WO2014083871A1 - 露光装置、露光方法 - Google Patents

Abstract

　雰囲気の温度変化によらず、空間光変調器４１のレーザ光の入射位置および基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に制御して、基板Ｗの適切な露光が可能となる。　照明系Ｓ５で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、空間光変調器４１への光の入射位置を的確に調整できる。投影系Ｓ４で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に調整できる。

Description

露光装置、露光方法

　この発明は、空間光変調器によって変調した光を露光対象に照射することで、露光対象を露光する露光技術に関する。

　従来、光源から射出された光をパターン状に露光対象に照射して、露光対象にパターンを形成する露光装置が知られている。例えば、特許文献１の露光装置（パターン描画装置）では、レーザ駆動部およびレーザ発振器で構成された光源から射出された光が、マスクを介して露光対象（基板）に照射される。マスクにはパターンに応じた形状の投光部が形成されており、投光部を通過した光がパターン状に露光対象に照射されることで、露光対象にパターンが形成される。

　そして、このような露光装置では、光路が通過する雰囲気において温度変化が発生すると、光路が変動してしまい、露光対象の所望の位置に光を照射できない場合があった。これに対して、特許文献１では、モータ等の熱源を動作させるタイミングを調整することで、雰囲気の温度変化を抑制して、露光対象への光の照射位置を安定させている。

特開２００９－２８８７４０号公報

　ところで、上述のようなマスクに代えて、例えばＧＬＶ(Grating Light Valve、登録商標)などで構成された空間光変調器を用いて、露光対象に対して光をパターン状に照射することができる。つまり、空間光変調器は照射された光をパターンに応じて変調して射出するものであり、空間光変調器によって変調された光を露光対象に照射することで、露光対象に光をパターン状に照射できる。

　ただし、空間光変調器を用いて基板を適切に露光するためには、空間光変調器への光の入射位置および露光対象への光の照射位置の両方を的確に制御することが求められる。つまり、空間光変調器に対する光の入射位置が変動すると、空間光変調器による変調光の強度が変動してしまう場合があり、その結果、露光対象を露光する光の強度を適切に制御できないおそれがある。また、空間光変調器で変調された光の露光対象への照射位置が変動すると、露光対象の所望の位置に光を照射することができなくなる。

　これに対して、上述の雰囲気の温度変化はあらゆる場所で発生し得るため、光路中における空間光変調器の前後の両方において、雰囲気の温度変化に起因した光路の変動が起こり得る。そして、空間光変調器の前で光路変動が起きると、露光対象に照射される光の強度が変動し、空間光変調器の後で光路変動が起きると、露光対象に照射される光の位置が変動するため、いずれにしても露光対象を適切に露光できないおそれがあった。

　この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、雰囲気の温度変化によらず、空間光変調器への光の入射位置および露光対象への光の照射位置を的確に制御して、露光対象の適切な露光を実現可能とする技術の提供を目的とする。

　この発明にかかる露光装置は、上記目的を達成するために、光を射出する光源と、光源から射出された光を変調することで露光対象に照射される変調光を射出する空間光変調器と、光源から空間光変調器に到る照明系を進む光を検出した結果に基づいて照明系での光路を補正することで、空間光変調器への光の入射位置を調整する照明光路制御手段と、空間光変調器から露光対象に到る投影系を進む光を検出した結果に基づいて投影系での光路を補正することで、露光対象への光の照射位置を調整する投影光路制御手段とを備えたことを特徴とする。

　この発明にかかる露光方法は、上記目的を達成するために、光源から射出された光を空間光変調器で変調することで得られる変調光を露光対象に照射して露光対象を露光する露光方法において、光源から空間光変調器に到る照明系を進む光を検出した結果に基づいて照明系での光路を補正することで、空間光変調器への光の入射位置を調整する工程と、空間光変調器から露光対象に到る投影系を進む光を検出した結果に基づいて投影系での光路を補正することで、露光対象への光の照射位置を調整する工程とを備えたことを特徴とする。

　このように構成された発明（露光装置、露光方法）は、光源から空間光変調器に到る照明系を進む光を検出した結果に基づいて照明系での光路を補正することで、空間光変調器への光の入射位置を調整する。したがって、空間光変調器より前（つまり、照明系）で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、空間光変調器への光の入射位置を的確に調整できる。また、空間光変調器から露光対象に到る投影系を進む光を検出した結果に基づいて投影系での光路を補正することで、露光対象への光の照射位置を調整する。したがって、空間光変調器より後（つまり、投影系）で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、露光対象への光の照射位置を的確に調整できる。こうして、この発明では、雰囲気の温度変化によらず、空間光変調器への光の入射位置および露光対象への光の照射位置を的確に制御して、露光対象の適切な露光を実現することが可能となっている。

　また、照明光路制御手段は、照明系中の照明光路検出箇所を通過する光の位置を検出する照明光路検出器と、照明系中の照明光路補正箇所を通過する光の光路を補正する照明光路補正器とを有し、照明光路検出器の検出結果に基づいて照明光路補正器を制御することで、空間光変調器への光の入射位置を調整するように、露光装置を構成しても良い。このような構成では、照明光路検出箇所を通過する光の位置を検出することで、温度変化に起因した光路の変動を検出できる。そして、この検出結果に基づいて照明光路補正箇所を通過する光の光路を補正することで、空間光変調器への光の入射位置を的確に調整することが可能となっている。

　また、照明光路検出器は、複数の照明光路検出箇所のそれぞれで光の位置を検出し、照明光路補正器は、複数の照明光路補正箇所のそれぞれで通過する光の光路を補正するように、露光装置を構成しても良い。このように照明光路検出箇所および照明光路補正箇所をそれぞれ複数ずつ設けることで、空間光変調器への光の入射位置をより高精度に制御することが可能となる。

　具体的には、照明光路制御手段は、照明光路検出器が複数の照明光路検出箇所のそれぞれで光の位置を検出した結果に基づいて、照明光路補正器による複数の照明光路補正箇所それぞれでの光路の補正を制御することで、照明系の光軸に直交する方向における光路の位置および照明系の光軸に対する光路の角度を調整して、空間光変調器への光の入射位置を調整するように、露光装置を構成しても良い。このような構成は、光路の位置および角度のそれぞれを適切化することができ、空間光変調器への光の入射位置を高精度に制御するにあたって好適となる。

　また、投影光路制御手段は、投影系中の投影光路検出箇所を通過する光の位置を検出する投影光路検出器と、投影系中の投影光路補正箇所を通過する光の光路を補正する投影光路補正器とを有し、投影光路検出器の検出結果に基づいて投影光路補正器を制御することで、露光対象への光の照射位置を調整するように、露光装置を構成しても良い。このような構成では、投影光路検出箇所を通過する光の位置を検出することで、温度変化に起因した光路の変動を検出できる。そして、この検出結果に基づいて投影光路補正箇所を通過する光の光路を補正することで、露光対象への光の照射位置を的確に調整することが可能となっている。

　また、投影光路検出器は、複数の投影光路検出箇所のそれぞれで光の位置を検出し、投影光路補正器は、複数の投影光路補正箇所のそれぞれで通過する光の光路を補正するように、露光装置を構成しても良い。このように投影光路検出箇所および投影光路補正箇所をそれぞれ複数ずつ設けることで、露光対象への光の照射位置をより高精度に制御することが可能となる。

　具体的には、投影光路制御手段は、投影光路検出器が複数の投影光路検出箇所のそれぞれで光の位置を検出した結果に基づいて、投影光路補正器による複数の投影光路補正箇所それぞれでの光路の補正を制御することで、投影系の光軸に直交する方向における光路の位置および投影系の光軸に対する光路の角度を調整して、露光対象への光の照射位置を調整するように、露光装置を構成しても良い。このような構成は、光路の位置および角度のそれぞれを適切化することができ、露光対象への光の照射位置を高精度に制御するにあたって好適となる。

　本発明によれば、雰囲気の温度変化によらず、空間光変調器への光の入射位置および露光対象への光の照射位置を的確に制御して、露光対象の適切な露光が可能となる。

本発明にかかるパターン描画装置の概略構成を模式的に示す正面図である。 図１のパターン描画装置の概略構成を模式的に示す平面図である。 回折光学素子が備える構成の一例を模式的に示す図である。 光学ユニットの第１構成例を模式的に示す図である。 パターン描画と並行してレーザ光の光路補正を動的に行う動作の一例を示すフローチャートである。 図５のフローチャートを実行する構成を模式的に示すブロック図である。 光センサが検出するレーザ光の画像の例を示す図である。 光路の位置および角度の算出手法を説明するための図である。 光学ユニットの第２構成例を模式的に示す図である。 光学ユニットの第３構成例を模式的に示す図である。

　図１は、本発明を適用可能なパターン描画装置の概略構成を模式的に示す正面図である。また、図２は図１のパターン描画装置の概略構成を模式的に示す平面図である。パターン描画装置１００は、レジストなど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、パターンを描画する装置である。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、光ディスク用基板などの各種基板のいずれでもよい。図示例では円形の半導体基板の上面に形成された下層パターンに重ねて上層パターンが描画される。

　パターン描画装置１００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。

　パターン描画装置１００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。これらの領域のうち処理領域１０２には、主として、ステージ１０、ステージ移動機構２０、ステージ位置計測部３０、光学ユニットＵ、アライメントユニット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ロボットなどの搬送装置７０が配置される。

　また、パターン描画装置１００の本体外部には、アライメントユニット６０に照明光を供給する照明ユニット６１が配置される。また、同本体には、パターン描画装置１００が備える装置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が配置される。

　なお、パターン描画装置１００の本体外部で、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。また、カセット載置部１０４に対応し、本体内部の受け渡し領域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（ローディング）するとともに、処理領域１０２から処理済みの基板Ｗを搬出（アンローディング）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、図示しない外部搬送装置によって行われる。この未処理基板Ｗのローディング処理および処理済基板Ｗのアンローディング処理は制御部９０からの指示に応じて搬送装置７０が動作することで行われる。

　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）を付与することによって、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。そして、ステージ１０はステージ移動機構２０により移動させられる。

　ステージ移動機構２０は、ステージ１０を主走査方向（Ｙ軸方向）、副走査方向（Ｘ軸方向）、及び回転方向（Ｚ軸周りの回転方向（θ軸方向））に移動させる機構である。ステージ移動機構２０は、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート２２を支持するベースプレート２４と、支持プレート２２を副走査方向に移動させる副走査機構２３と、ベースプレート２４を主走査方向に移動させる主走査機構２５とを備える。副走査機構２３および主走査機構２５は、制御部９０からの指示に応じてステージ１０を移動させる。

　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図示しない移動子とベースプレート２４の上面に敷設された図示しない固定子とにより構成されたリニアモータ２３ａを有している。また、支持プレート２２とベースプレート２４との間には、副走査方向に延びる一対のガイド部２３ｂが設けられている。このため、リニアモータ２３ａを動作させると、ベースプレート２４上のガイド部２３ｂに沿って支持プレート２２が副走査方向Ｘ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パターン描画装置１００の基台１０６上に敷設された固定子とにより構成されたリニアモ－タ２５ａを有している。また、ベースプレート２４と基台１０６との間には、主走査方向に延びる一対のガイド部２５ｂが設けられている。このため、リニアモータ２５ａを動作させると、基台１０６上のガイド部２５ｂに沿ってベースプレート２４が主走査方向Ｙに移動する。

　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る。ステージ位置計測部３０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ステージ１０の位置を計測する。ステージ位置計測部３０は、例えばステージ１０に向けてレーザ光を照射し、その反射光と出射光との干渉を利用して、ステージ１０の位置を計測する機構により構成されているが、その構成動作はこれに限定されるものではない。ここでは、ステージ位置計測部３０は、レーザ光を出射する出射部３１と、ビームスプリッタ３２と、ビームベンダ３３と、第１干渉計３４と、第２干渉計３５とを備える。これら出射部３１、各干渉計３４、３５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ステージ１０の位置を計測する。

　出射部３１から出射されたレーザ光は、まずビームスプリッタ３２に入射し、ビームベンダ３３に向かう第１分岐光と、第２干渉計３５に向かう第２分岐光とに分岐される。第１分岐光は、ビームベンダ３３により反射され、第１干渉計３４に入射するとともに、第１干渉計３４からステージ１０の第１の部位に照射される。そして、第１の部位で反射した第１分岐光が、再び第１干渉計３４へと入射する。第１干渉計３４は、ステージ１０の第１の部位に向かう第１分岐光と第１の部位で反射された第１分岐光との干渉に基づいて第１の部位の位置に対応した位置パラメータを計測する。

　一方、第２分岐光は、第２干渉計３５に入射するとともに、第２干渉計３５からステージ１０の第２の部位（ただし、第２の部位は、第１の部位とは異なる位置である。）に照射される。そして、第２の部位で反射した第２分岐光が、再び第２干渉計３５へ入射する。第２干渉計３５は、ステージ１０の第２の部位に向かう第２分岐光とステージ１０の第２の部位で反射された第２分岐光との干渉に基づいて第２の部位の位置に対応した位置パラメータを計測する。

　制御部９０は、第１干渉計３４および第２干渉計３５の各々から、ステージ１０の第１の部位の位置に対応した位置パラメータ及びステージ１０の第２の部位の位置に対応した位置パラメータを取得する。そして、取得した各位置パラメータに基づいて、ステージ１０の位置を算出する。

　アライメントユニット６０は、基板Ｗの上面に形成された図示しないアライメントマークを撮像する。アライメントユニット６０は、鏡筒、対物レンズ、およびＣＣＤイメージセンサを有するアライメントカメラ６０１を備える。アライメントカメラ６０１が備えるＣＣＤイメージセンサは、例えばエリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）により構成される。また、アライメントユニット６０は、図示しない昇降機構によって所定の範囲内で昇降可能に支持されている。

　照明ユニット６１は、鏡筒とファイバ６０１を介して接続され、アライメントユニット６０に対して照明用の光を供給する。照明ユニット６１から延びるファイバ６０１によって導かれる光は、アライメントカメラ６０１の鏡筒を介して基板Ｗの上面に導かれ、その反射光は、対物レンズを介してＣＣＤイメージセンサで受光される。これによって、基板Ｗの上面が撮像されて撮像データが取得されることになる。アライメントカメラ６０１は制御部９０の画像処理部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撮像データを取得し、取得した撮像データを制御部９０に送信する。

　アライメントカメラ６０１から与えられる撮像データに基づき制御部９０は、基板Ｗの基準位置に設けられた基準マークを検出して光学ユニットＵと基板Ｗとの相対位置を位置決めするアライメント処理を行う。そして、光学ユニットＵから描画パターンに応じて変調されたレーザ光を基板Ｗの所定位置に照射することでパターン描画を行う。

　光学ユニットＵは、描画パターンに対応するストリップデータに基づいてレーザ光を変調する光学ヘッド４を、Ｘ軸方向に沿って２台並べた概略構成を具備する。なお、光学ヘッド４の台数はこれに限られない。また、これら光学ヘッド４は互いに同様の構成を具備するので、以下では１台の光学ヘッド４に関連する構成について説明を行う。

　光学ユニットＵには、光学ヘッド４に対してレーザ光を照射する光照射部５が設けられている。光照射部５は、レーザ駆動部５１、レーザ発振器５２および照明光学系５３を有する。そして、レーザ駆動部５１の作動によりレーザ発振器５２から射出されたレーザ光が、照明光学系５３を介して光学ヘッド４へと入射する。光学ヘッド４では、光照射部５から照射されたレーザ光が空間光変調器によって変調されて、投影光学系４３を介して基板Ｗに照射される。これによって、未処理の基板Ｗに形成されていた下層パターンに対して、上層パターン（描画パターン）が重ねて露光される。

　なお、光学ヘッド４の空間光変調器は、例えば特開２０１２－１６９５４９号公報に記載されたＧＬＶなどと同様の構成を具備する回折光学素子４１０を用いてレーザ光を変調するものである（図３）。ここで、図３は、回折光学素子が備える構成の一例を模式的に示す図である。回折光学素子４１０はＯＦＦ状態とＯＮ状態とを取ることができ、同図では、ＯＦＦ状態にある回折光学素子４１０が上欄に示され、ＯＮ状態にある回折光学素子４１０が下欄に示されている。

　図３に示すように、回折光学素子４１０は、固定リボン４１２（固定部材）および可動リボン４１３（可動部材）を平板状のボトム電極４１１（基準電極）の表面に対向させつつ、当該表面に平行な方向へ交互に並べた概略構成を備える。固定リボン４１２および可動リボン４１３は、平面に仕上げられて光を反射する反射面４１２s、４１３sを有している。固定リボン４１２は、ボトム電極４１１に対して一定間隔を空けて固定されている一方、可動リボン４１３は、ボトム電極４１１に対して移動自在に設けられている。そして、回折光学素子４１０のＯＦＦ状態では、可動リボン４１３がボトム電極４１１から離れて、固定リボン４１２の反射面４１２sと可動リボン４１３の反射面４１３sとが面一となる。一方、回折光学素子４１０のＯＮ状態では、可動リボン４１３がボトム電極４１１に近づいて、固定リボン４１２の反射面４１２sと可動リボン４１３の反射面４１３sとの間に段差が生じる。

　このような可動リボン４１３の動作は、可動リボン４１３に電圧を印加することで制御される。つまり、可動リボン４１３に印圧電圧が与えられると、可動リボン４１３とボトム電極４１１との間の電位差に応じた静電気力が可動リボン４１３に働く。この静電気力は、可動リボン４１３の機械的な弾性力に抗して可動リボン４１３を変形させつつ、可動リボン４１３をボトム電極４１１へと引き付ける。その結果、固定リボン４１２に対して可動リボン４１３がボトム電極４１１側へ変位して、図３に示すＯＮ状態が実現される。一方、可動リボン４１３への電圧の印加が停止されると、可動リボン４１３とボトム電極４１１との間の静電気力が消失するため、可動リボン４１３はその弾性力によって固定リボン４１２と並ぶ位置まで変位して、図３に示すＯＦＦ状態が実現される。

　そして、ＯＦＦ状態では、各リボン４１２、４１３の反射面４１２s、４１３sが面一に並ぶため、回折光学素子４１０への入射光Ｌiは反射面４１２s、４１３sで正反射されて、回折光学素子４１０からは０次回折光（正反射光）Ｌoが射出される。一方、ＯＮ状態では、各リボン４１２、４１３の反射面４１２s、４１３sの間に段差が生じるため、反射面４１２sでの反射光と反射面４１３sでの反射光との間に光路差が生じる。その結果、隣接して並ぶ固定リボン４１２と可動リボン４１３によって回折格子が形成されて、回折光学素子４１０からは１次以上の回折光Ｌgが射出される。この際、可動リボン４１３は静電気力と弾性力とが釣り合った位置で停止する。したがって、可動リボン４１３への印加電圧の値を制御することで、可動リボン４１３の位置（換言すれば、回折格子の深さ）を変えて、回折光学素子４１０からの正反射光量（０次回折光量）を調整することができる。

　かかる制御は、画素単位で実行される。例えば、隣接して並ぶ３個の固定リボン４１２と３個の可動リボン４１３とで１画素を構成して、１画素単位で可動リボン４１３への印加電圧が制御される。その結果、正反射光量（０次回折光量）の調整は、１画素単位で実行される。

　ちなみに、レーザ発振器５２から射出されるレーザ光の光量は完全に一様とは限らず、若干の分布を有する場合がある。そこで、レーザ発振器５２から射出されたレーザ光の光量分布を打ち消すように、可動リボン４１３にオフセットを与えることで（具体的には、オフセット電圧を印加することで）、空間光変調器へのデータ（描画データ）の入力がない状態で、回折光学素子４１０から射出されるレーザ光の光量が均一化されるように初期設定が実行される。具体的には、初期設定で可動リボン４１３に印加する電圧を示す初期設定値が制御部９０に記憶される。そして、制御部９０は、初期設定値が示すオフセット電圧（直流電圧）を可動リボン４１３へ印加する。したがって、データに基づいて可動リボン４１３を駆動する際には、データに応じて変調された電圧（交流電圧）とオフセット電圧を加算した印加電圧が可動リボン４１３に与えられることとなる。

　このように、光学ユニットＵでは、レーザ駆動部５１およびレーザ発振器５２からなる光源（以下、光源５１、５２と適宜称する）から射出されたレーザ光が回折光学素子４１０によって変調される。そして、回折光学素子４１０で変調されたレーザ光が露光対象である基板Ｗに照射される。続いては、このような光学ユニットＵの具体的な構成例について詳述する。

　Ａ．光学ユニットの第１構成例
　図４は、光学ユニットの第１構成例を模式的に示す図である。図４に示すように、光学ユニットＵでは、回折光学素子４１０を有する空間光変調器４１が設けられている。かかる光学ユニットＵの構成は、光源５１、５２から回折光学素子４１０までの照明系Ｓ５と、回折光学素子４１０から基板Ｗまでの投影系Ｓ４に大別される。

　照明系Ｓ５では、光源５１、５２から射出されたレーザ光を拡大するエキスパンダーとして機能するレンズ５３a、５３bと、レンズ５３a、５３bから射出されたレーザ光を収束させるレンズ５３cと、レンズ５３cから射出されたレーザ光を反射して回折光学素子４１０に導く反射ミラー４２とが配置されている。そして、レンズ５３a～５３cおよび反射ミラー４２によって照明光学系５３（図１）が構成されている。

　図４に示すように、レンズ５３bからレンズ５３cに到る区間では、コリメートされたレーザ光（平行光）が進行する。そして、レンズ５３cがレーザ光を回折光学素子４１０に収束させることで、レーザ光が回折光学素子４１０に入射する。これによって、強度分布の均一な線状のレーザ光（光束断面が線状のレーザ光）が、回折光学素子４１０の有効領域に照射される。ここで、有効領域は、回折光学素子４１０が入射光に対する変調を実行可能な領域である。

　投影系Ｓ４では、回折光学素子４１０で反射されたレーザ光をコリメートするレンズ４３bと、レンズ４３bから射出されたレーザ光を収束させるレンズ４３dとが設けられている。さらに、投影系Ｓ４では、回折光学素子４１０からレンズ４３bに到る区間に配置されたアパーチャ４３aと、レンズ４３bからレンズ４３dに到る区間に配置された絞り４３cとが設けられている。そして、アパーチャ４３a、絞り４３cおよびレンズ４３b、４３dで投影光学系４３（図１）が構成されている。

　図４に示すように、回折光学素子４１０で反射されたレーザ光は、アパーチャ４３aで不要光を遮光されてからレンズ４３bに入射する。アパーチャ４３aは、図４紙面に垂直な方向においてレーザ光をカットするものであり、回折光学素子４１０で反射されたレーザ光のうち、０次回折光のみを通過させて１次以上の高次回折光を遮断する機能を担う。したがって、レンズ４３bには、０次回折光のみが入射して、１次以上の高次回折光は入射しない。レンズ４３bからレンズ４３dに到る区間では、コリメートされたレーザ光（平行光）が進行する。そして、レンズ４３dがレーザ光を基板Ｗに収束させることで、レーザ光が基板Ｗに照射される。なお、投影系Ｓ４にはズーム機構を備えるようにしても良い。

　図４から判るように、回折光学素子４１０と基板Ｗとが光学的に共役となるように投影系Ｓ４は構成されている。したがって、回折光学素子４１０の各画素から反射された０次回折光の像が基板Ｗに投影される。また、上述のとおり、可動リボン４１３への印加電圧の値を制御することで、回折格子の深さを変えて、回折光学素子４１０からの回折光量を調整することができる。したがって、制御部９０は、可動リボン４１３への印加電圧の値を画素毎に制御することで、基板Ｗに照射されるレーザ光量を画素毎に調整することができる。

　ところで、このような光学ユニットＵでは、照明系Ｓ５で温度変化に起因した光路の揺らぎが発生すると、空間光変調器４１に対するレーザ光の入射位置が変動して、空間光変調器４１による変調レーザ光の強度が変動してしまう場合があり、その結果、基板Ｗを露光するレーザ光の強度を適切に制御できないおそれがある。この原因は、状況に応じて種々のものが考えられるが、例えば次のようなものが挙げられる。

　つまり、回折光学素子４１０の有効領域にレーザ光を収束させる上記構成では、回折光学素子４１０の有効領域に対してレーザ光の入射位置がずれると、有効領域の端部に照射されるレーザ光量が著しく低下して、十分な光量で露光できない領域が基板Ｗに発生するおそれがある。あるいは、上述のように、光源５１、５２からのレーザ光の光量分布を打ち消すように初期設定を行った場合には、空間光変調器４１に入射するレーザ光の位置が変動すると、初期設定で調整した光量分布と可動リボン４１３のオフセットの関係が崩れてしまって、空間光変調器４１からのレーザ光の光量が不適切にずれてしまう。

　また、このような光路の揺らぎの問題は、照明系Ｓ５のみならず投影系Ｓ４においても問題となる。つまり、投影系Ｓ４で温度変化に起因した光路の揺らぎが発生すると、空間光変調器４１で変調されたレーザ光の基板Ｗへの照射位置が変動して、基板Ｗの所望の位置にレーザ光を照射できなくなる。

　したがって、照明系Ｓ５および投影系Ｓ４では、それぞれの雰囲気（空気）の温度変化によらず光路を安定させて、回折光学素子４１０へのレーザ光の入射位置や、基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に制御することが求められる。そこで、第１構成例にかかる光学ユニットＵの照明系Ｓ５および投影系Ｓ４のそれぞれは、レーザ光の光路を補正する以下の構成を具備する。

　図４に示すように、照明系Ｓ５の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ11、Ｐ13のそれぞれには、ピエゾミラーＭが配置されている。配設箇所Ｐ11、Ｐ13は、レンズ５３bからレンズ５３cに到る区間に存在しており、配設箇所Ｐ11のピエゾミラーＭは、レンズ５３bからのレーザ光を配設箇所Ｐ13のピエゾミラーＭへ向けて反射し、配設箇所Ｐ13のピエゾミラーＭは、配設箇所Ｐ11のピエゾミラーＭからのレーザ光をレンズ５３cへ向けて反射する。そして、ピエゾミラーＭの回転を制御することで、配設箇所Ｐ11、Ｐ13のぞれぞれでレーザ光の光路を補正することが可能となっている。

　なお、ピエゾミラーＭは、ピエゾを用いてミラーを駆動する構成を具備するものであり、例えば、異なる２軸を中心として回転自在に構成されたミラーをピエゾで駆動して各軸回りで回転させる構成を具備する。後述するピエゾミラーＭも同様の構成を具備する。

　また、照明系Ｓ５の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ12、Ｐ14のそれぞれには、ビームスプリッタＢＳが配置されている。さらに、配設箇所Ｐ12、Ｐ14のそれぞれには、光センサＤが対向して配置されている。配設箇所Ｐ12のビームスプリッタＢＳは、配設箇所Ｐ11、Ｐ13のピエゾミラーＭの間に配置されており、配設箇所Ｐ11からのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ13へ透過する一方、配設箇所Ｐ11からのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ12に対向する光センサＤへ反射する。配設箇所Ｐ14のビームスプリッタＢＳは、配設箇所Ｐ13のピエゾミラーとレンズ５３cの間に配置されており、配設箇所Ｐ13からのレーザ光の一部をレンズ５３cへ透過する一方、配設箇所Ｐ13からのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ14に対向する光センサＤへ反射する。各光センサＤに光ビームが到達する位置は、配設箇所Ｐ12、Ｐ14を通過する光ビームの位置に応じて変化する。したがって、各光センサＤは、対応する配設箇所Ｐ12、Ｐ14を通過するレーザ光の位置を検出することとなる。

　なお、光センサＤとしては、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサ、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ、あるいはＰＳＤ（半導体位置検出器）で構成されたものを用いることができる。後述する光センサＤも同様の構成を具備する。

　そして、制御部９０は、光センサＤの検出結果から配設箇所Ｐ12、Ｐ14を通過するレーザ光の位置を求めた結果に基づいて、配設箇所Ｐ11、Ｐ13それぞれのピエゾミラーＭの回転を制御する。これによって、照明系Ｓ５のレーザ光の光路が補正されて、回折光学素子４１０へのレーザ光の入射位置が調整される。

　図４に示すように、投影系Ｓ４の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ15、Ｐ17のそれぞれには、ピエゾミラーＭが配置されている。配設箇所Ｐ15は、回折光学素子４１０からアパーチャ４３aに到る区間に存在しており、配設箇所Ｐ15のピエゾミラーＭは、回折光学素子４１０からのレーザ光をアパーチャ４３aへ向けて反射する。また、配設箇所Ｐ17は、絞り４３cからレンズ４３dに到る区間に存在しており、配設箇所Ｐ17のピエゾミラーＭは、絞り４３cからのレーザ光をレンズ４３dへ向けて反射する。そして、ピエゾミラーＭの回転を制御することで、配設箇所Ｐ15、Ｐ17のそれぞれでレーザ光の光路を補正することが可能となっている。

　また、投影系Ｓ４の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ16、Ｐ18のそれぞれには、ビームスプリッタＢＳが配置されている。さらに、配設箇所Ｐ16、Ｐ18のそれぞれには、光センサＤが対向して配置されている。配設箇所Ｐ16のビームスプリッタＢＳは、配設箇所Ｐ15のピエゾミラーＭとアパーチャ４３aとの間に配置されており、配設箇所Ｐ15からのレーザ光の一部をアパーチャ４３aに透過する一方、配設箇所Ｐ15からのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ16に対向する光センサＤへ反射する。配設箇所Ｐ18のビームスプリッタＢＳは、配設箇所Ｐ17のピエゾミラーＭとレンズ４３dの間に配置されており、配設箇所Ｐ17からのレーザ光の一部をレンズ４３dに透過する一方、配設箇所Ｐ17からのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ18に対向する光センサＤへ反射する。各光センサＤに光ビームが到達する位置は、配設箇所Ｐ16、Ｐ18を通過する光ビームの位置に応じて変化する。したがって、各光センサＤは、対応する配設箇所Ｐ16、Ｐ18を通過するレーザ光の位置を検出することとなる。

　そして、制御部９０は、光センサＤの検出結果から配設箇所Ｐ16、Ｐ18を通過するレーザ光の位置を求めた結果に基づいて、配設箇所Ｐ15、Ｐ17それぞれのピエゾミラーＭの回転を制御する。これによって、投影系Ｓ４のレーザ光の光路が補正されて、基板Ｗへのレーザ光の照射位置が調整される。

　このように、照明系Ｓ５および投影系Ｓ４のそれぞれで、レーザ光を検出した結果に基づいてレーザ光の光路を補正することが可能となっている。そして、この実施形態では、基板Ｗへのパターン描画を実行しながら、レーザ光の光路を動的に補正することで、基板Ｗへの適切なパターン描画を実行可能としている。続いては、この点について詳述する。

　図５は、パターン描画と並行してレーザ光の光路補正を動的に行う動作の一例を示すフローチャートである。図６は、図５のフローチャートを実行する構成を模式的に示すブロック図である。つまり、図５のフローチャートは、制御部９０に構成された画像取得部９１、画像処理部９３、ＰＩＤ制御部９５およびピエゾ駆動部９７によって実行される。

　制御部９０は、基板Ｗへのパターン描画の開始に先立って、各ピエゾミラーＭのピエゾの駆動量を初期値に設定する（ステップＳ１０１）。この初期値は、照明系Ｓ５および投影系Ｓ４内で揺らぎが発生しないときに、空間光変調器４１（の回折光学素子４１）および露光対象である基板Ｗ上の適切な位置に露光ビーム（レーザ光）が導かれる状態を実現する値である。そして、ピエゾ駆動部９７は設定された初期値に従って各ピエゾミラーＭのピエゾＰＺを駆動する。これによって、各ピエゾミラーＭの回転量が適切化されて、パターン描画の開始準備が整う。続くステップＳ１０２では、基板Ｗへのパターン描画が開始される。具体的には、制御部９０は、描画パターンに対応する描画データに応じた印加電圧を回折光学素子４１０の各可動リボン４１３に印加して、回折光学素子４１０によって変調されたレーザ光を基板Ｗに照射することで、基板Ｗへパターンを描画する。

　ステップＳ１０２でのパターン描画の開始をトリガーとして、ステップＳ１０３～Ｓ１０９が開始される。なお、ステップＳ１０３～Ｓ１０９の動作は、照明系Ｓ５および投影系Ｓ４のそれぞれで独立して実行される。ただし、各系Ｓ５、Ｓ４での動作の内容は略同様であるので、ここでは照明系Ｓ５での動作について詳述し、投影系Ｓ４での動作については差異点を中心に後述することとする。

　ステップＳ１０３では、画像取得部９１は各光センサＤの検出したレーザ光の画像（図７）の取得を開始する。ここで、図７は光センサが検出するレーザ光の画像の例を示す図である。図７では、光センサＤの各画素の輝度が明暗で示されている。同図に示すように、光センサＤが検出するレーザ光の画像は、輝度の分布を有する。制御部９０は、光センサＤが対向する各配設箇所Ｐ12、Ｐ14でのレーザ光の通過位置を、輝度分布を有する画像から正確に求めるために、レーザ光の画像の重心位置を画像処理部９３に求めさせる（ステップＳ１０４）。具体的には、画像処理部９３は、閾値以上の輝度を有する画素を選出し、選出された画素の位置ベクトルを当該画素の輝度で重み付けした、位置ベクトルの加重平均を重心位置として算出する。こうして、配設箇所Ｐ12、Ｐ14を通過するレーザ光の位置が、レーザ光の重心位置Ｇa、Ｇbとして求められる。

　続く、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で求めたレーザ光の重心位置に基づいて、ＰＩＤ制御部９５が各ピエゾミラーＭのピエゾＰＺの移動量を求めるための演算を行う。具体的には、ＰＩＤ制御部９５は、光軸ＯＡに直交する直交方向Ｒにおける光路の位置と、光軸ＯＡに対する光路の角度とを算出する（図８）。ここで、図８は、光路の位置および角度の算出手法を説明するための図である。同図では、レーザ発振器５２のレーザ光の射出口を原点として、横軸に光軸ＯＡを縦軸に直交方向Ｒをそれぞれとって、照明系Ｓ５での光路Ｑが示されている。この光路Ｑは、光軸ＯＡに対する直交方向Ｒへ距離ｒの位置ずれを起こしているとともに、光軸ＯＡに対して角度θの角度ずれを起こしている。

　原点Ｏから配設箇所Ｐ12までの距離ｌaと、配設箇所Ｐ12から配設箇所Ｐ14までの距離ｌbはそれぞれ既知である。また、配設箇所Ｐ12、Ｐ14それぞれにおけるレーザ光の重心位置Ｇa、Ｇbは、ステップＳ１０４で算出済みであり既知である。したがって、光路Ｑを示す方程式は、２点（ｌa、Ｇa）（ｌa＋ｌb、Ｇb）を通る直線の式で表される。そこで、かかる関係を用いて、ＰＩＤ制御部９５は既知の値ｌa、ｌb、Ｇa、Ｇbから、直交方向Ｒにおける光路Ｑの位置ｒおよび光軸ＯＡに対する光路Ｑの角度θを算出する。

　ＰＩＤ制御部９５は、かかる算出結果に基づいて、位置ｒおよび角度θのそれぞれをゼロにするピエゾミラーＭの回転量と、現在のピエゾミラーＭの回転量との偏差Δを算出する。この偏差Δは、配設箇所Ｐ11、Ｐ13それぞれのピエゾミラーＭについて算出される。そして、ＰＩＤ制御部９５は、配設箇所Ｐ11、Ｐ13それぞれのピエゾミラーＭを偏差Δだけ回転させるために必要となる各ピエゾＰＺの移動量を次の関係式に基づいて算出する。
　（移動量）＝Δ×Ｃp＋（Δold－Δ）×Ｃd＋Δav×Ｃi、
　Δold：１回前のステップＳ１０５で算出された偏差Δ、
　Δav：現在までに実行された所定回数αのステップＳ１０５で算出された偏差Δの平均値、
　Ｃp：比例ゲイン、
　Ｃd：微分ゲイン、
　Ｃi：積分ゲイン。

　こうして、ステップＳ１０５では、配設箇所Ｐ11、Ｐ12のピエゾミラーＭのピエゾＰＺのそれぞれについて、移動量が算出される。続く、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で求めたピエゾＰＺの移動量が所定量以内であるか判断される。そして、所定量以内でない場合には、ステップＳ１０７に進んで、ピエゾＰＺの移動量を所定量以内に変更した上で、ステップＳ１０８に進む。一方、所定量以内である場合には、そのままステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、ピエゾ駆動部９７が設定された移動量だけ各ピエゾＰＺを駆動することで、配設箇所Ｐ11、Ｐ13のそれぞれでピエゾミラーＭが回転する。こうして、照明系Ｓ５では、配設箇所Ｐ12、Ｐ14を通過するレーザ光の位置を検出した結果に基づいて、配設箇所Ｐ11、Ｐ13のそれぞれでピエゾミラーＭが回転して、レーザ光の光路が補正される。そして、ステップＳ１０３～Ｓ１０８は、パターン描画が終了するまで、繰り返し実行される（ステップＳ１０９）。

　なお、投影系Ｓ４についても、同様にしてレーザ光の光路が補正される。具体的には、図８の原点Ｏを回折光学素子４１０にとって、配設箇所Ｐ12、Ｐ14を配設箇所Ｐ16、Ｐ18に置き換えて上述と同様の制御を行えば良い。これによって、投影系Ｓ４においても、配設箇所Ｐ16、Ｐ18を通過するレーザ光の位置を検出した結果に基づいて、配設箇所Ｐ15、Ｐ17のそれぞれでピエゾミラーＭが回転して、レーザ光の光路が補正される。

　以上に説明したように、第１構成例では、光源５１、５２から空間光変調器４１に到る照明系Ｓ５を進むレーザ光を検出した結果に基づいて照明系Ｓ５での光路が補正されて、空間光変調器４１への光の入射位置が調整される。したがって、空間光変調器４１より前（つまり、照明系Ｓ５）で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、空間光変調器４１への光の入射位置を的確に調整できる。また、空間光変調器４１から基板Ｗに到る投影系Ｓ４を進むレーザ光を検出した結果に基づいて投影系Ｓ４での光路が補正されて、基板Ｗへのレーザ光の照射位置が調整される。したがって、空間光変調器４１より後（つまり、投影系Ｓ４）で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に調整できる。こうして、この実施形態では、雰囲気の温度変化によらず、空間光変調器４１へのレーザ光の入射位置および基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に制御して、露光対象である基板Ｗの適切な露光を実現することが可能となっている。

　また、第１構成例では、照明系Ｓ５中の配設箇所Ｐ12、Ｐ14を通過するレーザ光の位置を検出する光センサＤと、照明系Ｓ５中の配設箇所Ｐ11、Ｐ13を通過するレーザ光の光路を補正するピエゾミラーＭとが設けられている。そして、光センサＤの検出結果に基づいてピエゾミラーＭを制御することで、空間光変調器４１へのレーザ光の入射位置を調整できる。このような構成では、配設箇所Ｐ12、Ｐ14を通過するレーザ光の位置を検出することで、温度変化に起因した光路の変動を検出できる。そして、この検出結果に基づいて配設箇所Ｐ11、Ｐ13を通過するレーザ光の光路を補正することで、空間光変調器４１へのレーザ光の入射位置を的確に調整することが可能となる。

　また、第１構成例の照明系Ｓ５では、複数の配設箇所Ｐ12、Ｐ14のそれぞれでレーザ光の位置を検出した結果に基づいて、複数の配設箇所Ｐ11、Ｐ13のそれぞれで通過するレーザ光の光路が補正される。このようにレーザ光の位置を検出する検出箇所Ｐ12、Ｐ14と、レーザ光の光路を補正する補正箇所Ｐ11、Ｐ13をそれぞれ複数ずつ設けることで、空間光変調器４１へのレーザ光の入射位置をより高精度に制御することが可能となる。特に、第１構成例では、光路の位置ｒおよび角度θのそれぞれを適切化できるよう構成されており、空間光変調器４１へのレーザ光の入射位置を高精度に制御するにあたって好適である。

　また、第１構成例では、投影系Ｓ４中の配設箇所Ｐ16、Ｐ18を通過するレーザ光の位置を検出する光センサＤと、投影系Ｓ４中の配設箇所Ｐ15、Ｐ17を通過するレーザ光の光路を補正するピエゾミラーＭとが設けられている。そして、光センサＤの検出結果に基づいてピエゾミラーＭを制御することで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置を調整できる。このような構成では、配設箇所Ｐ16、Ｐ18を通過するレーザ光の位置を検出することで、温度変化に起因した光路の変動を検出できる。そして、この検出結果に基づいて配設箇所Ｐ15、Ｐ17を通過するレーザ光の光路を補正することで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に調整することが可能となる。

　また、第１構成例の投影系Ｓ４では、複数の配設箇所Ｐ16、Ｐ18のそれぞれでレーザ光の位置を検出した結果に基づいて、複数の配設箇所Ｐ15、Ｐ17のそれぞれで通過するレーザ光の光路が補正される。このようにレーザ光の位置を検出する検出箇所Ｐ16、Ｐ18と、レーザ光の光路を補正する補正箇所Ｐ15、Ｐ17をそれぞれ複数ずつ設けることで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置をより高精度に制御することが可能となる。特に、第１構成例では、光路の位置ｒおよび角度θのそれぞれを適切化できるよう構成されており、基板Ｗへのレーザ光の照射位置を高精度に制御するにあたって好適である。

　このように第１構成例では、パターン描画装置１００が本発明の「露光装置」に相当し、制御部９０が本発明の「照明光路制御手段」「投影光路制御手段」として機能する。照明系Ｓ５においては、ビームスプリッタＢＳと光センサＤとが協働して本発明の「照明光路検出器」として機能し、配設箇所Ｐ12、Ｐ14が本発明の「照明光路検出箇所」に相当し、ピエゾミラーＭが本発明の「照明光路補正器」として機能し、配設箇所Ｐ11、Ｐ13が本発明の「照明光路補正箇所」に相当する。投影系Ｓ４においては、ビームスプリッタＢＳと光センサＤとが協働して本発明の「投影光路検出器」として機能し、配設箇所Ｐ16、Ｐ18が本発明の「投影光路検出箇所」に相当し、ピエゾミラーＭが本発明の「投影光路補正器」として機能し、配設箇所Ｐ15、Ｐ17が本発明の「投影光路補正箇所」に相当する。

　Ｂ．光学ユニットの第２構成例
　図９は、光学ユニットの第２構成例を模式的に示す図である。第２構成例が第１構成例と異なるのは、光路補正に関する構成であり、その他の構成は基本的に共通する。したがって、以下では、第１構成例との差異点を中心に説明することとし、共通する構成については適宜説明を省略する。ただし、第２構成例においても第１構成例と共通する構成を具備することで、第１構成例と同様の効果が奏される点は言うまでもない。

　図９に示すように、照明系Ｓ５の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ21、Ｐ22のそれぞれには、ビームスプリッタＢＳが配置されている。配設箇所Ｐ21、Ｐ22は、レンズ５３bからレンズ５３cに到る区間に存在しており、配設箇所Ｐ21のビームスプリッタＢＳは、レンズ５３bからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ22のビームスプリッタＢＳへ向けて反射し、配設箇所Ｐ22のビームスプリッタＢＳは、配設箇所Ｐ21からのレーザ光の一部をレンズ５３cへ向けて反射する。配設箇所Ｐ21、Ｐ22それぞれのビームスプリッタＢＳは、ピエゾＰＺからの駆動力を受けて回転自在に構成されてピエゾミラーＭとしての機能も備えており、ビームスプリッタＢＳの回転を制御することで、配設箇所Ｐ21、Ｐ22のそれぞれでレーザ光の光路を補正することが可能となっている。

　さらに、配設箇所Ｐ21、Ｐ22のそれぞれに対しては、光センサＤが対向して配置されている。そして、配設箇所Ｐ21のビームスプリッタＢＳは、レンズ５３bからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ21に対向する光センサＤへ透過し、配設箇所Ｐ22のビームスプリッタＢＳは、配設箇所Ｐ21からのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ22に対向する光センサＤへ透過する。各光センサＤに光ビームが到達する位置は、配設箇所Ｐ21、Ｐ22を通過する光ビームの位置に応じて変化する。したがって、各光センサＤは、対応する配設箇所Ｐ21、Ｐ22を通過するレーザ光の位置を検出することとなる。

　そして、制御部９０は、光センサＤの検出結果から、配設箇所Ｐ21、Ｐ22を通過するレーザ光の位置を求めた結果に基づいて、配設箇所Ｐ21、Ｐ22それぞれのビームスプリッタＢＳの回転を制御する。これによって、照明系Ｓ５のレーザ光の光路が補正されて、回折光学素子４１０へのレーザ光の入射位置が調整される。具体的には、第１構成例での詳述内容と同様の制御を行うことができ、異なる２箇所Ｐ21、Ｐ22でのレーザ光の位置を検出した結果から、レーザ光の光路の位置ｒおよび角度θを求めて、これら位置ｒおよび角度θのずれを抑制するようにビームスプリッタＢＳの回転量を制御することで、回折光学素子４１０へのレーザ光の入射位置が調整される。

　また、投影系Ｓ４の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ23、Ｐ24のそれぞれには、ビームスプリッタＢＳが配置されている。配設箇所Ｐ23は、回折光学系４１０からアパーチャ４３aに到る区間に存在しており、配設箇所Ｐ23のビームスプリッタＢＳは、回折光学系４１０からのレーザ光の一部をアパーチャ４３aへ向けて反射する。また、配設箇所Ｐ24は、絞り４３cからレンズ４３dに到る区間に存在しており、配設箇所Ｐ24のビームスプリッタＢＳは、絞り４３cからのレーザ光の一部をレンズ４３dへ向けて反射する。配設箇所Ｐ23、Ｐ24それぞれのビームスプリッタＢＳは、ピエゾＰＺからの駆動力を受けて回転自在に構成されてピエゾミラーＭとしての機能も備えており、ビームスプリッタＢＳの回転を制御することで、配設箇所Ｐ23、Ｐ24のそれぞれでレーザ光の光路を補正することが可能となっている。

　さらに、配設箇所Ｐ23、Ｐ24のそれぞれに対しては、光センサＤが対向して配置されている。そして、配設箇所Ｐ23のビームスプリッタＢＳは、回折光学素子４１０からのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ23に対向する光センサＤへ透過し、配設箇所Ｐ24のビームスプリッタＢＳは、絞り４３cからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ24に対向する光センサＤへ透過する。各光センサＤに光ビームが到達する位置は、配設箇所Ｐ23、Ｐ24を通過する光ビームの位置に応じて変化する。したがって、各光センサＤは、対応する配設箇所Ｐ23、Ｐ24を通過するレーザ光の位置を検出することとなる。

　そして、制御部９０は、光センサＤの検出結果から、配設箇所Ｐ23、Ｐ24を通過するレーザ光の位置を求めた結果に基づいて、配設箇所Ｐ23、Ｐ24それぞれのビームスプリッタＢＳの回転を制御する。これによって、投影系Ｓ４のレーザ光の光路が補正されて、基板Ｗへのレーザ光の照射位置が調整される。具体的には、第１構成例での詳述内容と同様の制御を行うことができ、異なる２箇所Ｐ23、Ｐ24でのレーザ光の位置を検出した結果から、レーザ光の光路の位置ｒおよび角度θを求めて、これら位置ｒおよび角度θのずれを抑制するようにビームスプリッタＢＳの回転量を制御することで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置が調整される。

　このように、第２構成例においても、空間光変調器４１より前（つまり、照明系Ｓ５）で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、空間光変調器４１への光の入射位置を的確に調整できる。また、空間光変調器４１より後（つまり、投影系Ｓ４）で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に調整できる。その結果、雰囲気の温度変化によらず、空間光変調器４１へのレーザ光の入射位置および基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に制御して、露光対象である基板Ｗの適切な露光を実現することが可能となっている。

　このように第２構成例では、パターン描画装置１００が本発明の「露光装置」に相当し、制御部９０が本発明の「照明光路制御手段」「投影光路制御手段」として機能する。照明系Ｓ５においては、ビームスプリッタＢＳと光センサＤとが協働して本発明の「照明光路検出器」として機能し、配設箇所Ｐ21、Ｐ22が本発明の「照明光路検出箇所」に相当し、ビームスプリッタＢＳが本発明の「照明光路補正器」として機能し、配設箇所Ｐ21、Ｐ22が本発明の「照明光路補正箇所」に相当する。投影系Ｓ４においては、ビームスプリッタＢＳと光センサＤとが協働して本発明の「投影光路検出器」として機能し、配設箇所Ｐ23、Ｐ24が本発明の「投影光路検出箇所」に相当し、ビームスプリッタＢＳが本発明の「投影光路補正器」として機能し、配設箇所Ｐ23、Ｐ24が本発明の「投影光路補正箇所」に相当する。

　Ｃ．光学ユニットの第３構成例
　図１０は、光学ユニットの第３構成例を模式的に示す図である。第３構成例が第１構成例と異なるのは、光路補正に関する構成であり、その他の構成は基本的に共通する。したがって、以下では、第１構成例との差異点を中心に説明することとし、共通する構成については適宜説明を省略する。ただし、第３構成例においても第１構成例と共通する構成を具備することで、第１構成例と同様の効果が奏される点は言うまでもない。

　図１０に示すように、照明系Ｓ５の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ31、Ｐ32には、ピエゾミラーＭ、平行平板Ｂがそれぞれ設けられている。配設箇所Ｐ31、Ｐ32は、レンズ５３bからレンズ５３cに到る区間に存在しており、配設箇所Ｐ31のピエゾミラーＭは、レンズ５３bからのレーザ光を配設箇所Ｐ32の平行平板Ｂへ向けて反射し、配設箇所Ｐ32の平行平板Ｂは、配設箇所Ｐ31のピエゾミラーＭからのレーザ光をレンズ５３cへ向けて透過する。平行平板Ｂは、ガラスなどで構成された光透過性の平板であり、平行平板Ｂの一方主面がレーザ光の入射面となり、平行平板Ｂの他方主面がレーザ光の射出面となる。さらに、平行平板Ｂは制御部９０の制御を受けて回転自在に構成されており、平行平板Ｂを一方主面から他方主面へ透過するレーザ光の直交方向Ｒへの位置は、平行平板Ｂの回転角に応じて変化する。つまり、平行平板Ｂは、レーザ光の光軸ＯＡに対する角度に影響を与えることなく、レーザ光の光路を直交方向Ｒへ変位させる機能を有する。

　このような構成を具備する照明系Ｓ５では、配設箇所Ｐ31のピエゾミラーＭを回転させることで、光軸ＯＡに対するレーザ光の光路の角度を調整することができる。また、配設箇所Ｐ32の平行平板Ｂを回転させることで、直交方向Ｒにおけるレーザ光の光路の位置を調整することができる。つまり、レーザ光の光路の位置ｒと角度θの調整を分離して、ピエゾミラーＭと平行平板Ｂにそれぞれ担わせることができる。

　また、照明系Ｓ５の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ33、Ｐ34のそれぞれには、ビームスプリッタＢＳが配置されている。さらに、配設箇所Ｐ33、Ｐ34のそれぞれには、光センサＤが対向して配置されている。配設箇所Ｐ33、Ｐ34は、平行平板Ｂとレンズ５３cの間に存在している。そして、配設箇所Ｐ33のビームスプリッタＢＳは、平行平板Ｂからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ34のビームスプリッタＢＳに透過させる一方、平行平板Ｂからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ33に対向する光センサＤへ反射する。また、配設箇所Ｐ34のビームスプリッタＢＳは、配設箇所Ｐ33のビームスプリッタＢＳからのレーザ光の一部をレンズ５３cに透過させる一方、配設箇所Ｐ33のビームスプリッタＢＳからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ34に対向する光センサＤへ反射する。各光センサＤに光ビームが到達する位置は、配設箇所Ｐ33、Ｐ34を通過する光ビームの位置に応じて変化する。したがって、各光センサＤは、対応する配設箇所Ｐ33、Ｐ34を通過するレーザ光の位置を検出することとなる。

　そして、制御部９０は、光センサＤの検出結果から、配設箇所Ｐ33、Ｐ34を通過するレーザ光の位置を求めた結果に基づいて、配設箇所Ｐ31、Ｐ32のピエゾミラーＭ、平行平板Ｂそれぞれの回転を制御する。これによって、照明系Ｓ５のレーザ光の光路が補正されて、回折光学素子４１０へのレーザ光の入射位置が調整される。具体的には、第１構成例での詳述内容と同様の制御を行うことができ、異なる２箇所Ｐ21、Ｐ22でのレーザ光の位置を検出した結果から、レーザ光の光路の位置ｒおよび角度θを求めて、これら位置ｒおよび角度θのずれを抑制するようにビームスプリッタＢＳおよび平行平板Ｂの回転量を制御することで、回折光学素子４１０へのレーザ光の入射位置が調整される。特に、第３構成例では、レーザ光の光路の位置ｒと角度θの調整を分離して、ピエゾミラーＭと平行平板Ｂにそれぞれ担わせることができるため、角度θだけピエゾミラーＭを回転させるとともに、位置ｒに相当する角度だけ平行平板Ｂを回転させるだけで、レーザ光の光路を適切に補正でき、制御の簡素化が図られている。

　また、図１０に示すように、投影系Ｓ４の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ35、Ｐ36には、ピエゾミラーＭ、平行平板Ｂがそれぞれ設けられている。配設箇所Ｐ35、Ｐ36は、回折光学素子４１０からアパーチャ４３aに到る区間に存在しており、配設箇所Ｐ35のピエゾミラーＭは、回折光学素子４１０からのレーザ光を配設箇所Ｐ36の平行平板Ｂへ向けて反射し、配設箇所Ｐ36の平行平板Ｂは、配設箇所Ｐ35のピエゾミラーＭからのレーザ光をアパーチャ４３aへ向けて透過する。なお、平行平板Ｂの具体的構成や機能は、先の照明系Ｓ５と同様である。

　このような構成を具備する投影系Ｓ４では、配設箇所Ｐ35のピエゾミラーＭを回転させることで、光軸ＯＡに対するレーザ光の光路の角度を調整することができる。また、配設箇所Ｐ36の平行平板Ｂを回転させることで、直交方向Ｒにおけるレーザ光の光路の位置を調整することができる。つまり、レーザ光の光路の位置ｒと角度θの調整を分離して、ピエゾミラーＭと平行平板Ｂにそれぞれ担わせることができる。

　また、投影系Ｓ４の光軸ＯＡ上の配設箇所Ｐ37、Ｐ38のそれぞれには、ビームスプリッタＢＳが配置されている。さらに、配設箇所Ｐ37、Ｐ38のそれぞれには、光センサＤが対向して配置されている。配設箇所Ｐ37、Ｐ38は、絞り４３cとレンズ４３dの間に存在している。そして、配設箇所Ｐ37のビームスプリッタＢＳは、絞り４３cからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ38のビームスプリッタＢＳに透過させる一方、絞り４３cからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ37に対向する光センサＤへ反射する。また、配設箇所Ｐ38のビームスプリッタＢＳは、配設箇所Ｐ37のビームスプリッタＢＳからのレーザ光の一部をレンズ４３dに透過させる一方、配設箇所Ｐ37のビームスプリッタＢＳからのレーザ光の一部を配設箇所Ｐ38に対向する光センサＤへ反射する。各光センサＤに光ビームが到達する位置は、配設箇所Ｐ37、Ｐ38を通過する光ビームの位置に応じて変化する。したがって、各光センサＤは、対応する配設箇所Ｐ37、Ｐ38を通過するレーザ光の位置を検出することとなる。

　そして、制御部９０は、光センサＤの検出結果から、配設箇所Ｐ37、Ｐ38を通過するレーザ光の位置を求めた結果に基づいて、配設箇所Ｐ35、Ｐ36のピエゾミラーＭ、平行平板Ｂそれぞれの回転を制御する。これによって、投影系Ｓ４のレーザ光の光路が補正されて、基板Ｗへのレーザ光の照射位置が調整される。具体的には、第１構成例での詳述内容と同様の制御を行うことができ、異なる２箇所Ｐ37、Ｐ38でのレーザ光の位置を検出した結果から、レーザ光の光路の位置ｒおよび角度θを求めて、これら位置ｒおよび角度θのずれを抑制するようにビームスプリッタＢＳおよび平行平板Ｂの回転量を制御することで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置が調整される。特に、第３構成例では、レーザ光の光路の位置ｒと角度θの調整を分離して、ピエゾミラーＭと平行平板Ｂにそれぞれ担わせることができるため、角度θだけピエゾミラーＭを回転させるとともに、位置ｒに相当する角度だけ平行平板Ｂを回転させるだけで、レーザ光の光路を適切に補正でき、制御の簡素化が図られている。

　このように、第３構成例においても、空間光変調器４１より前（つまり、照明系Ｓ５）で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、空間光変調器４１への光の入射位置を的確に調整できる。また、空間光変調器４１より後（つまり、投影系Ｓ４）で雰囲気の温度変化が生じたとしても、温度変化に起因した光路の変動を検出して、この検出結果に基づいて光路を補正することで、基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に調整できる。その結果、雰囲気の温度変化によらず、空間光変調器４１へのレーザ光の入射位置および基板Ｗへのレーザ光の照射位置を的確に制御して、露光対象である基板Ｗの適切な露光を実現することが可能となっている。

　このように第３構成例では、パターン描画装置１００が本発明の「露光装置」に相当し、制御部９０が本発明の「照明光路制御手段」「投影光路制御手段」として機能する。照明系Ｓ５においては、ビームスプリッタＢＳと光センサＤとが協働して本発明の「照明光路検出器」として機能し、配設箇所Ｐ33、Ｐ34が本発明の「照明光路検出箇所」に相当し、ピエゾミラーＭ、平行平板Ｂが本発明の「照明光路補正器」として機能し、配設箇所Ｐ31、Ｐ32が本発明の「照明光路補正箇所」に相当する。投影系Ｓ４においては、ビームスプリッタＢＳと光センサＤとが協働して本発明の「投影光路検出器」として機能し、配設箇所Ｐ37、Ｐ38が本発明の「投影光路検出箇所」に相当し、ピエゾミラーＭ、平行平板Ｂが本発明の「投影光路補正器」として機能し、配設箇所Ｐ35、Ｐ36が本発明の「投影光路補正箇所」に相当する。

　Ｄ．その他
　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、照明系Ｓ５や投影系Ｓ４において、レーザ光の検出が２箇所で実行されていた。しかしながら、レーザ光の検出を行う箇所数はこれに限られず、１あるいは３以上であっても良い。また、照明系Ｓ５や投影系Ｓ４において、光路を補正するための光路補正部材（ピエゾミラーＭ、ビームスプリッタＢＳ、平行平板Ｂなど）を配置する個数も上記のものに限られない。

　また、上記実施形態では、光センサＤの配置の詳細については特に言及しなかった。しかしながら、光センサＤの配置態様についても種々の変形を行うことができる。具体的な変形例について、説明すると次のとおりである。なお、ここでは、第１構成例を用いて説明するが、他の構成例についても同様の変形が可能である。

　第１構成例の照明系Ｓ５では、光センサＤによりレーザ光の検出を行う検出箇所Ｐ12、Ｐ14が光軸ＯＡに沿って並んでいた。この際、これら検出箇所Ｐ12、Ｐ14のうち最後段の検出箇所Ｐ14に対向する光センサＤについて、検出箇所Ｐ14から当該光センサＤまでの距離と、検出箇所Ｐ14から回折光学素子４１０までの距離とを等しくしておけば、当該光センサＤは回折光学素子４１０へのレーザ光の入射位置そのものを検出できる。したがって、回折光学素子４１０のレーザ光の入射位置の制御にとって極めて好適となる。

　あるいは、第１構成例の投影系Ｓ４では、光センサＤによりレーザ光の検出を行う検出箇所Ｐ16、Ｐ18が光軸ＯＡに沿って並んでいた。この際、これら検出箇所Ｐ16、Ｐ18のうち最後段の検出箇所Ｐ18に対向する光センサＤについて、検出箇所Ｐ18から当該光センサＤまでの距離と、検出箇所Ｐ18から回折光学素子４１０までの距離とを等しくしておけば、当該光センサＤは露光対象である基板Ｗへのレーザ光の照射位置そのものを検出できる。したがって、基板Ｗへのレーザ光の照射位置の制御にとって極めて好適となる。

　また、上記実施形態では、光センサＤは、レーザ光の二次元像（換言すれば、ビームスプリッタＢＳに投影された二次元像）を検出するものであった。しかしながら、光センサＤとしては、一次元の像を検出するラインセンサを用いることもできる。この場合においても、少なくともラインセンサの長軸方向において、レーザ光の位置を検出することができる。あるいは、２本のラインセンサを直交して配置すれば、レーザ光の位置を二次元で検出することも可能である。このようなラインセンサを用いた場合には、レーザ光の検出を短い時間間隔で検出することができ、光路の揺らぎに対して光路の補正を迅速に行うことが可能となる。

　また、上記実施形態では、ビームスプリッタＢＳで分割されたレーザ光が光センサＤに直接入射する構成となっていた。しかしながら、ビームスプリッタＢＳと光センサＤとの間に、レーザ光の像を拡大・縮小する例えばエキシパンダのような光学素子を設けても良い。要するに、光センサＤが対向する箇所でのレーザ光の位置を光センサＤにより検出できれば足りる。

　また、上記実施形態では、空間光変調器４１は、回折光学素子４１０を用いてレーザ光を変調する構成を具備していた。しかしながら、回折光学素子４１０以外の変調素子を用いてレーザ光を変調する空間光変調器４１を用いることもできる。

　また、上記実施形態では、光路を補正するために設けられたピエゾミラーＭやビームスプリッタＢＳをピエゾＰＺで駆動していた。しかしながら、駆動手段は、もちろんピエゾＰＺに限られず、例えばモータであっても良い。

　また、光センサＤに基づいて、レーザ光の位置を算出する具体的手法や、光路の位置ｒや角度θを算出する具体的手法も上述の内容に限られない。さらに、光路の位置ｒや角度θを光センサＤの検出結果から抽出分離する構成も必須ではない。例えば、光センサＤの検出値と、ピエゾミラーＭなどの光路補正部材の移動量との関係を示すテーブルや関数を用意しておき、当該関係に光センサＤの検出結果を当てはめて、光路補正部材を移動させることで、光路を補正する構成でも構わない。

　また、上記実施形態のパターン描画装置１００では、０次のレーザ光で露光を行うものであった。しかしながら、１次以上の高次のレーザ光で露光を行うパターン描画装置１００に対して本発明を適用することもできる。

　本発明は、光源から射出された光を空間光変調器で変調して露光対象に照射する技術全般に適用することができ、特に空間光変調器で変調された光で基板にパターン描画を行うパターン描画装置に好適である。処理対象となる基板としては、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、光ディスク用基板など各種のものを用いることが可能である。

　１００…パターン描画装置（露光装置）
　９０…制御部（照明光路制御手段、投影光路制御手段）
　Ｓ５…照明系
　Ｓ４…投影系
　Ｗ…基板（露光対象）
　Ｍ…ピエゾミラー（照明光路補正器、投影光路補正器）
　ＢＳ…ビームスプリッタ（照明光路検出器、投影光路検出器、照明光路補正器、投影光路補正器）
　Ｂ…平行平板（照明光路補正器、投影光路補正器）
　Ｄ…光センサ（照明光路検出器、投影光路検出器）
　Ｐ12、Ｐ14…配設箇所（照明光路検出箇所）
　Ｐ11、Ｐ13…配設箇所（照明光路補正箇所）
　Ｐ16、Ｐ18…配設箇所（投影光路検出箇所）
　Ｐ15、Ｐ17…配設箇所（投影光路補正箇所）
　Ｐ21、Ｐ22…配設箇所（照明光路検出箇所、照明光路補正箇所）
　Ｐ23、Ｐ24…配設箇所（投影光路検出箇所、投影光路補正箇所）
　Ｐ33、Ｐ34…配設箇所（照明光路検出箇所）
　Ｐ31、Ｐ32…配設箇所（照明光路補正箇所）
　Ｐ37、Ｐ38…配設箇所（投影光路検出箇所）
　Ｐ35、Ｐ36…配設箇所（投影光路補正箇所）

Claims (8)

1. 　光を射出する光源と、
   　前記光源から射出された光を変調することで露光対象に照射される変調光を射出する空間光変調器と、
   　前記光源から前記空間光変調器に到る照明系を進む光を検出した結果に基づいて前記照明系での光路を補正することで、前記空間光変調器への光の入射位置を調整する照明光路制御手段と、
   　前記空間光変調器から前記露光対象に到る投影系を進む光を検出した結果に基づいて前記投影系での光路を補正することで、前記露光対象への光の照射位置を調整する投影光路制御手段と
   を備えた露光装置。
2. 　前記照明光路制御手段は、前記照明系中の照明光路検出箇所を通過する光の位置を検出する照明光路検出器と、前記照明系中の照明光路補正箇所を通過する光の光路を補正する照明光路補正器とを有し、前記照明光路検出器の検出結果に基づいて前記照明光路補正器を制御することで、前記空間光変調器への光の入射位置を調整する請求項１に記載の露光装置。
3. 　前記照明光路検出器は、複数の前記照明光路検出箇所のそれぞれで光の位置を検出し、前記照明光路補正器は、複数の前記照明光路補正箇所のそれぞれで通過する光の光路を補正する請求項２に記載の露光装置。
4. 　前記照明光路制御手段は、前記照明光路検出器が複数の前記照明光路検出箇所のそれぞれで光の位置を検出した結果に基づいて、前記照明光路補正器による複数の前記照明光路補正箇所それぞれでの光路の補正を制御することで、前記照明系の光軸に直交する方向における光路の位置および前記照明系の光軸に対する光路の角度を調整して、前記空間光変調器への光の入射位置を調整する請求項３に記載の露光装置。
5. 　前記投影光路制御手段は、前記投影系中の投影光路検出箇所を通過する光の位置を検出する投影光路検出器と、前記投影系中の投影光路補正箇所を通過する光の光路を補正する投影光路補正器とを有し、前記投影光路検出器の検出結果に基づいて前記投影光路補正器を制御することで、前記露光対象への光の照射位置を調整する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の露光装置。
6. 　前記投影光路検出器は、複数の前記投影光路検出箇所のそれぞれで光の位置を検出し、前記投影光路補正器は、複数の前記投影光路補正箇所のそれぞれで通過する光の光路を補正する請求項５に記載の露光装置。
7. 　前記投影光路制御手段は、前記投影光路検出器が複数の前記投影光路検出箇所のそれぞれで光の位置を検出した結果に基づいて、前記投影光路補正器による複数の前記投影光路補正箇所それぞれでの光路の補正を制御することで、前記投影系の光軸に直交する方向における光路の位置および前記投影系の光軸に対する光路の角度を調整して、前記露光対象への光の照射位置を調整する請求項６に記載の露光装置。
8. 　光源から射出された光を空間光変調器で変調することで得られる変調光を露光対象に照射して前記露光対象を露光する露光方法において、
   　前記光源から前記空間光変調器に到る照明系を進む光を検出した結果に基づいて前記照明系での光路を補正することで、前記空間光変調器への光の入射位置を調整する工程と、
   　前記空間光変調器から前記露光対象に到る投影系を進む光を検出した結果に基づいて前記投影系での光路を補正することで、前記露光対象への光の照射位置を調整する工程と
   を備えた露光方法。
    

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