(57)【要約】【課題】画像観察装置のテレセントリシティを安価な工具により高精度に調整することができる画像観察装置のテレセントリシティ調整方法を提供する。【解決手段】所定の二次光源１０ｂからの光を観察対象物へ導き、対物光学系２２を経由した該観察対象物からの光に基づいて撮像素子２８の撮像面上に前記観察対象物の像を形成する画像観察装置のテレセントリシティ調整方法において、前記対物光学系２２を介した前記所定の二次光源１０ｂからの光に基づいて、前記所定の二次光源の像を所定面に形成する二次光源像形成工程と、前記対物光学系２２を介した前記所定の二次光源１０ｂからの光に基づいて、前記対物光学系２２と前記撮像素子２８との間に配置される結像開口絞り２０の像を前記所定面に形成する結像開口絞り像形成工程と、前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像との双方に基づいて前記所定の二次光源１０ｂの位置を調整する調整工程とを含む。【選択図】  図１
2005026461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の二次光源からの光を観察対象物へ導き、対物光学系を経由した該観察対象物からの光に基づいて撮像素子の撮像面上に前記観察対象物の像を形成する画像観察装置のテレセントリシティ調整方法において、
前記対物光学系を介した前記所定の二次光源からの光に基づいて、前記所定の二次光源の像を所定面に形成する二次光源像形成工程と、
前記対物光学系を介した前記所定の二次光源からの光に基づいて、前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置される結像開口絞りの像を前記所定面に形成する結像開口絞り像形成工程と、
前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像との双方に基づいて前記所定の二次光源の位置を調整する調整工程と
を含むことを特徴とする画像観察装置のテレセントリシティ調整方法。
【請求項２】
前記所定面に前記撮像素子とは異なる撮像素子の撮像面を配置して、前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像との双方を撮像する撮像工程をさらに含み、
前記結像開口絞り像形成工程では、前記結像開口絞り及び前記対物光学系の双方を介した前記所定の二次光源からの光に基づいて、前記結像開口絞りの像を形成し、
前記調整工程では、前記撮像工程により撮像された前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像とに基づいて、前記二次光源の位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法。
【請求項３】
前記対物光学系と前記撮像素子との間の光路中に工具光学系を配置する工具光学系配置工程と、
前記工具光学系の焦点位置に前記撮像素子の前記撮像面を位置決めする撮像面配置工程と、
前記二次光源の像と、前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置される結像開口絞りの像とを前記撮像素子を用いて撮像する撮像工程と
を含み、
前記調整工程では、前記撮像工程により撮像された前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像とに基づいて、前記二次光源の位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法。
【請求項４】
前記所定の二次光源の像及び前記結像開口絞りの像が前記所定面上に形成されるように前記二次光源の位置を光軸方向に沿って移動させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法。
【請求項５】
前記所定の二次光源と前記結像開口絞りとの間の光路中に拡散板を挿入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法。
【請求項６】
前記拡散板の拡散度は、前記所定面上において前記二次光源の像が判別できるように定められていることを特徴とする請求項５に記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法。
【請求項７】
前記調整工程は、前記所定の二次光源の像と前記結像開口絞りの像とが同心円状となるように、前記所定の二次光源の位置を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法。
【請求項８】
前記調整工程は、光源からの光に基づいて前記所定の二次光源を形成するためのライトガイド端面の位置、または前記所定の二次光源を形成するための照明σ絞りの位置を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法。
【請求項９】
所定の二次光源からの光を観察対象物へ導き、対物光学系を経由した該観察対象物からの光に基づいて撮像素子の撮像面上に前記観察対象物の像を形成する画像観察装置のフォーカス位置計測方法において、
前記所定の二次光源を画像観察装置の光軸に対して所定の偏心方向へ偏心させる照明光偏心工程と、
前記偏心方向に対して垂直な方向に伸びた線状パターンを前記観察対象物が配置される面の近傍または該配置される面と共役な面の近傍に位置決めするパターン配置工程と、
前記線状パターンの空間像強度分布を計測する空間像強度分布計測工程と、
前記空間像強度分布計測工程にて計測された前記空間像強度分布の非対称性に基づいて、前記対物光学系のフォーカス位置を計測するフォーカス位置計測工程と
を含むことを特徴とする画像観察装置のフォーカス位置計測方法。
【請求項１０】
前記線状パターンの像位置を計測する像位置計測工程を更に備え、
前記フォーカス位置計測工程は、前記空間像強度分布計測工程において計測された空間像強度分布の非対称性及び前記像位置計測工程において計測された前記線状パターンの像位置に基づいて、前記対物光学系のフォーカス位置を計測することを特徴とする請求項９に記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法。
【請求項１１】
所定の二次光源からの光を観察対象物へ導き、対物光学系を経由した該観察対象物からの光に基づいて撮像素子の撮像面上に前記観察対象物の像を形成する画像観察装置のフォーカス位置計測方法において、
前記所定の二次光源を画像観察装置の光軸に対して所定の偏心方向へ偏心させる照明光偏心工程と、
前記偏心方向に対して垂直な方向に延びた線状パターンを前記観察対象物が配置される面の近傍または該配置される面と共役な面の近傍に位置決めするパターン配置工程と、
前記線状パターンの像位置を計測する計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記線状パターンの像位置に基づいて、前記対物光学系のフォーカス位置を計測するフォーカス位置計測工程と
を含むことを特徴とする画像観察装置のフォーカス位置計測方法。
【請求項１２】
前記照明光偏心工程は、光源からの光に基づいて前記所定の二次光源を形成するためのライトガイド端面の位置、または前記所定の二次光源を形成するための照明σ絞りの位置を前記偏心方向に沿って偏心させる工程を含むことを特徴とする請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法。
【請求項１３】
前記照明光偏心工程は、前記所定の二次光源を形成するための照明σ絞りを交換する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９乃至請求項１２の何れか一項に記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法。
【請求項１４】
前記線状パターンは、位相パターンであることを特徴とする請求項９乃至請求項１３の何れか一項に記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載のテレセントリシティ調整方法によりテレセントリシティの調整を行った画像観察装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
請求項９乃至請求項１４の何れか一項に記載のフォーカス位置計測方法によりフォーカス位置の計測を行った画像観察装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
第１面に配置されたマスクに形成されたパターン像を第２面に配置された感光性基板へ投影する投影光学系のフォーカス位置計測方法において、
所定の二次光源を前記投影光学系の光軸に対して所定の偏心方向へ偏心させる照明光偏心工程と、
前記偏心された前記二次光源からの光を前記第１面へ導く照明工程と、
前記偏心方向に対して垂直な方向に延びた線状パターンを前記第１面の近傍または前記第１面と共役な面の近傍に位置決めするパターン配置工程と、
前記線状パターンの空間像強度分布を計測する空間像強度分布計測工程と、
前記空間像強度分布計測工程にて計測された前記空間像強度分布の非対称性に基づいて、前記投影光学系のフォーカス位置を計測するフォーカス位置計測工程と
を含むことを特徴とする投影光学系のフォーカス位置計測方法。
【請求項１８】
前記線状パターンの像位置を計測する像位置計測工程をさらに含み、
前記フォーカス位置計測工程では、前記空間像強度分布計測工程において計測された空間像強度分布の非対称性及び前記像位置計測工程において計測された前記線状パターンの像位置に基づいて、前記投影光学系のフォーカス位置を計測することを特徴とする請求項１７に記載の投影光学系のフォーカス位置計測方法。
【請求項１９】
第１面に配置されたマスクに形成されたパターン像を第２面に配置された感光性基板へ投影する投影光学系のフォーカス位置計測方法において、
所定の二次光源を前記投影光学系の光軸に対して所定の偏心方向へ偏心させる照明光偏心工程と、
前記偏心された前記二次光源からの光を前記第１面へ導く照明工程と、
前記偏心方向に対して垂直な方向に延びた線状パターンを前記第１面の近傍または前記第１面と共役な面の近傍に位置決めするパターン配置工程と、
前記線状パターンの像位置を計測する計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記線状パターンの像位置に基づいて、前記投影光学系のフォーカス位置を計測するフォーカス位置計測工程と
を含むことを特徴とする投影光学系のフォーカス位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像観察装置のテレセントリシティの調整を行う画像観察装置のテレセントリシティ調整方法、画像観察装置のフォーカス位置の計測を行う画像観察装置のフォーカス位置計測方法、該調整方法または該計測方法により調整または計測された画像観察装置を有する露光装置及び投影光学系のフォーカス位置の計測を行う投影光学系のフォーカス位置計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、その他のマイクロデバイスの製造工程には、マスク上に形成された原画となるパターンをフォトレジスト等の感光剤が塗布された感光性基板上に投影露光する露光装置（例えば、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置）が用いられている。ここで、露光装置には、重ね合わせ露光を行うために、マスクと感光性基板との位置あわせ（アライメント）を行うための画像観察装置が備えられている。この画像観察装置によるアライメントの精度はパターンの微細化に伴い高い精度が要求されるようになっており、露光装置にはパターンの最小線幅の数分の１ないしは数十分の１程度のアライメントの精度を有する画像観察装置が備えられている。
【０００３】
上述の画像観察装置としては、ハロゲンランプ等の光源から射出される波長帯域幅の広い光で照明され撮像されたアライメントマークの画像データを画像処理してアライメントマークの位置を計測するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）顕微鏡が存在する。また、感光性基板を載置する基板ステージに対するＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置やマスクの位置の計測、所謂ベースライン計測のために、基板ステージにＣＣＤを埋設し、感光性基板表面の位置をＣＣＤの撮像面に拡大投影するためのリレーレンズ系を備えたＡＩＳ（Ａｅｒｉａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）が存在する。
【０００４】
図２８は、ＦＩＡ顕微鏡の構成を示す図である。ＦＩＡ顕微鏡は光源２００を備え、光源２００より射出した光は、コレクタレンズ２０２を通過することにより平行光となり、波長選択フィルタ２０４を透過することにより所望の波長域の光となり、コンデンサレンズ２０６によりライトガイド２０８の入射端２０８ａに集光する。ライトガイド２０８の射出端２０８ｂから射出した光は、コンデンサレンズ２１０を介して、ハーフミラー２１２に入射する。ハーフミラー２１２により反射された照明光は、第一対物レンズ２１４を通して第一対物レンズ２１４の焦点位置に置かれた物体２１６を照明する。このとき物体２１６を照明する照明光は、物体２１６をむらなく照明する為に、所謂ケーラー照明されており、物体２１６上でライトガイド２０８の射出端２０８ｂが無限遠となるように、コンデンサレンズ２１０により、ライトガイド２０８の射出端２０８ｂの像を第一対物レンズ２１４の後ろ側焦点位置付近に形成する。物体２１６により反射された反射光は、第一対物レンズ２１４によって平行光となり、ハーフミラー２１２を透過し、第二対物レンズ２１８を通してＣＣＤ２２０の撮像面上に結像し、ＣＣＤ２２０上に結像した物体像を画像処理することにより、物体２１６の位置を測定する。なお、ＦＩＡ顕微鏡は、特許文献１等に開示されている。
【０００５】
上述のＦＩＡ顕微鏡は、物体のデフォーカスにより生じる倍率変化又は位置ずれを防止し高精度に物体２１６の位置を計測するために、第一対物レンズ２１４の後側焦点位置近傍に開口絞り２２２を備え、物体面側がテレセントリックとなるように構成されている。また、このＦＩＡ顕微鏡は、露光時と位置計測用マークの計測時において、露光装置の光軸方向への基板ステージ移動量を極力小さくするために、露光装置の投影光学系の焦点面に対してＦＩＡ顕微鏡の焦点位置が概略一致するように調整される。また、大型の感光性基板に露光を行う液晶露光装置においては、感光性基板上の複数箇所に形成された位置計測用マークの計測を同時に行うために、複数のＦＩＡ顕微鏡を搭載する場合がある。これら複数のＦＩＡ顕微鏡により同時に計測を行うために、ＦＩＡ顕微鏡の焦点位置を高精度に調整しておく必要がある。
【０００６】
ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法としては、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に搭載した状態で、基板ステージを基板ステージの法線方向に移動させ、基板ステージ（または基板ステージ上に載置された感光性基板）上に形成されたマーク位置を計測し調整する方法が存在する。即ち、露光装置の基板ステージの法線方向移動量をΔＺ、マーク位置移動量をΔｒ、テレセントリシティ量をａ（＝Δｒ／ΔＺ）とし、ａが所定値内に収まるようにＦＩＡ顕微鏡の光源位置または光源と共役なσ絞り位置を調整する。
【０００７】
また、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法としては、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に搭載した状態で、基板ステージを基板ステージの法線方向に移動させ、基板ステージ上に形成されたマークの空間像強度分布によりフォーカス位置を計測するコントラスト法が存在する。即ち、マークの空間像強度分布から微分ピーク値を求め、この微分ピーク値が最も高くなる基板ステージの法線方向移動位置を計測し、その計測値に基づいてＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置を計測する。
【０００８】
また、上述のＡＩＳを用いてＦＩＡ顕微鏡のベースラインを計測する方法としてはＦＩＡ顕微鏡内に設けられ、感光性基板表面相当の位置に結像するよう、ＦＩＡの光学系により投影された指標像を、ＡＩＳにより、ＡＩＳのＣＣＤ中心を基準に計測する方式、感光性基板表面の近傍に設けられたＡＩＳの指標の位置をＦＩＡ顕微鏡のＣＣＤにより計測する方式が存在する。ＡＩＳ側に指標を設ける場合、ＡＩＳに対して指標の位置は固定されているため、ＡＩＳを露光装置に搭載する際に、ＡＩＳのフォーカス位置と指標の位置を正確に一致させておく必要がある。
【０００９】
なお、カラーフィルタ作成のための露光を行う際には、ＦＩＡ顕微鏡の照明波長をＲＧＢのそれぞれに対応させて切り替える場合がある。この場合においては、所定の標準照明波長によりフォーカス位置の調整を行なうと共に、各照明波長毎のフォーカス位置を予め計測により求めておく。そして、照明波長を切り替える際に、基板ステージを予め計測された照明波長のフォーカス位置に移動し、位置計測用のマーク位置の計測を行う。
【００１０】
また、投影光学系のフォーカス位置の計測方法としては、ＡＩＳの焦点位置に指標を配置し、指標面の投影光学系の光軸方向の位置をオートフォーカスにより計測し、投影光学系によって指標上に結像したマスクパターンをＡＩＳのリレーレンズによりＣＣＤの撮像面上に再度結像させて、空間像強度分布によりコントラストを計測する方法が存在する。即ち、基板ステージを光軸方向に順次移動させて空間像強度分布の計測を行い、コントラストがピークとなるときの指標面のオートフォーカスによる計測位置を投影光学系のフォーカス位置として検出する。
【００１１】
また、投影光学系のディストーションの計測方法としては、ＡＩＳの指標位置を基準にして、投影光学系により投影されたマスクパターンの位置を計測し、基板ステージを光軸に対して垂直な面内に移動させて、露光領域全面のパターン投影位置を同様に計測することにより投影光学系のディストーションを計測する方法が存在する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−２１４０４７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティの調整及びフォーカス位置計測は、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に搭載した状態で行われている。しかしながら、高精度にＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測を行うためには、焦点深度またはそれ以上の範囲において光軸方向にピッチを細かくとりフォーカス位置の計測を行う必要があり、膨大な時間を必要とする。
【００１４】
また、近年の基板の大型化により、基板ステージのレべリング誤差、感光性基板のうねり等、フォーカス位置の計測時の光軸方向位置の誤差は増大する傾向にあるため、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ及びフォーカス位置の精度は露光装置の露光精度に大きな影響を及ぼす。しかしながら、高精度にテレセントリシティの計測及びフォーカス位置の計測を行うためには、露光装置の基板ステージの光軸方向への駆動量、光軸方向位置を検出するための計測系のストロークを拡大する必要があることから、コストアップの要因となる。また、ＦＩＡ顕微鏡をユニット単位で組み立て調整することにより露光装置に搭載する前に高精度にテレセントリシティの計測及びフォーカス位置の計測を行うためには、ＦＩＡ顕微鏡の調整を行なうための工具として露光装置の光軸方向への駆動機構及び光軸方向の位置を検出するための計測系と同程度の精度を要するため、高価なものを用いる必要がある。
【００１５】
また、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置を計測する方法の１つである上述の感光性基板表面の近傍に設けられたＡＩＳの指標の位置をＦＩＡ顕微鏡のＣＣＤにより計測する方式においては、露光装置上において指標をＡＩＳに対して上下動するような機構はなく、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置調整時もフォーカスを目視確認程度でしか合わせることができないという不都合がある。
【００１６】
また、投影光学系のフォーカス位置計測においても、指標位置がＡＩＳ焦点面からΔＺずれている場合、投影光学系の焦点面として検出された位置は、実際の投影光学系のフォーカス位置からΔＺずれてしまう。
【００１７】
更に、指標位置がＡＩＳ焦点面からΔＺずれていると、指標照明光がテレセントリックではない、すなわち投影光学系がテレセントリックではない場合（テレセントリシティ量  ａ）には、ＡＩＳ系で計測される指標位置がΔＺ×ａだけずれる。このため、指標位置を基準として計測を行う投影光学系のディストーション計測では、露光領域面内でのテレセントリシティが一様ではないときには、計測場所によって、基準となる指標位置が変動してしまうためディストーション計測値に誤差が生じる。
【００１８】
この発明の課題は、画像観察装置のテレセントリシティを安価な工具により高精度に調整することができる画像観察装置のテレセントリシティ調整方法、画像観察装置のフォーカス位置を安価な工具により高精度に計測することができる画像観察装置のフォーカス位置計測方法、該調整方法または該計測方法により調整または計測された画像観察装置を有する露光装置及び投影光学系のフォーカス位置計測を簡易に行なうことができる投影光学系のフォーカス位置計測方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法は、所定の二次光源からの光を観察対象物へ導き、対物光学系を経由した該観察対象物からの光に基づいて撮像素子の撮像面上に前記観察対象物の像を形成する画像観察装置のテレセントリシティ調整方法において、前記対物光学系を介した前記所定の二次光源からの光に基づいて、前記所定の二次光源の像を所定面に形成する二次光源像形成工程と、前記対物光学系を介した前記所定の二次光源からの光に基づいて、前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置される結像開口絞りの像を前記所定面に形成する結像開口絞り像形成工程と、前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像との双方に基づいて前記所定の二次光源の位置を調整する調整工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
この請求項１記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、所定面に形成される二次光源及び結像開口絞り像に基づいて二次光源の位置を調整することにより画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なう。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法によりテレセントリシティ調整を行なうことができる。従って、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうためのコストを削減することができ、画像観察装置のテレセントリシティ調整を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００２１】
また、請求項２記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法は、前記所定面に前記撮像素子とは異なる撮像素子の撮像面を配置して、前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像との双方を撮像する撮像工程をさらに含み、前記結像開口絞り像形成工程では、前記結像開口絞り及び前記対物光学系の双方を介した前記所定の二次光源からの光に基づいて、前記結像開口絞りの像を形成し、前記調整工程では、前記撮像工程により撮像された前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像とに基づいて、前記二次光源の位置を調整することを特徴とする。
【００２２】
この請求項２記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうための撮像素子等の簡易かつ安価な工具を用い、その撮像素子により撮像された二次光源の像と結像開口絞りの像に基づいて二次光源の位置を調整することにより画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なう。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法により画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうことができる。従って、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうためのコストを削減することができ、画像観察装置のテレセントリシティ調整を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００２３】
また、請求項３記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法は、前記対物光学系と前記撮像素子との間の光路中に工具光学系を配置する工具光学系配置工程と、前記工具光学系の焦点位置に前記撮像素子の前記撮像面を位置決めする撮像面配置工程と、前記二次光源の像と、前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置される結像開口絞りの像とを前記撮像素子を用いて撮像する撮像工程とを含み、前記調整工程では、前記撮像工程により撮像された前記二次光源の像と前記結像開口絞りの像とに基づいて、前記二次光源の位置を調整することを特徴とする。
【００２４】
この請求項３記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうための簡易かつ安価な工具光学系を用い、画像観察装置の撮像素子により撮像された二次光源の像と結像開口絞りの像に基づいて二次光源の位置を調整することにより画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なう。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法により画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうことができる。従って、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうためのコストを削減することができ、画像観察装置のテレセントリシティ調整を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００２５】
また、請求項４記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法は、前記所定の二次光源の像及び前記結像開口絞りの像が前記所定面上に形成されるように前記二次光源の位置を光軸方向に沿って移動させる工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２６】
この請求項４記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、二次光源の位置を光軸方向に沿って移動させることにより二次光源の像及び結像開口絞りの像を所定面上に同時に形成する。また、同時に形成された二次光源の像及び結像開口絞り像に基づいて二次光源の位置を調整することにより画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なう。従って、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法により画像観察装置のテレセントリシティ調整を高精度に行なうことができる。
【００２７】
また、請求項５記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法は、前記所定の二次光源と前記結像開口絞りとの間の光路中に拡散板を挿入する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２８】
この請求項５記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、二次光源と結像開口絞りとの間の光路中に拡散板を挿入することにより、二次光源の像及び結像開口絞りの像を所定面上に同時に形成する。また、同時に形成された二次光源の像及び結像開口絞り像に基づいて二次光源の位置を調整することにより画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なう。従って、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法により画像観察装置のテレセントリシティ調整を高精度に行なうことができる。
【００２９】
また、請求項６記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法は、前記拡散板の拡散度が、前記所定面上において前記二次光源の像が判別できるように定められていることを特徴とする。
【００３０】
この請求項６記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、拡散板の拡散度が所定面上において二次光源の像が判別できるように定められているため、二次光源の像及び結像開口絞りの像を所定面上に同時に形成することができる。また、同時に形成された二次光源の像及び結像開口絞り像に基づいて、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうことができる。従って、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法により画像観察装置のテレセントリシティ調整を高精度に行なうことができる。
【００３１】
また、請求項７記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法は、前記調整工程が、前記所定の二次光源の像と前記結像開口絞りの像とが同心円状となるように、前記所定の二次光源の位置を調整することを特徴とする。
【００３２】
この請求項７記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、同時に形成された二次光源の像と結像開口絞りの像とが同心円状となるように二次光源の位置を調整することにより、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうことができる。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法により画像観察装置のテレセントリシティ調整を高精度に行なうことができる。
【００３３】
また、請求項８記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法は、前記調整工程が、光源からの光に基づいて前記所定の二次光源を形成するためのライトガイド端面の位置、または前記所定の二次光源を形成するための照明σ絞りの位置を調整することを特徴とする。
【００３４】
この請求項８記載の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、光源からの光に基づいて二次光源を形成するためのライトガイド端面の位置、または二次光源を形成するための照明σ絞りの位置を調整することにより、画像観察装置の光学系をテレセントリック光学系とすることができる。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法により画像観察装置のテレセントリシティ調整を高精度に行なうことができる。
【００３５】
また、請求項９記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法は、所定の二次光源からの光を観察対象物へ導き、対物光学系を経由した該観察対象物からの光に基づいて撮像素子の撮像面上に前記観察対象物の像を形成する画像観察装置のフォーカス位置計測方法において、前記所定の二次光源を画像観察装置の光軸に対して所定の偏心方向へ偏心させる照明光偏心工程と、前記偏心方向に対して垂直な方向に延びた線状パターンを前記観察対象物が配置される面の近傍（前記観察対象物が配置される面を含む）または該配置される面と共役な面の近傍（該配置される面と共役な面を含む）に位置決めするパターン配置工程と、前記線状パターンの空間像強度分布を計測する空間像強度分布計測工程と、前記空間像強度分布計測工程にて計測された前記空間像強度分布の非対称性に基づいて、前記対物光学系のフォーカス位置を計測するフォーカス位置計測工程とを含むことを特徴とする。
【００３６】
この請求項９記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの空間像強度分布を計測し、計測された空間像強度分布の非対称性に基づいて、画像観察装置のフォーカス位置計測を行なう。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法によりフォーカス位置を計測することができる。従って、画像観察装置のフォーカス位置を計測するための時間とコストを削減することができ、画像観察装置のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。なお、照明光の偏心方向には、二次光源と線状パターンとの間にミラーが介在した場合には、ミラーによる照明光の光路の折り曲げの影響も考慮される。
【００３７】
また、請求項１０記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法は、前記線状パターンの像位置を計測する像位置計測工程を更に備え、前記フォーカス位置計測工程は、前記空間像強度分布計測工程において計測された空間像強度分布の非対称性及び前記像位置計測工程において計測された前記線状パターンの像位置に基づいて、前記対物レンズのフォーカス位置を計測することを特徴とする。
【００３８】
この請求項１０記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンの空間像強度分布の非対称性に基づくフォーカス位置計測に加えて、線状パターンの像位置を計測し、計測された線状パターンの像位置に基づいてフォーカス位置計測を行なう。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易かつ極めて高精度に画像観察装置のフォーカス位置計測を行なうことができる。
【００３９】
また、請求項１１記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法は、所定の二次光源からの光を観察対象物へ導き、対物光学系を経由した該観察対象物からの光に基づいて撮像素子の撮像面上に前記観察対象物の像を形成する画像観察装置のフォーカス計測方法において、前記所定の二次光源を画像観察装置の光軸に対して所定の偏心方向へ偏心させる照明光偏心工程と、前記偏心方向に対して垂直な方向に延びた線状パターンを前記観察対象物が配置される面の近傍（前記観察対象物が配置される面を含む）または該配置される面と共役な面の近傍（該配置される面と共役な面を含む）に位置決めするパターン配置工程と、前記線状パターンの像位置を計測する計測工程と、前記計測工程にて計測された前記線状パターンの像位置に基づいて、前記対物光学系のフォーカス位置を計測するフォーカス位置計測工程とを含むことを特徴とする。
【００４０】
この請求項１１記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの像位置を計測し、計測された線状パターンの像位置に基づいて、画像観察装置のフォーカス位置計測を行なう。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法によりフォーカス位置を計測することができる。従って、画像観察装置のフォーカス位置計測を行なうための時間とコストを削減することができ、画像観察装置のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００４１】
また、請求項１２記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法は、前記照明光偏心工程が、光源からの光に基づいて前記所定の二次光源を形成するためのライトガイド端面の位置、または前記所定の二次光源を形成するための照明σ絞りの位置を前記偏心方向に沿って偏心させる工程を含むことを特徴とする。
【００４２】
この請求項１２記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法によれば、二次光源を形成するためのライトガイド端面の位置、または二次光源を形成するための照明σ絞りの位置を偏心させることにより、簡易に二次光源を偏心することができる。従って、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、画像観察装置のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００４３】
また、請求項１３記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法は、前記照明光偏心工程が、前記所定の二次光源を形成するための照明σ絞りを交換する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００４４】
この請求項１３記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法によれば、照明σ絞りを交換することにより、簡易に二次光源の像を撮像素子の撮像面上に結像させることができる。従って、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、画像観察装置のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００４５】
また、請求項１４記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法は、前記線状パターンが、位相パターンであることを特徴とする。
【００４６】
この請求項１４記載の画像観察装置のフォーカス位置計測方法によれば、位相パターンを用い、位相パターンの像の光強度を計測し、計測された位相パターンの像の光強度の非対称性に基づいて、画像観察装置のフォーカス位置計測を行う。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法によりフォーカス位置を計測することができる。従って、画像観察装置のフォーカス位置計測を行なうための時間とコストを削減することができ、画像観察装置のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００４７】
また、請求項１５記載の露光装置は、請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載のテレセントリシティ調整方法によりテレセントリシティの調整を行った画像観察装置を備えることを特徴とする。
【００４８】
この請求項１５記載の露光装置によれば、テレセントリシティ調整が精密に行われた画像観察装置を備えている。従って、この画像観察装置により正確に計測された感光性基板の位置に基づいて、マスクと感光性基板との位置合わせを行なうため、微細な露光パターンを良好に露光することができる。
【００４９】
また、請求項１６記載の露光装置は、請求項９乃至請求項１４の何れか一項に記載のフォーカス位置計測方法によりフォーカス位置の計測を行った画像観察装置を備えることを特徴とする。
【００５０】
この請求項１６記載の露光装置によれば、フォーカス位置計測が精密に行われた画像観察装置を備えている。従って、この画像観察装置により正確に計測されたフォーカス位置に感光性基板を配置して露光を行なうため、微細な露光パターンを良好に露光することができる。
【００５１】
また、請求項１７記載の投影光学系のフォーカス位置計測方法は、第１面に配置されたマスクに形成されたパターン像を第２面に配置された感光性基板へ投影する投影光学系のフォーカス位置計測方法において、所定の二次光源を前記投影光学系の光軸に対して所定の偏心方向へ偏心させる照明光偏心工程と、前記偏心された前記二次光源からの光を前記第１面へ導く照明工程と、前記偏心方向に対して垂直な方向に延びた線状パターンを前記第１面の近傍（前記第１面を含む）または前記第１面と共役な面の近傍（前記第１面と共役な面を含む）に位置決めするパターン配置工程と、前記線状パターンの空間像強度分布を計測する空間像強度分布計測工程と、前記空間像強度分布計測工程にて計測された前記空間像強度分布の非対称性に基づいて、前記投影光学系のフォーカス位置を計測するフォーカス位置計測工程とを含むことを特徴とする。
【００５２】
この請求項１７記載の投影光学系のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの空間像強度分布を計測し、計測された空間像強度分布の非対称性に基づいて、投影光学系のフォーカス位置計測を行なう。従って、投影光学系のフォーカス位置計測を行なうための時間とコストを削減することができ、投影光学系のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００５３】
また、請求項１８記載の投影光学系のフォーカス位置計測方法は、前記線状パターンの像位置を計測する像位置計測工程をさらに含み、前記フォーカス位置計測工程では、前記空間像強度分布計測工程において計測された空間像強度分布の非対称性及び前記像位置計測工程において計測された前記線状パターンの像位置に基づいて、前記投影光学系のフォーカス位置を計測することを特徴とする。
【００５４】
この請求項１８記載の投影光学系のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンの空間像強度分布の非対称性に基づくフォーカス位置計測に加えて、線状パターンの像位置を計測し、計測された線状パターンの像位置に基づいてフォーカス位置計測を行う。従って、投影光学系のフォーカス位置計測を簡易かつ極めて高精度に行なうことができる。
【００５５】
また、請求項１９記載の投影光学系のフォーカス位置計測方法は、第１面に配置されたマスクに形成されたパターン像を第２面に配置された感光性基板へ投影する投影光学系のフォーカス位置計測方法において、所定の二次光源を前記投影光学系の光軸に対して所定の偏心方向へ偏心させる照明光偏心工程と、前記偏心された前記二次光源からの光を前記第１面へ導く照明工程と、前記偏心方向に対して垂直な方向に延びた線状パターンを前記第１面の近傍（前記第１面を含む）または前記第１面と共役な面の近傍（前記第１面と共役な面を含む）に位置決めするパターン配置工程と、前記線状パターンの像位置を計測する計測工程と、前記計測工程にて計測された前記線状パターンの像位置に基づいて、前記対物光学系のフォーカス位置を計測するフォーカス位置計測工程とを含むことを特徴とする。
【００５６】
この請求項１９記載の投影光学系のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの像位置を計測し、計測された線状パターンの像位置に基づいて、投影光学系のフォーカス位置計測を行なう。従って、投影光学系のフォーカス位置計測を行なうための時間とコストを削減することができ、投影光学系のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００５７】
また、この発明の露光方法は、請求項１５又は請求項１６に記載の露光装置を用いて、マスク上の所定のパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする。この露光方法によれば、テレセントリック調整またはフォーカス位置計測が精密に行われた画像観察装置を備えた露光装置を用いて露光を行う。従って、微細な露光パターンを良好に露光することができる。
【００５８】
また、この発明の露光方法は、請求項１７乃至請求項１９の何れか一項に記載のフォーカス位置計測方法によってフォーカス位置が計測された投影光学系を用いて、マスク上の所定のパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする。この露光方法によれば、フォーカス位置計測が精密に行われた投影光学系を備える露光装置を用いて露光を行うため、微細な露光パターンを良好に露光することができる。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の第１の実施の形態について説明を行う。図１は、画像観察装置であるＦＩＡ顕微鏡及びＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なうための工具の構成を示す図である。
【００６０】
図１に示すように、ＦＩＡ顕微鏡は、ハロゲンランプからなる光源２を備えている。コレクタレンズ４の焦点位置に配置された光源２から射出される光束は、コレクタレンズ４を通過することにより平行光となり、波長選択フィルタ６に入射する。波長選択フィルタ６を透過した所望の波長域の光は、コンデンサレンズ８によりライトガイド１０の入射端１０ａで集光する。
【００６１】
ライトガイド１０の入射端１０ａで集光した光束は、ライトガイド１０内を伝播し、ライトガイド１０の射出端１０ｂより射出する。ライトガイド１０の射出端１０ｂに形成された二次光源からの光束は、σ絞り１２、視野絞り１４、コンデンサレンズ１６を介して、ハーフミラー１８に入射する。ハーフミラー１８により反射された光束は、開口絞り２０、第一対物レンズ（対物光学系）２２を通過する。
【００６２】
ここで、ＦＩＡ顕微鏡が露光装置に組み込まれ感光性基板（観察対象物）の位置を計測する場合には、第一対物レンズ２２を通過した光束により、第一対物レンズ２２の焦点位置に配置される感光性基板上の位置計測用マーク（図示せず）を照明する。なお、感光性基板を照明する光は、感光性基板をむらなく照明するために所謂ケーラー照明されており、感光性基板上でライトガイド１０の射出端１０ｂが無限遠となるように、コンデンサレンズ１６によりライトガイド１０の射出端１０ｂの像を第一対物レンズ２２の後側焦点位置付近に形成する。通常、ライトガイド１０の射出端１０ｂの像は、σ絞り１２のσ値がσ＜１であるため、開口絞り像より小さくなる。感光性基板により反射された反射光は、第一対物レンズ２２により平行光となり、開口絞り２０、ハーフミラー１８、第二対物レンズ２４を通過し、反射鏡２６により反射されて、ＣＣＤ（撮像素子）２８の撮像面上に結像し、感光性基板上の位置計測用マークの像を形成する。ＣＣＤ２８上に結像された像を画像処理し、その画像処理結果に基づいて感光性基板の位置を計測する。
【００６３】
一方、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なう場合には、第一対物レンズ２２を通過した光は、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なうための工具ミラー３０により反射され、工具レンズ３２を通過し、工具レンズの焦点位置に配置されているＣＣＤ（撮像素子２８とは異なる撮像素子）３４に入射する。
【００６４】
図２は、この第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法を示すフローチャートである。
【００６５】
まず、図１に示すように、ＦＩＡ顕微鏡を構成する第一対物レンズ２２の下方に工具ミラー３０、工具レンズ３２、ＣＣＤ３４を配置する（ステップＳ１０）。ここで、図１に示すＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なうために配置された工具レンズ３２の焦点距離は、第一対物レンズ２２の焦点距離と開口数に基づいて、ＣＣＤ３４の撮像面上に適当な大きさの開口絞り像が結像するように決定される。また、ＣＣＤ３４の撮像面は、工具レンズ３２の焦点位置に配置される。
【００６６】
次に、σ値が１以上のσ絞り（照明σ絞り）を用意し、ＦＩＡ顕微鏡に備えられているσ値が０．７〜０．９のσ絞り１２と交換する（ステップＳ１１）。即ち、σ絞りのσ値が０．７〜０．９である場合には、後述する開口絞り像を観察することができず、後述するライトガイドの射出端像のみを観察することができる。一方、σ絞りのσ値が１以上である場合には、開口絞り像とライトガイドの射出端像とを同時に観察することが可能となる。
【００６７】
次に、ＣＣＤ３４の撮像面（所定面）上に開口絞り像（結像開口絞りの像）及びライドガイドの射出端（σ絞り）像（二次光源の像）が結像（形成）されるように、ライトガイド１０の射出端１０ｂの位置を光軸方向に沿って移動させ調整する（ステップＳ１２）。即ち、ＦＩＡ顕微鏡はケーラー照明配置であるため、ＣＣＤ３４の撮像面上に開口絞り像及びライドガイドの射出端像が結像される。なお、ステップＳ１２の調整において、ライトガイド１０の射出端１０ｂを光軸方向に移動させる代わりに、開口絞り２０を光軸方向に移動させて調整を行なってもよい。
【００６８】
次に、ライトガイド１０の射出端１０ｂから射出され、σ絞り１２、視野絞り１４、コンデンサレンズ１６、開口絞り２０、第一対物レンズ２２を介した光に基づいて、ライトガイドの射出端像をＣＣＤ３４の撮像面上に形成する（ステップＳ１３）。また、ライトガイド１０の射出端１０ｂから射出され、σ絞り１２、視野絞り１４、コンデンサレンズ１６、開口絞り２０、第一対物レンズ２２を介した光に基づいて、開口絞り像をＣＣＤ３４の撮像面上に形成する（ステップＳ１４）。
【００６９】
次に、ステップＳ１３において形成されたライドガイドの射出端像及びステップＳ１４において形成された開口絞り像の双方をＣＣＤ３４で撮像する（ステップＳ１５）。次に、ステップＳ１５において撮像されたライトガイドの射出端像及び開口絞り像に基づいて、ＦＩＡ顕微鏡がテレセントリックとなるように、ライトガイド１０の射出端１０ｂまたはσ絞り１２の位置を調整する（ステップＳ１６）。即ち、図３に示すように、開口絞り像３６及びライトガイドの射出端像３８が同心円状となるように、ライトガイド１０の射出端１０ｂまたはσ絞り１２の位置を調整する。ここで、開口絞り２０が固定されておりＦＩＡ顕微鏡の光軸に対して開口絞り２０の配置位置が偏心している場合においては、開口絞り像３６とライトガイドの射出端像３８とが同心円状となるように調整しても開口絞り２０が偏心しているため、正確なテレセントリシティ調整が行われたことにならない。従って、ライトガイド１０の射出端１０ｂの中心と開口絞り２０の中心とのずれ量からＦＩＡ顕微鏡の光軸と開口絞り２０の中心とのずれ量を差し引いた量を算出し、その算出された量に基づいてライトガイド１０の射出端１０ｂまたはσ絞り１２の位置を調整する。
【００７０】
この第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法によれば、テレセントリシティ調整を行なうために配置されたＣＣＤにより撮像されるライドガイドの射出端像及び開口絞り像に基づいて、二次光源を形成するライトガイド射出端の位置またはσ絞りの位置を調整することによりテレセントリシティ調整を行なう。即ち、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に搭載する前に、テレセントリシティ調整を行なうための安価な工具ミラー、工具レンズ、ＣＣＤを用いて、かつ簡易な方法によりＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なうことができる。従って、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なうためのコストを削減することができ、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００７１】
なお、第１の実施の形態にかかる観察画像装置のテレセントリシティ調整方法においては、第一対物レンズ２２の下方に工具ミラー３０を配置することによりＣＣＤ３４に向かう光の方向を変更させているが、工具ミラー３０を配置せず工具レンズ３２及びＣＣＤ３４をＦＩＡ顕微鏡の光軸の直線上に配置するようにしてもよい。
【００７２】
次に、図面を参照して、この発明の第２の実施の形態についての説明を行う。図４は、この第２の実施の形態にかかる画像観察装置であるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法を示すフローチャートである。なお、この第２の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の構成は、第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡と同一の構成である。また、この第２の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の説明においては、第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたものと同一の符号を用いて説明を行なう。
【００７３】
まず、図５に示すように、ＦＩＡ顕微鏡に備えられているＣＣＤ２８の撮像面と開口絞り２０とが共役となるように、第一対物レンズ２２とＣＣＤ２８との間の光路中（この実施の形態においては、反射鏡２６とＣＣＤ２８との間の光路中）に工具レンズ（工具光学系）４０を配置する（ステップＳ２０）。次に、ステップＳ２０において配置された工具レンズ４０の焦点位置にＣＣＤ２８の撮像面を位置決めする（ステップＳ２１）。即ち、工具レンズ４０の焦点位置にＣＣＤ２８の撮像面が位置するように、工具レンズ４０の位置を光軸方向に移動させ調節する。次に、第一対物レンズ２２の焦点位置に反射板４２を配置する（ステップＳ２２）。
【００７４】
次に、第１の実施の形態にかかる図１のステップＳ１１と同様に、σ値が１以上のσ絞りを用意し、ＦＩＡ顕微鏡に備えられているσ値が０．７〜０．９のσ絞りと交換する（ステップＳ２３）。次に、第１の実施の形態にかかるステップＳ１２と同様に、ＣＣＤ２８の撮像面（所定面）上に開口絞り像（結像開口絞りの像）及びライドガイドの射出端（σ絞り）像（二次光源の像）が結像（形成）するように、ライトガイド１０の射出端１０ｂの位置を光軸方向に沿って移動させ調整する（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ２４の調整において、ライトガイド１０の射出端１０ｂを光軸方向に移動させる代わりに、開口絞り２０を光軸方向に移動させて調整を行なってもよい。
【００７５】
次に、ライトガイド１０の射出端１０ｂから射出され、コンデンサレンズ１６、開口絞り２０、第一対物レンズ２２を介し、反射板４２により反射され、第一対物レンズ２２、開口絞り２０、ハーフミラー１８、第二対物レンズ２４、反射鏡２６を介し、工具レンズ４０を通過し、ＣＣＤ２８の撮像面上に到達した光に基づいて、ライトガイドの射出端像をＣＣＤ２８の撮像面上に形成する（ステップＳ２５）。また、ライトガイド１０の射出端１０ｂから射出され、コンデンサレンズ１６、開口絞り２０、第一対物レンズ２２を介し、反射板４２により反射され、第一対物レンズ２２、開口絞り２０、ハーフミラー１８、第二対物レンズ２４、反射鏡２６を介し、工具レンズ４０を通過し、ＣＣＤ２８の撮像面上に到達した光に基づいて、開口絞り像をＣＣＤ２８の撮像面上に形成する（ステップＳ２６）。
【００７６】
次に、ステップＳ２５において形成されたライドガイドの射出端像及びステップＳ２６において形成された開口絞り像の双方をＣＣＤ２８で撮像する（ステップＳ２７）。次に、ステップＳ２７において撮像されたライトガイドの射出端像及び開口絞り像に基づいて、ＦＩＡ顕微鏡がテレセントリックとなるように、ライトガイド１０の射出端１０ｂまたはσ絞り１２の位置を調整する（ステップＳ２８）。即ち、開口絞り像及びライトガイドの射出端像が同心円状となるように、ライトガイド１０の射出端１０ｂまたはσ絞り１２の位置を調整する。ここで、開口絞り２０が固定されておりＦＩＡ顕微鏡の光軸に対して開口絞り２０の配置位置が偏心している場合においては、開口絞り像とライトガイドの射出端像とが同心円状となるように調整しても開口絞り２０が偏心しているため、正確なテレセントリシティ調整が行われたことにならない。従って、ライトガイド１０の射出端１０ｂの中心と開口絞り２０の中心とのずれ量からＦＩＡ顕微鏡の光軸と開口絞り２０の中心とのずれ量を差し引いた量を算出し、その算出された量に基づいてライトガイド１０の射出端１０ｂまたはσ絞り１２の位置を調整する。
【００７７】
この第２の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法によれば、第二対物レンズとＣＣＤとの間の光路中に工具レンズを配置することにより、ＦＩＡ顕微鏡のＣＣＤにより撮像されるライトガイドの射出端像及び開口絞り像に基づいて、テレセントリシティ調整を行なう。即ち、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に搭載する前に、安価な工具レンズ及びＦＩＡ顕微鏡に備えられているＣＣＤを用いて、簡易な方法によりテレセントリシティ調整を行なうことができる。従って、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なうためのコストを削減することができ、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００７８】
なお、上述の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法においては、σ絞りのσ値を１以上にするために、ライトガイドの射出端と開口絞りとの間に拡散板等を挿入してもよい。この場合において、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティの調整を行なうための工具を配置（第１の実施の形態においては図２のステップＳ１０、第２の実施の形態においては図４のステップＳ２０）した後に、ライトガイド１０の射出端１０ｂと開口絞り２０との間に拡散板を挿入する。拡散板等は、コンデンサレンズ１６の後側焦点位置に配置されている視野絞り１４近辺に挿入されることが望ましい。また、拡散板の発散度がＣＣＤ２８、３４の撮像面上においてライトガイドの射出端像が判別できるように定められているため、ライトガイドの射出端像と開口絞り像とを同時に観察することも可能となる。
【００７９】
また、上述の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法においては、開口絞り２０をハーフミラー１８と第一対物レンズ２２との間に配置しているが、第一対物レンズ２２とＣＣＤ２８との間の何れかの位置に配置すればよい。
【００８０】
また、上述の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法においては、ＣＣＤ２８、３４の撮像面中心とＦＩＡ顕微鏡の光軸とを予め一致させておき、ＣＣＤ２８、３４を基準として開口絞り２０、ライトガイド１０の射出端１０ｂの位置を調整することにより、ＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なってもよい。
【００８１】
更に、開口絞り２０がＦＩＡ顕微鏡の光軸と直交するように配置されている場合には、まず、第２の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法（図４）のステップ２２において、ＣＣＤ２８により観察される開口絞り像に基づいて、開口絞り２０の中心ずれを検出することができる。
【００８２】
次に、図面を参照して、この発明の第３の実施の形態についての説明を行う。図６は、この第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法を示すフローチャートである。なお、この第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の構成は、第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡と同一の構成である。また、この第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の説明においては、第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたものと同一の符号を用いて説明を行なう。
【００８３】
まず、図７に示すＦＩＡ顕微鏡に備えられているσ絞り（照明σ絞り）１２をσ値が０．３５であるσ絞りに交換する（ステップＳ３０）。次に、開口数が０．１、照明光偏心５０ｍｒａｄとなるように、ライトガイド１０の射出端１０ｂ（二次光源）をＦＩＡ顕微鏡の光軸に対して偏心する（ステップＳ３１）。なお、ライトガイド１０の射出端１０ｂを偏心する代わりに、ステップＳ３０において交換したσ絞りを偏心してもよい。また、照明光の偏心方向には、ライトガイド１０の射出端１０ｂと後述する線状パターンとの間に配置されているハーフミラー１８による照明光の折り曲げの影響も考慮される。
【００８４】
図８は、ステップＳ３１においてライトガイド１０の射出端１０ｂを偏心した場合における瞳上のライトガイドの射出端像５０及び開口絞り像５２の配置を示す図である。この図８に示す瞳上のライトガイドの射出端像５０及び開口絞り像５２の配置は、第１の実施の形態にかかるテレセントリシティ調整方法（図１）において用いた工具ミラー３０、工具レンズ３２、ＣＣＤ３４により直接確認することができる。
【００８５】
次に、図９に示すような２０μｍ線幅のＣｒ抜き線状パターンを有する指標４８を準備する。この線状パターンがライトガイド１０の射出端１０ｂの偏心方向に対して垂直な方向に伸びるように、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に組み込んだ際にＦＩＡ顕微鏡の焦点位置となる位置（露光装置の基板ステージに保持される基板表面の位置）またはその近傍に指標４８を配置する（ステップＳ３２）。即ち、ＦＩＡ顕微鏡の観察対象物となる物体が配置される面またはその面の近傍に配置する。なお、指標４８は、ＦＩＡ顕微鏡の観察対象物となる物体が配置される位置と共役な面またはその近傍に位置決めして配置してもよい。
【００８６】
次に、波長５００〜７００ｎｍの照明光を線状パターンの指標４８に照射したときの空間像強度分布を計測し、その微分値を算出する（ステップＳ３３）。図１０の太い実線Ｌ１は空間像強度分布、図１０の細い実線Ｌ２はその微分値を示すグラフである。グラフの左側の微分ピーク値をパターンエッジＡ、その微分値をａ、右側の微分ピーク値をパターンエッジＢ、その微分値をｂとし、Ｔ＝（ａ＋ｂ）／（ａ−ｂ）を定義する。
【００８７】
次に、ＦＩＡ顕微鏡が理想結像状態であるか否か、即ち、ＦＩＡ顕微鏡に球面収差及びコマ収差が残存しているか否かの判断をデフォーカス量に対してＴ値をプロットしたグラフに基づいて行なう（ステップＳ３４）。図１１は、ＦＩＡ顕微鏡に球面収差及びコマ収差が残存していないと判断された場合におけるデフォーカス量に対するＴ値を示すグラフである。デフォーカス量に対してＴ値をプロットしたグラフに基づき、ＦＩＡ顕微鏡に球面収差及びコマ収差が残存していないと判断された場合には、ステップＳ３３において計測した空間像強度分布の非対象性に基づいて、ＦＩＡ顕微鏡のベストフォーカス位置を計測する（ステップＳ３７）。即ち、図１１のグラフに示すＴ＝０（ａ＝−ｂ）となるときの位置が、ベストフォーカス位置となる。
【００８８】
一方、ＦＩＡ顕微鏡に球面収差が残存すると判断された場合におけるデフォーカス量に対するＴ値を、図１２の実線のグラフに示す。ＦＩＡ顕微鏡に球面収差が残存する場合には、ステップＳ３１におけるライトガイド１０の射出端１０ｂの偏心位置に対してＦＩＡ顕微鏡の光軸に対称な位置にライトガイド１０の射出端１０ｂの位置を偏心させて（ステップＳ３５）、空間像強度分布を計測する（ステップＳ３６）。ステップＳ３６におけるデフォーカス量に対するＴ値を、図１２の破線のグラフに示す。球面収差が残存する場合においては、焦点位置でＴ＝０とならないが、ベストフォーカス位置は、図１３のグラフに示すように、照明光のコントラストがピークとなる位置となる。即ち、図１２の実線と破線が交差する位置と一致している。従って、球面収差が残存する場合におけるＦＩＡ顕微鏡のベストフォーカス位置は、照明光偏心を１８０度回転させる前のＴ値と照明光偏心を１８０度回転させた後におけるＴ値が交差する位置となる（ステップＳ３７）。
【００８９】
また、ＦＩＡ顕微鏡にコマ収差が残存すると判断された場合におけるデフォーカス量に対するＴ値を、図１４の実線のグラフに示す。ＦＩＡ顕微鏡にコマ収差が残存する場合においては、ステップＳ３１におけるライトガイド１０の射出端１０ｂの偏心位置に対してＦＩＡ顕微鏡の光軸に対称な位置に偏心させて（ステップＳ３５）、空間像強度分布を計測する（ステップＳ３６）。ステップＳ３６におけるデフォーカス量に対するＴ値を、図１４の破線のグラフに示す。コマ収差が残存する場合においては、焦点位置でＴ＝０とならないが、ベストフォーカス位置は、実線と破線が交差する位置と一致している。従って、コマ収差が残存する場合におけるＦＩＡ顕微鏡のベストフォーカス位置は、照明光偏心を１８０度回転させる前のＴ値と照明光偏心を１８０度回転させた後におけるＴ値が交差する位置、即ち、焦点位置となる（ステップＳ３７）。
【００９０】
この第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの空間像強度分布を計測し、計測された空間像強度分布の非対称性に基づいて、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測を行なう。即ち、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に搭載する前に、簡易な方法によりフォーカス位置を計測することができる。従って、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置を計測するための時間とコストを削減することができ、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００９１】
なお、この第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法においては、Ｔ値は焦点深度内では光軸方向に対して略線形変化をする。従って、予め計算等でＴ値の傾きを算出し、Ｔ値より光軸方向における位置を算出することができる。また、このＴ値が交差するときの値、即ち、ベストフォーカス位置でのＴ値に基づいてコマ収差量を求めることもできる。
【００９２】
また、この第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法を用いることにより、画像観察装置であるＡＩＳのフォーカス位置を計測することができる。即ち、照明光を偏心することができるように構成されている独立した照明系を準備し、その照明系をＡＩＳの光軸に対して偏心させる。次に、ＡＩＳの指標位置に図９に示すような２０μｍ線幅のＣｒ抜き線状パターンを有する指標４８を偏心方向に対して垂直な方向に伸びるように配置する。次に、照明光を指標４８に照射したときの空間像強度分布を計測し、その微分値を算出する。次に、第３の実施の形態と同様に、算出された空間像強度分布の非対称性に基づいて、ＡＩＳのベストフォーカス位置を計測する。このＡＩＳのフォーカス位置計測方法によれば、ＡＩＳを露光装置に搭載する前に、ＡＩＳに対するＡＩＳの指標位置を高精度に計測することができる。
【００９３】
次に、図面を参照して、この発明の第４の実施の形態についての説明を行う。図１５は、この第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法を示すフローチャートである。なお、この第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の構成は、第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡と同一の構成である。また、この第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の説明においては、第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたものと同一の符号を用いて説明を行なう。
【００９４】
まず、図７に示すＦＩＡ顕微鏡に備えられているσ絞り１２をσ値が０．３５であるσ絞りに交換する（ステップＳ４０）。次に、開口数が０．１、照明光偏心５０ｍｒａｄとなるように、ライトガイド１０の射出端１０ｂ（二次光源）をＦＩＡ顕微鏡の光軸に対して偏心する（ステップＳ４１）。なお、ライトガイド１０の射出端１０ｂを偏心する代わりに、ステップＳ４０において交換したσ絞りを偏心してもよい。図８は、ステップＳ４１においてライトガイド１０の射出端１０ｂを偏心した場合における瞳上のライトガイドの射出端像５０及び開口絞り像５２の配置を示す図である。
【００９５】
次に、ＦＩＡ顕微鏡の焦点位置となる位置（露光装置に組み込んだ際の露光装置の基板ステージに保持される基板表面の位置）またはその近傍に、図９に示すような２０μｍ線幅のＣｒ抜き線状パターンを有する指標４８を線状パターンが偏心方向に対して垂直な方向に伸びるように配置する（ステップＳ４２）。即ち、ＦＩＡ顕微鏡の観察対象物となる物体が配置される面またはその面の近傍に配置する。なお、指標４８は、ＦＩＡ顕微鏡の観察対象物となる物体が配置される位置と共役な面またはその近傍に位置決めして配置してもよい。
【００９６】
次に、照明光を照射し、指標４８の線状パターン位置を計測する（ステップＳ４３）。次に、ライトガイド１０の射出端１０ｂの位置をステップＳ４１において偏心させた位置と光軸に対して対称な位置に偏心させる（ステップＳ４４）。次に、照明光を照射し、指標４８の線状パターン位置を計測する（ステップＳ４５）。図１６は、ステップＳ４４において照明光をステップＳ４１の位置と光軸に対して垂直な位置に偏心した場合における瞳上のライトガイドの射出端像６２及び開口絞り像６４の配置を示す図である。
【００９７】
次に、ＦＩＡ顕微鏡のベストフォーカス位置を計測する（ステップＳ４６）。即ち、ＦＩＡ顕微鏡のベストフォーカス位置においては、照明光の偏心量を変化させても指標４８の線状パターン位置が変化しない。従って、ステップＳ４３において計測した線状パターンの位置とステップＳ４５において計測した線状パターンの位置とが一致した場合には、計測された位置がＦＩＡ顕微鏡のベストフォーカス位置となる。一方、ステップＳ４３において計測した線状パターンの位置とステップＳ４５において計測した線状パターンの位置とが一致しない場合には、計測された位置はＦＩＡ顕微鏡のベストフォーカス位置でなく、調整する必要がある。
【００９８】
この第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの像位置を計測し、計測された線状パターンの像位置に基づいて、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測を行なう。即ち、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に搭載する前に、簡易な方法によりフォーカス位置を計測することができる。従って、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測を行なうための時間とコストを削減することができ、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【００９９】
なお、この第３及び第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法においては、偏心方向に対して垂直に伸びた線状パターン（明暗パターン）を用いてフォーカス位置計測を行なったが、位相パターンを用いてＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置を計測してもよい。即ち、第３の実施の形態ではステップＳ３２、第４の実施の形態ではステップＳ４２において位相パターンをそのパターンが偏心方向に対して垂直な方向に伸びるように配置する。そして、位相パターンの光強度分布を計測し、その位相パターンの光強度の非対称性に基づいてＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置を計測する。なお、位相パターンの詳細については、特開２０００−７７２９５に開示されていることから参照されたい。
【０１００】
また、第３及び第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法を組み合わせてフォーカス位置を計測してもよい。即ち、線上パターンの空間像強度分布の非対称性と線上パターンの位置計測とに基づいて、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置を計測してもよい。この場合においては、より高精度にＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置を計測することができる。
【０１０１】
次に、図面を参照して、この発明の第５の実施の形態についての説明を行う。図１７は、この第５の実施の形態にかかる投影露光装置の構成を示す図である。
【０１０２】
図１７に示すように、楕円鏡７０の第１焦点位置に配置されている高圧水銀ランプからなる光源７２から射出した光束は、楕円鏡７０、ダイクロイックミラー７４により反射され、楕円鏡７０のミラーにより楕円鏡７０の第２焦点位置に集光する。楕円鏡７０の第２焦点位置に集光した光束は、リレーレンズ７６を通過して、光学インテグレータ素子であるフライアイレンズ７８に入射する。フライアイレンズ７８は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントの光軸が照明光学系の光軸と平行になるように、その多数のレンズエレメントを縦横にかつ稠密に配列することによって構成されている。従って、フライアイレンズ７８に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、フライアイレンズ７８を構成する各レンズエレメントの後側焦点面には１つの光源像がそれぞれ形成される。すなわち、フライアイレンズ７８の後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源すなわち二次光源が形成される。
【０１０３】
フライアイレンズ７８の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、σ絞り８０、コンデンサレンズ８２、コリメートレンズ８４を通過し、反射鏡８６により反射される。反射鏡８６により反射された光束は、コンデンサレンズ８８によりマスクＭをほぼ均一に照明する。マスクＭからの光束は、投影光学系ＰＬに入射し、マスクＭのパターン像をプレート（感光性基板）Ｐ上に投影露光する。
【０１０４】
この第５の実施の形態にかかる投影露光装置には、最適な露光を行うために、マスクＭを載置するマスクステージ（第１面、図示せず）とプレートＰを載置するプレートステージ（第２面、図示せず）の位置あわせ（アライメント）を行う画像観察装置９０，９２，９４が備えられている。画像観察装置９０，９２には、第１〜第４に実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡が用いられているため、詳細な構成の説明は省略する。また、ＦＩＡ顕微鏡９０，９２は、第１及び第２の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティの調整方法のうちの少なくとも１つの方法によりテレセントリシティ調整が行われている。また、ＦＩＡ顕微鏡９０，９２は、第３及び第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測のうちの少なくとも１つの方法によりフォーカス位置の計測が行われている。
【０１０５】
また、画像観察装置９４には、基板ステージにＣＣＤ１００を埋設し、プレートＰ表面位置をＣＣＤ１００の撮像面に拡大投影するリレーレンズ９８を備えたＡＩＳが用いられている。また、ＡＩＳ９４は、基板ステージ表面位置またはその近傍に指標９６を備えている。
【０１０６】
図１８は、この第５の実施の形態にかかる投影露光装置の投影光学系ＰＬのフォーカス位置計測方法を説明するためのフローチャートである。
【０１０７】
まず、図１７に示す露光装置の照明光学系内のσ絞り（照明σ絞り）８０をσ値が０．３５であるσ絞りに交換する（ステップＳ５０）。次に、開口数が０．１、照明光偏心５０ｍｒａｄとなるように、σ絞りを投影光学系ＰＬの光軸に対して偏心させる（ステップＳ５１）。即ち、フライアイレンズ７８の後側焦点面に形成された二次光源を投影光学系ＰＬの光軸に対して偏心する。なお、図１９に示すような形状のσ絞りを作成し、シャッタ等により片側ずつ遮光して偏心するようにしてもよい。
【０１０８】
次に、ステップＳ５１において偏心されたσ絞りを介して、二次光源からの光をマスクＭに照射させる（ステップＳ５２）。次に、図９に示すような２０μｍ線幅のＣｒ抜き線状パターンを有する指標４８を準備する。この線状パターンが偏心方向に対して垂直な方向に伸びるように、露光装置のマスクステージまたはその近傍に指標４８を配置する（ステップＳ５３）。なお、指標４８は、マスクステージと共役な面またはその近傍に位置決めして配置してもよい。
【０１０９】
次に、波長５００〜７００ｎｍの照明光を指標４８に照射したときの線状パターンの空間像強度分布を基板ステージ内に埋設されているＣＣＤで計測し、その計測された空間像強度分布の微分値を算出する（ステップＳ５４）。第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法と同様の方法によりＴ値を定義する。
【０１１０】
投影光学系ＰＬに球面収差が残存する場合においては（ステップＳ５５）、第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法と同様に、ステップＳ５１において偏心したσ絞りの位置から投影光学系ＰＬの光軸に対称な位置にσ絞りを偏心させ（ステップＳ５６）、空間像強度分布を計測する（ステップＳ５７）。投影光学系ＰＬに球面収差がある場合においては、焦点位置でＴ＝０とならないが、ベストフォーカス位置は、照明光のコントラストがピークとなる位置となる。従って、球面収差がある場合における投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置は、照明光偏心を１８０度回転させる前のＴ値と照明光偏心を１８０度回転させた後におけるＴ値が交差する位置となる（ステップＳ５８）。
【０１１１】
また、投影光学系ＰＬにコマ収差が残存する場合においては（ステップＳ５５）、第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法と同様に、ステップＳ５１において偏心したσ絞りの位置から投影光学系ＰＬの光軸に対称な位置にσ絞りを偏心させ（ステップＳ５６）、空間像強度分布を計測する（ステップＳ５７）。投影光学系ＰＬにコマ収差がある場合においては、焦点位置でＴ＝０とならないが、ベストフォーカス位置は、照明光偏心を１８０度回転させる前のＴ値と照明光偏心を１８０度回転させた後におけるＴ値が交差する位置、即ち、焦点位置となる（ステップＳ５８）。
【０１１２】
一方、投影光学系ＰＬに球面収差及びコマ収差が残存していない場合には（ステップＳ５５）、ステップＳ５４において計測した空間像強度分布の非対称性に基づいて、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を計測する。即ち、Ｔ＝０となるときの位置が、ベストフォーカス位置となる（ステップＳ５８）。
【０１１３】
また、ステップＳ５４において指標４８の線状パターンの空間像強度分布を計測すると同時に、ＡＩＳに設けられている指標の空間像強度分布に対して、ステップＳ５４〜ステップＳ５８と同様のフォーカス位置計測を行うことにより、ＡＩＳに対する指標のフォーカス位置のずれ量を計測することができる。ＡＩＳに対する指標のフォーカス位置のずれ量を計測することにより、そのずれ量をステップＳ５８において計測されたフォーカス位置から差し引いた値が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置となり、より正確なベストフォーカス位置を計測することができる。
【０１１４】
この第５の実施の形態にかかる投影光学系のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの空間像強度分布を計測し、計測された空間像強度分布の非対称性に基づいて、投影光学系のフォーカス位置計測を行なう。従って、投影光学系のフォーカス位置計測を行なうための時間とコストを削減することができ、投影光学系のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【０１１５】
また、この第５の実施の形態にかかる投影光学系のフォーカス位置計測方法においては、ＡＩＳ指標上のＡＩＳ視野外に、複数種類の位相パターンで作成されたＦＩＡ顕微鏡用マークを設置し、第５の実施の形態にかかる投影光学系のフォーカス位置計測方法と同様の計測を行なうことにより、露光装置に搭載された状態のＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置の調整に使用してもよい。例えば、ガラスにエッチングし段差を設けたパターンを作成し、その段差がＦＩＡ顕微鏡照明波長域の中心波長に対してλ／２の整数倍とλ／４の奇数倍となるようにして、コントラストが高いパターン及び低いパターン等の段差パターンを複数設けたパターンをＡＩＳ指標上のＡＩＳ視野外に設置する。次に、σ値が０．３５であるσ絞りを投影光学系ＰＬの光軸に対して偏心させ、指標に照射したときの段差パターンの光強度分布を計測する。計測された光強度分布の非対称性に基づいて、ＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置を計測する。なお、このＦＩＡ顕微鏡の調整用パターン板は、ＡＩＳ指標上でなく別体で用意してもよい。
【０１１６】
次に、図面を参照して、この発明の第６の実施の形態についての説明を行う。図２０は、この第６の実施の形態にかかる投影光学系のフォーカス位置計測方法を示すフローチャートである。なお、この第６の実施の形態にかかる露光装置の構成は、第５の実施の形態にかかる露光装置と同一の構成である。この第６の実施の形態にかかる露光装置の説明においては、第５の実施の形態にかかる露光装置の構成には、第５の実施の形態の説明で用いたものと同一の符号を用いて説明を行う。
【０１１７】
まず、図１７に示す露光装置に備えられているσ絞り８０をσ値が０．３５であるσ絞りに交換する（ステップＳ６０）。次に、開口数が０．１、照明光偏心５０ｍｒａｄとなるように、σ絞りを投影光学系ＰＬの光軸に対して偏心する（ステップＳ６１）。即ち、フライアイレンズ７８の後側焦点面に形成された二次光源を投影光学系ＰＬの光軸に対して偏心する。なお、図１９に示すような形状のσ絞りを作成し、シャッタ等により片側ずつ遮光して偏心するようにしてもよい。
【０１１８】
次に、ステップＳ６１において偏心されたσ絞りを介して、二次光源からの光をマスクＭに照射させる（ステップＳ６２）。次に、図９に示すような２０μｍ線幅のＣｒ抜き線状パターンを有する指標４８を準備する。この線状パターンが偏心方向に対して垂直な方向に伸びるように、露光装置のマスクステージまたはその近傍に指標４８を配置する（ステップＳ６３）。なお、指標４８は、マスクステージと共役な面またはその近傍に位置決めして配置してもよい。
【０１１９】
次に、指標４８の線状パターン位置をＡＩＳ９４のＣＣＤ１００により計測する（ステップＳ６４）。次に、σ絞りをステップＳ６１の位置と光軸に対して対称な位置に偏心させ（ステップＳ６５）、指標４８の線状パターン位置をＡＩＳ９４のＣＣＤ１００により計測する（ステップＳ６６）。
【０１２０】
次に、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を計測する（ステップＳ６７）。即ち、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置においては、照明光偏心量を変化させても指標４８の線状パターン位置が変化しない。従って、ステップＳ６４において計測した線状パターンの位置とステップＳ６６において計測した線状パターンの位置とが一致した場合には、計測された位置が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置となる。一方、ステップＳ６４において計測した線状パターンの位置とステップＳ６６において計測した線状パターンの位置とが一致しない場合には、計測された位置は投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置でなく、調整する必要がある。
【０１２１】
この第６の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの像位置を計測し、計測された線状パターンの像位置に基づいて、投影光学系のフォーカス位置計測を行なう。従って、投影光学系のフォーカス位置計測を行なうための時間とコストを削減することができ、投影光学系のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【０１２２】
また、第５及び第６の実施の形態にかかる投影光学系のフォーカス位置計測方法を組み合わせてフォーカス位置を計測してもよい。即ち、線状パターンの空間像強度分布の非対称性と線状パターンの位置計測とに基づいて、投影光学系のフォーカス位置を計測してもよい。この場合においては、投影光学系のフォーカス位置計測方法を組み合わせて計測を行うため、より高精度に投影光学系のフォーカス位置を計測することができる。
【０１２３】
次に、図面を参照して、この発明の第７の実施の形態について説明する。図２１は、この第７の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のデフォーカス量計測方法を示すフローチャートである。なお、この第７の実施の形態にかかる露光装置の構成は、第５の実施の形態にかかる露光装置と同一の構成である。この第７の実施の形態にかかる露光装置の説明においては、第５の実施の形態にかかる露光装置の構成と同一の構成には、第５の実施の形態で説明に用いたものと同一の符号を用いて説明を行う。
【０１２４】
また、この第７の実施の形態にかかる露光装置に搭載されているＦＩＡ顕微鏡９０，９２の構成は、第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡と同一の構成である。この第７の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の説明においては、第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の構成と同一の構成には、第１の実施の形態で用いたものと同一の符号を付して説明を行う。
【０１２５】
まず、図２２に示すＦＩＡ顕微鏡の視野絞り１４またはその近傍の位置に、図９に示すような２０μｍ線幅のＣｒ抜き線状パターンを有する指標４８を線状パターンが偏心方向に対して垂直な方向に伸びるように配置する（ステップＳ７０）。次に、基板ステージ上に反射物体６０を配置する（ステップＳ７１）。
【０１２６】
次に、ＦＩＡ顕微鏡９０，９２に備えられているσ絞り１２をσ値が０．３５であるσ絞りに交換し、開口数が０．１、照明光偏心５０ｍｒａｄとなるように、ライトガイド１０の射出端１０ｂ（二次光源）をＦＩＡ顕微鏡の光軸に対して偏心する（ステップＳ７２）。なお、ライトガイド１０の射出端１０ｂを偏心する代わりに、交換したσ絞りを偏心してもよい。
【０１２７】
次に、照明光を照射し、第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法と同様に、指標４８の線状パターン位置をＦＩＡ顕微鏡９０，９２に備えられているＣＣＤ２８により計測する（ステップＳ７３）。次に、ライトガイド１０の射出端１０ｂをステップＳ７１の位置と光軸に対して対称な位置に偏心させる（ステップＳ７４）。次に、照明光を照射し、指標４８の線状パターン位置をＦＩＡ顕微鏡９０，９２に備えられているＣＣＤ２８により計測し（ステップＳ７５）、第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法と同様に、ＦＩＡ顕微鏡９０，９２のデフォーカス量を計測する（ステップＳ７６）。この場合において、基板ステージにより反射された指標パターンをデフォーカス量計測に用いるため、計測された計測値の半分量がＦＩＡ顕微鏡９０，９２のデフォーカス量である。
【０１２８】
この第７の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のデフォーカス量計測方法によれば、ＦＩＡ顕微鏡を露光装置に搭載した状態で、簡易な方法によりデフォーカス量を計測することができるため、ＦＩＡ顕微鏡により計測されたマスクや感光性基板の位置から計測されたデフォーカス量を差し引くことにより、マスクや感光性基板の位置を正確に計測することができる。従って、ＦＩＡ顕微鏡により正確に計測されたマスクや感光性基板の位置に基づいて、マスクと感光性基板との位置合わせを行なうため、微細な露光パターンを良好に露光することができる。
【０１２９】
なお、この第７の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のデフォーカス量計測方法においては、指標パターンの位置計測値に基づいてデフォーカス量を計測したが、指標パターンの空間像強度分布の非対称性に基づいて第３の実施の形態にかかるフォーカス位置計測方法と同様の計測を行うことによりデフォーカス量を計測してもよい。
【０１３０】
また、この第７の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のデフォーカス量計測方法においては、ＦＩＡ顕微鏡９０，９２に備えられているＣＣＤ３４により指標パターンの位置計測を行ったが、この実施の形態にかかる露光装置に備えられているＡＩＳ９４のＣＣＤ１００により指標パターンの位置計測を行ってもよい。この場合においては、基板ステージに反射物体６０を配置する必要はなく、指標パターンの位置計測により計測された計測値がＦＩＡ９０，９２のデフォーカス量となる。
【０１３１】
また、指標パターンを照明する照明系をＦＩＡ顕微鏡９０，９２の照明光とは別体で設け、露光装置上での通常のアライメント計測中においてアライメント用フォーカス位置計測として使用してもよい。
【０１３２】
以下、図面を参照して本発明の第８の実施の形態に係る露光装置について詳細に説明する。図２３は、第８の実施の形態に係る露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。第８の実施の形態においては、複数の反射屈折型の投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５からなる投影光学系ＰＬ２０に対してマスク（第１基板）Ｍ２と基板としてのプレート（第２基板）Ｐ２とを相対的に移動させつつマスクＭ２に形成された液晶表示素子のパターンＤＰ（図２４参照）の像を基板としてのプレートＰ２上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明する。
【０１３３】
尚、以下の説明においては、各図中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がプレートＰ２に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がプレートＰ２に対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施の形態ではマスクＭ２及びプレートＰ２を移動させる方向（走査方向）をＸ軸方向に設定している。
【０１３４】
第８の実施の形態の露光装置は、マスクステージ（第１ステージ）ＭＳ（図２４参照）上においてマスクホルダ（不図示）を介してＸＹ平面に平行に支持されたマスクＭ２を均一に照明するための照明光学系ＩＬを備えている。図２４は、照明光学系ＩＬの側面図であり、図２３に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図２３及び図２４を参照すると、照明光学系ＩＬは、例えば水銀ランプ又は超高圧水銀ランプからなる光源１０１を備えている。光源１０１は楕円鏡１０２の第１焦点位置に配置されているため、光源１０１から射出された照明光束は、ダイクロイックミラー１０３を介して、楕円鏡２の第２焦点位置に光源像を形成する。
【０１３５】
尚、本実施の形態では、光源１０１から射出された光が楕円鏡１０２の内面に形成された反射膜及びダイクロイックミラー１０３で反射されることにより、ｇ線（４３６ｎｍ）の光、ｈ線（４０５ｎｍ）の光、及びｉ線（３６５ｎｍ）の光を含む３００ｎｍ以上の波長域の光による光源像が楕円鏡１０２の第２焦点位置に形成される。つまり、ｇ線、ｈ線、及びｉ線を含む波長域以外の露光する上で不必要となる成分は楕円鏡１０２及びダイクロイックミラー１０３で反射される際に除去される。
【０１３６】
楕円鏡１０２の第２焦点位置にはシャッタ１０４が配置されている。シャッタ１０４は、光軸ＡＸ１に対して斜めに配置された開口板１０４ａ（図２４参照）と開口板１０４ａに形成された開口を遮蔽又は開放する遮蔽板１０４ｂ（図２４参照）とから構成される。シャッタ１０４を楕円鏡１０２の第２焦点位置に配置するのは、光源１０１から射出された照明光束が集束されているため遮蔽板１０４ｂの少ない移動量で開口板１０４ａに形成された開口を遮蔽することができるとともに、開口を通過する照明光束の光量を急激に可変させてることによりパルス状の照明光束を得るためである。
【０１３７】
楕円鏡１０２の第２焦点位置に形成された光源像からの発散光束は、コリメートレンズ１０５によってほぼ平行光束に変換されて波長選択フィルタ１０６に入射する。波長選択フィルタ１０６はｇ線、ｈ線、及びｉ線を含む波長域の光束のみを透過させるものである。波長選択フィルタ１０６を通過した光はリレーレンズ１０８を介して再び結像する。この結像位置の近傍にはライトガイド１０９の入射端１０９ａが配置されている。ライトガイド１０９は、例えば多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成されたランダムライトガイトファイバであって、光源１０１の数（図２３では１つ）と同じ数の入射端１０９ａと、投影光学系ＰＬを構成する投影光学ユニット（部分投影光学系）の数（図２３では５つ）と同じ数の射出端、即ち射出端１０９ｂ及び他の４つの射出端（図２４では射出端１０９ｂだけを示す）とを備えている。こうして、ライトガイト１０９の入射端１０９ａへ入射した光は、その内部を伝播した後、射出端１０９ｂ及び他の４つの射出端から分割されて射出される。なお、１つの光源１０１のみでは光量が不足する場合には、複数の光源を設けるとともに、各光源に対して、設けられた複数の入射端を有し、各々の入射端から入射した光をほぼ同じ光量に分割して各射出端から射出するライトガイドを設けることが好ましい。
【０１３８】
図２４に示したように、ライトガイド１０９の入射端１０９ａには、連続的に位置を可変することができるように構成されたブレード１１０が配置されている。このブレード１１０は、ライトガイド１０９の入射端１０９ａの一部を遮光することによって、ライトガイド１０９の射出端１０９ｂ及び他の４つの射出端各々から射出される光の強度を連続的に可変するためのものである。ブレード１１０のライトガイド１０９の入射端１０９ａに対する遮光量の制御は、図２４中の主制御系１２０が駆動装置１１９を制御することによって行われる。
【０１３９】
ライトガイド１０９の射出端１０９ｂとマスクＭ２との間には、コリメートレンズ１１１ｂ、フライアイ・インテグレータ１１２ｂ、開口絞り１１３ｂ（図２３では図示省略）、ビームスプリッタ１１４ｂ（図２３では図示省略）、及びコンデンサーレンズ系１１５ｂが順に配置されている。同様に、ライトガイド１０９の他の４つの射出端とマスクＭ２との間には、コリメートレンズ、フライアイ・インテグレ一夕、開口絞り、ビームスプリッタ、及びコンデンサーレンズ系がそれそれ順に配置されている。
【０１４０】
なお、ここでは、説明の簡単化のために、ライトガイド１０９の各射出端とマスクＭ２との間に設けられる光学部材の構成を、ライトガイド１０９の射出端１０９ｂとマスクＭ２との間に設けられたコリメートレンズ１１１ｂ、フライアイ・インテグレータ１１２ｂ、開口絞り１１３ｂ、ビームスプリッタ１１４ｂ、及びコンデンサーレンズ系１１５ｂに代表させて説明する。
【０１４１】
ライトガイド１０９の射出端１０９ｂから射出された発散光束は、コリメートレンズ１１１ｂによりほぼ平行な光束に変換された後、フライアイ・インテグレータ１１２ｂに入射する。フライアイ・インテグレータ１１２ｂは、多数の正レンスエレメントをその中心軸線が光軸ＡＸ２に沿って延びるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。従って、フライアイ・インテグレータ１１２ｂに入射した光束は、多数のレンズエレメントにより波面分割され、その後側焦点面（即ち、射出面の近傍）にレンズエレメントの数と同数の光源像からなる二次光源を形成する。即ち、フライアイ・インテグレータ１１２ｂの後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。
【０１４２】
フライアイ・インテグレータ１１２ｂの後側焦点面に形成された多数の二次光源からの光束は、フライアイ・インテグレータ１１２ｂの後側焦点面の近傍に配置された開口絞り１１３ｂにより制限された後、ビームスプリッタ１１４ｂを介して、コンデンサーレンズ系１１５ｂに入射する。なお、開口絞り１１３ｂは、対応する投影光学ユニットＰＬ１の瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、照明に寄与する二次光源の範囲を規定するための可変開口部を有する。開口絞り１１３ｂは、この可変開口部の開口径を変化させることにより、照明条件を決定するσ値（投影光学系ＰＬ２０を構成する各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の開口径の比）を所望の値に設定する。
【０１４３】
コンデンサーレンズ系１１５ｂを介した光束は、パターンＤＰが形成されたマスクＭ２を重量的に照明する。尚、ライトガイド１０９の他の４つの射出端から射出された発散光束も同様に、コリメートレンズ、フライアイ・インテグレータ、開口絞り、ビームスプリッタ、及びコンデンサーレンズを順に介してマスクＭ２を重量的にそれぞれ照射する。即ち、照明光学系ＩＬは、マスクＭ２上においてＹ軸方向に並んだ複数（図２３では合計で５つ）の台形状の領域（照明視野）を照明する。なお、照明光学系ＩＬが備える光源としては、紫外線放射タイプのＬＥＤやＬＤであってもよい。
【０１４４】
一方、照明光学系ＩＬに設けられる上記ビームスプリッタ１１４ｂを介した光は、図２４に示すように、集光レンズ１１６ｂを介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ１１７ｂで受光される。このインテグレ一夕センサ１１７ｂの光電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介して主制御系１２０に供給される。インテグレータセンサ１１７ｂの出力と、プレートＰ２の表面上に照射される光の単位面積当たりのエネルギー（露光量）との相関係数は予め求められて主制御系１２０内に記憶されている。
【０１４５】
主制御系１２０は、プレートＰ２が載置されるプレートステージ（第２ステージ）及びマスクＭ２が載置されるマスクステージＭＳを制御する不図示のステージコントローラからのステージ系の動作情報に同期してシャッタ１０４の開閉動作を制御するとともに、インテグレータセンサ１１７ｂから出力される光電変換信号に応じて駆動装置１１９に対して制御信号を出力し、マスクＭ２に照明光学系ＩＬからの照明光を照射するタイミング及び照明光の強度を制御する。
【０１４６】
尚、照明光学系ＩＬは、その照明光学特性（例えばテレセントリシティ及び照度むら）を可変することができるように構成されている。例えばコンデンサーレンズ系１１５ｂを構成する複数のレンズのうちの少なくとも一部のレンズを光軸ＡＸ２方向（Ｚ方向）へ移動、光軸ＡＸ２に対して傾斜（θｘ、θｙ方向）、光軸ＡＸ２に対して偏心（Ｘ、Ｙ方向）させることにより照度むら（光軸に対し等方的な成分、傾斜成分）を調整することができる。また、ライトガイド１０９の射出端１０９ｂを傾斜（θｘ、θｙ方向）させることによっても照度むら（傾斜成分）を補正することができる。そして、フライアイ・インテグレータ１１２ｂを光軸ＡＸ２方向（Ｚ方向）へ移動させることにより、テレセントリシティの倍率成分（光軸に関し回転対称な成分）を調整することができ、フライアイ・インテグレータ１１２ｂ及び開口絞り１１３ｂを一体的、又は開口絞り１１３ｂを光軸垂直方向（ＸＹ平面内方向）へ移動させることにより、テレセントリシティの傾斜成分を調整することができる。また、照度むらの調整については、マスク面（プレート面）近傍又はマスク面（プレート面）と光学的に共役な面若しくはその近傍に走査方向の開口の幅が走査方向と直交する方向（非走査方向）において異なるような視野絞りを配置することによって補正することも可能である。この補正方法の詳細については、例えば特開平７−１４２３１３号公報等を参照されたい。また、かかる補正方法において、視野絞りの開口の幅を異ならせるのではなく、透過特性が非走査方向において照度むらを補正し得る分布を有する濃度分布フィルタを設ける構成であっても良い。
【０１４７】
マスクＭ２上の各照明領域からの光は、各照明領域に対応するようにＹ軸方向に沿って配列された複数（図２３では合計で５つ）の投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５からなる投影光学系ＰＬ２０に入射する。投影光学系ＰＬ２０を介した光は、図示しないプレートステージ上において、図示しないプレートホルダを介してＸＹ平面に平行に支持されたプレートＰ２上にパターンＤＰの像を形成する。即ち、上述したように、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５は、等倍正立系として構成されているので、プレートＰ２上において各照明領域に対応するようにＹ軸方向に並んだ台形状の露光領域には、パターンＤＰの等倍正立像が形成される。
【０１４８】
図２３に戻り、前述したマスクステージＭＳには、マスクステージＭＳを走査方向であるＸ軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（不図示）が設けられている。また、マスクステージＭＳを走査直行方向であるＹ軸方向に沿って微小量だけ移動させるとともにＺ軸廻りに微小量がけ回転させるための一対のアライメント駆動系（不図示）が設けられている。そして、マスクステージＭＳの位置座標が移動鏡１２５を用いたレーザ干渉計（不図示）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。更に、マスクステージＭＳは、Ｚ方向の位置が可変に構成されている。
【０１４９】
同様の駆動系が、プレートステージにも設けられている。即ち、プレートステージを走査方向であるＸ軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（不図示）、プレートステージを走査直交方向であるＹ軸方向に沿って微小量だけ移動させるとともにＺ軸廻りに微小量がけ回転させるための一対のアライメント駆動系（不図示）が設けられている。そして、プレートステージの位置座標が移動鏡１２６を用いたレーザ干渉計（不図示）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。プレートステージもマスクステージＭＳと同様にＺ方向に移動可能に構成されている。マスクステージＭＳ及びプレートステージのＺ方向の位置は、主制御系１２０によって制御される。
【０１５０】
上述の投影光学ユニットＰＬ１、ＰＬ３、ＰＬ５は、走査方向と直交する方向に所定間隔をもって第１列として配置されている。また、投影光学系ユニットＰＬ２、ＰＬ４も同様に走査方向と直交する方向に所定間隔をもって第２列として配置されている。第１列の投影光学ユニットと第２列の投影光学ユニットとの間には、プレートＰの位置合わせを行うためのオフアクシスのアライメント系１５２、及びマスクＭ２やプレートＰ２のフォーカスを合わせるためのオートフォーカス系１５４が配置されている。なお、このオフアクシスのアライメント系１５２におけるテレセントリシティの調整並びにフォーカス調整については、前述の第１〜第７の実施の形態にかかる方法によって調整することができる。
【０１５１】
また、プレートステージ上に投影光学系ＰＬ２０を介してプレートＰ２上に照射される光の照度を測定するための照度測定部１２９が設けられており、またプレートＰ２上に照射される光（像）の空間分布を計測するための空間像計測装置１２４が設けられている。
【０１５２】
図２５は、本発明の実施の形態にかかる投影光学ユニットＰＬ１の構成を示す図である。なお、投影光学ユニットＰＬ２〜ＰＬ５の構成はＰＬ１の構成と同一である。図示の投影光学ユニットＰＬ１は、マスクＭ２からの光に基づいてマスクパターンの一次像を形成する第１結像光学系Ｋ１と、この一次像からの光に基づいてマスクパターンの正立正像（二次像）をガラス基板（プレート）Ｐ２上に形成する第２結像光学系Ｋ２とを有する。なお、マスクパターンの一次像の形成位置の近傍には、マスクＭ２上における投影光学ユニットＰＬ１の視野領域（照明領域）およびガラス基板Ｐ上における投影光学ユニットＰＬ１の投影領域（露光領域）を規定する視野絞りＦＳが設けられている。
【０１５３】
第１結像光学系Ｋ１は、マスクＭ２から−Ｚ方向に沿って入射する光を＋Ｘ方向に反射するようにマスク面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第１偏向部材（第１の偏向部材）の第１反射面Ｐ１ｒを備えている。また、第１結像光学系Ｋ１は、第１反射面Ｐ１ｒ側から順に、正の屈折力を有する第１屈折光学系Ｇ１Ｐと、第１反射面Ｐ１ｒ側に凹面を向けた第１凹面反射鏡ＭＩ１とを備えている。第１屈折光学系Ｇ１Ｐおよび第１凹面反射鏡ＭＩ１はＸ方向に沿って配置され、全体として第１反射屈折光学系ＨＫ１を構成している。さらに、第１結像光学系Ｋ１は、第１反射屈折光学系ＨＫ１から−Ｘ方向に沿って入射する光を−Ｚ方向に反射するようにマスク面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第２偏向部材（第３の偏向部材）の第２反射面Ｐ２ｒを備えている。なお、第１結像光学系Ｋ１中の第１凹面反射鏡ＭＩ１に隣接して第１開口絞りＡＳ１が配置されている。
【０１５４】
一方、第２結像光学系Ｋ２は、第２反射面Ｐ２ｒから−Ｚ方向に沿って入射する光を＋Ｘ方向に反射するようにガラス基板面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第３偏向部材（第４の偏向部材）の第３反射面Ｐ３ｒを備えている。また、第２結像光学系Ｋ２は、第３反射面Ｐ３ｒ側から順に、正の屈折力を有する第２屈折光学系Ｇ２Ｐと、第３反射面Ｐ３ｒ側に凹面を向けた第２凹面反射鏡ＭＩ２とを備えている。第２屈折光学系Ｇ２Ｐおよび第２凹面反射鏡ＭＩ２はＸ方向に沿って配置され、全体として第２反射屈折光学系ＨＫ２を構成している。さらに、第２結像光学系Ｋ２は、第２反射屈折光学系ＨＫ２から−Ｘ方向に沿って入射する光を−Ｚ方向に反射するようにガラス基板面（ＸＹ平面面）に対して４５°の角度で斜設された第４偏向部材（第２の偏向部材）の第４反射面Ｐ４ｒを備えている。なお、第２結像光学系Ｋ２中の第２凹面反射鏡ＭＩ２に隣接して第２開口絞りＡＳ２が配置されている。また、第２凹面反射鏡ＭＩ２は、凹面である反射面の向きを変更可能に構成されている。即ち第２凹面反射鏡ＭＩ２を筐体などに取り付けるためのワッシャの厚さを変更することにより反射面の向きを変更することができる。
【０１５５】
また、第４偏向部材の第４反射面Ｐ４ｒとガラス基板Ｐとの間の光路中に倍率調整部材１４４が設けられている。この倍率調整部材１４４は、ディストーション調整部材及び像面調整部材としても機能する。更に、偏心ディストーション、偏心像面収差、偏心コマ収差及び偏心色収差の調整を行う偏心収差調整部材としても機能する。
【０１５６】
更に、倍率調整部材１４４による倍率調整、ディストーション調整部材として機能する倍率調整部材１４４によるディストーション調整、像面調整部材として機能する倍率調整部材１４４による像面調整、偏心収差調整部材として機能する倍率調整部材１４４による偏心収差調整により発生するＸＹＺ方向の像ずれを補正するために、マスクＭ２と第１偏向部材の第１反射面Ｐ１ｒとの間の光路中に一対のクサビ形状の偏角プリズム対１４０、及び像シフタを構成する平行平面板１４２が設けられている。ここで、偏角プリズム対１４０は結像位置を補正する焦点位置補正手段を構成する。また、平行平面板１４２は結像位置を補正（シフト）する像シフト手段を構成する。
【０１５７】
前述したように、マスクＭ２上に形成されたパターンは、当技術分野で一般的に使用される照明光学系からの照明光（露光光）により、ほぼ均一の照度で照明される。マスクＭ２上の各照明領域に形成されたマスクパターンから−Ｚ方向に沿って進行した光は、偏角プリズム対１４０および平行平面板１４２を介して、第１反射面Ｐ１ｒに入射し、第１反射面Ｐ１ｒにより９０°だけ偏向され、＋Ｘ方向に沿って第１反射屈折光学系ＨＫ１に入射する。第１反射屈折光学系ＨＫ１に入射した光は、第１屈折光学系Ｇ１Ｐを介して、第１凹面反射鏡ＭＩ１に達する。第１凹面反射鏡ＭＩ１で反射された光は、再び第１屈折光学系Ｇ１Ｐを介して、−Ｘ方向に沿って第２反射面Ｐ２ｒに入射する。第２反射面Ｐ２ｒで９０°だけ偏向されて−Ｚ方向に沿って進行した光は、視野絞りＦＳの近傍にマスクパターンの一次像を形成する。なお、一次像のＸ方向における横倍率は＋１倍であり、Ｙ方向おける横倍率は−１倍である。
【０１５８】
マスクパターンの一次像から−Ｚ方向に沿って進行した光は、第３反射面Ｐ３ｒにより９０°だけ偏向され、＋Ｘ方向に沿って第２反射屈折光学系ＨＫ２に入射する。第２反射屈折光学系ＨＫ２に入射した光は、第２屈折光学系Ｇ２Ｐを介して、第２凹面反射鏡ＭＩ２に達する。第２凹面反射鏡ＭＩ２で反射された光は、再び第２屈折光学系Ｇ２Ｐを介して、−Ｘ方向に沿って第４反射面Ｐｒ４に入射する。第４反射面Ｐｒ４で９０°だけ偏向されて−Ｚ方向に沿って進行した光は、倍率調整部材１４４を介して、ガラス基板Ｐ２上において対応する露光領域にマスクパターンの二次像を形成する。ここで、二次像のＸ方向における横倍率およびＹ方向における横倍率はともに＋１倍である。すなわち、投影光学ユニットＰＬ１を介してガラス基板Ｐ２上に形成されるマスクパターン像は等倍の正立正像であり、投影光学ユニットＰＬ１は等倍正立系を構成している。
【０１５９】
なお、上述の第１反射屈折光学系ＨＫ１では、第１屈折光学系Ｇ１Ｐの後側焦点位置に第１開口絞りＡＳ１及び第１凹面反射鏡ＭＩ１が配置されているため、マスクＭ２側および視野絞りＦＳ側においてテレセントリックとなる。また、第２反射屈折光学系ＨＫ２においても、第２屈折光学系Ｇ２Ｐの後側焦点位置に第２開口絞りＡＳ２及び第２凹面反射鏡ＭＩ２が配置されているため、視野絞りＦＳ側およびガラス基板Ｐ２側においてテレセントリックとなる。その結果、投影光学ユニットＰＬ１は、両側（上記マスクＭ２側およびガラス基板Ｐ２側）テレセントリック光学系である。
【０１６０】
上述したように、投影光学ユニットＰＬ１を介してガラス基板Ｐ２上に形成されるマスクパターン像は等倍の正立正像である。したがって、マスクステージＭＳ上に保持されているマスクＭ２と基板ステージに保持されているガラス基板Ｐ２とを一体的に同一方向（Ｘ方向）に沿って移動させることにより所望の走査露光を行うことができる。
【０１６１】
さて、図２５に示した第８の実施の形態にかかる投影光学系ＰＬ１においては、第２凹面反射鏡ＭＩ２は例えば低膨張ガラスや石英ガラスなどの光透過性を有する材料で形成され、その第２凹面反射鏡ＭＩ２の反射面には反射率が９９％程度の誘電体膜が蒸着されている。したがって、第２凹面反射鏡ＭＩ２の裏面側（＋Ｘ方向側）へは１％程度の露光光が通過することになる。ここで、凹面反射鏡の反射面が瞳共役面であるため、この反射面上には二次光源の像が形成されることになる。第２凹面反射鏡ＭＩ２の裏面が平滑面（研磨面）である場合には、この裏面に拡散板や薄い紙を置けば、この第２凹面反射鏡ＭＩ２の裏面側から目視で二次光源の像を観察することができる。また、第２凹面反射鏡ＭＩ２の裏面が拡散面様であればそのままで二次光源の像を観察することができる。
【０１６２】
このため、第８の実施の態様では、マスクパターン面よりも照明光学系ＩＬ側に拡散板を配置して、投影光学系ＰＬ２０に対してシグマ値σ≧１となるように照明光を供給する。このとき、第２凹面反射鏡ＭＩ２の反射面において、開口絞り１１３の像（またはフライアイ・インテグレータ１１２が形成する二次光源の像）と開口絞りＡＳ２とを同時に観察できるように拡散板の拡散度を設定する。
【０１６３】
そして、開口絞りＡＳ２と光源（二次光源の像）との位置関係を観察しつつ、開口絞りＡＳ２と光源（二次光源の像）とがほぼ同心円となるように、フライアイ・インテグレータ１１２及び／又は開口絞り１１３の位置を調整することによって、テレセントリシティの調整を行う。なお、このとき第２凹面反射鏡ＭＩ２の反射面には、第１凹面反射鏡ＭＩ１に隣接する開口絞りＡＳ１の像も形成されているため、開口絞りＡＳ２に対する開口絞りＡＳ１の位置関係も確認することが可能である。
【０１６４】
この第８の実施の形態では、２つの反射屈折型結像光学系Ｋ１、Ｋ２を有する投影光学系のテレセントリシティを調整する例を示したが、１つの反射屈折型結像光学系と１以上の屈折型結像光学系とを備えた反射屈折型の投影光学系や、１つのみの反射屈折型結像光学系からなる反射屈折型の投影光学系、さらには反射型の投影光学系のテレセントリシティの調整も可能である。
【０１６５】
上述の第５〜第８の実施の形態にかかる露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、第５〜第８の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてのプレート等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図２６のフローチャートを参照して説明する。
【０１６６】
先ず、図２６のステップ３０１において、１ロットのプレート上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのプレート上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、第５〜第８の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡を備えた露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのプレート上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのプレート上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのプレート上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各プレート上の各ショット領域に形成される。
【０１６７】
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、プレート上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、プレート上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【０１６８】
また、第５〜第８の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図２７のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図２７において、パターン形成工程４０１では、第５〜第８の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡を備えた露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程４０２へ移行する。
【０１６９】
次に、カラーフィルタ形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルタ形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程４０２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【０１７０】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、テレセントリシティ調整及びフォーカス位置計測が行われた画像観察装置により正確なアライメントが行われている露光装置を用い露光するため、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【０１７１】
【発明の効果】
この発明の画像観察装置のテレセントリシティ調整方法によれば、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうための撮像素子等の安価な工具を用い、その撮像素子により撮像された二次光源の像と結像開口絞り像に基づいて二次光源の位置を調整することにより画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なう。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法により画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうことができる。従って、画像観察装置のテレセントリシティ調整を行なうためのコストを削減することができ、画像観察装置のテレセントリシティ調整を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【０１７２】
また、この発明の画像観察装置のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの空間像強度分布を計測し、計測された空間像強度分布の非対称性に基づいて、画像観察装置のフォーカス位置計測を行なう。または、線状パターンを用い、その線状パターンの像位置を計測し、計測された線状パターンの像位置に基づいて、画像観察装置のフォーカス位置計測を行なう。即ち、画像観察装置を露光装置に搭載する前に、簡易な方法によりフォーカス位置を計測することができる。従って、画像観察装置のフォーカス位置を計測するための時間とコストを削減することができ、画像観察装置のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【０１７３】
また、この発明の露光装置によれば、この発明の方法により精密にテレセントリシティ調整またはフォーカス位置計測された画像観察装置を備えている。従って、この画像観察装置により正確に計測されたマスクや感光性基板の位置に基づいて、マスクと感光性基板との位置合わせを行なうため、微細な露光パターンを良好に露光することができる。
【０１７４】
また、この発明の投影光学系のフォーカス位置計測方法によれば、線状パターンを用い、その線状パターンの空間像強度分布を計測し、計測された空間像強度分布の非対称性に基づいて、投影光学系のフォーカス位置計測を行なう。または、線状パターンを用い、その線状パターンの像位置を計測し、計測された線状パターンの像位置に基づいて、投影光学系のフォーカス位置計測を行なう。従って、投影光学系のフォーカス位置計測を行なうための時間とコストを削減することができ、投影光学系のフォーカス位置計測を簡易かつ高精度に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡及びＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なうための工具を示す図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態にかかるライトガイドの射出端像と開口絞り像を撮像した状態を示す図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】この発明の第２の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡及びＦＩＡ顕微鏡のテレセントリシティ調整を行なうための工具を示す図である。
【図６】この発明の第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測を説明するための図である。
【図８】第３の実施の形態にかかるライトガイドの射出端像と開口絞り像を撮像した状態を示す図である。
【図９】第３の実施の形態にかかる指標の線状パターンを示す図である。
【図１０】第３の実施の形態にかかる指標の空間像強度分布及びその微分値を示すグラフである。
【図１１】第３の実施の形態にかかる空間像強度分布に基づいて定めたＴ値を示すグラフである。
【図１２】第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡に球面収差が残存する場合における空間像強度分布に基づいて定めたＴ値を示すグラフである。
【図１３】第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡に球面収差が残存ずる場合におけるコントラスト値を示すグラフである。
【図１４】第３の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡にコマ収差が残存する場合における空間像強度分布に基づいて定めたＴ値を示すグラフである。
【図１５】この発明の第４の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のフォーカス位置計測方法を説明するためのフローチャートである。
【図１６】ＦＩＡ顕微鏡のライトガイドの射出端像と開口絞り像を撮像した状態を示す図である。
【図１７】この発明の第５の実施の形態にかかる露光装置の構成を示す図である。
【図１８】この発明の第５の実施の形態にかかる投影光学系のフォーカス位置計測方法を説明するためのフローチャートである。
【図１９】第５の実施の形態にかかるσ絞りの構成を説明するための図である。
【図２０】この発明の第６の実施の形態にかかる投影光学系のフォーカス位置計測方法を説明するためのフローチャートである。
【図２１】この発明の第７の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡のデフォーカス量計測方法を説明するためのフローチャートである。
【図２２】この発明の第７の実施の形態にかかるＦＩＡ顕微鏡の構成を示す図である。
【図２３】この発明の第８の実施の形態にかかる走査型露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図２４】第８の実施の形態にかかる照明光学系構成の側面図である。
【図２５】第８の実施の形態にかかる各投影光学ユニットの構成を示す図である。
【図２６】実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図２７】実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【図２８】従来のＦＩＡ顕微鏡の構成を示す図である。
【符号の説明】
２…光源、４…コレクタレンズ、６…波長選択フィルタ、８…コンデンサレンズ、１０…ライトガイド、１２…σ絞り、１４…視野絞り、１６…コンデンサレンズ、１８…ハーフミラー、２０…開口絞り、２２…第一対物レンズ、２４…第二対物レンズ、２６…反射鏡、２８，３４…ＣＣＤ、３０…工具ミラー、３２，４０…工具レンズ、４２…反射板、４８…指標、７２…楕円鏡、７２…光源、７４…ダイクロイックミラー、７６…リレーレンズ、７８…フライアイレンズ、８０…σ絞り、８２…コンデンサレンズ、８４…コリメートレンズ、８６…反射鏡、９０，９２…ＦＩＡ顕微鏡、９４…ＡＩＳ、１２４…空間像計測装置、１２５，１２６…移動鏡、１２９…照度測定部、１５２…アライメント系、１５４…オートフォーカス系、ＩＬ…照明光学系、Ｍ，Ｍ２…マスク、ＰＬ，ＰＬ２０…投影光学系、ＰＬ１〜ＰＬ５…投影光学ユニット、Ｐ，Ｐ２…プレート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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