JP4721802B2 - テレセントリック光学系の自動光軸補正方法、自動光軸補正テレセントリック光学装置及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、共役焦点位置の相対位置の変動を引き起こすテレセントリック光学系の光軸の屈曲振動を電気光学的に自動補正し、テレセントリック光学系の共役焦点位置の変動を抑制するテレセントリック光学系の自動光軸補正方法、自動光軸補正テレセントリック光学装置及びそれを用いた露光装置に関するものである。

従来から、光学装置においては、位置合わせの精度向上の要請から、光学装置の構造体の変形により生ずる誤差成分が問題となっていた。

そこで、無限遠補正された一対の結像レンズから構成され、焦点面以外においても像の形状及び大きさが不変に保たれるテレセントリック光学系を備えた露光装置などの光学装置が広く知られている（特許文献１参照）。このような光学装置は、テレセントリック光学系を構成するレンズ対が光軸を平行移動しても像の移動が起こらないことから、機械的な振動に強いという特長を有している。

一方で、テレセントリック光学系を備えた光学装置であっても、レンズ対の光軸が屈曲するような光学系の捩れ変形に対しては像の移動が起こる。このため、テレセントリック光学系を備えた高性能顕微鏡や露光装置などの光学装置においては、レンズ対を固定する支持体を十分に捩れ剛性の高い構造とすることで、像の移動を生ずる光学装置の捩れ振動を許容内に抑制していた。
特開２００２−１２２７８１号公報

しかしながら、特に露光装置などで、大口径レンズにより構成される光軸距離の長い光学系を使用する場合は、レンズ対において十分に捩れ振動を抑制するために、重厚で大型の支持体構造が必要となる。このため、ウエハサイズの増大に伴ってレンズ口径が大型化する中で、光学装置が大型化して重量が増大すると共にコストが増大するという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、テレセントリック光学系を構成するレンズ対の支持体構造の剛性によらず、光軸の捩れによる像移動を自動的に補正するテレセントリック光学系の自動光軸補正方法、自動光軸補正テレセントリック光学装置及び露光装置を提供することである。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、第１レンズ及び第２レンズからなり無限遠補正された一対の結像レンズによって構成されるテレセントリック光学系と、前記第２レンズに向けて前記第１レンズの光軸と同軸にコリメート光を投射する検出用光源と、前記第１レンズ及び前記第２レンズの中間に位置し前記第１レンズ又は前記第２レンズから入射した光を他方のレンズに導き得るように構成されると共に前記コリメート光の伝播方向を外部電気信号により可変できるように構成された光偏向器と、前記第２レンズと光軸を共有し前記光偏向器から出射される前記コリメート光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点面に設けられ前記集光レンズから出射された前記コリメート光によって形成される光スポット位置を検出する光スポット位置検出器と、前記光スポット位置検出器によって検出された光スポット位置に基づき前記第１レンズ及び前記第２レンズの光軸の角度偏差が許容値以下となるような前記外部電気信号を生成し前記光偏向器を制御して、前記テレセントリック光学系の光軸の屈曲振動を光学的に補正する光軸制御装置と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、前記検出用光源としてレーザーを用いることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、前記検出用光源としてコリメートレンズを備えたファイバー光源を用いることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、前記光スポット位置検出器として４分割フォトダイオードを用いることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、前記光スポット位置検出器として位置センシティブ・フォトダイオードを用いることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、前記光スポット位置検出器としてＣＣＤアレイを用いることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜請求項６いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、前記光偏向器としてガルバノミラーを用いることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１〜請求項６いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、前記光偏向器として音響光学変調器を用いることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１〜請求項６いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置であって、前記光偏向器として液晶光偏向器を用いることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、露光装置であって、請求項１〜請求項９記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置を備え、前記テレセントリック光学系を結像光学系として露光パターンを基板上に転写することを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の露光装置であって、電気的に明暗状態を切り替えられるピクセルアレーからなる空間光変調器により形成した露光パターンを基板上に転写することを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、第１レンズ及び第２レンズからなり無限遠補正された一対の結像レンズによって構成されるテレセントリック光学系の光軸を自動的に補正する方法であって、検出用光源から前記第２レンズに向けて前記第１レンズの光軸と同軸にコリメート光を投射し、前記第１レンズ及び前記第２レンズの中間に位置し前記第１レンズ又は前記第２レンズから入射した光を他方のレンズに導き得るように構成されると共に前記コリメート光の伝播方向を外部電気信号により可変できるように構成された光偏向器を介して前記コリメート光を前記第２レンズと光軸を共有する集光レンズに導き、前記集光レンズの焦点面に設けられた光スポット位置検出器を使用して前記コリメート光により形成される光スポット位置を検出して、前記光スポット位置に基づき前記第１レンズ及び前記第２レンズの光軸の角度偏差が許容値以下となるような外部電気信号を生成し、前記外部電気信号により前記光偏向器を制御して前記コリメート光の伝播方向を変えることによって、前記テレセントリック光学系の光軸の屈曲振動を光学的に補正することを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項１２記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法であって、前記検出用光源としてレーザーを用いることを特徴とする。

請求項１４記載の発明は、請求項１２記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法であって、前記検出用光源としてコリメートレンズを備えたファイバー光源を用いることを特徴とする。

請求項１５記載の発明は、請求項１２〜請求項１４いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法であって、前記光スポット位置検出器として４分割フォトダイオードを用いることを特徴とする。

請求項１６記載の発明は、請求項１２〜請求項１４いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法であって、前記光スポット位置検出器として位置センシティブ・フォトダイオードを用いることを特徴とする。

請求項１７記載の発明は、請求項１２〜請求項１４いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法であって、前記光スポット位置検出器としてＣＣＤアレイを用いることを特徴とする。

請求項１８記載の発明は、請求項１２〜請求項１７いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法であって、前記光偏向器としてガルバノミラーを用いることを特徴とする。

請求項１９記載の発明は、請求項１２〜請求項１７いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法であって、前記光偏向器として音響光学変調器を用いることを特徴とする。

請求項２０記載の発明は、請求項１２〜請求項１７いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法であって、前記光偏向器として液晶光偏向器を用いることを特徴とする。

請求項２１記載の発明は、請求項１２〜請求項２０記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法を使用し、前記テレセントリック光学系を結像光学系として露光パターンを基板上に転写することを特徴とする。

請求項２２記載の発明は、請求項２１記載の露光方法であって、電気的に明暗状態を切り替えられるピクセルアレーからなる空間光変調器により形成した露光パターンを基板上に転写することを特徴とする。

請求項１又は請求項１２記載の発明によれば、第１レンズの光軸と同軸のコリメート光を投射し、第２レンズと光軸を共有する集光レンズの焦点面に像を形成して光スポット位置を検出することから、第１レンズ及び第２レンズの光軸が屈曲するような光学系の捩れ変形に起因する光スポット位置のずれを検出することが可能となる。
また、検出した光スポット位置に基づき、第１レンズ及び第２レンズの光軸の角度偏差が常に許容値以下となるように光偏向器を制御することから、レンズの支持体構造の剛性によらず、光軸の捩れによる像移動を光学的に自動補正することが可能となる。
更に、検出用光源によって仮想的に像を形成して光スポット位置を検出することから、光スポット位置を検出する機器がテレセントリック光学系の物体空間と像空間を占有することがなく、テレセントリック光学系の結像光学系としての実用性を向上させることができる。

請求項２又は請求項１３記載の発明によれば、レーザー光により光スポット位置を検出することが容易となる。

請求項３又は請求項１４記載の発明によれば、コリメート光により光スポット位置を検出することが容易となる。

請求項４又は請求項１５記載の発明によれば、４分割フォトダイオードの同一光電面で４分割された光電流により光スポット位置を判断することが可能となる。

請求項５又は請求項１６記載の発明によれば、光スポット位置の変位量を検出することが可能となる。

請求項６又は請求項１７記載の発明によれば、光スポット位置の変位量を検出することが可能となる。

請求項７又は請求項１８記載の発明によれば、ガルバノミラーによりテレセントリック光学系の透過光を２次元上で移動させることが可能となる。

請求項８又は請求項１９記載の発明によれば、音響光学変調器により高速にテレセントリック光学系の透過光を２次元上で移動させることが可能となる。

請求項９又は請求項２０記載の発明によれば、液晶光偏向器のセルへの印加電圧により結晶軸の傾斜角を制御して、テレセントリック光学系の透過光を２次元上で移動させることが可能となる。

請求項１０又は請求項２１記載の発明によれば、露光装置が備えるテレセントリック光学系において光軸の屈曲振動を自動的に補正することが可能となる。

請求項１１又は請求項２２記載の発明によれば、空間光変調器により所望の露光パターンを形成して基板上に転写することが可能となる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

図１は本実施形態に係る自動光軸補正テレセントリック光学装置を備えた露光装置１の概略構成図である。

本実施形態の露光装置１は、露光光学系として、露光用光源２、リフレクタ３、液晶ディスプレイ４、両側テレセントリック光学系を構成するレンズ系５，６及び光偏向器７，８を備えており、液晶ディスプレイ４で形成した露光パターンを平板状基板９に転写するようになっている。このうち、光偏向器７，８は後述する検出用光学系としての機能を兼ねている。

平板状基板９は表面が平らなもので、半導体基板がその代表的なものである。平板状基板９は特に限定はされないが、ＸＹθステージ１０上に設置されている。このＸＹθステージ１０は、レンズ系５，６の光軸に直交する面内において、直交する２方向に平板状基板９を移動させたり、回転させたり、レンズ系５，６の光軸方向に平板状基板９を移動させたりすることができるように構成されている。

なお、露光装置１には互いに通信可能なネットワークを介してパーソナルコンピュータなどの制御装置１１が接続されており、露光装置１の各構成部分に種々の指示信号を送信することが可能となっている。

露光用光源２としては、特に制限はされないが、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、発光ダイオード又はレーザーなどが用いられる。また、露光用光源２の近くに設置されるリフレクタ３は、露光用光源２からの光を反射して集束光として次段の液晶ディスプレイ４に向ける作用をなす。なお、露光用光源２からの光を平行光として液晶ディスプレイ４に照射するようにしてもよい。

液晶ディスプレイ４は、液晶が充填されたセグメントが縦横に並設された透過型の液晶ディスプレイとして構成されている。

両側テレセントリック光学系を構成するレンズ系５，６は、２分割された鏡筒１２，１３によってそれぞれ支持されており、液晶ディスプレイ４の透過光による露光パターンを平板状基板９に結像する働きをする。なお、レンズ系５，６は露光パターンを平板状基板９に結像できるものであればよく、両側テレセントリック光学系に限定されない。

光偏向器７，８は、レンズ系５を支持する鏡筒１２とレンズ系６を支持する鏡筒１３との中間に設けられており、レンズ系５又はレンズ系６から入射した光を他方のレンズに導き得るように構成されると共に、外部電気信号により露光用光源２の出力光の伝播方向を偏向して２次元上で移動させることによって、レンズ系５，６の光軸の捩れに起因する像位置のずれを補正することができるようになっている。本実施形態の光偏向器７，８は互いに直交する方向に光を偏向するように構成されており、光偏向器７はＸＹθステージ１０のｘ軸方向に、光偏向器８はＸＹθステージ１０のｙ軸方向に、露光用光源２の出力光を偏向するようになっている。なお、光偏向器７，８は露光用光源２の出力光を２次元上で移動させることができるものであればよく、互いに直交する方向に偏向する構成のみならず、互いに平行な方向でなければ、あらゆる方向に偏向する構成とすることが可能である。

本実施形態の光偏向器７，８としては、ミラーの振り角度に応じて露光用光源２の出力光の主光線を光軸に対して傾斜するガルバノミラーが使用されている。ガルバノミラーの回転軸は、概ね直交するように配置する。これにより、露光用光源２の出力光をＸＹθステージ１０に支持された平板状基板９の上で移動させることが可能となっている。また、光偏向器７，８としては、超音波周波数変調で音響光学素子の疎密を変化させ、回折光の射出角度を変化させることにより高速走査することが可能な音響光学偏向器や、液晶セルに電圧を印加して液晶の光学軸を回転することにより光を偏向する液晶光偏向器などを使用することも可能である。

なお、光偏向器７，８には光軸制御装置１４がそれぞれ電気的に接続されており、光軸制御装置１４は制御装置１１に接続されている。

また、露光装置１は、自動光軸補正テレセントリック光学装置を構成する検出光学系として検出用光源１５、光偏向器７，８、ハーフミラー１６，１７、集光レンズ１８及び光スポット位置検出器１９を備えている。このうち、光偏向器７，８は上述したように露光光学系としての機能を兼ねている。

検出用光源１５は、レンズ系６を支持する鏡筒１３の側面からコリメートされたレーザー光を出射するようになっている。なお、検出用光源１５としては、図２に示すようなファイバー２０及びコリメートレンズ２１を具備したファイバー光源２２を用いることも可能である。

ハーフミラー１６，１７は、レンズ系５，６を支持する鏡筒１２，１３の内部に、レンズ系５，６の光軸に対して概ね４５°となるように設けられている。これにより、ハーフミラー１７は検出用光源１５から出射されたレーザー光を光偏向器７の方向に反射し、ハーフミラー１６は光偏向器８から投射されたレーザー光を集光レンズ１８の方向に反射させるようになっている。

集光レンズ１８は、レンズ系５と光軸を共有するように鏡筒１２の側面に設けられており、ハーフミラー１６から投射されたレーザー光を光スポット位置検出器１９に光スポットとして集光するようになっている。

光スポット位置検出器１９は、集光レンズ１８の焦点面に設けられており、集光レンズ１８から出射されたコリメート光によって形成される光スポット位置を検出するようになっている。すなわち、レンズ系６を支持する鏡筒１３が備える検出用光源１５から出射されたレーザー光の光スポット位置を、レンズ系５を支持する鏡筒１２が備える光スポット位置検出器１９で検出することにより、レンズ系５，６の光軸がずれた場合の光スポット位置を検出することができるようになっている。

図３に示すように、本実施形態の光スポット位置検出器１９は、光スポット位置センサとしての４分割フォトダイオードである。４分割フォトダイオードには、同一光電面で４分割された光電流Ｉ_A〜Ｉ_Dを独立して出力可能な４つの電極が設けられている。このような構成により、光スポット位置検出器１９としての４分割フォトダイオードは、光電面における光スポット位置の偏りを反映した電気信号を出力するようになっている。なお、光スポット位置検出器１９として位置センシティブ・フォトダイオードやＣＣＤアレイなどを使用することにより、ｘ−ｙ平面上の光スポット位置の変位量を検出することも可能である。

次に、図４に自動光軸補正テレセントリック光学装置を備えた露光装置１の機能的構成を示す。

図４に示すように、本実施形態に係る露光装置１は制御装置１１を備えている。制御装置１１が備える制御部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、書き換え可能な半導体素子で構成されるＲＡＭ（Random Access Memory）及び不揮発性の半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read Only Memory）から構成されており、ＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開して、ＣＰＵによってこの処理プログラムを実行するようになっている。

図４に示すように、制御部２３には、入力部２４、記憶部２５、露光用光源２、液晶ディスプレイ４、検出用光源１５、光スポット位置検出器１９、光偏向器７，８を制御する光軸制御装置１４及びステージ駆動部２６が接続されている。

入力部２４は、キーボード、マウス、タッチパネルなどから構成され、ユーザによる指示入力ができるようになっている。また、入力部２４は、ディスクなどの記録媒体などを装填して所定の情報を読み出すように構成することも可能である。

記憶部２５は、半導体メモリなどからなる記録用のメモリであり、入力部２４から入力された情報や、光スポット位置検出器１９によって検出された光スポット位置などを記録する記録領域を有している。記憶部２５は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや、着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。

露光用光源２は、平板状基板９を露光するための光を出力するようになっている。

液晶ディスプレイ４は、それぞれのセグメントに印加する電圧の制御により、露光用光源２の出力光の透過を制御して所望の露光パターンを形成するようになっている。

検出用光源１５は、光軸傾斜角を検出するためのコリメートされたレーザー光を出射するようになっている。

光スポット位置検出器１９としての４分割フォトダイオードは、検出用光源１５からレーザー光が照射されると、光電面における光スポット位置の偏りを反映した電気信号を出力して制御部２３に送信するようになっている。また、制御部２３はその電気信号に基づき、光スポット位置の偏りを補正する制御信号を生成して光軸制御装置１４に送信するようになっている。

光軸制御装置１４は、制御部２３から送信された外部電気信号に基づき、光偏向器７，８を制御することによって、レンズ系５，６の光軸の角度偏差θを許容値以下とするようになっている。

すなわち、理想的な両側テレセントリック光学系では、レンズ系５，６の光軸は常に平行に維持され、レンズ系５の像面上の点Ａは、それと共役なレンズ系６の像面上の点Ａ’に結像される。そして、レンズ系５，６の光軸が平行であるかぎり、レンズ系５，６の光軸が平行移動しても、レンズ系５及び点Ａの相対的位置関係と、レンズ系６及び点Ａ’の相対的位置関係は、共に不変に保たれる。しかし、実際にはレンズ系５，６を支持する支持体の捩れ剛性は有限であり、支持体の振動による光軸の角度ずれが避けられない。

そこで、本実施形態では、レンズ系５，６を鏡筒１２，１３により支持した上で、鏡筒１２，１３の中間に光偏向器７，８を配置することにより、光軸の角度偏差θを補正するようになっている。

ここで、レンズ系５，６の光軸の角度偏差をθ、レンズ系５の焦点距離をｆ₁、レンズ系６の焦点距離をｆ₂、レンズ系５の像面上の点をＡ、レンズ系５，６の光軸が平行である場合のレンズ系６側における像の結像位置をＡ’とすると、光軸の捩れによって移動した結象位置Ａ’’の変位量は、下記式（１）によって表される。

また、同様の場合に、レンズ系６の像面上の点をＡ’、 レンズ系５，６の光軸が平行であった場合のレンズ系５側における像の結像位置をＡとすると、光軸の捩れによって移動した結象位置Ａ’’’の変位量は、下記式（２）によって表される。

上記式（１）で示すレンズ系６側における光スポット位置の変位量及び上記式（２）で示すレンズ系５側における光スポット位置の変位量のいずれも、レンズ系５，６の光軸の角度偏差θに比例している。このように、光スポット位置の変位量と角度偏差θは比例関係にあることから、レンズ系５側、レンズ系６側又はその双方における光スポット位置の変位量が反映された電気信号で光偏向器７，８としてのガルバノミラーの振り角度を制御することによって、レンズ系５，６の光軸の角度偏差θを所定の許容値以下とすることができる。

本実施形態では、光スポット位置検出器１９としての４分割フォトダイオードの光電面における光スポット位置の変位量は４分割フォトダイオードから出力される電気信号に反映されることから、４分割フォトダイオードから出力された電気信号に基づいて制御部２３が生成した光スポット位置の偏りを補正する制御信号で光偏向器７，８を制御することによって、レンズ系５，６の光軸の角度偏差θを許容値以下とすることができるようになっている。これにより、レンズ系５，６の光軸の捩れに起因する平板状基板９における像の移動が補正される。

ステージ駆動部２６は、平板状基板９を支持するＸＹθステージ１０の上下移動や傾斜を制御することにより、レンズ系６から平板状基板９に入射する光の位置を調整するようになっている。

次に、本実施形態に係る露光装置１を使用した本発明のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法について説明する。

露光が開始されると、レンズ系６を支持する鏡筒１３が備える検出用光源１５から出射されたレーザー光は、ハーフミラー１７により光偏向器７，８に反射される。また、光偏向器７，８から投射されたレーザー光は、レンズ系５を支持する鏡筒１２が備えるハーフミラー１６により、レンズ系５と光軸を共有する集光レンズ１８の方向に反射される。

次に、集光レンズ１８はレーザー光を集光して光スポット位置検出器１９に投射する。

続いて、光スポット位置検出器１９としての４分割フォトダイオードは、光電面におけるレーザー光の光スポット位置の偏りを反映した電気信号を出力し、制御部２３に送信する。すると、制御部２３はその電気信号に基づき、光スポット位置の偏りを補正する制御信号を生成して光軸制御装置１４に送信する。

次に、露光用光源２が光を出力すると、リフレクタ３の反射光は液晶ディスプレイ４を透過してテレセントリックレンズ光学系のレンズ系５に入射する。そして、レンズ系５を透過した光は光偏向器７，８に投射される。

続いて、光軸制御装置１４は、制御部２３から送信された外部電気信号に基づき光偏向器７，８としてのガルバノミラーの振り角度を制御することによって、レンズ系５，６の光軸の角度偏差θを許容値以下とする。そして、光偏向器７，８により偏向された光はレンズ系６を透過して平板状基板９に投射される。これにより、レンズ系５，６の光軸の捩れに起因する平板状基板９における像の移動が補正される。

以上より本実施形態の露光装置１が備える自動光軸補正テレセントリック光学装置及びこれを用いたテレセントリック光学系の自動光軸補正方法によれば、レンズ系６の光軸と同軸のコリメート光を投射し、レンズ系５と光軸を共有する集光レンズ１８の焦点面に像を形成して光スポット位置を検出することから、レンズ系５，６の光軸が屈曲するような光学系の捩れ変形に起因する光スポット位置のずれを検出することが可能となる。

また、検出した光スポット位置に基づき、第１レンズ及び第２レンズの光軸の角度偏差が常に許容値以下となるように光偏向器７，８を制御することから、レンズの支持体構造の剛性によらず、光軸の捩れによる像移動を光学的に自動補正することが可能となる。

更に、検出用光源１５によって仮想的に像を形成して光スポット位置を検出することから、光スポット位置を検出するための検出用光源１５及び光スポット位置検出器１９がテレセントリック光学系の物体空間と像空間を占有することがなく、テレセントリック光学系の結像光学系としての実用性を向上させることができる。

また、検出用光源１５がコリメートされたレーザ光を出力することにより、光スポット位置を検出することが容易となる。

また、４分割フォトダイオードの使用により、光電面におけるレーザ光の光スポット位置の偏りを反映した電気信号を出力することが可能となる。なお、フォトダイオードアレイやＣＣＤアレイなどの使用によりｘ−ｙ平面上の光スポット位置の変位量を検出することも可能である。

また、光偏向器７，８としてガルバノミラーを用いることによりテレセントリック光学系の透過光を二次元走査することが可能となる。また、音響光学変調器によれば高速にテレセントリック光学系の透過光を二次元走査することが可能となり、液晶光偏向器によればセルへの印加電圧により結晶軸の傾斜角を制御してテレセントリック光学系の透過光を二次元走査することが可能となる。

なお、上記実施形態は、制御装置１１の制御部２３がＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開し、ＣＰＵによってこの処理プログラムを実行することにより露光装置の各構成部分を駆動制御する構成（プログラムドロジック）としてもよいし、プログラムによる処理を行わずに、有接点式リレーやデジタルＩＣなどを有するハードウェアにより各構成部分の制御を行う構成（ワイヤードロジック）としてもよい。

また、本実施形態では、本発明に係る自動光軸補正テレセントリック光学装置又はテレセントリック光学系の自動光軸補正方法が露光装置１に適用される場合について説明したが、本発明は、撮像装置などの他の光学装置に適用することも可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成及びその作用について説明する。

図５は本実施形態に係る露光装置１の概略構成図である。

本実施形態の露光装置１は、露光光学系として露光用光源２７、リフレクタ２８及び空間光変調器としてのＤＭＤ２９を備える点で第１の実施形態と相違している。

露光用光源２７としては一般にＤＭＤに使用される公知の光源を使用することが可能であり、例えば、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプなどを使用することができる。

リフレクタ２８は露光用光源２７の出力光を反射して集束光とし、鏡筒１２の側方から鏡筒１２に向けて、レンズ系５の光軸とほぼ垂直に光を投射するようになっている。そして、リフレクタ２８の反射光は鏡筒１２の側面に形成された開口部３０からハーフミラー１７に投射され、ハーフミラー１７で反射されて、ＤＭＤ２９に入射するようになっている。

ＤＭＤ２９は２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、ピクセル毎にメモリ素子による静電界作用によって微小ミラーの傾きが制御可能で、微小ミラーの光の反射角度を変化させることによってＯＮ／ＯＦＦ状態を作る反射形表示素子であり、任意の露光パターンを保持することが可能となっている。

次に、図６に露光装置１の機能的構成を示す。

図６に示すように、本実施形態の露光装置１は制御部２３に露光用光源２７及びＤＭＤ２９が接続されている点で第１の実施形態と相違する。

露光用光源２７は、ＤＭＤ２９がパターン情報に応じて変調して光学像を形成するための光を出力するようになっている。

ＤＭＤ２９は、制御部２３の指示信号によって微小ミラーの光の反射角度を変化させることにより、所定の露光パターンに対応する微小ミラーの光の投射をＯＮとして、所望の露光パターンを形成するようになっている。

次に、本実施形態に係る露光装置１を使用した本発明の露光方法について説明する。

露光が開始され、検出用光源１５からレーザー光が照射されると、光スポット位置検出器１９が光スポット位置の偏りを反映した電気信号を出力し、制御部２３がその電気信号に基づき光スポット位置の偏りを補正する制御信号を生成して光軸制御装置１４に送信する点は第１の実施形態と同様である。

次に、露光用光源２７が光を出力すると、リフレクタ２８は鏡筒１２の側方から鏡筒１２に向けてほぼ垂直に集束光を投射する。そして、リフレクタ２８の反射光は鏡筒１２の側面に形成された開口部３０からハーフミラー１７に投射され、ハーフミラー１７で反射されてＤＭＤ２９に入射する。

続いて、制御部２３は、ＤＭＤ２９が備える微小ミラーの光の反射角度を変化させることによりＤＭＤ２９に所望の露光パターンを形成させる。このミラーパターンは露光パターンとなる。そして、ＤＭＤ２９の反射光は次段のレンズ系５に入射する。更に、レンズ系５を透過した光は光偏向器７，８に投射され、光偏向器７，８により角度偏差θが許容値以下となるように偏向された光は、レンズ系６を透過して平板状基板９に投射される。これにより、レンズ系５，６の光軸の捩れに起因する平板状基板９における像の移動が補正される。

以上より本実施形態の露光装置１が備える自動光軸補正テレセントリック光学装置及びこれを用いたテレセントリック光学系の自動光軸補正方法によれば、空間光変調器としてのＤＭＤ２９によって所望の露光パターンを形成し、その露光パターンを基板上に転写することが可能となる。この際、光スポット位置を検出して、レンズ系５，６の光軸の角度偏差が常に許容値以下となるように光偏向器７，８を制御することによって、テレセントリック系の光軸の捩れによる像移動を光学的に自動補正することができる。

以上詳細に説明したように、本発明のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法、自動光軸補正テレセントリック光学装置及びこれを用いた露光装置によれば、レンズの支持体構造の剛性によらず、光軸の捩れによる像移動を光学的に自動補正することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る表面検出装置の全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る検出用光源の他の例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る４分割フォトダイオードの受光領域を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る表面検出装置の機能的構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る表面検出装置の全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る表面検出装置の機能的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 露光装置
２ 露光用光源
３ リフレクタ
４ 液晶ディスプレイ
５，６ レンズ系
７，８ 光偏向器
９ 平板状基板
１０ ステージ
１１ 制御装置
１２，１３ 鏡筒
１４ 光軸制御装置
１５ 検出用光源
１６，１７ ハーフミラー
１８ 集光レンズ
１９ 光スポット位置検出器
２０ ファイバー
２１ コリメートレンズ
２２ ファイバー光源
２３ 制御部
２４ 入力部
２５ 記憶部
２６ ステージ駆動部
２７ 露光用光源
２８ リフレクタ
２９ ＤＭＤ
３０ 開口部

Claims (22)

1. 第１レンズ及び第２レンズからなり無限遠補正された一対の結像レンズによって構成されるテレセントリック光学系と、前記第２レンズに向けて前記第１レンズの光軸と同軸にコリメート光を投射する検出用光源と、前記第１レンズ及び前記第２レンズの中間に位置し前記第１レンズ又は前記第２レンズから入射した光を他方のレンズに導き得るように構成されると共に前記コリメート光の伝播方向を外部電気信号により可変できるように構成された光偏向器と、前記第２レンズと光軸を共有し前記光偏向器から出射される前記コリメート光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点面に設けられ前記集光レンズから出射された前記コリメート光によって形成される光スポット位置を検出する光スポット位置検出器と、前記光スポット位置検出器によって検出された光スポット位置に基づき前記第１レンズ及び前記第２レンズの光軸の角度偏差が許容値以下となるような前記外部電気信号を生成し前記光偏向器を制御して、前記テレセントリック光学系の光軸の屈曲振動を光学的に補正する光軸制御装置と、を備えることを特徴とする自動光軸補正テレセントリック光学装置。
2. 前記検出用光源としてレーザーを用いることを特徴とする請求項１記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置。
3. 前記検出用光源としてコリメートレンズを備えたファイバー光源を用いることを特徴とする請求項１記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置。
4. 前記光スポット位置検出器として４分割フォトダイオードを用いることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置。
5. 前記光スポット位置検出器として位置センシティブ・フォトダイオードを用いることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置。
6. 前記光スポット位置検出器としてＣＣＤアレイを用いることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置。
7. 前記光偏向器としてガルバノミラーを用いることを特徴とする請求項１〜請求項６いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置。
8. 前記光偏向器として音響光学変調器を用いることを特徴とする請求項１〜請求項６いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置。
9. 前記光偏向器として液晶光偏向器を用いることを特徴とする請求項１〜請求項６いずれか一項に記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置。
10. 請求項１〜請求項９記載の自動光軸補正テレセントリック光学装置を備え、前記テレセントリック光学系を結像光学系として露光パターンを基板上に転写することを特徴とする露光装置。
11. 電気的に明暗状態を切り替えられるピクセルアレーからなる空間光変調器により形成した露光パターンを基板上に転写することを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
12. 第１レンズ及び第２レンズからなり無限遠補正された一対の結像レンズによって構成されるテレセントリック光学系の光軸を自動的に補正する方法であって、検出用光源から前記第２レンズに向けて前記第１レンズの光軸と同軸にコリメート光を投射し、前記第１レンズ及び前記第２レンズの中間に位置し前記第１レンズ又は前記第２レンズから入射した光を他方のレンズに導き得るように構成されると共に前記コリメート光の伝播方向を外部電気信号により可変できるように構成された光偏向器を介して前記コリメート光を前記第２レンズと光軸を共有する集光レンズに導き、前記集光レンズの焦点面に設けられた光スポット位置検出器を使用して前記コリメート光により形成される光スポット位置を検出して、前記光スポット位置に基づき前記第１レンズ及び前記第２レンズの光軸の角度偏差が許容値以下となるような外部電気信号を生成し、前記外部電気信号により前記光偏向器を制御して前記コリメート光の伝播方向を変えることによって、前記テレセントリック光学系の光軸の屈曲振動を光学的に補正することを特徴とするテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
13. 前記検出用光源としてレーザーを用いることを特徴とする請求項１２記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
14. 前記検出用光源としてコリメートレンズを備えたファイバー光源を用いることを特徴とする請求項１２記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
15. 前記光スポット位置検出器として４分割フォトダイオードを用いることを特徴とする請求項１２〜請求項１４いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
16. 前記光スポット位置検出器として位置センシティブ・フォトダイオードを用いることを特徴とする請求項１２〜請求項１４いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
17. 前記光スポット位置検出器としてＣＣＤアレイを用いることを特徴とする請求項１２〜請求項１４いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
18. 前記光偏向器としてガルバノミラーを用いることを特徴とする請求項１２〜請求項１７いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
19. 前記光偏向器として音響光学変調器を用いることを特徴とする請求項１２〜請求項１７いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
20. 前記光偏向器として液晶光偏向器を用いることを特徴とする請求項１２〜請求項１７いずれか一項に記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法。
21. 請求項１２〜請求項２０記載のテレセントリック光学系の自動光軸補正方法を使用し、前記テレセントリック光学系を結像光学系として露光パターンを基板上に転写することを特徴とする露光方法。
22. 電気的に明暗状態を切り替えられるピクセルアレーからなる空間光変調器により形成した露光パターンを基板上に転写することを特徴とする請求項２１記載の露光方法。

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