(57)【要約】【課題】装置の安定化及び小型化を図りつつ、オートフォーカスを精密かつ高速に行うことを可能とする露光装置及び露光方法を提供する。【解決手段】露光装置１に、ＤＭＤ９を備え、基板２の表面にフォーカス用明暗パターンを照射する投光光学系３と、基板２の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間でフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて投光光学系３の合焦位置を決定するＦＦＴ解析部２８と、投光光学系３の焦点が前記合焦位置と一致するように投光光学系３と基板２との距離を調整するステージ駆動部２６とを設け、投光光学系３はＤＭＤ９により所望の露光パターンを形成して基板２を露光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を備え、該空間光変調手段によりフォーカス用明暗パターンを形成して基板の表面に投射する投光光学系と、
前記基板の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間で、フォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて前記投光光学系の合焦位置を決定する合焦位置決定手段と、
前記投光光学系の焦点が前記合焦位置と一致するように前記投光光学系と前記基板との距離を調整する調整手段とを備え、
前記投光光学系は前記空間光変調手段において所望の露光パターンを形成し、該露光パターンにより前記基板の表面を露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記基板の表面における反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を有し前記焦点前側位置において焦点が合うように設置された第１の撮像手段と、前記光電変換素子を有し前記焦点後側位置において焦点が合うように設置された第２の撮像手段とを備え、
前記合焦位置決定手段は前記第１の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターン及び前記第２の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターンに基づき両者のコントラストが一致する位置を求めることにより前記投光光学系の合焦位置を決定することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記投光光学系は対物レンズを備え、前記対物レンズは前記基板にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させると共に、前記第１の撮像手段及び前記第２の撮像手段のいずれか一方又は双方の結像面にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させる結像光学系を構成することを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
前記投光光学系は前記空間光変調手段で形成されたフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを倍率補正するリレーレンズを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を備えた投光光学系を使用して、該空間光変調手段によりフォーカス用明暗パターンを形成して基板の表面に投射し、
前記基板の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間で、フォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて前記投光光学系の合焦位置を決定し、
前記投光光学系の焦点が前記合焦位置と一致するように前記投光光学系と前記基板との距離を調整した上で、
前記投光光学系を使用し、前記空間光変調手段において所望の露光パターンを形成して該露光パターンにより前記基板の表面を露光することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
前記基板の表面における反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を有する第１の撮像手段を前記焦点前側位置において焦点が合うように設置し、前記光電変換素子を有する第２の撮像手段を前記焦点後側位置において焦点が合うように設置して、
前記第１の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターン及び前記第２の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターンに基づき両者のコントラストが一致する位置を求めることにより前記投光光学系の合焦位置を決定することを特徴とする請求項５記載の露光方法。
【請求項７】
前記投光光学系として対物レンズを使用し、前記対物レンズにより前記基板にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させると共に、前記対物レンズを前記第１の撮像手段及び前記第２の撮像手段のいずれか一方又は双方の結像面にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させる結像光学系として使用することを特徴とする請求項６記載の露光方法。
【請求項８】
前記投光光学系に前記空間光変調手段で形成されたフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを倍率補正するリレーレンズを設けることを特徴とする請求項５〜請求項７いずれか一項に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光装置及び露光方法に関し、特に空間光変調手段を使用した露光装置及び露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイスなどの表面欠陥を検査する検査装置においては、パターンの微細化に伴う光学系の高倍率化と高ＮＡ化により、光学系と基板との距離がわずかに変化しただけでもパターン像がぼやけてしまうという問題があった。そこで、この問題を解消するため、種々のオートフォーカス技術が提案されている。
【０００３】
図７は、一般的に広く利用されている三角測量に基づく高さ測定の原理を示したものである。レーザ２９により被測定基板上に照射されたレーザ光の反射光は、レンズ３０によりＰＳＤ（Position Sensitive Detector）と呼ばれる位置検出素子や分割フォトダイオード、ＣＣＤセンサなどの検出器３１の光電面に結像される。例えば、基板の高さがＡの位置からＢの位置に変位したとすると、センサ上のレーザ光の照射位置はａからｂに移動するため、基板の変位を検出することが可能である。
【０００４】
ところが、図７に示された方式は、レーザ光が照射された１点のみの高さを検出する方式のため、複雑なパターンやエッジの影響を受けやすいという問題がある。また、基板上に薄膜が付いている場合には、特定の入射角度や膜厚では干渉により反射光量がなくなってしまうという短所もある。さらには、ガラスなどの透明基板の場合には、表面からの反射光及び裏面からの反射光や散乱光が共に検出器３１に到達してしまい、高さの測定精度が著しく損なわれるため、透明基板のオートフォーカスには適用することができない。
【０００５】
そこで、例えば、非特許文献１には、被検査パターン上にストライプパターンを照射して、このストライプパターンを対物レンズの焦点面と共役の位置から光軸方向の前後に等距離だけずらした２つのイメージセンサでそれぞれ検出し、これらのコントラストの差から焦点ずれ方向を検出してオートフォーカスを行うパターン検査装置が記載されている。このような、画像のコントラストを検出する方式では、特定の１点のみの高さ情報を検出することがないため、パターンやエッジの影響を受けにくい。また、透明基板の場合であっても、対物レンズの焦点位置から大きく外れた裏面からの反射光にはコントラストが全くないため、焦点の合った表面からの反射光のみがコントラスト検出に利用される。
【０００６】
一方、半導体デバイス基板を露光する露光装置においても、光学部品の特性のばらつきや基板の反り、厚みのばらつきなどに起因して、焦点ぼけが発生し、基板上で均一なパターンを得ることができないという問題があった。このため、露光用光学系に加えてフォーカス用光学系を設け、このフォーカス用光学系によりフォーカス補正を行う露光装置などが提案されている。
【非特許文献１】前田俊二、他２名、「ストライプパターン投影コントラスト検出方式によるオートフォーカスの開発」、１９９３年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、Ｐ．９７７〜９７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の露光装置では、露光用光学系とフォーカス用光学系とを別々に設けることから装置の構成が複雑になり、装置の安定化及び小型化を図ることが難しく、調整にも手間が掛かるという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、装置の安定化及び小型化を図りつつ、複雑なパターンやエッジが散在する透明基板であってもオートフォーカスを精密かつ高速に行うことを可能とする露光装置及び露光方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、露光装置であって、光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を備え、該空間光変調手段によりフォーカス用明暗パターンを形成して基板の表面に投射する投光光学系と、前記基板の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間で、フォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて前記投光光学系の合焦位置を決定する合焦位置決定手段と、前記投光光学系の焦点が前記合焦位置と一致するように前記投光光学系と前記基板との距離を調整する調整手段とを備え、前記投光光学系は前記空間光変調手段において所望の露光パターンを形成し、該露光パターンにより前記基板の表面を露光することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の露光装置であって、前記基板の表面における反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を有し前記焦点前側位置において焦点が合うように設置された第１の撮像手段と、前記光電変換素子を有し前記焦点後側位置において焦点が合うように設置された第２の撮像手段とを備え、前記合焦位置決定手段は前記第１の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターン及び前記第２の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターンに基づき両者のコントラストが一致する位置を求めることにより前記投光光学系の合焦位置を決定することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の露光装置であって、前記投光光学系は対物レンズを備え、前記対物レンズは前記基板にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させると共に、前記第１の撮像手段及び前記第２の撮像手段のいずれか一方又は双方の結像面にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させる結像光学系を構成することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の露光装置であって、前記投光光学系は前記空間光変調手段で形成されたフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを倍率補正するリレーレンズを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、露光方法であって、光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を備えた投光光学系を使用して、該空間光変調手段によりフォーカス用明暗パターンを形成して基板の表面に投射し、前記基板の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間で、フォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて前記投光光学系の合焦位置を決定し、前記投光光学系の焦点が前記合焦位置と一致するように前記投光光学系と前記基板との距離を調整した上で、前記投光光学系を使用し、前記空間光変調手段において所望の露光パターンを形成して該露光パターンにより前記基板の表面を露光することを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の露光方法であって、前記基板の表面における反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を有する第１の撮像手段を前記焦点前側位置において焦点が合うように設置し、前記光電変換素子を有する第２の撮像手段を前記焦点後側位置において焦点が合うように設置して、前記第１の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターン及び前記第２の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターンに基づき両者のコントラストが一致する位置を求めることにより前記投光光学系の合焦位置を決定することを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の露光方法であって、前記投光光学系として対物レンズを使用し、前記対物レンズにより前記基板にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させると共に、前記対物レンズを前記第１の撮像手段及び前記第２の撮像手段のいずれか一方又は双方の結像面にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させる結像光学系として使用することを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項５〜請求項７いずれか一項に記載の露光方法であって、前記投光光学系に前記空間光変調手段で形成されたフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを倍率補正するリレーレンズを設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１又は請求項５記載の発明によれば、焦点前側位置と焦点後側位置との間におけるフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づき、オートフォーカスを高速に行うことが可能となる。また、空間光変調手段においてフォーカス用明暗パターン及び露光パターンの双方を形成することが可能であり、また、オートフォーカス時と露光時とで共通の投光光学系を使用することから、装置の安定化及び小型化を図ることが可能となる。
【００１８】
請求項２又は請求項６記載の発明によれば、第１の撮像手段と第２の撮像手段とのフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて投光光学系の合焦位置を決定することにより、デフォーカス時における焦点位置のずれ量及びずれ方向の情報を得ることができるため、オートフォーカスを精密かつ高速に行うことが可能となる。
【００１９】
請求項３又は請求項７記載の発明によれば、投光光学系の対物レンズを結像光学系としても使用することにより、投光光学系と結像光学系との光軸のずれがなくなり、第１の撮像手段及び第２の撮像手段のいずれか一方又は双方において、フォーカス用明暗パターン及び露光パターンを正確に観察することが可能となる。
【００２０】
請求項４又は請求項８記載の発明によれば、投光光学系のリレーレンズで倍率補正を行うことにより、フォーカス用明暗パターン又は露光パターンを所望の倍率で基板に結像することが可能となる。また、リレーレンズの倍率補正によってリレーレンズと基板との距離調整を行うことも可能となり、投光光学系の設計の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（全体構成）
図１に示すように、本実施形態に係る露光装置１は、露光時に基板２に露光パターンを投影する投光光学系３と、オートフォーカス時に基板２にフォーカス用明暗パターンを投影し、その反射光を結像させるフォーカス用光学系４とを備えて構成されており、フォーカス用光学系４のうち基板２にフォーカス用明暗パターンを投影する光学系は、投光光学系３と共通の構成となっている。
【００２２】
（細部構成）
投光光学系３は基板２の表面に露光パターンを投影するものである。本実施形態の基板２は、厚み寸法０．４ｍｍ程度の透明基板であっても構わない。この基板２の表面には、青色光や紫外光などの短波長光に感光するフォトレジストが塗布されており、裏面は砂面であっても何ら問題はない。また、基板２はステージ（図示略）上に載置されている。
【００２３】
この投光光学系３は、図１に示すように、露光用光源５、コリメータレンズ６、ミラー７，８、空間光変調手段としてのＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）９、ミラー１０、リレーレンズ１１及び対物レンズ１２を含んで構成されており、露光用光源５の出力光をコリメータレンズ６を介してＤＭＤ９に入射させ、ＤＭＤ９からの反射光をリレーレンズ１１及び対物レンズ１２を介して基板２に入射させるようになっている。
【００２４】
このうち露光用光源５は、感光用の青色光や紫外光などの短波長光を出力する光源であって、レーザやＬＥＤ、ランプなどにより構成される。
【００２５】
また、コリメータレンズ６は露光用光源５の出力光を平行光に整形し、ミラー７，８はコリメータレンズ６の透過光をＤＭＤ９に入射させるようになっている。
【００２６】
また、ＤＭＤ９は、半導体素子上に微細なミラーエレメントを格子状に敷き詰めて、１枚のパネルとして形成したものであり、それぞれのミラーが独立して傾斜角度を変えることにより、露光用光源５の出力光の投射をＯＮ／ＯＦＦできるようになっている。また、ＤＭＤ９にはコントローラ２７（図２参照）が電気的に接続されており、ＤＭＤ９における所定位置のミラーから光を反射できるようになっている。これにより、投光光学系３を構成するＤＭＤ９は、ミラーにより所望の露光パターンを形成して投影することができるようになっている。
【００２７】
なお、本実施形態では空間光変調手段としてＤＭＤ９を用いているが、空間光変調手段としては液晶パネルや発光ダイオードアレイ、磁気光学効果などを用いることも可能である。
【００２８】
また、ミラー１０は、ＤＭＤ９からの反射光をリレーレンズ１１に入射させるようになっている。リレーレンズ１１は、ＤＭＤ９で形成された露光パターン又はフォーカス用明暗パターンを倍率補正するようになっている。例えば、ＤＭＤ９で形成したフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを基板２に投射する場合、ＤＭＤ９のミラーが一辺１３．６８μｍであり、投光光学系３により１／１０の大きさで縮小投影されるとすると、基板２の表面では一辺１．３６８μｍの大きさとなるが、これをリレーレンズ１１で倍率補正することにより、一辺１．０μｍの大きさとして縮小投影することなどが可能となる。また、リレーレンズ１１の倍率補正によってリレーレンズ１１と基板２との距離調整を行うことも可能となり、投光光学系３の設計の自由度を高めることができる。
【００２９】
また、対物レンズ１２はリレーレンズ１１の透過光を基板２の表面に集光するようになっている。
【００３０】
一方、フォーカス用光学系４は、基板２の表面にフォーカス用明暗パターンを投影し、また、その反射光を受光するものである
【００３１】
フォーカス用光学系４は、図１に示すように、フォーカス用光源１３、コリメータレンズ１４、ハーフミラー１５、ミラー７，８、ＤＭＤ９，ミラー１０，リレーレンズ１１、対物レンズ１２、ハーフミラー１６、フィルタ１７、結像レンズ１８、ハーフミラー１９及びＣＣＤ２０，２１を含んで構成されている。このうち基板２にフォーカス用明暗パターンを投影する光学系、すなわち、ミラー７，８、ＤＭＤ９，ミラー１０、リレーレンズ１１及び対物レンズ１２は、投光光学系３と共通の構成となっている。
【００３２】
このような構成により、フォーカス用光学系４は、フォーカス用光源１３からコリメータレンズ１４を介してＤＭＤ９に光を入射させ、ＤＭＤ９からの反射光をリレーレンズ１１及び対物レンズ１２を介して基板２に入射させて、基板２からの反射光をフィルタ１７及び結像レンズ１８を介してＣＣＤ２０又はＣＣＤ２１に結像させるようになっている。
【００３３】
このうちフォーカス用光源１３は、レジストが感光しない長波長の光を出力する光源であり、例えば、赤色発光ダイオードなどにより構成される。
【００３４】
また、コリメータレンズ１４はフォーカス用光源１３の出力光を平行光に整形し、ハーフミラー１５はコリメータレンズ１４の透過光の光軸を露光用光源５の光軸と同軸としてミラー７，８に入射させるようになっている。
【００３５】
また、フォーカス用光学系４を構成するＤＭＤ９は、微細なマイクロミラーでフォーカス用明暗パターンとしてのストライプパターンを形成するようになっており、ミラー７，８からの反射光をストライプパターンとして投影するようになっている。なお、フォーカス用光学系４を構成するＤＭＤ９は、フォーカス用明暗パターンとして露光パターンと同様のパターンを形成してもよい。
【００３６】
また、ミラー１０はＤＭＤ９からの反射光をリレーレンズ１１に入射させ、リレーレンズ１１は、ＤＭＤ９からの反射光を倍率補正するようになっている。また、対物レンズ１２はリレーレンズ１１の透過光を基板２の表面に集光するようになっている。
【００３７】
また、投光光学系３の対物レンズ１２は、基板２の反射光をフォーカス用の光としてＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１の結像面に結像させる結像光学系を兼ねるようになっており、基板２の反射光は再び対物レンズ１２を透過してハーフミラー１６に入射させるようになっている。
【００３８】
また、ハーフミラー１６は対物レンズ１２から入射した光を反射してフィルタ１７に入射させ、フィルタ１７はこの反射光のうち長波長の光のみを透過して結像レンズ１８に入射させるようになっている。
【００３９】
また、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１はフォーカス用光学系４からの光を受光して電気信号に変換する光電変換素子である。ＣＣＤ２０は結像レンズ１８の透過光のうちハーフミラー１９を透過した光を受光し、また、ＣＣＤ２１は結像レンズ１８の透過光のうちハーフミラー１９で反射した光を受光するようになっている。なお、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１は、フォーカス用明暗パターンのみならず、露光パターンを観察する際の撮像手段としての機能も果たすようになっている。
【００４０】
ここで、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１は、対物レンズ１２の焦点位置と共役な位置（ラインｂ）から光軸方向に等距離だけずらした位置に置かれている。すなわち、図１に示すように、ＣＣＤ２０は光電面が基板２の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側にある焦点前側位置（ラインａ）において焦点が合うように設置され、ＣＣＤ２１は光電面が前記焦点面よりも後側にある焦点後側位置（ラインｃ）において焦点が合うように設置されている。
【００４１】
なお、露光装置１には互いに通信可能なネットワークを介してパーソナルコンピュータなどの制御装置２２（図２参照）が接続されており、露光装置１の各構成部分に種々の指示信号を送信するようになっている。
【００４２】
（制御構成）
次に、図２に本実施形態に係る露光装置１の制御ブロック図を示す。
【００４３】
図２に示すように、露光装置１は制御装置２２を備えている。制御装置２２が備える制御部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、書き換え可能な半導体素子で構成されるＲＡＭ（Random Access Memory）及び不揮発性の半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read Only Memory）から構成されており、ＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開して、ＣＰＵによりこの処理プログラムを実行するようになっている。また、制御装置２２には、制御部２３に電気的に接続された入力部２４及び記憶部２５が設けられている。
【００４４】
また、制御装置２２にはステージ駆動部２６、ＤＭＤ９を制御するコントローラ２７、ＣＣＤ２０、ＣＣＤ２１及び合焦位置決定手段としてのＦＦＴ解析部２８が接続されている。
【００４５】
入力部２４は、キーボード、マウス、タッチパネルなどから構成され、ユーザによる指示入力ができるようになっている。
【００４６】
記憶部２５は、半導体メモリなどからなる記録用のメモリであり、入力部２４から入力された情報などを記録する記録領域を有している。記憶部２５は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや、着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。
【００４７】
ステージ駆動部２６は、基板２を支持する図示しないステージの上下移動や傾斜を制御することにより、基板２の位置を調整するようになっている。特に、本実施形態のステージ駆動部２６は、基板２の位置がＦＦＴ解析部２８により決定された対物レンズ１２の合焦位置（ラインＢ）に一致するように、ステージを上下移動させてフォーカス用光学系４と基板２との距離を調整する調整手段としての機能を果たす。
【００４８】
なお、本実施形態ではステージの駆動により基板２の位置を移動させるようになっているが、フォーカス用光学系４の移動によってフォーカス用光学系４と基板２との距離を調整する構成とすることも可能である。
【００４９】
また、ステージ駆動部２６は、ステージの移動により基板上に分割された露光領域をパターン投影可能な領域へ順次移動させるようになっている。
【００５０】
コントローラ２７は、露光用光源５及びフォーカス用光源１３のＯＮ／ＯＦＦを制御すると共に、制御部２３の指示信号に基づきＤＭＤ９が備えるミラーの傾斜角度を制御するようになっている。これにより、投光光学系３としてのＤＭＤ９において所望の露光パターンを形成すると共に、フォーカス用光学系４としてのＤＭＤ９においてフォーカス用明暗パターンとしてのストライプパターンを形成するようになっている。
【００５１】
ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１は、制御部２３の制御により所定のタイミングで基板２の表面の反射光を受光して電気信号に変換し、その電気信号を画像データとしてＦＦＴ解析部２８に送信するようになっている。
【００５２】
ＦＦＴ解析部２８は、合焦位置決定手段としての機能を果たすものであり、基板２の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間におけるフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて、投光光学系３の合焦位置を決定するようになっている。本実施形態では、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１で受光したストライプパターンについて下記に示すＦＦＴ解析を行うことにより、対物レンズ１２の合焦位置（ラインＢ）を求めて、制御部２３に出力するようになっている。
【００５３】
ここで、ＦＦＴ解析部２８が行うＦＦＴ解析について詳述する。ＦＦＴ解析部２８は、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１で受光したストライプパターンの受光強度分布に基づき、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１のコントラストが等しくなる位置を求め、これにより基板２の合焦位置（ラインＢ）を決定するようになっている。
【００５４】
すなわち、本実施形態に係る露光装置１では、図１に示すように、ＣＣＤ２０を光電面がラインａと一致するように設置し、ＣＣＤ２１を光電面がラインｃと一致するように設置する。
【００５５】
図３に、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１で受光したストライプパターンの受光強度分布の例を示す。図３に示すように、ＣＣＤ２０の光電面が置かれたラインａは対物レンズ１２の焦点後側位置Ｃと共役になっており、基板２がラインＣの位置にある時にＣＣＤ２０では最大のコントラストが得られ、基板２の位置がＣからＡへと移動するにつれて、コントラストは徐々に低下していく。一方、ＣＣＤ２１の光電面が置かれたラインｃは対物レンズ１２の焦点前側位置Ａと共役になっており、基板２がラインＡの位置にある時に最大のコントラストが得られ、基板２の位置がＡからＣへと移動するにつれて、コントラストは徐々に低下していく。
【００５６】
そこで、これらのストライプパターンの受光強度分布に基づき、図３に示すようにＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１のコントラストが等しくなる位置を探すことにより、対物レンズ１２の合焦位置（ラインＢ）を求めることが可能となる。
【００５７】
図４は、ＦＦＴ解析部２８が行う信号処理の内容を示したものである。ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１で受光したそれぞれのストライプパターンは、ストライプに沿った方向への画素値の積算を行う射影処理により正弦波状の一次元データに変換する。この一次元データにＦＦＴ処理を施すことにより、ストライプパターンの空間周波数と一致するスペクトル成分の信号強度、すなわち正弦波状データの振幅及び受光強度の平均値に相当する直流（ＤＣ）成分が求められ、これらの比から受光されたストライプパターンのコントラスト値が計算される。射影による積算処理は、画像全体にわたってコントラストの平均値を求めることに相当するため、基板２の上のパターンやエッジの影響を小さくする効果をもたらす。また、射影による平均化処理とＦＦＴ処理とを組み合わせることにより、散乱光などの不要成分は効果的に取り除かれる。
【００５８】
次に、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１で受光したストライプパターンのそれぞれのコントラストに基づき、基板２の合焦位置を求める。図５に示されたグラフの横軸は基板２の位置であり、曲線Ｃ１と曲線Ｃ２とはそれぞれ、ＣＣＤ２１、ＣＣＤ２０により得られるコントラスト値の変化を示している。また、曲線Ｃ３は曲線Ｃ２と曲線Ｃ１との差分をとったものであり、基板２の位置ずれに応じてＳ字状に変化する信号（誤差信号）となる。
【００５９】
対物レンズ１２の焦点位置（ラインＢ）は、焦点前側位置（ラインＡ）と焦点後側位置（ラインＣ）の中間に位置するため、基板２が合焦位置にきた場合、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１のコントラスト値は等しい値になる。したがって、ステージ駆動によって誤差信号が零になる基板２の位置を探すことにより、合焦位置の検出が可能となる。また、曲線Ｃ３の正負の符号に着目すれば、基板２が合焦位置の前後どちらにあるかが瞬時に分かるため、高速なオートフォーカス制御が実現できる。
【００６０】
（露光方法）
次に、露光装置１を使用した露光方法について、図６を参照して説明する。
【００６１】
まず、基板２をステージ（図示略）上に載置する。続いて、ステージ駆動により、ＤＭＤ９から基板２における所望の位置に露光パターンが投射されるように基板２を移動させる（ステップＳ１）。
【００６２】
次に、オートフォーカス処理を行う（ステップＳ２）。まず、図１に示すように、ＣＣＤ２０を結像面がラインａと一致するように設置し、ＣＣＤ２１を結像面がラインｃと一致するように設置する。
【００６３】
続いて、コントローラ２７はＤＭＤ９においてフォーカス用明暗パターンとしてのストライプパターンを形成し、フォーカス用光源１３をＯＮとする。フォーカス用光源１３がレジストが感光しない長波長の光を出力すると、この出力光はコリメータレンズ１４により平行光に整形され、ハーフミラー１５で露光用光源５の出力光の光軸と同軸とされて、ミラー７，８で反射してＤＭＤ９に入射する。
【００６４】
続いて、ＤＭＤ９のミラーでストライプパターンが反射されると、ストライプパターンはミラー１０で反射されリレーレンズ１１により倍率補正されて、対物レンズ１２から基板２の表面に投影される。
【００６５】
続いて、基板２の表面にストライプパターンが投影されると、基板２の反射光は再び対物レンズ１２を透過してハーフミラー１６に入射する。続いて、ハーフミラー１６はこの反射光をフォーカス用の光としてフィルタ１７に入射させる。続いて、フィルタ１７はこのフォーカス用の光のうち長波長の光のみを透過して結像レンズ１８に入射させる。
【００６６】
続いて、ＣＣＤ２０は結像レンズ１８の透過光を受光し、ＣＣＤ２１は結像レンズ１８の透過光のうちハーフミラー１９で反射した光を受光する。
【００６７】
次に、ＦＦＴ解析部２８は、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１で受光したストライプパターンについて、前記のＦＦＴ解析を行うことにより、基板２の合焦位置（ラインＢ）を決定して、解析結果を制御部２３に出力する。
【００６８】
続いて、ステージ駆動部２６は、制御部２３の指示信号により、ＦＦＴ解析部２８により決定された合焦位置に基板２を移動させる。
【００６９】
次に、コントローラ２７はＤＭＤ９において所望の露光パターンを形成し（ステップＳ３）、露光用光源５をＯＮとする（ステップＳ４）。露光用光源５が感光用の短波長光を出力すると、この出力光はコリメータレンズ１４により平行光に整形され、ハーフミラー１５を透過後、ミラー７，８で反射してＤＭＤ９に入射する。
【００７０】
続いて、ＤＭＤ９のミラーで露光パターンが反射されると、露光パターンはミラー１０で反射されリレーレンズ１１により倍率補正されて、対物レンズ１２から基板２の表面に投影される。これにより、基板２が所望の露光パターンで露光される。こうしてステップＳ１〜ステップＳ４の処理を繰り返すことにより、オートフォーカス及び露光処理が行われる。
【００７１】
このように本実施形態によれば、焦点前側位置と焦点後側位置との間におけるフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づき、オートフォーカスを高速に行うことが可能となる。また、ＤＭＤ９においてフォーカス用明暗パターン及び露光パターンの双方を形成することが可能であり、また、オートフォーカス時と露光時とで共通の投光光学系３を使用することから、装置の安定化及び小型化を図ることが可能となる。
【００７２】
また、ＣＣＤ２０とＣＣＤ２１とのフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて投光光学系３の合焦位置を決定することにより、デフォーカス時における焦点位置のずれ量及びずれ方向の情報を得ることができるため、オートフォーカスを精密かつ高速に行うことが可能となる。
【００７３】
また、投光光学系３の対物レンズ１２を、基板２の反射光をＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１の結像面に結像させる結像光学系としても使用することにより、投光光学系３と前記結像光学系との光軸のずれがなくなり、ＣＣＤ２０及びＣＣＤ２１の双方において、フォーカス用明暗パターン及び露光パターンを正確に観察することが可能となる。
【００７４】
また、投光光学系３のリレーレンズ１１で倍率補正を行うことにより、フォーカス用明暗パターン又は露光パターンを所望の倍率で基板２に結像することが可能となる。また、リレーレンズ１１の倍率補正によってリレーレンズ１１と基板２との距離調整を行うことも可能となり、投光光学系３の設計の自由度を高めることができる。
【００７５】
なお、本実施形態の露光装置１は、露光用光源５とフォーカス用光源１３とを別々に設ける構成としたが、バンドルファイバの中に露光用光源５及びフォーカス用光源１３の両方を組み入れることも可能である。この場合、青色光と赤色光とをミキシングしてＤＭＤ９に入射させる構成とする。なお、露光用光源５から出力された青色光は、フォーカス用光学系４においてフィルタ１７によりカットされる。
【００７６】
また、本実施形態の露光装置１では、視野全体のコントラストを観察しており、仮に基板２が傾いた場合には、受光した画像のコントラスト値が視野の中心付近と外周付近とで違ってくる。したがって、ステージに傾き調整機構を設け、視野全面にわたってコントラスト値が一様になるまで傾き調整を行うことにより、基板２の傾き補正を行うことも可能である。
【００７７】
以上詳細に説明したように、本発明の露光装置及び露光方法によれば、オートフォーカスを精密かつ高速に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る露光装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係るＣＣＤにおけるストライプパターンの受光強度分布を示す表である。
【図４】ストライプパターンの空間周波数スペクトルを示すグラフである。
【図５】ストライプパターンのコントラスト曲線を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係る露光装置を示すフローチャートである。
【図７】従来の三角測量によるオートフォーカスを示した図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  露光装置
２  基板
３  投光光学系
４  フォーカス用光学系
５  露光用光源
６  コリメータレンズ
７，８  ミラー
９  ＤＭＤ
１０  ミラー
１１  リレーレンズ
１２  対物レンズ
１３  フォーカス用光源
１４  コリメータレンズ
１５，１６  ハーフミラー
１７  フィルタ
１８  結像レンズ
１９  ハーフミラー
２０，２１  ＣＣＤ
２２  制御装置
２３  制御部
２４  入力部
２５  記憶部
２６  ステージ駆動部
２７  コントローラ
２８  ＦＦＴ解析部
【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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