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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-13
(45)【発行日】2023-11-21
(54)【発明の名称】パターン形成装置
(51)【国際特許分類】
G03F 9/00 20060101AFI20231114BHJP
G03F 7/24 20060101ALI20231114BHJP
【ＦＩ】
G03F9/00
G03F7/24
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022524490
(86)(22)【出願日】2021-05-18
(86)【国際出願番号】 JP2021018802
(87)【国際公開番号】W WO2021235439
(87)【国際公開日】2021-11-25
【審査請求日】2022-09-14
(31)【優先権主張番号】P 2020087094
(32)【優先日】2020-05-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004112
【氏名又は名称】株式会社ニコン
(74)【代理人】
【識別番号】100077665
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏
(74)【代理人】
【識別番号】100116676
【弁理士】
【氏名又は名称】宮寺 利幸
(74)【代理人】
【識別番号】100191134
【弁理士】
【氏名又は名称】千馬 隆之
(74)【代理人】
【識別番号】100136548
【弁理士】
【氏名又は名称】仲宗根 康晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136641
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 志郎
(74)【代理人】
【識別番号】100180448
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 亨祐
(72)【発明者】
【氏名】中山 修一
(72)【発明者】
【氏名】中野 貴之
(72)【発明者】
【氏名】堀 正和
【審査官】田中 秀直
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－３５６１９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１５２６４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－３４８０１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１６１６１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０３Ｆ ９／００
Ｇ０３Ｆ ７／００－７／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の方向に移動する基板上の所定領域にパターンを形成するパターン形成機構と、前記基板上に形成されたマークを検出するマーク検出機構とを備えたパターン形成装置であって、前記マーク検出機構は、
前記基板上に設定される第１の検出領域内に照明光を投射すると共に、前記第１の検出領域内で発生する反射光が入射する対物光学系と、前記対物光学系に入射した前記反射光によって生成される前記検出領域内の像を検出する像検出系と、前記対物光学系と前記像検出系との間の光路中に配置される光分割器と、を有し、
前記光分割器に向けて前記照明光を投射して、前記対物光学系の瞳面に前記照明光の光源像を形成する照明系と、
前記対物光学系の前記瞳面内に形成される前記光源像の位置を変化させる調整機構と、
基準バー部材と、
前記対物光学系と前記基板との間に設けられた合成光学部材と、
を備え、
前記合成光学部材は、前記対物光学系からの前記照明光を分割して前記第１の検出領域と前記基準バー部材に設定される第２の検出領域のそれぞれに導くとともに、前記第１の検出領域からの前記反射光と前記第２の検出領域からの反射光を合成する、パターン形成装置。
【請求項2】
請求項１に記載のパターン形成装置であって、前記照明系は、
光源から発生する前記照明光を集光して前記光源像を形成する集光レンズ系を含む光源部と、
前記対物光学系の前記瞳面に前記光源像をリレーする導光部材と、
を有し、
前記調整機構は、前記導光部材の入射端に形成される前記光源像の位置を前記入射端の面内で調整して、前記対物光学系の前記瞳面内に形成される前記光源像の位置を変化させる、パターン形成装置。
【請求項3】
請求項２に記載のパターン形成装置であって、前記導光部材は、光ファイバー束であり、
前記光ファイバー束の出射端に形成される前記光源像の強度分布の形状は、前記入射端に形成される前記光源像の強度分布の形状と合同または相似である、パターン形成装置。
【請求項4】
請求項３に記載のパターン形成装置であって、前記光ファイバー束の前記出射端の位置は、前記対物光学系の前記瞳面の位置とほぼ一致する、パターン形成装置。
【請求項5】
請求項３または４に記載のパターン形成装置であって、前記導光部材は、
前記光源像を前記光ファイバー束の前記入射端に縮小して形成する縮小結像系と、前記光ファイバー束の前記出射端に伝送された前記光源像を前記対物光学系の前記瞳面内に拡大して形成する拡大結像系とを含む、パターン形成装置。
【請求項6】
請求項２～５のいずれか１項に記載のパターン形成装置であって、前記調整機構は、前記導光部材の前記入射端に向かう前記照明光を透過させると共に、前記照明光の進行方向を横シフトさせる傾斜可能な平行平板を有する、パターン形成装置。
【請求項7】
請求項６に記載のパターン形成装置であって、前記平行平板は、前記照明光の進行方向に沿って並んで配置される第１の平行平板と第２の平行平板とで構成され、前記第１の平行平板の傾斜方向と前記第２の平行平板の傾斜方向とは直交している、パターン形成装置。
【請求項8】
請求項２～５のいずれか１項に記載のパターン形成装置であって、前記調整機構は、前記導光部材の前記入射端と前記照明系とを相対的に微動させる微動機構で構成される、パターン形成装置。
【請求項9】
請求項１～８のいずれか１項に記載のパターン形成装置であって、前記基板を支持して前記第１の方向に移動させる基板支持機構を備える、パターン形成装置。
【請求項10】
請求項１～９のいずれか１項に記載のパターン形成装置であって、前記パターンは電子デバイス用のパターンである、パターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板上の形成領域内にパターンを形成する際に、形成位置を位置合わせするアライメント系を有するパターン形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
長尺のフレキシブル基板上にパターンを形成する為に、基板の長尺方向と直交した短尺方向（幅方向）に複数の露光ヘッドが並べられた露光部が設けられ、基板を長尺方向に移動させながら複数の露光ヘッドの各々でパターンを描画（露光）する描画装置が、例えば、特開２００６－１０６０９７号公報に開示されている。
【0003】
特開２００６－１０６０９７号公報の描画装置では、図１～図４に示されているように、フレキシブル基板１００にパターンを露光する露光部３０よりも、基板１００の搬送方向の下流側に、例えば２台のカメラ部４０を有するアライメント部２２が設けられている。アライメント部２２は、フレキシブル基板１００に形成されたアライメントマーク１０２（図１０）をカメラ部４０で検出している。そのカメラ部４０は、図４に示されているように、基板１００上の撮像位置を基板１００の幅方向に変えられるように、ガイドレール３４に沿って移動可能に設けられている。また、カメラ部４０の基板１００側に設けられたレンズ４４の突出先端部には、リング状のストロボ４６が配置され、基板１００のアライメントマーク１０２等を撮像する際に、基板１００をストロボ発光により照明している。
【0004】
特開２００６－１０６０９７号公報の装置構成では、アライメント部２２のカメラ部４０が移動可能な構成となっている為、所望の位置に移動して静止したときのカメラ部４０が僅かに傾く誤差、即ちレンズ４４の光軸が基板１００の表面と垂直な状態から僅かに傾いたテレセン誤差が発生し易い。一般に、この種のパターン描画装置では、描画可能な最小線幅値の１／１０以下の精度で、アライメントマークを位置計測する必要があり、その為には、撮像したアライメントマークの両側のエッジ部の像コントラストが良好で揃っている必要がある。しかしながら、テレセン誤差が生じると、アライメントマークの両側のエッジ部の像コントラスト間の対称性が崩れ、アライメントマークの位置計測結果に誤差が生じる。特開２００６－１０６０９７号公報の場合、テレセン誤差を補正するには、カメラ部４０全体の傾きを微調整する機構が必要となるが、それだけアライメント部２２の構成が大掛かりになる。
【発明の概要】
【0005】
本発明の第１の態様は、第１の方向に移動する基板上の所定領域にパターンを形成するパターン形成機構と、前記基板上に形成されたマークを検出するマーク検出機構とを備えたパターン形成装置であって、
前記マーク検出機構は、
前記基板上に設定される第１の検出領域内に照明光を投射すると共に、前記第１の検出領域内で発生する反射光が入射する対物光学系と、前記対物光学系に入射した前記反射光によって生成される前記検出領域内の像を検出する像検出系と、前記対物光学系と前記像検出系との間の光路中に配置される光分割器と、を有し、
前記光分割器に向けて前記照明光を投射して、前記対物光学系の瞳面に前記照明光の光源像を形成する照明系と、
前記対物光学系の前記瞳面内に形成される前記光源像の位置を変化させる調整機構と、
基準バー部材と、
前記対物光学系と前記基板との間に設けられた合成光学部材と、
を備え、
前記合成光学部材は、前記対物光学系からの前記照明光を分割して前記第１の検出領域と前記基準バー部材に設定される第２の検出領域のそれぞれに導くとともに、前記第１の検出領域からの前記反射光と前記第２の検出領域からの反射光を合成する。
前記マーク検出機構は、
前記基板上に設定される第１の検出領域内に照明光を投射すると共に、前記第１の検出領域内で発生する反射光が入射する対物光学系と、前記対物光学系に入射した前記反射光によって生成される前記検出領域内の像を検出する像検出系と、前記対物光学系と前記像検出系との間の光路中に配置される光分割器と、を有し、
前記光分割器に向けて前記照明光を投射して、前記対物光学系の瞳面に前記照明光の光源像を形成する照明系と、
前記対物光学系の前記瞳面内に形成される前記光源像の位置を変化させる調整機構と、
基準バー部材と、
前記対物光学系と前記基板との間に設けられた合成光学部材と、
を備え、
前記合成光学部材は、前記対物光学系からの前記照明光を分割して前記第１の検出領域と前記基準バー部材に設定される第２の検出領域のそれぞれに導くとともに、前記第１の検出領域からの前記反射光と前記第２の検出領域からの反射光を合成する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の実施の形態によるパターン描画装置ＥＸの概略的な全体構成を示す斜視図である。
【図5】図４に示した描画ラインＳＬ１～ＳＬ６とアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各々の検出領域ＡＤ１～ＡＤ７との配置関係と、回転ドラムＤＲの回転角度の変化を計測するエンコーダ計測系の配置とを表した図である。
【図6】図６Ａは基準バー部材ＲＢの７ヶ所に形成される基準マークＲＭ１～ＲＭ７の配置の一例を示す図であり、図６Ｂは撮像領域ＤＩＳ’と基準マークＲＭ１との配置関係の一例を誇張して表した図であり、図６Ｃは撮像領域ＤＩＳ’と基準マークＲＭ２との配置関係の一例を誇張して表した図である。
【図7】アライメント系ＡＬＧｎ（ＡＬＧ１～ＡＬＧ７）の詳細な光学構成と、アライメント系ＡＬＧｎに照明光を供給する照明系ＩＬＵの光学構成との一例を示す図である。
【図8】テレセン誤差がある場合に、アライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬからの落射照明によって基板Ｐから発生する反射光ＬＲｆの検出状態を示す図である。
【図9】テレセン誤差による影響を補正した場合に、アライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬからの落射照明によって基板Ｐから発生する反射光ＬＲｆの検出状態を説明する図である。
【図10】アライメント系ＡＬＧｎに照明光を供給する為の導光部材の第２の実施の形態による光学構成を示す図である。
【図11】アライメント系ＡＬＧｎに供給される照明光として、ハロゲン化錫を封入したメタルハライドランプの発光波長特性の一例を示すグラフである。
【図13】ダイクロイックミラーＤＣＭの波長選択特性とＬＥＤ光源ＬＤ１、ＬＤ２の各々の発光波長特性との一例を模式的に示したグラフである。
【図21】第３の実施の形態によるアライメント系ＡＬＧｎと照明系（照明ユニット）ＩＬＵの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の態様に係る基板処理装置（パターン形成装置）について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。なお、本発明の態様は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、多様な変更または改良を加えたものも含まれる。つまり、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれ、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
【0009】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態による基板処理装置として、基板（被照射体）Ｐにパターンを露光するパターン形成装置（パターン描画装置）ＥＸの概略構成を示す斜視図であり、その構成は、国際公開第２０１７／１９１７７７号、国際公開第２０１８／０６１６３３号に開示されているものと同じである。なお、以下の説明においては、特に断わりのない限り、重力方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を設定し、図に示す矢印にしたがってＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を設定する。
図１は、第１の実施の形態による基板処理装置として、基板（被照射体）Ｐにパターンを露光するパターン形成装置（パターン描画装置）ＥＸの概略構成を示す斜視図であり、その構成は、国際公開第２０１７／１９１７７７号、国際公開第２０１８／０６１６３３号に開示されているものと同じである。なお、以下の説明においては、特に断わりのない限り、重力方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を設定し、図に示す矢印にしたがってＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を設定する。
【0010】
パターン描画装置ＥＸは、基板Ｐ上に塗布されたフォトレジスト等の感光性機能層に電子デバイス用の微細パターンを露光して、電子デバイスを製造するデバイス製造システムで使われる。デバイス製造では、例えば、フレキシブル・ディスプレイ、フィルム状のタッチパネル、液晶表示パネル用のフィルム状のカラーフィルター、フレキシブル配線、または、フレキシブル・センサ等の電子デバイスを製造する為に、パターン描画装置以外にも複数種の製造装置が使われる。デバイス製造システムは、フレキシブル（可撓性）のシート状の基板（シート基板）Ｐをロール状に巻いた図示しない供給ロールから基板Ｐが送出され、送出された基板Ｐに対して各種処理を連続的に施した後、各種処理後の基板Ｐを図示しない回収ロールで巻き取る、いわゆるロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ Ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式の生産方式を有する。そのため、少なくとも製造処理中の基板Ｐ上には、最終製品となる単位デバイス（１つの表示パネル等）に対応したパターンが、基板Ｐの搬送方向に所定の隙間を空けて多数連なった状態で配列される。基板Ｐは、その長尺方向が基板Ｐの移動方向（搬送方向）となり、長尺方向と直交した短尺方向が基板Ｐの幅方向となる帯状である。
【0011】
基板Ｐは、例えば、樹脂フィルム、若しくは、ステンレス鋼等の金属または合金からなる箔（フォイル）等が用いられる。樹脂フィルムの材質としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、エチレンビニル共重合体樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、および酢酸ビニル樹脂のうち、少なくとも１つ以上を含んだものを用いてもよい。また、基板Ｐの厚みや剛性（ヤング率）は、デバイス製造システムやパターン描画装置ＥＸの搬送路を通る際に、基板Ｐに座屈による折れ目や非可逆的なシワが生じないような範囲であればよい。基板Ｐの母材として、厚みが２５μｍ～２００μｍ程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ポリイミド等のフィルムは、好適なシート基板の典型である。また、基板Ｐは、フロート法等で製造された厚さ３０～１００μｍ程度の極薄ガラスの単層体、その極薄ガラスに上記の樹脂フィルム、金属箔等を貼り合わせた積層体、或いは、ナノセルロースを含有して表面を平滑処理した紙片であってもよい。
【0012】
基板Ｐの表面に塗布される感光性機能層は、溶液として基板Ｐ上に塗布され、乾燥することによって層（膜）となる。感光性機能層の典型的なものはフォトレジスト（液状またはドライフィルム状）であるが、現像処理が不要な材料として、紫外線の照射を受けた部分の親撥液性が改質される感光性シランカップリング剤（ＳＡＭ）、或いは紫外線の照射を受けた部分にメッキ還元基が露呈したり、紫外線の照射を受けた部分のメッキ還元基が除去されたりする感光性還元剤等がある。感光性機能層として感光性シランカップリング剤を用いる場合は、基板Ｐ上の紫外線で露光されたパターン部分が撥液性から親液性に改質される。そのため、親液性となった部分の上に導電性インク（銀や銅等の導電性ナノ粒子を含有するインク）または半導体材料を含有した液体等を選択塗布することで、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を構成する電極、半導体、絶縁、或いは接続用の配線となるパターン層を形成することができる。
【0013】
感光性機能層として、感光性還元剤を用いる場合は、基板Ｐ上の紫外線で露光されたパターン部分、或いは非露光とされたパターン部分にメッキ還元基が露呈する。そのため、露光後、基板Ｐを直ちにパラジウムイオン又は銅イオン等を含むメッキ液中に一定時間浸漬する無電解メッキによって、パターン層が形成（析出）される。このようなメッキ処理はアディティブ（加算式）のプロセスであるが、その他、サブトラクティブ（減算式）のプロセスとしてのエッチング処理を前提にしてもよい。その場合、パターン描画装置ＥＸへ送られる基板Ｐは、母材をＰＥＴやＰＥＮとし、その表面にアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属性薄膜を全面または選択的に蒸着し、さらにその上にフォトレジスト層を積層したものとされる。
【0014】
図１に示したパターン描画装置ＥＸは、マスクを用いない直描方式の露光装置、いわゆるスポット走査方式の露光装置であり、前工程のプロセス装置から搬送されてきた基板Ｐを後工程のプロセス装置（単一の処理部または複数の処理部を含む）に向けて所定の速度で長尺方向に搬送する。その搬送に同期して、パターン描画装置ＥＸは、基板Ｐの感光性機能層に電子デバイスを構成する信号線や電源ラインの配線パターン、ＴＦＴを構成する電極、半導体領域、スルーホール等のいずれかのパターン形状に応じた光パターンを、描画データに応じて強度変調されるスポット光のＹ方向への高速走査（主走査）と基板Ｐの長尺方向への移動（副走査）とによって形成する。
【0015】
図１において、パターン描画装置ＥＸは、副走査のために基板Ｐを支持して長尺方向に搬送する回転ドラムＤＲと、回転ドラムＤＲで円筒面状に支持された基板Ｐの部分ごとにパターン露光を行う複数（ここでは６個）の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）とを備え、複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々は、露光用のパルス状のビームＬＢ（パルスビーム）のスポット光を、基板Ｐの被照射面（感光面）上でＹ方向にポリゴンミラーＰＭ（走査部材）で１次元に走査（主走査）しつつ、スポット光の強度を描画データに応じて高速に変調（オン／オフ）する。これにより、基板Ｐの被照射面に電子デバイス、回路または配線等の所定のパターンに応じた光パターンが描画露光される。また、基板Ｐが長尺方向に沿って連続して搬送されるので、パターン描画装置ＥＸによってパターンが露光される基板Ｐ上の被露光領域（デバイス形成領域）は、基板Ｐの長尺方向に沿って所定の間隔（余白）をあけて複数個を設定可能である。本実施の形態では、６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々、又は全体によって、パターン形成機構が構成される。
【0016】
図１のように、回転ドラムＤＲは、Ｙ方向に延びるとともに重力が働く方向と交差した方向に延びた中心軸ＡＸｏと、中心軸ＡＸｏから一定半径の円筒状の外周面とを有する。回転ドラムＤＲは、その外周面（円周面）に倣って基板Ｐの一部を長尺方向に円筒面状に湾曲させて支持（密着保持）しつつ、中心軸ＡＸｏを中心に回転して基板Ｐを長尺方向に搬送する。回転ドラムＤＲは、複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々からのビームＬＢ（スポット光）が投射される基板Ｐ上の領域（部分）をその外周面で支持する。なお、回転ドラムＤＲのＹ方向の両側には、回転ドラムＤＲを中心軸ＡＸｏ回りに回転させるようにベアリングで支持される不図示のシャフトが設けられる。そのシャフトには、図示しない回転駆動源（例えば、モータや減速機構等）からの回転トルクが与えられ、回転ドラムＤＲは中心軸ＡＸｏ回りに一定の回転速度で回転する。
【0017】
光源装置（パルス光源装置）ＬＳは、パルス状のビーム（パルスビーム、パルス光、レーザ）ＬＢを発生して射出する。このビームＬＢは、基板Ｐの感光性機能層に対する感度を有し、４１０～２００ｎｍの波長帯域にピーク波長（例えば、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、３４４ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍ等のいずれかの中心波長）を有する紫外線光である。光源装置ＬＳは、ここでは不図示の描画制御装置の制御に従って、例えば、１００ＭＨｚ～４００ＭＨｚの範囲のいずれかの周波数（発振周波数、所定周波数）ＦＰＬでパルス状のビームＬＢを射出する。本実施の形態では、光源装置ＬＳを波長変換素子によって紫外線光を発生するレーザ光源装置とする。
【0018】
具体的には、赤外波長域のパルス光を発生する半導体レーザ素子、ファイバー増幅器、および、増幅された赤外波長域のパルス光を紫外波長域のパルス光に変換する波長変換素子（高調波発生素子）等で構成されるファイバーアンプレーザ光源とする。このように光源装置ＬＳを構成することで、１パルス光の発光時間が十数ピコ秒～数十ピコ秒以下の高輝度な紫外線のパルス光が得られる。光源装置ＬＳをファイバーアンプレーザ光源とし、描画データを構成する画素ビットの状態（論理値で「０」か「１」）に応じてビームＬＢのパルス発生を高速にオン／オフする（スポット光を強度変調する）構成については、国際公開第２０１５／１６６９１０号、国際公開第２０１７／０５７４１５号に開示されている。なお、光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢは、そのビーム径が約１ｍｍ、若しくはその半分程度の細い平行光束になっているものとする。
【0019】
光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢは、複数のスイッチング素子としての選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）と、複数の反射ミラーＭ１～Ｍ１２と、複数の落射ミラー（選択ミラーとも呼ぶ）ＩＭｎ（ＩＭ１～ＩＭ６）と、吸収体ＴＲ等で構成されるビーム切換部を介して、描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々に選択的（択一的）に供給される。選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）は、ビームＬＢに対して透過性を有するものであり、超音波信号で駆動されて、入射したビームＬＢの±１次回折光の一方のみを効率的に発生するように、ブラック回折条件で配置される音響光学変調素子（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）で構成される。複数の選択用光学素子ＯＳｎおよび複数の落射ミラーＩＭｎは、複数の描画ユニットＵｎの各々に対応して設けられている。例えば、選択用光学素子ＯＳ１と落射ミラーＩＭ１は、描画ユニットＵ１に対応して設けられ、同様に、選択用光学素子ＯＳ２～ＯＳ６および落射ミラーＩＭ２～ＩＭ６は、それぞれ描画ユニットＵ２～Ｕ６に対応して設けられている。
【0020】
光源装置ＬＳからのビームＬＢは、反射ミラーＭ１～Ｍ１２によってその光路がＸＹ面と平行な面内でつづらおり状に曲げられて、吸収体ＴＲまで導かれる。以下、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）がいずれもオフ状態（超音波信号が印加されずに、１次回折光が発生していない状態）の場合で詳述する。なお、図１では図示を省略したが、反射ミラーＭ１から吸収体ＴＲまでのビーム光路中には複数のレンズによるリレー系が設けられる。リレー系は、詳しくは、国際公開第２０１７／０５７４１５号に開示されているように、光源装置ＬＳからビームＬＢの光路に沿って直列に並ぶ選択用光学素子ＯＳ１～ＯＳ６の各々の間に配置され、６つの選択用光学素子ＯＳ１～ＯＳ６の各々を光学的に互いに共役関係（結像関係）にする。さらに各リレー系は、６つの選択用光学素子ＯＳ１～ＯＳ６の各々の位置ではビームＬＢの直径を１ｍｍ～０．５ｍｍの細い平行光束に維持しつつ、各リレー系内の中間位置では直径が０．２ｍｍ以下のビームウェストとなるように収斂する。落射ミラーＩＭ１～ＩＭ６の各々は、各リレー系の光路中のビームウェストの位置に配置される。
【0021】
図１において、光源装置ＬＳからのビームＬＢは－Ｘ方向に進んで反射ミラーＭ１で－Ｙ方向に反射され、反射ミラーＭ２に入射する。反射ミラーＭ２で＋Ｘ方向に反射されたビームＬＢは、選択用光学素子ＯＳ５をストレートに透過して反射ミラーＭ３に至る。反射ミラーＭ３で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ４で－Ｘ方向に反射されて、選択用光学素子ＯＳ６をストレートに透過して反射ミラーＭ５に至る。反射ミラーＭ５で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ６に至る。反射ミラーＭ６で＋Ｘ方向に反射されたビームＬＢは、選択用光学素子ＯＳ３をストレートに透過して反射ミラーＭ７に至る。反射ミラーＭ７で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ８で－Ｘ方向に反射された後、選択用光学素子ＯＳ４をストレートに透過して反射ミラーＭ９に至る。反射ミラーＭ９で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ１０で＋Ｘ方向に反射された後、選択用光学素子ＯＳ１をストレートに透過して反射ミラーＭ１１に至る。反射ミラーＭ１１で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ１２で－Ｘ方向に反射された後、選択用光学素子ＯＳ２をストレートに透過して吸収体ＴＲに導かれる。この吸収体ＴＲは、ビームＬＢの外部への漏れを抑制するためにビームＬＢを吸収する光トラップであり、光エネルギーの吸収による発熱が低減されるように温調（空冷又は水冷）機構を備えている。
【0022】
各選択用光学素子ＯＳｎは、超音波信号（高周波信号）が印加されると、入射したビームＬＢ（０次光）を、高周波の周波数に応じた回折角で回折させた１次回折光を射出ビーム（ビームＬＢｎ）として発生する。従って、選択用光学素子ＯＳ１から１次回折光として射出されるビームがＬＢ１となり、同様に選択用光学素子ＯＳ２～ＯＳ６の各々から１次回折光として射出されるビームがＬＢ２～ＬＢ６となる。このように、各選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）は、光源装置ＬＳからのビームＬＢの光路を偏向する機能を奏する。また、本実施の形態では、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）のうちの選択された１つだけが一定時間だけオン状態（高周波信号が印加された状態）となるように、不図示の描画制御装置によって制御される。選択された１つの選択用光学素子ＯＳｎがオン状態のとき、その選択用光学素子ＯＳｎで回折されずに直進する０次光が１０～２０％程度残存するが、それは最終的に吸収体ＴＲによって吸収される。
【0023】
選択用光学素子ＯＳｎの各々は、偏向された１次回折光であるビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）を、入射するビームＬＢの進行方向に対して－Ｚ方向に偏向するように設置される。選択用光学素子ＯＳｎの各々で偏向されて射出するビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）は、選択用光学素子ＯＳｎの各々から所定距離だけ離れた位置（ビームウェストの位置）に設けられた落射ミラーＩＭｎ（ＩＭ１～ＩＭ６）に投射される。各落射ミラーＩＭｎは、入射したビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）を－Ｚ方向に反射することで、ビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）をそれぞれ対応する描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）に導く。
【0024】
各選択用光学素子ＯＳｎの構成、機能、作用等は互いに同一のものであり、複数の選択用光学素子ＯＳｎの各々は、描画制御装置からの駆動信号（高周波信号）のオン／オフによって、入射したビームＬＢを回折させた回折光（ビームＬＢ１～ＬＢ６）の発生をオン／オフさせるスイッチング（ビーム選択）動作を行う。このような各選択用光学素子ＯＳｎのスイッチング動作により、光源装置ＬＳからのビームＬＢをいずれか１つの描画ユニットＵｎに導くことができ、且つ、ビームＬＢｎが入射する描画ユニットＵｎを切り換えることができる。このように、複数の選択用光学素子ＯＳｎをビームＬＢの光路に直列（シリアル）に配置して、対応する描画ユニットＵｎに時分割でビームＬＢｎを供給する構成は、国際公開第２０１５／１６６９１０号に開示されている。
【0025】
ビーム切換部を構成する選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々が一定時間だけオン状態となる順番は、描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々に設定されるスポット光による走査開始タイミングの順番によって定められる。本実施の形態では、６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に設けられるポリゴンミラーＰＭの回転速度の同期とともに、回転角度の位相も同期させることで、描画ユニットＵ１～Ｕ６のうちのいずれか１つにおけるポリゴンミラーの１つの反射面が、基板Ｐ上で１回のスポット走査を行うように、時分割に切り替えることができる。そのため、描画ユニットＵｎの各々のポリゴンミラーの回転角度の位相が所定の関係で同期した状態であれば、描画ユニットＵｎのスポット走査の順番はどの様なものであってもよい。図１の構成では、基板Ｐの搬送方向（回転ドラムＤＲの外周面が周方向に移動する方向）の上流側に３つの描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５がＹ方向に並べて配置され、基板Ｐの搬送方向の下流側に３つの描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６がＹ方向に並べて配置される。
【0026】
この場合、基板Ｐ上の１つの被露光領域に対するパターン描画は、上流側の奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５から開始され、基板Ｐが一定長送られたら、下流側の偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６もパターン描画を開始することになるので、描画ユニットＵｎのスポット走査の順番を、Ｕ１→Ｕ３→Ｕ５→Ｕ２→Ｕ４→Ｕ６→Ｕ１→・・・に設定することができる。従って、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々が一定時間だけオン状態となる順番も、ＯＳ１→ＯＳ３→ＯＳ５→ＯＳ２→ＯＳ４→ＯＳ６→ＯＳ１→・・・の順に定められる。
【0027】
図１に示すように、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々には、入射してきたビームＬＢ１～ＬＢ６を主走査するためのポリゴンミラーＰＭが設けられる。本実施の形態では、各描画ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭの各々が、同一の回転速度で精密に回転しつつ、互いに一定の回転角度位相を保つように同期制御される。これによって、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々から基板Ｐに投射されるビームＬＢ１～ＬＢ６の各々の主走査のタイミング（スポット光の主走査期間）を、互いに重複しないように設定することができる。したがって、ビーム切換部に設けられた選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々のオン／オフ切り替えを、６つのポリゴンミラーＰＭの各々の回転角度位置に同期して制御することで、光源装置ＬＳからのビームＬＢを複数の描画ユニットＵｎの各々に時分割で振り分けた効率的な露光処理ができる。６つのポリゴンミラーＰＭの各々の回転角度の位相合わせと、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々のオン／オフ切り替えタイミングとの同期制御についても、国際公開第２０１５／１６６９１０号に開示されている。
【0028】
図１のように、パターン描画装置ＥＸは、同一構成の複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）を配列した、いわゆるマルチヘッド型の直描露光方式である。描画ユニットＵｎの各々は、回転ドラムＤＲの外周面（円周面）で支持されている基板ＰのＹ方向（主走査方向）に区画された部分領域ごとにパターンを描画する。各描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）は、ビーム切換部からのビームＬＢｎを基板Ｐ上（基板Ｐの被照射面上）に投射しつつ、基板Ｐ上でビームＬＢｎを集光（収斂）する。これにより、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）は直径が２～４μｍのスポット光となる。さらに各描画ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭの回転によって、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）の各々のスポット光が主走査方向（Ｙ方向）に走査される。このスポット光の走査によって、基板Ｐ上に、１ライン分のパターンの描画のための直線的な描画ライン（走査ライン）ＳＬｎ（なお、ｎ＝１、２、・・・、６）が規定される。描画ラインＳＬｎは、ビームＬＢｎのスポット光の基板Ｐ上における走査軌跡である。
【0029】
複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１～ＳＬ６）は、回転ドラムＤＲの中心軸ＡＸｏを含むＹＺ面と平行な中心面を挟んで、回転ドラムＤＲの周方向に２列に千鳥配列で配置され、奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５は、中心面に対して基板Ｐの搬送方向の上流側（－Ｘ方向側）の基板Ｐの被照射面上に位置し、且つ、Ｙ方向に沿って所定の間隔だけ離して１列に配置されている。偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６は、中心面に対して基板Ｐの搬送方向の下流側（＋Ｘ方向側）の基板Ｐの被照射面上に位置し、且つ、Ｙ方向に沿って所定の間隔だけ離して１列に配置されている。そのため、奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５と、偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６とは、ＸＺ平面内で見る（Ｙ方向から見る）と、中心面に対して対称に設けられている。
【0030】
Ｘ方向（基板Ｐの搬送方向）に関しては、奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５と偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６とが互いに離間しているが、Ｙ方向（基板Ｐの幅方向、主走査方向）に関しては、基板Ｐ上に描画されたパターン同士が互いに分離することなく継ぎ合わされるように設定されている。描画ラインＳＬ１～ＳＬ６は、基板Ｐの幅方向、つまり、回転ドラムＤＲの中心軸ＡＸｏとほぼ平行になるように設定されている。なお、描画ラインＳＬｎをＹ方向に継ぎ合わせるとは、描画ラインＳＬｎの端部同士のＹ方向の位置を隣接または一部重複させるような関係にすることを意味する。描画ラインＳＬｎの端部同士をＹ方向に重複させる場合は、例えば、各描画ラインＳＬｎの長さに対して、描画開始点、または描画終了点を含んでＹ方向に１～５％の範囲で重複させるとよい。
【0031】
複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）は、全部で基板Ｐ上の露光領域（パターン形成領域）の幅方向の寸法をカバーするように、Ｙ方向の走査領域（主走査範囲の区画）を分担している。例えば、１つの描画ユニットＵｎによるＹ方向の主走査範囲（描画ラインＳＬｎの長さ）を３０～６０ｍｍ程度とすると、６個の描画ユニットＵ１～Ｕ６をＹ方向に配置することによって、描画可能な露光領域のＹ方向の幅を１８０～３６０ｍｍ程度まで広げている。なお、各描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１～ＳＬ６）の長さ（描画範囲の長さ）は、原則として同一とする。つまり、描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の各々に沿って走査されるビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査距離は、原則として同一とする。
【0032】
各描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）は、ポリゴンミラーＰＭの各反射面ＲＰで反射されて主走査方向に偏向されるビームＬＢｎを入射するテレセントリックなｆθレンズ系（描画用走査光学系）ＦＴを備え、ｆθレンズ系ＦＴから射出して基板Ｐに投射される各ビームＬＢｎは、ＸＺ面内でみたとき、回転ドラムＤＲの中心軸ＡＸｏに向かって進むように設定される。これにより、各描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）から基板Ｐに向かって進むビームＬＢｎの主光線は、ＸＺ平面において、基板Ｐの湾曲した表面上の描画ラインＳＬｎの位置での接平面に対して常に垂直となるように基板Ｐに向けて投射される。すなわち、スポット光ＳＰの主走査方向、並びに副走査方向（回転ドラムＤＲの外周面に沿った周方向）に関して、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）はテレセントリックな状態で走査される。
【0033】
図２は、図１に示したパターン描画装置ＥＸの回転ドラムＤＲと６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の配置と、基板Ｐに形成されたアライメントマークや回転ドラムＤＲの表面に形成された基準パターン等を検出する複数のアライメント系ＡＬＧｎ（ｎは２以上の整数）の配置とを具体的に示した図であり、図２中の直交座標系ＸＹＺの設定は図１と同じである。図２に示した回転ドラムＤＲ、描画ユニットＵ１～Ｕ６、アライメント系ＡＬＧｎの基本的な配置は、例えば、国際公開第２０１６／１５２７５８号、国際公開第２０１７／１９９６５８号に開示されている。
【0034】
基板Ｐを約１８０度の角度範囲で支持する回転ドラムＤＲのＹ方向の両側には、中心軸ＡＸｏ回りを回転するように環状のベアリングで支持されるシャフトＳｆｔが設けられ、シャフトＳｆｔは不図示の回転駆動源（ダイレクトドライブモータ等）の回転軸と接合されている。また、中心軸ＡＸｏを含んでＹＺ面と平行な面を中心面ＣＰｏとする。Ｙ方向（基板Ｐの幅方向）から見たとき、奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５と偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６とは中心面ＣＰｏを挟んで対称的に配置される。図２のように、直交座標系ＸＹＺのＸＺ面と平行な面内では、描画ユニットＵ１（及びＵ３、Ｕ５）は中心面ＣＰｏから反時計回りに一定の角度θｃだけ傾けられ、描画ユニットＵ２（及びＵ４、Ｕ６）は中心面ＣＰｏから時計回りに一定の角度θｃだけ傾けられる。描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々の構成は同一であるので、代表して描画ユニットＵ１の構成を図３に示す。
【0035】
図３は、図１に示した落射ミラーＩＭ１から供給されるビームＬＢ１（描画データに応じて強度変調された直径０．５ｍｍ程度の平行光束）を、最終的に基板Ｐ上にスポット光ＳＰとして集光するｆθレンズ系ＦＴと、スポット光ＳＰをＹ方向に主走査して描画ラインＳＬ１を形成するポリゴンミラーＰＭ等を含む描画ユニットＵ１の詳細構成を示す斜視図である。描画ユニットＵ１（並びにＵ２～Ｕ６）のポリゴンミラーＰＭからｆθレンズ系ＦＴを通る光軸ＡＸｆ１は、図２のように直交座標系ＸＹＺ内では傾くので、描画ユニットＵ１（並びにＵ２～Ｕ６）内では、直交座標系ＸＹＺに対して傾いた直交座標系ＸｔＹｔＺｔを設定する。その直交座標系ＸｔＹｔＺｔにおいて、Ｙｔ方向はＹ方向と同じであり、Ｚｔ方向は、落射ミラーＩＭ１から描画ユニットＵ１に入射するビームＬＢ１の主光線（中心光線）の進行方向、若しくは描画ラインＳＬ１の位置で基板Ｐの法線方向とし、Ｘｔ方向はｆθレンズ系ＦＴを通る光軸ＡＸｆ１の方向とする。なお、偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６の各々のｆθレンズ系ＦＴの光軸は光軸ＡＸｆ２とする。
【0036】
図３において、描画ユニットＵ１（並びにＵ２～Ｕ６）内には、ミラーＭ３０、レンズＬ６、レンズＬ７、石英製の傾斜可能な平行平板ＨＶＰ、レンズＬ８、Ｌ９、ミラーＭ３１、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、開口絞りＡＰ、１／４波長板ＱＷ、ミラーＭ３２、第１シリンドリカルレンズＣＹａ、レンズＬ１０、ミラーＭ３３、レンズＬ１１、ミラーＭ３４、Ｍ３５、Ｍ３６、８面のポリゴンミラーＰＭ、ｆθレンズ系ＦＴ、ミラーＭ３７、第２シリンドリカルレンズＣＹｂが、その順に配置される。ミラーＭ３０は、入射するビームＬＢ１の進行方向が－Ｘｔ方向になるようにビームＬＢ１を９０度に反射させる。ミラーＭ３０で反射されたビームＬＢ１の光路に沿って配置されるレンズＬ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９は、ミラーＭ３０で反射された細いビームＬＢ１（直径が約０．５ｍｍ）を、数ｍｍ以上（５～１０ｍｍの範囲）の直径の平行光束に拡大するビームエキスパンダー系を構成する。
【0037】
平行平板ＨＶＰは、ビームエキスパンダー系のレンズＬ６～Ｌ９の間の光路中に設けられ、Ｚｔ軸と平行な回転軸ＡＸｈ回りに回転（傾斜）可能に構成される。平行平板ＨＶＰの傾斜量を変えることにより、基板Ｐ上に投射されるスポット光ＳＰの位置を副走査方向（Ｘｔ方向、基板Ｐの移動方向である副走査方向）に、スポット光ＳＰの実効的な直径φｐの数倍～十数倍の距離範囲でシフトさせることができる。偏光ビームスプリッタＰＢＳは、レンズＬ９を通って拡大されてミラーＭ３１で－Ｙｔ方向に反射されるビームＬＢ１（平行光束）を入射する。ビームＬＢ１を直線Ｓ偏光とすると、偏光ビームスプリッタＰＢＳは、ビームＬＢ１を偏光分離面で９０％以上の強度で反射させて、後段の開口絞りＡＰに向かわせる。開口絞りＡＰの円形開口を透過したビームＬＢは、１／４波長板ＱＷを透過する際に直線偏光から円偏光に変換される。
【0038】
１／４波長板ＱＷを透過したビームＬＢ１（平行光束）は、ミラーＭ３２によって－Ｚｔ方向に反射され、第１シリンドリカルレンズＣＹａ（母線がＹｔ軸と平行）に入射し、空間中の面ＰｖにおいてＸｔ方向の幅が極めて小さく、Ｙｔ方向に数ｍｍ（開口絞りＡＰの開口径と同じ）の長さで延びたスリット状の強度分布に集光される。面Ｐｖで一次元方向のみ収斂されたビームＬＢ１は、２枚組の球面レンズ系の初群の球面レンズＬ１０を通って、ミラーＭ３３で＋Ｘｔ方向に反射された後、２枚組の球面レンズ系の後群の球面レンズＬ１１を通って＋Ｘｔ方向に進む。球面レンズＬ１１から射出した後のビームＬＢ１は、ミラーＭ３４によって＋Ｚｔ方向に反射された後、ミラーＭ３５によって＋Ｙｔ方向に反射される。ミラーＭ３４とミラーＭ３５は、ミラーＭ３５から＋Ｙｔ方向に進むビームＬＢ１の主光線（中心光線）とｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆ１とがＸｔＹｔ面と平行な面内で互いに直交するように配置されている。ミラーＭ３５から＋Ｙｔ方向に進むビームＬＢ１は、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆ１を挟んでミラーＭ３５の反対側に配置されるミラーＭ３６によって反射され、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに投射される。
【0039】
第１シリンドリカルレンズＣＹａと２枚組の球面レンズ系の作用によって、球面レンズＬ１１を通った直後でミラーＭ３４に入射するビームＬＢ１は、Ｚｔ方向に関してはほぼ平行光束の状態となり、Ｙｔ方向に関しては収斂光束の状態となる。なお、図３では球面レンズ系を主点間距離の調整の為に球面レンズＬ１０、Ｌ１１の２枚で構成したが、１枚の球面レンズだけで構成しても良い。
【0040】
ミラーＭ３６の反射面は、Ｚｔ軸と平行であると共にＸｔＺｔ面と平行で光軸ＡＸｆ１を含む面に対して２２．５°の狭角で配置される。これにより、ミラーＭ３６からポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに向かうビームＬＢ１の主光線（中心光線）、即ち第１シリンドリカルレンズＣＹａや球面レンズ系（レンズＬ１０、Ｌ１１）の光軸の延長で、ミラーＭ３６からポリゴンミラーＰＭまでの光軸は、ＸｔＹｔ面と平行な面内で、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆ１に対して４５°の角度に設定される。また、図３において、ミラーＭ３６で反射してポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに向かうビームＬＢ１は、Ｚｔ方向に関してはポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ上で集光するように収斂光束の状態となり、ＸｔＹｔ面と平行な面内ではほぼ平行光束の状態となり、反射面ＲＰａ上では主走査方向、即ちポリゴンミラーＰＭの回転中心軸ＡＸｐを中心とする内接円の接線方向にスリット状に延びた強度分布となるように集光される。
【0041】
ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａで反射されたビームＬＢ１は、テレセントリックなｆθレンズ系ＦＴを通った後、ミラーＭ３７で－Ｚｔ方向に直角に反射されて、第２シリンドリカルレンズＣＹｂ（母線の方向はＹｔ方向）に入射し、基板Ｐ上にスポット光ＳＰとして集光される。本実施の形態では、ミラーＭ３７で－Ｚｔ方向に直角に折り曲げられて、基板Ｐの表面（回転ドラムＤＲの外周面）と垂直になるｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆ１と、ミラーＭ３０に向けて－Ｚｔ方向に入射するビームＬＢ１の中心光線とが、Ｚｔ軸と平行な線分ＬＥ１（他の描画ユニットＵ２～Ｕ６の各々については線分ＬＥ２～ＬＥ６とする）と同軸となるように設定されている。そのような設定によって、描画ラインＳＬ１を基板Ｐ（ＸｔＹｔ面と平行な面）内で微少量傾ける際に、図３に示したミラーＭ３０～第２シリンドリカルレンズＣＹｂまでの各光学部材を一体的に支持する筐体（ユニット支持フレーム）の全体を、線分ＬＥ１を中心に微少回転させることが可能となる。このように、描画ユニットＵ１（他のユニットＵ２～Ｕ６も同様）の支持フレーム全体を線分ＬＥ１（ＬＥ２～ＬＥ６）回りに微少回転可能とする機構については、例えば国際公開第２０１６／１５２７５８号に開示されている。
【0042】
また、本実施の形態では、被走査面に設置される被照射体（基板Ｐ、又は回転ドラムＤＲの外周面）の表面にスポット光ＳＰを投射した際に発生する反射光の強度を検出する為に、光電センサＤＴＲとレンズ系ＧＦとが設けられる。被照射体の表面からの反射光（特に正規反射光）は、第２シリンドリカルレンズＣＹｂ、ｆθレンズ系ＦＴ、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ、ミラーＭ３６、Ｍ３５、Ｍ３４、球面レンズＬ１１、ミラーＭ３３、球面レンズＬ１０、第１シリンドリカルレンズＣＹａ、ミラーＭ３２、１／４波長板ＱＷ、開口絞りＡＰを介して、偏光ビームスプリッタＰＢＳまで戻ってくる。被照射体の表面に投射されるスポット光ＳＰは円偏光であり、その反射光も円偏光成分を多く含んでいる為、反射光が１／４波長板ＱＷを透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳに向かうとき、その偏光特性は直線Ｐ偏光に変換される。その為、被照射体の表面からの反射光は偏光ビームスプリッタＰＢＳの偏光分離面を透過してレンズ系ＧＦに入射する。レンズ系ＧＦによって被照射体からの反射光が光電センサＤＴＲの受光面に集光されるように、光電センサＤＴＲの受光面は被走査面上のスポット光ＳＰと光学的に共役な関係に設定される。
【0043】
なお、図３では図示を省略したが、国際公開第２０１５／１６６９１０号、又は国際公開第２０１６／１５２７５８号に開示されているように、描画用のビームＬＢ１が投射されるポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａの回転方向の１つ手前の反射面ＲＰｂには、ポリゴンミラーＰＭの各反射面が描画開始直前の角度位置になったことを表すパルス状の原点信号を出力する為の原点センサ用の送光ビームが投射される。また、図３に示した描画ユニットＵ１の内部の詳細構成は、他の描画ユニットＵ２～Ｕ６でも同一であるが、偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６の各々は、図３の描画ユニットＵ１の全体を、線分ＬＥ１を中心に１８０度回転させた向きに設置される。
【0044】
ここで、再び図２を参照して、パターン描画装置ＥＸの構成を更に説明する。図３に示した描画ユニットＵ１を含む奇数番の描画ユニットＵ３、Ｕ５は、線分ＬＥ１、ＬＥ３、ＬＥ５の各々の延長線（即ち、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆ１の延長線）が、図２のＹ方向から見て回転ドラムＤＲの回転中心軸ＡＸｏに向かうと共に、線分ＬＥ１、ＬＥ３、ＬＥ５が中心面ＣＰｏに対して角度－θｃだけ反時計方向に傾くように設置される。一方、偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６は、線分ＬＥ２、ＬＥ４、ＬＥ６の各々の延長線（即ち、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆ２の延長線）が、図２のＹ方向から見て回転ドラムＤＲの回転中心軸ＡＸｏに向かうと共に、線分ＬＥ２、ＬＥ４、ＬＥ６が中心面ＣＰｏに対して角度＋θｃだけ時計方向に傾くように設置される。角度±θｃは、奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５と偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６とが空間的に干渉しない（ぶつからない）範囲で、なるべく小さくなるように設定される。
【0045】
本実施の形態において、複数のアライメント系ＡＬＧｎはＹ方向に所定間隔で並べられて、それぞれ基板Ｐ上のマーク等を検出する対物レンズ系（対物光学系）を備える。それらの対物レンズ系を介して基板Ｐ上に設定される検出領域（観察視野）は、基板Ｐの移動方向（回転ドラムＤＲの外周面の周回方向）に関して、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々による描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の位置よりも上流側に配置される。その検出領域（観察視野）の中心を通る対物レンズ系の各々の光軸ＡＸｓの延長線は、回転ドラムＤＲの回転中心軸ＡＸｏに向かうと共に、検出領域（観察視野）の位置で基板Ｐの表面又は回転ドラムＤＲの外周面と垂直になるように設定される。アライメント系ＡＬＧｎの先端付近には基準マーク（基準指標マーク）を形成した基準指標部材としての基準バー部材ＲＢが付設されている。
【0046】
基準バー部材ＲＢの基準マークは、対物レンズ系の各々による検出領域（観察視野）の相互の位置関係、又は描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々による描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の相互の位置関係をキャリブレーションする際、或いは描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の位置と複数の検出領域の各位置との周方向（基板Ｐの移動方向）の間隔（ベースライン長）や位置関係を計測する際に使われる。アライメント系ＡＬＧｎの各々の光軸ＡＸｓは、ＸＺ面と平行な面内で見ると、奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５の各々による描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の角度θｃよりも大きい角度θａだけ中心面ＣＰｏから反時計方向に傾くように設定される。
【0047】
図４は、図２に示した回転ドラムＤＲとアライメント系ＡＬＧｎと基準バー部材ＲＢとの配置関係を示す斜視図であり、直交座標系ＸＹＺは先の図１又は図２の直交座標系ＸＹＺと同じに設定される。本実施の形態では、同一構成の７つのアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７（総称してＡＬＧｎとする）がＹ方向に所定の間隔で直線的に配置される。アライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系（対物光学系）ＯＢＬの光軸ＡＸｓは、対物レンズ系ＯＢＬと基板Ｐ（回転ドラムＤＲの外周面ＤＲｓ）との間に配置された平面ミラーＭｂによって折り曲げられ、基板Ｐ上の検出領域（観察視野）ＡＤｎ（ＡＤ１～ＡＤ７）の中心点を通るように設定される。対物レンズ系ＯＢＬと平面ミラーＭｂとの間の光路中には、光軸ＡＸｓと垂直な面に対して傾いたプレート型のビームスプリッタＢＳ１（合成光学部材）が設けられる。
【0048】
アライメント系ＡＬＧｎは、さらに、光ファイバー束ＩＬＦから供給される照明光ＩＬｂを対物レンズ系ＯＢＬに入射させて、検出領域ＡＤｎを落射照明する為の光分割器（ビームスプリッタ）ＢＳ２と、対物レンズ系ＯＢＬと光分割器ＢＳ２を介して入射する検出領域ＡＤｎからの反射光を、結像用レンズ系Ｇｂを介して受光し、検出領域ＡＤｎ内に現れる基板Ｐ上のアライメントマーク（基板マーク）の拡大像を撮像する撮像部（撮像素子）ＤＩＳとを有する。図４では、アライメント系ＡＬＧ１、ＡＬＧ２についてのみ、平面ミラーＭｂ、ビームスプリッタＢＳ１、対物レンズ系ＯＢＬ、光分割器ＢＳ２、結像用レンズ系Ｇｂ、撮像部（撮像素子）ＤＩＳによる構成を図示したが、他のアライメント系ＡＬＧ３～ＡＬＧ７の各々についても同様の構成を有し、アライメント系ＡＬＧ３～ＡＬＧ７の各々の光軸ＡＸｓも、それぞれ基板Ｐ上に設定される検出領域ＡＤ３～ＡＤ７（図４では図示省略）の中心点を通るように設定される。
【0049】
また、先の図１、図２に示した構成と同様に、図４でも基板Ｐ上には６つの描画ラインＳＬ１～ＳＬ６が設定される。奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５は、回転ドラムＤＲの回転による基板Ｐの搬送方向（副走査方向）に関して、アライメント系ＡＬＧｎの検出領域ＡＤｎの下流側に配置され、偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６は、奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の下流側に配置される。描画ラインＳＬ１は、基板Ｐ上の周方向に延びた線ＯＬ０１と線ＯＬ１２とのＹ方向の間の領域でパターンを描画し、描画ラインＳＬ２は、基板Ｐ上の周方向に延びた線ＯＬ１２と線ＯＬ２３とのＹ方向の間の領域でパターンを描画する。線ＯＬ１２は、描画ラインＳＬ１で露光されるパターンと描画ラインＳＬ２で露光されるパターンとがＹ方向に継がれる継ぎ部（又は一部オーバーラップして露光される部分）を表す。
【0050】
他の線ＯＬ２３、ＯＬ３４、ＯＬ４５、ＯＬ５６についても同様であり、線ＯＬ２３は、描画ラインＳＬ２と描画ラインＳＬ３によって露光されるパターンの継ぎ部を表し、線ＯＬ３４は、描画ラインＳＬ３と描画ラインＳＬ４によって露光されるパターンの継ぎ部を表し、線ＯＬ４５は、描画ラインＳＬ４と描画ラインＳＬ５によって露光されるパターンの継ぎ部を表し、線ＯＬ５６は、描画ラインＳＬ５と描画ラインＳＬ６によって露光されるパターンの継ぎ部を表す。なお、本実施の形態において、アライメント系ＡＬＧ１の検出領域ＡＤ１は、線ＯＬ０１よりも＋Ｙ方向にシフトした描画ラインＳＬ１による描画領域内の周囲に配置され、アライメント系ＡＬＧ７の検出領域ＡＤ７も、同様に描画ラインＳＬ６による描画領域内の周囲に配置される。他のアライメント系ＡＬＧ２～ＡＬＧ６の各検出領域ＡＤ２～ＡＤ６は、それぞれ、線ＯＬ１２、ＯＬ２３、ＯＬ３４、ＯＬ４５、ＯＬ５６上に配置される。
【0051】
基準バー部材ＲＢは、低熱膨張係数の材料（インバー、セラミックス、石英等）でＹ方向に細長く成型され、７つのアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各々のビームスプリッタＢＳ１の近傍に付設される。基準バー部材ＲＢの材料としては、軽量化も可能なセラミックスにすることが望ましく、特に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）の３成分で構成されるコージライト系セラミックスにすると良い。基準バー部材ＲＢのビームスプリッタＢＳ１と対向する参照面ＲＢａ上には、アライメント系ＡＬＧ１（ＡＬＧ２～ＡＬＧ７も同様）の基板Ｐ上の検出領域ＡＤ１（ＡＤ２～ＡＤ７）と対応した位置に検出領域ＡＲ１が設定される。参照面ＲＢａの検出領域ＡＲ１内には、ビームスプリッタＢＳ１を介して対物レンズ系ＯＢＬで観察可能な基準マーク（基準パターン）ＲＭ１が形成されている。基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａ上には、他のアライメント系ＡＬＧ２～ＡＬＧ７の各々のビームスプリッタＢＳ１を介して対物レンズ系ＯＢＬで観察可能な検出領域ＡＲ２～ＡＲ７（ＡＲ３～ＡＲ７は図示省略）が設定され、各検出領域ＡＲ２～ＡＲ７内には、同様の基準マーク（基準パターン）ＲＭ２～ＲＭ７が形成されている。
【0052】
従って、本実施の形態におけるアライメント系ＡＬＧｎ（ｎ＝１～７）は、対物レンズ系ＯＢＬの先端側に配置されたビームスプリッタＢＳ１を介して、検出領域ＡＤｎ（ｎ＝１～７）内に現れる基板Ｐ上のアライメントマーク（又は回転ドラムＤＲの外周面ＤＲｓ上に形成された基準パターン）と、検出領域ＡＲｎ（ｎ＝１～７）内に設定される基準バー部材ＲＢの基準マークとを、撮像部ＤＩＳによって、同時に又は択一的に観察することが可能となる。基準バー部材（基準指標部材）ＲＢの参照面ＲＢａ上に形成される基準マーク（基準指標マーク）ＲＭ１～ＲＭ７は、設計上で設定される検出領域ＡＤ１～ＡＤ７のＹ方向の間隔距離に対応した位置の各々に形成されている。
【0053】
図５は、図４に示した描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々による描画ラインＳＬ１～ＳＬ６とアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各々の検出領域ＡＤ１～ＡＤ７との配置関係と、回転ドラムＤＲの回転角度の変化（基板Ｐの周方向の位置変化）を計測するエンコーダ計測系の配置とを、直交座標系ＸＹＺのＸＹ面と平行な面内で見た図である。回転ドラムＤＲのＹ方向の両端のシャフトＳｆｔの各々には、中心軸ＡＸｏと同軸にスケール円盤ＳＤａ、ＳＤｂが回転ドラムＤＲと一緒に回転するように固定されている。スケール円盤ＳＤａ、ＳＤｂの直径は回転ドラムＤＲの直径と同じことが望ましいが、直径の相対差が±２０％以内であれば良い。スケール円盤ＳＤａ、ＳＤｂの円筒面状の外周面には、周方向に一定のピッチで刻線された回折格子状の目盛Ｇｍが形成されている。なお、目盛Ｇｍは回転ドラムＤＲのＹ方向の両端側の各々の外周面に直接形成しても良い。
【0054】
スケール円盤ＳＤａの周囲には、目盛Ｇｍの周方向の移動量を計測する光学式の３つのエンコーダヘッドＥＨａ１、ＥＨａ２、ＥＨａ３がスケール円盤ＳＤａの外周面の周方向に並んで設けられ、スケール円盤ＳＤｂの周囲には、目盛Ｇｍの周方向の移動量を計測する光学式の３つのエンコーダヘッドＥＨｂ１、ＥＨｂ２、ＥＨｂ３がスケール円盤ＳＤｂの外周面の周方向に並んで設けられる。一対のエンコーダヘッドＥＨａ１、ＥＨｂ１による目盛Ｇｍの周方向の読取り位置は、Ｙ方向に一列に並ぶアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各検出領域ＡＤ１～ＡＤ７の周方向の角度位置と同じになるように設定される。同様に、一対のエンコーダヘッドＥＨａ２、ＥＨｂ２による目盛Ｇｍの周方向の読取り位置は、Ｙ方向に一列に並ぶ奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の周方向の角度位置と同じになるように設定され、一対のエンコーダヘッドＥＨａ３、ＥＨｂ３による目盛Ｇｍの周方向の読取り位置は、Ｙ方向に一列に並ぶ偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の周方向の角度位置と同じになるように設定される。このようなエンコーダヘッドの配置を持つエンコーダ計測システムは、例えば国際公開第２０１３／１４６１８４号に開示されているように、計測のアッベ誤差を最小にすることができる。
【0055】
また、図５において、６つの描画ラインＳＬ１～ＳＬ６によって継ぎ露光可能なＹ方向の最大寸法をＷＡｙ、基板Ｐの幅方向（Ｙ方向）の寸法（短尺長）をＬＰｙとすると、基板Ｐの短尺長ＬＰｙは、回転ドラムＤＲの外周面のＹ方向の寸法よりも小さく、且つＹ方向の両端側に設定されるアライメント系ＡＬＧ１、ＡＬＧ７の各々の検出領域ＡＤ１、ＡＤ７のＹ方向の間隔寸法よりも大きくなるように設定される。基板Ｐ上の－Ｙ方向の端部にはＸ方向（副走査方向）に一定間隔（例えば、５～２０ｍｍ）でアライメントマーク（基板マーク）ＭＫ１が列状に配置され、基板Ｐ上の＋Ｙ方向の端部にはＸ方向（副走査方向）に一定間隔（例えば、５～２０ｍｍ）でアライメントマークＭＫ７が列状に配置される。アライメントマークＭＫ１は、アライメント系ＡＬＧ１の検出領域ＡＤ１内に現れるような位置に形成され、アライメントマークＭＫ７は、アライメント系ＡＬＧ７の検出領域ＡＤ７内に現れるような位置に形成される。
【0056】
基板Ｐ上には、さらに、アライメント系ＡＬＧ２～ＡＬＧ６の各検出領域ＡＤ２～ＡＤ６内に現れるように配置されるアライメントマーク（図５では不図示であるが、ＭＫ２～ＭＫ６）も形成される。両端側のアライメントマークＭＫ１、ＭＫ７は、基板Ｐ上の長尺方向に沿って連続して形成されるが、他のアライメントマークＭＫ２～ＭＫ６は、長尺方向の適当な距離（寸法）毎に形成される。なお、本実施の形態では、描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の各々による線状の領域、又は描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の全体で囲まれる長方形の領域がパターン形成領域に相当する。
【0057】
図６Ａは、基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａ上のＹ方向の７ヶ所に形成される基準マークＲＭ１～ＲＭ７（ＲＭ３～ＲＭ６は省略）の配置の一例を示す図である。図６Ａでは、参照面ＲＢａと平行な平面を直交座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’のＸ’Ｙ’面とし、参照面ＲＢａの法線と平行な軸線をＺ’軸とする。ここでも、直交座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’のＹ’軸は直交座標系ＸＹＺのＹ軸と平行である。基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａ上には、Ｙ’方向（Ｙ方向）に延びた仮想的な直線ＣＲｙに沿って、基準マークＲＭ１～ＲＭ７がＹ’方向に所定の間隔寸法で形成されている。即ち、基準マークＲＭ１～ＲＭ７の各々の中心点ＣＲ１、ＣＲ２、・・・ＣＲ７は、仮想的な直線ＣＲｙ上に精密に位置決めされている。
【0058】
ここで、基準マークＲＭ１の中心点ＣＲ１と基準マークＲＭ２の中心点ＣＲ２とのＹ’方向（Ｙ方向）の間隔を寸法ＬＢＳ１２、基準マークＲＭ３の中心点ＣＲ３と中心点ＣＲ２とのＹ’方向（Ｙ方向）の間隔を寸法ＬＢＳ２３、基準マークＲＭ４の中心点ＣＲ４と中心点ＣＲ３とのＹ’方向（Ｙ方向）の間隔を寸法ＬＢＳ３４、基準マークＲＭ５の中心点ＣＲ５と中心点ＣＲ４とのＹ’方向（Ｙ方向）の間隔を寸法ＬＢＳ４５、基準マークＲＭ６の中心点ＣＲ６と中心点ＣＲ５とのＹ’方向（Ｙ方向）の間隔を寸法ＬＢＳ５６、そして基準マークＲＭ７の中心点ＣＲ７と中心点ＣＲ６とのＹ’方向（Ｙ方向）の間隔を寸法ＬＢＳ６７とする。本実施の形態では、寸法ＬＢＳ１２と寸法ＬＢＳ６７は同一の値に設定され、寸法ＬＢＳ２３、ＬＢＳ３４、ＬＢＳ４５、ＬＢＳ５６は同一の値に設定される。
【0059】
図６Ｂは、アライメント系ＡＬＧ１の撮像素子ＤＩＳによる撮像領域ＤＩＳ’と、基準バー部材ＲＢ上の基準マークＲＭ１とのＸ’Ｙ’面内での配置関係の一例を誇張して表したものであり、図６Ｃは、アライメント系ＡＬＧ２の撮像素子ＤＩＳによる撮像領域ＤＩＳ’と基準バー部材ＲＢ上の基準マークＲＭ２とのＸ’Ｙ’面内での配置関係の一例を誇張して表したものである。図６Ｂにおいて、２次元の撮像領域ＤＩＳ’のＸ’方向とＹ’方向との中心点（基準点）をＣＣ１とすると、基準バー部材ＲＢとアライメント系ＡＬＧ１との相対的な取付け誤差によって、基準マークＲＭ１のＸ’、Ｙ’方向の中心点ＣＲ１と撮像領域ＤＩＳ’の中心点ＣＣ１とは、所定の設置誤差ΔＣ１だけずれたものとなっている。図６Ｂでは、その設置誤差ΔＣ１は、基準マークＲＭ１の中心点ＣＲ１を基準（原点）にして、Ｘ’方向に＋ΔＸＣ１（μｍ）、Ｙ’方向に＋ΔＹＣ１（μｍ）となっている。
【0060】
同様に、図６Ｃにおいて、２次元の撮像領域ＤＩＳ’のＸ’方向とＹ’方向との中心点（基準点）をＣＣ２とすると、基準バー部材ＲＢとアライメント系ＡＬＧ２との相対的な取付け誤差によって、基準マークＲＭ２のＸ’、Ｙ’方向の中心点ＣＲ２と撮像領域ＤＩＳ’の中心点ＣＣ２とは、所定の設置誤差ΔＣ２だけずれたものとなっている。図６Ｃでは、その設置誤差ΔＣ２は、基準マークＲＭ２の中心点ＣＲ２を基準（原点）にして、Ｘ’方向に－ΔＸＣ２（μｍ）、Ｙ’方向に－ΔＹＣ２（μｍ）となっている。なお、撮像領域ＤＩＳ’の中心点ＣＣ１、ＣＣ２とは、撮像面に２次元のマトリックス状に分布する多数の撮像画素のうちの中央に位置する特定の１つの撮像画素に対応したものとするが、厳密に撮像領域ＤＩＳ’の真の中心点である必要は無く、例えばＸ’方向又はＹ’方向に真の中心点から数個分～十数個分だけずれた特定の撮像画素の位置を中心点（基準点）ＣＣ１、ＣＣ２としても良い。
【0061】
また、他のアライメント系ＡＬＧ３～ＡＬＧ７の各々についても、同様に、各撮像領域ＤＩＳ’の中心点ＣＣ３～ＣＣ７の各々と基準マークＲＭ３～ＲＭ７の各中心点ＣＲ３～ＣＲ７との間に、設置誤差ΔＣ３～ΔＣ７があるものとする。それらの設置誤差ΔＣ１～ΔＣ７に関する情報は、装置の組み立て時、装置稼働中の適当なタイミングで実施される調整（キャリブレーション）作業時、或いは装置の保守点検（メンテナンス）の作業時に、アライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各々の撮像素子ＤＩＳからの映像信号の画像解析によって求められ、適宜更新することができる。なお、図６Ｂ、図６Ｃにおいて、基準マークＲＭ１、ＲＭ２（ＲＭ３～ＲＭ７も同様）は撮像領域ＤＩＳ’内の四隅にＬ字状に現れるように設定されているが、十字状のマーク形状にして撮像領域ＤＩＳ’内の中央部分、又は中心から左或いは右に寄った部分に現れるように設定しても良い。
【0062】
図７は、本実施の形態によるアライメント系ＡＬＧｎ（ｎ＝１～７）の光学構成を示す図であり、直交座標系ＸＹＺは、先の図１～図５と同様に設定されている。また、直交座標系ＸｔＹｔＺｔは、先の図３に示したものと同じである。さらに図７において、先の図４、図５で説明した部材や構成と同じものには同じ符号を付してある。本実施の形態では、アライメント系ＡＬＧｎとして、作動距離（ワーキングディスタンス）を１０ｃｍ以上に設定した光学顕微鏡を用いる。このような顕微鏡は、例えば株式会社モリテックスからマシンビジョン用レンズとして販売されており、それを利用することもできる。
【0063】
本実施の形態では、図７のように、アライメント系ＡＬＧｎの全体は低熱膨張係数の金属又はセラミックスによる支持ブラケット（不図示）に固定されている。支持ブラケットはＸＺ面と平行な板状に形成され、描画ユニットＵ１～Ｕ６を支持する装置フレーム部に接続された構造部分（メトロロジーフレーム）に固定される。支持ブラケットには、平面ミラーＭｂと対物レンズ系ＯＢＬ、平面ミラーＭｂと対物レンズ系ＯＢＬとの間の光路中に、光軸ＡＸｓと垂直な面に対してＸＺ面内で角度θｅ（θｅ＞０）だけ傾けて配置される石英等の透過光学硝材によるプレート型（平行平板状）のビームスプリッタＢＳ１（合成光学部材）、アライメント系ＡＬＧｎの検出領域ＡＤｎを落射照明するように照明系（照明ユニット）ＩＬＵからの照明光ＩＬｂを導くビームスプリッタＢＳ２、結像用レンズ系Ｇｂ、及び撮像素子ＤＩＳが固定されている。
【0064】
図７に示すように、落射照明用の照明光ＩＬｂは、照明系ＩＬＵから光ファイバー束（マルチモードファイバー）ＩＬＦを介して、その光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂからビームスプリッタＢＳ２に向けて供給される。図７において、ビームスプリッタＢＳ２の結像用レンズ系Ｇｂ側には、対物レンズ系ＯＢＬの瞳面（開口絞り面）Ｅｐが形成され、ビームスプリッタＢＳ２の光ファイバー束ＩＬＦ側にも対物レンズ系ＯＢＬの瞳面（開口絞り面）Ｅｐ’が形成される。光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂは、瞳面Ｅｐ’とほぼ一致するように配置され、出射端ＩＬＦｂが各検出領域ＡＤｎ又はＡＲｎに照射される照明光ＩＬｂの面光源像となる。光ファイバー束ＩＬＦは、多数本の光ファイバー素線を束ねた導光部材として構成され、出射端ＩＬＦｂに形成される面光源像は、入射端ＩＬＦａに形成される照明光ＩＬｂの光強度分布の形状を保存したものとなる。
【0065】
光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂからの照明光ＩＬｂは、ビームスプリッタＢＳ２で反射されて対物レンズ系ＯＢＬに入射し、ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、平面ミラーＭｂで反射されて基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎ（アライメントマークＭＫｎ）に投射される。基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎで反射した光は、ビームスプリッタＢＳ１と対物レンズ系ＯＢＬとを介して結像光束（反射光）ＢｍａとなってビームスプリッタＢＳ２を透過し、結像用レンズ系Ｇｂを介して撮像素子ＤＩＳに至る。撮像素子ＤＩＳの撮像面Ｐｉｓは、基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎの面と光学的に共役な関係（結像関係）に設定されると共に、ビームスプリッタＢＳ１を介して基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａ（検出領域ＡＲｎ）とも光学的に共役な関係（結像関係）に設定される。
【0066】
本実施の形態では、対物レンズ系ＯＢＬから射出する照明光ＩＬｂの強度のうちの２０～４０％程度が、角度θｅに依存して、プレート型のビームスプリッタＢＳ１の表面（光分割面であって、光合成面）Ｂｓｐで反射されて、基準バー部材ＲＢに向かう。基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａは光学的に基板Ｐの表面と対応した位置に設定され、参照面ＲＢａ上に設定される検出領域ＡＲｎは照明光ＩＬｂの一部によって均一な照度分布で照明される。検出領域ＡＲｎ内に配置される基準マークＲＭｎで発生した反射光束Ｂｍｒは、光軸ＡＸｓ’に沿ってビームスプリッタＢＳ１に達し、表面Ｂｓｐで反射されて、結像光束Ｂｍａと合成されて対物レンズ系ＯＢＬに入射する。なお、図７に示したプレート型のビームスプリッタＢＳ１は無偏光タイプとされ、石英以外の硝材でも良い。
【0067】
従って、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂから照明光ＩＬｂが投射されると、基板Ｐ上に設定される検出領域ＡＤｎと基準バー部材ＲＢ上に設定される検出領域ＡＲｎとの両方が同時に照明光ＩＬｂによって落射照明される。その為、撮像素子ＤＩＳの撮像領域ＤＩＳ’内には、検出領域ＡＤｎ内に現れる基板ＰのアライメントマークＭＫｎの像（或いは回転ドラムＤＲ上の基準パターンの像）と、検出領域ＡＲｎ内の基準マークＲＭｎの像とが合成されて同時に結像する。撮像素子ＤＩＳは、撮像されるアライメントマークＭＫｎと基準マークＲＭｎとの各像に応じた映像信号を出力する。本実施の形態では、対物レンズ系ＯＢＬによる顕微鏡光学系の瞳面Ｅｐ’の位置に、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂが位置するように設定され、ほぼ円状の外形を成す出射端ＩＬＦｂが瞳面Ｅｐ’内で２次光源像となって、テレセントリックな落射照明（ケーラー照明）が行われる。
【0068】
以上の図７で示したプレート型のビームスプリッタＢＳ１は、対物レンズ系ＯＢＬの光軸ＡＸｓと垂直な面に対して角度θｅだけ傾けて、対物レンズ系ＯＢＬから射出される照明光ＩＬｂをアライメント系ＡＬＧｎの下方空間に配置される基準バー部材ＲＢに向かうように構成した。しかしながら、基準バー部材ＲＢがアライメント系ＡＬＧｎの上方空間に延設される場合は、光軸ＡＸｓと垂直な面に対するビームスプリッタＢＳ１の傾きを逆向き（－θｅ）に設定すれば良い。また、プレート型のビームスプリッタＢＳ１の厚みは、光学的な諸収差（アス等）の発生を少なくすると共に、面精度を悪化させる変形や歪みを生じない剛性を持つ範囲で、極力薄くするのが良い。
【0069】
なお、プレート型のビームスプリッタＢＳ１の表面に反射防止膜（ＡＲコート）を形成しない無垢の状態にすることで、角度θｅに依存して光分割面（光合成面）Ｂｓｐに適度な反射率を持たせることができる。また、角度θｅは、光軸ＡＸｓと光軸ＡＸｓ’との成す角度２θｅ（ＸＺ面内での基準バー部材ＲＢの配置）によって決まるが、角度θｅが、例えば４５°以上になると、基準バー部材ＲＢに向かう照明光ＩＬｂの強度が増大し、基板Ｐに向かう照明光ＩＬｂの強度が極端に低下することになるので、角度θｅは０°＜θｅ＜４５°の範囲、更に好ましくは、５°≦θｅ≦３０°の範囲にするのが良い。また、プレート型のビームスプリッタＢＳ１の厚みは１ｍｍ以下、例えば０．１ｍｍであっても良く、角度θｅを調整可能とする構造を設けても良い。
【0070】
図７に示した照明系（照明ユニット）ＩＬＵは、ＬＥＤ等の固体光源又はハロゲンランプ光源を含む光源部ＩＬＳと、レンズ系ＧＲと、透過硝材による２枚の平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚとを備える。レンズ系ＧＲは、光源部ＩＬＳからの照明光ＩＬｂを、光ファイバー束ＩＬＦの円形の入射端ＩＬＦａ上で所定の直径の円形分布となるように集光する。平行平板ＳＦｙは、図７中の座標系ＸｔＹｔＺｔ内のＺｔ軸と平行な軸回りに傾斜可能に設けられ、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ上に集光される照明光ＩＬｂのＹｔ方向の位置をシフト調整する。平行平板ＳＦｚは、図７中の座標系ＸｔＹｔＺｔ内のＹｔ軸と平行な軸回りに傾斜可能に設けられ、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ上に集光される照明光ＩＬｂのＺｔ方向の位置をシフト調整する。
【0071】
本実施の形態では、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａと出射端ＩＬＦｂとが光学的に対応している為、入射端ＩＬＦａ上に集光される照明光ＩＬｂの位置をシフト調整することで、出射端ＩＬＦｂに光源像として形成される照明光ＩＬｂ（円形）の分布を、瞳面Ｅｐ’内（光軸ＡＸｓと垂直な面内）で横シフトさせることができる。本実施の形態では、傾斜可能な平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚによって、光源像の位置を変化させてアライメント系ＡＬＧｎのテレセン誤差（基板Ｐの表面の垂線に対する対物レンズ系ＯＢＬの光軸ＡＸｓの傾き誤差）による影響を補正する調整機構が構成される。なお、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの傾き調整は、手動でも良いし、小型アクチュエータ（ピエゾモータ等）を用いて電動化しても良い。
【0072】
ここで、アライメント系ＡＬＧｎのテレセン誤差の発生とその影響について、図８を参照して説明する。図８は、図７中の対物レンズ系ＯＢＬとビームスプリッタＢＳ２と光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂとの光学配置を模式的に示した図であり、平面ミラーＭｂとビームスプリッタＢＳ１は図示を省略してある。また、図８において、対物レンズ系ＯＢＬを通る光軸ＡＸｓは、ビームスプリッタＢＳ２で９０°に曲げられ、光ファイバー束ＩＬＦの円形の出射端ＩＬＦｂの中心を通るものとする。さらに、テレセン誤差を説明する為、基板Ｐの表面（検出領域ＡＤｎ）と光軸ＡＸｓとの成す角度が相対的に９０°から僅かに傾いているものとする。
【0073】
ビームスプリッタＢＳ２の照明系ＩＬＵ側の瞳面Ｅｐ’に位置する光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂの最大直径は、瞳面Ｅｐ’の直径φｅと同等か、僅かに小さく設定される。そして、出射端ＩＬＦｂに形成される照明光ＩＬｂによる光源像をＳＯｂとすると、その直径φｓは出射端ＩＬＦｂの最大直径の半分程度（４０～６０％）に設定されているものとする。基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎに照射される照明光ＩＬｂの開口数（広がり角）ＮＡｉは、対物レンズ系ＯＢＬの焦点距離ｆｏｂと瞳面Ｅｐ’の光源像ＳＯｂの直径φｓとに基づいて、ＮＡｉ≒ｓｉｎ（φｓ／２／ｆｏｂ）で規定される。また、瞳面Ｅｐ’の直径φｅと光源像ＳＯｂの直径φｓとの比（φｓ／φｅ）はσ値（≦１）と呼ばれ、光源像ＳＯｂの直径φｓを変えること、即ちσ値を変えることによって、照明光ＩＬｂの開口数ＮＡｉを調整することができる。
【0074】
図８に示すように、光軸ＡＸｓは光源像ＳＯｂの中心点（Ｙ軸とＺ’軸の交点）と一致しているものとすると、対物レンズ系ＯＢＬから射出する照明光ＩＬｂの主光線（光源像ＳＯｂの光軸ＡＸｓ上の中心点から発生する光線）は、光軸ＡＸｓと平行になって基板Ｐ上に達する。しかながら、基板Ｐの表面の法線と光軸ＡＸｓとが相対的に僅かに傾いている為、検出領域ＡＤｎで正規反射した反射光ＬＲｆの主光線も、光軸ＡＸｓに対して傾いた状態で対物レンズ系ＯＢＬに入射する。対物レンズ系ＯＢＬを透過した反射光ＬＲｆの主光線は、ビームスプリッタＢＳ２の結像用レンズ系Ｇｂ側の瞳面Ｅｐ内の光軸ＡＸｓ上の位置から、例えばＺ’軸に沿った方向に偏心した位置で交差（集光）する。従って、瞳面Ｅｐ内には、中心点（Ｙ軸とＺ’軸の交点）から＋Ｚ’方向に偏心して、光ファイバー束ＩＬＦの出射端像ＩＬＦｂ’と、反射光ＬＲｆによる直径φｓの反射光源像ＳＯｂ’とが形成される。
【0075】
図８において、瞳面Ｅｐ内には反射光源像ＳＯｂ’の全体が位置しているが、反射光源像ＳＯｂ’の周囲には、さらに基板Ｐの表面（検出領域ＡＤｎ）から発生する散乱光や回折光が所定の広がりで分布する。テレセン誤差によって、それらの散乱光や回折光の一部が円形の瞳面Ｅｐからはみ出すことになり、結像用レンズ系Ｇｂに入射する結像光束Ｂｍａの対称性が崩れることになり、撮像素子ＤＩＳで撮像されるアライメントマークＭＫｎの像質、特にテレセン誤差が生じた方向に関するアライメントマークＭＫｎのエッジ像が劣化する。その為、映像信号に基づいた画像解析によるアライメントマークＭＫｎの位置計測に誤差が生じることになる。
【0076】
テレセン誤差が図８の状態よりも大きくなると、反射光源像ＳＯｂ’自体も円形の瞳面Ｅｐからはみ出す（けられる）ことになり、結像用レンズ系Ｇｂに入射する反射光源像ＳＯｂ’の光量（０次反射光量）が減少すると共に、散乱光や回折光の瞳面Ｅｐ内での対称性が大幅に崩れることになる。その為、撮像素子ＤＩＳで撮像されるアライメントマークＭＫｎのマーク像の明るさが大幅に減少すると共に、マーク像の像質も大幅に劣化する。
【0077】
そこで、本実施の形態では、先の図７に示した平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを用いて、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに集光する照明光ＩＬｂの光源像を入射端ＩＬＦａの面内でシフトさせて、テレセン誤差による影響を補正する。図９は、図８と同様に図７中の対物レンズ系ＯＢＬとビームスプリッタＢＳ２と光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂとの光学配置を模式的に示した図である。図９に示すように、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚ（特に平行平板ＳＦｚ）の調整により、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂに形成される光源像ＳＯｂの中心点を、光軸ＡＸｓの位置から＋Ｚ’方向にシフトさせることができる。
【0078】
これによって、対物レンズ系ＯＢＬから基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎに照射される照明光ＩＬｂの主光線は、光軸ＡＸｓと平行な状態から、アライメント系ＡＬＧｎのテレセン誤差に対応した角度だけ傾き、基板Ｐの表面からの反射光ＬＲｆの主光線を光軸ＡＸｓと平行に設定することができる。その為、瞳面Ｅｐ内には、中心点（Ｙ軸とＺ’軸の交点）と同心状に光ファイバー束ＩＬＦの出射端像ＩＬＦｂ’と、反射光ＬＲｆによる直径φｓの反射光源像ＳＯｂ’とが形成される。従って、結像用レンズ系Ｇｂに入射する結像光束Ｂｍａの対称性が維持され、撮像素子ＤＩＳで撮像されるアライメントマークＭＫｎの像質（エッジ像）の劣化が防止できる。なお、２つの平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの傾斜調整によって、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂに形成される光源像ＳＯｂの位置を、瞳面Ｅｐ’内でＹ軸方向とＺ’軸方向とに独立に調整できるので、２次元（Ｙ軸方向とＺ’軸方向）のテレセン誤差に対応できる。
【0079】
以上のように、本実施の形態では、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの傾斜調整によって、アライメント系ＡＬＧｎのテレセン誤差による影響を補正するようにしたが、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚが設けられない場合は、図７中のレンズ系ＧＲを傾斜可能にしても良く、また、照明系ＩＬＵと光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａとの相対的な位置関係をＹ軸方向やＺ’軸方向に物理的に調整する調整機構（微動機構）を設けても良い。さらに、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂを、ビームスプリッタＢＳ２に対して、瞳面Ｅｐ’に沿って２次元に微動させる調整機構（微動機構）を設けても良い。要するに、本実施の形態では、落射照明型のアライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬの瞳面Ｅｐ’に形成される光源像の位置を横シフト（偏心）させることで、アライメント系ＡＬＧｎを組付けた後に残留するテレセン誤差によるマーク像の像質劣化を補正できる。さらに、本実施の形態では、落射照明用の照明光ＩＬｂを伝送する光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ側で光源像をシフトさせる構成とした。その為、複数のアライメント系ＡＬＧｎが密に並んで、テレセン誤差を許容範囲まで追い込む手動調整（アライメント系ＡＬＧｎを支持する支持ブラケットの姿勢調整等）が難しい場合でも、残留したテレセン誤差による悪影響を簡単に低減させることができる。
【0080】
〔第２の実施の形態〕
図１０は、第２の実施形態によるアライメント系ＡＬＧｎの概略的な光学構成を示す図であり、直交座標系ＸＹＺと直交座標系ＸｔＹｔＺｔは、先の図７と同様に設定される。また、図１０のアライメント系ＡＬＧｎにおいて、図７のアライメント系ＡＬＧｎの光学部材や配置関係と同じものには同じ符号を付してある。本実施の形態では、対物レンズ系ＯＢＬと平面ミラーＭｂの間の光路中に配置されるプレート型のビームスプリッタＢＳ１に波長選択特性を持たせ、基板Ｐ上に設定される検出領域ＡＤｎ内に現れるアライメントマークＭＫｎを照射する照明光ＩＬｂの波長成分と、基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａ上に設定される検出領域ＡＲｎ内の基準マークＲＭｎを照射する照明光ＩＬｂの波長成分とを異ならせる構成とする。
図１０は、第２の実施形態によるアライメント系ＡＬＧｎの概略的な光学構成を示す図であり、直交座標系ＸＹＺと直交座標系ＸｔＹｔＺｔは、先の図７と同様に設定される。また、図１０のアライメント系ＡＬＧｎにおいて、図７のアライメント系ＡＬＧｎの光学部材や配置関係と同じものには同じ符号を付してある。本実施の形態では、対物レンズ系ＯＢＬと平面ミラーＭｂの間の光路中に配置されるプレート型のビームスプリッタＢＳ１に波長選択特性を持たせ、基板Ｐ上に設定される検出領域ＡＤｎ内に現れるアライメントマークＭＫｎを照射する照明光ＩＬｂの波長成分と、基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａ上に設定される検出領域ＡＲｎ内の基準マークＲＭｎを照射する照明光ＩＬｂの波長成分とを異ならせる構成とする。
【0081】
図１０において、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂは、対物レンズ系ＯＢＬの瞳面Ｅｐ’の位置又はその近傍に配置され、出射端ＩＬＦｂとキューブ型のビームスプリッタＢＳ２との間で瞳面Ｅｐ’の位置には、薄い拡散板（すりガラス）Ｇｄｆが設けられる。光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂと拡散板Ｇｄｆとは、図１０に示すような光軸方向の間隔を空けずに密接させても良い。その拡散板Ｇｄｆによって、瞳面Ｅｐ’に形成される光源像ＳＯｂの強度分布が滑らかにされ、一様性が向上する。
【0082】
本実施の形態では、光ファイバー束ＩＬＦで伝送される照明光ＩＬｂは、例えば、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長帯域に強度分布を有するメタルハライドランプを含む照明系（照明ユニット）ＩＬＵから供給される。その照明光ＩＬｂのうちで、例えば、波長が４８０ｎｍよりも短い成分を照明光ＩＬｂ１とし、波長が４８０ｎｍよりも長い成分を照明光ＩＬｂ２とする。光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂからの照明光ＩＬｂは、無偏光で波長選択特性の無いビームスプリッタＢＳ２で反射されて対物レンズ系ＯＢＬに入射し、ビームスプリッタＢＳ１に達する。
【0083】
図１０のビームスプリッタＢＳ１は、例えば、波長４８０ｎｍをクロスオーバー波長としたダイクロイックミラーとして構成され、照明光ＩＬｂのうち、波長成分が４８０ｎｍよりも短い照明光ＩＬｂ１は、ビームスプリッタＢＳ１の対物レンズ系ＯＢＬ側の表面Ｂｓｐで反射され、基準バー部材ＲＢに向かう。同時に、照明光ＩＬｂのうち、波長成分が４８０ｎｍよりも長い照明光ＩＬｂ２は、ビームスプリッタＢＳ１の対物レンズ系ＯＢＬ側の表面Ｂｓｐを透過して、平面ミラーＭｂを介して基板Ｐに向かう。ビームスプリッタＢＳ１の表面Ｂｓｐには、クロスオーバー波長が４８０ｎｍのダイクロイックミラーとなるように設計された誘電体多層膜が形成され、ビームスプリッタＢＳ１の裏側の裏面Ｂｓｐ’には反射防止膜（ＡＲコート層）が形成されている。
【0084】
ビームスプリッタＢＳ１で反射した照明光ＩＬｂ１によって照射された基準バー部材ＲＢの基準マークＲＭｎ（検出領域ＡＲｎ）からの反射光束Ｂｍｒは、再び、ビームスプリッタＢＳ１の表面Ｂｓｐで反射して対物レンズ系ＯＢＬに入射する。一方、ビームスプリッタＢＳ１を透過した照明光ＩＬｂ２によって照射された基板ＰのアライメントマークＭＫｎ（検出領域ＡＤｎ）からの結像光束（反射光）Ｂｍａは、再び、ビームスプリッタＢＳ１を透過して対物レンズ系ＯＢＬに入射する。対物レンズ系ＯＢＬに入射した反射光束Ｂｍｒと結像光束（反射光）Ｂｍａとは、ビームスプリッタＢＳ２を透過して、結像用レンズ系Ｇｂを介して結像光束となった撮像素子ＤＩＳの撮像面Ｐｉｓに達する。これによって、アライメントマークＭＫｎの像と基準マークＲＭｎの像とを、撮像素子ＤＩＳによって同時に検出することができる。
【0085】
本実施の形態でも、先の図７と同様に、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚによって、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに入射される照明光ＩＬｂをＹ軸方向とＺ’軸方向にシフトさせて、残存するテレセン誤差による悪影響を低減させることができる。本実施の形態では、光ファイバー束ＩＬＦに照明光ＩＬｂ（ＩＬｂ１、ＩＬｂ２）を供給する照明系ＩＬＵの光源部ＩＬＳとして、例えば、図１１に示すような波長特性を有するメタルハライドランプが使われる。図１１は、ハロゲン化錫を封入したメタルハライドランプの発光波長特性の一例を示すグラフであり、横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は相対的な発光強度（％）を表す。
【0086】
図１１に示した発光波長特性において、波長４８０ｎｍよりも短い波長成分（紫外波長）の照明光ＩＬｂ１は、基板Ｐの表面に形成された感光層（フォトレジスト等）を感光させるおそれがあるが、本実施の形態では、ビームスプリッタＢＳ１の波長選択特性により、基板Ｐには感光性を持つ波長成分が照射されない構成になっている。また、基板Ｐに照射される照明光ＩＬｂ２は、波長４８０ｎｍ～６５０ｎｍの広い帯域を有するので、基板Ｐ上のアライメントマークＭＫｎを光透過性の感光層や薄膜層を通して観察する際に生じ得る干渉現象を低減させることができる。なお、本実施の形態では、ビームスプリッタＢＳ１のダイクロイックミラーとしてのクロスオーバー波長を４８０ｎｍに設定したが、基板Ｐの表面に形成される感光層の感光波長特性に応じて任意の波長に設定される。
【0087】
また、ビームスプリッタＢＳ１のダイクロイックミラーとしてのクロスオーバー波長よりも短い波長帯域の光を発生する第１の光源からの照明光ＩＬｂ１と、クロスオーバー波長よりも長い波長帯域の光を発生する第２の光源からの照明光ＩＬｂ２とを同軸に合成して、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに入射させるようにしても良い。その場合、第１の光源と第２の光源の発光強度を個別に制御することで、撮像素子ＤＩＳで観察されるアライメントマークＭＫｎの像と基準マークＲＭｎの像との照度のバランスを調整することができる。或いは、ビームスプリッタＢＳ１と基準バー部材ＲＢとの間の光路中に、透過率を電気的に変えられる液晶シャッターを設けてバランスを調整しても良い。液晶シャッターを設けた場合、その透過率を最小にすることにより、基準バー部材ＲＢの基準マークＲＭｎの撮像素子ＤＩＳによる観察が阻止され、基板Ｐ上のアライメントマークＭＫｎだけが観察される。
【0088】
以上、本実施の形態によれば、アライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ１に波長選択特性を持たせ、基準バー部材ＲＢ上の検出領域ＡＲｎへの照明光ＩＬｂ１と、基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎへの照明光ＩＬｂ２とを波長帯域で分離したので、先の図７の構成と比べると、基板Ｐからの結像光束（反射光）Ｂｍａと基準バー部材ＲＢからの反射光束Ｂｍｒの各光量の低減を抑えることができる。また、撮像素子ＤＩＳをカラー撮像素子にすると、基板Ｐ上のアライメントマークＭＫｎの像と基準バー部材ＲＢ上の基準マークＲＭｎの像とを、画像処理の際に色によって容易に分離することができるので、誤検出等が低減できるといった利点もある。
【0089】
〔変形例１〕
図１２は、図１０のアライメント系ＡＬＧｎの為の照明系（照明ユニット）ＩＬＵの変形例を示す概略図である。本変形例では、アライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ１の波長選択特性を利用して、発光波長特性が異なる２種の高輝度ＬＥＤ（発光ダイオード）光源を用いる。図１２において、第１の光源としてのＬＥＤ光源ＬＤ１は、ビームスプリッタＢＳ１のクロスオーバー波長（例えば４８０ｎｍ）よりも短い波長域（例えば青色）に発光ピーク波長を有する照明光ＩＬｂ１を出力し、第２の光源としてのＬＥＤ光源ＬＤ２は、ビームスプリッタＢＳ１のクロスオーバー波長（例えば４８０ｎｍ）よりも長い波長域（例えば緑色～赤色）に複数の発光ピーク波長を有する照明光ＩＬｂ２を出力する。ＬＥＤ光源ＬＤ１からの照明光ＩＬｂ１は、集光レンズ系ＧＳ１で集光されつつ、ダイクロイックミラーＤＣＭで直角に反射された後、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを透過して光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ上に光源像ＳＯａとして結像される。
図１２は、図１０のアライメント系ＡＬＧｎの為の照明系（照明ユニット）ＩＬＵの変形例を示す概略図である。本変形例では、アライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ１の波長選択特性を利用して、発光波長特性が異なる２種の高輝度ＬＥＤ（発光ダイオード）光源を用いる。図１２において、第１の光源としてのＬＥＤ光源ＬＤ１は、ビームスプリッタＢＳ１のクロスオーバー波長（例えば４８０ｎｍ）よりも短い波長域（例えば青色）に発光ピーク波長を有する照明光ＩＬｂ１を出力し、第２の光源としてのＬＥＤ光源ＬＤ２は、ビームスプリッタＢＳ１のクロスオーバー波長（例えば４８０ｎｍ）よりも長い波長域（例えば緑色～赤色）に複数の発光ピーク波長を有する照明光ＩＬｂ２を出力する。ＬＥＤ光源ＬＤ１からの照明光ＩＬｂ１は、集光レンズ系ＧＳ１で集光されつつ、ダイクロイックミラーＤＣＭで直角に反射された後、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを透過して光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ上に光源像ＳＯａとして結像される。
【0090】
同様に、ＬＥＤ光源ＬＤ２からの照明光ＩＬｂ２は、集光レンズ系ＧＳ２で集光されつつ、ダイクロイックミラーＤＣＭを透過して、照明光ＩＬｂ１と同軸に合成された後、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを透過して光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ上に光源像ＳＯａとして結像される。図１２のダイクロイックミラーＤＣＭの波長選択特性は、アライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ１の波長選択特性と同様に設定され、クロスオーバー波長は、例えば４８０ｎｍに設定される。
【0091】
図１３は、ダイクロイックミラーＤＣＭの波長選択特性とＬＥＤ光源ＬＤ１、ＬＤ２の各々の発光波長特性とを模式的に示したグラフであり、横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸はダイクロイックミラーＤＣＭの透過率／反射率（％）を表す。ダイクロイックミラーＤＣＭは、波長４８０ｎｍよりも短い波長帯域の光に対しては、９０～９５％の反射率を有すると共に、５％以下の透過率を有し、波長４８０ｎｍよりも長い波長帯域の光に対しては、９０～９５％の透過率を有すると共に、５％以下の反射率を有する。ＬＥＤ光源ＬＤ１は、一例として、波長４４０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する青色の照明光ＩＬｂ１を出力するが、その発光ピーク波長は４６０ｎｍよりも短ければ良い。ＬＥＤ光源ＬＤ２は、多色発光型の発光ダイオードで構成され、一例として、波長５２０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する緑色の光と、波長５９０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する黄色の光と、波長６７０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する赤色の光とが合成された照明光ＩＬｂ２を出力する。
【0092】
また、図１２に示すように、ＬＥＤ光源ＬＤ１、ＬＤ２の各々の発光強度（駆動電流）は、照明制御部ＬＣＵによって個別に調整可能とされ、基板Ｐの表面の反射率の変化に応じて、照明光ＩＬｂ１、ＩＬｂ２の照度バランスを最適に調整することができる。なお、ＬＥＤ光源ＬＤ２は、多色発光型の発光ダイオードの代わりにハロゲンランプに変えて、５２０ｎｍよりも短い波長帯域をカットする波長フィルターを通して、集光レンズ系ＧＳ２に照明光ＩＬｂ２を入射させるようにしても良い。さらに、図１２中の集光レンズ系ＧＳ１、ＧＳ２の焦点距離（ｆ値）や光軸方向の位置を変えられる構成にすることにより、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ上に形成される光源像ＳＯａのサイズ（直径）を変更でき、結果的にアライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬを介した落射照明の開口数（ＮＡ値）を調整することができる。また、集光レンズ系ＧＳ１、ＧＳ２の焦点距離や光軸方向の位置をそれぞれ個別に可変にした場合、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ上に形成される照明光ＩＬｂ１による光源像ＳＯａの直径と、照明光ＩＬｂ２による光源像ＳＯａの直径とを異ならせることができる。
【0093】
〔変形例２〕
図１４は、図７又は図１０に示したアライメント系ＡＬＧｎに照明系ＩＬＵからの照明光ＩＬｂを伝送する導光部材の光学構成の変形を示す図である。アライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬによる基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎや基準バー部材ＲＢ上の検出領域ＡＲｎは、１ｍｍ角～０．６ｍｍ角位のサイズであり、対物レンズ系ＯＢＬの瞳面Ｅｐ、Ｅｐ’の最大径φｅは５ｍｍ～１０ｍｍ位となる。一方、光ファイバー束ＩＬＦとしては、価格や柔軟性の観点から、入射端ＩＬＦａや出射端ＩＬＦｂの有効直径（バンドル径）が１ｍｍ～３ｍｍ位のものを使う場合がある。この場合、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂに形成される光源像ＳＯｂ（図８又は図９参照）を、瞳面Ｅｐ’内の中心点からＹ軸方向やＺ’軸方向に大きく位置調整（シフト移動）させることが困難になる。
図１４は、図７又は図１０に示したアライメント系ＡＬＧｎに照明系ＩＬＵからの照明光ＩＬｂを伝送する導光部材の光学構成の変形を示す図である。アライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬによる基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎや基準バー部材ＲＢ上の検出領域ＡＲｎは、１ｍｍ角～０．６ｍｍ角位のサイズであり、対物レンズ系ＯＢＬの瞳面Ｅｐ、Ｅｐ’の最大径φｅは５ｍｍ～１０ｍｍ位となる。一方、光ファイバー束ＩＬＦとしては、価格や柔軟性の観点から、入射端ＩＬＦａや出射端ＩＬＦｂの有効直径（バンドル径）が１ｍｍ～３ｍｍ位のものを使う場合がある。この場合、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂに形成される光源像ＳＯｂ（図８又は図９参照）を、瞳面Ｅｐ’内の中心点からＹ軸方向やＺ’軸方向に大きく位置調整（シフト移動）させることが困難になる。
【0094】
そこで、本変形例では、図１４に示すように、照明系ＩＬＵ内の光源部ＩＬＳで作られる直径φｃの光源像ＳＯａ’からの照明光ＩＬｂを、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを介して、正のレンズＧｗ１と正のレンズＧｗ２による倍率ＭＪ１の縮小結像系ＬＫ１を通して、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに集光する。縮小結像系ＬＫ１は、光源部ＩＬＳの光源像ＳＯａ’の位置と光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａとを光学的に共役関係にすると共に、直径φｃの光源像ＳＯａ’を倍率ＭＪ１で縮小して入射端ＩＬＦａに結像する。例えば、光源像ＳＯａ’の直径φｃが６ｍｍであって、光ファイバー束ＩＬＦのバンドル径が１ｍｍの場合、縮小結像系ＬＫ１の倍率ＭＪ１は１／１０倍程度に設定され、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに形成される光源像ＳＯａの直径φｓ’は０．６ｍｍになる。また、光源像ＳＯａ’の直径φｃが６ｍｍであって、光ファイバー束ＩＬＦのバンドル径が２ｍｍの場合、縮小結像系ＬＫ１の倍率ＭＪ１は１／５倍程度に設定され、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに形成される光源像ＳＯａの直径φｓ’は１．２ｍｍになる。
【0095】
図１４に示すように、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ（出射端ＩＬＦｂも同様）には、束ねられた多数本の光ファイバー素線ＦＢｕの端面が稠密状態で円形状に配列されている。光ファイバー束ＩＬＦは、先の図７、図１０の光ファイバー束ＩＬＦと同様にマルチモードのものが使われ、入射端ＩＬＦａに形成される光源像ＳＯａを、その形状、寸法、配置を保存した状態で出射端ＩＬＦｂに光源像ＳＯｂとして形成する。光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂに形成される光源像ＳＯｂからの照明光ＩＬｂは、正のレンズＧｗ３と正のレンズＧｗ４による倍率ＭＪ２の拡大結像系ＬＫ２を通して、図７又は図１０に示した瞳面Ｅｐ’に集光される。拡大結像系ＬＫ２は、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂの位置と瞳面Ｅｐ’とを光学的に共役関係にすると共に、出射端ＩＬＦｂの光源像ＳＯｂの直径を倍率ＭＪ２で拡大して瞳面Ｅｐ’に直径φｓの光源像ＳＯｃ’として結像する。本変形例では、図１４に示すように、瞳面Ｅｐ’の位置に図１０と同様の拡散板Ｇｄｆが設けられているが、図７のように省略しても良い。
【0096】
先の数値例のように、光ファイバー束ＩＬＦのバンドル径が１ｍｍで、縮小結像系ＬＫ１の倍率ＭＪ１が１／１０倍の場合、拡大結像系ＬＫ２の倍率ＭＪ２は約８倍に設定され、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂに形成される直径０．６ｍｍの光源像ＳＯｂは、瞳面Ｅｐ’で直径φｓが約４．８ｍｍの光源像ＳＯｃ’に拡大される。また、光ファイバー束ＩＬＦのバンドル径が２ｍｍで、縮小結像系ＬＫ１の倍率ＭＪ１が１／５倍の場合、拡大結像系ＬＫ２の倍率ＭＪ２は約４倍に設定され、光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂに形成される直径１．２ｍｍの光源像ＳＯｂは、瞳面Ｅｐ’で直径φｓが約４．８ｍｍの光源像ＳＯｃ’に拡大される。一例として、瞳面Ｅｐ’（Ｅｐ）の最大直径が８ｍｍの場合、光源像ＳＯｃ’の直径φｓが４．８ｍｍの場合のσ値は、約０．６（＝４．８／８）となる。
【0097】
以上の図１４の構成において、縮小結像系ＬＫ１の倍率ＭＪ１と拡大結像系ＬＫ２の倍率ＭＪ２とは、光源部ＩＬＳで作られる光源像ＳＯａ’の寸法（直径）、瞳面Ｅｐ’に形成する光源像ＳＯｃ’の寸法（直径）、及び光ファイバー束ＩＬＦのバンドル径とに応じて適宜設定される。但し、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａのバンドル径と、入射端ＩＬＦａに形成される光源像ＳＯａの直径φｓ’と、図１４中の平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚによる光源像ＳＯａのシフト範囲の間には所定の条件が存在する。そのことを、図１５を参照して説明する。
【0098】
図１５は、図１４に示した光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａの面内に形成される光源像ＳＯａの様子を模式的に示す図であり、Ｙ軸とＺ’軸は図１４と同様に設定される。図１５において、光ファイバー素線が束ねられた光ファイバー束ＩＬＦの周囲は、斜線で示した遮光性の被覆材（チューブ）で覆われている。円形状の入射端ＩＬＦａの中心点をＹ軸とＺ’軸の交点Ｏｃ（図１４で示した光軸ＡＸｓが通る原点Ｏｃとも呼ぶ）とし、入射端ＩＬＦａの直径（バンドル径）をφｂｄとする。また、円形状の直径φｓ’の光源像ＳＯａが入射端ＩＬＦａ内からはみ出すこと無く位置シフト可能な範囲は、光源像ＳＯａの中心点Ｃｓｏが、原点Ｏｃを中心とした半径Ｒｓｓの円形の領域Ｃｓ内に位置する範囲である。
【0099】
図１４に示した平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの各傾斜角が初期状態（光軸ＡＸｓと垂直な状態）のときに、光源像ＳＯａの中心点Ｃｓｏが原点Ｏｃと一致するものとし、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの各傾斜角の調整によって、光源像ＳＯａの中心点Ｃｓｏが原点ＯｃからＹ軸方向にΔＹｓだけ位置シフトし、Ｚ’軸方向にΔＺｓだけ位置シフトするものとする。図１５に示すように、入射端ＩＬＦａの直径φｂｄと光源像ＳＯａの直径φｓ’とは、当然の前提であるが、φｂｄ＞φｓ’の関係に設定される。さらに、アライメント系ＡＬＧｎの光学特性とテレセン誤差の調整範囲（領域Ｃｓの半径Ｒｓｓの長さに相当）とを考慮して、光源像ＳＯａの直径φｓ’は直径φｂｄの０．２～０．８倍の範囲に設定される。そして、光源像ＳＯａの位置シフト量ΔＹｓ、ΔＺｓの範囲は、φｂｄ＞φｓ’の前提条件の下で、
(φｂｄ－φｓ’)／２≧Ｒｓｓ２＝(ΔＹｓ)２＋(ΔＺｓ)２
の関係を満たすように設定される。
(φｂｄ－φｓ’)／２≧Ｒｓｓ２＝(ΔＹｓ)２＋(ΔＺｓ)２
の関係を満たすように設定される。
【0100】
一例として、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａの直径φｂｄを２ｍｍ、光源像ＳＯａの直径φｓ’を０．４ｍｍとした場合、領域Ｃｓの半径Ｒｓｓの最大値は０．８ｍｍとなる。この場合、図１４に示した光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂに形成される光源像ＳＯｂも直径φｓ’と同じに０．４ｍｍとなり、拡大結像系ＬＫ２の倍率ＭＪ２を４倍とすると、アライメント系ＡＬＧｎの瞳面Ｅｐ’に形成される光源像ＳＯｃ’の直径φｓ’は１．６ｍｍになり、光源像ＳＯｃ’の中心点の位置シフトの最大範囲は、最大の半径Ｒｓｓ（０．８ｍｍ）の４倍の半径３．２ｍｍの円形領域内となる。なお、この場合のアライメント系ＡＬＧｎの瞳面Ｅｐ’の実効的な直径は８ｍｍ～１０ｍｍに設定されている。
【0101】
以上のような条件の場合、図１４中の光源部ＩＬＳの光源像ＳＯａ’の直径φｃは縮小結像系ＬＫ１の倍率ＭＪ１（１／１０倍）から、φｃ＝φｓ’／ＭＪ１（＝４ｍｍ）となる。さらに、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの傾斜角は、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａ側から見たとき、光源像ＳＯａ’の中心点が、光軸ＡＸｓから最大の半径Ｒｓｓ／ＭＪ１（＝８ｍｍ）の円形の範囲内で相対的に位置シフトするような範囲で調整される。すなわち、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの傾斜角の調整幅が広くでき、入射端ＩＬＦａに形成される光源像ＳＯａ、並びに瞳面Ｅｐ’に形成される光源像ＳＯｃ’の位置シフトを精密に実施できる。なお、図１４では、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを光源部ＩＬＳと縮小結像系ＬＫ１の間に設けたが、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚは拡大結像系ＬＫ２と瞳面Ｅｐ’との間に設けても良い。
【0102】
さらに、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを省略して、光源部ＩＬＳ自体をＹ軸方向とＺ’軸方向との２次元に移動させる可動機構、或いは光ファイバー束ＩＬＦの出射端ＩＬＦｂと拡大結像系ＬＫ２とを一体的に保持して、瞳面Ｅｐ’に沿った面内で２次元に移動させる可動機構を設けても良い。特に、縮小結像系ＬＫ１の倍率ＭＪ１の逆数を拡大結像系ＬＫ２の倍率ＭＪ２よりも大きくしておき、縮小結像系ＬＫ１側に設けた平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚ、又は光源部ＩＬＳ自体を移動させる可動機構を用いると、アライメント系ＡＬＧｎから光ファイバー束ＩＬＦの長さ分だけ離れた遠隔位置で、残存したテレセン誤差の影響を、容易に且つ精密に改善することができる。
【0103】
以上の各実施の形態や各変形例では、基板Ｐ上のアライメントマークＭＫｎの検出の際に生じる残存テレセン誤差による悪影響を低減する為に、複数のアライメント系ＡＬＧｎの各々の瞳面Ｅｐ’に形成される光源像ＳＯｂ又はＳＯｃ’をシフトさせた。その為、複数のアライメント系ＡＬＧｎ（ＡＬＧ１～ＡＬＧ７）の各々に対応して配置された基準バー部材ＲＢ上の基準マークＲＭｎの各々に対するテレセン誤差による影響が発生し得る。しかしながら、基準バー部材ＲＢ上の基準マークＲＭｎは、例えばクロム等の金属により０．１μｍ以下（例えば、５００Å位）の薄膜として構成されている為、残存したテレセン誤差の範囲内では、基準マークＲＭｎのエッジ部の像質の劣化はほとんど生じない。
【0104】
〔変形例３〕
図１６は、先の図７、図１０に示したアライメント系ＡＬＧｎの変形例による光学構成を模式的に示す図であり、本変形例ではビームスプリッタＢＳ１をキューブ型に変更する。図１６において、直交座標系ＸｔＹｔＺｔは先の図７、図１０と同じに設定され、また、図１６中の光学部材やその配置等についても、図７又は図１０と同じ機能のものには同じ符号を付してある。
図１６は、先の図７、図１０に示したアライメント系ＡＬＧｎの変形例による光学構成を模式的に示す図であり、本変形例ではビームスプリッタＢＳ１をキューブ型に変更する。図１６において、直交座標系ＸｔＹｔＺｔは先の図７、図１０と同じに設定され、また、図１６中の光学部材やその配置等についても、図７又は図１０と同じ機能のものには同じ符号を付してある。
【0105】
図１６に示すように、対物レンズ系ＯＢＬと平面ミラーＭｂとの間の光路中には、ＸｔＺｔ面と平行な面内における断面形状が五角形の石英による第１のプリズムＰＳＭａと、三角形の石英による第２のプリズムとを光分割面Ｂｓｐで貼り合せたキューブ型のビームスプリッタＢＳ１が配置される。プリズムＰＳＭａは、対物レンズ系ＯＢＬと対向した光軸ＡＸｓと垂直な透過面ＢＳ１ａと、光軸ＡＸｓと平行に配置された基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａと平行であって面ＢＳ１ａと直角な透過面ＢＳ１ｃと、ＸｔＺｔ面内で見たときに光軸ＡＸｓと垂直な面に対して角度θｅ’だけ傾いた光分割面Ｂｓｐと、Ｚｔ方向に関して光軸ＡＸｓを挟んで面ＢＳ１ｃの反対側に位置する反射面ＢＳ１ｂとを有する。また、プリズムＰＳＭｂは、光分割面Ｂｓｐに対しては傾いて平面ミラーＭｂ側に位置し、光軸ＡＸｓと垂直な透過面ＢＳ１ｄを有する。
【0106】
光分割面Ｂｓｐの角度θｅ’は、本変形例では２２．５度に設定され、反射面ＢＳ１ｂも、ＸｔＺｔ面内で見たときに光軸ＡＸｓに対して２２．５度だけ傾いて設定される。従って、光分割面Ｂｓｐで反射される光軸ＡＸｓ１は光軸ＡＸｓに対して４５度になり、反射面ＢＳ１ｂで反射される光軸ＡＸｓ’は光軸ＡＸｓと９０度になる。また、本変形例のビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐは、先の図７と同様に、対物レンズ系ＯＢＬからの照明光ＩＬｂを所定の割合で透過光と反射光とに振幅分割する構成でも良いし、或いは先の図１０と同様に、対物レンズ系ＯＢＬからの照明光ＩＬｂの波長分布に応じて透過波長成分と反射波長成分とに波長分割する構成（ダイクロイックミラー面）でも良い。さらに、ビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐを偏光分離面とするような誘電体多層膜で形成しても良い。その場合、光源像ＳＯｂ、又はＳＯｃ’を形成する照明光ＩＬｂは、互いに直交する２つの直線偏光（Ｐ偏光とＳ偏光）を所定の照度で含むように構成される。
【0107】
図１６の構成において、ビームスプリッタＢＳ２は、Ｐ偏光とＳ偏光を含む照明光ＩＬｂを反射して対物レンズ系ＯＢＬに入射させ、対物レンズ系ＯＢＬからの照明光ＩＬｂは、ビームスプリッタＢＳ１の透過面ＢＳ１ａから入射して光分割面Ｂｓｐに達する。光分割面Ｂｓｐに対する光軸ＡＸｓの入射角は角度（９０－θｅ’）であり、その入射角において光分割面Ｂｓｐがブリュースター角となるように設定されていると、照明光ＩＬｂ内のＰ偏光成分の光量のほとんどが透過してビームスプリッタＢＳ１の透過面ＢＳ１ｄから射出し、平面ミラーＭｂを介して基板Ｐ上に照射される。また、照明光ＩＬｂ内のＳ偏光成分は、その半分以上の光量が光分割面Ｂｓｐで反射して残りの光量が透過する。
【0108】
照射された照明光ＩＬｂによる基板Ｐ（アライメントマークＭＫｎ）からの結像光束（反射光）Ｂｍａには、Ｐ偏光成分と、Ｐ偏光成分よりも少ない光量比のＳ偏光成分とが含まれる。その結像光束ＢｍａはビームスプリッタＢＳ１を逆進して、対物レンズ系ＯＢＬを介してビームスプリッタＢＳ２に達する。結像光束ＢｍａのうちのＰ偏光成分は、ビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐをほとんど透過し、結像光束ＢｍａのうちのＳ偏光成分は、その半分以下の光量だけが透過して対物レンズ系ＯＢＬに入射する。
【0109】
一方、ビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐで反射された照明光ＩＬｂのＳ偏光成分は、ビームスプリッタＢＳ１の反射面ＢＳ１ｂで反射されて、透過面ＢＳ１ｃを通って、基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａに照射される。照射された照明光ＩＬｂによる参照面ＲＢａ（基準マークＲＭｎ）からの反射光束Ｂｍｒ（Ｓ偏光成分のみ）は、ビームスプリッタＢＳ１を逆進して、対物レンズ系ＯＢＬを介してビームスプリッタＢＳ２に達する。これによって、基準マークＲＭｎからの反射光束Ｂｍｒによる像と、基板Ｐ上のアライメントマークＭＫｎからの結像光束（反射光）Ｂｍａによる像とが合成されて、図７又は図１０に示した撮像素子ＤＩＳによって撮像される。
【0110】
本変形例の場合、光源像ＳＯｂ又はＳＯｃ’を形成する照明光ＩＬｂの波長帯域は、例えば、基板Ｐ上の感光層に対して非感光性の波長域に設定される。また、照明光ＩＬｂに含まれるＰ偏光成分の光量とＳ偏光成分の光量とは、それぞれ個別に調整可能としておくと良い。さらに、本変形例におけるビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐを、波長選択性を有するダイクロイックミラー面とする場合は、先の図１０～図１３で説明した構成のように、照明光ＩＬｂに波長分布特性を持たせれば良い。
【0111】
〔変形例４〕
図１７は、図１４に示した照明系（照明ユニット）ＩＬＵ内で光源像ＳＯａ’を形成する光源部ＩＬＳの変形例を示す。本変形例の光源部ＩＬＳは、先の図１２に示した構成と同様のＬＥＤ光源ＬＤ１、集光レンズ系ＧＳ１、及びダイクロイックミラーＤＣＭを備え、ＬＥＤ光源ＬＤ１は、例えば４８０ｎｍよりも短い波長域（例えば青色）に発光ピーク波長を有する照明光ＩＬｂ１をダイクロイックミラーＤＣＭに向けて主光線が平行となるように出力する。本変形例の光源部ＩＬＳは、さらに、小型のハロゲンランプ又は放電ランプ（以下、単にランプ光源と呼ぶ）ＬＶｐ、楕円面鏡Ｍｈ、ミラーＭｇ、及び集光レンズ系ＧＳ２とを備え、ランプ光源ＬＶｐの発光点（輝点）Ｓｖからの照明光ＩＬｂ２を、光軸と垂直な面内での強度分布が輪帯状となるように楕円面鏡Ｍｈで集光した後、ミラーＭｇと集光レンズ系ＧＳ２を介してダイクロイックミラーＤＣＭに向けて出力する。
図１７は、図１４に示した照明系（照明ユニット）ＩＬＵ内で光源像ＳＯａ’を形成する光源部ＩＬＳの変形例を示す。本変形例の光源部ＩＬＳは、先の図１２に示した構成と同様のＬＥＤ光源ＬＤ１、集光レンズ系ＧＳ１、及びダイクロイックミラーＤＣＭを備え、ＬＥＤ光源ＬＤ１は、例えば４８０ｎｍよりも短い波長域（例えば青色）に発光ピーク波長を有する照明光ＩＬｂ１をダイクロイックミラーＤＣＭに向けて主光線が平行となるように出力する。本変形例の光源部ＩＬＳは、さらに、小型のハロゲンランプ又は放電ランプ（以下、単にランプ光源と呼ぶ）ＬＶｐ、楕円面鏡Ｍｈ、ミラーＭｇ、及び集光レンズ系ＧＳ２とを備え、ランプ光源ＬＶｐの発光点（輝点）Ｓｖからの照明光ＩＬｂ２を、光軸と垂直な面内での強度分布が輪帯状となるように楕円面鏡Ｍｈで集光した後、ミラーＭｇと集光レンズ系ＧＳ２を介してダイクロイックミラーＤＣＭに向けて出力する。
【0112】
ダイクロイックミラーＤＣＭは、先の図１３に示した波長特性のように、クロスオーバー波長が約４８０ｎｍに設定され、ＬＥＤ光源ＬＤ１からの照明光ＩＬｂ１に対しては９０％以上の反射率を有し、波長が４８０ｎｍよりも長い波長帯域の光に対しては９０％以上の透過率を有する。その為、ランプ光源ＬＶｐからの照明光ＩＬｂ２は、ダイクロイックミラーＤＣＭを透過した後に波長４８０ｎｍよりも長い波長帯域に制限された光となる。ランプ光源ＬＶｐの発光点（輝点）Ｓｖは楕円面鏡Ｍｈの第１焦点に配置され、照明光ＩＬｂ２はミラーＭｇの位置、又はその近傍の位置の第２焦点の位置で集光された後に発散して、集光レンズ系（コンデンサーレンズ系）ＧＳ２に入射して、主光線が平行な光束に変換される。
【0113】
本変形例の光源部ＩＬＳでは、ダイクロイックミラーＤＣＭを透過した照明光ＩＬｂ２は、所定の外径と内径とを有する輪帯状の強度分布に設定され、ダイクロイックミラーＤＣＭで反射された照明光ＩＬｂ１は、照明光ＩＬｂ２の輪帯状強度分布の内径と同等、又はその内径よりも少し大きな径の円形状の強度分布に設定される。輪帯状強度分布の照明光ＩＬｂ２と円形状強度分布の照明光ＩＬｂ１とは、光軸ＡＸｓを中心として同軸に合成された照明光ＩＬｂとなり、マイクロ・フライアイ・レンズ系ＭＦＬに入射する。マイクロ・フライアイ・レンズ系ＭＦＬは、多数の微小凸レンズ素子（例えば、直径が０．５ｍｍ以下）を光軸ＡＸｓと垂直な面内にマトリックス状に並べたものであり、マイクロ・フライアイ・レンズ系ＭＦＬの射出面Ｅｐｏは、ＬＥＤ光源ＬＤ１の発光点、及びランプ光源ＬＶｐの発光点Ｓｖと光学的に共役な関係となり、射出面Ｅｐｏには、多数の点光源像が円形領域内にマトリックス状に配置された２次の光源像が形成される。
【0114】
射出面Ｅｐｏに形成される光源像からの照明光ＩＬｂは、レンズ系ＧＳ３、ＧＳ４とで構成される縮小リレー光学系に入射し、射出面Ｅｐｏと光学的に共役な面に縮小された光源像ＳＯａ’が形成される。レンズ系ＧＳ３とレンズ系ＧＳ４の間には視野絞りＦＡＰが配置されるが、その位置は、光学的には基板Ｐの表面、及び基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａと共役な関係になっている。図１７に示した光源像ＳＯａ’は、外径が半径Ｒｒ２で内径が半径Ｒｒ２’の輪帯状分布の照明光ＩＬｂ２と、半径Ｒｒ１の円形状分布の照明光ＩＬｂ１とで形成され、半径Ｒｒ２’＜半径Ｒｒ１＜半径Ｒｒ２の関係にすることで、光源像ＳＯａ’の面内で、半径Ｒｒ２’と半径Ｒｒ１との間の領域では照明光ＩＬｂ１と照明光ＩＬｂ２との両方が分布する。
【0115】
図１７中の光源像ＳＯａ’は先の図１４に示した光源像ＳＯａ’となり、光源像ＳＯａ’からの照明光ＩＬｂは、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを介して縮小結像系ＬＫ１に入射する。図１７中の光源像ＳＯａ’の光強度分布は、図１４中の光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに縮小して形成される。光ファイバー束ＩＬＦは、入射端ＩＬＦａにおける光強度分布の形状を保存した状態（合同又は相似の状態）で、出射端ＩＬＦｂに光強度分布を伝達する。従って、図１４中の拡大結像系ＬＫ２を介して瞳面Ｅｐ’に形成される光源像ＳＯｃ’の光強度分布は、図１７中の光源像ＳＯａ’の光強度分布と相似形になる。
【0116】
さらに、本変形例で生成された照明光ＩＬｂ（円形分布の照明光ＩＬｂ１と輪帯分布の照明光ＩＬｂ２）は、先の図１６（又は図１０）に示したアライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ２、対物レンズ系ＯＢＬを介して、波長選択特性を有するビームスプリッタＢＳ１に達する。ビームスプリッタＢＳ１は、例えば、４８０ｎｍよりも長い波長帯域の光を透過し、それよりも短い波長帯域の光は反射するので、照明光ＩＬｂのうちの輪帯分布の照明光ＩＬｂ２は光分割面Ｂｓｐ（ダイクロイックミラー面）を透過して、基板Ｐ上のアライメントマークＭＫｎ（又は回転ドラムＤＲの外周面ＤＲｓ上の基準パターン）を落射照明する。一方、照明光ＩＬｂのうちの円形分布の照明光ＩＬｂ１は光分割面Ｂｓｐで反射して、基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａ上の基準マークＲＭｎを落射照明する。
【0117】
本変形例では、対物レンズ系ＯＢＬを介して基板Ｐ上に照射される照明光ＩＬｂ（ＩＬｂ２）が、いわゆる輪帯照明となっているので、撮像素子ＤＩＳの撮像面に形成されるアライメントマークＭＫｎ（又は回転ドラムＤＲ上の基準パターン）の像の像質（特にエッジのコントラスト）を良好にしたり、焦点深度を広げたりすることができる。また、先の図１２の構成で説明したのと同様に、図１７中の集光レンズ系ＧＳ１、ＧＳ２の各々の焦点距離（ｆ値）や光軸方向の位置を個別に可変にすることで、最終的にアライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬの瞳面Ｅｐ’に形成される照明光ＩＬｂ１による円形状の面光源像の直径（図１７中の半径Ｒｒ１に対応）と、照明光ＩＬｂ２による輪帯状の面光源像の外径（図１７中の半径Ｒｒ２に対応）とを個別に調整することができる。
【0118】
〔変形例５〕
図１８は、先の図１２、図１７に適用される光源部ＩＬＳのうち、ダイクロイックミラーＤＣＭ付近の変形例を示す。本変形例では、先の図７、図１４で示した平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを、照明光ＩＬｂ１を集光又はコリメートする集光レンズ系ＧＳ１とダイクロイックミラーＤＣＭとの間の光路中、並びに、照明光ＩＬｂ２を集光又はコリメートする集光レンズ系ＧＳ２とダイクロイックミラーＤＣＭとの間の光路中に配置する。これによって、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに形成される照明光ＩＬｂ１（短波長帯域）による光源像と、照明光ＩＬｂ２（長波長帯域）による光源像とを、Ｙ軸方向とＺ’軸方向とに個別に位置シフトさせることができる。従って、本変形例によれば、アライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ１に波長選択性を持たせる構成との組み合わせにより、対物レンズ系ＯＢＬと基板Ｐの表面との間のテレセン誤差による影響と、対物レンズ系ＯＢＬと基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａとの間のテレセン誤差による影響とを独立して補正することが可能となる。
図１８は、先の図１２、図１７に適用される光源部ＩＬＳのうち、ダイクロイックミラーＤＣＭ付近の変形例を示す。本変形例では、先の図７、図１４で示した平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを、照明光ＩＬｂ１を集光又はコリメートする集光レンズ系ＧＳ１とダイクロイックミラーＤＣＭとの間の光路中、並びに、照明光ＩＬｂ２を集光又はコリメートする集光レンズ系ＧＳ２とダイクロイックミラーＤＣＭとの間の光路中に配置する。これによって、光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに形成される照明光ＩＬｂ１（短波長帯域）による光源像と、照明光ＩＬｂ２（長波長帯域）による光源像とを、Ｙ軸方向とＺ’軸方向とに個別に位置シフトさせることができる。従って、本変形例によれば、アライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ１に波長選択性を持たせる構成との組み合わせにより、対物レンズ系ＯＢＬと基板Ｐの表面との間のテレセン誤差による影響と、対物レンズ系ＯＢＬと基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａとの間のテレセン誤差による影響とを独立して補正することが可能となる。
【0119】
なお、先の図７又は図１４で示した平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚによって、対物レンズ系ＯＢＬと基板Ｐの表面との間のテレセン誤差による影響を補正した後、その補正によって副次的に生じ得る対物レンズ系ＯＢＬと基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａとの間のテレセン誤差による影響を、集光レンズ系ＧＳ１とダイクロイックミラーＤＣＭとの間に設けられて照明光ＩＬｂ１を透過する平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚによって補正しても良い。その場合は、図１８中の集光レンズ系ＧＳ２とダイクロイックミラーＤＣＭとの間の照明光ＩＬｂ２を透過する平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚを省略できる。
【0120】
〔変形例６〕
また、図１０、図１６のようなアライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐを偏光分離面とし、基板Ｐの表面に照射される照明光ＩＬｂと基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａに照射される照明光ＩＬｂとを、直交したＰ偏光成分とＳ偏光成分で分離する場合も、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの配置を変えることで、アライメント系ＡＬＧの基板Ｐに対するテレセン誤差による影響と、基準バー部材ＲＢに対するテレセン誤差による影響とを個別に補正することができる。
また、図１０、図１６のようなアライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐを偏光分離面とし、基板Ｐの表面に照射される照明光ＩＬｂと基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａに照射される照明光ＩＬｂとを、直交したＰ偏光成分とＳ偏光成分で分離する場合も、平行平板ＳＦｙ、ＳＦｚの配置を変えることで、アライメント系ＡＬＧの基板Ｐに対するテレセン誤差による影響と、基準バー部材ＲＢに対するテレセン誤差による影響とを個別に補正することができる。
【0121】
図１９は、例えば、先の図１４に示した光源部ＩＬＳの変形例を示す図であり、図１９の光源部ＩＬＳを用いる場合、先の図７、図１０、図１６の各々に示したアライメント系ＡＬＧｎのビームスプリッタＢＳ２は振幅分割型に設定され、ビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐは偏光分離面とされ、落射照明の照明光ＩＬｂに含まれるＰ偏光成分は光分割面Ｂｓｐを透過し、Ｓ偏光成分は光分割面Ｂｓｐで反射されるように構成される。図１９において、固体光源（半導体レーザ光源、ＬＥＤ光源等）からの円偏光の光束ＩＬｏは、振幅分割型のビームスプリッタＢＳ４に入射する。ビームスプリッタＢＳ４を透過した円偏光の光束ＩＬｏは、波長板（１／４λ板）ＱＷＰを透過して、直線Ｓ偏光の照明光ＩＬｂ１に変換され、ミラーＭＪａで直角に折り曲げられてから、平行平板ＳＦｚ、ＳＦｙを通って、偏光ビームスプリッタＢＳ５に入射する。直線Ｓ偏光の照明光ＩＬｂ１は、偏光ビームスプリッタＢＳ５の偏光分離面において９０％以上の反射率で直角に反射され、光源像ＳＯａ’として集光される。
【0122】
一方、ビームスプリッタＢＳ４で直角に反射された円偏光の光束ＩＬｏは、波長板（１／２λ板、又は２枚の１／４λ板）ＨＷＰを透過して、直線Ｐ偏光の照明光ＩＬｂ２に変換された後、平行平板ＳＦｚ、ＳＦｙを通ってミラーＭＪｂで直角に反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳ５に入射する。直線Ｐ偏光の照明光ＩＬｂ２は、偏光ビームスプリッタＢＳ５の偏光分離面を９０％以上の透過率で直進し、光源像ＳＯａ’として集光される。本変形例においても、直線Ｓ偏光の照明光ＩＬｂ１と直線Ｐ偏光の照明光ＩＬｂ２とを含む光源像ＳＯａ’からの照明光ＩＬｂは、先の図１４に示した縮小結像系ＬＫ１を介して光ファイバー束ＩＬＦの入射端ＩＬＦａに入射し、最終的にアライメント系ＡＬＧｎの瞳面Ｅｐ’に光源像ＳＯｃ’となって形成される。
【0123】
瞳面Ｅｐ’に形成される光源像ＳＯｃ’にはＰ偏光成分とＳ偏光成分とが含まれているが、Ｐ偏光成分の光源像ＳＯｃ’は、図１９中の照明光ＩＬｂ２の光路中に配置された平行平板ＳＦｚ、ＳＦｙの傾斜角の調整によって瞳面Ｅｐ’内で２次元に位置シフトでき、基板Ｐの表面に対するテレセン誤差による影響を補正できる。また、Ｓ偏光成分の光源像ＳＯｃ’は、図１９中の照明光ＩＬｂ１の光路中に配置された平行平板ＳＦｚ、ＳＦｙの傾斜角の調整によって瞳面Ｅｐ’内で２次元に位置シフトでき、基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａに対するテレセン誤差による影響を補正できる。なお、図１４のように、光源像ＳＯａ’と縮小結像系ＬＫ１との間に平行平板ＳＦｚ、ＳＦｙを設けておく場合は、図１９に示した照明光ＩＬｂ１の光路中に配置された平行平板ＳＦｚ、ＳＦｙと、照明光ＩＬｂ２の光路中に配置された平行平板ＳＦｚ、ＳＦｙとのいずれか一方は省略しても良い。
【0124】
〔変形例７〕
図２０は、先の図７、図１０、図１６のいずれかのアライメント系ＡＬＧｎ（ｎ＝１～７）の各々に照明光ＩＬｂを供給する為に、先の図１４の構成による導光部材を用いた場合の照明系ＩＬＵの概略的な構成を示す図である。本変形例では、７つのアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各々に供給される照明光ＩＬｂを、１つの光源部ＬＰＯからの光を分配する光分配部ＢＤＵを介して得るようにする。図２０において、７つのアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７は同じ構成なので、代表してアライメント系ＡＬＧ１の概略構成のみを説明し、他のアライメント系ＡＬＧ２～ＡＬＧ７についての詳細構成の説明は省略する。光源部ＬＰＯは、高輝度の水銀放電ランプやハロゲンランプ等を含み、光分配部ＢＤＵは振幅分割型の複数のビームスプリッタと複数のミラーとによって、光源部ＬＰＯからの光束を同じ強度の８つの光束に分割する。
図２０は、先の図７、図１０、図１６のいずれかのアライメント系ＡＬＧｎ（ｎ＝１～７）の各々に照明光ＩＬｂを供給する為に、先の図１４の構成による導光部材を用いた場合の照明系ＩＬＵの概略的な構成を示す図である。本変形例では、７つのアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各々に供給される照明光ＩＬｂを、１つの光源部ＬＰＯからの光を分配する光分配部ＢＤＵを介して得るようにする。図２０において、７つのアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７は同じ構成なので、代表してアライメント系ＡＬＧ１の概略構成のみを説明し、他のアライメント系ＡＬＧ２～ＡＬＧ７についての詳細構成の説明は省略する。光源部ＬＰＯは、高輝度の水銀放電ランプやハロゲンランプ等を含み、光分配部ＢＤＵは振幅分割型の複数のビームスプリッタと複数のミラーとによって、光源部ＬＰＯからの光束を同じ強度の８つの光束に分割する。
【0125】
光分配部ＢＤＵで分割された８つの光束の各々は、光ファイバー束ＦＢ１～ＦＢ８に供給され、その内の７本の光ファイバー束ＦＢ１～ＦＢ７は、それぞれ、図１４中に示した縮小結像系ＬＫ１に供給される。また、図２０において、光ファイバー束ＦＢ８は予備として設けられ、通常は使われない。光ファイバー束ＦＢ１～ＦＢ７の各々の出射端に形成される光源像は、図１４に示した光源部ＩＬＳの光源像ＳＯａ’に相当し、光ファイバー束ＦＢ１～ＦＢ７の各々からの光束（照明光ＩＬｂ）は、それぞれ縮小結像系ＬＫ１、平行平板ＳＦｚ、ＳＦｙを介して光ファイバー束ＩＬＦに入射し、さらに拡大結像系ＬＫ２を介してアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各々の瞳面Ｅｐ’に光源像ＳＯｃ’として集光される。
【0126】
本変形例においては、光源部ＬＰＯとして水銀放電ランプやハロゲンランプを用いた場合、光源部ＬＰＯからの光束（照明光ＩＬｂ）の波長特性は、例えば波長４８０ｎｍよりも短い波長帯域と長い波長帯域とに強度分布を持つので、アライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各々のビームスプリッタＢＳ１の光分割面Ｂｓｐに波長選択特性を持たせることで、基板Ｐの表面（アライメントマークＭＫｎ）を落射照明する照明光ＩＬｂと、基準バー部材ＲＢの参照面ＲＢａ（基準マークＲＭｎ）を落射照明する照明光ＩＬｂとの強度を個別に調整することもできる。その為に、例えば、先の図７、図１０、図１６に示したアライメント系ＡＬＧｎの各々のビームスプリッタＢＳ１と基準バー部材ＲＢとの間に、減光フィルター（ＮＤフィルター）や電気的に透過率を調整できる液晶シャッター等を設けても良い。さらに、アライメント系ＡＬＧｎの各々のビームスプリッタＢＳ１と平面ミラーＭｂとの間に、例えば、波長４００ｎｍ（感光層に対して非感光な波長）よりも短い波長帯域の光を遮断する波長フィルターを設けても良い。
【0127】
また、図２０では、縮小結像系ＬＫ１と拡大結像系ＬＫ２と光ファイバー束ＩＬＦとで構成される導光部材を用いたが、光ファイバー束ＦＢ１～ＦＢ７の各々の出射端をアライメント系ＡＬＧ１～ＡＬＧ７の各瞳面Ｅｐ’の位置又はその近傍位置に直接配置しても良い。その場合、テレセン誤差に対する補正は、光ファイバー束ＦＢ１～ＦＢ７の各々の入射端に照射される光束（照明光ＩＬｂ）と入射端との相対的な位置を横シフトさせる為の傾斜可能な透過性の平行平板を光分配部ＢＤＵ内に設けることで可能となる。その場合、光ファイバー束ＦＢ１～ＦＢ７は、その出射端に形成される光束（照明光ＩＬｂ）の強度分布が入射端に形成される光束の強度分布の形状を保存するようなタイプに設定される。
【0128】
なお、図２０の光分配部ＢＤＵでは、光源部ＬＰＯからの光束を８分割（偶数分割）するように設定したが、これは、複数の振幅分割型のビームスプリッタの各々の反射率と透過率とを５０％にすることができると共に、分割された光束の各々の強度を等しくできるからである。また、光分配部ＢＤＵ内には、光ファイバー束ＦＢ１～ＦＢ７の各々に入射する光束の波長帯域を、４００～７００ｎｍ程度に制限するバンドパスフィルターを設けても良い。
【0129】
〔第３の実施の形態〕
図２１は、第３の実施の形態によるアライメント系ＡＬＧｎと照明系（照明ユニット）ＩＬＵの概略構成を示す図である。本実施の形態では、アライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬの瞳面Ｅｐ’に形成する光源像ＳＯｂの位置を横シフトさせる為の構成として、２枚の回転可能な楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２を用いる。図２１において、先の図７、図１０、又は図１６に示した部材と同じ機能の部材には同じ符号を付してあるので、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態では、基準バー部材ＲＢの基準マークＲＭｎを検出しない構成とするので、基板Ｐと対物レンズ系ＯＢＬの間に配置されるビームスプリッタＢＳ１は省かれている。
図２１は、第３の実施の形態によるアライメント系ＡＬＧｎと照明系（照明ユニット）ＩＬＵの概略構成を示す図である。本実施の形態では、アライメント系ＡＬＧｎの対物レンズ系ＯＢＬの瞳面Ｅｐ’に形成する光源像ＳＯｂの位置を横シフトさせる為の構成として、２枚の回転可能な楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２を用いる。図２１において、先の図７、図１０、又は図１６に示した部材と同じ機能の部材には同じ符号を付してあるので、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態では、基準バー部材ＲＢの基準マークＲＭｎを検出しない構成とするので、基板Ｐと対物レンズ系ＯＢＬの間に配置されるビームスプリッタＢＳ１は省かれている。
【0130】
図２１のアライメント系ＡＬＧｎは、基板Ｐ側から、平面ミラーＭｂ、対物レンズ系ＯＢＬ、ビームスプリッタＢＳ２、結像用レンズ系Ｇｂ、及び撮像素子ＤＩＳと、を備え、基板Ｐ上のアライメントマークＭＫｎの拡大像が撮像素子ＤＩＳの撮像面Ｐｉｓに結像される。本実施の形態における照明系ＩＬＵは、光源部ＩＬＳで生成された光源像ＳＯａを、対物レンズ系ＯＢＬの瞳面Ｅｐ’に光源像ＳＯｂとして結像するリレーレンズ系Ｇ１０、Ｇ１１を備える。レンズ系Ｇ１０とレンズ系Ｇ１１との光軸ＡＸｊ方向の間には、視野絞り板ＦＡＰが配置され、レンズ系Ｇ１０は視野絞り板ＦＡＰをテレセントリックにケーラー照明する。視野絞り板ＦＡＰは、レンズ系Ｇ１１、ビームスプリッタＢＳ２、平面ミラーＭＪｃ、対物レンズ系ＯＢＬ、平面ミラーＭｂによって、基板Ｐの表面と共役な関係（結像関係）になるように設定される。視野絞り板ＦＡＰの矩形の開口部（透明部）を通った照明光ＩＬｂは、基板Ｐ上の検出領域（観察視野）ＡＤｎを均一な照度分布で照明する。即ち、基板Ｐ上の検出領域（観察視野）ＡＤｎの形状は、視野絞り板ＦＡＰの矩形の開口部（透明部）の形状と相似になっている。
【0131】
さらに本実施の形態では、照明系ＩＬＵのレンズ系Ｇ１０と視野絞り板ＦＡＰとの間に、リレーレンズ系Ｇ１０、Ｇ１１の光軸ＡＸｊを中心として３６０度回転可能な２枚の楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２（頂角が同じ）が光軸ＡＸｊに沿って配置される。楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２は、例えば、図２２に誇張して示すように、各々の回転角度を調整することによって、レンズ系Ｇ１０の本来の光軸ＡＸｊを光軸ＡＸｊ’のように、任意の向きに微少量傾けることができる。図２２において、楔プリズムＤＰ１のレンズ系Ｇ１０側の入射面ＤＰ１ａは、光軸ＡＸｊと垂直に設定され、出射面ＤＰ１ｂは光軸ＡＸｊと垂直な面に対して傾いた斜面に設定され、入射面ＤＰ１ａと出射面ＤＰ１ｂとが頂角を成している。同様に、楔プリズムＤＰ２の楔プリズムＤＰ１側の入射面ＤＰ２ａは、光軸ＡＸｊと垂直な面に対して傾いた斜面に設定され、出射面ＤＰ２ｂは光軸ＡＸｊと垂直に設定され、入射面ＤＰ２ａと出射面ＤＰ２ｂとが頂角を成している。
【0132】
その為、楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２の各々の回転角度位置を変えることによって、楔プリズムＤＰ２から一定距離Ｌｘｘの位置において、光軸ＡＸｊ’を、本来の光軸ＡＸｊを中心とする円Ｃｄｐ内の任意の位置を通るように傾斜させることができる。従って、図２１に示した視野絞り板ＦＡＰを照射する照明光ＩＬｂの主光線は、楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２によって、本来の光軸ＡＸｊに対して傾けることができ、瞳面Ｅｐ’に形成される光源像ＳＯｂを横シフトせることができる。視野絞り板ＦＡＰの開口部と基板Ｐの表面とは共役関係に設定されているので、基板Ｐ上の検出領域ＡＤｎを照明する照明光ＩＬｂの主光線を対物レンズ系ＯＢＬの光軸ＡＸｓに対して傾斜させることができ、アライメント系ＡＬＧｎの残留したテレセン誤差を補正することができる。本実施の形態では、照明系（照明ユニット）ＩＬＵの光軸ＡＸｊを傾ける楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２が、対物光学系（ＯＢＬ）の瞳面Ｅｐ’内で光源像ＳＯｂを横シフトさせる調整機構に相当する。
【0133】
なお、図２１において、ビームスプリッタＢＳ２の位置を、光軸ＡＸｓに沿って対物レンズ系ＯＢＬから離れる方向に変えると、瞳面Ｅｐ、Ｅｐ’は、キューブ型のビームスプリッタＢＳ２の内部の位置、又はビームスプリッタＢＳ２の対物レンズ系ＯＢＬ側の面の近傍の位置に重なって形成される。図２１のように、ビームスプリッタＢＳ２の前に何らかのレンズ系（Ｇ１０、Ｇ１１）が配置される場合、例えば、先の図１４のような拡大結像系ＬＫ２が設けられる場合は、ビームスプリッタＢＳ２の光軸ＡＸｓ方向の位置を変えて、瞳面Ｅｐ、Ｅｐ’をビームスプリッタＢＳ２と対物レンズ系ＯＢＬとの間に重ねて形成することができる。また、図２１では、照明系ＩＬＵ内の基板Ｐの表面と共役な位置に視野絞り板ＦＡＰを設けたが、視野絞り板ＦＡＰは省略しても構わない。
【0134】
図２１、図２２では、調整機構として２つの楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２のみを設けたが、さらにもう１組の楔プリズム（２個）を光路に沿って追加しても良い。１組の楔プリズムＤＰ１、ＤＰ２のみの回転調整では、光軸ＡＸｊ’の傾き方位の設定が極座標基準で行われるのに対して、２組目の楔プリズム（２個）を追加すること（計４枚の楔プリズム）により、光軸ＡＸｊ’の傾き方位の設定を直交座標基準で行うことができ、扱いが容易になると共に、頂角の公差（誤差）により調整不能となる領域を低減させることができる。なお、２組の楔プリズムセット（２個）を用いた光軸の角度調整機構は、先の図１に示した光源装置（パルス光源装置）ＬＳから射出されるビームの光路中に設けることもできる。
【0135】
以上の各実施の形態や各変形例では、アライメント系ＡＬＧｎは複数（２以上）を想定したが、単一であっても良い。また、アライメント系ＡＬＧｎは、露光装置以外に、インクジェット方式等で精密なパターンが描画可能な印刷装置、基板Ｐ上に形成されたパターンを検査する検査装置、形成されたパターンの一部をレーザビーム等で除去、修正、修復する加工装置においても同様に設置可能である。さらに、アライメント系ＡＬＧｎによる観察対象は、基板Ｐ上に設けられたアライメントマーク（基板マーク）に限られず、任意のパターン（例えば、解像力チャートのライン＆スペースパターン、重ね誤差を確認する為のＢＯＸｉｎＢＯＸパターン、実際のデバイス用の一部のパターン）であっても良い。
【符号の説明】
【0136】
ＡＤｎ、ＡＲｎ…検出領域 ＡＬＧｎ…アライメント系
ＡＸｓ、ＡＸｓ’、ＡＸｊ…光軸 ＢＳ１、ＢＳ２…ビームスプリッタ
Ｂｓｐ…光分割面 ＤＩＳ…撮像素子
ＤＰ１、ＤＰ２…楔プリズム Ｅｐ、Ｅｐ’…瞳面
ＥＸ…パターン描画装置 Ｇｂ…結像用レンズ系
ＩＬｂ…照明光 ＩＬＦ…光ファイバー束
ＩＬＳ…光源部 ＩＬＵ…照明系、照明ユニット
ＭＫｎ…アライメントマーク ＯＢＬ…対物レンズ系
Ｐ…基板 ＲＭｎ…基準マーク
ＳＦｙ、ＳＦｚ…平行平板
ＳＯａ、ＳＯａ’、ＳＯｂ、ＳＯｂ’、ＳＯｃ’…光源像
Ｕｎ…描画ユニット（パターン形成機構）
ＡＸｓ、ＡＸｓ’、ＡＸｊ…光軸 ＢＳ１、ＢＳ２…ビームスプリッタ
Ｂｓｐ…光分割面 ＤＩＳ…撮像素子
ＤＰ１、ＤＰ２…楔プリズム Ｅｐ、Ｅｐ’…瞳面
ＥＸ…パターン描画装置 Ｇｂ…結像用レンズ系
ＩＬｂ…照明光 ＩＬＦ…光ファイバー束
ＩＬＳ…光源部 ＩＬＵ…照明系、照明ユニット
ＭＫｎ…アライメントマーク ＯＢＬ…対物レンズ系
Ｐ…基板 ＲＭｎ…基準マーク
ＳＦｙ、ＳＦｚ…平行平板
ＳＯａ、ＳＯａ’、ＳＯｂ、ＳＯｂ’、ＳＯｃ’…光源像
Ｕｎ…描画ユニット（パターン形成機構）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】