JP2014197580A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路を分割することなく、観察光および描画光による２つの像を同時に観察する露光装置を提供する。【解決手段】描画装置は、露光光を照射して基板Ｗにパターンを描画する光学ユニットと、基板Ｗに観察光を照射して露光光および観察光による像をともに撮像する観察撮像部５０とを備える。対物レンズ４５０は、基板Ｗ表面に露光光を結像させ、観察光を集光する。結像レンズ５５は、対物レンズ４５０により生じる色収差を補償する色収差補正型のレンズであり、露光光および観察光による像を撮像素子５６に共に結像させる。【選択図】図４

Description

本発明は、基板等の対象物に光を照射して、パターン（回路パターン）を形成する技術に関する。なお、ここでいう「基板」には、半導体基板、プリント基板、液晶表示装置等に具備されるカラーフィルタ用基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置等に具備されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、太陽電池用パネルなどの各種基板等を含む。また、本発明は、基板以外の様々な微小構造物（マイクロレンズやマイクロセンサ等）を形成する場合にも適用することができる。

従来より、感光材料にパターンを投影することにより露光する露光装置（描画装置）では、露光波長として紫外線波長の光を用いることが多い。このような露光装置における投影用レンズは、紫外波長の光に対してのみ諸収差が良好に補正されていることが多い。諸収差を良好に補正するためには、紫外単一波長または紫外域における複数波長の光を対象に光学設計することが極めて好ましいからである。

したがって、このように設計された投影用レンズを通して、非露光波長である可視光を照明光として照射することにより、既に露光されたパターンと紫外光で形成される露光像とを同時に観察することは困難である。特に、軸上色収差が生じる場合には、紫外光により生じる像（露光像）と可視光により生じるパターンとの両方にフォーカスを合わせることができないため、一方の像（ここでは露光像）しか観察することができない。

このような異なる２つの波長の光により生じる像を同時に観察する光学装置として、特開２００９−３６７６４号公報には、紫外光と可視光とで光路を二つに分割し、分割された光路の長さを光の波長に応じて適宜に設定することにより、分割された２つの光路にそれぞれ設けられた撮像素子で観察することができる装置の構成が開示されている。

また、特開２００７−２８６３１０号公報には、上記構成と同様に光路を二つに分割した後、分割された光路の長さを調整するためのミラーやレンズを設け、最後に分割された光路を１つにまとめた後に、１つの撮像素子で観察することができる装置の構成が開示されている。

特開２００９−３６７６４号公報 特開２００７−２８６３１０号公報

しかし、上記特開２００９−３６７６４号公報および上記特開２００７−２８６３１０号公報に開示される構成では、分割された光路におけるわずかな位置のズレが、観察対象となる２つの像の相対的な位置関係のズレに繋がる。そのため、２つの像の相対的な位置関係を精密に計測することは極めて困難である。また、分割された２つの光路の光軸調整は困難を伴い、光路が２つあることで装置全体も大きくなる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光路を２つに分割することなく、異なる２つの波長の光により生じる像を同時に観察することができる露光装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面は、
対象物を水平に保持するステージと、
第１の波長を有する露光光を出射する露光用光源と、
前記対象物に対し、前記露光用光源から出射される前記露光光を照射することにより、前記対象物にパターンを形成する描画手段と、
前記描画手段により照射される前記露光光の照射位置を、前記ステージに保持される前記対象物に対して水平方向に相対移動させる移動手段と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する観察光を出射する観察用光源と、
前記対象物から前記露光用光源までの前記露光光の光路に介挿されることにより、前記観察用光源からの前記観察光を前記対象物に照射するともに、前記対象物で反射される前記観察光および前記露光光を取得するサンプル手段と、
前記サンプル手段により取得された前記観察光および前記露光光を共に結像させる色収差補正型の結像レンズ系と、
前記結像レンズ系により結像された前記観察光および前記露光光の像を共に撮像する撮像手段と
を備え、
前記結像レンズ系は、前記対象物から前記サンプル手段までの光路における光学系により生じる前記観察光の結像状態の変化が補償されるよう定められる異なる屈折率を有する複数のレンズからなることを特徴とする、露光装置である。

本発明の第２の局面は、第１の局面において、
前記結像レンズ系は、前記第１および第２の波長における軸上色収差を補正することを特徴とする。

本発明の第３の局面は、第２の局面において、
前記結像レンズ系は、前記第１および第２の波長における倍率色収差を有し、
前記撮像手段は、前記結像レンズ系の倍率色収差により、大きさが異なる前記観察光の像と前記露光光の像とを撮像することを特徴とする。

本発明の第４の局面は、第１から第３までのいずれかの局面において、
前記結像レンズ系は、凸面を有する第１のレンズと、凹面を有する第２のレンズとを含み、前記第１および第２のレンズは、互いに屈折率の異なる素材からなることを特徴とする。

本発明の第５の局面は、第１から第４までのいずれかの局面において、
前記露光光は、紫外線であり、
前記観察光は、可視光であることを特徴とする。

上記本発明の第１の局面によれば、対象物に照射される露光光により生じる像と、観察光より生じる像を、１つの光路を介して撮像手段において取得することができるので、光路を分割することなく、上記２つの像の相対的な位置関係を精密に計測することが容易になる。また、分割された２つの光路の光軸調整を行う必要もないため、全体として光軸調整が容易となる。さらに、光路が１つであることで装置全体もコンパクトにすることができる。

上記本発明の第２の局面によれば、結像レンズ系が第１および第２の波長における軸上色収差を補正するので、露光光により生じる像と、観察光より生じる像を、ともに撮像手段において結像させることができる。

上記本発明の第３の局面によれば、結像レンズ系が第１および第２の波長における倍率色収差を有しているので、倍率色収差を必ずしも補正（補償）する必要が無く、倍率色収差を補償するための設計が不要になり、レンズ設計が容易になって、製造コストを抑えることができる。

上記本発明の第４の局面によれば、色収差補正型の結像レンズ系を容易に作成することができる。

上記本発明の第５の局面によれば、紫外光により生じる像と、可視光より生じる像を、１つの光路を介して撮像手段において取得することができる。

本発明の一実施形態に係る描画装置を模式的に示す側面図である。 上記実施形態に係る描画装置を模式的に示す平面図である。 上記実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。 上記実施形態におけるヘッドユニットの構成を模式的に示す図である。 上記実施形態において、色収差が補正されない場合の結像状態を示す図である。 上記実施形態において、色収差が補正される場合の結像状態を示す図である。 上記実施形態における撮像素子の撮像面における映像例を示す図である。 上記実施形態における投影光学系のレンズでの、波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。 上記実施形態における色収差が補正されない結像レンズの、露光波長での波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。 上記実施形態における色収差が補正されない結像レンズの、観察波長での波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。 上記実施形態における色収差が補正されない結像レンズの横収差を示す図である。 上記実施形態における結像レンズの形状を示す図である。 上記実施形態における結像レンズの波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。 上記実施形態における結像レンズの軸上色収差を示すグラフ図である。

＜１．装置構成＞
本発明の一実施形態に係る描画装置１の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態における描画装置１の構成を模式的に示す側面図である。図２は、描画装置１の構成を模式的に示す平面図である。

描画装置１は、レジスト等の感光材料の層が形成された基板Ｗの上面に光を照射して、パターン（典型的には回路パターン）を露光する露光装置である。なお、基板Ｗは、半導体基板、プリント基板、カラーフィルタ用基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置に具備されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、太陽電池用パネルなどの各種基板のいずれであってもよい。図においては、円形の半導体基板が例示されている。なお、基板Ｗに代えて、微細構造物等を形成するための対象物を載置してもよい。

描画装置１は、本体フレーム１０１で構成される骨格の天井面および周囲面にカバーパネル（図示省略）が取り付けられることによっ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、各種の構成要素を配置した構成となっている。

描画装置１の本体内部は、処理領域１０２と受け渡し領域１０３とに区分されている。処理領域１０２には、主として、基板Ｗを保持するステージ１０、ステージ１０を移動させるステージ駆動機構２０、ステージ１０の位置を計測するステージ位置計測部３０、基板Ｗの上面に光を照射する２個の光学ユニット４０、基板Ｗの面内における描画領域を撮像する２個の観察撮像部５０、および、基板Ｗの面内に形成されているアライメントマークを撮像するアライメント撮像部６０が配置される。一方、受け渡し領域１０３には、処理領域１０２に対する基板Ｗの搬出入を行う搬送装置７０とプリアライメント部８０とが配置される。

描画装置１の本体外部であって、受け渡し領域１０３に隣接する位置には、カセットＣを載置するためのカセット載置部１０４が配置される。受け渡し領域１０３に配置された搬送装置７０は、カセット載置部１０４に載置されたカセットＣに収容された未処理の基板Ｗを取り出して処理領域１０２に搬入するとともに、処理領域１０２から処理済みの基板Ｗを搬出してカセットＣに収容する。カセット載置部１０４に対するカセットＣの受け渡しは外部搬送装置（図示省略）によって行われる。

また、描画装置１は、描画装置１が備える各部と電気的に接続されて、これら各部の動作を制御する制御部９０を備える。

以下、描画装置１に備えられる各構成要素について説明する。
＜ステージ１０＞
ステージ１０は、平板状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持する保持部である。ステージ１０の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されており、この吸引孔に負圧（吸引圧）を形成することによって、ステージ１０上に載置された基板Ｗをステージ１０の上面に固定保持することができるようになっている。

＜ステージ駆動機構２０＞
ステージ駆動機構２０は、ステージ１０を基台１０５に対して移動させる機構であり、ステージ１０を主走査軸（Ｙ軸）、副走査軸（Ｘ軸）、および回転軸（Ｚ軸周りの回転軸（θ軸））のそれぞれに沿って移動させる。ステージ駆動機構２０は、具体的には、ステージ１０を回転させる回転機構２１と、回転機構２１を介してステージ１０を支持する支持プレート２２と、支持プレート２２を副走査軸に沿って移動させる副走査機構２３とを備える。ステージ駆動機構２０は、さらに、副走査機構２３を介して支持プレート２２を支持するベースプレート２４と、ベースプレート２４を主走査軸に沿って移動させる主走査機構２５とを備える。

回転機構２１は、ステージ１０の上面（基板Ｗの載置面）の中心を通り、当該載置面に垂直な回転軸Ａを中心としてステージ１０を回転させる。回転機構２１は、例えば、上端が載置面の裏面側に固着され、鉛直軸に沿って延在する回転軸部２１１と、回転軸部２１１の下端に設けられ、回転軸部２１１を回転させる駆動部（例えば、回転モータ）２１２とを含む構成とすることができる。この構成においては、駆動部２１２が回転軸部２１１を回転させることにより、ステージ１０が水平面内で回転軸Ａを中心として回転することになる。

副走査機構２３は、支持プレート２２の下面に取り付けられた移動子とベースプレート２４の上面に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ２３１とを有している。また、ベースプレート２４には、副走査軸に沿って延びる一対のガイド部材２３２が敷設されており、各ガイド部材２３２と支持プレート２２との間には、ガイド部材２３２に摺動しながら当該ガイド部材２３２に沿って移動可能なボールベアリングが設置されている。つまり、支持プレート２２は、当該ボールベアリングを介して一対のガイド部材２３２上に支持される。この構成においてリニアモータ２３１を動作させると、支持プレート２２はガイド部材２３２に案内された状態で副走査軸に沿って滑らかに移動する。

主走査機構２５は、ベースプレート２４の下面に取り付けられた移動子と描画装置１の基台１０５上に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ２５１を有している。また、基台１０５には、主走査軸に沿って延びる一対のガイド部材２５２が敷設されており、各ガイド部材２５２とベースプレート２４との間には例えばエアベアリングが設置されている。エアベアリングにはユーティリティ設備から常時エアが供給されており、ベースプレート２４は、エアベアリングによってガイド部材２５２上に非接触で浮上支持される。この構成においてリニアモータ２５１を動作させると、ベースプレート２４はガイド部材２５２に案内された状態で主走査軸に沿って摩擦なしで滑らかに移動する。

＜ステージ位置計測部３０＞
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り、ステージ１０外からステージ１０に向けてレーザ光を出射するとともにその反射光を受光し、当該反射光と出射光との干渉からステージ１０の位置（具体的には、主走査軸に沿う位置（Ｙ位置）、および、回転軸に沿う位置（θ位置））を計測する、干渉式のレーザ測長器により構成される。

ステージ位置計測部３０は、例えば、ステージ１０の−Ｙ側の側面に取り付けられるとともに、−Ｙ側の面に主走査軸に垂直な反射面を備えるプレーンミラー３１と、ステージの−Ｙ側において基台１０５に対して固定される各部（具体的には、レーザ光源３２、スプリッタ３３、第１リニア干渉計３４、第１レシーバ３５、第２リニア干渉計３６および第２レシーバ３７）とを備える構成とすることができる。

このステージ位置計測部３０においては、レーザ光源３２から出射されたレーザ光は、スプリッタ３３により２分割され、一方のレーザ光の一部が第１リニア干渉計３４を介してプレーンミラー３１上の第１の部位に入射し、プレーンミラー３１からの反射光が、第１リニア干渉計３４において元のレーザ光の一部（これが参照光として利用される）と干渉して第１レシーバ３５により受光される。第１レシーバ３５における、反射光と参照光との干渉後の強度変化に基づいて、第１リニア干渉計３４とプレーンミラー３１との主走査軸に沿う離間距離が特定される。この第１レシーバ３５からの出力に基づいて、専門の演算回路（図示省略）にてステージ１０の主走査方向における位置（Ｙ位置）が求められる。

一方、レーザ光源３２から出射されてスプリッタ３３により分割された他方のレーザ光の一部は、取付台３８の内部を＋Ｘ側から−Ｘ側へと通過し、第２リニア干渉計３６を介してプレーンミラー３１に入射する。ここで、第２リニア干渉計３６からのレーザ光は、プレーンミラー３１上の第１の部位から副走査軸に沿って一定距離だけ離間したプレーンミラー３１上の第２の部位に入射することになる。プレーンミラー３１からの反射光は、第２リニア干渉計３６において元のレーザ光の一部と干渉して第２レシーバ３７により受光される。第２レシーバ３７における、反射光と参照光との干渉後の強度変化に基づいて、第２リニア干渉計３６とプレーンミラー３１との主走査軸に沿う離間距離が特定される。第２レシーバ３７からの出力と上述した第１レシーバ３５からの出力に基づいて、専門の演算回路（図示省略）にてステージ１０の回転角度が求められる。

＜光学ユニット４０＞
＜ｉ．全体構成＞
光学ユニット４０は、ステージ１０上に保持された基板Ｗの上面に光を照射して基板Ｗにパターンを描画するための機構である。上述したとおり、描画装置１は２個の光学ユニット４０，４０を備える。一方の光学ユニット４０は基板Ｗの＋Ｘ側半分の露光を担当し、他方の光学ユニット４０は基板Ｗの−Ｘ側半分の露光を担当する。これら２個の光学ユニット４０，４０は、ステージ１０およびステージ駆動機構２０を跨ぐようにして基台１０５上に架設されたフレーム１０７に、間隔をあけて固設される。なお、２個の光学ユニット４０，４０の間隔は必ずしも一定に固定されている必要はなく、光学ユニット４０，４０の一方あるいは両方の位置を変更可能とする機構を設けて、両者の間隔を調整可能としてもよい。

２個の光学ユニット４０，４０はいずれも同じ構成を備える。すなわち、各光学ユニット４０は、レーザ駆動部４１と、レーザ発振器４２と、照明光学系４３と、空間光変調ユニット４４と、投影光学系４５と、光路補正部４６とを主として備える。レーザ駆動部４１、レーザ発振器４２、および、照明光学系４３は、例えば、天板を形成するボックスの内部に配置され、描画光（露光光）の光源として機能する。また、空間光変調ユニット４４、投影光学系４５、および、光路補正部４６（これら各部４４，４５，４６は、描画ヘッド部を構成する）は、例えば、フレーム１０７の＋Ｙ側に取り付けられた付設ボックスの内部に収容される。当該付設ボックスには、描画ヘッド部の他に、観察撮像部５０が収容される。つまり、空間光変調ユニット４４、投影光学系４５、および光路補正部４６は、観察撮像部５０とユニット化され、観察撮像部５０とともに１個のヘッドユニット１００を構成する。

レーザ発振器４２は、レーザ駆動部４１からの駆動を受けて、出射口（図示省略）からレーザ光を出射する。照明光学系４３は、レーザ発振器４２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（光束断面が線状の光であるラインビーム）に変換する。レーザ発振器４２から出射され、照明光学系４３にてラインビームとされた光は、描画ヘッド部に入射し、ここでパターンデータＤ（図３参照）に応じた空間変調を施された上で、基板Ｗに照射される。

＜ｉｉ．描画ヘッド部＞
描画ヘッド部の構成について、具体的に説明する。なお、以下の説明においては、図１、図２に加え、図４を参照する。図４は、ヘッドユニット１００の構成を模式的に示す図である。

＜ａ．空間光変調ユニット４４＞
描画ヘッド部に入射した光は、ミラー４７を介して、定められた角度で空間光変調ユニット４４に入射する。空間光変調ユニット４４は、当該入射光を空間変調して、パターンの描画に寄与させる必要光と、パターンの描画に寄与させない不要光とを、互いに異なる方向に反射させる。ただし、光を空間変調させるとは、光の空間分布（振幅、位相、および偏光等）を変化させることを意味する。

空間光変調ユニット４４は、具体的には、電気的な制御によって入射光を空間変調させる空間光変調器４４１を備える。空間光変調器４４１は、その反射面の法線が、ミラー４７を介して入射する入射光の光軸に対して傾斜して配置され、当該入射光を制御部９０の制御に応じて空間変調させる。空間光変調器４４１は、例えば、回折格子型の空間変調器（例えば、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ：グレーティング・ライト・バルブ）（「ＧＬＶ」は登録商標）等を利用して構成される。回折格子型の空間変調器は、格子の深さを変更することができる回折格子であり、例えば、半導体装置製造技術を用いて製造される。

空間光変調器４４１の構成例についてより具体的に説明する。空間光変調器４４１は、例えば、複数の空間光変調素子を一次元に並べた構成となっている。各空間光変調素子の動作は、電圧のオン／オフで制御される。すなわち、例えば電圧がオフされている状態においては空間光変調素子の表面は平面となっており、この状態で空間光変調素子に光が入射すると、その入射光は回折せずに正反射する。これにより、正反射光（０次回折光）が発生する。一方、例えば電圧がオンされている状態においては、空間光変調素子の表面には平行な溝が周期的に並んで複数本形成される。この状態で空間光変調素子に光が入射すると、正反射光（０次回折光）は打ち消しあって消滅し、他の次数の回折光（±１次回折光、±２次回折光、および、さらに高次の回折光）が発生する。より正確には、０次回折光の強度が最小となり、他の次数の回折光の強度が最大となる。

空間光変調器４４１は、複数の空間光変調素子のそれぞれに対して独立に電圧を印加可能なドライバ回路ユニットを備えており、各空間光変調素子の電圧が独立して切り換え可能となっている。ドライバ回路ユニットが所期の空間光変調素子に対して電圧を印加することによって、各空間光変調素子にて個々に空間変調された光が形成され、基板Ｗに向けて出射される。空間光変調器４４１が備える空間光変調素子の個数を「Ｎ個」とすると、空間光変調器４４１からは、副走査軸に沿うＮ画素分の空間変調された光が出射されることになる。

＜ｂ．投影光学系４５＞
上述したとおり、空間光変調器４４１にて空間変調された光には、０次回折光と、０次以外の次数の回折光（具体的には、±１次回折光、±２次回折光、および、比較的微量の±３次以上の高次回折光）とが含まれており、０次回折光がパターンの描画に寄与させるべき必要光であり、それ以外の回折光がパターンの描画に寄与させるべきでない不要光である。これら必要光と不要光とは互いに異なる方向に沿って出射される。すなわち、必要光はＺ軸に沿って−Ｚ方向に、不要光はＺ軸から±Ｘ方向に僅かに傾斜した軸に沿って−Ｚ方向に、それぞれ出射される。投影光学系４５は、空間光変調器４４１にて空間変調された光のうち、パターンの描画に寄与させるべきでない不要光（０次回折光以外の光）を遮断するとともに、パターンの描画に寄与させるべき必要光（０次回折光）のみを基板Ｗの表面に導いて、当該表面に結像させる。

投影光学系４５は、例えば、２枚の遮断板４５１，４５２と、複数の光学部品４５３〜４５７，４５０とを含んで構成される。ただし、以下に説明する投影光学系４５の構成は、一例であり、例えば、１以上の光学部品がさらに追加されてもよいし、１以上の光学部品が省略されてもよい。

各遮断板４５１，４５２は、Ｚ方向に延在する支持軸（図示省略）に、支持される。また、各光学部品４５３〜４５８は、支持軸に片持ち状態で支持された収容部材（具体的には、例えば、内部に収容された光学部品を通過する光の進行を妨げないように、上面および下面に例えば窓が形成されている、レンズブラケット）内において所定姿勢で収容された状態で支持される。

各遮断板４５１，４５２は、入射した光の一部を通過させつつ残りを遮断する部材であり、光を透過させない部材により形成された板状部材により構成され、その主面内に、一部の光のみを通過させる貫通孔（例えば、円形の貫通孔）が形成される。各遮断板４５１，４５２は、その貫通孔の中心付近を必要光が通過するように配置される。２枚の遮断板４５１，４５２のうち、＋Ｚ側に配置された遮断板（第１遮断板）４５１は、不要光に含まれる高次回折光（±２次以上の回折光であり、主として、±３次以上の回折光）を遮断する。すなわち、第１遮断板４５１は、入射光に含まれる光のうち、低次回折光を貫通孔を介して通過させるとともに、高次回折光を遮断する。一方、第１遮断板４５１の−Ｚ側に配置された遮断板（第２遮断板）４５２は、第１遮断板４５１を通過した低次回折光のうち、０次回折光（必要光）を貫通孔を介して通過させるとともに、それ以外の光（すなわち、第１遮断板４５１で遮断されなかった不要光（主として、±１次回折光、および、±２次回折光））を遮断する。

投影光学系４５が備える各光学部品４５３〜４５７，４５０のうち、例えば、光学部品４５３〜４５７は、収差を補正しつつ、入射光を平行光として、最も基板Ｗ側（−Ｚ側）に配置されたレンズ４５０に入射させる。特に、光学部品４５３〜４５７のうち、第１遮断板４５１と第２遮断板４５２との間に配置された一対のレンズ（図示の例で、例えば、レンズ４５４とレンズ４５５）は、例えば、駆動機構（図示省略）によってＺ軸に沿ってそれぞれ移動可能に構成され、露光面でのビームサイズ（描画パターンサイズおよび間隔に相当）を広げる（あるいは狭める）ズーム部としての機能を担う。

一方、投影光学系４５が備える各光学部品４５３〜４５７，４５０のうち、最も基板Ｗ側（−Ｚ側）に配置されたレンズ４５０は、入射した平行光を定められたビームサイズにして基板Ｗの表面に結像させる対物レンズとしての機能を担う。このレンズ４５０を、以下「対物レンズ４５０」ともいう。対物レンズ４５０は、駆動機構４５０１によってＺ軸に沿って移動可能に構成され、基板Ｗの表面内の各位置の高さ（より具体的には、基板Ｗの面内における描画対象位置の高さ）（Ｚ位置）に応じて、そのＺ位置を調整される。これによって、ピント合わせ（すなわち、オートフォーカス）が行われる。

＜ｃ．光路補正部４６＞
光路補正部４６は、空間光変調ユニット４４と投影光学系４５との間に設けられ、空間光変調ユニット４４から出射された光の経路をシフトさせる。光路補正部４６が必要に応じて光の経路をシフトさせることによって、基板Ｗに対する光の照射位置を微調整することが可能となる。

光路補正部４６は、具体的には、１個以上の光学部品を備え、少なくとも１個の光学部品の姿勢（あるいは、位置）を変更することによって、入射光の光路をシフトさせる。より具体的には、光路補正部４６は、例えば、Ｙ軸に沿う第１回転軸Ａ１およびＸ軸に沿う第２回転軸Ａ２のそれぞれに対して回転可能に支持されたガラス板などの平行平面基板４６１と、平行平面基板４６１を第１回転軸Ａ１に対して回転させるとともに、第２回転軸Ａ２に対して回転させる、姿勢変更機構４６２とを含む構成することができる。この構成においては、平行平面基板４６１を第１回転軸Ａ１を中心に回転させてその姿勢を変化させることによって、平行平面基板４６１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。また、平行平面基板４６１を第２回転軸Ａ２を中心に回転させてその姿勢を変化させることによって、平行平面基板４６１に入射する光の経路をＹ軸方向に沿ってシフトさせることができる。ただし、各軸に沿う光路のシフト量は、平行平面基板の回転角度を制御することによって任意の値に調整することができる。

姿勢変更機構４６２は、制御部９０と電気的に接続されており、制御部９０は、姿勢変更機構４６２を制御して平行平面基板４６１を回転させることによって、空間光変調ユニット４４から出射される光の経路を、Ｘ軸方向（あるいは、Ｙ軸方向）に沿ってシフトさせて、描画位置（露光位置）を補正する。ここで、この補正量は、図示されていない先読みユニット（または先行撮像ユニット）により撮像された、未だ描画されていない（これから描画されるべき）領域の像の位置に応じて算出される。すなわち、これから描画されるべき領域における実際の（撮像された）像の位置と、制御部９０において保持されているパターンデータＤ（図３参照）とを比較することにより、本来のあるべき像の位置から実際の像の位置がどれだけずれているかを計測することができるので、このずれが解消されるように上記補正量が算出される。なお、上記図示されない先読みユニットに代えて、観察撮像部５０が使用される構成であってもよい。

＜ｉｉｉ．光学ユニット４０の動作＞
光学ユニット４０に描画動作を実行させる場合、制御部９０は、レーザ駆動部４１を駆動してレーザ発振器４２から光を出射させる。出射された光は照明光学系４３にてラインビームとされ、ミラー４７を介して空間光変調器４４１に入射する。空間光変調器４４１においては、複数の空間光変調素子が、副走査軸（Ｘ軸）に沿って並んで配置されており、入射光はその線状の光束断面を空間光変調素子の配列方向に沿わせるようにして、一列に配列された複数の空間光変調素子に入射する。

一方で、制御部９０は、パターンデータＤ（図３参照）に基づいて空間光変調器４４１のドライバ回路ユニットに指示を与え、ドライバ回路ユニットが指示された空間光変調素子に対して電圧を印加する。これによって、各空間光変調素子にて個々に空間変調された光（すなわち、副走査軸に沿うＮ画素分の空間変調された光）が形成され、基板Ｗに向けて出射されることになる。パターンデータＤに応じた空間変調を施された光を、以下「描画光」ともいう。

空間光変調器４４１から出射された描画光は、必要に応じて光路補正部４６にてその光路を補正された上で、投影光学系４５に入射する。

投影光学系４５に入射した描画光は、第１遮断板４５１および第２遮断板４５２のそれぞれにおいて必要光以外を遮断され、また、各光学部品４５３〜４５７において（描画光の波長を対象として）諸収差を補正されるとともに平行光とされて、対物レンズ４５０に入射する。なお、描画光は、必要に応じて、レンズ４５４およびレンズ４５５でその幅を広げられる（あるいは狭められる）。

対物レンズ４５０に入射した描画光（すなわち、必要光）は、対物レンズ４５０において、基板Ｗの表面に結像される。すなわち、副走査軸（Ｘ軸）に沿うＮ個の画素単位ｍｉ（ｉ＝１，２，・・，Ｎ）を含む空間変調された光が、基板Ｗの表面に結像される。

光学ユニット４０は、副走査軸に沿うＮ画素分の空間変調された光を断続的に照射し続けながら（すなわち、基板Ｗの表面にパルス光を繰り返して投影し続けながら）、主走査軸（Ｙ軸）に沿って基板Ｗに対して相対的に移動（往復移動）する。したがって、光学ユニット４０が主走査軸に沿って基板Ｗを１回横断すると、基板Ｗの面内に、副走査軸に沿ってＮ画素分の幅をもつ一本のパターン群が描画されることになる。この、Ｎ画素分の幅をもつ１本のパターン描画領域を、以下の説明では「１ストライプ分の領域」ともいう。

＜観察撮像部５０＞
観察撮像部５０は、ステージ１０に保持された基板Ｗの面内における、描画領域（この領域は、現に描画が行われている領域だけではなく、その近傍の未露光領域および露光済領域を含むものとする）を撮像する。ただし、上述したとおり、描画装置１は２個の観察撮像部５０，５０を備えているところ、各観察撮像部５０は、いずれかの光学ユニット４０と対応付けられて、対応する光学ユニット４０が描画光を照射する描画領域を撮像する。各観察撮像部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描画領域を撮像し、取得された撮像データを制御部９０に送信する。観察撮像部５０の具体的な構成については、後に説明する。

＜アライメント撮像部６０＞
アライメント撮像部６０は、基板Ｗの面内に形成されたアライメントマークを撮像する。アライメント撮像部６０は、照明ユニット６１から延びるファイバと接続される。また、アライメント撮像部６０は、例えば、鏡筒、対物レンズ、および、ＣＣＤ等のエリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）を含んで構成される。この構成において、照明ユニット６１から出射される光はファイバによって鏡筒に導かれ、鏡筒を介して基板Ｗの上面に導かれる。そして、その反射光が、対物レンズを介してエリアイメージセンサで受光される。これによって、基板Ｗの上面の撮像データが取得されることになる。ただし、撮像に用いられる照明光は、基板Ｗ上のレジスト等を感光させない波長の光が採用される。アライメント撮像部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基板Ｗの面内の所定の位置を撮像し、取得された撮像データを制御部９０に送信する。なお、アライメント撮像部６０はオートフォーカスユニットをさらに備えていてもよい。

＜搬送装置７０＞
搬送装置７０は、基板Ｗを支持するための２本のハンド７１，７１と、ハンド７１，７１を独立に移動させるハンド駆動機構７２とを備える。各ハンド７１は、ハンド駆動機構７２によって駆動されることにより進退移動および昇降移動されて、ステージ１０に対する基板Ｗの受け渡しを行う。

＜プリアライメント部８０＞
プリアライメント部８０は、基板Ｗの回転位置を粗く補正する装置である。プリアライメント部８０は、例えば、回転可能に構成された載置台と、載置台に載置された基板Ｗの外周縁の一部に形成された切り欠き部（例えば、ノッチ、オリエンテーションフラット等）の位置を検出するセンサと、載置台を回転させる回転機構とから構成することができる。この場合、プリアライメント部８０におけるプリアライメント処理は、まず、載置台に載置された基板Ｗの切り欠き部の位置をセンサで検出し、続いて、回転機構が、当該切り欠き部の位置が定められた位置となるように載置台を回転させることによって行われる。

＜制御部９０＞
制御部９０は、描画装置１が備える各部と電気的に接続されており、各種の演算処理を実行しつつ描画装置１の各部の動作を制御する。

図３は、制御部９０のハードウエア構成を示すブロック図である。制御部９０は、例えば、ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、記憶装置９４等がバスライン９５を介して相互接続された一般的なコンピュータによって構成されている。ＲＯＭ９２は基本プログラム等を格納しており、ＲＡＭ９３はＣＰＵ９１が所定の処理を行う際の作業領域として供される。記憶装置９４は、フラッシュメモリ、あるいは、ハードディスク装置等の不揮発性の記憶装置によって構成されている。記憶装置９４にはプログラムＰが格納されており、このプログラムＰに記述された手順に従って、主制御部としてのＣＰＵ９１が演算処理を行うことにより、各種機能が実現されるように構成されている。プログラムＰは、通常、予め記憶装置９４等のメモリに格納されて使用されるものであるが、ＣＤ−ＲＯＭあるいはＤＶＤ−ＲＯＭ、外部のフラッシュメモリ等の記録媒体に記録された形態（プログラムプロダクト）で提供され（あるいは、ネットワークを介した外部サーバからのダウンロードなどにより提供され）、追加的または交換的に記憶装置９４等のメモリに格納されるものであってもよい。なお、制御部９０において実現される一部あるいは全部の機能は、専用の論理回路等でハードウエア的に実現されてもよい。

また、制御部９０では、入力部９６、表示部９７、通信部９８もバスライン９５に接続されている。入力部９６は、各種スイッチ、タッチパネル等により構成されており、オペレータから各種の入力設定指示を受け付ける。表示部９７は、液晶表示装置、ランプ等により構成されており、ＣＰＵ９１による制御の下、各種の情報を表示する。通信部９８は、ＬＡＮ等を介したデータ通信機能を有する。

制御部９０においては、プログラムＰに記述された手順に従って主制御部としてのＣＰＵ９１が演算処理を行うことにより描画装置１が備える各部に基板Ｗに対する描画処理を実行させる。具体的には、制御部９０は、ステージ駆動機構２０を駆動してステージ１０を移動させるとともに、移動されるステージ１０に載置された基板Ｗに対して、光学ユニット４０から、パターンデータＤに応じた空間変調を施された光（描画光）を照射させる。ただし、「パターンデータＤ」は、基板Ｗに描画すべきパターンを記述したデータである。具体的には、パターンデータＤは、例えば、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）を用いて生成されたＣＡＤデータをラスタライズしたデータであり、光を照射すべき基板Ｗ上の位置情報が画素単位で記録される。制御部９０は、基板Ｗに対する一連の処理に先立って、あるいは、当該処理と並行して、パターンデータＤを取得して、記憶装置９４に格納している。なお、パターンデータＤの取得は、例えばネットワーク等を介して接続された外部端末装置から受信することにより行われてもよいし、記録媒体から読み取ることにより行われてもよい。

＜２．観察撮像部５０＞
観察撮像部５０の構成について、図４を参照しながら具体的に説明する。図４には、ヘッドユニット１００（すなわち、光学ユニット４０の描画ヘッド部と、当該光学ユニット４０と対応づけられた観察撮像部５０とがユニット化された構成要素である、ヘッドユニット１００）の構成が、模式的に示されている。

上述したとおり、観察撮像部５０は、基板Ｗの面内における、対応する光学ユニット４０が描画光を照射する領域と、その近傍の描画光がまだ照射されていない領域および描画光が既に照射された領域とを含む描画領域を撮像する。なお、この描画領域は、少なくとも描画光が照射される領域を含んでいればよい。ここで、光学ユニット４０は、主走査軸（Ｙ軸）に沿って基板Ｗに対して相対的に移動（往復移動）しながら、副走査軸に沿うＮ画素分の描画光を断続的に照射し続ける。光学ユニット４０が、主走査軸（Ｙ軸）に沿って基板Ｗに対して−Ｙ方向に相対的に移動する場合（すなわち、基板Ｗを載置したステージ１０が、光学ユニット４０に対して主走査軸に沿って＋Ｙ方向に相対的に移動される場合）（矢印ＡＲ１００）、基板Ｗの面内における、光学ユニット４０が描画光を照射する位置（以下「描画対象位置」ともいう）Ｐ０の−Ｙ側の領域が、まだ描画光が照射されていない領域（描画予定領域）となり、描画対象位置Ｐ０の＋Ｙ側の領域が、既に描画光が照射された領域（描画完了領域）となる。一方、光学ユニット４０が、主走査軸（Ｙ軸）に沿って基板Ｗに対して＋Ｙ方向に相対的に移動する場合（すなわち、基板Ｗを載置したステージ１０が、光学ユニット４０に対して、主走査軸（Ｙ軸）に沿って−Ｙ方向に相対的に移動される場合）（矢印ＡＲ２００）、描画対象位置Ｐ０の＋Ｙ側の領域が、描画予定領域となり、描画対象位置Ｐ０の−Ｙ側の領域が、描画完了領域となる。

観察撮像部５０は、基板Ｗの面内における、主走査軸（Ｙ軸）に沿って、描画対象位置Ｐ０を含む上記描画予定領域および描画完了領域を共に撮像する。観察撮像部５０は、具体的には、例えば、光源５１と、ビームスプリッタ５２と、絞り５３と、対物レンズ４５０と、ハーフミラー５４と、結像レンズ５５と、撮像素子５６とを含んで構成される。ただし、対物レンズ４５０は、投影光学系４５（当該観察撮像部５０が対応付けられた光学ユニット４０の投影光学系４５）との間で共用される。

観察撮像部５０の光学系について、具体的に説明する。光源５１は、典型的には基板Ｗ上に既に形成されたパターンを観察するための光（以下、「観察光」ともいう）を、Ｙ軸に沿って出射する。ただし、観察光は、基板Ｗ上のレジスト等を感光させない波長の光（典型的には可視光）とされる。光源５１から出射された観察光は、ビームスプリッタ５２において進行方向を変更されて、基板Ｗに向けて進行する。ここで、ビームスプリッタ５２は、空間光変調ユニット４４から出射されて基板Ｗに入射する描画光の光軸（以下、「描画光軸」ともいう）Ｌ０上に配置され、光源５１から出射される観察光の進行方向を、その光軸（以下、「観察光軸」ともいう）Ｌ１が、描画光軸Ｌ０と一致するような方向に変更する。

ビームスプリッタ５２は、例えば、誘電体多層膜コーティングにより、反射率及び透過率に波長依存性をもたせて、描画光の波長に対しては低反射率（高透過率）、観察光の波長に対しては高反射率となるようにしておくことが好ましい。この構成によると、描画光、観察光の両方に対して光量効率を良くすることができる。なお、後述するように、ビームスプリッタ５２は、少なくとも露光像が得られる程度の描画光が取得できるよう、描画光の波長に対しては一定の反射率が必要である。

ビームスプリッタ５２によって進行方向を変更された観察光の光軸Ｌ１上には（すなわち、描画光軸Ｌ０上には）、絞り５３および対物レンズ４５０が配置されている。したがって、ビームスプリッタ５２で進行方向を変更された観察光は、絞り５３を通して（ここで不要光をカットされて）、対物レンズ４５０によって基板の表面に集光される。なお、図４では、描画対象領域Ｐ０を含み、観察対象領域Ｐ１〜Ｐ２の範囲内に、観察光が照射される様子が示されている。

基板Ｗの表面で反射した観察光は、再び対物レンズ４５０に入射し、対物レンズ４５０にて平行光に近い光変換された上で、再びビームスプリッタ５２に入射する。そして、ビームスプリッタ５２において進行方向を変更されて、ハーフミラー５４に向けて進行する。ハーフミラー５４に入射した観察光は、撮像素子５６に向けて反射される。

また、投影光学系４５を介して照射され、基板Ｗの表面で反射した描画光は、上記観察光と同様に、再び対物レンズ４５０を通り、ビームスプリッタ５２に入射する。このビームスプリッタ５２は、露光像が得られる程度の描画光を反射する。そのため、基板Ｗの表面で反射した描画光の一部は、ビームスプリッタ５２において進行方向を変更されて、ハーフミラー５４に向けて進行する。ハーフミラー５４に入射した描画光は、観察光（の一部）とともに、撮像素子５６に向けて反射される。

ハーフミラー５４で進行方向を変更された描画光および観察光は、結像レンズ５５を介して、撮像素子５６に入射する。ここで、結像レンズ５５は、平行光に近い光に変換されている観察光を、撮像素子５６の撮像面に結像させるとともに、描画光も撮像素子５６の撮像面に結像させる。前述したように、観察光は露光波長とは異なる波長の光（典型的には可視光）であり、描画光は露光波長の光（典型的には紫外光）であるため、通常はこれらの光の像を共に結像させることはできない。しかし、詳しくは後述するように、この結像レンズ５５は、投影光学系により生じる色収差（ここでは対物レンズ４５０により生じる色収差）が補償されるように設計された色収差補正型のレンズとなっている。そのため、結像レンズ５５によって、異なる２つの波長の光において生じる色収差、ここでは後述するように軸上色収差が補正され、観察光および描画光が撮像素子５６の撮像面に結像されている。

図５は、色収差が補正されない場合の結像状態を示す図であり、図６は、色収差が補正される場合の結像状態を示す図である。図５に示すように、もし観察光Ｌｏについて色収差（特に軸上色収差）が補正されない、すなわち色収差補正型でない結像レンズ５５１が使用される場合、描画光Ｌｕｖは撮像素子５６の撮像面に結像されるが、観察光Ｌｏは結像されない。これに対して、図６に示すように、観察光Ｌｏについて色収差（特に軸上色収差）が補正される、すなわち色収差補正型の結像レンズ５５が使用される場合、描画光Ｌｕｖと観察光Ｌｏは、ともに撮像素子５６の撮像面に結像される。

図７は、撮像素子における撮像面の映像例を示す図である。図７に示されるように、撮像素子５６の撮像面５６０には、描画光Ｌｕｖにより生じる像Ｉｕｖと、観察光Ｌｏにより生じる像Ｉｏとが、ともに結像されて映ることになる。なお、ここでは、軸上色収差および倍率色収差が補正される例を示したが、倍率色収差は必ずしも補正されなくてもよい。描画光Ｌｕｖと観察光Ｌｏにおける軸上色収差が補正されない場合、いずれか一方の波長の光による像しか結像されないので、軸上色収差が補償されることは必要である。より具体的には、投影光学系４５は、描画光Ｌｕｖにおける各種収差が十分に小さくなるよう厳密に設計されている。よって、図５に示されるように、本実施形態における結像レンズ５５に代えて、色収差補正型でない結像レンズ５５１が使用される場合、観察光Ｌｏにおける色収差が補正されないことになる。その結果、観察光Ｌｏによる像が結像されない。したがって、観察光Ｌｏによる像を結像させるためには、結像レンズ５５は、少なくとも軸上色収差を補正するものでなければならない。

もっとも、結像レンズ５５が軸上色収差を補正し、倍率色収差を補正しないような色収差補正型のレンズである場合であっても、観察光Ｌｏによる像は結像されるが、その像の大きさは、描画光Ｌｕｖによる像の大きさとは異なる。そのため、これらの像を撮像素子５６によって取得し、そのままディスプレイなどに表示すると、表示される像の相対的な大きさが実際の像（現実の像）の相対的な大きさとは異なるため、異常な表示状態となってしまう。

しかし、この相対的な大きさは、倍率色収差がどのように生じているか、すなわち観察光Ｌｏによる像の大きさの倍率と、描画光Ｌｕｖによる像の大きさの倍率、またはこれらの大きさの相対的な倍率により、容易に補正することができる。例えば、倍率色収差によって、観察光Ｌｏによる像の大きさが、描画光Ｌｕｖによる像の大きさの２倍になっている場合には、観察光Ｌｏによる像の大きさを１／２倍することにより、表示される像の相対的な大きさを実際の像の相対的な大きさと同一に補正することができる。このような補正は、周知の画像処理技術や計算手法により、容易に実現することができる。

以上のように、結像レンズ５５が軸上色収差を補正し、倍率色収差を補正しないような色収差補正型のレンズは、不都合が生じないばかりか、設計が容易になり、製造コストを抑えることができる利点を有している。すなわち、軸上色収差に加えて、倍率色収差も補正しようとすれば、設計条件が厳しくなるため、レンズの枚数が増加したり、屈折率の選択幅が小さくなるなど、製造コストが上昇することになる。したがって、結像レンズ５５は、軸上色収差を補正し、倍率色収差を補正しない（すなわち倍率色収差を有する）ような色収差補正型のレンズであることが好ましい。このようなレンズの具体的な設計例については、詳しく後述する。

撮像素子５６は、例えば、マトリクス上に配列された複数の受光素子を備えるＣＣＤイメージセンサであり、受光素子の配列方向をＸ軸およびＹ軸にそれぞれ沿わせて配置される。撮像素子５６が、その撮像面に入射した光を光電変換することによって、基板Ｗの面内の像が撮像されることになる。撮像素子５６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Ｗの面内を撮像し、取得された撮像データを制御部９０に送信する。

制御部９０は、観察光および描画光による２つの像をそのまま、または上述したように倍率色収差を補正する処理を行った後、図示されないディスプレイに表示する。なお、この制御部９０における処理は一例であって、数値データをそのまま表示してもよいし、２つの像の相対距離を数値で表示してもよい。また、シンボルなどの簡易な図形によって、２つの像の相対位置を表示してもよい。

また、２つの像の相対距離を表示するのではなく、当該相対距離を算出する構成、具体的には当該相対距離に基づき、描画光Ｌｕｖの照射位置のずれを検出する構成であってもよい。すなわち、描画光Ｌｕｖによる像の位置が本来あるべき（理想的な）位置、ここではパターンデータＤにより定められる位置とどれだけずれているかを、観察光Ｌｏによって観察された像との相対距離を基準にすれば、容易に計算することができる。

＜３．結像レンズ５５の具体的な設計例＞
以下、図８から図１４までを参照しながら、一般的なシミュレーションソフトウェアを使用した結像レンズ５５の設計例について説明する。この設計例では、描画光Ｌｕｖの波長（以下、露光波長ともいう）を３５５［ｎｍ］とし、観察光Ｌｏの波長（以下、観察波長ともいう）を５４６［ｎｍ］とした。また、倍率色収差を有するよう、観察倍率は、観察波長で−８．４倍とし、露光波長で−１０倍とした。

さらに、投影光学系のレンズ（ここでは対物レンズ４５０）の画角を１度とし、開口数を０．２とし、露光波長での屈折率ｎ＝１．４７６０７、観察波長での屈折率ｎ＝１．４６００８の合成石英を硝材とし、焦点距離を２０［ｍｍ］としてシミュレーションを行った。なお、構成を簡略するために、このレンズには平行光が入射されるものとした。

図８は、投影光学系のレンズにおける波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。図８に示されるように、このレンズは全画角において、ＲＭＳ波面収差が０．０７λ以下となっており、ほぼ無収差と言える程度に、良好に収差が補正されていることがわかる。このような投影光学系レンズを介する場合の結像レンズによる色収差の補正について検討する。

図９は、色収差が補正されない結像レンズにおける、露光波長での波面収差と視野との関係を示すグラフ図であり、図１０は、色収差が補正されない結像レンズにおける、観察波長での波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。図９に示されるように、色収差が補正されない結像レンズであっても、露光波長では、ＲＭＳ波面収差が０．０７λ以下となり、良好な結像性能が得られていることが分かる。しかし、図１０に示されるように、観察波長では、ＲＭＳ波面収差が７λ程度となり、像の位置や形状を計測するには、不十分な結像性能しか得られていないことが分かる。なお、ここでの色収差が補正されない結像レンズは、合成石英を硝材とし、焦点距離を２００［ｍｍ］とした単レンズであるものとした。

図１１は、色収差が補正されない結像レンズにおける横収差を示す図である。この図１１に示されるように、観察光Ｌｏの波長（観察波長）では、横収差を表す直線の傾きが画角によらず等しく、さらにメリジオナル成分、サジタル成分についても等しいことから、結像性能の悪化は、明らかにデフォーカス成分が原因であり、軸上色収差の影響が強いことが分かる。

そこで、色収差が補正されるように、結像レンズ５５を設計した。図１２は、結像レンズ５５の形状を示す図である。図１２に示されるように、結像レンズ５５は、凸面を有する第１レンズと、凹面を有する第２レンズとを組み合わせてなる。具体的には、第１および第２レンズの焦点距離は、それぞれ露光波長で２０．９１４［ｍｍ］、−２０．０２８［ｍｍ］とし、第１レンズの硝材は、Ｎ−ＺＫ７（露光波長での屈折率ｎ＝１．５３０６２、観察波長での屈折率ｎ＝１．５１０４６）とし、第２レンズの硝材は、ＳＦ５（露光波長での屈折率ｎ＝１．７３７２３、観察波長での屈折率ｎ＝１．６７７６５）とした。これら第１レンズと第２レンズとを組み合わせた合成焦点距離は、露光波長で２００．１５３［ｍｍ］となる。

図１３は、結像レンズ５５における波面収差と視野との関係を示すグラフ図である。図１３に示されるように、この結像レンズ５５のＲＭＳ波面収差は、露光波長では０．１以下であり、観察波長でも０．１８以下であるため、像の位置や形状を計測するには、十分な結像性能が得られてることが分かる。

図１４は、結像レンズ５５における軸上色収差を示すグラフ図である。図１４に示されるように、この結像レンズ５５は、露光波長（３５５［ｎｍ］）と、観察波長（５４６［ｎｍ］）との２つの波長で、色収差が補正されていることが分かる。このような結像レンズ５５を使用することにより、上記のような簡単な設計および構成で、露光波長および観察波長で、同時にその像を観察することができる。

なお、結像レンズ５５の上記構成は、一例に過ぎず、色収差を補正するための周知の構成や周知の設計手法などを適宜採用することにより、様々な構成の結像レンズ５５を作成可能である。したがって、結像レンズ５５を構成するレンズ群は、典型的には凸面を有する第１のレンズと、凹面を有する第２のレンズとを含み、第１および第２のレンズは、互いに屈折率の異なる素材からなるが、このような構成に限定されるものではなく、３枚以上のレンズや、その他の周知の光学素子を適宜に組み合わせてもよい。

＜４．効果＞
以上のように、上記実施形態によれば、対象物である基板Ｗ上の描画光Ｌｕｖにより生じる像と、観察光Ｌｏにより生じる像を、１つの光路を介して撮像素子５６において取得することができるので、光路を分割する従来の構成とは異なり、上記２つの像の相対的な位置関係を精密に計測する（または観測する）ことが容易になる。また、分割された２つの光路の光軸調整を行う必要もないため、全体として光軸調整が容易となる。さらに、光路が１つであることで装置全体もコンパクトにすることができる。

さらに、光学ユニット４０と観察撮像部５０との間で対物レンズ４５０が共用されるので、描画装置１の部品点数を少なく抑えることができ、光学系の大型化が抑制される。また、光学ユニット４０と観察撮像部５０との間で対物レンズ４５０を共用する構成によると、オートフォーカスを実現するための機構（すなわち、対物レンズ４５０をＺ軸に沿って移動させる駆動機構および基板Ｗの面内の高さ位置を検出する位置検出機構）も、光学ユニット４０と観察撮像部５０との間で共用することができる。この点においても、描画装置１の部品点数を少なく抑えることができ、光学系の大型化が抑制される。

＜５．変形例＞
上記実施形態において、一対の光学ユニット４０および観察撮像部５０が、二組設けられる構成であったが、光学ユニット４０と観察撮像部５０とは必ずしも二個ずつ設けられる必要はない。例えば、一対の光学ユニット４０および観察撮像部５０が、一組設けられる構成であってもよいし、三組以上設けられる構成であってもよい。

また、上記の各実施形態では、空間光変調器４４１として変調単位である固定リボンと可動リボンとが一次元に配設された回折格子型の空間光変調器であるＧＬＶが用いられていたが、このような形態には限られない。例えば、ＧＬＶに限らず、ミラーのような変調単位が、一次元に配列されている空間光変調器が利用される形態であってもよい。また、例えば、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製）のような変調単位であるマイクロミラーが二次元的に配列された空間光変調器が利用されてもよい。

また、上記実施形態においては、変調した描画光によって基板上の感光材料を走査することにより、当該感光材料に直接パターンを露光する描画装置に本願発明が適用された場合について説明したが、本願発明は、光源とフォトマスクを用いて当該感光材料を面状に露光する露光装置に適用することもできる。また、上記のように基板面に回路パターンを形成するほか、立体的な微小構造物（マイクロレンズやマイクロセンサ等）を形成する場合にも適用することができる。このような構成でも、制御部９０は、例えばフォトマスクを移動させることによって、露光位置を補正することができる。

なお、上記の各実施形態では、基板Ｗを載置したステージ１０がステージ駆動機構２０によって移動されることで、光学ユニット４０，４０に対して基板Ｗを相対的に移動させる形態であったが、光学ユニット４０，４０に対して基板Ｗを相対的に移動させる態様はこれに限らない。例えば、光学ユニット４０，４０を主走査軸および副走査軸に沿って移動させることにより、光学ユニット４０，４０に対して基板Ｗを相対的に移動させる態様としてもよい。

１ 描画装置
１０ ステージ
２０ ステージ駆動機構
４０ 光学ユニット
５０ 撮像部
５１ 光源
５２ ビームスプリッタ
５３ 絞り
４５０ 対物レンズ
５４ ハーフミラー
５５ 結像レンズ
５６ 撮像素子
９０ 制御部
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 対象物を水平に保持するステージと、
   第１の波長を有する露光光を出射する露光用光源と、
   前記対象物に対し、前記露光用光源から出射される前記露光光を照射することにより、前記対象物にパターンを形成する描画手段と、
   前記描画手段により照射される前記露光光の照射位置を、前記ステージに保持される前記対象物に対して水平方向に相対移動させる移動手段と、
   前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する観察光を出射する観察用光源と、
   前記対象物から前記露光用光源までの前記露光光の光路に介挿されることにより、前記観察用光源からの前記観察光を前記対象物に照射するともに、前記対象物で反射される前記観察光および前記露光光を取得するサンプル手段と、
   前記サンプル手段により取得された前記観察光および前記露光光を共に結像させる色収差補正型の結像レンズ系と、
   前記結像レンズ系により結像された前記観察光および前記露光光の像を共に撮像する撮像手段と
   を備え、
   前記結像レンズ系は、前記対象物から前記サンプル手段までの光路における光学系により生じる前記観察光の結像状態の変化が補償されるよう定められる異なる屈折率を有する複数のレンズからなることを特徴とする、露光装置。
2. 前記結像レンズ系は、前記第１および第２の波長における軸上色収差を補正することを特徴とする、請求項１に記載の露光装置。
3. 前記結像レンズ系は、前記第１および第２の波長における倍率色収差を有し、
   前記撮像手段は、前記結像レンズ系の倍率色収差により、大きさが異なる前記観察光の像と前記露光光の像とを撮像することを特徴とする、請求項２に記載の露光装置。
4. 前記結像レンズ系は、凸面を有する第１のレンズと、凹面を有する第２のレンズとを含み、前記第１および第２のレンズは、互いに屈折率の異なる素材からなることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記露光光は、紫外線であり、
   前記観察光は、可視光であることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の露光装置。

Images