロック図である。
【００８８】
制御部９０は、基板Ｗに描画すべき上層パターンを記述した描画パターンデータであるＣＡＤデータ９１１等の各種データを記憶しておく記憶部９１と、ＣＡＤデータ９１１を描画用のデータ単位として生成するデータ生成部９２と、データ生成部９２で生成されたデータをラスタライズするラスタライズ部９３と、下層パターンのずれ量を算出するずれ量算出部９４と、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出する形成位置算出部９５とを備えている。
【００８９】
記憶部９１は、上述したように外部のＣＡＤ等を用いて生成されたＣＡＤデータ９１１やラスタライズ部９３でラスタライズされたラスターデータ９１２等を記憶する。また、前述したデータ以外にも各部で検出されたデータ等を記憶する。なお、ＣＡＤ９１１は基板Ｗに対する一連の処理に先立って記録媒体あるいは通信ネットワーク等を介してあらかじめ記憶部９１に準備されている。
【００９０】
データ生成部９２は、記憶部９１からＣＡＤデータ９１１を読み出し、描画を行う所定の単位領域（ストライプ）にＣＡＤデータ９１１を分割し、ラスタライズ部９３にストライプ単位で送信する。
【００９１】
ラスタライズ部９３は、データ生成部９２によって生成されたストライプごとにラスタライズを行い、ラスタ形式のラスターデータ９１２を生成し記憶部９１に記憶する。こうして、１ストライプ分のラスターデータ９１２の準備が終わると、ラスターデータ９１２は露光制御部９００に送られる。
【００９２】
ずれ量算出部９４は、撮像部５０で取得された基板Ｗ上の描画予定領域の撮像データと、移動誤差検出部６０で検出されたステージ１０の水平方向の移動誤差を受け取り、描画予定領域に形成されている下層パターンの基板Ｗに対する位置ずれ量を算出する。基板Ｗに対する下層パターンの位置ずれ量とは、基板Ｗ上に形成されている下層パターンの形成位置と、基板Ｗ上での下層パターンの設計位置との差分をあらわすものである。
【００９３】
図７を参照しつつ下層パターンの位置ずれについて説明する。下層パターンの位置ずれは、２つの要因により引き起こされる。その一方はステージ１０の移動誤差によって生じる位置ずれと、他方は基板Ｗの変形等によって生じる基板Ｗ上での設計位置からの下層パターンの位置ずれである。図７では、上述したステージ１０の移動誤差および基板Ｗの変形等による下層パターンの位置ずれが生じていない場合のステージ１０の理想位置と基板Ｗ上における下層パターンの設計位置を破線で示している。また、その時点におけるステージ１０の実際位置および下層パターンの形成位置については実線で示している。なお、図７では、光学ヘッド４０１およびエンコーダヘッド６２は図示を省略している。
【００９４】
図７（ａ）は、下層パターンの設計位置を破線で表している。また、基板Ｗ上の下層パターンの形成位置を実線で表している。なお、この時点では描画処理動作前でありステージ１０は静止しており上述したステージ１０の移動誤差は生じていない。したがって、ステージ１０の実際位置は理想位置でもあるため実線で表している。
【００９５】
これに対し、基板Ｗには熱膨張等により変形が生じており、あらかじめ基板Ｗ上に形成されている下層パターンが、基板Ｗ上での設計位置からＸ軸方向にΔＰＸ、Ｙ軸方向にΔＰＹだけ位置ずれが生じている。したがって、下層パターンに対して上層パターンを精度良く重ねあわせて描画するためには、当該位置ずれを補正する必要がある。
【００９６】
図７（ｂ）は、描画処理が開始され撮像部５０にてＹ軸方向に移動するステージ１０上に保持された基板Ｗの描画予定領域を撮像する撮像時における、ステージ１０の理想位置と基板Ｗ上の下層パターンの設計位置を破線で表している。また、撮像時のステージ１０の実際位置と基板Ｗ上の下層パターンの形成位置を実線で表している。
【００９７】
撮像データから算出される下層パターンの設計位置と形成位置との位置ずれ量の算出について図８を参照しつつ説明する。図８（ａ）は撮像部５０から送られてくる下層パターンの１次元の撮像データを蓄積し、２次元の画像データとして生成したものである。また、図８（ｂ）は、制御部９０がステージ位置計測部３０から送られてくるステージ１０の位置に基づき、あらかじめ記憶部に記憶しておいた下層パターンの設計データから、撮像部５０によって撮像された位置と略同じ位置を特定し、画像データに変換し生成した設計画像５２０である。図８で示された撮像データは、図７（ｂ）で図示される下層パターンを含むように撮像されたものを表している。
【００９８】
設計画像５２０には、配線パターン等の設計下層パターン５２１が含まれる。同様に、撮像画像５１０には基板Ｗ上にあらかじめ形成されている配線パターン等の形成下層パターン５１１が含まれる。
【００９９】
設計画像５２０から、特徴的なパターンを有するテンプレート５２２を抽出する。同時に、テンプレート５２２に設計基準点５２３を設定し、設計基準点５２３の座標を記憶しておく。これが設計位置となる。なお、設計基準点５２３をテンプレート５２２の左上に設定しているが、これに限定されるものではなく、テンプレート５２２内で特定できる点（例えば、重心等）を設計基準点として設定してもよい。
【０１００】
続いて、撮像画像５１０に対してテンプレート５２２を用いて、いわゆるパターンマッチング処理を行い、マッチング度が高い位置であるマッチング領域５１２を取得する。すなわち、このマッチング領域５１２の左上の点が検出基準点５１３となる。
【０１０１】
設計基準点５２３と検出基準点５１３のＸ方向およびＹ方向の差分が、撮像画像内における下層パターンの設計位置に対する形成位置のＸ軸方向の位置ずれ量ΔＩＰＸ、Ｙ軸方向の位置ずれ量ΔＩＰＹとして求まる。
【０１０２】
しかしながら、撮像部５０によって撮像することで得られる撮像データは、ステージ１０に保持された基板Ｗを撮像して取得したものである。すなわち、ステージ１０が移動誤差による位置ずれを生じていた場合、ステージ１０に保持された基板Ｗを撮像して取得した撮像データには、撮像時のステージ１０の移動誤差と、基板Ｗ上での設計位置からの下層パターンの位置ずれとが重畳されている。そのため、撮像時におけるステージ１０の移動誤差を撮像画像から得られた下層パターンの位置ずれ量から減算する必要がある。
【０１０３】
ここで、前述したようにステージ１０の移動誤差はエンコーダヘッド６２とスケールパターン６１によって検出することができる。具体的には、ＹスケールＹＳに関してはあらかじめ設定したＹスケールＹＳの数と撮像時に検出された数を比較することでΔＩＳＹを求める。一方、ＸスケールＸＳに関してはステージ１０のＸ軸方向の基準位置と撮像時に検出されたＸスケールＸＳとのＸ軸方向の距離をΔＩＳＹとして取得することができる。ΔＩＳＸおよびΔＩＳＹが撮像時におけるステージ１０の移動誤差をあらわす。
【０１０４】
したがって、描画予定領域に形成されている下層パターンの基板Ｗ上の設計位置からの位置ずれ量を算出するには、撮像データから算出した撮像画像内の下層パターンの位置ずれ量であるΔＩＰＸ、ΔＩＰＹから、撮像時のステージ１０のＸ軸方向の移動誤差ΔＩＳＸ、Ｙ軸方向の移動誤差ΔＩＳＹを減算（ΔＩＰＸ−ΔＩＳＸ、ΔＩＰＹ−ΔＩＳＹ）すればよい。
【０１０５】
このようにして、基板Ｗ上の下層パターンの位置ずれ量としてＹ軸位置ずれ量ΔＰＹとＸ軸位置ずれ量ΔＰＸを算出することができる。そして、ずれ量算出部９４で算出された基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸとＹ軸位置ずれ量ΔＰＹは形成位置算出部９５に送られる。なお、基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸとＹ軸位置ずれ量ΔＰＹは、基板Ｗの変形にのみ起因する位置ずれであるため少なくとも描画処理中において、基板Ｗ上の描画予定領域の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸとＹ軸位置ずれ量ΔＰＹは変化しない。
【０１０６】
形成位置算出部９５は、ずれ量算出部９４で算出された基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ΔＰＹと、移動誤差検出部６０よってあらかじめ設定されたタイミングで検出されたステージ１０の移動誤差とを受け取り、下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出する。
【０１０７】
ここで、図７（ｃ）を参照しつつ下層パターンに対する上層パターンの形成位置の算出について説明する。図７（ｃ）は、撮像部５０によって基板Ｗ上の描画予定領域が撮像されてから描画予定領域に光ビームが照射されるまでの間で、あらかじめ設定されたタイミングで移動誤差検出部６０がステージ１０の移動誤差を検出した検出時の、ステージ１０の理想位置と基板Ｗ上の下層パターンの設計位置を破線で表し、検出時のステージ１０の実際位置と基板Ｗ上の下層パターンの形成位置を実線で表している。
【０１０８】
下層パターンに対する上層パターンの形成位置は、基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ＰＹと、ステージ１０の移動誤差とが重畳された情報と言える。したがって、ずれ量算出部９４で算出された基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ＰＹと、あらかじめ設定されたタイミングで移動誤差検出部６０によって検出されたステージ１０のＸ軸方向の移動誤差ΔＤＳＸと、Ｙ軸方向の移動誤差ΔＤＳＹとを合算（ΔＰＸ＋ΔＤＳＸ、ΔＰＹ＋ΔＤＳＹ）する。
【０１０９】
合算することで算出された下層パターンに対する上層パターンのＸ軸方向の位置ずれ量ΔＰＸ＋ΔＤＳＸ、Ｙ軸方向の位置ずれ量ΔＰＹ＋ΔＤＳＹだけ、本来の上層パターンの形成位置からずらせることで、ステージ１０の移動誤差および基板Ｗ上での下層パターンの設計位置からの位置ずれを補正するための下層パターンに対する上層パターンの形成位置を算出することができる。なお、下層パターンに対する上層パターンの形成位置はＸ軸およびＹ軸からなるＸＹ平面内の位置として算出される。そして、上層パターンの形成位置を露光制御部９００に送信する。
【０１１０】
また、形成位置算出部９５は下層パターンのＸ軸位置ずれ量ΔＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ΔＰＹと、ステージ１０のＸ軸方向の移動誤差ΔＤＳＸおよびＹ軸方向の移動誤差ΔＤＳＹとを合算するため四則演算処理を行う。そのため、前述したずれ量算出部９４での処理に比べて演算処理の時間を短くすることができる。
【０１１１】
露光制御部９００は、形成位置算出部９５から送られてきた下層パターンに対する上層パターンの形成位置とラスターデータ９１２とを受け取る。そして、描画前に撮像された描画予定領域が光学ヘッド４０１の下方を通過するとき、ラスターデータ９１２に基づき空間光変調素子４５を制御するとともに、下層パターンに対する上層パターンの形成位置のＸ位置に基づき照射位置シフト機構４７を制御する。
【０１１２】
具体的には、照射位置シフト機構４７を構成する２つのウェッジプリズム４７１の相対的な離間距離をＸ位置に応じて変化させる。すると、光ビームの光路がＸ軸方向にシフトする。すなわち、基板Ｗ上での描画位置を副走査方向に相対的にシフトさせることができる。このようにして、Ｘ軸方向について下層パターンに位置合わせを行いながら上層パターンを描画することができる。
【０１１３】
また、ラスターデータ９１２に応じて空間光変調素子４５の入射光を空間変調するタイミングを、下層パターンに対する上層パターンの形成位置のＹ位置に基づき制御することで、主走査方向に相対的に描画位置をシフトさせることができる。このようにして、Ｙ軸方向についても下層パターンに位置合わせを行いながら上層パターンを描画することができる。
【０１１４】
続いて、上述した露光装置１００の動作の一例について図９、図１０を用いて説明を行う。図９は露光処理に係る全体の処理の流れについて説明するためのフローチャートである。また、図１０は、描画処理の流れを詳細に説明するためのフローチャートである。
【０１１５】
露光装置１００は、制御部９０から搬送装置８０に動作指令を行い、基板Ｗを収納した基板収納カセット１０３から基板Ｗを取り出し露光装置１００に搬入する。そして、露光装置１００の内部に搬入された基板Ｗをステージ１０の上面に載置する（ステップＳ１１）。すると、真空ポンプが作動し基板Ｗが載置されたステージ１０は吸引圧によりステージ１０の上面に基板Ｗを水平に吸着固定する。基板収納カセット１０３から搬出された基板Ｗをステージ１０に載置する前にプリアラメント処理を行ってもよい。
【０１１６】
また、基板収納カセット１０３から搬出される基板Ｗは、他の処理工程において別の露光装置等により基板Ｗの表面に下層パターンがあらかじめ形成されている。そして、基板Ｗの四隅には基板Ｗの姿勢を位置合わせするためのアライメントマークが形成されている。なお、アライメントマークは基板Ｗの四隅に限られず複数形成されていてもよい。
【０１１７】
基板Ｗをその上面に保持したステージ１０は、制御部９０からの動作指令に基づきステージ移動機構２０が動作することでアライメント領域に移動する。そして、露光装置１００はステージ１０上に載置された基板Ｗと光学ヘッド４０１との相対位置を調整するアライメント処理（位置合わせ処理）を行う（ステップＳ１２）。
【０１１８】
基板Ｗがステージ１０上に載置される際、ほぼ所定の位置に載置されることになるが、微細なパターンを描画するにあたり位置精度として十分でない場合が多い。このため、アライメント処理を行い基板Ｗの位置や傾きを微調整して、以降の描画処理の精度を向上させる。
【０１１９】
アライメント処理では、基板Ｗの上面の四隅に形成されたアライメントマークをアライメントカメラ７０によりそれぞれ撮像する。制御部９０は、アライメントカメラ７０により取得された画像中の各アライメントマークを抽出する。そして、各アライメントマークの位置に基づいて、基板Ｗの理想位置からのずれ量として、Ｘ軸方向のずれ量、Ｙ軸方向のずれ量およびＺ軸周りのθ方向のずれ量を算出する。そして、算出されたずれ量を低減させるように、制御部９０は、回転機構１１、副走査機構１３、主走査機構１５を駆動させ基板Ｗの位置を補正する。
【０１２０】
続いて、露光装置１００は、アライメント処理が行なわれた基板Ｗに対して描画処理を行う（ステップＳ１３）。描画処理の詳細については後述するが、ここでは、本実施例における描画処理の流れを簡単に説明する。
【０１２１】
露光装置１００は、ステージ１０を主走査方向および副走査方向に移動させつつ、光学ヘッド４０１から基板Ｗの上面に向けて光ビームを照射することにより、基板Ｗの上面に上層パターンを描画する。
【０１２２】
具体的には、制御部９０からの指示に応じて、主走査機構１５を動作させることでステージ１０を主走査方向に沿って移動させる。これにより、基板Ｗを光学ヘッド４０１に対して主走査方向に沿って相対的に移動させることができる。基板Ｗの１ストライプ分の描画予定領域が光学ヘッド４０１の下方を通過すると、基板Ｗの表面に１ストライプ分の描画が行なわれることになる。
【０１２３】
１ストライプ分の描画が終了すると、制御部９０は主走査機構１５を動作させ、ステージ１０を主走査方向に沿って基板Ｗを当該ストライプの描画を開始した元の位置に移動させる。さらに、制御部９０は、副走査機構１３を動作させることでステージ１０を副走査方向に沿って、１ストライプの幅に相当する距離だけ移動させる。副走査方向への移動が終了すると、再び主走査方向にステージ１０が走査されつつ描画が行なわれる。
【０１２４】
そして、先に描画された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なわれることになる。このように主走査方向の移動と副走査方向の移動が繰り返して行なわれることによって、基板Ｗの表面の全域に上層パターンが描画されることになる。
【０１２５】
基板Ｗの全域への描画処理が完了すると、制御部９０はステージ移動機構２０を動作させ描画処理済み基板Ｗを載置するステージ１０を搬出位置に移動させる。そして、真空ポンプの動作が停止し、ステージ１０上での吸着保持が解除される。制御部９０の動作指令に応じて搬送装置８０がステージ１０の上面から描画処理済みの基板Ｗを露光装置１００から搬出し、基板収納カセット１０３に搬入する（ステップＳ１４）。
【０１２６】
次に描画処理（ステップＳ１３）について詳細に説明する。図１０は描画処理の流れを詳細に説明するための図である。
【０１２７】
制御部９０からの動作指令に応じてステージ移動機構２０が動作し、ステージ１０が描画開始位置へと移動する（ステップＳ１０１）。描画開始位置は、ステージ１０に載置された基板Ｗの書き出し位置に基づき決められており、制御部９０が内部に記憶している。
【０１２８】
次に、制御部９０のラスタライズ部９３から露光制御部９００に１ストライプ分のラスターデータ９１２が送られる。露光制御部９００は１ストライプ分のラスターデータ９１２を受け取ったことを確認すると、主走査機構１５を動作させステージ１０の主走査方向の移動を開始する（ステップＳ１０２）。この時、光学ヘッド４０１から基板Ｗに向けて光ビームが照射される間は、ステージ１０は一定速度で主走査方向に移動するように制御される。なお、ステージ１０の移動速度は基板Ｗ上に塗布されたレジストの感光特性および光学ヘッド４０１から照射される光ビームの光量に基づき決められている。
【０１２９】
また、制御部９０はステージ位置計測部３０に対しても動作指令を行う。ステージ位置計測部３０は、主走査方向に移動するステージ１０に向けて連続的にレーザ光を照射し、その反射光と出射光との干渉からステージ１０の主走査方向の位置を連続的に検出し制御部９０に送信する。したがって、制御部９０は、描画処理中においてステージ１０の主走査方向の位置を常に把握することができる。
【０１３０】
ステージ１０の主走査方向に沿う走査が開始されると、制御部９０は撮像部５０に対して動作指令を出す。撮像部５０は動作指令に応じて主走査方向に移動するステージ１０に保持された基板Ｗ上の描画予定領域を撮像し、描画予定領域に形成された下層パターンの撮像データを取得する（ステップＳ１０３）。ただし、撮像部５０は主走査の方向について、光学ヘッド４０１から定められた距離だけ上流側に配置されている。したがって、撮像部５０においては、光学ヘッド４０１に対して当該距離だけステージ１０が移動し、描画を行う予定の基板Ｗ上の描画予定領域を光学ヘッド４０１によって描画される前に撮像した撮像データが取得されることになる。
【０１３１】
ここで、本実施形態においては、撮像部５０は１次元イメージセンサを採用しているため１次元で撮像された撮像データは制御部９０に順次送信される。そして、制御部９０が１次元の撮像データを合成し２次元画像を生成する。本実施例では、生成された２次元画像の重心位置を含む１次元の撮像データが取得された時刻を撮像時とおいている。
【０１３２】
これと並行して、制御部９０は移動誤差検出部６０に対して動作指令を出しエンコーダヘッド６２を動作させる。エンコーダヘッド６２は、ステージ１０上に形成されたスケールパターン６１に向かって光を照射し、光の回折と干渉を利用してステージ１０の移動誤差を連続的に検出することができる。そして、撮像部５０による撮像時に合わせたタイミング（第１検出タイミング）で検出されるステージ１０の移動誤差を第１移動誤差として検出する（ステップＳ１０４）。より正確には、連続的に検出されたステージ１０の移動誤差を一時的に記憶しておき、撮像時に合わせたタイミングで記憶されたステージ１０の移動誤差を第１移動誤差として取得する。
【０１３３】
このとき、エンコーダヘッド６２によって検出されるステージ１０の移動誤差は、エンコーダヘッド６２の下方におけるステージ１０の移動誤差を検出することとなる。しかしながら、ステージ１０の移動誤差は、ステージ１０全体に対して一様に発生しているものである。そのため、エンコーダヘッド６２の下方で検出したステージ１０の移動誤差であっても、ステージ１０全体に対して生じている移動誤差として扱うことができる。すなわち、エンコーダヘッド６２の下方で検出したステージ１０の移動誤差は、同時刻の撮像部５０または光学ヘッド４０１の下方におけるステージ１０の移動誤差と等価であると言える。そして、移動誤差検出部６０は、エンコーダヘッド６２が検出したステージ１０の移動誤差を制御部９０に送信する。
【０１３４】
制御部９０の露光に関係する機能部であるずれ量算出部９４は、撮像部５０から送れてくる撮像データを２次元画像として生成するとともに、移動誤差検出部６０から送られてくる第１移動誤差を取得する。ずれ量算出部９４は撮像部５０から送られてくる１次元の撮像データから生成した２次元画像を用いて２次元画像内における下層パターンの位置ずれ量を算出する。
【０１３５】
このとき、２次元画像内における下層パターンの設計位置と、実際に基板Ｗに形成されている下層パターンの形成位置との差分が下層パターンの位置ずれ量として算出される。当該位置ずれ量は、図７（ｂ）でも示した通りＸ軸方向の位置ずれ量ΔＩＰＸおよびＹ軸方向の位置ずれ量ΔＩＰＹで構成される。
【０１３６】
そして、ステップＳ１０４で取得されたステージ１０の第１移動誤差を用いて、２次元画像内における下層パターンの位置ずれ量から第１移動誤差を減算することで、基板Ｗ上の下層パターンの位置ずれ量を算出する（ステップＳ１０５）。基板Ｗ上の下層パターンの位置ずれ量は、Ｘ軸方向の位置ずれ量としてＸ軸位置ずれ量ＰＸ、Ｙ軸方向の位置ずれ量としてＹ軸位置ずれ量ＰＹとして算出される。
【０１３７】
ステップＳ１０３およびステップＳ１０４での処理が行なわれた後も、一定の速度でステージ１０は光学ヘッド４０１に向かって移動する。そして、撮像部５０による撮像後から光学ヘッド４０１によって光ビームが照射されるまでの間にあらかじめ設定されたタイミング（第２検出タイミング）でエンコーダヘッド６２によって検出されるステージ１０の移動誤差を第２移動誤差として検出する（ステップＳ１０６）。
【０１３８】
ここで、ステージ１０の第２移動誤差の検出について説明する。第２移動誤差を検出する第２検出タイミングは、後述する上層パターンの形成位置の算出に要する時間および算出された上層パターンの形成位置に基づき照射位置シフト機構４７を制御し光ビームを基板Ｗへ照射するのに要する時間に基づいて決められる。すなわち、上層パターンの形成位置算出時間と、該形成位置に基づき光ビームの光路をシフトさせるのに要する時間とを合わせた時間だけ、光ビームが照射されるより前に第２移動誤差が検出されるように第２検出タイミングを設定しておく。
【０１３９】
このように、第２検出タイミングを設定することで光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される照射位置に最も近づいた近接位置でのステージ１０の移動誤差を検出することができる。移動誤差検出部６０は、エンコーダヘッド６２によって検出された第２移動誤差を制御部９０へ送信する。
【０１４０】
形成位置算出部９５は、ずれ量算出部９４から送られてくる基板Ｗ上の下層パターンの位置ずれ量であるＸ軸位置ずれ量ＰＸとＹ軸位置ずれ量ＰＹ、移動誤差検出部６０から送られてくる第２検出タイミングで検出された第２移動誤差とを受け取る。形成位置算出部９５は基板Ｗ上の下層パターンのＸ軸位置ずれ量ＰＸおよびＹ軸位置ずれ量ＰＹと、第２検出タイミングで検出された第２移動誤差のＸ軸方向の移動誤差ΔＤＳＸおよびＹ軸方向の移動誤差ΔＤＳＹとを加算することで、下層パターンに対する上層パターンのＸ軸方向の位置ずれ量ΔＰＸ＋ΔＤＳＸ、Ｙ軸方向の位置ずれ量ΔＰＹ＋ΔＤＳＹを算出する。
【０１４１】
そして、本来の上層パターンの形成位置をΔＰＸ＋ΔＤＳＸ、ΔＰＹ＋ΔＤＳＹだけずらせた位置が下層パターンに対する上層パターンの形成位置として算出される（ステップＳ１０７）。
【０１４２】
形成位置算出部９５で算出された下層パターンに対する上層パターンの形成位置を露光制御部９００に送信する。露光制御部９００は、上層パターンの形成位置に基づき照射位置シフト機構４７を制御し光学ヘッド４０１から照射される光ビームの光路を必要に応じて副走査方向にシフトさせる。また、主走査方向については光学ヘッド４０１から光が照射されるタイミングを制御し補正する（ステップＳ１０８）。
【０１４３】
具体的には、形成位置算出部９５から送られてくる下層パターンに対する上層パターンの形成位置はＸ軸方向の形成位置とＹ軸方向の形成位置からなる。露光制御部９００は、Ｘ軸方向の形成位置に基づき照射位置シフト機構４７を動作させる。すなわち、形成位置算出部９５から送られてきた上層パターンのＸ軸方向の形成位置に光ビームを照射することができるように、照射位置シフト機構４７内の２つのウェッジプリズム４７１の相対的な離間距離を変化させる。すると、光ビームの光路がＸ軸方向にシフトし、副走査方向に対して下層パターンに精度よく位置合わせを行いつつ上層パターンを描画することができる。
【０１４４】
また、主走査方向については成位置算出部９５から送られてきた上層パターンのＹ軸方向の形成位置に光ビームが照射されるように、空間光変調素子４５のオンとオフのタイミングを制御する。例えば、ステージ１０の移動誤差等により本来の上層パターンの形成位置よりも主走査方向に描画が遅れる方向に１画素ずれていた場合は、空間光変調素子４５のオンにするタイミングを１画素分遅らすことで、主走査方向に対して下層パターンに精度良く位置合わせを行いつつ上層パターンを描画することができる。
【０１４５】
以上の動作を１ストライプ分の描画が終わるまで行う。１ストライプ分の描画が完了すると、描画すべき次のストライプがあるか否かを判定し（ステップＳ１０９）、次のストライプがある場合は、制御部９０による動作信号に応じてステージ移動機構２０が動作し、ステージ１０を開始位置に戻すとともに、ステージ１０を１ストライプ分だけ副走査方向に相対移動させる（ステップＳ１１０）。
【０１４６】
また、同時にエンコーダ移動機構６３にも制御部９０から動作指令が送られ、エンコーダヘッド６２も副走査方向に相対移動する（ステップＳ１１１）。つまり、エンコーダヘッド６２はステージ１０上に形成されたスケールパターン６１を追従するように副走査方向に移動することができるため、描画処理時において継続してステージ１０の移動誤差を検出することができる。
【０１４７】
そして、隣のストライプに対して、ステップＳ１０２からステップＳ１０９を繰り返し、基板Ｗの表面の全域に上層パターンが描画されたら描画処理を完了し搬送装置８０によりステージ１０から処理済みの基板Ｗが搬出される。
【０１４８】
以上説明したとおり、本発明の露光装置１００のように撮像部５０と移動誤差検出部６０とを備えることで、まず基板の変形に起因する基板Ｗ上における下層パターンの位置ずれ量を算出することができる。そして、撮像部５０とは別に移動誤差検出部６０はステージ１０の移動に起因するステージ１０の移動誤差を検出することができる。すなわち、撮像部５０と移動誤差検出部６０と光学ヘッド４０１とをそれぞれ独立して設けることで、各構成の光学系の設計を簡素化することができる。
【０１４９】
また、ステージ１０の移動誤差を検出するタイミングを自由に設定できるため、各処理に要する最低限の時間だけ確保すれば、ステージ１０の移動誤差が検出される位置を、光学ヘッド４０１による照射位置に極限まで実質的に近づけることができる。
【０１５０】
次に、露光位置の手前側におけるステージ１０の移動誤差を検証する。図１１は、本シミュレーションの条件を示した模式図である。
【０１５１】
図１１は、撮像部５０によって描画予定領域の下層パターンが撮像された撮像時のステージ１０の位置と、エンコーダヘッド６２によって第２移動誤差が検出された検出時のステージ１０の位置と、光学ヘッド４０１によって描画予定領域に光ビームが照射された照射時のステージ１０の位置との位置関係を示している。なお、撮像部５０による撮像時、およびエンコーダヘッド６２による検出時にステージ１０が位置する状態を破線で表し、光学ヘッド４０１による照射時のステージ１０の位置を実線で表している。また、ステージ１０上に載置された基板Ｗは図示を省略している。
【０１５２】
次に、ステージ１０の主走査方向への移動速度を１００［ｍｍ／秒］とする。また、描画予定領域が撮像部５０によって撮像されてから、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される照射時までのステージ１０の移動する距離を１００［ｍｍ］とする。これは、光学ヘッド４０１と撮像部５０との間の距離を意味し、光学ヘッド４０１と撮像部５０を別体として設ける場合は、光学ヘッド４０１の筐体の大きさに依存する。そのため、これらの間の距離を近づけるには限界がある。本シミュレーションでは、この距離を前述したように１００［ｍｍ］としている。
【０１５３】
移動誤差検出部６０による第２移動誤差の検出時から、光学ヘッド４０１による照射時までのステージ１０の移動する距離Ｄを１０、２０、３０、５０、７０、１００［ｍｍ］としてシミュレーションを行う。この距離Ｄは、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される位置にどれだけ近い位置でステージ１０の移動誤差を検出できるかを意味している。
【０１５４】
エンコーダヘッド６２はその下方をステージ１０が通過するときのステージ１０の移動誤差を検出する。しかし、撮像部５０とは異なり光学ヘッド４０１との間の距離を考える必要はない。なぜなら、エンコーダヘッド６２はステージ１０の移動誤差を検出するタイミングを調整することで、任意の位置でのステージ１０の移動誤差を検出することができるからである。
【０１５５】
また、本シミュレーションではステージ１０に生じる移動誤差は正弦波としている。ステージ１０の移動誤差は不規則に生じるため周期や位相をあらかじめ特定しておくことはできない。しかし、すべての信号は各周波数の正弦波に分けることができる。これはフーリエの定理により公知であり説明は省略する。そのため、本シミュレーションにおいては、ステージ１０が移動することによって生じる水平方向の移動誤差の１つが振動数５．０［Ｈｚ］、振幅１．０［ｍｍ］ので発生している場合についてシミュレーションを行う。
【０１５６】
上述した条件で、下層パターンを撮像する撮像部５０のみを用いて撮像時のタイミングでステージ１０の移動誤差を検出した場合と、本発明のように移動誤差検出部６０を用いて上述した第２検出タイミングでステージ１０の移動誤差を検出した場合との、ステージ１０の検出時の移動誤差と光ビームが照射される照射時の実際のステージ１０の移動誤差との相対誤差の変動幅についてシミュレーションを行なった結果を図１２と表１に示す。なお、相対誤差とは、検出されたステージ１０の移動誤差を用いて、上層パターンの形成位置を補正した場合の下層パターンの位置に対する上層パターンの位置ずれ量を表すものである。
【０１５７】
したがって、検出時のステージ１０の移動誤差と、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される照射時の移動誤差が完全に一致すれば相対誤差はゼロとなり、下層パターンに対する上層パターンの位置ずれが発生しない。これに対し、検出時のステージ１０の移動誤差と、照射時の実際の移動誤差が正反対の値であった場合、下層パターンに対する上層パターンの補正を逆方向に行うことになる。したがって、相対誤差が大きくなればなるほど、下層パターンに対する上層パターンの位置ずれが大きくなり重ね合わせの描画精度が低下する。
【０１５８】
図１２は、上述した条件でステージ１０の移動誤差を検出した際、当該移動誤差が０度から３６０度の間で位相がずれた場合の相対誤差を表している。
【０１５９】
撮像部５０によって撮像される位置（Ｄ＝１００ｍｍ）で検出されたステージ１０の移動誤差と、光学ヘッド４０１による照射時のステージ１０の移動誤差との相対誤差を見ると、位相が０度の時は相対誤差が最小で０ｍｍとなり、位相が９０度の時に相対誤差が最大で２．０ｍｍとなっている。相対誤差がゼロになるのは、撮像時に検出された移動誤差と照射時に検出された移動誤差が同じであることをあらわしている。また、相対誤差が最大になるのは、撮像時に検出された移動誤差と照射時に検出された移動誤差との差が最大になっていることをあらわしている。
【０１６０】
位相が０度となるような場合であれば撮像時に検出されたステージ１０の移動誤差を用いて、上層パターンの形成位置を算出し当該位置に基づいて描画を行うことで、下層パターンに対する上層パターンの位置ずれを補正し重ね合わせ描画を良好に行うことができる。言い換えると、撮像部５０で撮像された撮像データのみを用いて上層パターンの形成位置を算出して補正することで重ね合わせ描画を良好に行うことができる。
【０１６１】
しかし、位相が９０度となるような場合、撮像時に検出されたステージ１０の移動誤差を用いて、上層パターンの形成位置を算出し当該位置に基づいて描画を行うと、本来補正すべき方向とは逆方向に補正することになる。これはステージ１０の移動誤差を考慮せずに描画する場合に比べて、重ね合わせ描画の精度が２倍悪化することになる。
【０１６２】
すなわち、位相が一致する場合には描画精度は向上するが、逆に大きくずれた場合には描画精度は悪化するため安定した重ね合わせ描画を行うことができない。
【０１６３】
これに対し、エンコーダヘッド６２によって第２移動誤差が検出される時のステージ１０の位置と、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射される位置との距離Ｄが、Ｄ＝１０ｍｍの場合、位相が９９度の時は相対誤差が最小で０となり、位相が１０度の時に相対誤差が最大で０．３１ｍｍとなっている。
【０１６４】
すなわち、相対誤差が最大となるようなステージ１０の移動誤差が生じている場合でも、本来のステージ１０の振幅である１．０ｍｍよりも確実に移動誤差の影響を低減することができる。そのため、ステージ１０に生じる移動誤差の位相に関係なく下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ描画を安定した精度で行うことができる。
【０１６５】
表１は上述した条件でシミュレーションを行なった結果をまとめたものである。各距離Ｄにおける相対誤差の最大値、最小値、およびこれらの差分である相対誤差の範囲を示している。
【表１】
【０１６６】
距離Ｄを１０ｍｍから１００ｍｍに変えた場合を見ると、距離Ｄが小さくなればなるほど相対誤差の最小値（ＭＩＮ）と最大値（ＭＡＸ）との差である変動幅（ＲＡＮＧＥ）が小さくなっている。このことから、ステージ１０の移動誤差が検出されてから、光学ヘッド４０１によって光ビームが照射されるまでの間のステージ１０の移動する距離が短い方が重ねあわせ描画の精度を安定させることができる。
【０１６７】
以上のように、露光装置１００が撮像部５０と移動誤差検出部６０とをそれぞれ備えることで、基板Ｗの変形に起因する基板Ｗ上における下層パターンの位置ずれと、ステージ１０の移動に起因するステージ１０の移動誤差による位置ずれとをそれぞれ取得することができる。その際、移動誤差検出部６０では、第２移動誤差を検出するタイミングを撮像部５０による撮像後から光学ヘッド４０１による光ビームの照射時までの間に設定することができ、第２移動誤差の検出時から光ビームの照射時までにステージ１０が移動する距離を短くすることができる。
【０１６８】
これにより、ステージ１０が移動することで生じる移動誤差の相対誤差の取りうる範囲である変動幅を小さくすることができるため、下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ描画を安定した精度で行うことができる。
【０１６９】
また、光学ヘッド４０１と移動誤差検出部６０であるエンコーダヘッド６２とを独立して設けているため、それぞれ独立した設計で実装することができ光学系の設計が複雑になることを防ぐことができる。
＜変形例＞
【０１７０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく様々な変形が可能である。
【０１７１】
上記実施形態では、ステージ１０の移動誤差を検出するためエンコーダヘッド６２を用いたがこれに限られるものではない。例えば、エンコーダヘッド６２に相当する構成として、顕微鏡および顕微鏡を介して基板表面に形成されたスケールパターン６１を撮像するためのＣＣＤイメージセンサを用いることができる。そして、撮像されたスケールパターン６１の画像に基づき、パターンマッチング等の画像処理を行い、スケールパターン６１の格子位置からステージ１０の移動誤差を算出するように構成してもよい。
【０１７２】
また、上記実施形態では、エンコーダヘッド６２はステージ１０の副走査方向（Ｘ軸方向）の移動に同期して、エンコーダヘッド６２も副走査方向に移動する構成となっているが、本発明の効果を得る上でこの構成に限られるものではない。例えば、ステージ１０の副走査方向のステージサイズを大きくし、スケールパターン６１の該方向の幅を長くする（例えば、基板Ｗの直径と同じ長さにする）ことで、エンコーダヘッド６２を固定配置するように構成することも可能である。
【０１７３】
また、上記実施形態では、下層パターンに対する上層パターンの形成位置に基づき光ビームの照射位置を補正するため、照射位置シフト機構４７を用いた光ビームの光路の補正を行っているが、この構成に限られるものではない。例えば、算出された上層パターンの形成位置に基づいてステージ１０を補正する方向に移動させることで、光学ヘッド４０１に対して相対的に光ビームの照射位置をシフトすることができる。
【０１７４】
また、光学ヘッド４０１に送信する描画データ自身を算出された上層パターンの形成位置に基づき修正することでも同様の効果を得ることができる。
【０１７５】
また、上記実施形態では、半導体基板に対する描画装置および方法について説明したが、描画対象物はこれに限られない。例えば、プリント配線基板、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板やフォトマスク等の重ね合わせ描画を行う際に本発明が用いられてもよい。
【符号の説明】
【０１７６】
２ コンピュータ
１０ ステージ
２０ ステージ移動機構
３０ ステージ位置計測部
４０ 光照射部
４７ 照射位置シフト機構
５０ 撮像部
６０ 移動誤差検出部
９０ 制御部
９４ ずれ量算出部
９５ 形成位置算出部
１００ 露光装置
Ｗ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層パターンがあらかじめ形成された基板を水平に保持するとともに、前記基板を保持して移動可能なステージと、
前記ステージに保持された前記基板の描画予定領域に対して上層パターンの描画データに応じて光ビームを照射する光照射部と、
前記光照射部に向かって相対移動する前記ステージに保持された基板の描画予定領域に
前記光ビームが照射される前に前記描画予定領域に形成された前記下層パターンを撮像する撮像部と、
前記光照射部に向かって相対移動する前記ステージの位置を、前記撮像部による撮像時に合わせて第１移動誤差として検出し、前記撮像部による撮像後から前記光照射部によって光ビームが照射されるまでの間に前記ステージの位置を第２移動誤差として検出する移動誤差検出部と、
前記上層パターンの描画データに応じて前記光照射部による描画を制御する制御部と、を具備し、
前記制御部は、
前記撮像部が取得した画像に含まれる下層パターンに基づき、前記画像内における下層パターンの位置ずれ量を取得し、前記画像内の下層パターンの位置ずれ量から前記第１移動誤差を除くことで前記基板上における下層パターンのずれである下層パターンの位置ずれ量を算出し、
前記基板上における前記下層パターンの位置ずれ量に前記第２移動誤差を加えることで、前記第２移動誤差の検出時における前記下層パターンに対する前記上層パターンの形成位置を算出し、
前記上層パターンの形成位置に基づいて前記光照射部による描画を制御することを特徴とする描画装置。
【請求項２】
前記移動誤差検出部は、前記制御部が前記上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、前記上層パターンの形成位置に基づき前記光照射部による描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて、前記光照射部によって光ビームが照射されるより前に第２移動誤差を検出することを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
【請求項３】
前記光照射部は、前記光ビームの光路を前記ステージが進む方向と直交する方向に相対的にシフトさせる照射位置シフト機構を有し、
前記制御部は、前記照射位置シフト機構を制御し、前記上層パターンの形成位置に基づき前記光ビームの光路をシフトさせることで、前記上層パターンの描画を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の描画装置。
【請求項４】
前記下層パターンの設計データをあらかじめ記憶しておく記憶部をさらに有し、
前記制御部は、前記撮像部が取得した撮像画像に含まれる下層パターンと、前記設計データから生成した画像とを用いた画像処理により、前記ステージに保持された前記基板の前記下層パターンの位置を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の描画装置。
【請求項５】
前記制御部における前記画像処理はパターンマッチング処理であることを特徴とする請求項４に記載の描画装置。
【請求項６】
下層パターンがあらかじめ形成された基板をステージ上に水平に保持するとともに、前記基板を保持して移動する移動工程と、
前記ステージに保持された前記基板の描画予定領域に対して上層パターンの描画データに応じて光ビームを照射する光照射工程と、
前記ステージに保持された前記基板の描画予定領域に形成されている下層パターンを、前記光照射工程で前記ステージに保持された基板の描画予定領域に光ビームが照射される前に撮像部によって撮像する撮像工程と、
前記基板を保持して移動する前記ステージの位置を、前記撮像工程での撮像時に合わせて第１移動誤差として検出し、前記撮像工程による撮像後から前記光照射工程で光ビームが照射されるまでの間に前記ステージの位置を第２移動誤差として検出する移動誤差検出工程と、
前記上層パターンの描画データに基づき前記光照射工程での描画を制御する制御工程と、を有し、
前記制御工程は、
前記撮像工程で取得された撮像画像に含まれる下層パターンに基づき、前記撮像画像内における下層パターンの位置ずれ量を取得し、前記撮像画像内における下層パターンの位置ずれ量から前記第１移動誤差を除くことで前記基板上における下層パターンのずれである下層パターンの位置ずれ量を算出し、
前記基板上における前記下層パターンの位置ずれ量に前記第２移動誤差を加えることで、前記第２移動誤差の検出時における前記下層パターンに対する前記上層パターンの形成位置を算出し、
前記上層パターンの形成位置に基づき前記光照射工程での描画を制御することを特徴とする描画方法。
【請求項７】
前記移動誤差検出工程は、前記制御工程で前記上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、前記上層パターンの形成位置に基づき前記光照射工程で描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて、前記光照射工程で光ビームが照射されるより前に第２移動誤差を検出することを特徴とする請求項６に記載の描画方法。
【請求項８】
前記光照射工程は、前記光ビームの光路を前記ステージが進む方向と直交する方向に相対的にシフトさせる照射位置シフト工程を有し、
前記制御工程は、前記照射位置シフト工程において、前記上層パターンの形成位置に基づき前記光ビームの光路をシフトさせることで、前記上層パターンの描画を制御することを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の描画方法。
【請求項９】
前記制御工程は、前記撮像工程で取得した撮像画像に含まれる下層パターンと、前記下層パターンの設計データから生成した画像とを用いた画像処理により、前記ステージに保持された前記基板の前記下層パターンの位置を算出することを特徴とする請求項６ないし請求８のいずれか一項に記載の描画方法。
【請求項１０】
前記制御工程における前記画像処理はパターンマッチング処理であることを特徴とする請求項９に記載の描画方法。
【請求項１】
下層パターンがあらかじめ形成された基板を水平に保持するとともに、前記基板を保持して移動可能なステージと、
前記ステージに保持された前記基板の描画予定領域に対して上層パターンの描画データに応じて光ビームを照射する光照射部と、
前記光照射部に向かって相対移動する前記ステージに保持された基板の描画予定領域に
前記光ビームが照射される前に前記描画予定領域に形成された前記下層パターンを撮像する撮像部と、
前記光照射部に向かって相対移動する前記ステージの位置を、前記撮像部による撮像時に合わせて第１移動誤差として検出し、前記撮像部による撮像後から前記光照射部によって光ビームが照射されるまでの間に前記ステージの位置を第２移動誤差として検出する移動誤差検出部と、
前記上層パターンの描画データに応じて前記光照射部による描画を制御する制御部と、を具備し、
前記制御部は、
前記撮像部が取得した画像に含まれる下層パターンに基づき、前記画像内における下層パターンの位置ずれ量を取得し、前記画像内の下層パターンの位置ずれ量から前記第１移動誤差を除くことで前記基板上における下層パターンのずれである下層パターンの位置ずれ量を算出し、
前記基板上における前記下層パターンの位置ずれ量に前記第２移動誤差を加えることで、前記第２移動誤差の検出時における前記下層パターンに対する前記上層パターンの形成位置を算出し、
前記上層パターンの形成位置に基づいて前記光照射部による描画を制御することを特徴とする描画装置。
【請求項２】
前記移動誤差検出部は、前記制御部が前記上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、前記上層パターンの形成位置に基づき前記光照射部による描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて、前記光照射部によって光ビームが照射されるより前に第２移動誤差を検出することを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
【請求項３】
前記光照射部は、前記光ビームの光路を前記ステージが進む方向と直交する方向に相対的にシフトさせる照射位置シフト機構を有し、
前記制御部は、前記照射位置シフト機構を制御し、前記上層パターンの形成位置に基づき前記光ビームの光路をシフトさせることで、前記上層パターンの描画を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の描画装置。
【請求項４】
前記下層パターンの設計データをあらかじめ記憶しておく記憶部をさらに有し、
前記制御部は、前記撮像部が取得した撮像画像に含まれる下層パターンと、前記設計データから生成した画像とを用いた画像処理により、前記ステージに保持された前記基板の前記下層パターンの位置を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の描画装置。
【請求項５】
前記制御部における前記画像処理はパターンマッチング処理であることを特徴とする請求項４に記載の描画装置。
【請求項６】
下層パターンがあらかじめ形成された基板をステージ上に水平に保持するとともに、前記基板を保持して移動する移動工程と、
前記ステージに保持された前記基板の描画予定領域に対して上層パターンの描画データに応じて光ビームを照射する光照射工程と、
前記ステージに保持された前記基板の描画予定領域に形成されている下層パターンを、前記光照射工程で前記ステージに保持された基板の描画予定領域に光ビームが照射される前に撮像部によって撮像する撮像工程と、
前記基板を保持して移動する前記ステージの位置を、前記撮像工程での撮像時に合わせて第１移動誤差として検出し、前記撮像工程による撮像後から前記光照射工程で光ビームが照射されるまでの間に前記ステージの位置を第２移動誤差として検出する移動誤差検出工程と、
前記上層パターンの描画データに基づき前記光照射工程での描画を制御する制御工程と、を有し、
前記制御工程は、
前記撮像工程で取得された撮像画像に含まれる下層パターンに基づき、前記撮像画像内における下層パターンの位置ずれ量を取得し、前記撮像画像内における下層パターンの位置ずれ量から前記第１移動誤差を除くことで前記基板上における下層パターンのずれである下層パターンの位置ずれ量を算出し、
前記基板上における前記下層パターンの位置ずれ量に前記第２移動誤差を加えることで、前記第２移動誤差の検出時における前記下層パターンに対する前記上層パターンの形成位置を算出し、
前記上層パターンの形成位置に基づき前記光照射工程での描画を制御することを特徴とする描画方法。
【請求項７】
前記移動誤差検出工程は、前記制御工程で前記上層パターンの形成位置を算出するのに要する時間と、前記上層パターンの形成位置に基づき前記光照射工程で描画を制御するのに要する時間とを合わせた時間に応じて、前記光照射工程で光ビームが照射されるより前に第２移動誤差を検出することを特徴とする請求項６に記載の描画方法。
【請求項８】
前記光照射工程は、前記光ビームの光路を前記ステージが進む方向と直交する方向に相対的にシフトさせる照射位置シフト工程を有し、
前記制御工程は、前記照射位置シフト工程において、前記上層パターンの形成位置に基づき前記光ビームの光路をシフトさせることで、前記上層パターンの描画を制御することを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の描画方法。
【請求項９】
前記制御工程は、前記撮像工程で取得した撮像画像に含まれる下層パターンと、前記下層パターンの設計データから生成した画像とを用いた画像処理により、前記ステージに保持された前記基板の前記下層パターンの位置を算出することを特徴とする請求項６ないし請求８のいずれか一項に記載の描画方法。
【請求項１０】
前記制御工程における前記画像処理はパターンマッチング処理であることを特徴とする請求項９に記載の描画方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９８３７２（Ｐ２０１２−１９８３７２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２２５１（Ｐ２０１１−６２２５１）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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