JPH02218110A - 光学結像装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば光源からの照射光によってパターン
源の投影パターンを被露光部材に露光する縮小投影露光
装置等の光学結像装置及び方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来の異形のパターンを被露光部材に描画するパターン
描画方法としては、可変アパーチャを備えたパターンジ
ェネレータを使用するのが一般的である。このパターン
ジェネレータは、通常可変アパーチャを構成する２組の
対向ブレードを使用して細長い矩形パターンを形成し、
これを光学レンズ系を介して順次被露光部材上に連続的
に照射することにより、近似円、近似三角形、方形等の
任意の露光パターンを形成することができる。

このパターンジェネレータを使用する場合には、矩形パ
ターンの集合によって所定の露光パターンを形成するの
で、被露光部材に一回の露光で任意のパターンを露光す
ることができず、矩形パターンの寸法を指令すると共に
、被露光部材を２次元的に移動させて、任意パターンを
形成する必要があり、描画時間が掛かるという課題があ
った。

この課題を解決するために、本出願人は、先に特願昭６
３−２４６２９６号に開示したように、光源からの照射
光をパターン源に照射し、その投影像を光学レンズ系を
介して被露光部材結像させると共に、パターン源及び被
露光部材の少なくとも一方を光軸方向に移動させるか、
又は前記パターン源及び光学レンズ系間に倍率補正レン
ズを介挿し、前記パターン源及び倍率補正レンズの少な
くとも一方を光軸方向に移動させた後、倍率補正レンズ
の結像位置が所定位置となるようにパターン源及び倍率
補正レンズを移動状態を保持しながら移動させることに
より、投影パターンの被露光部材上での倍率を無段階に
変化させるパターン描画方法及び装置を提案した。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のパターン描画方法及び装置に
あっては、パターン源に形成した投影パターンと被露光
部材上の投影パターンとの倍率を任意に変更することが
できるが、この倍率を変更するために、パターン源、被
露光部材、倍率補正レンズの何れかを光軸方向に移動さ
せなければならず、それぞれの移動に応じて被露光部材
側の投影パターンの結像位置がずれるので、これを補正
する必要があり、倍率変更を行うための調整が複雑とな
ると共に、被露光部材上での投影パターンの解像度が低
下するという未解決の課題があった。

そこで、この発明は、上記従来例の未解決の課題に着目
してなされたものであり、パターン源及びそのパターン
が投影される被照射部材の位置を固定した状態で、光学
レンズ系の特定のレンズを可変焦点とすることにより、
倍率を解像度が低下することなく無段階に変更可能な光
学結像装置及び方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、請求項（１）に係る光学結
像装置は、光源からの照射光を投影パターンを有するパ
ターン源を介挿した光学系を介して被照射部材に照射し
て前記投影パターンを被照射部材に結像させる光学結像
装置において、前記光学系は、物空間焦点を光源像位置
とし、像空間焦点を前記パターン源位置とする第１のレ
ンズと、焦点を基準焦点に対して変位可能で且つ物空間
焦点を前記パターン源位置とする第２のレンズと、該第
２のレンズを透過したパターン像を入射させ、像空間焦
点に結像する第３のレンズと、該第３のレンズのパター
ン像を被照射部材に結像する投影レンズとを備えている
ことを特徴としている。

また、請求項（２）に係る光学結像装置は、請求項（１
）に係る光学結像装置において、前記第２のレンズの焦
点が基準焦点にある状態で、当該第２のレンズの像空間
焦点の光源像が縮小レンズの入射瞳位置に結像するよう
に第３のレンズの像空間焦点と投影レンズの入射瞳位置
との間隔が選定されていることを特徴とする。

さらに、請求項（３）に係る光学結像装置は、請求項（
１）又は（２）に係る光学結像装置において、前記第２
のレンズと第３のレンズとの間にパターン像を分岐する
光分岐手段を介挿し、該光分岐手段で分岐したパターン
像を像検出装置に入射するようにしたことを特徴として
いる。

またさらに、請求項（４）に係る光学結像方法は、光源
からの照射光を投影パターンを有するパターン源を介挿
した光学系を介して被照射部材に照射して前記投影パタ
ーンを被照射部材に結像させる光学結像方法において、
光源からの照射光を第１のレンズを介して、その像空間
焦点に配設したパターン源に照射し、その透過光を焦点
位置を基準位置に対して変位可能な可変焦点とし且つ物
空間焦点を前記パターン源位置とした第２のレンズに入
射させて、その像空間焦点に光源像を結像させ、この光
源像を第３のレンズに入射して、その像空間焦点に前記
パターン源の投影パターン像を結像させ、この投影パタ
ーン像を投影レンズを介して被照射部材に結像させるよ
うにしたことを特徴としている。

〔作用］ 請求項（１）及び（４）の光学結像装置及び方法におい
ては、第１のレンズの像空間焦点と、可変焦点とした第
２のレンズの物空間焦点とを光軸上で一致させ、この位
置に投影パターンを有するパターン源を配置しているの
で、第２のレンズの焦点を変化させることにより、第３
のレンズに入射するパターン像の倍率を変化させること
ができ、倍率を変更する際に、パターン源及び被照射部
材を移動させる必要がなく、その調整を容易に且つ高精
度で行うことができる。

また、請求項（２）の光学結像装置においては、光源像
を投影レンズの入射瞳位置に結像させるので、光源から
の照射光を全て縮小レンズに取り入れることができ、解
像度が高く且つムラの少ないパターン像を被照射部材に
投影することができる。

さらに、請求項（３）の光学結像装置においては、第２
のレンズ及び第３のレンズ間に介挿した光分岐手段によ
って、パターン像を分岐して像検出手段で検出すること
ができるので、パターン像の不良判定及びパターン像の
形状の判定を行うことができる。

〔実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明を縮小投影露光装置に適用した場合の
第１実施例を示す概略構成図である。

図中、１はシャドウマスク用原版等の被露光部材２を保
持してＸＹＺ方向に移動可能なＸＹＺステージであって
、このＸＹＺステージ１の上方にアパーチャ３を含む光
学レンズ系４が固定配置され、この光学レンズ系４の上
方位置にキセノンランプ５ａ及びフライアイレンズ５ｂ
を有する光源５が配設され、光源５からの露光光線が光
学レンズ系４を介してｘＹＺステージ１上の被露光部材
２に照射され、光学レンズ系４に含まれるアパーチャ３
に形成された投影パターンを被露光部材２上に縮小投影
露光する。

ＸＹＺステージｌは、上面に右下がりに傾斜した傾斜案
内面１ａを形成した基台１ｂと、下面に基台１ｂの傾斜
案内面１ａに係合する傾斜面１ｃを上面に水平面１ｄを
形成し、駆動モータ、ボールねじ等で構成される直線駆
動機構１ｅによって左右方向に移動されるＺ方向テーブ
ル１ｆと、この２方向テーブルＩｆ上にボール等の転動
体１ｇを介して左右方向に摺動自在に配設されたＸ方向
テーブル１ｈと、このＸ方向テーブル１ｇ上に前後方向
に摺動自在に配設されたＹ方向移動テーブル１１とを備
えており、直線駆動機構１６を作動させて、Ｚ方向テー
ブル１ｆを傾斜面１ａに沿って左右方向に摺動させるこ
とにより、Ｙ方向移動テーブル１１上に載置された被露
光部材２が光軸６方向に移動される。

光学レンズ系４は、物空間焦点Ｆ、を光源５のフライア
イレンズ５ｂの出射端に一致させた凸レンズで構成され
る第１のレンズＬ１と、この第１のレンズＬ１の像空間
焦点Ｆ、′に固定配設されたアパーチャ３と、このアパ
ーチャ３位置に物空間焦点Ｆ２を一致させた焦点を基準
焦点を中心として変化可能な可変焦点の第２のレンズＬ
２と、この第２のレンズＬ２の像空間焦点７１’２／に
対して所定距離Ｓだけ離間した位置に物空間焦点Ｆ３を
一致させた第３のレンズＬ、と、この第３のレンズＬ、
の像空間焦点Ｆ、／に対して所定距離ｌだけ離間した位
置に入射瞳が配置されるように固定配設された投影レン
ズとしての縮小レンズＲＬとを備え、これらが光軸６上
に直列に配設されている共に、第２のレンズＬ２の像空
間焦点Ｆｔ及び第３のレンズＬ、の物空間焦点Ｆ１間に
介挿された短波長領域光線を透過させ、長波長領域の赤
外光を反射するバイパスフィルタＨＦが配設されている
。

アパーチャ３は、第２図に示すように、同一円上に投影
パターンを形成する同一径の円に内接する多角形、円形
、楕円形等の異なる形状の透孔３ａを形成した円板３ｂ
と、この円板３ｂを回転駆動する駆動モータ３ｃとを備
えており、透孔３ａの内周面がナイフェツジに形成され
ていると共に、円板３ｂの透孔３ａを結ぶ円が光軸６と
一致するように配設されている。

第２のレンズＬ２は、第３図に示すように、光軸６の方
向に移動自在に配設された単一レンズ又は複合レンズの
組み合わせからなる２群のレンズＬａ、Ｌｂによって構
成され、両レンズＬａ、ＬｂがレンズＬａの像空間焦点
Ｆ　％内にレンズＬｂＯ物空間焦点Ｆｂが配置される関
係をもって近接配置されている。ここで、２群のレンズ
Ｌａ。

Ｌｂによって可変焦点レンズを構成することができる理
由は、両レンズＬａ、Ｌｂの焦点距離をそれぞれｆ、、
ｆｂとし、両しンズＬａ、Ｌｂ間の距離を４１両レンズ
Ｌａ、Ｌｂの焦点のオーバーラツプ長をΔとしたとき、
オーバーラツプ長Δは、下記（１）式で表すことができ
、レンズＬａ及びＬｂの合成焦点距離ｆ２は下記（２）
式で表すことができる。

Δ＝ｆ、　＋ｆｂ　−ｄ　　　　・・・・・・・・・・
・・（１）ｆｚ＝ｆ−・ｒｂ／Δ　　・・・・・団・・
・・（２）そして、オーバーラツプ長Δの微小変化が合
成書店路Ｍｒｚに及ぼす影響は、上記（２）式をオーバ
ーラツプ長Δについて微分した下記（３）式を変形した
下記（４）式で示すように、オーバーラツプ長Δを微小
変化させることにより、合成焦点距離ｆｔが逆比例関係
で微小変化することになり、両レンズ１、ａ、Ｌｂ間の
距離ｄを基準距離から変化させることにより、焦点距離
ｆ２を変化させて、光学レンズ系４の倍率を変更するこ
とができる。

この焦点距離ｆ２を変化させるために、各レンズＬａ、
Ｌｂに直線駆動機構８ａ、８ｂが配設されている。これ
ら直線駆動機構８ａ、８ｂのそれぞれは、駆動モータ９
によって回転駆動されて光軸方向に延長するねじ軸１０
と、このねじ軸１０に螺合するポールナツト１１とで構
成され、ポールナツト１１が各レンズ８ａ、８ｂを保持
する保持枠１２に固定されている。

そして、アパーチャ３の駆動モータ３ｃ及び第２のレン
ズＬｘにおける直線駆動機構８ａ、８ｂの駆動モータ９
がパターン制御装置１５によって駆動制御される。

このパターン制御装置１５は、入出力インタフェース回
路１６ａ、演算処理装置１６ｂ及び記憶装置１６ｃを少
なくとも有するマイクロコンピュータ１６と、その入出
力インタフェース回路１６ａの出力側及び駆動モータ３
ｃ及び９間に介挿されたモータ駆動回路１７ａ、１７ｂ
及び１７ｃと、マイクロコンピュータ１６に対してパタ
ーン形状及び倍率を入力するパターン選定入力装置１Ｂ
とを備えている。

マイクロコンピュータ１６の演算処理装置１６ｂは、パ
ターン選定入力装置１８からパターン形状設定データが
入力されると、これに基づいて予め記憶装置１６ｃに格
納されている記憶テーブルを参照して、アパーチャ３に
おける円板３ｂ上の該当する形状の透孔３ａ位置を算出
し、これと現在位置とを比較してその差に応じたモータ
駆動指令をモータ駆動回路１７ａに出力して、アパチャ
３の円板３ｂを駆動して目的とする形状の透孔３ａを光
軸６位置に移動させると共に、パターン選定入力装置１
８から倍率設定データが入力されると、これに基づいて
予め記憶装置１６ｃに格納された記憶テーブルを参照し
て、倍率に対応する第２のレンズＬｔを構成する単レン
ズＬａ、Ｌｂの移動量を算出し、これらと単レンズＬａ
、Ｌｂの現在位置との差に応じた移動指令をモータ駆動
回路１７ｂ、１７ｃに出力して、直線駆動機構８ａ。

８ｂを駆動することにより、倍率を設定する。

また、縮小レンズＲＬを保持する固定筒体２１の被露光
部材２に対向する下端部には、露光光線を透過する透孔
２２と、その周囲に等角間隔で形成された４つの空気吹
き出しノズル２３とが設けられている。各ノズル２３は
、共通の空気供給源２４に絞り２５を介して接続されて
いると共に、共通の差圧変換器２６の一方の入力側に接
続されている。差圧変換器２６の他方の入力側は、絞り
２７を介して前記空気供給源２４に接続されていると共
に、大気に連通されている。これらノズル２３、空気供
給源２４．絞り２５．２７及び差圧変換器２６で空気マ
イクロメータ２８が構成されている。

そして、差圧変換器２６の検出信号がステージ制御装置
３０に供給され、この制御装置３０で目標値設定器３０
ａで予め設定した所定の目標値と比較してその差値であ
る偏差信号が増幅器等で構成される駆動回路３０ｂに供
給され、これにより、モータ等のアクチュエータを作動
させる駆動出力を形成し、これをＸＹＺステージｌの直
線駆動機構１ｅに供給してこれを駆動し、ノズル２３と
被露光部材２との間の間隔を適正値に調節する。

また、ＸＹＺステージ１のＸＹ力方向移動は、被露光部
材２に形成された原点マーク（図示せず）を光学的に読
取り、これに基づいて制御原点を設定してから、パター
ンの露光間隔に応じてＸＹ力方向絶対距離を検出する例
えばレーザ測長機等の検出器３２からの測定値フィード
バック信号に基づいて順次ステップアンドリピート動作
される。

さらに、第３のレンズＬ、と、縮小レンズＲＬとの位置
関係は、第３のレンズＬ３の像空間焦点Ｆ３′と縮小レ
ンズＲＬの入射瞳との距離ｌが入射瞳位置で光源５のフ
ライアイレンズ５ｂから出射端での光源像が結像するよ
うに選定されている。

また、光学レンズ系４のバイパスフィルタＨＦに対向し
て、像検出装置３５が配設されている。

この像検出装置３５は、バイパスフィルタＨＦで反射さ
れた赤外光がレンズ３５ａを介して入射される２次元イ
メージセンサ３５ｂを有し、このイメージセンサ３５ｂ
の光電変換出力がＣＲＴデイスプレィ等の表示装置３５
ｃに供給することにより、アパーチャ３の透孔３ａの位
置ずれ及び第２のレンズＬ２の焦点ずれ等を検出するこ
とができる。

次に、上記実施例の動作を説明する。今、アパーチャ３
の所望の形状を有する透孔３ａが選択されてその中心が
光軸６に一致しており、且つ第２のレンズＬｔの焦点が
基準焦点に設定されているものとする。この状態で、光
源５のフライアイレンズ５ｂの出射端から露光光線を出
射すると、その露光光線が第１のレンズによって、その
像空間焦点Ｆ１即ちアパーテャ３の透孔３ａ位置に集光
し、透孔３ａを透過した露光光線は、第２のレンズＬ２
に人！１−１１．てその像空間焦点Ｆｔ′に光源像を結
像し１次いで第３のレンズＬ、に入射されてその像空間
焦点Ｆ、／にアパーチャ３の透孔３ａの形状を所定の倍
率変化させた投影パターン像を結像し、この投影パター
ン像が縮小レンズＲＬで縮小されてＸＹＺステージｌに
載置された被露光部材２の露光される。このように、ア
パーチャ３の透孔３ａのパターンが第３のレンズＬ、の
像空間焦点Ｆ、／に結像されることから、この像空間焦
点Ｆコ′にアパーチャ３を配置したことと等価となり、
第１〜第３のレンズＬ１〜Ｌ、があたかも一枚のコンデ
ンサレンズの役割を果たす。

この状態で、第２のレンズＬ２を構成するレンズＬａ、
Ｌｂの焦点をパターン制御装置１５によって変更するこ
とにより、第３のレンズＬ、の像空間焦点Ｆ３／に結像
する投影パターンの倍率を変更することができる。

この第２のレンズＬｔの焦点を可変することにより投影
パターンの倍率を変更できる原理を、第５図について説
明する。

各レンズＬ、（ｉ＝１．２．３）の焦点距離をｆｉｅｆ
！′とし、第２のレンズＬ２の像空間焦点Ｆ、／　と第
３のレンズＬ、の物空間焦点Ｆ、との距離をＳとし、ア
パーチャ３の透孔３ａで形成されるパターンの長さをＡ
、第３のレンズＬ、の像空間焦点Ｆ、′に結像されるパ
ターン像の長さをＢ、第３のレンズＬ、の光心を通る面
内の仮想像の長さをＣ１第３のレンズＬ、の物空間焦点
Ｆ。

における仮想像の長さをＤとすると、 ｒｚ　　　：　　（ｓ＋ｒｚ　）　＝Ａ：　ｃ　　　　
−−（ｓ）Ｓ：Ｄ＝ｆ、　　　：Ａ　　　　　　　　　
・−・・・（６）Ｃ−Ｄ＝Ｂ　　　　　　　　　　　　
　・・・・・・（７）の関係が成り立つので、上記（５
）式及び（６）式を変形すると、 Ａ　（Ｓ＋ｆ３　）＝Ｃｆｚ　　　　　　　　・・・・
・・（８）Ａｓ−Ｄ　ｆ、　　　　　　　　　　　’　
　　・・・・・・（９）となり、上記（８）式の左辺及
び右辺から（９）式の左辺及び右辺を減算すると、 （ＣＤ）　ｆ　ｚ’　＝Ａ（Ｓ　＋　ｆ　３）　　Ａ　
Ｓ　　・・・・・・（１０）となり、この００式に（７
）式を代入して整理すると、Ｂｆ％＝Ａｆ３　　　　　
　　　　　　・・・・・・０１）となる。

一方、アパーチャ３のパターンとレンズＬ、の像空間焦
点Ｆ、′に結像したパターンとの倍率ｍは、ｍ　＝　Ｂ
　／　Ａで表されるので、これに００式を代入すると、 となる。

したがって、第２のレンズＬ２の焦点距Ｍｒ２の微小変
化に対する倍率ｍの微小変化は、上記０ｂ式を焦点距離
ｆ２について微分して、 ｄｆｚ　　　　ｒｚ” を得、これを変形すると、 「　− となり、この０４１式において、第３のレンズＬ、の焦
点距離ｒ、は一定値、第２のレンズＬ２の焦点距離［２
は基準焦点距離とすることができるから、右辺の（ｆ　
３／　ｆ　ｔ”）は一定値となり、倍率ｍの微小変化ｉ
１ｄｍとレンズＬ２の焦点距離ｆ２の微小変化量ｄｆｔ
とは逆比例関係となり、焦点距離ｆ２を基準焦点距離に
対して変化させることにより、倍率ｍを変化させること
ができる。

したがって、前記０４）式に（２）式及び（４）式を代
入して倍率ｍと焦点距離ｆ２との関係を求めると、ｆ、
・　【。

となり、この００式の右辺における第３のレンズＬ。

の焦点距離ｆ、及び第２のレンズＬ２を構成するレンズ
Ｌａ、Ｌｂの焦点距離ｒ、、ｒｂは一定値であるので、
レンズＬａ、Ｌｂ間の距離ｄを測定することにより、前
記（１）式に基づいてオーバーラツプ長Δを算出でき、
このオーバーラツプ長Δを基準長さから変化させること
により、倍率ｍを変化させることができる。

このため、パターン制御装置１５の記憶装置１６ｃに予
めレンズ開路＃Ｂｄを変化させたときの倍率変化量を測
定しておき、これを記憶テーブルとして記憶しておくこ
とにより、演算処理装置１６ｂで倍率設定データが入力
されたときに、その倍率に対応するレンズＬａ、Ｌｂの
移動量を算出することができ、これに基づいて直線移動
機構８ａ。

８ｂを駆動して倍率調整を行うことができると共に、前
記（２）式によって合成焦点距離ｒ２を演算し、これに
基づいて第２のレンズＬ２の物空間焦点Ｆ３をアパーチ
ャ３の透孔３ａ位置に一致させることができる。

また、光学レンズ系４にアパーチャ３を介挿しない状態
即ち光源５のフライアイレンズ５ｂから出射される露光
光線が第１のレンズＬ、から第２のレンズＬ２に直接入
射される場合を考えると、第６図に示すように、フライ
アイレンズ５ｂの中心を通る最外周のレンズ部５Ｃ及び
５ｄから出射される露光光線は、それぞれ第１のレンズ
Ｌ＋　の主平面上に直径りの範囲で拡散して到達し、こ
の拡散光が第１のレンズＬ１によってその主光線が像空
間焦点Ｆ１′を通る平行光として屈折され、この平行光
が第２のレンズＬｔによってその像空間焦点Ｆ２位置で
一旦集光して結像してから第３のレンズＬ、の主平面に
直径り、の範囲で到達し、この第３のレンズＬ、でその
主光線が像空間焦点Ｆ、′を通る収斂光として屈折され
、像空間焦点Ｆ、′から距離ｌだけ離れた物点０３’位
置で結像する。したがって、この物点Ｑ、／に縮小レン
ズＲＬの入射瞳が配設されているので、光源５から出射
される露光光線の全てが縮小レンズＲＬの入射瞳に入射
されることになり、ムラのない良好な照明を行うことが
でき、アパーチャ３を配置した場合の投影パターンの解
像度を向上させることができる。

ここで、第３のレンズＬ３の像空間焦点Ｆ。

とその物点Ｑ、／　との距離２は、以下述べるように算
出することができる。

今、第６図に示すように、光源５のフライアイレンズ５
ｂの最外周のレンズ部５ｂＡ及び５ｂ。

から出射された露光光線ＢＡ及びＢ、が第３のレンズＬ
、で屈折された露光光線について考えると、これら露光
光線の主光線Ｂ　ＮＡ＋　　Ｂ　ｍｌは第３のレンズＬ
３の像空間焦点Ｆ、′を通って縮小レンズＲＬに入射し
、外側光線Ｂ。Ａｎ　　Ｂｏｇは第３のレンズし、の主
平面の主平面と物空間焦点Ｆ、を含む光軸６と垂直な面
との接点から光軸６と平行に引いた平行線との交点Ｐ＋
から第３のレンズＬ、の像空間焦点Ｆ、′を通る直線と
平行な直線となり、同様に内側光線Ｂ　ＩＡ＋　　Ｂ　
Ｉｌｌも第３のレンズＬ、の主平面と物空間焦点Ｆ、を
含む光軸６と垂直な面との接点から光軸６と平行に引い
た平行線との交点Ｐｔから第３のレンズＬ、の像空間焦
点Ｆ。

を通る直線と平行な直線となる。

したがって、第３のレンズＬ３の主平面における外側光
線Ｂ。Ａｎ　　Ｂｏａと内側光線Ｂ　ＩＡ＋　　Ｂ　１
１との長さをり、とし、第３のレンズＬ、の主平面にお
ける交点Ｐ、と外側光線Ｂ。Ａ、　　Ｂａ１ｌの交点と
の長さをｈａ、交点Ｐ２と内側光線Ｂ　ＩＡ＋　　Ｂ　
１１の交点との長さをｈｂ（＝ｈａ）と、第３のレンズ
Ｌ３から出射される屈折された外側光線Ｂ。Ａｎ　　８
０１と主平面とのなす角をα、内側光線ＢＩＡ、　　Ｂ
ＩＮと主平面とのなす角をβ、主光線Ｂ　ＭＡ＋　　Ｂ
　Ｍｌと主平面とのなす角をγとすると、光軸６をＸ軸
、第３のレンズＬ、の像空間焦点）ｉｌ、／を通る光軸
６と直交する軸をＹ軸としたとき、例えば光源５のレン
ズ部５ｂＡから出射された光線の主光線ＢＭＡ、外側光
線ＢＯＡ及び内側光線ＢＩＡの方程式は、それぞれ下記
００〜Ｇ８）式で表すことができる。

これら直線の交点即ち光源５がら出射された露光光線の
結像位置におけるＸ座標即ち距離２は、Ｘ座標は等しい
ので、上記０ω式をθ″ｒ）式及び０８）式に代入する
ことにより、下記０９）式で表すことができる。

ｔａｎα−ｔａｎγ また、長さｈａは、 ｈ　ａ　＝　（ｈ＋　　　ｈｚ　）　／　２　　””１
２Ｇで表され、 ｈ、及びｈ２はそれぞれ り、＝　（Ｓ＋ｆ３　）ｈ／ｆｚ　　・・−・−・＜２
１＞ｈ　ｚ　＝　Ｓ　ｈ　／　ｆ　ｚ　　　　　　　”
’　・・”　（２２）で表されるので、（２１）式及び
（２２）式をＱＩＩＤ式に代入して整理すると、長さｈ
ａは、 ｈ　ａ　＝　ｆ　ｚ　　ｈ／　２　ｆ　ｚ　　　　　　
・・・”・（２３）で表すことができる。

したがって、第１のレンズＬ１に入射する露光光線の長
さｈ、第２のレンズＬ２の基準焦点距離ｆ２及び第３の
レンズＬ、の焦点距離ｆ３を定めることにより、第３の
レンズＬ３の像空間焦点Ｆ３′と物点０．′との距離ｌ
を算出することができ、パターン像の倍率ｍを変更する
場合の第２のレンズＬ２の焦点距離ｆ２を変化させたと
きの距＠１．の変化を小さくするためには、第２のレン
ズＬ２の基準焦点距離を長くして変化量小さくすること
が好ましい。

なお、第６図の例では、 ｆ　ｓ’　＋　１　＝（Ｈ＋＋　ｈ　ｔ／２）ｔａｎｃ
ｒ＝　ＨＩｔａｎ　７ ＝　（Ｈ＋　　ｈ　＋／２）　ｔａｎβ　・・・・・・
（２４）となる。

以上の光学レンズ系４の冨周整の際に、アパーチャ３の
投影パターンを形成する透孔３ａを透過した光線の内バ
イパスフィルタＨＦによって選択反射された長波長の赤
外光がレンズ３５ａを介してイメージセンサ３５ｂに入
射されるので、このイメージセンサ３５ｂからパターン
像に対応した光電変換出力が得られ、この光電変換出力
をＣＲＴデイスプレィ３５ｃに供給することにより、パ
ターン像を表示することができ、アパーチャ３のパター
ンずれ、第２のレンズの調整ずれによるパターンぼけ等
を検出することができ、これに基づいてアパーチャ３又
は第２のレンズの位置調整を行うことにより、高精度の
位置調整を行うことができる。しかも、バイパスフィル
タＨＦによって長波長領域の赤外光を反射して像検出装
置３５に入射させるようにしているので、イメージセン
サ３５ｂの感度低下を補償することができる。

以上のようにして、光学系４の調整を完了した後、縮小
レンズＲＬと被露光部材２との焦点調整を行う。この焦
点調整は、ＸＹＺステージ１を光軸方向に移動させるこ
とにより行い、目標値すから縮小レンズ３の光心と固定
筒体８の下端面との間の距＃ｋが一定であることから、
先ず目標値すから距離ｋを減算した値を目標値として目
標値設定器３０ａに設定し、この状態で空気供給源２５
から圧力空気を絞り２６を介してノズル２４に供給して
空気マイクロメータ２９を作動状態とし、この状態で制
御装置３０を作動状態とする。

このように焦点調整制御装置３０が作動状態となると、
目標値設定器３０ａで予め設定された目標値と、差圧変
換器２７から出力される差圧検出信号との差値でなる偏
差信号が駆動回路３０ｂに供給され、この駆動回路３０
ｂから直線駆動機構３１にＸＹＺステージ１をＺ軸方向
に移動させる駆動信号が出力され、ＸＹＺステージ１が
偏差信号が零となるようにＺ軸方向に上下動されて位置
調整が行われる。

そして、焦点調整が終了すると、ＸＹＺステージ１をＸ
Ｙ力方向適宜移動させて、被露光部材２を所定のパター
ン露光位置にセットし、次いで所定パターンを露光して
から、再度ＸＹＺステージｌをＸＹ力方向移動させて、
被露光部材２を新たなパターン露光位置に移動させ、再
度露光を行うステップアンドリピートを繰り返し、全て
の露光位置での露光を終了すると、ＸＹＺステージ１か
ら被露光部材２を取り出して、新たな被露光部材２をＸ
Ｙｚステージ１に載置して同様の処理を実行する。

そして、被露光部材２に露光する投影パターンを変更す
る場合には、パターン制御装置１５のパターン入力設定
装置１８に所望のパターン形状のデータを入力すること
により、駆動モータ１９が回転駆動されて該当する形状
のアパーチャ３の透孔３ａが選択されてその中心が光軸
６と一敗するようにセットされる。

また、被露光部材２に露光する投影パターンの倍率ｍを
変更する場合には、パターン制御装置１５のパターン人
力設定装置１８に所望の倍率データを入力することによ
り、直線移動機構８ａ、８ｂの駆動モータ９が駆動され
て第２のレンズＬ２を構成する２枚のレンズＬａ、Ｌｂ
間の距ＸＩ　ｄを変更すると共に、両レンズＬａ、Ｌｂ
の位置を変更された焦点距離ｆ２に対応するレンズ位置
に調整する。

このように、上記実施例によると、可変焦点に構成され
た第２のレンズＬｚの焦点距離ｆ、を基準焦点距離から
変化させることにより、アパーチャ３の投影パターン像
と第３のレンズＬ、の像空間焦点Ｆ３′に結像する投影
パターン像との倍率ｍを無段階に変更することができ、
このとき第３のレンズＬ、の像空間焦点Ｆ、／は固定で
あるので、縮小レンズＲＬ及び被露光部材２の光軸方向
の位置調整を行う必要がないと共に、第２のレンズＬｘ
を基準焦点距離に設定した状態で、第３のレンズＬ、に
よって結像される光源像が縮小レンズＲＬの入射瞳位置
となるように、第３のレンズＬ３の像空間焦点Ｆ、　と
縮小レンズＲＬの入射瞳との距離ｌが設定されているの
で、第２のレンズＬ３が基準焦点距離に設定されている
状態で光源５から出射される露光光線の全てが縮小レン
ズＲＬに入射されることになり、パターン像の照明を効
果的に行うことが可能となり、被露光部材２に露光、す
る投影パターンの露光ムラを防止して高解像度を得るこ
とができる。

なお、上記実施例においては、第２のレンズＬ２を光軸
方向移動制御される２枚の凸レンズＬａ。

Ｌｂで構成した場合について説明したが、これに限定さ
れるものではなく、３枚以上の単レンズ又は複合レンズ
を組み合わせるようにしてもよいことは勿論である。

また、上記実施例においては、パターン源として、複数
のパターン形状を有する透孔３ａを穿設したアパーチャ
３を適用した場合について説明したが、これに限定され
るものではなく、パターンジェネレータの可変アパーチ
ャを適用することもでき、この場合には可変アパーチャ
によってもパターンサイズの変更が可能となるので、よ
り広範囲に亘るパターンサイズの変更が可能となる利点
があり、また被露光部材２に対する投影パターンの形状
が一定であるときには投影パターンとなる所定形状の透
孔を有する固定板を採用することもでき、その他任意の
パターン源を適用し得る。

さらに、上記各実施例においては、この発明を縮小投影
露光装置に適用した場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、パターンジェネレータ等のパタ
ーン源のパターンを光学レンズを介して被露光部材に描
画するパターン描画装置、その他の光学結像装置にも適
用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項（１）に係る光学結像装置
及び請求項（４）に係る光学結像方法によれば、第１〜
第３のレンズで構成される光学レンズ系の第１のレンズ
の像空間焦点及び第２のレンズの物空間焦点を一致させ
、その位置に投影パターンを形成するパターン源を配置
し、このパターン源の投影パターンを第３のレンズの像
空間焦点に投影パターン像を結像させ、このパターン像
を投影レンズを介して被照射部材に投影するようにした
ので、そのパターン像の大きさを第２のレンズの焦点距
離を可変することによって無段階に変更することができ
、このとき第３のレンズの結像位置となる像空間焦点が
移動することがないので、被照射部材のセット位置を変
更する必要がなく、投影パターンの大きさを高精度で容
易に変更することができる効果が得られる。

また、請求項（２）に係る光学結像装置によれば、光学
レンズ系の第３のレンズの像空間焦点と投影レンズとの
距離を、第２のレンズが基準焦点距離に設定されている
状態で、第３のレンズによる光源像の結像位置に投影レ
ンズの入射瞳位置となるように設定したので、光源から
出射される照射光の全てを投影レンズの入射瞳に入射す
ることができ、高解像度でムラのないパターン像を被照
射部材に投影することができる。

さらに、請求項（３）の光学結像装置によれば、光学レ
ンズ系の第２のレンズ及び第３のレンズ間に光分岐手段
を設け、この光分岐手段で分岐された照射光を像検出手
段に供給するようにしたので、この像検出手段で、第１
のレンズ及び第２のレンズ間に介挿したパターン源の位
置ずれ、第２のレンズの焦点不整合等を検出することが
でき、これに基づいて位置調整を行うことにより、光学
レンズ系による誤差を極力減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図、第２図
はアパーチャを示す平面図、第３図は光学レンズ系の具
体的構成を示す系統図、第４図〜第６図はこの発明の詳
細な説明に供する光学系の模式図である。 図中、ｌはＸＹＺステージ、１ｅは直線駆動機構、１ｆ
はＺ方向テーブル、２は被露光部材、３はアパーチャ（
パターン源）、４は光学レンズ系、５は光源、６は光軸
、Ｌｌは第１のレンズ、Ｌ２は第２のレンズ、Ｌ、は第
３のレンズ、ＲＬは縮小レンズ（投影レンズ）、Ｌａ、
Ｌｂは第２のレンズを構成する単レンズ、８ａ、８ｂは
直線移動機構、１５はパターン制御装置、３０はステー
ジ制御装置、３５は像検出装置である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの照射光を投影パターンを有するパター
   ン源を介挿した光学系を介して被照射部材に照射して前
   記投影パターンを被照射部材に結像させる光学結像装置
   において、前記光学系は、物空間焦点を光源像位置とし
   、像空間焦点を前記パターン源位置とする第１のレンズ
   と、焦点を基準焦点に対して変位可能で且つ物空間焦点
   を前記パターン源位置とする第２のレンズと、該第２の
   レンズを透過したパターン像を入射させ、像空間焦点に
   結像する第３のレンズと、該第３のレンズのパターン像
   を被照射部材に結像する投影レンズとを備えていること
   を特徴とする光学結像装置。
2. （２）前記第２のレンズの焦点が基準焦点にある状態で
   、当該第２のレンズの像空間焦点の光源像が縮小レンズ
   の入射瞳位置に結像するように第３のレンズの像空間焦
   点と投影レンズの入射瞳位置との間隔が選定されている
   請求項（１）記載の光学結像装置。
3. （３）前記第２のレンズと第３のレンズとの間にパター
   ン像を分岐する光分岐手段を介挿し、該光分岐手段で分
   岐したパターン像を像検出装置に入射するようにした請
   求項（１）又は（２）記載の光学結像装置。
4. （４）光源からの照射光を投影パターンを有するパター
   ン源を介挿した光学系を介して被照射部材に照射して前
   記投影パターンを被照射部材に結像させる光学結像方法
   において、光源からの照射光を第１のレンズを介して、
   その像空間焦点に配設したパターン源に照射し、その透
   過光を焦点位置を基準位置に対して変位可能な可変焦点
   とし且つ物空間焦点を前記パターン源位置とした第２の
   レンズに入射させて、その像空間焦点に光源像を結像さ
   せ、この光源像を第３のレンズに入射して、その像空間
   焦点に前記パターン源の投影パターン像を結像させ、こ
   の投影パターン像を投影レンズを介して被照射部材に結
   像させるようにしたことを特徴とする光学結像方法。