JP2009244446A - 像位置調整装置および光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学性能を損なうことなく、コンパクトで、かつ、高精度に、像を任意にシフトさせることが可能な機構を提供する。
【解決手段】像面における像をシフトさせる像位置調整装置１に、調整機構１１、第１ウエッジプリズム１３および第２ウエッジプリズム１４を設ける。入射する光が所定の入射角となる姿勢で第１ウエッジプリズム１３を固定し、第２ウエッジプリズムを第１ウエッジプリズム１３に対向して逆向き配置する。第２ウエッジプリズム１４をＺ軸方向（光軸方向）に移動させつつ、第１ウエッジプリズム１３と第２ウエッジプリズム１４との相対距離を変更することにより、像面におけるＸ軸方向のシフト量を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、像面における像を一次元方向（シフト方向）にシフトさせる技術に関する。

露光装置や描画装置等に用いられる結像光学系において、像面における像の位置を一次元方向に任意の距離だけシフトさせる必要がある場合がある。このような場合として、例えば、大型の基板に複数の光学系を用いて同時に露光するような描画装置において、複数の光学系のピッチを正確に揃える必要がある場合や、多重露光を行う工程において基板の収縮などにより変化した下地パターンに正確に次のパターンを描画するために描画ピッチを揃える必要がある場合等である。

そこで従来より、像の位置をシフトさせる様々な機構が提案されている。例えば、
１．平行平板を光軸とシフト方向とを含む面に直交する軸で回転させることによって光の進行方向を変更させる機構、
２．光学系全体、光学系内の一部のレンズあるいはレンズ群を光軸に直交する面内で移動させる機構、
３．物体そのものをシフト方向に移動させる機構、
などが提案されている。

特許第２５２４１５１号公報

ところが、１．においては所望のシフト量を得るためには厚い平行平板を用いる必要があり、かつ、平行平板の回転による非点隔差の大きさ（絶対値）と変動とが大きいという問題がある。かといって、当該平行平板を薄くすればそれに応じて回転量が多くなり、装置自体が大型化するという問題がある。また、２．においては光学系の全体を移動させるため駆動系も含めると大掛かりな構成となるとともに、シフト方向に可動部等を収めるための空間が必要となる。しかも、光学系全体の移動に伴う位置決め精度の低下や再現性、熱的な問題もある。さらに、３．においては２．と同様の問題があり、特に、上流側に配置される物体が可変のもの（マスクやアパーチャ等）であったり、電気的にパターンを生成するものである場合に大掛かりな構成となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光学性能を損なうことなく、コンパクトで、かつ、高精度に、像を任意にシフトさせることが可能な機構を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、像をシフトさせる像位置調整装置であって、互いに逆向きに配置される頂角が略同一の２つのウエッジプリズムを有する光学系と、前記２つのウエッジプリズムの相対距離を変化させる調整機構とを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る像位置調整装置であって、前記像の最大シフト量と、前記調整機構による前記相対距離の最大変化量とに基づいて、前記調整機構が前記相対距離を変化させる可動範囲において、偏角が最小偏角の近傍となるように前記２つのウエッジプリズムの頂角が決定されていることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明に係る像位置調整装置であって、前記調整機構が前記相対距離を変化させる可動範囲の中央位置において、非点隔差がほぼゼロとなる入射角となるように前記光学系の姿勢が決定されていることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る像位置調整装置であって、前記像のシフト方向および光軸方向のいずれにも直交する第１軸を中心に、前記光学系を回転させる第１回転手段をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明に係る像位置調整装置であって、光軸方向に平行な第２軸を中心に、一方の前記ウエッジプリズムを回転させる第２回転手段をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明に係る像位置調整装置であって、前記像のシフト方向に平行な第３軸を中心に、一方の前記ウエッジプリズムを回転させる第３回転手段をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明に係る像位置調整装置であって、前記調整機構は、前記２つのウエッジプリズムのうちの少なくとも一方を光軸方向に移動させることにより前記相対距離を変化させることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明に係る像位置調整装置であって、前記像面における像のシフト量に応じて、前記調整機構を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、基板に光を照射する光学装置であって、光を出射する光源と、基板を保持する保持手段と、結像関係にある光学系の中の物空間または像空間に配置され、前記基板の表面における像をシフトさせる像位置調整装置とを備え、前記像位置調整装置は、互いに逆向きに配置される頂角が略同一の２つのウエッジプリズムを有する光学系と、前記２つのウエッジプリズムの相対距離を変化させる調整機構とを備えることを特徴とする。

請求項１ないし請求項９に記載の発明は、互いに逆向きに配置される頂角が略同一の２つのウエッジプリズムを有する光学系と、２つのウエッジプリズムの相対距離を変化させる調整機構とを備えることにより、簡易な構成で像をシフトさせることができる。また、像をシフトさせる方向に物を移動させる機構が不要なため、装置を小型化することができる。

請求項２に記載の発明は、像の最大シフト量と、調整機構による相対距離の最大変化量とに基づいて、調整機構が相対距離を変化させる可動範囲において、偏角が最小偏角の近傍となるように２つのウエッジプリズムの頂角が決定されていることにより、調整による非点隔差の変動を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、調整機構が相対距離を変化させる可動範囲の中央位置において、非点隔差がほぼゼロとなる入射角となるように光学系の姿勢が決定されていることにより、非点隔差の絶対値を抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、像のシフト方向および光軸方向のいずれにも直交する第１軸を中心に、光学系を回転させる第１回転手段をさらに備えることにより、像をシフトさせた後に、非点隔差をなくすように調整することができる。

請求項５に記載の発明は、光軸方向に平行な第２軸を中心に、一方のウエッジプリズムを回転させる第２回転手段をさらに備えることにより、像をシフトさせたときに、当該像が像面においてシフト方向に直交する方向にずれた場合、これを調整することができる。

請求項６に記載の発明は、像のシフト方向に平行な第３軸を中心に、一方のウエッジプリズムを回転させる第３回転手段をさらに備えることにより、像が像面において第３軸に対して傾いている場合に、これを調整することができる。

請求項８に記載の発明は、像面における像のシフト量に応じて、調整機構を制御する制御手段をさらに備えることにより、例えば、オペレータの目視による調整に比べて正確性および調整速度が向上する。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。

＜１． 第１の実施の形態＞
＜１−１． 光学装置２の構成＞
図１は、発明に係る光学装置２を示す図である。なお、以下の説明では、図１に示すようにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を定義する。

光学装置２は、可動ステージ２０、露光ヘッド２１および制御部２２を備え、可動ステージ２０に支持された基板９に微細なパターン（像）を露光する露光装置として構成されている。すなわち、基板９の表面は光学装置２にとっての像面に相当する。

可動ステージ２０の上面は水平面に加工されており、基板９を水平姿勢で保持する機能を有している。可動ステージ２０は、図示しない吸着口から吸引を行うことにより、載置された基板９の裏面を吸着して当該基板９を所定の位置に保持する。

また、可動ステージ２０は、制御部２２からの制御信号に応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直線的に移動することが可能とされている。すなわち、詳細は省略するが、可動ステージ２０は、基板９をＹ軸方向に移動させる主走査駆動機構と、基板９をＸ軸方向に移動させる副走査駆動機構とを備えている。このような機構としては、例えば、リニアモータを採用することができる。

これにより、光学装置２は、露光ヘッド２１から出射される露光光を基板９の表面の任意の位置に照射することが可能とされている。このように、光学装置２から出射される露光光は基板９の表面を像面として結像される。

露光ヘッド２１は、光を照射するランプである光源２３、光源２３から出射された光を導く照明光学系２４、照明光学系２４によって導かれた光を変調する空間光変調デバイス２５および結像光学系２６を備えている。

照明光学系２４は、ミラー２４０、レンズ２４１、光学フィルタ２４２、ロッドインテグレータ２４３、レンズ２４４、ミラー２４５およびミラー２４６を備えている。

光源２３から出射された光は、ミラー２４０およびレンズ２４１により光学フィルタ２４２に導かれ、光学フィルタ２４２の透過率に従って所望の光量に調整される。

光学フィルタ２４２を透過した光は、ロッドインテグレータ２４３、レンズ２４４、ミラー２４５を介してミラー２４６へと導かれる。ミラー２４６は、所定の曲面を有しており、ミラー２４５からの光を集光しつつ空間光変調デバイス２５へと導く。ミラー２４６は、ミラー２４５からの光を所定の角度で空間光変調デバイス２５に入射させる機能を有している。

このように、照明光学系２４は、光源２３から出射された光を適宜調整して空間光変調デバイス２５に導く機能を有している。なお、照明光学系２４が備える構成は本実施の形態に示す例に限定されるものではなく、光路上に適宜、別のレンズやミラー等の光学素子が配置されてもよい。

本実施の形態における空間光変調デバイス２５は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）である。空間光変調デバイス２５は、微少なミラーが一面に多数配列したアレイ構造を有しており、制御部２２からの制御信号に応じて、各ミラーの反射面の角度を変更することが可能となっている。そして、制御部２２から「ＯＮ」信号を与えられたミラーに反射された光は結像光学系２６に向かって反射されるが、「ＯＦＦ」信号を与えられたミラーに反射された光は結像光学系２６には向かわないように構成されている。

結像光学系２６は、第１結像レンズ２６０、ミラー２６１、像位置調整装置１および第２結像レンズ２６２を備える。空間光変調デバイス２５は、第１結像レンズ２６０によって第２結像レンズ２６２に入射するまでに一次像（中間像）を形成し、一次像は、第２結像レンズ２６２によって像面で結像して最終像となる。図１に示すように、本実施の形態における像位置調整装置１は、一次像と第２結像レンズ２６２の第１面との間に配置されている。

第１結像レンズ２６０およびミラー２６１によって導かれた光は、像位置調整装置１に入射する。以下の説明では、像位置調整装置１に入射する当該光を「入射光λ_i」と称する。詳細は後述するが、像位置調整装置１は、入射光λ_iをＸ軸方向に任意の距離だけシフトさせる機能を有している。以下の説明では、像位置調整装置１から出射する光（シフトした光）を「出射光λ_o」と称する。

このような構成により、結像光学系２６は、空間光変調デバイス２５によって変調された光を基板９の表面に導いて、像面に相当する当該表面の所望の位置に結像させる機能を有している。なお、以下では、第２結像レンズ２６２の倍率を「Ｍ」とする。

制御部２２は、プログラムに従って動作することにより、各種データの演算や制御信号の生成を行い、光学装置２の各構成を制御する。例えば、基板９に露光するべき所望のパターンに応じて空間光変調デバイス２５の各ミラーを制御したり、光源２３のＯＮ・ＯＦＦ制御、あるいは可動ステージ２０の主走査方向および副走査方向の移動を制御する。

また、制御部２２は、基板９の状態に応じて、像位置調整装置１を制御する。例えば、図示しない撮像カメラによって基板９に形成されたアライメントパターンを撮像し、基板９の位置ずれを検出する。そして、検出した位置ずれに応じて、必要なシフト量を求めて、像位置調整装置１を制御する。

なお、基板９の位置ずれとは、基板９の載置位置の位置ずれのみならず、基板９の熱膨張や収縮による歪みや撓みによる位置ずれ、基板９に形成されているパターンの位置ずれ等も含まれる。

＜１−２． 像位置調整装置１の構成＞
図２は、像位置調整装置１の構造を示す図である。なお、本実施の形態における像位置調整装置１は、所望されるシフト方向をＸ軸方向（副走査方向）としており、像位置調整装置１における光軸方向がＺ軸方向となる。また、像位置調整装置１におけるシフト方向の像の最大シフト量（調整可能なシフト量）を「ｓ」、第２ウエッジプリズム１４の可動範囲幅（最大変化量）を「ｄ」とする。

像位置調整装置１は、光学系１０、調整機構１１および像位置制御部１２を備えており、後述するように、像を（−Ｘ）方向にシフトさせる機能を有する。

光学系１０は、第１ウエッジプリズム１３および第２ウエッジプリズム１４を備えている。そして、第１ウエッジプリズム１３と第２ウエッジプリズム１４とは、略同一の構造（例えば、頂角α、屈折率ｎはいずれも同一）を有しており、図２に示すように、対向する面が互いに平行となるように、かつ、互いに逆向きに配置される。

詳細は図示しないが、調整機構１１は、第２ウエッジプリズム１４が固定される可動ステージと当該可動ステージをＺ軸方向（光軸方向）に沿って直線的に移動させる駆動部とを備えている。そして、駆動部が可動ステージを移動させることにより、第１ウエッジプリズム１３と第２ウエッジプリズム１４との相対距離が変化する。このような駆動部としては、例えば、像位置制御部１２によって制御される回転モータと、Ｚ軸方向に平行に配置されるボールネジと、可動ステージに固定されるナット部とを有する直動機構を採用することができる。

像位置制御部１２は、プログラムおよび制御部２２からの制御信号に従って動作することにより、像位置調整装置１の各構成を制御する。特に、像位置制御部１２は、制御部２２から伝達されるシフト量に基づいて、調整機構１１による第２ウエッジプリズム１４の移動量を制御する。

図３は、光学系１０を示す平面図である。なお、図３に二点鎖線で示す位置の第２ウエッジプリズム１４は、最も（−Ｚ）方向に第２ウエッジプリズム１４を移動させた状態を示す。また、実線で示す位置の第２ウエッジプリズム１４は、最も（＋Ｚ）方向に第２ウエッジプリズム１４を移動させた状態を示す。

光学系１０における第１ウエッジプリズム１３は、入射する入射光λ_iが入射角ｉ₁（後述）となる姿勢で固定配置されている。そして、この姿勢の第１ウエッジプリズム１３の出射面に対向するように、第２ウエッジプリズム１４が逆向きの姿勢で配置される。そして、第１ウエッジプリズム１３と第２ウエッジプリズム１４との対向する面は互いに平行とされている。

図３に示すように、第１ウエッジプリズム１３には、Ｚ軸方向に進行する入射光λ_iが入射する。

第２ウエッジプリズム１４が第１ウエッジプリズム１３に密着するように配置されているとき（二点鎖線で示す位置にあるとき）、光学系１０は平行平板と等価となり、出射される光は図３に示す出射光λ_o1となる。この出射光λ_o1の光軸はＺ軸方向となり、入射光λ_iの光軸と平行となる。

このときの出射光λ_o1は、入射光λ_iよりも（−Ｘ）方向にδだけシフトしているが、第２ウエッジプリズム１４はこれ以上（−Ｚ）方向に移動させることはできない。したがって、光学系１０は、入射光λ_iを少なくとも最小シフト量δだけはシフトさせることになる。しかし、この最小シフト量δは予め既知であるため、これを考慮して結像光学系２６を設計することができる。

像位置調整装置１は、入射光λ_iを（−Ｘ）方向に、δ＋ｓ／２だけシフトさせた位置を基準位置とするように、入射光λ_iの位置が決定されている。これにより、本実施の形態における像位置調整装置１は、基準位置を中心にＸ軸方向に±ｓ／２だけシフト調整することが可能な装置として設計されている。

一方、第２ウエッジプリズム１４が実線で示される位置に移動したとき、第１ウエッジプリズム１３からは光λ_mが出射される。このとき入射光λ_iの光軸と光λ_mの光軸とのなす角が第１ウエッジプリズム１３の偏角θである。また、第２ウエッジプリズム１４には第１ウエッジプリズム１３から出射した光λ_mが入射し、出射光λ_o2が出射される。そして、出射光λ_o2の光軸は、出射光λ_o1と同様にＺ軸方向となり、入射光λ_iの光軸と平行となる。

このときの出射光λ_o2は、入射光λ_iよりも（−Ｘ）方向にδ＋ｓだけシフトしているが、第２ウエッジプリズム１４はこれ以上（＋Ｚ）方向に移動させることはできない。したがって、光学系１０は、入射光λ_iを最大でδ＋ｓだけシフトさせることが可能である。しかし、先述のように、最小シフト量δは調整不能な範囲であるから、像位置調整装置１における最大シフト量は、先述のように「ｓ」となる。

以上のように、本実施の形態における像位置調整装置１は、第１ウエッジプリズム１３と第２ウエッジプリズム１４との相対距離を変化させることによって、入射光λ_iによる像の位置を一次元方向（シフト方向：Ｘ軸方向）に調整することができる。このとき、必要となる動きは、第２ウエッジプリズム１４を光軸方向に直線的に移動させるだけなので、比較的単純、かつ、小型の構成で実現することができる。

＜１−３． 設計方法＞
次に、第１の実施の形態における像位置調整装置１の第１ウエッジプリズム１３（第２ウエッジプリズム１４）の頂角αと、これらの姿勢を決定するために必要な入射角ｉ₁とを最適に決定する設計方法について説明する。

図４は、一般的な三角プリズム８に光が入射する様子を示す図である。ここで、三角プリズム８の角αは、第１ウエッジプリズム１３（第２ウエッジプリズム１４）の頂角αに相当し、三角プリズム８の屈折率は、第１ウエッジプリズム１３（第２ウエッジプリズム１４）の屈折率ｎに等しいものとする。また、各ｉ₂，ｒ₁，ｒ₂を図４に示すように定義し、像面（基板９の表面）において要求される最大のシフト量（最大実シフト量）を「Ｓ」とする。

なお、最大実シフト量Ｓは、光学装置２において調整可能な最大のシフト量となる値であるから、例えば、光学装置２に対する要求スペックから任意に決定することができる。また、可動範囲ｄは、光軸方向にどれだけの空間を設けられるかによって決定される値であり、結像光学系２６に組み込むことが可能な像位置調整装置１のサイズ等から任意に決定することができる。

まず、頂角αを求める手法について説明する。像位置調整装置１における最大シフト量ｓ、可動範囲ｄおよび偏角θには式１の関係が成立する。

次に、三角プリズム８において、各境界面での屈折の公式と偏角の定義により、式２、式３、式４および式５が成立する。

次に、式５を入射角ｉ₁で微分することにより、式６を得る。

図５は、入射角ｉ₁と偏角θとの関係および入射角ｉ₁とｄθ／ｄｉ₁との関係を示す図である。なお、図５は、α＝１０［deg］の場合を示している。

図５によれば、入射角ｉ₁を変化させた場合、偏角θには極小値（最小偏角）が存在することがわかる。

一般に、偏角θが最小偏角となるように入射角ｉ₁を決定すると、第２ウエッジプリズム１４の移動による非点隔差の変動を抑制することができる。一方、図５から明らかなように、偏角θが最小偏角（極小値）となるのは、ｄθ／ｄｉ₁＝０（式６の右辺の値が「０」）となるときである。このことから、偏角θが最小偏角となるときには、ｉ₁＝ｉ₂，ｒ₁＝ｒ₂の関係が成立することがわかる。このようにして得られたｒ₁＝ｒ₂と、式３から式７が求まる。

さらに、ｉ₁＝ｉ₂からsinｉ₁＝sinｉ₂の関係が成立し、式２および式４に式７を代入すると式８が求まる。

収差の発生を考慮すると、三角プリズム８（第１ウエッジプリズム１３）において頂角αは、小さい方が望ましい（ただしｄを無視した場合）。したがって、頂角αを小さく設計するならば、sinα≒αという近似関係が成立する。また、入射角ｉ₁も小さいため、同様の近似関係が成立し、sinｉ₁≒ｉ₁である。

これらの近似関係を式８に代入すると、式９が求まる。

そして、式９を式５に代入すると、式１０が求まる。

また、式１０を式１に代入すると、式１１が求まる。

なお、本実施の形態では、図１に示すように、光学系１０（像位置調整装置１）と像面との間に第２結像レンズ２６２が配置されている。言い換えれば、物体（あるいはこれに対応する像）と第２結像レンズ２６２の第１面までの間（物空間）に像位置調整装置１が配置される。したがって、当該第２結像レンズ２６２の倍率Ｍにより、ｓ＝Ｓ／Ｍの関係が成立する。したがって、頂角αを像面において要求される最大実シフト量Ｓ（光学装置２に要求されるシフト量）を用いて表せば、式１２となる。

なお、像位置調整装置１は、第２結像レンズ２６２の最終面と像面との間（すなわち像空間）に配置することも可能であり、その場合は、ｓ＝Ｓの関係が成立する。

このように、本実施の形態における第１ウエッジプリズム１３および第２ウエッジプリズム１４の頂角αは、像位置調整装置１に要求される最大シフト量ｓと、当該最大シフト量ｓを実現するために許容される第２ウエッジプリズム１４の可動範囲ｄとに基づいて、式１１によって求めることができる。

以下、本実施の形態では、第２結像レンズ２６２の倍率Ｍを０．１［倍］、像面で要求される最大実シフト量Ｓを０．２５［ｍｍ］（すなわち、最大シフト量ｓは、２．５［ｍｍ］）、第１ウエッジプリズム１３（第２ウエッジプリズム１４）の屈折率ｎを１．４７６、第２ウエッジプリズム１４の可動範囲ｄを３０［ｍｍ］とする。これらの数値から頂角αを求めれば、α≒１０［ｄｅｇ］となる。

このように第１ウエッジプリズム１３および第２ウエッジプリズム１４の頂角αを設計することにより、像位置調整装置１において像の位置を調整するときにおいて、偏角θが最小偏角付近となり、かつ可動範囲全域を利用することができるように、頂角αを最適化できる。

次に、像位置調整装置１における第１ウエッジプリズム１３（第２ウエッジプリズム１４）のＹ軸周りの回転姿勢を決定するための入射角ｉ₁を決定する手法について説明する。

図６は、第２ウエッジプリズム１４を調整機構１１によって光軸方向に移動させたときの非点隔差の変化を示す図である。図６は、頂角αが「１０［ｄｅｇ］」の場合を図示している。また、図６に示す６つのグラフは、入射角が５．３，６．２４５，６．５，６．８，７．３９１，８．３［ｄｅｇ］のときの非点隔差の変化をそれぞれ示している。

上記の式５および式８によって最小偏角となる偏角θは「４．７８２［ｄｅｇ］」であり、偏角θが最小偏角となるときの入射角は「７．３９１［ｄｅｇ］」である。図６において入射角＝７．３９１［ｄｅｇ］のグラフを見れば、第２ウエッジプリズム１４を移動させたときの非点隔差の変動はほぼ「０」となっており、偏角θが最小偏角となるように入射角ｉ₁を決定すれば、第２ウエッジプリズム１４を移動させることに伴う非点隔差の変動を最小限に抑制することができることがわかる。

しかしながら、このときの非点隔差の値は、第１ウエッジプリズム１３と第２ウエッジプリズム１４との相対距離が「０」（平行平板と等価な状態）における非点隔差となり、必ずしも小さい値とはならない。図６を見れば、このときの非点隔差の絶対値は、約０．００１２［ｍｍ］となっている。

本実施の形態では、第２ウエッジプリズム１４を可動範囲ｄの中央の位置（出射光λ_oが基準位置となる位置）にセットした状態で、偏角θが最小偏角となる光学系１０のＹ軸周りの回転姿勢から入射角を少しずつ小さくする方向に光学系１０のＹ軸周りの回転姿勢を変化させて、非点隔差が「０」となるときの入射角をシミュレーションにより求める。

図６を見れば、偏角θが最小偏角となる入射角（＝７．３９１［ｄｅｇ］）から入射角を減少させると、徐々に、非点隔差の絶対値が減少し、シフト量が「０」のときに非点隔差が「０」となるのは入射角が「６．２４５［ｄｅｇ］」のグラフであることがわかる。そして、入射角「６．２５［ｄｅｇ］」を境に、非点隔差の絶対値が再び増加することもわかる。

したがって、本実施の形態における像位置調整装置１では、入射角ｉ₁を「６．２４５［ｄｅｇ］」となるように、第１ウエッジプリズム１３および第２ウエッジプリズム１４のＹ軸周りの回転姿勢を決定する。このように第１ウエッジプリズム１３および第２ウエッジプリズム１４のＹ軸周りの回転姿勢を最適化することにより、像位置調整装置１における像の位置調整が不要の場合（基準位置の場合）には非点隔差をほぼ「０」とすることができるとともに、位置調整を行った場合にも、発生する非点隔差を最小限に抑制することができ、光学性能を損なうことなく像をシフトさせることができる。

＜２． 第２の実施の形態＞
第１の実施の形態における光学装置２は１つの像位置調整装置１を備えていたが、像位置調整装置１が組み込まれる装置はこのような装置に限定されるものではない。

図７は、第２の実施の形態における光学装置３を示す図である。

光学装置３は、光学装置３の構成の基台となるベース３０、ベース３０の上面に掛け渡された架橋構造のフレーム３１および基板９を保持する保持部３２を備えている。

保持部３２は、ステージ３２０、第１プレート３２１、および第２プレート３２２を備えており、光学装置３における被処理対象物である基板９を所定の姿勢で保持する機能を有している。

ステージ３２０の上面は水平面とされており、図示しない吸着口から吸引を行うことにより、基板９を吸着して、当該基板９を水平姿勢で保持する。第１プレート３２１には、回転機構３５を介してステージ３２０が取り付けられる。すなわち、第１プレート３２１とステージ３２０とは回転機構３５の回転軸を中心として回転自在に取り付けられている。第２プレート３２２の上面には、副走査機構３４が設けられており、第２プレート３２２と第１プレート３２１とは副走査機構３４を介して取り付けられている。さらに、第２プレート３２２は主走査機構３３を介してベース３０に取り付けられている。

主走査機構３３は、リニアモータ３３０と、一対のガイド３３１とを備えている。リニアモータ３３０は、ベース３０の上面に固設される固定子と、第２プレート３２２の裏面に取り付けられる移動子とを備えており、当該移動子と当該固定子との電磁的相互作用によって第２プレート３２２をＹ軸方向に移動させる駆動力を生成する。一対のガイド３３１は、Ｙ軸方向に長手方向を有する部材であって、Ｘ軸方向の両側に分かれてそれぞれがベース３０に固設されている。ガイド３３１は、第２プレート３２２の裏面と迎合しており、第２プレート３２２の移動方向を規制する機能を有している。

このような構造により、主走査機構３３は、制御部３８からの制御信号に応じて、第２プレート３２２をＹ軸方向に移動させることにより、基板９を描画ヘッド３７に対して相対的に移動させ、主走査方向の走査を実現する。

副走査機構３４は、リニアモータ３４０と、一対のガイド３４１とを備えている。リニアモータ３４０は、第２プレート３２２の上面に固設される固定子と、第１プレート３２１の裏面に取り付けられる移動子とを備えており、当該移動子と当該固定子との電磁的相互作用によって第１プレート３２１をＸ軸方向に移動させる駆動力を生成する。一対のガイド３４１は、Ｘ軸方向に長手方向を有する部材であって、Ｙ軸方向の両側に分かれてそれぞれが第２プレート３２２に固設されている。ガイド３４１は、第１プレート３２１の裏面と迎合しており、第１プレート３２１の移動方向を規制する機能を有している。

このような構造により、副走査機構３４は、制御部３８からの制御信号に応じて、第１プレート３２１をＸ軸方向に移動させることにより、基板９を描画ヘッド３７に対して相対的に移動させ、副走査方向の走査を実現する。

回転機構３５は、上端がステージ３２０の裏面中央に固設されるＺ軸に平行な回転軸と、当該回転軸を回動させるモータとを備えている。回転機構３５が当該モータによって回動軸を回転させると、ステージ３２０が水平姿勢のまま、当該回転軸を中心に回動する。

図８は、第２の実施の形態における光源部３６および描画ヘッド３７を示す図である。図７では図示を省略しているが、光源部３６は、各描画ヘッド３７ごとに設けられている。

詳細は図示しないが、光源部３６は、レーザ駆動部と、レーザ発振器と、照明光学系とから構成されている。制御部３８からの制御信号に基づいてレーザ駆動部が動作すると、レーザ発振器からパルス光が発振され、発振されたパルス光は照明光学系を介して描画ヘッド３７へと導かれる。

複数の描画ヘッド３７（図７では７つの描画ヘッド３７を図示している）は、Ｘ軸方向に配列した状態でフレーム３１に固設されており、それぞれが保持部３２に保持された基板９の表面に対向するように配置されている。

各描画ヘッド３７は、光源部３６から入射したパルス光の出射方向をＺ軸方向となるように調整する出射部３７０、パルス光を所望のパターンに応じて部分的に遮光するアパーチャユニット３７１、基板９の表面（像面）における像の位置を調整する像位置調整装置１および結像レンズ３７２を備えている。すなわち、光学装置３では、像位置調整装置１および結像レンズ３７２が結像光学系を構成している。

図９は、基板９の表面における像をシフトさせる例を概略的に示す図である。図９の左側に示す基板９０は正常な状態の基板９であり、右側に示す基板９１は熱により膨張してＸ軸方向のサイズが変化した基板９を示す。

小領域９２ないし９８は、各描画ヘッド３７から出射されるパルス光の基準となる結像位置を示している。また、像９９は、小領域９２の中央部に描画される像（描画パターン）を示す。

正常な状態の基板９０に対して描画するときは、各像位置調整装置１によるシフト量は「０」に調整され、各描画ヘッド３７による像は、基準位置に結像される。一方、Ｘ軸方向のサイズが膨張により変化した基板９１に対して、基板９０の場合と同じ位置に像を結像させると、小領域９２ないし９８における像の位置がずれることになる。図９に波線で示す像９９ｂは、像９９をシフトさせることなく、同じ位置に結像させた場合の位置を示す。

しかし、光学装置３は、各描画ヘッド３７がそれぞれに像位置調整装置１を備えているので、基板９１の膨張に応じて、像９９が小領域９２の中央に結像されるように、（−Ｘ）方向に出射光をシフトさせ、基板９１の小領域９２ａの中央に像９９ａを結像させることが可能である。

なお、パルス光を所望のパターンの光束にする構成としてアパーチャユニット３７１を用いる例で説明したが、例えば、アパーチャユニット３７１の代わりに、基準となるパターンが形成されたマスク等を用いてもよい。また、回折格子型の空間光変調素子を用いてもよい。

以上のように、第２の実施の形態における光学装置３のように、複数の像位置調整装置１を備えることによって、複数の描画ヘッド３７のピッチを揃えたりすることも可能である。

＜３． 第３の実施の形態＞
上記実施の形態における像位置調整装置１は、調整機構１１によって第２ウエッジプリズム１４のＺ軸方向の位置を調整することによって像のＸ軸方向の位置のみ調整が可能とされていた。しかし、像位置調整装置１に他の駆動機構を設けることにより、他の様々状態を調整することも可能である。

図１０は、第３の実施の形態における像位置調整装置１ａの構造を示す図である。像位置調整装置１ａは、第１回転機構１５、第２回転機構１６および第３回転機構１７を備えている点が、上記実施の形態における像位置調整装置１と異なっている。

第１回転機構１５は、Ｙ軸を中心に光学系１０を回転させる機構である。Ｙ軸は、シフト方向に平行なＸ軸と、光軸方向に平行なＺ軸とに直交する軸である。したがって、Ｙ軸は本発明における第１軸に相当し、第１回転機構１５は本発明における第１回転手段に相当する。

上記実施の形態における像位置調整装置１では、シフト量が「０」のときに非点隔差が「０」となるように設計されていた。したがって、第２ウエッジプリズム１４を中央位置から移動させて像の位置をシフトさせると、その値が小さいくなるように抑制はされているものの、必ず非点隔差は生じる。

本実施の形態における像位置調整装置１ａは、像の位置を調整した後に（第２ウエッジプリズム１４の位置を調整した後に）、非点隔差が「０」となるように、第１回転機構１５によって光学系１０を回転させることにより入射角ｉ₁を微調整する。これにより、シフト量にかかわらず、非点隔差の発生を抑制できる。

第２回転機構１６は、Ｚ軸を中心に一方のウエッジプリズム（第１ウエッジプリズム１３または第２ウエッジプリズム１４のうちの一方）を回転させる機構である。先述のように、Ｚ軸は光軸方向に平行な軸である。したがって、Ｚ軸は本発明における第２軸に相当し、第２回転機構１６は本発明における第２回転手段に相当する。

第１ウエッジプリズム１３や第２ウエッジプリズム１４の加工精度等の原因によって、第２ウエッジプリズム１４を移動させると、像面における像がＹ軸方向にずれる場合がある。このような場合、像位置調整装置１は、第２回転機構１６によって一方のウエッジプリズムをＺ軸を中心に回転させることにより、Ｙ軸方向に発生したずれを補正することができる。したがって、像位置調整装置１ａは、より高精度に、像をＸ軸方向（一次元方向）にシフトさせることができる。

第３回転機構１７は、Ｘ軸を中心に一方のウエッジプリズムを回転させる機構である。先述のように、Ｘ軸はシフト方向に平行な軸である。したがって、Ｘ軸は本発明における第３軸に相当し、第３回転機構１７は本発明における第３回転手段に相当する。

像が像面において本来のＸ軸から傾いている場合には、第３回転機構１７によって一方のウエッジプリズムをＸ軸を中心に回転させることにより、この傾きを補正できる。

なお、図１０では、第３回転機構１７の回転軸（Ｘ軸）、第１回転機構１５の回転軸（Ｙ軸）、第２回転機構１６の回転軸（Ｚ軸）は、１点で交わるように設定されているが、これらの軸は互いに交差しなくてもよい。また、交点の位置は、図１０に示される位置に限定されるものではない。

＜４． 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

例えば、像位置調整装置１によって像の位置を調整しなければならなくなる原因は上記実施の形態に挙げたものに限定されるものではない。例えば、光学装置２の結像光学系２６における製造誤差や、光学装置３の複数の描画ヘッド３７のヘッド間差を補正するものであってもよい。

また、像位置調整装置１による像の位置調整は、他の位置調整手法と併用されてもよい。例えば、第１の実施の形態における光学装置２において、Ｘ軸方向のずれを、可動ステージ２０の副走査方向の移動により大きく補正しつつ、像位置調整装置１による微調整を行うように構成してもよい。

また、上記実施の形態では、露光装置として構成される光学装置２や描画装置として構成される光学装置３に像位置調整装置１を組み込む例について説明したが、像位置調整装置１の用途はこれに限定されるものではない。例えば、像位置調整装置１は、ずれ量を測定する検出装置に応用することも可能である。すなわち、実像（被写体）を示す入射光λ_i像面（ＣＣＤ）における基準像に一致させるために、基準位置からどれだけ第２ウエッジプリズム１４を移動させる必要があったかに基づいて、実像のずれ量を測定することも可能である。

また、基板９としては、カラーフィルタ用の基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネルディスプレス（ＦＤＰ）用のガラス基板、半導体基板、プリント基板などが該当するが、もちろんこれに限定されるものではない。

発明に係る光学装置を示す図である。 像位置調整装置の構造を示す図である。 光学系を示す平面図である。 一般的な三角プリズムに光が入射する様子を示す図である。 入射角と偏角との関係および入射角とｄθ／ｄｉ₁との関係を示す図である。 第２ウエッジプリズムを調整機構によって光軸方向に移動させたときの非点隔差の変化を示す図である。 第２の実施の形態における光学装置を示す図である。 第２の実施の形態における光源部および描画ヘッドを示す図である。 基板の表面における像をシフトさせる例を概略的に示す図である。 第３の実施の形態における像位置調整装置の構造を示す図である。

符号の説明

１，１ａ 像位置調整装置
１０ 光学系
１１ 調整機構
１２ 像位置制御部
１３ 第１ウエッジプリズム
１４ 第２ウエッジプリズム
１５ 第１回転機構
１６ 第２回転機構
１７ 第３回転機構
２，３ 光学装置
２０ 可動ステージ
２１ 露光ヘッド
２２ 制御部
２３ 光源
２４ 照明光学系
２５ 空間光変調デバイス
２６ 結像光学系
３０ ベース
３２ 保持部
３３ 主走査機構
３４ 副走査機構
３６ 光源部
３７ 描画ヘッド
３７１ アパーチャユニット
３７２ 結像レンズ
３８ 制御部
９ 基板

Claims (9)

1. 像をシフトさせる像位置調整装置であって、
   互いに逆向きに配置される頂角が略同一の２つのウエッジプリズムを有する光学系と、
   前記２つのウエッジプリズムの相対距離を変化させる調整機構と、
   を備えることを特徴とする像位置調整装置。
2. 請求項１に記載の像位置調整装置であって、
   前記像の最大シフト量と、前記調整機構による前記相対距離の最大変化量とに基づいて、前記調整機構が前記相対距離を変化させる可動範囲において、偏角が最小偏角の近傍となるように前記２つのウエッジプリズムの頂角が決定されていることを特徴とする像位置調整装置。
3. 請求項１または２に記載の像位置調整装置であって、
   前記調整機構が前記相対距離を変化させる可動範囲の中央位置において、非点隔差がほぼゼロとなる入射角となるように前記光学系の姿勢が決定されていることを特徴とする像位置調整装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の像位置調整装置であって、
   前記像のシフト方向および光軸方向のいずれにも直交する第１軸を中心に、前記光学系を回転させる第１回転手段をさらに備えることを特徴とする像位置調整装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の像位置調整装置であって、
   光軸方向に平行な第２軸を中心に、一方の前記ウエッジプリズムを回転させる第２回転手段をさらに備えることを特徴とする像位置調整装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の像位置調整装置であって、
   前記像のシフト方向に平行な第３軸を中心に、一方の前記ウエッジプリズムを回転させる第３回転手段をさらに備えることを特徴とする像位置調整装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の像位置調整装置であって、
   前記調整機構は、前記２つのウエッジプリズムのうちの少なくとも一方を光軸方向に移動させることにより前記相対距離を変化させることを特徴とする像位置調整装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の像位置調整装置であって、
   前記像面における像のシフト量に応じて、前記調整機構を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする像位置調整装置。
9. 基板に光を照射する光学装置であって、
   光を出射する光源と、
   基板を保持する保持手段と、
   結像関係にある光学系の中の物空間または像空間に配置され、前記基板の表面における像をシフトさせる像位置調整装置と、
   を備え、
   前記像位置調整装置は、
   互いに逆向きに配置される頂角が略同一の２つのウエッジプリズムを有する光学系と、
   前記２つのウエッジプリズムの相対距離を変化させる調整機構と、
   を備えることを特徴とする光学装置。

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