特開 2023-163737 干渉露光装置およびデバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023163737

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】干渉露光装置およびデバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20231102BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022074836

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】那脇 洋平

【テーマコード（参考）】

2H197

【Ｆターム（参考）】

2H197AA43

2H197BA07

2H197CD12

2H197DB08

2H197DC02

2H197DC13

2H197HA08

(57)【要約】

【課題】二光束干渉露光における干渉縞の状態をモニター可能な、もしくは干渉縞の状態を目標状態に調節可能な干渉露光装置を提供する。
【解決手段】干渉露光装置１００Ａは、ワークＷを露光用干渉縞によってパターニングする。光学系１２０は、レーザ光源１１０から出射したコヒーレント光を、第１ビームと第２ビームに分岐する露光用分波素子１２２を含み、第１ビームおよび第２ビームを交差させて照射エリアに照射する。合波素子２１０は、校正プロセスにおいて、照射エリアに配置可能であり、左ビームＢＭ_ｌと右ビームＢＭ_ｒを合波する。イメージセンサ２２０は、校正プロセスにおいて、合波素子２１０によって合波された合波ビームＢＭ_ｌ＋ｒの強度分布を測定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを露光用干渉縞によってパターニングする干渉露光装置であって、
レーザ光源から出射したコヒーレント光を、第１ビームと第２ビームに分岐する分波素子を含み、前記第１ビームおよび前記第２ビームを交差させて照射エリアに照射する光学系と、
校正プロセスにおいて、前記照射エリアに配置可能であり、前記第１ビームと前記第２ビームを合波する合波素子と、
前記校正プロセスにおいて、前記合波素子によって合波された合波ビームの強度分布を測定するイメージセンサと、
を備えることを特徴とする干渉露光装置。

【請求項2】

露光プロセスにおいて、前記照射エリアを通過するように前記ワークを移動させることが可能なステージをさらに備え、
前記合波素子は、前記ステージ上の、前記ワークを載置する領域と隣接した位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の干渉露光装置。

【請求項3】

前記合波素子は、前記校正プロセスにおいて、前記照射エリアに、そのスプリット面が前記ワークの表面と垂直な状態で配置可能な計測用ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉露光装置。

【請求項4】

前記合波素子は、前記校正プロセスにおいて、前記照射エリアに、その回折面がワークの表面と平行な状態で配置可能な回折格子であることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉露光装置。

【請求項5】

前記回折格子は、前記露光用干渉縞のピッチの２倍の周期を有することを特徴とする請求項４に記載の干渉露光装置。

【請求項6】

前記イメージセンサによって測定された強度分布にもとづいて、前記第１ビームの前記照射エリアへの入射角および前記第２ビームの前記照射エリアへの入射角を調節する演算処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉露光装置。

【請求項7】

前記演算処理装置は、前記イメージセンサによって測定された強度分布が均一となるように、前記第１ビームの前記照射エリアへの入射角および前記第２ビームの前記照射エリアへの入射角を調節することを特徴とする請求項６に記載の干渉露光装置。

【請求項8】

前記イメージセンサによって測定された強度分布にもとづいて、前記第１ビームの前記照射エリアへの入射角および前記第２ビームの前記照射エリアへの入射角を調節する演算処理装置をさらに備え、
前記ワークの表面をｘｙ平面、前記計測用ビームスプリッタの前記スプリット面をｙｚ平面とする座標系をとったときに、前記演算処理装置は、前記イメージセンサによって測定されたモニター用干渉縞のｙ方向のピッチが大きくなるように、前記第１ビームのｚ軸周りのずれ角Δφ_ｌおよび前記第２ビームのｚ軸周りのずれ角Δφ_ｒを変化させることを特徴とする請求項３に記載の干渉露光装置。

【請求項9】

前記演算処理装置は、前記モニター用干渉縞のｘ方向のピッチが大きくなるように、前記第１ビームの入射角θ_ｌおよび前記第２ビームの入射角θ_ｒを変化させることを特徴とする請求項８に記載の干渉露光装置。

【請求項10】

前記演算処理装置は、前記計測用ビームスプリッタをｘ方向に移動させたときの、前記イメージセンサによって測定される前記合波ビームの強度の変化にもとづいて、前記露光用干渉縞のピッチを計算することを特徴とする請求項８に記載の干渉露光装置。

【請求項11】

前記イメージセンサによって測定された強度分布にもとづいて、前記第１ビームの入射角のずれおよび前記第２ビームの入射角のずれの少なくともひとつを計算する演算処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉露光装置。

【請求項12】

前記光学系は、
前記第１ビームの照射方向を制御可能な第１ミラーと、
前記第２ビームの照射方向を制御可能な第２ミラーと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の干渉露光装置。

【請求項13】

デバイスの製造方法であって、
レーザから出射したコヒーレント光を、第１ビームと第２ビームに分岐し、前記第１ビームおよび前記第２ビームを交差させて照射エリアに照射するステップと、
校正プロセスにおいて、前記照射エリアに配置された合波素子によって、前記第１ビームと前記第２ビームを合波するステップと、
前記校正プロセスにおいて、前記合波素子によって合波された合波ビームの強度分布をイメージセンサによって測定するステップと、
前記校正プロセスにおいて、前記イメージセンサにより測定した前記強度分布にもとづいて、前記第１ビームと前記第２ビームの前記照射エリアに対する入射角を調節するステップと、
前記校正プロセスの完了後の露光プロセスにおいて、ワークを、前記照射エリアを通過するように所定方向に移動するステップと、
を備えることを特徴とする製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、干渉露光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＲ（拡張現実）グラスやスマートウインドウといった光学デバイスの開発が行われている。これらの光学デバイスは、サブミクロン領域の周期パターニングを有する回折格子や偏光板等を備える。

【0003】

サブミクロン周期のパターニングを実現する手法として、二光束干渉露光（ホログラフィック露光）が知られている。二光束干渉露光（単に干渉露光ともいう）では、レーザ光が２光束（２ビーム）に分岐される。そして２つの光束を、露光に適したビーム径に調整してコリメートした後に、パターニングしたい対象物（ワーク）の表面で交差させる。２つの光波が交差する領域には、露光用の干渉縞が形成され、この干渉縞によって、表面に感光剤が塗布されたワークがパターニングされる。干渉縞のピッチｐは、
ｐ＝λ／（２ｎ・ｓｉｎθ）
で表される。λは、レーザ光の波長であり、θは、２つの光束が交わる角度の１／２である。

【0004】

ワークに照射できるビーム径には限界がある。したがって、ワーク上にパターンを形成すべき加工領域のサイズがビーム径に比べて大きい場合、ワークとビームを相対的にスキャンし、露光する必要がある。これを重ね合わせスキャン方式という。

【0005】

加工領域のサイズが、干渉縞の縞の伸びる方向（縦方向）に大きい場合、縦方向に沿って、ワークをスキャンする必要がある。そのために、干渉縞が伸びる方向を正確に検出し、ワークを支持するステージの送り角度を、干渉縞の方向と完全に一致させる必要がある。この方向がずれていると、干渉縞のコントラストが低下し、フォトレジストへの転写ができなくなる。

【0006】

また、加工領域のサイズが、干渉縞の縞の伸びる縦方向と垂直な方向（横方向）に大きい場合、ワークを支持するステージを、横方向に移動させる必要がある（横送り）。具体的には、干渉縞の周期の整数倍とステージの横送り幅が一致している必要がある。

【0007】

特許文献１には、ワークの下に、ビームスプリッタと２個のフォトダイオードを配置し、干渉縞の位相を検出する構成が開示される。露光中において、２個のフォトダイオードによって干渉縞の位相のばらつきを計測し、位相に応じて片方の光波が伝搬するアーム上に設けられた位相シフタ（ポッケルスセル）を制御し、位相を安定化する。

【0008】

特許文献２の技術では、ワークの直下に設けられた干渉縞検出器が開示されている。干渉縞検出器は、干渉縞の位相、周期および強度を検出する。干渉縞検出器から出力された周期情報を用いて、アクチュエータで右側ビーム角度を制御して、干渉縞周期が制御される。特許文献２は、干渉縞検出器の具体的な構成を開示しないが、たとえば２次元のイメージセンサを用いるとすると、その場合の分解能は、イメージセンサのピクセルサイズで制限される。現在商業的に利用可能なＣＭＯＳセンサの画素ピッチは、最も小さいもので２．５μｍ程度であり、干渉縞の周期を、５μｍ±２．５μｍの精度でしか測定できない。したがって、サブミクロンのパターニングに利用される微細な干渉縞の測定には利用できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特表平５－５０２１０９号公報

【特許文献2】特開２００２－１６２７５０号公報

【特許文献3】特許第４０６５４６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従来技術では、干渉縞が伸びる方向、すなわち干渉縞の状態を正確に検出することができない。そのため、製品の露光に先だって、露光の校正プロセスを実施する必要があった。具体的には校正プロセスでは、干渉縞の周期および角度（もしくは横送り幅および送り方向）をトライアンドエラーで最適化する必要があり、長い時間を要するという問題があった。

【0011】

本開示は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、二光束干渉露光における干渉縞の状態をモニター可能な、もしくは干渉縞の状態を目標状態に調節可能な干渉露光装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示のある態様は、ワークを露光用干渉縞によってパターニングする干渉露光装置に関する。干渉露光装置は、レーザ光源から出射したコヒーレント光を、第１ビームと第２ビームに分岐する露光用分波素子を含み、第１ビームおよび第２ビームを交差させて照射エリアに照射する光学系と、校正プロセスにおいて、照射エリアに配置可能であり、第１ビームと第２ビームを合波する合波素子と、校正プロセスにおいて、合波素子によって合波された合波ビームの強度分布を測定するイメージセンサと、を備える。

【0013】

本開示の別の態様は、デバイスの製造方法に関する。製造方法は、レーザから出射したコヒーレント光を、第１ビームと第２ビームに分岐し、第１ビームおよび第２ビームを交差させて照射エリアに照射するステップと、校正プロセスにおいて、照射エリアに配置された合波素子によって、第１ビームと第２ビームを合波するステップと、校正プロセスにおいて、合波素子によって合波された合波ビームの強度分布をイメージセンサによって測定するステップと、校正プロセスにおいて、イメージセンサにより測定した強度分布にもとづいて、第１ビームと第２ビームの照射エリアに対する入射角を調節するステップと、校正プロセスの完了後の露光プロセスにおいて、ワークを、照射エリアを横切るように所定方向に移動するステップと、を備える。

【0014】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

【発明の効果】

【0015】

本開示のある態様によれば、二光束干渉露光における露光用干渉縞の状態を正確にモニターできる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態１に係る干渉露光装置を示す図である。

【図2】照射エリアに形成される露光用干渉縞を説明する図である。

【図3】露光用干渉縞を示す図である。

【図4】校正プロセスにおける干渉露光装置を示す図である。

【図5】校正プロセスにおける計測用ビームスプリッタを示す図である。

【図6】計測用ビームスプリッタによるビームの合波を説明する図である。

【図7】図７（ａ）～（ｄ）は、モニター用干渉縞にもとづく光学系のアライメントを説明する図である。

【図8】計測用ビームスプリッタのシフトによるピッチｐ_ｘの測定を説明する図である。

【図9】実施形態２に係る干渉露光装置を示す図である。

【図10】校正プロセスにおける回折格子を示す図である。

【図11】回折格子によるビームの合波を説明する図である。

【図12】変形例に係る干渉露光装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0018】

一実施形態に係る干渉露光装置は、ワークを露光用干渉縞によってパターニングする。干渉露光装置は、レーザ光源から出射したコヒーレント光を、第１ビームと第２ビームに分岐する露光用分波素子を含み、第１ビームおよび第２ビームを交差させて照射エリアに照射する光学系と、校正プロセスにおいて、照射エリアに配置可能であり、第１ビームと第２ビームを合波する合波素子と、校正プロセスにおいて、合波素子によって合波された合波ビームの強度分布を測定するイメージセンサと、を備える。

【0019】

この構成では、露光用干渉縞を直接測定するのではなく、合波素子によって、第１ビームと第２ビームを同じ向きとなるように合波し、合波ビームが形成するモニター用干渉縞を測定する。モニター用干渉縞には、第１ビームと第２ビームの微小な変化が、増幅されて現れるため、露光用干渉縞の様子を間接的に、正確にモニターできる。

【0020】

一実施形態において、干渉露光装置は、露光プロセスにおいて、照射エリアを通過するようにワークを移動させることが可能なステージをさらに備えてもよい。合波素子は、ステージ上の、ワークを載置する領域と隣接した位置に設けられてもよい。モニター用干渉縞は、合波素子の向きを基準として形成される。そこで、合波素子を、ステージ上に固定しておくことにより、正確なモニターが可能となる。

【0021】

一実施形態において、合波素子は、校正プロセスにおいて、照射エリアに、そのスプリット面がワークの表面と垂直な状態で配置可能な計測用ビームスプリッタであってもよい。計測用ビームスプリッタ（ビームコンバイナ）を用いることで、モニター用干渉縞の１方向のピッチを大きく拡大することが可能となる。

【0022】

一実施形態において、合波素子は、校正プロセスにおいて、照射エリアに、その回折面がワークの表面と平行な状態で配置可能な回折格子であってもよい。

【0023】

一実施形態において、回折格子は、露光用干渉縞のピッチの２倍の周期を有してもよい。

【0024】

一実施形態において、イメージセンサによって測定された強度分布にもとづいて、第１ビームの照射エリアへの入射角および第２ビームの照射エリアへの入射角を調節する演算処理装置をさらに備えてもよい。

【0025】

一実施形態において、演算処理装置は、イメージセンサによって測定された強度分布が均一となるように、第１ビームの照射エリアへの入射角および第２ビームの照射エリアへの入射角を調節してもよい。

【0026】

一実施形態において、干渉露光装置は、イメージセンサによって測定された強度分布にもとづいて、第１ビームの照射エリアへの入射角および第２ビームの照射エリアへの入射角を調節する演算処理装置をさらに備えてもよい。ワークの表面をｘｙ平面、計測用ビームスプリッタのスプリット面をｙｚ平面とする座標系をとったときに、演算処理装置は、イメージセンサによって測定されたモニター用干渉縞のｙ方向のピッチが大きくなるように、第１ビームのｚ軸周りのずれ角Δφ_ｌおよび第２ビームのｚ軸周りのずれ角Δφ_ｒを変化させてもよい。

【0027】

一実施形態において、演算処理装置は、モニター用干渉縞のｘ方向のピッチが大きくなるように、第１ビームの入射角θ_ｌおよび第２ビームの入射角θ_ｒを変化させてもよい。

【0028】

一実施形態において、演算処理装置は、計測用ビームスプリッタをｘ方向に移動させたときの、イメージセンサによって測定される合波ビームの強度の変化にもとづいて、露光用干渉縞のピッチを計算してもよい。

【0029】

一実施形態において、光学系は、第１ビームの照射方向を制御可能な第１ミラーと、第２ビームの照射方向を制御可能な第２ミラーと、をさらに含んでもよい。

【0030】

一実施形態において、干渉露光装置は、イメージセンサによって測定された強度分布にもとづいて、第１ビームの入射角のずれおよび第２ビームの入射角のずれの少なくともひとつを計算する演算処理装置をさらに備えてもよい。

【0031】

（実施形態）
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。

【0032】

図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

【0033】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る干渉露光装置１００Ａを示す図である。干渉露光装置１００Ａは、ワークＷを、露光用干渉縞によってパターニングする。ワークＷは、その表面に感光剤が塗布された基板である。ワークＷの材料は特に限定されないが、ガラス基板、樹脂基板、半導体基板などが例示される。

【0034】

干渉露光装置１００Ａは、レーザ光源１１０、光学系１２０および干渉縞モニター装置２００Ａを備える。

【0035】

レーザ光源１１０は、波長λのコヒーレント光のビームＢＭ_０を出射する。ビームは、光波あるいは光束と読み替えることができる。光学系１２０は、レーザ光源１１０から出射したビームＢＭ_０を、第１ビームＢＭ_１と第２ビームＢＭ_２に分岐する露光用分波素子１２２を含む。露光用分波素子１２２としては、ビームスプリッタもしくは回折格子を用いることができるが、本実施形態では、ビームスプリッタＢＳ１を用いることとする。後述する計測用ビームスプリッタと区別するため、露光用分波素子１２２のビームスプリッタＢＳ１を露光用ビームスプリッタとも称する。光学系１２０は、分岐した第１ビームＢＭ_１および第２ビームＢＭ_２を交差させて、ステージ１３０上の照射エリア１３２に照射する。光学系１２０から照射エリア１３２に向かう第１ビームＢＭ_１を左ビームＢＭ_ｌ、光学系１２０から照射エリア１３２に向かう第２ビームＢＭ_２を右ビームＢＭ_ｒと称する。

【0036】

たとえば光学系１２０は、露光用ビームスプリッタＢＳ１に加えて、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３、拡大光学系１２４，１２６を含む。ミラーＭ３は、レーザ光源１１０からのビームＢＭ_０を折り返し、適切な角度で露光用ビームスプリッタＢＳ１に導く。ビームＢＭ_０は、露光用ビームスプリッタＢＳ１によって、２つのビームＢＭ_１，ＢＭ_２に分割される。露光用ビームスプリッタＢＳ１は、強度型ビームスプリッタでもよいし、偏光ビームスプリッタでもよい。

【0037】

第１ミラーＭ１は、第１ビームＢＭ_１を折り返す。第２ミラーＭ２は、第２ビームＢＭ_２を折り返す。第１ミラーＭ１および第２ミラーＭ２は、アクチュエータなどの制御手段によって、回動および並進可能となっている。

【0038】

拡大光学系１２４は、第１ミラーＭ１によって折り返されたビームＢＭ_１を拡大する。拡大されたビームは、左ビームＢＭ_ｌとして照射エリア１３２に導かれる。同様に拡大光学系１２６は、第２ミラーＭ２によって折り返されたビームＢＭ_２を拡大する。拡大されたビームは、右ビームＢＭ_ｒとして照射エリア１３２に導かれる。

【0039】

照射エリア１３２には、左ビームＢＭ_ｌと右ビームＢＭ_ｒによって露光用干渉縞が形成される。露光プロセス中において、ワークＷは、ステージ１３０上に支持される。ステージ１３０は、ワークＷを、照射エリア１３２内において露光用干渉縞の伸びる縦方向に移動させる（スキャン露光）。これにより長尺のパターンを形成することが可能となる。また、ステージ１３０は、スキャン露光とスキャン露光の間に、ワークＷを、露光用干渉縞の横方向に、前のスキャン露光と次のスキャン露光において、縞同士が重なるように横送りする（重ね合わせ）。これにより、幅広のパターンを形成することが可能となる。縦方向のスキャン露光と横方向の重ね合わせの組み合わせを、重ね合わせスキャン露光と称する。

【0040】

理解の容易化のために、座標系を導入する。露光用干渉縞を形成すべきワークＷの表面を基準面Ｓ_０と称する。導入する座標系は、基準面Ｓ_０と垂直な方向をｚ軸とする。つまり、基準面Ｓ_０と平行な面がｘｙ平面となる。また、理想状態において、左ビームＢＭ_ｌと右ビームＢＭ_ｒは、ｘｚ平面と平行に導波するものとする。つまり紙面、左右方向がｘ軸であり、紙面高さ方向がｚ軸であり、紙面奥行き方向がｙ軸である。この座標系の原点は、以下の説明では、適宜移動するものとする。

【0041】

図２は、照射エリア１３２に形成される露光用干渉縞を説明する図である。ここでは、露光用干渉縞が形成される基準面Ｓ_０を、ｚ＝０のｘｙ平面にとっている。

【0042】

Ｄ_ｌ、Ｄ_ｒは、左ビームＢＭ_ｌおよび右ビームＢＭ_ｒそれぞれの理想的な導波方向を示す。Ｄ_ｌおよびＤ_ｒはｘｚ平面内の直線であり、θは、左ビームＢＭ_ｌおよび右ビームＢＭ_Ｒの理想入射角を表す。

【0043】

Δθ_ｌは、左ビームＢＭ_ｌの実際の入射角の理想入射角θ_ｌからのずれを表す。Δθ_ｒは、右ビームＢＭ_ｒの実際の入射角の、理想入射角θ_ｒからのずれを表す。つまり、左ビームＢＭ_ｌの実際の入射角θ_ｌは、θ＋Δθ_ｌであり、右ビームＢＭ_ｒの実際の入射角θ_ｒは、θ＋Δθ_ｒである。

【0044】

上述のように、左ビームＢＭ_ｌおよび右ビームＢＭ_ｒは、理想状態においてｘｚ平面と平行に導波する。つまり理想的な入射方向Ｄ_ｌ，Ｄ_ｒはｚ成分を含まない。Δφ_ｌは、左ビームＢＭ_ｌのｚ軸周りのずれ角であり、Δφ_ｒは、右ビームＢＭ_ｒのｚ軸周りのずれ角である。理想状態において、Δφ_ｌ＝Δφ_ｒ＝０である。

【0045】

左ビームＢＭ_ｌの光波の波数ベクトルｋ_ｌ、右ビームＢＭ_ｒの光波の波数ベクトルｋ_ｒは、式（１）、（２）で表される。

【数1】

ここでｋ_ｌｚは、ｋ_ｌのｚ成分を、ｋ_ｒｚは、ｋ_ｒのｚ成分を表す。またΔφ_ｌ≒０、Δφ_ｒ≒０である。

【0046】

左右のビームＢＭ_ｌ、ＢＭ_ｒの座標ｒにおける電場Ｅ_ｌ，Ｅ_ｒはそれぞれ、式（３）、（４）で表される。

【数2】

【0047】

座標ｒにおける２つのビームＢＭ_ｌ，ＢＭ_ｒの強度は式（５）で表される。

【数3】

【0048】

露光用干渉縞が形成される基準面Ｓ_０が、ｚ＝０のｘｙ平面であるとする。このとき、基準面Ｓ_０に形成される露光用干渉縞の強度分布Ｉ_ＥＸＰ（ｘ，ｙ）は、式（５）にｚ＝０を代入して式（６）で表される。

【数4】

【0049】

図３は、露光用干渉縞を示す図である。露光用干渉縞のｘ方向のピッチは、式（７）で表される。また露光用干渉縞のｙ軸からの角度ずれαは、式（８）で表される。

【数5】

【0050】

重ね合わせスキャン露光を行うためには、ｐ_ｘ’およびα’を正確に検出する、もしくは、ｐ_ｘ’およびα’の組み合わせ、つまり露光用干渉縞の状態を、所定の目標状態となるように、光学系１２０をアライメントする必要がある。

【0051】

理想状態では、Δθ_ｌ＝Δθ_ｒ＝０、Δφ_ｌ＝Δφ_ｒ＝０である。このときの理想的な露光用干渉縞のピッチｐ_ｘと角度ずれαはそれぞれ、
ｐ_ｘ＝λ／（２ｓｉｎθ）
α＝０
である。

【0052】

露光プロセスに先立って、ピッチｐ_ｘおよび角度ずれαを正確に検出し、あるいは、それらを目標状態とする処理を、校正プロセスと称する。

【0053】

図１に戻る。校正プロセスにおいて、露光用干渉縞の状態を測定するために、干渉縞モニター装置２００Ａが設けられる。干渉縞モニター装置２００Ａは、露光用干渉縞の強度分布を直接測定するのではなく、露光用干渉縞とは異なる干渉縞（以下、モニター用干渉縞という）の強度分布を測定する。

【0054】

干渉縞モニター装置２００Ａは、合波素子２１０、イメージセンサ２２０、演算処理装置２３０を備える。

【0055】

合波素子２１０は、校正プロセスにおいて、照射エリア１３２に配置可能であり、左ビームＢＭ_ｌと右ビームＢＭ_ｒを同一方向に導波するように合波する。

【0056】

図４は、校正プロセスにおける干渉露光装置１００Ａを示す図である。本実施形態において、合波素子２１０は、計測用ビームスプリッタ（ビームコンバイナ）２１２である。計測用ビームスプリッタ２１２は、強度型ビームスプリッタでもよいし、偏光ビームスプリッタでもよい。計測用ビームスプリッタ２１２は、平面プレート型でもよいし、プリズム型でもよい。

【0057】

計測用ビームスプリッタ２１２は、ステージ１３０上の、ワークＷを載置する領域に隣接した位置に設けられる。校正プロセスでは、ステージ１３０によって計測用ビームスプリッタ２１２が照射エリア１３２に位置決めされる。このとき、計測用ビームスプリッタ２１２のスプリット面２１４は、ワークＷの表面に相当する基準面Ｓ_０と垂直な向きに配置される。

【0058】

図５は、校正プロセスにおける計測用ビームスプリッタ２１２を示す図である。計測用ビームスプリッタ２１２のスプリット面２１４は、ｙｚ平面と平行となるように配置される。ここでは、スプリット面２１４が、ｘ＝０のｙｚ平面と一致するように座標系を定める。

【0059】

左ビームＢＭ_ｌは計測用ビームスプリッタ２１２を透過し、右ビームＢＭ_ｒは計測用ビームスプリッタ２１２のスプリット面２１４において反射される。計測用ビームスプリッタ２１２によって合波されたビーム（合波ビーム）ＢＭ_ｌ＋ｒはイメージセンサ２２０に導かれる。イメージセンサ２２０は、合波ビームＢＭ_ｌ＋ｒの強度分布を測定する。この強度分布が、モニター用干渉縞である。イメージセンサ２２０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを用いることができる。

【0060】

校正プロセスにおいて、イメージセンサ２２０によって観測される強度分布について説明する。

【0061】

図６は、計測用ビームスプリッタ２１２によるビームの合波を説明する図である。ここでも、スプリット面２１４が、ｘ＝０のｙｚ平面と一致するように座標系を定める。

【0062】

ｋ_ｌ''は、計測用ビームスプリッタ２１２を透過した左ビームＢＭ_ｌの波数ベクトルを表し、ｋ_ｒ''は、計測用ビームスプリッタ２１２により反射された右ビームＢＭ_ｒの波数ベクトルを表す。波数ベクトルｋ_ｌ''、ｋ_ｒ''は、式（９），（１０）で表される。

【数6】

【0063】

ビームスプリッタの後方に計測面をおくとき、測定される合波ビームＢＭ_ｌ＋ｒの強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、式（１１）で表される。

【数7】

【0064】

式（１１）から分かるように、測定される強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、ビームＢＭ_ｌ，ＢＭ_ｒの理想導波方向からのずれΔθ_ｌ，Δθ_ｒ，Δφ_ｌ，Δφ_ｒに応じて変化する。この強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、空間的な規則性を有する干渉縞である。

【0065】

式（１１）から、計測面におけるｙ方向の空間周波数ν_ｙは、式（１２）で表される。

【数8】

なお、空間周波数νとピッチｐには、ν＝２π／ｐの関係が成り立つ。

【0066】

また角度ずれα’は、ｙ方向の空間周波数ν_ｙを用いて、式（１３）で表される。

【数9】

【0067】

また、計測面におけるｘ方向の空間周波数ν_ｘおよびピッチｐ_ｘはそれぞれ、式（１４），（１５）で表される。

【数10】

【0068】

特筆すべきは、イメージセンサ２２０によって測定する合波ビームＢＭ_ｌ＋ｒが形成するモニター用干渉縞のピッチｐ_ｘは、基準面Ｓ_０に形成される露光用干渉縞のピッチｐ_ｘに比べてはるかに大きくなる点である。これは、式（１５）と式（７）に比較から明らかであり、式（１５）では、分母がゼロに近くなるため、ピッチｐ_ｘが非常に大きくなる。このピッチｐ_ｘは、通常のＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサによって測定しうる程度に十分に大きいことに留意されたい。

【0069】

このように、干渉縞モニター装置２００Ａでは、露光用干渉縞を直接モニターせずに、それと等価な情報を含むモニター用干渉縞を生成してその強度分布を測定することで、ビームＢＭ_ｌ、ＢＭ_ｒの状態を検出することができる。

【0070】

このように、イメージセンサ２２０によって測定するモニター用干渉縞の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、ビームＢＭ_ｌ，ＢＭ_ｒの理想状態からズレΔθ_ｌ，Δθ_ｒ，Δφ_ｌ，Δφ_ｒに関する情報を含んでいる。そのため、モニター用干渉縞の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）にもとづいてさまざまな処理が可能となる。

【0071】

なお本開示において、測定した強度Ｉ（ｘ，ｙ）をどのように利用して校正を行うかは特に限定されるものではないが、校正に関するいくつかの例を説明する。

【0072】

（校正処理例１）
一実施例において、演算処理装置２３０は、測定した強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）にもとづいて、ビームＢＭ_ｌ，ＢＭ_ｒの現在の状態を計算してもよい。この状態とは、Δθ_ｌ，Δθ_ｒ，Δφ_ｌ，Δφ_ｒの少なくともひとつを含む。

【0073】

たとえば、モニター用干渉縞のｙ方向の空間周波数ν_ｙを画像データから算出すれば、式（１２）から、Δφ_ｌ＋Δφ_ｒを計算することができる。

【0074】

また、モニター用干渉縞の角度ずれα’とｘ方向の空間周波数ν_ｘを画像データから算出すれば、（θ＋Δθ_ｌ）および（θ＋Δθ_ｒ）の値を計算することができる。

【0075】

さらに演算処理装置２３０は、（θ＋Δθ_ｌ）および（θ＋Δθ_ｒ）を利用して、式（７）から、露光用干渉縞のピッチｐ_ｘ’を計算することができる。これにより、露光プロセスにおける横送りの幅を正確に決めることができる。

【0076】

また演算処理装置２３０は、（θ＋Δθ_ｌ），（θ＋Δθ_ｒ）および（Δφ_ｌ＋Δφ_ｒ）を利用して、式（８）から、ｙ軸からの角度ずれα’を計算することができる。これにより、露光プロセスにおけるスキャン方向を正確に決めることができる。

【0077】

（校正処理例２）
演算処理装置２３０は、測定した強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）にもとづいて、ビームＢＭ_ｌ，ＢＭ_ｒが理想状態となるように、つまりΔθ_ｌ，Δθ_ｒ，Δφ_ｌ，Δφ_ｒがゼロに近づくように、光学系１２０のアライメントを実施してもよい。たとえば演算処理装置２３０は、光学系１２０の第１ミラーＭ１を制御することにより、Δθ_ｌおよびΔφ_ｌを変化させることができ、光学系１２０の第２ミラーＭ２を制御することにより、Δθ_ｒおよびΔφ_ｒを変化させることができる。

【0078】

図７（ａ）～（ｄ）は、モニター用干渉縞にもとづく光学系１２０のアライメントを説明する図である。図７（ａ）は、粗いアライメントが完了した状態におけるモニター用干渉縞を示す。

【0079】

図７（ｂ）に示すように、モニター用干渉縞のｙ方向の空間周波数ν_ｙがゼロとなるように、第１ミラーＭ１および第２ミラーＭ２を制御して、Δφ_ｌおよびΔφ_ｒを最適化する。これにより、Δφ_ｌ＋Δφ_ｒ＝０となる状態に光学系１２０を調節することができる。なお、Δφが０．００１°のときに縞の周期はおおよそ２０ｍｍ程度となる。したがって大型のイメージセンサ２２０を用いることで、０．００１°まで測定することが可能である。

【0080】

図７（ｃ）および（ｄ）に示すように、モニター用干渉縞のｘ方向の空間周波数ν_ｘがゼロとなるように、左ビームＢＭ_ｌの入射角のずれΔθ_ｌおよび右ビームＢＭ_ｒの入射角のずれΔθ_ｒが調節される。すべてのずれがゼロに近づくと、干渉縞が消え、強度分布は均一となる。

【0081】

つまり演算処理装置２３０は、イメージセンサ２２０によって得られる画像の強度分布が均一となるように、第１ミラーＭ１および第２ミラーＭ２の状態を制御すればよい。このアライメントが完了した時点で、Δφ_ｌ＋Δφ_ｒ≒０、Δθ_ｌ≒Δθ_ｒ≒０となっている。このアライメントに際しては、演算処理装置２３０は、必ずしも、ズレ量Δφ_ｌ，Δφ_ｒ，Δθ_ｌ，Δθ_ｒを計算する必要はない。

【0082】

またアライメントが完了した時点で、露光用干渉縞のｙ軸とのずれ角αはゼロとなる。つまり、露光プロセスにおいて、ワークＷを、ｙ軸方向にスキャンすればよい。

【0083】

露光用干渉縞のピッチｐ_ｘについては、校正処理例１で説明したように、式（７）から計算し、横送り量を決めてもよい。あるいは、以下で説明する、ビームスプリッタのシフト処理によってピッチｐ_ｘを計測することができる。

【0084】

図８は、計測用ビームスプリッタ２１２のシフトによるピッチｐ_ｘの測定を説明する図である。校正プロセスにおいて、ステージ１３０は、スプリット面２１４を、ｘ＝０からｘ＝ｄ’にシフトさせる。このシフトによって、左ビームＢＭ_ｌと右ビームＢＭ_ｒの経路差が発生し、その距離はΔＬ＝２ｄ’ｓｉｎθ_ｒとなる。ただし、θ_ｒ＝θ＋Δθ_ｒである。このときの位相差ψ（ｄ’）は、式（１６）で表される。

【数11】

【0085】

モニター用干渉縞の強度は、式（１７）で表され、ｚ＝ｄ’を代入すると、式（１８）を得る。

【数12】

【0086】

左右のビームの入射角を理想状態（θ_ｌ＝θ_ｒ，Δφ_ｌ＝Δφ_ｒ＝０）に調節したときの光の強度は、式（１９）となる。

【数13】

【0087】

したがって、ｄ’がｐ_ｘの整数倍となるときに、強度Ｉ（ｄ’）は干渉によって強めあう。そこで、光学系１２０のアライメントの完了後に、ステージ１３０によって、計測用ビームスプリッタ２１２をｘ軸方向にスキャンし、強度Ｉ（ｄ’）のピークとピークの距離を測定することにより、ピッチｐ_ｘを計測することができる。

【0088】

（実施形態２）
図９は、実施形態２に係る干渉露光装置１００Ｂを示す図である。干渉露光装置１００Ｂの基本構成は図１と同様であり、干渉縞モニター装置２００Ｂの構成が異なる。

【0089】

干渉縞モニター装置２００Ｂは、合波素子２１０として、回折格子２１６を含む。回折格子２１６は、ステージ１３０上の、ワークＷを載置する領域に隣接した位置に設けられる。校正プロセスでは、ステージ１３０によって回折格子２１６が照射エリア１３２に位置決めされる。このとき、回折格子２１６の溝は、ｙ方向と一致するように配置される。

【0090】

図１０は、校正プロセスにおける回折格子２１６を示す図である。この例では、回折格子２１６は反射型であり、入射角θ_ｌである左ビームＢＭ_ｌと入射角θ_ｒである右ビームＢＭ_ｒを同じ方向に反射して合波する。イメージセンサ２２０は、校正プロセスにおいて、回折格子２１６によって合波された合波ビームＢＭ_ｌ＋ｒの強度分布を測定する。

【0091】

なお、回折格子２１６は透過型であってもよく、その場合、イメージセンサ２２０は、回折格子２１６よりも下側に設けられる。

【0092】

校正プロセスにおいて、イメージセンサ２２０によって観測される強度分布について説明する。

【0093】

図１１は、回折格子２１６によるビームの合波を説明する図である。回折格子２１６の表面２１８がｚ＝０のｘｙ平面と一致し、回折格子２１６の格子の方向が、ｙ軸方向となるように、座標系を定める。回折格子２１６は、露光ピッチの２倍の格子間隔（周期）ｄを有する。グレーティングベクトルＫは、式（２０）で表される。
Ｋ＝２π／ｄ（１，０，０） …（２０）
となる。

【0094】

ｋ_ｌ'は、回折格子２１６により回折された左ビームＢＭ_ｌの波数ベクトルを表し、ｋ_ｒ'は、回折格子２１６により回折された右ビームＢＭ_ｒの波数ベクトルを表す。波数ベクトルｋ_ｌ'、ｋ_ｒ'は、式（２１），（２２）で表される。ｍは回折次数である。

【数14】

【0095】

左ビームＢＭ_ｌに関して－１次光を、右ビームＢＭ_ｒに関して＋１次光を用いるとすると、波数ベクトルｋ_ｌ'、ｋ_ｒ'は、式（２３），（２４）で表される。

【数15】

【0096】

回折格子２１６の上側に置かれたイメージセンサ２２０の計測面を配置するとき、測定される合波ビームＢＭ_ｌ＋ｒの強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、式（２５）で表される。

【数16】

【0097】

式（２５）から分かるように、測定される強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、ビームＢＭ_ｌ，ＢＭ_ｒの理想導波方向からのずれΔθ_ｌ，Δθ_ｒ，Δφ_ｌ，Δφ_ｒに応じて変化する。

【0098】

計測面のｙ方向の空間周波数ν_ｙは、式（２６）で表される。

【数17】

【0099】

また角度ずれα’は、Ｙ方向の空間周波数ν_ｙを用いて、式（２７）で表される。ν_ｙ＝０のとき、α’＝０となる。

【数18】

【0100】

計測面のｘ方向の空間周波数ν_ｘは、式（２８）で表される。

【数19】

ν_ｘ＝０のとき、ｄ＝２ｐ_ｘ＝λ／ｓｉｎθを用いて式（２８）を整理すると、式（２９）を得る。

【数20】

式（２９）は、Δθ_ｌ＝Δθ_ｒ＝０のときに明示的に成り立つ。その他の解としては、入射角θが９０度に近い場合にのみ、非ゼロのΔθ_ｌ，Δθ_ｒの解が存在しうるため、装置をこの解を除外するように構成すればよい。

【0101】

かくして、ｘ方向の空間周波数ν_ｘがゼロとなるように、つまりイメージセンサ２２０で測定される強度が均一となるように、光学系１２０をアライメントすれば、Δθ_ｌ＝Δθ_ｒ＝０となることが保証され、そのとき、θ＝ｓｉｎ^－１（λ／ｄ）となる。

【0102】

モニター用干渉縞のピッチは、式（３０）から計算できる。

【数21】

ν_ｘ＝０となるようにアライメントした状態では、ピッチはｐ_ｘ’＝ｄ／２となる。

【0103】

（変形例）
図１２は、変形例に係る干渉露光装置１００Ａａを示す図である。この変形例は、図１の干渉露光装置１００Ａの変形であり、露光用分波素子１２２として、ビームスプリッタに代えて、露光用回折格子Ｇ１が使用される。その他は実施形態１と同様である。なお、同様にして図９の干渉露光装置１００Ｂにおいて、露光用分波素子１２２として露光用回折格子Ｇ１を用いることも可能である。

【0104】

本開示に係る実施形態について、具体的な用語を用いて説明したが、この説明は、理解を助けるための例示に過ぎず、本開示あるいは請求の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって規定されるものであり、したがって、ここでは説明しない実施形態、実施例、変形例も、本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0105】

Ｗ ワーク
１００ 干渉露光装置
１１０ レーザ光源
１２０ 光学系
１２２ 露光用分波素子
ＢＳ１ 露光用ビームスプリッタ
Ｇ１ 露光用回折格子
１２４ 拡大光学系
１２６ 拡大光学系
１３０ ステージ
２００ 干渉縞モニター装置
２１０ 合波素子
２１２ ビームスプリッタ
２１４ スプリット面
２１６ 回折格子
２２０ イメージセンサ
２３０ 演算処理装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】