JP5117250B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光材料に露光によりパターンを描画する露光処理に用いられる露光装置に関する。

液晶パネルや半導体装置の製造工程では、露光処理により、基板上の感光材料にパターンが描画される。露光処理に用いられる露光装置は、光源と、光源からの光を感光材料上に投影する投影光学系とを備えている。露光処理時には、感光材料上に投影（結像）される光により、感光材料が選択的に露光される。この選択的な露光により、感光材料にパターンが描画される。

露光装置には、光源として、レーザを採用したものがある。レーザービームは、コヒーレンスが非常に高いので、レーザを採用した露光装置では、投影面である感光材料の上面にレーザビームの焦点を合わせることが重要である。そのため、焦点を投影面に合わせるための調整（焦点調整）が行われる。
焦点調整時には、投影光学系の解像限界に近い周期（＝線幅＋線間幅）のラインアンドスペースパターン（以下、「Ｌ／Ｓパターン」という。）が投影面に投影される。その一方で、投影光学系に含まれるフォーカスレンズが光軸方向に移動されることにより、焦点が投影面に対して光軸方向に変動される。そして、ＣＣＤセンサを含む観察用光学系により、投影面上のＬ／Ｓパターンが連続的に読み取られ、画像処理により、焦点の変動によるＬ／Ｓパターンのコントラストの変化が取得される。焦点が投影面に合うと、コントラストが極大値となるので、そのコントラストが極大値となるときの焦点の位置が合焦位置として検出される。
特開平５−１５０１７５号公報

図１３Ａは、周期ＰのＬ／Ｓパターンおよび投影面上の周期ＰのＬ／Ｓパターンの濃度プロファイルを示す図である。図１３Ｂは、焦点の変動に伴う周期ＰのＬ／Ｓパターンのコントラストの変化を示すグラフである。
図１３Ａに示すように、焦点がＰ^２／λ（λ：レーザビームの波長）だけ移動されるごとに、Ｌ／Ｓパターンが投影面に明瞭に現れ、また、Ｌ／Ｓパターンのラインとスペースとが反転（明暗が反転）する。したがって、図１３Ｂに示すように、Ｌ／Ｓパターンのコントラストは、周期Ｐ^２／λごとに極大値をとる。そのため、焦点の変動範囲がＰ^２／λよりも大きいと、その変動範囲で焦点を変動させたときに、コントラストが極大値となる焦点の位置が複数検出され、合焦位置の正確な検出が困難である。

そこで、本発明の目的は、合焦位置を正確かつ容易に検出することができる、露光装置を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、波長λの光を出射する光源と、光源からの光が照射され、周期Ｐ _１ のラインアンドスペースパターンと周期Ｐ _２ のラインアンドスペースパターンとを含む複数種類のＬ／Ｓパターンを光源からの光により作成するパターン作成手段と、前記Ｌ／Ｓパターンを所定の投影面に投影する投影光学系と、前記投影光学系から出射される光の焦点の位置を変更する焦点位置変更手段と、焦点位置を一定範囲で変動させながら、周期Ｐ _１ と周期Ｐ _２ のラインアンドスペースパターンそれぞれのコントラストを計測し、両パターンのコントラストを各焦点位置ごとに合計し、変動させた焦点位置の範囲の中で、コントラストの合計が最も大きな極大値をとる焦点位置を合焦位置として検出する検出手段とを備え、前記周期Ｐ_１は、λ／ＮＡ＜Ｐ_１＜２λ／ＮＡ（ＮＡ：前記投影光学系の像側開口数）を満たし、前記周期Ｐ_２は、１．２Ｐ_１＜Ｐ_２＜１．６Ｐ_１を満たす、露光装置である。

この構成によれば、パターン作成手段により、波長λの光によるＬ／Ｓパターンが作成される。Ｌ／Ｓパターンは、投影光学系により、所定の投影面に投影される。Ｌ／Ｓパターンには、λ／ＮＡ＜Ｐ_１＜２λ／ＮＡを満たす周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンと、１．２Ｐ_１＜Ｐ_２＜１．６Ｐ_１を満たす周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンとが含まれる。
周期Ｐ_１が投影光学系の解像限界（≒λ／２ＮＡ）の２〜４倍に設定され、周期Ｐ_２が周期Ｐ_１よりも長く設定されているので、焦点が投影面に合った状態で、周期Ｐ_１および周期Ｐ_２の各Ｌ／Ｓパターンを投影面に良好に投影することができる。

焦点を一定範囲で変動させつつ、周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンを投影面に投影させると、投影面上の周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンのコントラストは、焦点の移動に伴い、周期Ｐ_１ ^２／λごとに極大値をとるように変化する。一方、焦点を一定範囲で変動させつつ、周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンを投影面に投影させると、投影面上の周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストは、焦点の移動に伴い、周期Ｐ_２ ^２／λごとに極大値をとるように変化する。そして、焦点の位置が互いに同じ位置での周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンのコントラストと周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストとの合計値（以下、単に「合計値」という。）は、焦点の移動に伴い、複数の極大値および極小値を有するように変化し、その極大値は、周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンのコントラストおよび周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストがともに極大値であるときの焦点の位置で最も大きな値となる。この最も大きな極大値は、焦点の移動に伴い、少なくとも周期Ｐ_１ ^２／λよりも長い周期で現れる。そのため、焦点の変動範囲がＰ_１ ^２／λよりも大きくても、その変動範囲が合計値の最も大きな極大値が現れる周期よりも小さければ、焦点を変動させたときに、合計値が最も大きな極大値となる焦点の位置は１つとなる。よって、合計値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置を合焦位置として検出することにより、合焦位置を正確かつ容易に検出することができる。

また、周期Ｐ_２がＰ２＝１．２Ｐ_１またはＰ２＝１．６Ｐ_１であれば、焦点が合焦位置からＰ_１ ^２／λだけずれた位置で、周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンのコントラストが極大値となり、周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストが極大値の約１／２となる。したがって、焦点の位置が合焦位置であるときの合計値と、焦点が合焦位置からＰ_１ ^２／λだけずれた位置であるときの合計値とに差を持たせることができる。そのため、周期Ｐ_２が１．２Ｐ_１＜Ｐ_２＜１．６Ｐ_１を満たすことにより、合焦位置をより正確に検出することが可能となる。

焦点の変動範囲が大きいために、合計値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置が複数検出される場合には、請求項２に記載のように、前記Ｌ／Ｓパターンに、１．２Ｐ２＜Ｐ_３＜１．６Ｐ２を満たす周期Ｐ_３のＬ／Ｓパターンがさらに含まれるとよい。この場合、投影面上の周期Ｐ_３のＬ／Ｓパターンのコントラストを合計値に足し合わせた値は、焦点の移動に伴い、その最も大きな極大値がさらに長い周期（合計値の最も大きな極大値が現れる周期よりも長い周期）で現れる。これにより、合焦位置を正確に検出することができる。

前記パターン作成手段は、請求項３に記載のように、前記光源からの光を変調し、その変調により前記Ｌ／Ｓパターンを作成する空間光変調素子を含んでいてもよい。
また、前記パターン作成手段は、請求項４に記載のように、前記Ｌ／Ｓパターンに対応したマスクパターンを有するレチクルである、請求項１または２に記載の露光装置。
前記露光装置は、請求項５に記載のように、前記投影光学系から出射される光を受光し、その受光した光に応じた画像データを生成する読取手段と、前記読取手段により生成される前記画像データに基づいて、前記焦点が前記投影面に合うときの前記焦点の位置である合焦位置を検出する合焦位置検出手段とを備えていてもよい。この場合、合焦位置を自動的に検出することができる。

さらに、前記露光装置は、請求項６に記載のように、前記読取手段を前記投影光学系から出射される光の光軸方向に移動させる移動機構を備えていてもよい。この場合、焦点を固定とし、読取手段を移動させつつ、周期Ｐ_１および周期Ｐ_２の各Ｌ／Ｓパターンを読み取ることにより、その読み取った画像データに基づいて、たとえば、読取手段の移動に伴う各Ｌ／Ｓパターンのコントラストを取得することができる。そして、合計値が最も大きな極大値となるときの読取手段の位置に基づいて、合焦位置を検出することができる。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る露光装置の斜視図である。
露光装置１は、直接描写描画方式の露光装置であり、基板上の感光材料にパターンを描写描画する露光処理に用いられる。基板には、たとえば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶パネル用ガラス基板などの液晶表示装置用基板、半導体ウエハ、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板が含まれる。

露光装置１は、一方向（以下、この方向を「Ｙ方向」とする。）に長い平面視長方形状の基台２を備えている。基台２上には、ステージ３、ステージ移動機構４、レーザユニット５、フレーム６、照明光学系ユニット７およびヘッド８が設けられている。
ステージ３は、その上面に基板を載置可能な矩形板状に形成されている。
ステージ移動機構４は、ステージ３を移動させるための駆動力を発生するモータ、ステージ３の移動を案内するためのレールなどを備えている。このステージ移動機構４により、基台２上において、ステージ３をＹ方向、Ｙ方向と直交するＸ方向および鉛直軸線まわりのθ方向に移動させることができる。

レーザユニット５は、基台２上におけるＸ方向の一方側（以下、「＋Ｘ側」という。）に片寄った位置に対してＹ方向の両側に１つずつ設けられている。各レーザユニット５は、波長λ＝０．３５５μｍのレーザビームを発生するレーザを内蔵している。各レーザユニット５（レーザ）から出力されるレーザビームは、次に述べるフレーム６と各レーザユニット５との間に配置される導光ユニット９により、照明光学系ユニット７に導かれる。

フレーム６は、基台２上におけるＸ方向の他方側（以下、「−Ｘ側」という。）に片寄った位置に配置され、ステージ３が移動により通過する領域を跨いで設けられている。
照明光学系ユニット７は、フレーム６の上面に固定されている。照明光学系ユニット７には、各レーザユニット５からの１本のレーザビームを４本に分岐させるためのレンズなどが備えられている。これにより、照明光学系ユニット７において、互いに平行な８本のレーザビームが生成される。

ヘッド８は、８本のレーザビームに対応して、８つ設けられている。８つのヘッド８は、フレーム６のＸ方向の一方側の面に、Ｙ方向に並べて取り付けられている。各ヘッド８には、１本のレーザビームが入射する。そして、ヘッド８に入射したレーザビームは、光路が下方に曲げられて、ヘッド８の下端から鉛直下方に出射される。これにより、８つのヘッド８からステージ３が移動により通過する領域に向けて、互いに平行な８本のレーザビームが鉛直下方に進行する。

露光処理時には、ステージ３上に、基板が感光材料を上方に向けて載置される。まず、ステージ３が基台２上における＋Ｘ側に片寄った位置から−Ｘ側に一定速度で移動される。その一方で、８つのヘッド８から計８本のレーザビームが出射される。これにより、ステージ３の移動に伴って、基板上の感光材料上を８本のレーザビームがＸ方向に走査する。ステージ３が所定のＸ方向移動量だけ移動されると、ステージ３の移動が停止される。つづいて、ステージ３がＹ方向に所定のＹ方向移動量（たとえば、互いに隣接するレーザビーム間の間隔の１／２４の距離）だけＹ方向の一方側に移動される。その後、ステージ３が＋Ｘ側に一定速度で移動されることにより、基板上の感光材料上を８本のレーザビームがＸ方向に再び走査する。ステージ３が＋Ｘ側にＸ方向移動量だけ移動されると、その移動が停止され、ステージ３がＹ方向の一方側にＹ方向移動量だけ移動される。そして、ステージ３が−Ｘ側に一定速度で再び移動されることにより、基板上の感光材料上を８本のレーザビームがＸ方向に再び走査する。このようにして、ステージ３のＸ方向の往復移動が所定回数（たとえば、１１回半）行われると、１枚の基板上の感光材料へのパターンの描写描画が達成される。

図２は、露光装置の要部の構成を図解的に示す図である。
ヘッド８には、レーザビームを変調する空間光変調素子１１と、照明光学系ユニット７からのレーザビームを反射させて、空間光変調素子１１に導くための折返しミラー１２と、空間光変調素子１１により変調されたレーザビームが通過する投影光学系１３とが備えられている。

空間光変調素子１１としては、たとえば、回折格子型の空間光変調素子を採用することができる。
投影光学系１３には、フォーカスレンズ１４などが含まれる。このフォーカスレンズ１４には、たとえば、ボールねじ機構を含むフォーカス駆動機構１５が結合されている。フォーカス駆動機構１５により、フォーカスレンズ１４をレーザビームの光軸方向に移動させることができる。フォーカスレンズ１４の光軸方向の移動に伴って、レーザビームの焦点が光軸方向に移動する。

ヘッド８の下方には、ヘッド８に対して投影面を挟んで対向する位置に、ＣＣＤセンサ１６が配置されている。投影面は、ステージ３のＸ方向の移動により、ステージ３に載置された基板上の感光材料の表面が通過する平面である。ＣＣＤセンサ１６の上方には、投影光学系１３から出射される光をＣＣＤセンサ１６に導くための観察用光学系１７が配置されている。ＣＣＤセンサ１６は、投影光学系１３から出射される光を受光し、その受光した光に応じた信号（画像データ）を出力する。

そして、露光装置１は、レーザビームの焦点を投影面に合わせるための焦点調整時に、空間光変調素子１１を制御し、レーザビームによる複数種類のＬ／Ｓパターンを作成する描画制御部１８と、焦点調整時に、フォーカス駆動機構１５を制御して、レーザビームの焦点を変動させるフォーカス制御部１９と、ＣＣＤセンサ１６からの信号に基づいて、合焦位置（焦点が投影面に合うときの焦点の位置）を検出する画像処理部２０とを実質的に備えている。描画制御部１８、フォーカス制御部１９および画像処理部２０は、たとえば、マイクロコンピュータにより構成される。

具体的には、レーザビームの焦点を投影面に合わせるための焦点調整時には、描画制御部１８により、空間光変調素子１１が制御されて、レーザビームによる周期（＝線幅＋線間幅）Ｐ_１のＬ／Ｓパターンおよび周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンが作成される。周期Ｐ_１は、λ／ＮＡ＜Ｐ_１＜２λ／ＮＡ（ＮＡ（Numerical Aperture）：投影光学系１３の像側開口数）を満たす。周期Ｐ_２は、１．２Ｐ_１＜Ｐ_２＜１．６Ｐ_１を満たす。各Ｌ／Ｓパターンは、投影光学系１３により、投影面に投影される。周期Ｐ_１が投影光学系１３の解像限界（≒λ／２ＮＡ）の２〜４倍に設定され、周期Ｐ_２が周期Ｐ_１よりも長く設定されているので、焦点が投影面に合った状態で、周期Ｐ_１および周期Ｐ_２の各Ｌ／Ｓパターンを投影面に良好に投影することができる。

この描画制御部１８によるＬ／Ｓパターンの作成と並行して、フォーカス制御部１９により、フォーカス駆動機構１５が制御されて、レーザビームの焦点が予め定める変動範囲で光軸方向に変動される。
投影面に投影される各Ｌ／Ｓパターンは、ＣＣＤセンサ１６により連続的に読み取られる。この読み取りにより生成される信号は、画像処理部２０に与えられる。画像処理部２０により、ＣＣＤセンサ１６からの信号に基づいて、各Ｌ／Ｓパターンのコントラストが連続して取得される。また、画像処理部２０により、合計値（焦点の位置が互いに同じ位置での周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンのコントラストと周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストとを足し合わせた値）が算出され、焦点の移動に伴う合計値の変化が調べられる。そして、画像処理部２０により、合計値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置が合焦位置として検出される。

このように、露光装置１では、合焦位置を自動的に検出することができる。そして、フォーカス駆動機構１５により、レーザビームの焦点の位置を合焦位置とすることにより、レーザビームの焦点を投影面上に精度よく合わせることができる。
図３Ａは、周期Ｐ_１（＝１．０）のＬ／Ｓパターンの一例を示す図である。図３Ｂは、焦点の変動に伴う投影面上の周期Ｐ_１（＝１．０）のＬ／Ｓパターンのコントラストの変化を示す図である。図４Ａは、周期Ｐ_２（＝１．４）のＬ／Ｓパターンの一例を示す図である。図４Ｂは、焦点の変動に伴う投影面上の周期Ｐ_２（＝１．４）のＬ／Ｓパターンのコントラストの変化を示す図である。図５は、焦点の変動に伴う合計値の変化を示す図である。

焦点を予め定める変動範囲で変動させつつ、図３Ａに示す周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンを投影面に投影させると、投影面上の周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンのコントラストは、図３Ｂに示すように、焦点の移動に伴い、周期Ｐ_１ ^２／λ＝１１．２６μｍごとに極大値をとるように変化する。
一方、焦点を一定範囲で変動させつつ、図４Ａに示す周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンを投影面に投影させると、投影面上の周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストは、図４Ｂに示すように、焦点の移動に伴い、周期Ｐ_２ ^２／λ＝２２．０８μｍごとに極大値をとるように変化する。

そして、合計値は、図５に示すように、焦点の移動に伴い、複数の極大値および極小値を有するように変化し、その極大値は、周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンのコントラストおよび周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストがともに極大値であるときの焦点の位置で最も大きな値となる。この最も大きな極大値は、焦点の移動に伴い、少なくとも周期Ｐ_１ ^２／λよりも長い周期で現れる。そのため、焦点の変動範囲がＰ_１ ^２／λよりも大きくても、その変動範囲が合計値の最も大きな極大値が現れる周期よりも小さければ、焦点を変動させたときに、合計値が最も大きな極大値となる焦点の位置は１つとなる。よって、合計値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置を合焦位置として検出することにより、合焦位置を正確かつ容易に検出することができる。

図６は、投影面上の周期Ｐ_１（＝１．０）のＬ／Ｓパターンのコントラストおよび周期Ｐ_２（＝１．２）のＬ／Ｓパターンのコントラストの変化を示す図である。図７は、図６に示す２本の曲線を足し合わせて得られる曲線を示す図である。
周期Ｐ_２がＰ２＝１．２である場合、図６に示すように、焦点が合焦位置から１１．２６μｍだけずれた位置で、周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターンのコントラストが極大値となり、周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストが極大値の約１／２となる。

したがって、図７に示すように、焦点の位置が合焦位置であるときの合計値と、焦点が合焦位置から１１．２６μｍだけずれた位置であるときの合計値とに差を持たせることができる。
また、図示しないが、周期Ｐ_２がＰ２＝１．６である場合にも、焦点が合焦位置から１１．２６μｍだけずれた位置で、周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンのコントラストが極大値の約１／２となる。

そのため、周期Ｐ_２が１．２Ｐ_１＜Ｐ_２＜１．６Ｐ_１を満たすことにより、合焦位置をより正確に検出することができることが理解される。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、複数の空間光変調素子１１が１次元配列され、その配列方向に幅を有するラインビームが空間光変調素子１１により変調される構成が採用されてもよい。

図８は、焦点の変動に伴う投影面上のラインビームのコントラストの変化を示す図である。図９は、図５に示す曲線と図８に示す曲線を足し合わせて得られる曲線を示す図である。
空間光変調素子１１に照射される光がラインビームである場合、そのラインビームの集光位置が空間光変調素子１１の反射面からずれていると、これに起因して、焦点が投影面からずれるため、露光装置１における焦点深度が小さくなる。

そこで、空間光変調素子１１に照射される光がラインビームである場合、次のようにして合焦位置を検出することが好ましい。
ラインビームを変調せずに投影面に投影させ、その一方で、焦点を投影面に対して光軸方向に変動させる。また、投影面に投影されるラインビームをＣＣＤセンサ１６により連続的に読み取り、そのラインビームのコントラストを連続して取得する。そして、焦点の位置が互いに同じ位置での合計値（図５参照）とラインビームのコントラストとを足し合わされ、その加算値の変化を調べ、加算値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置を合焦位置として検出する。

ラインビームの集光位置が空間光変調素子１１の反射面からずれていると、図８に示すように、コントラストが極大値をとるときの焦点の位置が合焦位置からずれる。ところが、図９に示すように、加算値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置と合焦位置とのずれ量は、コントラストが極大値をとるときの焦点の位置と合焦位置とのずれ量よりも小さくなる。そのため、このようにして合焦位置を検出することにより、ラインビームを採用した構成においても、合焦位置の良好な検出が可能である。

図１０は、Ｌ／Ｓパターンの他の例を示す図である。
空間光変調素子１１により作成されるＬ／Ｓパターンは、図１０に示すように、ラインとスペースとがＸ方向に交互に配列された周期Ｐ_１のＬ／Ｓパターン、ラインとスペースとがＸ方向に交互に配列された周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターン、ラインとスペースとがＹ方向に交互に配列された周期Ｐ_１のＬ／ＳパターンおよびラインとスペースとがＹ方向に交互に配列された周期Ｐ_２のＬ／Ｓパターンを含んでいてもよい。この場合、これらのＬ／Ｓパターンを投影面に投影して、投影面上における各Ｌ／Ｓパターンのコントラストを取得し、焦点の位置が互いに同じ位置での各コントラストの合計値の変化を調べ、その合計値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置を合焦位置として検出する。これにより、投影光学系１３の非点収差が考慮された良好な合焦位置の検出を達成することができる。

図１１は、露光装置の要部の他の構成を図解的に示す図である。図１１において、図２に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部について説明を省略する。
図１１に示す構成では、観察用光学系１７に含まれるレンズなどをレーザビームの光軸方向に移動（観察用光学系１７の焦点距離を変化）させる観察用光学系移動機構３１が設けられている。焦点調整時には、たとえば、焦点を固定とし、観察用光学系１７に含まれるレンズなどを移動させつつ、周期Ｐ_１および周期Ｐ_２の各Ｌ／ＳパターンをＣＣＤセンサ１６により読み取る。こうすることによっても、ＣＣＤセンサ１６により生成される画像データに基づいて、観察用光学系１７に含まれるレンズなどの移動に伴う各Ｌ／Ｓパターンのコントラストを取得することができる。そして、合計値が最も大きな極大値となるときのレンズなどの位置に基づいて、合焦位置を検出することができる。

図１２は、ヘッドの他の構成を模式的に示す図である。図１２において、図２に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部について説明を省略する。
図１２に示すヘッド８には、図２に示す空間光変調素子１１および折返しミラー１２に代えて、周期Ｐ_１および周期Ｐ_２の各Ｌ／Ｓパターンに対応したマスクパターンを有するレチクル４１と、照明光学系ユニット７からのレーザビームを反射させて、レチクル４１に導くための折返しミラー４２とが備えられている。この構成によっても、周期Ｐ_１および周期Ｐ_２の各Ｌ／Ｓパターンを投影面に投影することができ、合焦位置を正確かつ容易に検出することができる。

また、焦点の変動範囲が大きいために、合計値が最も大きな極大値となるときの焦点の位置が複数検出される場合には、１．２Ｐ２＜Ｐ_３＜１．６Ｐ２を満たす周期Ｐ_３のＬ／Ｓパターンがさらに作成されるとよい。この場合、投影面上の周期Ｐ_３のＬ／Ｓパターンのコントラストを合計値に足し合わせた値は、焦点の移動に伴い、その最も大きな極大値がさらに長い周期（合計値の最も大きな極大値が現れる周期よりも長い周期）で現れる。これにより、焦点位置の検出数を減らすことができ、合焦位置をより正確かつ容易に検出することができる。また、１．２Ｐ_３＜Ｐ４＜１．６Ｐ_３を満たす周期Ｐ４のＬ／Ｓパターンなど、さらに多くのＬ／Ｓパターンが作成されてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る露光装置の斜視図である。 図２は、露光装置の要部の構成を図解的に示す図である。 図３Ａは、周期Ｐ_１（＝１．０）のＬ／Ｓパターンの一例を示す図である。 図３Ｂは、焦点の変動に伴う投影面上の周期Ｐ_１（＝１．０）のＬ／Ｓパターンのコントラストの変化を示す図である。 図４Ａは、周期Ｐ_２（＝１．４）のＬ／Ｓパターンの一例を示す図である。 図４Ｂは、焦点の変動に伴う投影面上の周期Ｐ_２（＝１．４）のＬ／Ｓパターンのコントラストの変化を示す図である。 図５は、焦点の変動に伴う合計値の変化を示す図である。 図６は、投影面上の周期Ｐ_１（＝１．０）のＬ／Ｓパターンのコントラストおよび周期Ｐ_２（＝１．２）のＬ／Ｓパターンのコントラストの変化を示す図である。 図７は、図６に示す２本の曲線を足し合わせて得られる曲線を示す図である。 図８は、焦点の変動に伴う投影面上のラインビームのコントラストの変化を示す図である。 図９は、図５に示す曲線と図８に示す曲線を足し合わせて得られる曲線を示す図である。 図１０は、Ｌ／Ｓパターンの他の例を示す図である。 図１１は、露光装置の要部の他の構成を図解的に示す図である。 図１２は、ヘッドの他の構成を模式的に示す図である。 図１３Ａは、周期ＰのＬ／Ｓパターンおよび投影面上の周期ＰのＬ／Ｓパターンの濃度プロファイルを示す図である。 図１３Ｂは、焦点の変動に伴う周期ＰのＬ／Ｓパターンのコントラストの変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 露光装置
５ レーザユニット（光源）
１１ 空間光変調素子（パターン作成手段）
１３ 投影光学系
１４ フォーカスレンズ（焦点位置変更手段）
１５ フォーカス駆動機構（焦点位置変更手段）
１６ ＣＣＤセンサ（読取手段）
１７ 観察用光学系（読取手段）
１８ 描画制御部（パターン作成手段）
２０ 画像処理部（検出手段、合焦位置検出手段）
３１ 観察用光学系移動機構（移動機構）
４１ レチクル

Claims (6)

1. 波長λの光を出射する光源と、
   光源からの光が照射され、周期Ｐ _１ のラインアンドスペースパターンと周期Ｐ _２ のラインアンドスペースパターンとを含む複数種類のラインアンドスペースパターンを光源からの光により作成するパターン作成手段と、
   前記ラインアンドスペースパターンを所定の投影面に投影する投影光学系と、
   前記投影光学系から出射される光の焦点の位置を変更する焦点位置変更手段と、
   焦点位置を一定範囲で変動させながら、周期Ｐ _１ と周期Ｐ _２ のラインアンドスペースパターンそれぞれのコントラストを計測し、両パターンのコントラストを各焦点位置ごとに合計し、変動させた焦点位置の範囲の中で、コントラストの合計が最も大きな極大値をとる焦点位置を合焦位置として検出する検出手段とを備え、
   前記周期Ｐ_１は、λ／ＮＡ＜Ｐ_１＜２λ／ＮＡ（ＮＡ：前記投影光学系の像側開口数）を満たし、
   前記周期Ｐ_２は、１．２Ｐ_１＜Ｐ_２＜１．６Ｐ_１を満たす、露光装置。
2. 前記ラインアンドスペースパターンには、周期Ｐ_３のラインアンドスペースパターンがさらに含まれ、
   前記周期Ｐ_３は、１．２Ｐ_２＜Ｐ_３＜１．６Ｐ_２を満たす、請求項１に記載の露光装置。
3. 前記パターン作成手段は、前記光源からの光を変調し、その変調により前記ラインアンドスペースパターンを作成する空間光変調素子を含む、請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記パターン作成手段は、前記ラインアンドスペースパターンに対応したマスクパターンを有するレチクルである、請求項１または２に記載の露光装置。
5. 前記投影光学系から出射される光を受光し、その受光した光に応じた画像データを生成する読取手段と、
   前記読取手段により生成される前記画像データに基づいて、前記焦点が前記投影面に合うときの前記焦点の位置である合焦位置を検出する合焦位置検出手段とを備えている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
6. 前記読取手段を前記投影光学系から出射される光の光軸方向に移動させる移動機構を備えている、請求項５に記載の露光装置。