(57)【要約】【課題】走査露光する際、投影光学系の結像特性を効率良く精度保証範囲内にに納めて露光処理できる露光方法を提供する。【解決手段】移動するマスクの位置に応じた投影光学系の基板上での結像特性を計測する第１計測ステップと、第１計測ステップの計測結果に基づいて投影光学系の結像特性を補正するための第１補正量を設定する第１設定ステップと、経時的に生じるマスクのパターンの位置誤差を投影光学系を介して計測する第２計測ステップと、第２計測ステップの計測結果に基づいてパターンの位置誤差を補正するための第２補正量を設定する第２設定ステップと、設定した第１及び第２補正量に基づいて、投影光学系の結像特性とパターンの位置誤差とを合わせて補正する補正ステップとを有する処理手順で露光処理が実行される。【選択図】        図６
2004172471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクと感光性の基板とを第１の方向に同期移動しつつ露光光により前記マスクのパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する露光方法において、
前記移動するマスクの位置に応じた前記投影光学系の前記基板上での結像特性を計測する第１計測ステップと、
前記第１計測ステップの計測結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を補正するための第１補正量を設定する第１設定ステップと、
経時的に生じる前記マスクのパターンの位置誤差を前記投影光学系を介して計測する第２計測ステップと、
前記第２計測ステップの計測結果に基づいて前記位置誤差を補正するための第２補正量を設定する第２設定ステップと、
前記設定した前記第１及び第２補正量に基づいて、前記投影光学系の結像特性と前記位置誤差とを合わせて補正する補正ステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記移動する前記マスクの位置に合わせて前記投影光学系に設けられた補正機構を用いて前記結像特性を補正しつつパターン転写することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記移動する前記マスクの前記第１の方向と交差する第２の方向の位置を計測する位置計測ステップと、
前記位置計測ステップの計測結果に基づいて前記マスクの前記第２の方向における位置補正量を設定する第３設定ステップとを有し、
前記補正ステップは、前記設定した前記位置補正量に基づいて前記マスクの前記第２の方向における位置を補正する動作を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項４】
前記基板上に形成された第１のパターンに第２のパターンを重ね合わせる際、前記第１のパターン形状を計測し、該計測結果に基づいて前記第２のパターンを前記基板に転写する際の前記補正量を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の露光方法。
【請求項５】
予め設定されたパターンの目標形状に対して前記第１のパターンの形状計測結果が許容範囲外である場合に、前記第１のパターンを前記基板に転写する際の前記補正動作を再度行うように報知装置で報知することを特徴とする請求項４記載の露光方法。
【請求項６】
前記投影光学系は複数並んで設けられており、
前記複数の投影光学系を複数のグループに分け、該グループ毎に前記補正量の平均値を求めて補正動作を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の露光方法。
【請求項７】
マスクと感光性の基板とを所定の方向に同期移動しつつ露光光により前記マスクのパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する露光方法において、
前記所定の方向に同期移動する際、前記マスクのパターンを前記基板上に前記投影光学系を介して投影される像の前記所定の方向での複数の各位置での位置ずれを計測する計測ステップと、
前記計測ステップで求められた位置ずれの補正量を同期移動の移動時に補正する補正ステップと、
定期的に前記投影光学系で投影される前記像の光学的な位置ずれを計測する像位置計測ステップと、
前記像位置計測ステップで計測された結果を用いて、前記投影光学系の光学特性を補正するとともに、前記補正ステップで用いる前記位置ずれの補正量を補正演算する補正演算ステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項８】
前記像位置計測ステップは、前記マスクに設けられた複数のマーク群を用いて計測することを特徴とする請求項７記載の露光方法。
【請求項９】
マスクと感光性の基板とを第１の方向に同期移動しつつ露光光により前記マスクのパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する露光装置において、
前記マスクを支持して移動するマスクステージと、
前記移動する前記マスクステージの位置に応じた前記投影光学系の前記基板上での結像特性を計測する計測装置と、
前記計測装置の計測結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を補正するための第１補正量を設定する設定装置と、
前記設定した前記第１補正量に基づいて、前記投影光学系の結像特性を補正する制御装置とを備え、
前記計測装置は、経時的に生じる前記マスクのパターンの位置誤差を前記投影光学系を介して計測し、
前記設定装置は、前記経時的に生じた前記マスクのパターンの位置誤差を前記計測装置で計測した計測結果に基づいて前記位置誤差を補正するための第２補正量を設定し、
前記制御装置は、前記設定した前記第１及び第２補正量に基づいて、前記投影光学系の結像特性と前記位置誤差とを合わせて補正することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
前記移動する前記マスクステージの前記第１の方向と交差する第２の方向の位置を計測する位置計測装置を備え、
前記設定装置は、前記位置計測装置の計測結果に基づいて前記マスクステージの前記第２の方向における位置補正量を設定し、
前記制御装置は、前記設定した前記位置補正量に基づいて前記マスクステージの前記第２の方向における位置を補正することを特徴とする請求項９記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマスクと基板とを同期移動しつつマスクのパターンを基板に転写する露光方法及び露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示デバイスや半導体デバイスはマスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写するいわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置はマスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写するものである。このうち、液晶表示デバイスを製造する際には基板として大型のガラス基板が用いられ、表示領域の大型化の要求からマスクステージと基板ステージとを同期走査しつつマスクのパターンを連続的に基板上に転写する走査型露光装置が主に用いられる（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２９６６６７号公報
【０００４】
露光処理を継続して行うと、投影光学系は露光光の照射熱や設置空間の圧力変化等により基板上に転写する結像特性（スケーリング、シフト、ローテーション等）を経時的に変動させる。したがって、投影光学系に含まれる一部の光学素子（レンズ）を駆動する機構や一部の光学素子間を密封して内部圧力を変更する機構等の補正機構を用いて結像特性を調整する、いわゆるレンズキャリブレーションを実行することで結像特性を一定の精度保証範囲内に納めることが行われている。特に、複数並んだ投影光学系を有するいわゆるマルチレンズスキャン型露光装置では、結像特性を補正することにより、各投影光学系の投影像の像配列（基板上における投影像の相対位置）、すなわち各投影光学系に関する基板上での目標位置に対するパターンの位置誤差を補正するキャリブレーション処理が行われる。また、マスクに設けられた複数のマークを検出し、この検出結果に基づいてマスクの膨張等に起因する基板上でのパターンの位置誤差を求め、この求めた結果に基づいてパターンの位置誤差を補正する処理が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年におけるマスク及び基板の大型化に伴ってこれを支持するステージも大型化し撓み等の変形が生じやすくなっている。そのため、走査型露光装置における基板上での結像特性を例えば基板の走査方向端部で最適化したものが基板の走査方向中央部では前記精度保証範囲外になる場合がある。大型の基板を露光処理する際、基板に対してパターンを予め試験的に露光処理（テスト露光）し、形成されたパターン形状を計測することで走査方向における基板上での結像特性の変動を把握する方法も考えられるが、キャリブレーション処理する度にテスト露光を行うとスループットの低下を招く。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、大型のマスク及び基板を用いて走査露光する際、投影光学系の結像特性をスループットを低下させることなく精度保証範囲内に良好に納めて精度良く露光処理できる露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図１０に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の露光方法は、マスク（Ｍ）と感光性の基板（Ｐ）とを第１の方向（Ｘ）に同期移動しつつ露光光（ＥＬ）によりマスク（Ｍ）のパターンを投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）を介して基板（Ｐ）に転写する露光方法において、移動するマスク（Ｍ）の位置に応じた投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）の基板（Ｐ）上での結像特性を計測する第１計測ステップ（ＳＡ７）と、第１計測ステップ（ＳＡ７）の計測結果に基づいて投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）の結像特性を補正するための第１補正量を設定する第１設定ステップ（ＳＡ８）と、経時的に生じるマスク（Ｍ）のパターンの位置誤差を投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）を介して計測する第２計測ステップ（ＳＣ３）と、第２計測ステップ（ＳＣ３）の計測結果に基づいて前記位置誤差を補正するための第２補正量を設定する第２設定ステップ（ＳＣ４）と、設定した第１及び第２補正量に基づいて、投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）の結像特性と前記位置誤差とを合わせて補正する補正ステップ（ＳＣ５）とを有することを特徴とする。
本発明の露光装置（ＥＸ）は、マスク（Ｍ）と感光性の基板（Ｐ）とを第１の方向（Ｘ）に同期移動しつつ露光光（ＥＬ）によりマスク（Ｍ）のパターンを投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）を介して基板（Ｐ）に転写する露光装置において、マスク（Ｍ）を支持して移動するマスクステージ（ＭＳＴ）と、移動するマスクステージ（ＭＳＴ）の位置に応じた投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）の基板（Ｐ）上での結像特性を計測する計測装置（６０、１０２、ＣＯＮＴ）と、計測装置（６０、１０２、ＣＯＮＴ）の計測結果に基づいて投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）の結像特性を補正するための第１補正量を設定する設定装置（１００）と、設定した第１補正量に基づいて、投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）の結像特性を補正する制御装置（ＣＯＮＴ）とを備え、計測装置（６０、ＣＯＮＴ）は、経時的に生じるマスク（Ｍ）のパターンの位置誤差を投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）を介して計測し、設定装置（１００）は、経時的に生じたマスク（Ｍ）のパターンの位置誤差を計測装置（６０、ＣＯＮＴ）で計測した計測結果に基づいて前記位置誤差を補正するための第２補正量を設定し、制御装置（ＣＯＮＴ）は、設定した第１及び第２補正量に基づいて、投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）の結像特性と前記位置誤差とを合わせて補正することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、例えば露光光の照射熱等に起因して経時的に生じるパターンの位置誤差と、ステージの撓み等に依存するマスクの位置に応じた投影光学系の基板上での結像特性とを合わせて補正するようにしたので、撓み等の非線形な変形が生じても、走査方向（同期移動方向）の各位置において結像特性をスループットを低下させることなく精度保証範囲内に納めることができる。例えば、同期移動方向における基板上の各位置での結像特性の変動は主にマスクやステージの撓み、あるいはステージの移動軌跡等に起因するもの、換言すればマスクの位置に依存するものである。つまり、同期移動方向におけるマスクの位置に応じた基板上での結像特性の変動傾向は経時的には大きく変化しない。一方、パターンの位置誤差（像配列）は主に露光光の照射熱による投影光学系の結像特性の変化に起因するものであって経時的に変化するものである。そこで、同期移動方向における各位置での結像特性の変動傾向を例えばロット先頭などにおいてテスト露光等により計測しこの計測結果に基づいて第１補正量を設定しておけば、定期的に行うキャリブレーション処理時には、投影光学系の結像特性の経時的な変化分、すなわちパターンの位置誤差を補正するための第２補正量を設定するための計測動作のみを行い、第２補正量を前記第１補正量に基づいて再設定し、この再設定した補正量に基づいて投影光学系のキャリブレーションを行えばよい。したがって、キャリブレーション処理の度にテスト露光を行わなくても、投影光学系の結像特性をスループットを低下させることなく精度保証範囲内に納めて露光処理できる。
【０００９】
本発明の露光方法は、マスク（Ｍ）と感光性の基板（Ｐ）とを所定の方向（Ｘ）に同期移動しつつ露光光（ＥＬ）によりマスク（Ｍ）のパターンを投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）を介して基板（Ｐ）に転写する露光方法において、所定の方向（Ｘ）に同期移動する際、マスク（Ｍ）のパターンを基板（Ｐ）上に投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）を介して投影される像の所定の方向（Ｘ）での複数の各位置での位置ずれを計測する計測ステップ（ＳＡ７）と、計測ステップ（ＳＡ７）で求められた位置ずれの補正量を同期移動の移動時に補正する補正ステップ（ＳＣ５）と、定期的に投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）で投影される像の光学的な位置ずれを計測する像位置計測ステップ（ＳＣ３）と、像位置計測ステップ（ＳＣ３）で計測された結果を用いて、投影光学系（ＰＬａ〜ＰＬｅ）の光学特性を補正するとともに、補正ステップ（ＳＣ５）で用いる前記位置ずれの補正量を補正演算する補正演算ステップ（ＳＣ５）とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、計測ステップにおいて、ステージ移動に起因する（マスクの位置に依存する）同期移動方向における基板上の複数の各位置での目標位置に対するパターンの位置ずれが計測される。また、定期的に実行される像位置計測ステップにおいて、投影光学系で投影される投影像の光学的な位置ずれ、すなわち経時的要因で生じる位置ずれが計測される。そして、補正演算ステップでは、像位置計測ステップの計測結果に基づいて光学的な位置ずれに対する補正量（第２補正量）が設定されるとともに、マスクの位置に依存する位置ずれに対する補正量（第１補正量）が第２補正量に基づいて補正演算され、デバイス製造のための走査露光時には、第１補正量が第２補正量に基づいて補正されつつ走査露光される。したがって、キャリブレーション処理の度にテスト露光を行わなくても、計測ステップで第１補正量を設定しておくことにより、光学的な位置ずれ計測及びこれに対する第２補正量の設定動作を定期的に実行し、同期移動の移動時には第１補正量を第２補正量で補正しつつ露光処理することで、投影光学系の結像特性をスループットを低下させることなく精度保証範囲内に納めて露光処理できる。
【００１１】
更に、本発明によれば、計測ステップにおいて、マスクの位置に依存した同期移動方向における基板上の複数の各位置での投影像の位置ずれの変動傾向、換言すればステージの移動軌跡に依存した投影像の位置ずれの変動傾向が計測される。また、像位置計測ステップにおいて、投影光学系の光学的な位置ずれ、具体的には露光光の照射熱などにより経時的に生じる投影光学系の光学特性の変動が定期的に計測される。そして、補正演算ステップでは、像位置計測ステップの計測結果に基づいて投影光学系の光学特性を補正する補正量（第２補正量）が設定されるとともに、マスクステージの移動軌跡に依存する位置ずれに対する補正量（第１補正量）が第２補正量に基づいて補正演算され、デバイス製造のための走査露光時には第１補正量が第２補正量に基づいて補正されつつ走査露光される。これにより、ステージの移動軌跡に依存する位置ずれと投影光学系の光学特性に依存する位置ずれとを合わせて補正しつつ露光処理が行われ、精度良い露光処理が実現される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の露光装置の一実施形態を示す概略斜視図、図２は概略構成図である。
図１及び図２において、露光装置ＥＸは、パターンが形成されたマスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、感光基板（感光性の基板）Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されたマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を基板ステージＰＳＴに支持されている感光基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、露光処理に関する動作制御を行う制御装置ＣＯＮＴと、制御装置ＣＯＮＴに接続された設定装置１００及び報知装置１０１と、感光基板Ｐに形成されたパターン形状を計測可能なパターン形状計測装置（計測装置）１０２と、露光処理に関する情報を記憶する記憶装置１０３とを備えている。報知装置１０１は例えば液晶ディスプレイ装置等の表示装置、あるいは音声を出力可能な音声出力装置により構成されている。パターン形状計測装置１０２は例えばＳＥＭにより構成されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは複数（５つ）の投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅを有しており、照明光学系ＩＬも投影光学系の数及び配置に対応して複数（５つ）の照明系モジュールを有している。感光基板Ｐはガラス基板に感光剤（フォトレジスト）を塗布したものである。
【００１３】
ここで、本実施形態に係る露光装置ＥＸは、露光光ＥＬに対してマスクＭと感光基板Ｐとを同期移動して走査露光する走査型露光装置であって、所謂マルチレンズスキャン型露光装置を構成している。以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な方向でマスクＭ及び感光基板Ｐの同期移動方向をＸ軸方向（第１の方向、走査方向、所定の方向）、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向（第２の方向、非走査方向）とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりのそれぞれの方向をθＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００１４】
照明光学系ＩＬは、不図示ではあるが、複数の光源と、複数の光源から射出された光束を一旦集合した後に均等分配して射出するライトガイドと、ライトガイドからの光束を均一な照度分布を有する光束（露光光）に変換するオプティカルインテグレータと、オプティカルインテグレータからの露光光をスリット状に整形するための開口を有するブラインドと、ブラインドを通過した露光光をマスクＭ上に結像するコンデンサレンズとを備えている。コンデンサレンズからの露光光は、マスクＭを複数のスリット状の照明領域で照明する。本実施形態における光源には水銀ランプが用いられ、露光光としては、不図示の波長選択フィルタにより、露光に必要な波長であるｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）などが用いられる。
【００１５】
マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴは移動可能に設けられており、一次元の走査露光を行うべくＸ軸方向への長いストロークと、走査方向と直交するＹ軸方向への所定距離のストロークとを有している。図２に示すように、マスクステージＭＳＴにはマスクステージ駆動部ＭＳＴＤが接続されており、マスクステージＭＳＴは、マスクステージ駆動部ＭＳＴＤの駆動により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。マスクステージ駆動部ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。
【００１６】
図１に示すように、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴのＸ軸方向（第１の方向）における位置を検出するＸレーザ干渉計１ｘと、マスクステージＭＳＴのＹ軸方向（第２の方向）における位置を検出するＹレーザ干渉計（位置検出装置）１ｙとを備えている。マスクステージＭＳＴの−Ｘ側の端縁にはＹ軸方向に延在するＸ移動鏡２ｘが設けられ、−Ｙ側の端縁にはＸ移動鏡２ｘに直交するようにＸ軸方向に延在するＹ移動鏡２ｙが設けられている。Ｘ移動鏡２ｘにはＸレーザ干渉計１ｘが対向して配置されており、Ｙ移動鏡２ｙにはＹレーザ干渉計１ｙが対向して配置されている。Ｘレーザ干渉計１ｘはＸ移動鏡２ｘにレーザ光を照射しＸ移動鏡２ｘとの距離を検出する。Ｙレーザ干渉計１ｙはＹ移動鏡２ｙにレーザ光を照射しＹ移動鏡２ｙとの距離を検出する。レーザ干渉計１ｘ、１ｙの検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１ｘ、１ｙの検出結果に基づいて、マスクステージＭＳＴ（ひいてはマスクＭ）のＸ軸及びＹ軸方向における位置を求める。また、Ｘレーザ干渉計（もしくはＹレーザ干渉計）を複数設けておくことにより、マスクステージＭＳＴのθＺ方向の回転量を求めることができる。制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計１ｘ、１ｙの出力からマスクステージＭＳＴの位置（姿勢）をモニタし、マスクステージ駆動部ＭＳＴＤを制御することでマスクステージＭＳＴを所望の位置（姿勢）に設定する。
【００１７】
マスクＭを透過した露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅのそれぞれに入射する。投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅは、マスクＭの照明領域に存在するパターン像を感光基板Ｐに投影露光するものであり、各照明系モジュールに対応して設けられている。図１に示すように、複数の投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅのうち、投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅと投影光学系ＰＬｂ、ＰＬｄとが２列に千鳥状に配列されている。これら各投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅは照明系モジュールから射出しマスクＭを透過した複数の露光光ＥＬを透過させ、基板ステージＰＳＴに載置されている感光基板ＰにマスクＭのパターン像を投影する。なお、本実施形態において、投影光学系ＰＬは等倍正立系の光学系である。
【００１８】
図２に示すように、投影光学系ＰＬｄは、シフト調整機構５と、二組の反射屈折型光学系１０、２０と、像面調整機構６と、不図示の視野絞りと、スケーリング調整機構７とを備えている。なお、他の投影光学系ＰＬａ、ＰＬｂ、ＰＬｃ、ＰＬｅも投影光学系ＰＬｄと同様の構成である。
【００１９】マスクＭを透過した光束は、シフト調整機構５に入射する。シフト調整機構５は、Ｙ軸まわりに回転可能に設けられた平行平面ガラス板５Ａと、Ｘ軸まわりに回転可能に設けられた平行平面ガラス板５Ｂと有している。平行平面ガラス板５Ａはモータなどの駆動装置５ＡｄによりＹ軸まわりに回転し、平行平面ガラス板５Ｂはモータなどの駆動装置５ＢｄによりＸ軸まわりに回転する。平行平面ガラス板５ＡがＹ軸まわりに回転することにより感光基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＸ軸方向にシフトし、平行平面ガラス板５ＢがＸ軸まわりに回転することにより感光基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＹ軸方向にシフトする。駆動装置５Ａｄ，５Ｂｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴによりそれぞれ独立して制御されるようになっている。駆動装置５Ａｄ，５Ｂｄのそれぞれは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、平行平面ガラス板５Ａ，５Ｂのそれぞれを所定速度で所定量（所定角度）回転する。シフト調整機構５を透過した光束は、１組目の反射屈折型光学系１０に入射する。
【００２０】
反射屈折型光学系１０は、マスクＭのパターンの中間像を形成するものであって、直角プリズム（補正機構）１１と、レンズ１２と、凹面鏡１３とを備えている。直角プリズム１１はＺ軸まわりに回転可能に設けられており、モータなどの駆動装置１１ｄによりＺ軸まわりに回転する。直角プリズム１１がＺ軸まわりに回転することにより感光基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＺ軸まわりに回転する。すなわち、直角プリズム１１はローテーション調整機構としての機能を有している。駆動装置１１ｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。駆動装置１１ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、直角プリズム１１を所定速度で所定量（所定角度）回転する。反射屈折型光学系１０により形成されるパターンの中間像位置には不図示の視野絞りが配置されている。視野絞りは、感光基板Ｐ上における投影領域を設定するものである。本実施形態において、視野絞りは台形状の開口を有し、この視野絞りにより感光基板Ｐ上の投影領域５０ａ〜５０ｅが台形状に規定される。視野絞りを透過した光束は、２組目の反射屈折型光学系２０に入射する。
【００２１】
反射屈折型光学系２０は、反射屈折型光学系１０と同様に、ローテーション調整機構としての直角プリズム（補正機構）２１と、レンズ２２と、凹面鏡２３とを備えている。直角プリズム２１もモータなどの駆動装置２１ｄの駆動によりＺ軸まわりに回転するようになっており、回転することで感光基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像をＺ軸まわりに回転する。駆動装置２１ｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっており、駆動装置２１ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、直角プリズム２１を所定速度で所定量（所定角度）回転する。
【００２２】
反射屈折型光学系２０から射出した光束は、スケーリング調整機構（補正機構）７を通り、感光基板Ｐ上にマスクＭのパターンの像を正立等倍で結像する。スケーリング調整機構７は、図２のようにレンズをＺ軸方向に移動させたり、又は３枚のレンズ構成で例えば、凹レンズ、凸レンズ、凹レンズから構成され、凹レンズと凹レンズとの間に位置する凸レンズをＺ軸方向に移動させることにより、マスクＭのパターンの像の倍率（スケーリング）調整を行うようになっている。図２の場合、凸レンズは駆動装置７ｄにより移動するようになっており、駆動装置７ｄは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。駆動装置７ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、凸レンズを所定速度で所定量移動させる。なお、凸レンズは、両凸レンズでも平凸レンズでもよい。
【００２３】
二組の反射屈折型光学系１０，２０の間の光路上には、投影光学系ＰＬｄの結像位置及び像面の傾斜を調整する像面調整機構６が設けられている。像面調整機構６は反射屈折型光学系１０による中間像が形成される位置近傍に設けられている。すなわち、像面調整機構６はマスクＭ及び感光基板Ｐに対してほぼ共役な位置に設けられている。像面調整機構６は、第１光学部材６Ａと、第２光学部材６Ｂと、第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂを非接触状態に支持する不図示のエアベアリングと、第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６Ａを移動する駆動装置６Ａｄ、６Ｂｄとを備えている。第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂのそれぞれはくさび状に形成され露光光ＥＬを透過可能なガラス板であり、一対のくさび型光学部材を構成している。露光光ＥＬはこの第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂのそれぞれを通過する。駆動装置６Ａｄ、６Ｂｄの駆動量及び駆動速度、すなわち第１光学部材６Ａと第２光学部材６Ｂとの相対的な移動量及び移動速度は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６ＡがＸ軸方向にスライドするように移動することにより投影光学系ＰＬｄの像面位置がＺ軸方向に移動し、第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６ＡがθＺ方向に回転することにより投影光学系ＰＬｄの像面が傾斜する。
【００２４】
上記シフト調整機構５、ローテーション調整機構１１、２１、スケーリング調整機構７、及び像面調整機構６により、投影光学系ＰＬの結像特性を補正する補正機構（制御装置）が構成される。なお、結像特性の補正機構としては、一部の光学素子（レンズ）間を密封して内部圧力を調整する機構であってもよい。
【００２５】
基板ステージＰＳＴは、マスクステージＭＳＴと同様に、一次元の走査露光を行うべくＸ軸方向に長いストロークと、走査方向と直交するＹ軸方向にステップ移動するための長いストロークとを有しており、図２に示すように、この基板ステージＰＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを備えている。基板ステージ駆動部ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。更に、基板ステージＰＳＴはＺ軸方向、及びθＸ、θＹ、θＺ方向にも移動可能となっている。
【００２６】
図１に示すように、露光装置ＥＸは、感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における位置を検出するＸレーザ干渉計３ｘと、基板ステージＰＳＴのＹ軸方向における位置を検出するＹレーザ干渉計３ｙとを備えている。基板ステージＰＳＴの−Ｘ側の端縁にはＹ軸方向に延在するＸ移動鏡４ｘが設けられ、−Ｙ側の端縁にはＸ移動鏡４ｘに直交するようにＸ軸方向に延在するＹ移動鏡４ｙが設けられている。Ｘ移動鏡４ｘにはＸレーザ干渉計３ｘが対向して配置されており、Ｙ移動鏡４ｙにはＹレーザ干渉計３ｙが対向して配置されている。Ｘレーザ干渉計３ｘはＸ移動鏡４ｘにレーザ光を照射しＸ移動鏡４ｘとの距離を検出する。Ｙレーザ干渉計３ｙはＹ移動鏡４ｙにレーザ光を照射しＹ移動鏡４ｙとの距離を検出する。レーザ干渉計３ｘ、３ｙの検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計３ｘ、３ｙの検出結果に基づいて、基板ステージＰＳＴ（ひいては感光基板Ｐ）のＸ軸及びＹ軸方向における位置を求める。また、Ｘレーザ干渉計（もしくはＹレーザ干渉計）を複数設けておくことにより、基板ステージＰＳＴのθＺ方向の回転量を求めることができる。制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計３ｘ、３ｙの出力から基板ステージＰＳＴの位置（姿勢）をモニタし、基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを制御することで基板ステージＰＳＴを所望の位置（姿勢）に設定する。
【００２７】
図１に示すように、マスクＭの走査方向両側（±Ｘ側）には複数のマーク（マーク群）を有するマーク形成領域２７、２８が設けられている。−Ｘ側のマーク形成領域２７にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶ複数のマーク３０（３０ａ〜３０ｆ）が形成されている。一方、＋Ｘ側のマーク形成領域２８にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶ複数のマーク３１（３１ａ〜３１ｆ）が形成されている。また、基板ステージＰＳＴの走査方向片側（−Ｘ側）の所定位置にはＹ軸方向に沿って延在する基準部材２９が設けられており、基準部材２９にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶマーク４０（４０ａ〜４０ｆ）が形成されている。以下の説明において、マスクＭに形成されたマーク３０及び３１を適宜「マスク側ＡＩＳマーク」と称する。また、基板ステージＰＳＴに形成されたマーク４０を適宜「基板側ＡＩＳマーク」と称する。
【００２８】
図２に示すように、基準部材２９に形成された基板側ＡＩＳマーク４０のＺ軸方向における形成位置（高さ）は感光基板Ｐの表面（露光面）と略一致するように設定されている。また、マスク側ＡＩＳマーク３０、３１はマスクＭの特定位置（例えば中心位置）に対して所定の位置関係で設けられている。基準部材２９の下方には、基板ステージＰＳＴに埋設されるように、基準部材２９を通過した光を受光可能なＡＩＳ受光系（計測装置）６０が設けられている。ＡＩＳ受光系６０は、レンズ系６１と、レンズ系６１を介した光を受光するＣＣＤからなる撮像素子６２とを備えている。ＡＩＳ受光系６０（撮像素子６２）の受光結果は制御装置ＣＯＮＴに出力されるようになっている。
【００２９】
図３はマスク側ＡＩＳマーク３０、３１及び基板側ＡＩＳマーク４０と投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅとの位置関係を説明するための模式図である。
図３において、感光基板Ｐ上での投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれは、所定形状、本実施形態では台形形状に設定され、投影領域５０ａ、５０ｃ、５０ｅと、投影領域５０ｂ、５０ｄとがＸ軸方向に対向して配置されている。さらに、投影領域５０ａ〜５０ｅは隣り合う投影領域の継ぎ部どうしがＹ軸方向に重なり合うように並列配置される。ここで、継ぎ部とは、台形状の各投影領域５０ａ〜５０ｅの三角形状の領域ｐａ〜ｐｊである。そして、投影領域５０ａ〜５０ｅの継ぎ部ｐａ〜ｐｊどうしをＹ軸方向に重なり合うように並列配置することにより、Ｘ軸方向の投影領域の幅の総計がほぼ等しくなるように設定されている。こうすることにより、Ｘ軸方向に走査露光したときの露光量が等しくなるようになっている。このように、各投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅによる投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれが重なり合う重複領域（継ぎ部）を設けることにより、継ぎ部における光学収差の変化や照度変化を滑らかにすることができる。なお、投影領域５０ａの＋Ｙ方向の継ぎ部ｐａ及び投影領域５０ｅの−Ｙ方向の継ぎ部ｐｊは、１回目の走査露光後、Ｙ軸方向にステップ移動して２回目の走査露光行う際、投影領域どうしをつなぎ合わせる際に重複される。そして、ＡＩＳマーク３０ａ〜３０ｆ、３１ａ〜３１ｆ、４０ａ〜４０ｆのそれぞれは、投影領域５０ａ〜５０ｅの各継ぎ部ｐａ〜ｐｊに入るように配置されている。つまり、マスク側ＡＩＳマーク３０ａ〜３０ｆ（３１ａ〜３１ｆ）と基板側ＡＩＳマーク４０ａ〜４０ｆとは互いに対をなすように同じ間隔で形成されている。
【００３０】
図４は、ＡＩＳ受光系６０がＡＩＳマーク検出を行っている状態を示す図である。図４に示すように、制御装置ＣＯＮＴは、いわゆるスルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式により、ＡＩＳ受光系６０（撮像素子６２）でマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）と基板側ＡＩＳマーク４０とを検出し、この検出結果に基づいてマスクＭと基板ステージＰＳＴとの相対位置を求める。具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、撮像素子６２でマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）の像と基板側ＡＩＳマーク４０の像とが一致するようにマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴを移動し、照明光学系ＩＬでマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）を照明する。マスクＭを通過した照明光（露光光）は投影光学系ＰＬを通過するとともに基板側ＡＩＳマーク４０を通過し撮像素子６２に導かれる。制御装置ＣＯＮＴは投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅを介してマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）及び基板側ＡＩＳマーク４０の相対位置（位置ずれ量）を計測することにより、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの各結像特性（シフト、スケーリング、ローテーション）を計測する。制御装置ＣＯＮＴは求めた結像特性の計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性が精度保証範囲内になるように補正量を求め、求めた補正量に基づいて上記補正機構５、６、７、１１、２１を駆動して結像特性を補正する。図４には、マスク側ＡＩＳマーク３０と基板側ＡＩＳマーク４０とを同時に検出する状態が示されているが、マスクステージＭＳＴを移動することで、マスク側ＡＩＳマーク３１と基板側ＡＩＳマーク４０とを同時に計測することもできる。そして、マスク側ＡＩＳマーク３０、３１のそれぞれに関する計測結果に基づいて、制御装置ＣＯＮＴはマスクＭのマスクステージＭＳＴ上における所望の位置に対する置き位置ずれ（θＺ方向の位置ずれ）やマスクＭの膨張量に関する情報を求めることができる。
【００３１】
次に、上述した露光装置ＥＸを用いてマスクＭのパターンを感光基板Ｐに露光する方法について図５〜図８のフローチャート図を参照しながら説明する。
図５は露光処理全体の手順を示すフローチャート図である。図５に示すように、オペレータから露光処理開始が指示されると（ステップＳ１）、制御装置ＣＯＮＴは、露光処理準備として、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅに対する第１回目のレンズキャリブレーション処理を実行する（ステップＳ２）。
第１回目のレンズキャリブレーション処理が終了したら、デバイス製造のためのマスクＭ及び感光基板ＰがマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴのそれぞれに搬送される。そして、マスクＭと感光基板Ｐとのアライメント処理が行われた後、制御装置ＣＯＮＴは照明光学系ＩＬによりマスクＭを露光光ＥＬで照明し、マスクＭのパターンを投影光学系ＰＬを介して感光基板Ｐに転写する（ステップＳ３）。
露光処理を継続して行うと、投影光学系ＰＬの結像特性は露光光の照射熱や設置空間の圧力変化などにより経時的に変動する。投影光学系ＰＬの結像特性が変化すると、感光基板Ｐ上における結像特性、すなわち、感光基板Ｐ上における各投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの投影像の像配列（投影領域５０ａ〜５０ｅどうしの相対位置）が変化し、感光基板Ｐ上でのパターンの目標位置に対する位置誤差が生じる。更に、露光光の照射熱によるマスクの膨張等、他の経時的要因によっても感光基板Ｐ上でのパターンの位置誤差が生じる。
制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性を一定の精度保証範囲に収めるように、第１回目のキャリブレーション処理から所定時間後、あるいは感光基板Ｐを所定枚数露光処理後、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅに対する第２回目のキャリブレーション処理を実行する（ステップＳ４）。
そして、第２回目のキャリブレーション処理が終了したら、感光基板Ｐに対する露光処理が再開される（ステップＳ５）。
そして、露光処理を行い、第２回目のキャリブレーション処理から所定時間後、あるいは感光基板Ｐを所定枚数露光処理後、第３回目のキャリブレーション処理が実行される（ステップＳ６）。
そして、第３回目のキャリブレーション処理が終了したら露光処理が行われる（ステップＳ７）。
以下、キャリブレーション処理と露光処理とは交互に行われ、キャリブレーション処理は所定時間間隔毎あるいは所定基板処理枚数毎に実行される。
【００３２】
図６は第１回目のキャリブレーション処理（すなわち図５のステップＳ２）のフローチャート図である。
キャリブレーション処理において、制御装置ＣＯＮＴは投影光学系ＰＬの結像特性を計測し、投影光学系ＰＬの結像特性が精度保証範囲内になるような補正量を設定し、設定した補正量に基づいて投影光学系ＰＬのキャリブレーションを行う。
投影光学系ＰＬに対するキャリブレーション処理の実行が指示されると（ステップＳＡ１）、まず、制御装置ＣＯＮＴはマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴのそれぞれをマーク計測位置に移動する（ステップＳＡ２）。
具体的には、まず、投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅの結像特性を計測するために、制御装置ＣＯＮＴは、マスク側ＡＩＳマーク３０及び基板側ＡＩＳマーク４０が、投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅの投影領域５０ａ、５０ｃ、５０ｅ内で重なる位置（マーク計測位置）にマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴを移動させる。このとき、両マーク３０、４０を継ぎ部ｐａ、ｐｂ、ｐｅ、ｐｆ、ｐｉ、ｐｊに配置させる。
【００３３】
次いで、制御装置ＣＯＮＴは、ＡＩＳ受光系６０を用いて、マスク側ＡＩＳマーク３０と基板側ＡＩＳマーク４０との相対位置である位置ずれ量を計測し、投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅの結像特性を計測する（ステップＳＡ３）。
すなわち、照明光学系ＩＬからの露光光ＥＬによりマスク側ＡＩＳマーク３０を投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅを介して基板側ＡＩＳマーク４０上に結像させ、この結像されたマスク側ＡＩＳマーク３０の投影像と基板側ＡＩＳマーク４０とを、ＡＩＳ受光系６０（撮像素子６２）で撮像する。マスク側ＡＩＳマーク３０と基板側ＡＩＳマーク４０との相対位置を計測することにより、投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅのそれぞれの結像特性（シフト、スケーリング、ローテーション）が求められる。
【００３４】
ＡＩＳ受光系６０の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは、ＡＩＳ受光系６０による結像特性の計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅのそれぞれの結像特性を補正（較正）するための補正量を求める（ステップＳＡ４）。
【００３５】
制御装置ＣＯＮＴは、ＡＩＳ受光系６０の計測結果からマスク側ＡＩＳマーク３０及び基板側ＡＩＳマーク４０の位置ずれ量を求める。制御装置ＣＯＮＴは、ＡＩＳ受光系６０による投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅの結像特性の計測結果に基づいて、位置ずれ量の２乗値が最小となる値（目標値、目標位置）を求め、この目標値に対する投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅのそれぞれの結像特性を補正するための補正量を求める。ここで、上記補正量は、上述した補正機構の駆動装置５Ａｄ、５Ｂｄ、６Ａｄ、６Ｂｄ、７ｄ、１１ｄ、２１ｄの駆動量を含む。そして、制御装置ＣＯＮＴは求めた補正量に基づいて、投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅの結像特性の補正（投影像の像配列補正）を行う（ステップＳＡ５）。
【００３６】
一方、投影光学系ＰＬｂ、ＰＬｄの結像特性の計測を行う際には、制御装置ＣＯＮＴは、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴを移動し、マスク側ＡＩＳマーク３０及び基板側ＡＩＳマーク４０を投影光学系ＰＬｂ、ＰＬｄの投影領域５０ｂ、５０ｄ内で重なる位置に移動させる。具体的には、マスク側ＡＩＳマーク３０及び基板側ＡＩＳマーク４０を、投影領域５０ａ、５０ｂの継ぎ部ｐｃ、ｐｄ、ｐｇ、ｐｈに配置させる。そして、上記と同様の手順でＡＩＳ受光系６０で、結像されたマスク側ＡＩＳマーク３０と基板側ＡＩＳマーク４０とを撮像し、これらマークの位置ずれ量を求め、投影光学系ＰＬｂ、ＰＬｅを較正するための補正量を求め、求めた補正量に基づいて投影光学系ＰＬｂ、ＰＬｄの結像特性の補正（投影像の像配列補正）を行う。
【００３７】
次いで、制御装置ＣＯＮＴは不図示の搬送装置を用いてマスクＭをマスクステージＭＳＴにロードするとともに感光基板Ｐを基板ステージＰＳＴにロードする。そして、制御装置ＣＯＮＴはマスクＭと感光基板ＰとをＸ軸方向に同期移動しつつマスクＭのパターンを上記キャリブレーション処理を施された投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅを介して感光基板Ｐに試験的に露光（テスト露光）する（ステップＳＡ６）。
テスト露光では、制御装置ＣＯＮＴは、まずマスクＭを支持したマスクステージＭＳＴを停止した状態で、感光基板Ｐを支持した基板ステージＰＳＴのみをＸ軸方向に走査しつつ露光処理し、感光基板Ｐ上に第１層目のパターンを形成する。次いで、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭを支持したマスクステージＭＳＴと感光基板Ｐを支持した基板ステージＰＳＴとをＸ軸方向に同期移動しつつマスクＭのパターン（第２層目のパターン）を感光基板Ｐに形成されている第１層目のパターンに重ね合わせる。そして、制御装置ＣＯＮＴは、感光基板Ｐに形成された第１層目のパターン形状及び第２層目のパターン形状をパターン形状計測装置１０２で計測する。
【００３８】
制御装置ＣＯＮＴは、パターン形状計測装置１０２による感光基板Ｐ上での第１層目及び第２層目それぞれのパターン形状計測結果に基づいて、Ｘ軸方向に移動するマスクＭ（マスクステージＭＳＴ）の位置に応じた投影光学系ＰＬの感光基板Ｐ上での結像特性を計測する（ステップＳＡ７：第１計測ステップ、計測ステップ）。
すなわち、感光基板Ｐ上での結像特性がマスクステージＭＳＴの移動により変動しない場合には、第１層目のパターンと第２層目のパターンとは所望の状態に重ね合わせられるが、例えば、マスクＭやマスクステージＭＳＴに撓み変形が生じていたり、あるいはマスクステージＭＳＴの移動によりマスクステージＭＳＴを支持する露光装置のコラム（支持台）に撓み変形が生じると、第１層目のパターンと第２層目のパターンとは例えば走査方向中央部近辺で所望の状態に重なり合わない。したがって、制御装置ＣＯＮＴはパターン形状計測装置１０２を用いて第１層目及び第２層目のパターン形状を計測することにより、移動するマスクＭ（マスクステージＭＳＴ）の位置に応じた投影光学系ＰＬの感光基板Ｐ上での結像特性を計測することができる。これにより、制御装置ＣＯＮＴは、Ｘ軸方向にマスクＭと感光基板Ｐとを同期移動する際、マスクＭのパターンを感光基板Ｐ上に投影光学系ＰＬを介して投影される投影像のＸ軸方向の各位置での第１層目のパターンに対する第２層目のパターンの位置ずれを計測できる。
【００３９】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ７で計測した計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性を補正するための第１補正量を設定装置１００を用いて設定する（ステップＳＡ８：第１設定ステップ）。
第１補正量はＸ軸方向に移動するマスクステージＭＳＴの位置に依存した結像特性変動に対する補正量である。設定装置１００は、同期移動方向での各位置における投影光学系ＰＬの結像特性が精度保証範囲内になるように投影光学系ＰＬの結像特性を補正するための補正量（上記駆動装置５Ａｄ、５Ｂｄ、６Ａｄ、６Ａｄ、７ｄ、１１ｄ、２１ｄ等の駆動速度及び駆動量）を設定する。
【００４０】
設定した第１補正量は制御装置ＣＯＮＴに接続された記憶装置１０３に記憶される（ステップＳＡ９）。以上で、第１回目のキャリブレーション処理が終了する（ステップＳＡ１０）。
【００４１】
図７は露光処理（すなわち図５のステップＳ３）のフローチャート図である。第１回目のキャリブレーション処理が終了し、デバイスを製造するための露光処理の開始が指示されたら（ステップＳＢ１）、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ８で設定した第１補正量に基づいて、Ｘ軸方向に移動するマスクＭ（マスクステージＭＳＴ）の位置に合わせて投影光学系ＰＬに設けられた補正機構を用いて結像特性を補正しつつ、照明光学系ＩＬによりマスクＭを露光光ＥＬで照明し、感光基板Ｐに第１層目のパターン（第１のパターン）を転写する（ステップＳＢ２）。
制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計１ｘ、３ｘによるステージ位置検出結果に基づいて投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの補正機構を駆動する。
【００４２】
制御装置ＣＯＮＴはパターン形状計測装置１０２を用いて感光基板Ｐに形成された第１層目のパターン（第１のパターン）の形状を計測する（ステップＳＢ３）。
制御装置ＣＯＮＴは、第１層目のパターンの形状計測結果が、予め設定されているパターンの目標形状に対して許容範囲内にあるかどうかを判別する（ステップＳＢ４）。
ここで、前記許容範囲とは、製造したデバイスが所望の性能を発揮できるかどうかに基づいて設定されたものであり、この許容範囲に関する情報は記憶装置１０３に予め記憶されている。制御装置ＣＯＮＴは記憶装置１０３に記憶されている前記情報とパターン形状計測結果とを比較し、パターン形状計測結果が許容範囲内にあるかどうかを判別する。
【００４３】
ステップＳＢ４において、パターン形状計測結果が目標形状に対して大きく異なる（許容範囲外である）と判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、結像特性の補正動作を再度実行する。すなわち、ステップＳ２に戻る。このとき、制御装置ＣＯＮＴは、報知装置１０１を用いて第１層目のパターンを感光基板Ｐに転写する際の結像特性の補正動作を再度行うように報知する（ステップＳＢ５）。
このように、制御装置ＣＯＮＴは第１層目のパターン形状計測結果が許容範囲外である場合には所望の性能を発揮できるデバイスが製造されないと判断し、第１層目のパターンを転写する際の補正量の再設定動作を行う。
【００４４】
一方、ステップＳＢ４において、パターン形状計測結果が目標形状に対して許容範囲内であると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、感光基板Ｐ上の第１層目のパターンに対して第２層目のパターン（第２のパターン）を重ね合わせる露光処理を行う（ステップＳＢ６）。
ここで、第２層目のパターンを感光基板Ｐに露光する際、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＢ３で計測した第１層目のパターンの形状計測結果に基づいて、第２層目のパターンを感光基板Ｐに露光する際の投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性に関する補正量を再設定し、再設定した補正量に基づいて結像特性を補正しつつ露光処理する。すなわち、既に形成されている第１層目のパターンに対して第２層目のパターンを所定の精度で重ね合わせることができるように、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性を補正しつつ露光処理が行われる。これにより、第１層目と第２層目とのパターンの重ね合わせ精度を向上できる。
以下、同様の手順で感光基板Ｐ上に複数のパターンが順次積層されることによりデバイスが製造される（ステップＳＢ７）。
【００４５】
図８は第２回目のキャリブレーション処理（すなわち図５のステップＳ４）のフローチャート図である。
露光処理を継続して行うと、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅは露光光の照射熱や設置空間の圧力変化などにより結像特性を経時的に変動させる。すると、感光基板Ｐ上に転写されるパターンの結像特性が変化する。投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性が変化すると、各投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの投影像の基板上での像配列（投影領域どうしの相対位置）が変化し、基板上でのパターンの目標位置に対する位置誤差が生じる。更に、露光光の照射熱によりマスクが膨張するなど、他の経時的要因によっても感光基板Ｐ上でのパターンの位置誤差が生じる。
【００４６】
制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬの結像特性を一定の精度保証範囲に収めるように、第１回目のキャリブレーション処理（すなわちステップＳ２）から所定時間後、あるいは感光基板Ｐを所定枚数露光処理後、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅに対する第２回目のキャリブレーション処理を開始する（ステップＳＣ１）。具体的には、上述した手順同様、まず、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴがマーク計測位置に移動される（ステップＳＣ２）。
【００４７】
次いで、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬを介したマスクＭの−Ｘ側に設けられているマスク側ＡＩＳマーク３０と基板側ＡＩＳマーク４０との相対位置をＡＩＳ受光系６０を用いて計測する。次いで、制御装置ＣＯＮＴは、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴを移動し、投影光学系ＰＬを介したマスクＭの＋Ｘ側に設けられているマスク側ＡＩＳマーク３１と基板側ＡＩＳマーク４０との相対位置をＡＩＳ受光系６０を用いて計測する。制御装置ＣＯＮＴは、マーク検出結果に基づいて、ステップＳ２同様、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅそれぞれの結像特性を計測する（ステップＳＣ３：第２計測ステップ、像位置計測ステップ）。
【００４８】
マーク検出検出結果に基づいて投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅそれぞれの基板上での結像特性を計測することで、制御装置ＣＯＮＴは各投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの感光基板Ｐ上における投影像の像配列（投影像の相対位置）、すなわち、感光基板Ｐ上における目標位置に対するパターンの位置誤差を求める。こうして、制御装置ＣＯＮＴは投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅで投影される投影像の光学的な位置ずれを定期的に計測する。更に、制御装置ＣＯＮＴは、マスク側ＡＩＳマーク３０及び３１のそれぞれに関する計測結果に基づいて、マスクＭの膨張に関する情報やマスクＭのマスクステージＭＳＴに対する置き位置ずれ（θＺ方向の位置ずれ）を計測することができる。これにより、マスクＭの膨張（あるいは置き位置ずれ）に起因する感光基板Ｐ上における目標位置に対するパターンの位置誤差を計測することができる。ここで、投影像の像配列の変動によるパターンの位置誤差や、マスクＭの膨張により生じるパターンの位置誤差は、露光光の照射熱など経時的要因で生じるものである。
【００４９】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＣ３で計測した結像特性の計測結果（パターンの位置誤差の計測結果）に基づいて、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性を精度保証範囲内に納めるための第２補正量を設定する。ここで設定する第２補正量は、上述したように投影像の像配列やマスクＭの膨張分に対する補正量、すなわちパターンの位置誤差を補正するための補正量である（ステップＳＣ４：第２設定ステップ）。
【００５０】
そして、第２回目のキャリブレーション処理では、第１回目のキャリブレーション処理のようなテスト露光は行わない。すなわち、移動するマスクＭの同期移動方向での各位置に応じた投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの感光基板Ｐ上での結像特性の変動は、マスクＭやマスクステージＭＳＴの撓み変形等に起因するものであって、経時的に変化するものではなく、マスクＭ（マスクステージＭＳＴ）の位置に依存するものである。したがって、ここでは経時的に生じるパターンの位置誤差に対する補正量（第２補正量）の再設定は行うが、マスクＭの位置に応じた結像特性の変動に対する補正量（第１補正量）の再設定は行わない。そして、マスクＭの位置に応じた結像特性に対する補正量には、第１回目のキャリブレーション処理のステップＳＡ６で設定し記憶装置１０３に記憶されている第１補正量が用いられる。
【００５１】
また、マスク位置に依存した誤差に対する補正量とした際には、マスク全面でのパターンの位置誤差を求めるのではなく、第２回目のキャリブレーションはマスクＭの数点の位置、例えば両サイドにあるパターンの位置を計測し、マスクＭの中間位置にあるパターンの位置誤差を計測点の数に応じて補間して求める。２点の場合、一次直線補間を行い、補正量（第２補正量）としてもよい。
【００５２】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＣ４で新たに設定した第２補正量とステップＳＡ８で設定し記憶装置１０３に記憶されている第１補正量とに基づいて、パターンの位置誤差とマスクＭの位置に依存した感光基板Ｐ上での結像特性とを合わせた補正量を設定する（ステップＳＣ５：補正ステップ、補正演算ステップ）。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性（光学特性）を補正するために設定した第２補正量に基づいて、次の露光処理で用いるＸ軸方向における複数の各位置での位置ずれに対する第１補正量を補正演算する。以上で第２回目のキャリブレーション処理が終了される（ステップＳＣ６）。
【００５３】
次の露光処理（図５のステップＳ５）では、第１及び第２補正量に基づいて、パターンの位置誤差とマスクＭの位置に応じた感光基板Ｐ上での結像特性とを合わせて補正しつつ露光処理が実行される。つまり、制御装置ＣＯＮＴは、同期移動の移動時に、前記第１補正量をステップＳＣ４で設定した第２補正量に基づいて補正し、露光処理する。
そして、第３回目以降のキャリブレーション処理では上述した第２回目のキャリブレーション処理と同様の処理が実行される。
【００５４】
以上説明したように、マスクの位置に依存した投影光学系の基板上での結像特性の変動に対する第１補正量を予め求めておき、定期的に実行されるキャリブレーション処理時にはパターンの位置誤差に対する第２補正量を設定するための計測動作のみを行い、予め求めておいた第１補正量を新たに設定した第２補正量で補正演算し、補正演算された結果を用いて投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性を補正しつつ露光処理するようにしたので、キャリブレーション処理全体の処理時間を短縮することができる。したがって、キャリブレーション処理の度にテスト露光を行わなくても投影光学系の結像特性を精度保証範囲内に納めて露光処理できる。
【００５５】
ところで、マスクステージＭＳＴのＹ軸方向の位置を計測する際に用いるレーザ干渉計の移動鏡２ｙが水平方向（Ｙ軸方向）に撓んでいると、上記移動鏡２ｙの撓みに起因してレーザ干渉計１ｙの出力値に誤差が生じ、図９に示す模式図のように、マスクステージＭＳＴの走査方向への移動軌跡がＹ軸方向に湾曲するといった不都合が生じる場合がある。このような不都合はマスクステージＭＳＴの移動に伴って前記コラムが水平方向（Ｙ軸方向）に撓む場合にも生じる。ここで、上記移動軌跡は経時的に変化しない。制御装置ＣＯＮＴは前記移動軌跡を補正するために、まず、上述したステップＳＡ６のテスト露光で感光基板Ｐ上に形成されたパターン形状を計測する。次いで、制御装置ＣＯＮＴは、上述したステップＳＡ７において、前記パターン形状計測結果に基づいてＸ軸方向に移動するマスクＭのＹ軸方向の位置を含む移動軌跡を求める（位置計測ステップ）。そして、制御装置ＣＯＮＴは、上述したステップＳＡ８において、位置計測ステップの計測結果に基づいてＸ軸方向に移動するマスクステージＭＳＴ（マスクＭ）のＹ軸方向における位置補正量を設定する（第３設定ステップ）。この位置補正量は湾曲するように移動するマスクステージＭＳＴを直線状に移動させるための補正量であって、マスクステージ駆動部ＭＳＴＤのＹ軸方向への駆動量を含む。設定された位置補正量は記憶装置１０３に記憶される（ステップＳＡ９）。そして、露光処理を行う際には、第３設定ステップで設定した位置補正量に基づいてマスクＭ（マスクステージＭＳＴ）のＹ軸方向における位置（移動軌跡）をマスクステージ駆動部ＭＳＴＤを介して補正しつつ露光処理を行う。
【００５６】
マスクステージＭＳＴのＹ軸方向への位置変動（移動軌跡）をマスクステージ駆動部ＭＳＴＤで補正することにより、投影光学系ＰＬの補正機構の駆動量を抑えることができる。すなわち、マスクステージＭＳＴの移動軌跡をマスクステージ駆動部ＭＳＴＤで補正しない場合、移動軌跡の湾曲が大きいと、例えば投影像をＹ軸方向にシフトするシフト補正機構５Ｂの駆動量を大きくしなければならず、設定した補正量が補正機構５Ｂの駆動装置５Ｂｄの駆動限界を超えてしまう場合も考えられる。しかしながら、マスクステージＭＳＴの移動軌跡をマスクステージ駆動部ＭＳＴＤの駆動で補正することにより、上記シフト補正機構５Ｂの駆動量を抑えることができ、移動軌跡の湾曲が大きい場合であっても、感光基板Ｐの走査方向における各位置において精度良い露光処理を行うことができる。
なお、ここではマスクステージＭＳＴの移動軌跡をマスクステージ駆動部ＭＳＴＤの駆動量を補正することで補正するように説明したが、レーザ干渉計の計測結果を補正することでマスクステージＭＳＴの移動軌跡を補正するようにしてもよい。更には、レーザ干渉計の計測結果を補正することでマスクステージＭＳＴの移動軌跡の補正の一部を行い、残りの一部をシフト調整機構で補正するといった構成とすることもできる。
【００５７】
上記実施形態では、複数並んだ投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅのそれぞれに関して補正量を設定し、結像特性を個別に補正する構成であるが、例えば複数の投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅを複数のグループに分け、グループ毎に補正量の平均値を求め、求めた平均値に基づいて結像特性を補正するようにしてもよい。これにより結像特性の計測誤差を低減することができる。
【００５８】
上記各実施形態において、投影光学系の結像特性を計測する際に用いるマークはマスク及び基板ステージのそれぞれに設けられている構成であるが、マスクステージや感光基板にマークを設けてもよい。
【００５９】
上記実施形態の露光装置ＥＸとして、マスクＭと感光性基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを露光する走査型の露光装置の他に、マスクＭと感光性基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、感光性基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置に適用することもできる。
【００６０】
露光装置ＥＸの用途としては角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限定されることなく、例えば、半導体製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００６１】
本実施形態の露光装置ＥＸの光源１は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）のみならず、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）を用いることもできる。
【００６２】
投影光学系ＰＬの倍率は、等倍系のみならず縮小系および拡大系のいずれでもよい。投影光学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にする。
【００６３】
基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
【００６４】
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００６５】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明はこのような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００６６】
マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００６７】
以上のように、本願実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００６８】
半導体デバイスは、図１０に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスクを製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクのパターンを基板に露光する基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、移動するマスクの位置に応じた投影光学系の基板上での結像特性と、経時的に生じるパターンの位置誤差とを合わせて補正するようにしたので、基板やステージが大型化して撓み等の非線形な変形が生じても、走査方向の各位置において精度良い露光処理を生産性良く実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図３】マスク及び基板ステージに設けられたマーク群と投影領域との位置関係を説明するための模式図である。
【図４】マーク計測動作を示す模式図である。
【図５】本発明の露光方法の一実施形態を示すフローチャート図である。
【図６】第１回目のキャリブレーション処理手順の一例を示すフローチャート図である。
【図７】露光処理手順の一例を示すフローチャート図である。
【図８】第２回目以降のキャリブレーション処理手順の一例を示すフローチャート図である。
【図９】マスクステージの移動軌跡を示す模式図である。
【図１０】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１ｙ…Ｙレーザ干渉計（位置計測装置）、５…シフト調整機構（補正機構）、
６…像面調整機構（補正機構）、７…スケーリング調整機構（補正機構）、
１１、１２…ローテーション調整機構（補正機構）、
６０…ＡＩＳ受光系（計測装置）、１００…設定装置、１０１…報知装置、
１０２…パターン形状計測装置（計測装置）、ＣＯＮＴ…制御装置、
ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、Ｍ…マスク、ＭＳＴ…マスクステージ、
Ｐ…感光基板（基板）、ＰＬ（ＰＬａ〜ＰＬｅ）…投影光学系、
ＰＳＴ…基板ステージ
【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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