(57)【要約】【課題】投影光学系の焦点位置、結像位置の変動を適正に補正することが可能な露光装置を提供する。【解決手段】マスク１０のパターンの像を感光性基板１４上に形成するための複数の投影光学系１２ａ〜１２ｅを有する露光装置であって、複数の投影光学系の各々の変動量を計測する計測手段５５ａ〜５５ｆと、計測手段により計測された複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出する推定値算出手段５０と、推定値算出手段により算出された複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値に基づいて、複数の投影光学系の各々における焦点位置の補正を行う焦点位置補正手段とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板のパターンの像を第２基板上に形成するための複数の投影光学系を有する露光装置であって、
前記複数の投影光学系の各々の変動量を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された前記複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出する推定値算出手段と、
前記推定値算出手段により算出された前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値に基づいて、前記複数の投影光学系の各々に対する焦点位置の補正を行う焦点位置補正手段と
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記推定値算出手段は、
前記計測手段により計測された変動量に基づいて焦点位置変動に関する変動飽和量を求め、この求められた変動飽和量と既知の透過率を有するマスクに基づいて取得された焦点位置変動に関する基準変動飽和量とに基づいて、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出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】
前記焦点位置補正手段は、
前記推定値算出手段により算出された前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値に基づいて、前記第２基板を保持する基板ステージ位置の補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量算出手段により算出された補正量に基づいて前記基板ステージ位置の補正を行う補正手段と
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
前記補正量算出手段は、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値の中で、所定の値以上の変動量推定値に基づいて、前記第２基板を保持する基板ステージ位置の補正量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記計測手段により計測された前記複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、キャリブレーションの実施間隔を決定するキャリブレーション実施間隔決定手段と、
前記キャリブレーション実施間隔決定手段により決定された実施間隔に基づいてキャリブレーションを実施するキャリブレーション手段と
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記キャリブレーション実施間隔決定手段は、前記複数の投影光学系の各々の変動量の中で最大のものに基づいてキャリブレーションの実施間隔を決定することを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】
第１基板のパターンの像を第２基板上に形成するための複数の投影光学系を有する露光装置の調整方法であって、
既知の透過率を有する計測用の第１基板に基づいて焦点位置変動に関する基準変動飽和量を取得する基準変動飽和量取得工程と、
製造用の第１基板に基づいて前記複数の投影光学系の各々の変動量を計測する計測工程と、
前記計測工程により計測された前記複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出する推定値算出工程と、
前記推定値算出工程により算出された前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を除去するように、前記複数の投影光学系の各々に対する焦点位置の補正を行う焦点位置補正工程と
を含むことを特徴とする露光装置の調整方法。
【請求項８】
前記推定値算出工程は、
前記計測工程により計測された変動量に基づいて焦点位置変動に関する変動飽和量を求め、この求められた変動飽和量と前記計測用の第１基板に基づいて取得された焦点位置変動に関する基準変動飽和量とに基づいて、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出することを特徴とする請求項７記載の露光装置の調整方法。
【請求項９】
前記焦点位置補正工程は、
前記推定値算出工程により算出された前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値に基づいて、前記第２基板を保持する基板ステージ位置の補正量を算出する補正量算出工程と、
前記補正量算出工程により算出された補正量に基づいて前記基板ステージ位置の補正を行う補正工程と
を含むことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の露光装置の調整方法。
【請求項１０】
前記補正量算出工程は、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値の中で、所定の値以上の変動量推定値に基づいて、前記第２基板を保持する基板ステージ位置の補正量を算出することを特徴とする請求項７〜請求項９の何れか一項に記載の露光装置の調整方法。
【請求項１１】
第１基板のパターンの像を第２基板上に投影露光する請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の露光装置を用いた露光方法において、
照明装置により第１基板のパターンを照明する照明工程と、
前記複数の投影光学系により前記第１基板のパターンの像を前記第２基板上に投影露光する投影露光工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
第１基板のパターンの像を第２基板上に投影露光する請求項７〜請求項１０の何れか一項に記載の調整方法により調整された露光装置を用いた露光方法において、
照明装置により第１基板のパターンを照明する照明工程と、
前記複数の投影光学系により前記第１基板のパターンの像を前記第２基板上に投影露光する投影露光工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、第１基板のパターンの像を第２基板上に形成するための複数の投影光学系を有する露光装置、該露光装置の調整方法及び該露光装置を用いた露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶パネル、カラーフィルタ等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、レジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する一括露光型（ステッパー等）、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置が使用されている。このような投影露光装置においては、半導体素子、液晶パネル、カラーフィルタ等のパターンの微細化が進むに従って、投影露光装置に備えられている投影光学系に対しては特に解像力の向上が望まれている。投影光学系の解像力を向上させるには、露光波長をより短くするか、あるいは開口数（Ｎ．Ａ．）を大きくすることが考えられる。
【０００３】
そこで近年、露光光については、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）から、ｉ線（波長３６５ｎｍ）が用いられるようになってきており、更に最近ではより短波長の露光光、例えば、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、更には、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光が用いられるようになっている。そして、これら短波長の露光光のもとで使用できる投影光学系が開発されている。
【０００４】
ところで投影露光装置に搭載されている投影光学系においては、光源から発せられた露光光の照射に基づいて焦点面や結像位置の変動が生じる。この焦点面や結像位置の変動は、投影光学系の特性（変化の時定数）と透過光量（照度と照射時間の積）に支配されるものであり、投影露光装置の性能の中でも特に重視されている結像性能（解像力）の低下に直結するものである。従って、その補正は必須であるが、光源の消耗に伴う焦点面や結像位置の変動、転写像が描画されるマスクの透過率、転写対象基板への照射時間が一定でないなど、画一的な条件で使用されないため、光源の照度や投影露光装置の使用条件に合わせた補正を行うことが必要になる。
【０００５】
従来、一括露光型の投影露光装置（ステッパー等）においては、プレートステージ上に設けられている照度計を用いて計測されたマスクの個々の領域における照度、及びマスクが無い状態での照度等に基づいてマスクの透過率を算出し、露光時における透過光量と、算出されたマスクの透過率に基づいて投影光学系の変動量を推定して、その補正を行っていた。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】
特開平６−２９１０１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の大型液晶パネル生産用の走査型露光装置においては、プレートサイズを大型化した際に処理時間の拡大を最小限に抑えるため、大型のマスクを採用する傾向にある。また、大面積を一括で投影する光学系の開発は困難であるため、比較的小さな露光領域を持つ投影光学系を複数本組み合わせ、マスク上のパターンをプレート上において組み合わせるマルチレンズ方式の走査型露光装置が開発されている。
【０００７】
上述のようにマルチレンズ方式の走査型露光装置においては、大型のマスクが採用されていることから、ステッパーにおける照度計測に用いられている小口径の照度計を用い、マスク領域を分割して照度計測を行う場合には膨大な時間が必要となり、現実的でないことから、液晶パネルの製造に用いられるマスクの平均的な透過率を用いて、投影光学系の変動量を推定してその補正を行わざるを得ない。従って、変動量の補正が実際のマスクのパターンに基づかないものになってしまう恐れがある。また、各投影光学系にどの程度の照射が行われるのかを把握することができないため、平均的稼動状況から求めた変動量を全投影光学系の平均値として補正を行わざるを得ない。従って、補正量と各投影光学系の変動量の差がそのまま補正誤差となり結像性能の低下を招くことになる。
【０００８】
更に、各投影レンズ間の結像位置は、空間像計測センサ（ＡＩＳ）により計測して、各投影レンズ間の結像位置合わせを行っているが、稼動状況の把握ができないため、必要以上に短い時間間隔で各投影レンズ間の結像位置合わせを行っており、生産性の低下を招いていた。
【０００９】
この発明の課題は、投影光学系の焦点位置、結像位置の変動を適正に補正することが可能な露光装置、該露光装置の調整方法及び該露光装置を用いた露光方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の露光装置は、第１基板のパターンの像を第２基板上に形成するための複数の投影光学系を有する露光装置であって、前記複数の投影光学系の各々の変動量を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された前記複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出する推定値算出手段と、前記推定値算出手段により算出された前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値に基づいて、前記複数の投影光学系の各々に対する焦点位置の補正を行う焦点位置補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２記載の露光装置は、前記推定値算出手段が前記計測手段により計測された変動量に基づいて焦点位置変動に関する変動飽和量を求め、この求められた変動飽和量と既知の透過率を有するマスクに基づいて取得された焦点位置変動に関する基準変動飽和量とに基づいて、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３記載の露光装置は、前記焦点位置補正手段が前記推定値算出手段により算出された前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値に基づいて、前記第２基板を保持する基板ステージ位置の補正量を算出する補正量算出手段と、前記補正量算出手段により算出された補正量に基づいて前記基板ステージ位置の補正を行う補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この請求項１〜請求項３記載の露光装置によれば、各投影光学系の変動量に基づいて、各投影光学系の焦点位置変動に関する変動飽和量を求め、この求められた各投影光学系の変動飽和量に基づき、基板ステージ位置の補正量を算出して、基板ステージ位置の補正を行うため、各投影光学系において照射変動による影響を最小とするように基板ステージ位置の補正を行うことができる。
【００１４】
また、請求項４記載の露光装置の露光装置は、前記補正量算出手段が、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値の中で、所定の値以上の変動量推定値に基づいて、前記第２基板を保持する基板ステージ位置の補正量を算出することを特徴とする。
【００１５】
この請求項４記載の露光装置によれば、複数の投影光学系の中で、所定の値以上の変動量推定値となった場合、基板ステージ位置の補正量を算出するため、投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値が大きくなった場合にも、基板ステージ位置の補正を行うことにより的確に複数の投影光学系の各々の焦点位置を補正できる。
【００１６】
また、請求項５記載の露光装置は、前記計測手段により計測された前記複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、キャリブレーションの実施間隔を決定するキャリブレーション実施間隔決定手段と、前記キャリブレーション実施間隔決定手段により決定された実施間隔に基づいてキャリブレーションを実施するキャリブレーション手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６記載の露光装置は、前記キャリブレーション実施間隔決定手段は、前記複数の投影光学系の各々の変動量の中で最大のものに基づいてキャリブレーションの実施間隔を決定することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５及び請求項６記載の露光装置によれば、複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、キャリブレーションの実施間隔を決定するため、露光装置のスループットを低下させることのない的確なキャリブレーションの実施間隔を決定することができる。
【００１９】
また、請求項７記載の露光装置の調整方法は、第１基板のパターンの像を第２基板上に形成するための複数の投影光学系を有する露光装置の調整方法であって、既知の透過率を有する計測用の第１基板に基づいて焦点位置変動に関する基準変動飽和量を取得する基準変動飽和量取得工程と、製造用の第１基板に基づいて前記複数の投影光学系の各々の変動量を計測する計測工程と、前記計測工程により計測された前記複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出する推定値算出工程と、前記推定値算出工程により算出された前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を除去するように、前記複数の投影光学系の各々に対する焦点位置の補正を行う焦点位置補正工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項８記載の露光装置の調整方法は、前記推定値算出工程が前記計測工程により計測された変動量に基づいて焦点位置変動に関する変動飽和量を求め、この求められた変動飽和量と前記計測用の第１基板に基づいて取得された焦点位置変動に関する基準変動飽和量とに基づいて、前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値を算出することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項９記載の露光装置の調整方法は、前記焦点位置補正工程が、前記推定値算出工程により算出された前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値に基づいて、前記第２基板を保持する基板ステージ位置の補正量を算出する補正量算出工程と、前記補正量算出工程により算出された補正量に基づいて前記基板ステージ位置の補正を行う補正工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
この請求項７〜請求項９記載の露光装置の調整方法によれば、各投影光学系の変動量に基づいて、各投影光学系の焦点位置変動に関する変動飽和量を算出し、この算出された各投影光学系の変動飽和量に基づき、基板ステージ位置の補正量を算出して、基板ステージ位置の補正を行うため、各投影光学系において照射変動による影響を最小とするように基板ステージ位置の補正を行うことができる。
【００２３】
また、請求項１０記載の露光装置の調整方法は、前記補正量算出工程が前記複数の投影光学系の各々の焦点位置の変動量推定値の中で、所定の値以上の変動量推定値に基づいて、前記第２基板を保持する基板ステージ位置の補正量を算出することを特徴とする。
【００２４】
この請求項１０記載の露光装置の調整方法によれば、複数の投影光学系の中で、所定の値以上の変動量推定値となったもののみに基づいて基板ステージ位置の補正量を算出するため、的確な基板ステージ位置の補正量を算出することができる。
【００２５】
また、請求項１１記載の露光方法は、第１基板のパターンの像を第２基板上に投影露光する請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の露光装置を用いた露光方法において、照明装置により第１基板のパターンを照明する照明工程と、前記複数の投影光学系により前記第１基板のパターンの像を前記第２基板上に投影露光する投影露光工程とを含むことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１２記載の露光方法は、第１基板のパターンの像を第２基板上に投影露光する請求項７〜請求項１０の何れか一項に記載の調整方法により調整された露光装置を用いた露光方法において、照明装置により第１基板のパターンを照明する照明工程と、前記複数の投影光学系により前記第１基板のパターンの像を前記第２基板上に投影露光する投影露光工程とを含むことを特徴とする。
【００２７】
この請求項１１、請求項１２記載の露光方法によれば、各投影光学系の照射変動に基づいて、各投影光学系の焦点位置の補正が的確に行われていることから、第１基板に形成されたパターンを第２基板上に良好に投影露光することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明による走査型露光装置の一例の概略的な構成を示す図である。超高圧水銀ランプ等の光源１から射出した光束は、楕円鏡２で反射された後にダイクロイックミラー３に入射する。このダイクロイックミラー３は露光に必要な波長の光束を反射し、その他の波長の光束を透過する。ダイクロイックミラー３で反射された光束は、光軸ＡＸ１に対して進退可能に配置されたシャッター４によって投影光学系側への照射を選択的に制限される。シャッター４が開放されることによって、光束は波長選択フィルター５に入射し、投影光学系１２ａが転写を行うのに適した波長（通常は、ｇ，ｈ，ｉ線のうち少なくとも１つの帯域）の光束となる。また、この光束の強度分布は光軸近傍が最も高く、周辺になると低下するガウス分布状になるため、投影光学系１２ａ〜１２ｅの各投影領域１３ａ〜１３ｅ内で強度を均一にする必要がある。このため、フライアイレンズ６とコンデンサーレンズ８によって光束の強度を均一化する。なお、ミラー７は配列上の折り曲げミラーである。
【００２９】
強度を均一化された光束は、視野絞り９を介してマスク（第１基板）１０のパターン面上に照射される。この視野絞り９は感光性基板（第２基板）１４上の投影領域１３ａを制限する開口を有する。視野絞り９とマスク１０との間にレンズ系を設けて視野絞り９とマスク１０のパターン面と感光性基板１４の投影面とが互いに共役になるようにしてもよい。
【００３０】
光源１から視野絞り９までの構成を投影光学系１２ａに対する照明光学系Ｌ１とし、この例では照明光学系Ｌ１と同様の構成を有する照明光学系Ｌ２〜Ｌ５を設けて、各照明光学系Ｌ２〜Ｌ５からの光束を投影光学系１２ｂ〜１２ｅのそれぞれに供給する。複数の照明光学系Ｌ１〜Ｌ５のそれぞれから射出された光束は、マスク１０上の異なる部分領域（照明領域）１１ａ〜１１ｅをそれぞれ照明する。ここで、投影光学系１２ａ〜１２ｅの光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な方向でマスク１０及び感光性基板１４の走査方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
【００３１】
部分領域１１ａ〜１１ｅは、各照明光学系Ｌ１〜Ｌ５の視野絞りにより規定されたマスク１０上における台形上の照射領域であり、第１列の部分領域１１ｂ，１１ｄに対して第２列の部分領域１１ａ，１１ｃ，１１ｅが交互に千鳥状に設けられている。基準位置において、第１列の部分領域１１ｂ，１１ｄと第２列の部分領域１１ａ，１１ｃ，１１ｅとは、双方の視野絞りのＹ方向端部がＸ方向からみて所定量重なり合うようにして位置している。部分領域１１ａ〜１１ｅにおけるＸ方向に所定量重なり合う端部領域を以下、継ぎ領域と呼ぶことにする。走査露光の際、この継ぎ領域を通過するマスクのパターン像は、第１列の部分領域１１ｂ，１１ｄと第２列の部分領域１１ａ，１１ｃ，１１ｅの双方で露光されて最適な積算露光量が得られるようになっている。
【００３２】
また、この走査型露光装置には、部分領域１１ａ〜１１ｅによって規定される照射領域上のマスク１０のパターンを感光性基板１４に転写するために、各部分領域１１ａ〜１１ｅに対応させて千鳥状に配列された５個の投影光学系１２ａ〜１２ｅが備えられている。これら投影光学系１２ａ〜１２ｅは、Ｙ方向に２列に並べられており、各投影光学系は各部分領域１１ａ〜１１ｅによって規定されるマスク１０上の照射領域に対してそれぞれ割り当てられている。
【００３３】
また、各列の投影光学系１２ｂ，１２ｄ（以下、第１投影列という）、１２ａ，１２ｃ，１２ｅ（以下、第２投影列という）には、結像特性調整機構１２０ａ〜１２０ｅが備えられている。以下、投影光学系１２ａ〜１２ｄとして２組のダイソン型光学系を組み合わせた投影光学系を採用した場合を例にとって説明する。
【００３４】
図２、図３、図４は、投影光学系１２ａ〜１２ｅに備えられたレンズモジュールの補正機構を示す図であり、投影光学系１２ａ〜１２ｅのうちの一つを模式的に表している。投影光学系１２ａ〜１２ｅは同一構成をとるため、ここでは投影光学系１２ａの結像特性調整機構を代表して説明する。
【００３５】
投影光学系１２ａは、２組のダイソン型光学系を上下に組み合わせた構成を有し、第１の部分光学系３１〜３３と、視野絞り３４と、第２の部分光学系３５〜３７からなる。第１の部分光学系は、マスク１０に対して±４５゜の傾斜で配置された２つの反射面を持つ直角プリズム３１と、マスク１０の面内方向に沿った光軸を有するレンズ３２及び凹面鏡３３を有する。第２の部分光学系は、マスク１０に対して±４５゜の傾斜で配置された２つの反射面を持つ直角プリズム３５と、マスク１０の面内方向に沿った光軸を有するレンズ３６及び凹面鏡３７を有する。
【００３６】
投影光学系１２ａは、さらに結像特性調整機構１２０ａとして、感光性基板１４に転写されるマスク１０のパターン像をマスク１０のＸ方向及びＹ方向の移動に応じてシフトさせるためのシフター部（シフト機構）と、感光性基板１４に転写されるマスク１０のパターン像を回転させるローテーション補正部（ローテーション補正機構）と、感光性基板１４に転写されるマスク１０のパターン像の倍率を調整する倍率調整部（倍率補正機構）を備える。各投影光学系１２ａ〜１２ｅのシフター部、ローテーション補正部、倍率調整部は、制御装置５０により個別に制御される。
【００３７】
シフター部は、マスク直下に配置された平行平板ガラス４１，４２からなり、Ｘシフト用の平行平板ガラス４１及びＹシフト用の平行平板ガラス４２をモータなどの駆動手段によって回転させることにより、感光性基板１４に転写されるマスク１０のパターン像をＸ方向あるいはＹ方向にシフトさせる。
【００３８】
ローテーション補正部では、図３に示すように、プリズム台４３にピエゾ素子４４ａ，４４ｂを介して固定されている直角プリズム３１を、光軸の回りに回転させることによりローテーション補正が行われる。ピエゾ素子４４ａ，４４ｂのどちらか一方を駆動することにより、あるいは両方のピエゾ素子４４ａ，４４ｂを逆方向に駆動することにより、直角プリズム３１を図３の矢印ａまたはその反対方向に回転させる。これにより投影像は直角プリズム３１の回転方向と同方向に回転する。
【００３９】
また、図４に示すように、両方のピエゾ素子４４ａ，４４ｂを同時に同じ量だけ伸ばすか縮めると、直角プリズム３１が矢印ｃの方向またはその反対方向に移動することにより光路差が生じ、焦点位置が変化してフォーカス調整を行うことができる。なお、図ではピエゾ素子を２箇所に配置するようにしているが、３個のピエゾ素子を用いて直角プリズム３１を３点で支持するようにしてもよい。
【００４０】
倍率調整部は、直角プリズム３１、レンズ３２、凹面鏡３３と並んだダイソン型光学系の直角プリズム３１とレンズ３２との間の一方の光軸上、例えば入力側の光軸上に３枚の光学レンズで構成されたズーム光学系４５を挿入することにより実現できる。ズーム光学系４５の３枚のレンズの間隔をピエゾ素子等のアクチュエータ４６によって制御することで像の投影倍率が制御可能となる。ズーム光学系４５のレンズ間隔を制御する以外にも、ズーム光学系４５のレンズ間を空気と異なる屈折率を有する気体で置換することによっても投影倍率を可変とすることができる。なお、倍率を調整するズーム光学系４５を一方のダイソン型光学系の光路に入れた際に、他方のダイソン型光学系の光路には、そのズーム光学系による影響を打ち消すように、固定されたレンズ群からなる補正光学系４７を入れるようにしてもよい。
【００４１】
第１の部分光学系（ダイソン型光学系）３１〜３３によって形成されるマスク１０の１次像は、Ｘ方向の横倍率が正であり、かつＹ方向の横倍率が負である等倍像である。１次像からの光は、第２の部分光学系３５〜３７を介して、マスク１０の２次像を感光性基板１４の表面上に形成する。従って、感光性基板１４の表面に形成される２次像は、マスク１０の等倍の正立像（上下左右方向の横倍率が正の像）となる。第１の部分光学系が形成する１次像の位置には、視野絞り３４が配置されている。
【００４２】
マスク１０を透過した複数の光束は、各照明光学系Ｌ１〜Ｌ５に対応する投影光学系１２ａ〜１２ｅを介して感光性基板１４上の異なる投影領域１３ａ〜１３ｅにマスク１０の照明領域１１ａ〜１１ｅのパターン像を結像する。投影光学系１２ａ〜１２ｅはいずれも正立等倍実結像（正立正像）光学系である。
【００４３】
感光性基板１４は基板ステージ１５に載置されており、基板ステージ１５は一次元の走査露光を行うべく走査方向（Ｘ方向）に長いストロークを持ったＸ方向駆動装置１６Ｘを有している。さらに、走査方向については高分解能及び高精度のＸ方向位置測定装置（例えばレーザ干渉計）１７Ｘを有する。また、マスク１０はマスクステージ２０により支持され、このマスクステージ２０も基板ステージ１５と同様に、走査方向（Ｘ方向）に長いストロークを持ったＸ方向駆動装置１８Ｘとマスクステージ２０の走査方向の位置を検出するＸ方向位置測定装置１９Ｘとを有する。
【００４４】
さらに、基板ステージ１５及びマスクステージ２０は、走査方向であるＸ方向とほぼ直交するＹ方向に移動する機能を有する。すなわち、基板ステージ１５には、基板ステージ１５をＹ方向に駆動するＹ方向駆動装置１６ＹとＹ方向位置測定装置１７Ｙが設けられている。同様に、マスクステージ２０には、マスクステージ２０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動装置１８Ｙとマスクステージ２０のＹ方向の位置を検出するＹ方向位置測定装置１９Ｙとが設けられている。また、基板ステージ１５には、基板ステージの傾きを調整する調整機構（図示せず）も設けられている。
【００４５】
基板ステージ１５には空間像計測センサ（ＡＩＳ）５５ａ〜５５ｆが設置されており、感光性基板１４上に投影された台形状の投影領域１３ａ〜１３ｆのエッジ部分（継ぎ領域）を検出する。更に、空間像計測センサ（ＡＩＳ）５５ａ〜５５ｆによりマスクマーク２３ａ〜２３ｒ（図６参照）の検出を行う。また、基板ステージ１５には照度センサ５６が設置されており、感光性基板１４上の照度の検出を行う。なお、基板ステージ１５上には、感光性基板１４を上下動させるための図示しないＺステージが設置されている。Ｚステージの高さを変えて空間像計測センサ（ＡＩＳ）５５ａ〜５５ｆによりマスクマーク２３ａ〜２３ｒの検出を行うことにより、後述する焦点位置に関する変動飽和量等を導出することができる。
【００４６】
なお、感光性基板１４及びマスク１０を、例えばコの字型の走査フレーム上に固定し、感光性基板１４とマスク１０とを一体として走査方向（Ｘ方向）に駆動するように構成することもできる。その場合には、感光性基板１４とマスク１０とを載置した走査フレームをＸ方向に駆動する駆動装置を備えれば、基板ステージ１５をＸ方向に駆動するＸ方向駆動装置１６Ｘとマスクステージ２０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動装置１８Ｘとを個別に備える必要はない。
【００４７】
図５は、基板ステージ１５上に保持された感光性基板１４の上面図である。感光性基板１４上の投影領域１３ａ〜１３ｅは、図５に示すようにＹ方向に隣合う領域同士（例えば、１３ａと１３ｂ、１３ｂと１３ｃ）が図のＸ方向に所定量変位するように、かつ隣合う領域の端部同士が破線で示すようにＹ方向に重複するように配置される。よって、上記複数の投影光学系１２ａ〜１２ｅも各投影領域１３ａ〜１３ｅの配置に対応してＸ方向に所定量変位するとともにＹ方向に重複して配置されている。また、複数の照明光学系Ｌ１〜Ｌ５は、マスク１０上の照明領域１１ａ〜１１ｅが上記投影領域１３ａ〜１３ｅと同様の配置となるように配置される。感光性基板１４には、露光領域１４ａの外側にアライメントマーク（基板マーク）２４ａ〜２４ｊが設けられている。
【００４８】
図６はマスク１０の上面図であり、感光性基板１４に転写すべきパターンが形成されたパターン領域１０ａが形成されている。マスク１０には、パターン領域１０ａの外側に、アライメントマーク（マスクマーク）２３ａ〜２３ｒが設けられている。
【００４９】
マスク１０の上方には、図１及び図６に示すように、アライメント系２０ａ，２０ｂが配置され、このアライメント系２０ａ，２０ｂによってマスク１０に設けられたマスクマーク２３ａ〜２３ｊを検出するとともに、投影光学系１２ａ及び１２ｅを介して感光性基板１４上に形成された基板マーク２４ａ〜２４ｊを検出する。すなわち、アライメント系２０ａ，２０ｂから射出された照明光を反射鏡２５ａ，２５ｂを介してマスク１０上に形成されたマスクマーク２３ａ〜２３ｊに照射するとともに、複数配列した投影光学系１２ａ〜１２ｅのうちの両端部の光学系１２ａ，１２ｅを介して感光性基板１４上の基板マーク２４ａ〜２４ｊに照射する。
【００５０】
感光性基板１４上に形成された基板マーク２４ａ〜２４ｊからの反射光は投影光学系１２ａ，１２ｅ及び反射鏡２５ａ，２５ｂを介して、またマスク１０上に形成されたマスクマーク２３ａ〜２３ｊからの反射光は反射鏡２５ａ，２５ｂを介して、それぞれアライメント系２０ａ，２０ｂに入射する。アライメント系２０ａ，２０ｂは、マスク１０及び感光性基板１４からの反射光に基づいて各アライメントマークの位置を検出する。
【００５１】
図７は、空間像計測センサ（ＡＩＳ）５５ａ〜５５ｆに備えられている検出器としてのＣＣＤカメラの撮像領域を示す図である。ＣＣＤカメラの撮像領域内には指標マーク６０が設けられている。図８は、空間像計測センサ（ＡＩＳ）５５ａ〜５５ｆに備えられている検出器としてのＣＣＤカメラによりマスクマーク２３ａ〜２３ｒを撮像した状態を示す図である。各空間像計測センサ５５ａ〜５５ｆより指標マーク６０内に撮像されたにマスクマーク２３ａ〜２３ｒの位置を管理することによって、各投影光学系１２ａ〜１２ｅ間の結像位置のキャリブレーションを行うことができる。
【００５２】
図１に戻って、制御装置５０は、走査型露光装置全体を制御するものであり、位置測定装置１７Ｘ，１７Ｙ，１９Ｘ，１９Ｙの測定結果、アライメント系２０ａ，２０ｂの検出結果、空間像計測センサ５５ａ〜５５ｆの検出結果、照度センサ５６の検出結果等が入力される一方、各投影光学系１２ａ〜１２ｅ内部の結像特性調整機構１２０ａ〜１２０ｅを制御するための制御信号、マスクステージ２０及び基板ステージ１５の位置を制御するための制御信号を出力する。
【００５３】
制御装置５０は、マイクロコンピュータ等により構成され、記憶装置５１を有している。記憶装置５１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び電気的に書換可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）からなり、制御装置５０のプログラム、走査露光のための制御データなどを記憶する。
【００５４】
以下、上述のように構成された走査型露光装置の動作を説明する。まず、この走査型露光装置の調整段階において、予め透過率の明らかなマスクをマスクステージ２０上に載置して、連続照射を行い、規定の露光条件（規定条件）における基準データ、即ち、基準となる照射エネルギー量である基準Ｅ値(Estd)における投影光学系の焦点面変動に関する飽和量（基準飽和量：Fstd）と投影光学系の特性値（時定数：Ｋ１（照射時時定数）、Ｋ２（遮光時時定数））を求めておく。
なお、基準飽和量（Fstd）は、基板ステージ１５を一定間隔で焦点距離方向に移動しながらマスクマーク２３ａ〜２３ｒのコントラストを空間像計測センサ５５ａ〜５５ｆにより計測し、最大値が得られる基板ステージ１５の位置（最適焦点位置）を求め、変化が一定量を下回った場合にその値を、基準飽和量（Fstd）とする。この基準Ｅ値における基準飽和量（Fstd）と投影光学系の特性値（時定数）は、制御装置５０の記憶装置５１に記憶される。
【００５５】
図９に示すように、生産段階においては、まず、マスクステージ２０に載置されたマスク１０が新規なマスクか否かが判断される（ステップＳ１０）。ここで新規マスクと判断された場合には、新規マスクの運用の初期段階において、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの照射変動量を所定時間間隔で計測する（ステップＳ１１）。即ち、空間像計測センサ５５ａ〜５５ｆにより、マスクマーク２３ａ〜２３ｒを撮像して、焦点位置と結像位置を測定する。なお、焦点位置は、基板ステージ１５を一定間隔で焦点距離方向に移動しながらマスクマーク２３ａ〜２３ｒのコントラストを空間像計測センサ５５ａ〜５５ｆにより計測する。そして最大値が得られる基板ステージ１５の位置（最適焦点位置）を求め、変化が一定量を下回った場合にその値を、変動飽和量（Fmask）とする。また、照度センサ５６により感光性基板１４上の照度(Ｐ)を計測する。なお、変動飽和量（Fmask）、計測された照度（Ｐ）は、制御装置５０の記憶装置５１に記憶される。
【００５６】
なお、変動飽和量（Fmask）を計測する際、一定間隔での計測結果と時間とから、漸近線的に安定する値を計測結果の近似曲線として求めることにより、変動飽和量（Fmask）とするようにしてもよい。
【００５７】
次に、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動係数を算出する（ステップＳ１２）。即ち、生産段階における照射エネルギー量(Ecur)は、上述の基準Ｅ値(Estd)での基準飽和量（Fstd）と比例関係にあるため、数式１により生産段階における照射エネルギー量(Ecur)を求める。
（数式１）
Ｅcur＝Ｅstd×Ｆmask／Ｆstd
次に、生産段階における照射エネルギー量(Ecur)を用いて、各投影光学系１２ａ〜１２ｅにおける変動係数ＴmaskNを、数式２により求める。
（数式２）
ＴmaskN＝Ｅcur×Ｔtact／（α×Ｐ×Ｔexp）  N＝１〜５
Ｔtact：基板１枚あたりのサイクル時間（ｓｅｃ）
Ｔexp ：照射時間（ｓｅｃ）
α    ：定数
次に、キャリブレーションの実施間隔を決定する（ステップＳ１３）。即ち、空間像計測センサ５５ａ〜５５ｆにより計測した、マスクマーク２３ａ〜２３ｒの像位置の変化が規定範囲を超える時間間隔をキャリブレーションの実施間隔として決定する。なお、キャリブレーションの実施間隔は、各投影光学系１２ａ〜１２ｅを介して撮像されたマスクマークの像位置の変化の最大値に基づいて決定する。
【００５８】
次に、ステップＳ１２において算出された投影光学系１２ａ〜１２ｅ毎の変動係数ＴmaskN（N＝１〜５）及び、ステップＳ１３において決定されたキャリブレーションの実施間隔を制御装置５０の記憶装置５１に記憶する（ステップＳ１４）。
【００５９】
次に、走査型露光装置の露光動作について説明する。まず、記憶装置５１から基準データ（Estd, Fstd）を読み込むと共に（ステップＳ２０）、変動係数（ＴmaskN）、キャリブレーションの実施間隔を読み込む（ステップＳ２１）。
【００６０】
次に、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動量推定値を算出する（ステップＳ２２）。即ち、その時点でのEcurと変動量推定値（フォーカス変動量）（Ftarget）は、基準データ（Estd,Fstd）と比例関係にあることから、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動量推定値（Ftarget）を数式３により求める。
（数式３）
ＦtargetN＝α×Ｐ×ＴmaskN／Ｅstd×Ｆstd    N=１〜５
ＴmaskN：各投影光学系の変動係数
Ｐ    ：基板上照度
α    :定数
ここで露光光照射時における、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動量推定値Ｆｎは、数式４に従って求められる。
（数式４）
Ｆｎ＝Ｆｎ−１＋（Ftarget−Ｆｎ−１）×（１−ｅｘｐ(−Ｔｈ／Ｋ１)）
Ｆｎ：  照射後の変動量推定値（μｍ）
Ｆｎ−１：直前の変動量推定値（μｍ）
Ｔｈ  ：照射時間（ｓｅｃ）
Ｋ１  ：照射時時定数（ｓｅｃ）
また、露光光遮光時における、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動量推定値Ｆｎ−１は、数式５に従って求められる。
（数式５）
Ｆｎ＋１＝Ｆｎ×ｅｘｐ(−Ｔｃ／Ｋ２)）
Ｆｎ＋１：  遮光後の変動量推定値（μｍ）
Ｆｎ  ：直前の変動量推定値（μｍ）
Ｔｃ  ：遮光時間（ｓｅｃ）
Ｋ２  ：遮光時時定数（ｓｅｃ）
次に、基板ステージ１５の位置補正量を算出する（ステップＳ２３）。即ち、算出された各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動量推定値に基づいて、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動量推定値による影響が最も小さくなるように、基板ステージ１５の傾きの補正量（位置補正量）を算出する。なお、この基板ステージ１５の傾きの補正量の算出は、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動量推定値の中で所定の値よりも大きいもののみに基づいて行うようにしてもよい。
【００６１】
次に、基板ステージ１５の位置補正を行いマスク１０のパターンの露光を行う（ステップＳ２４）。なお、基板ステージ１５の位置補正は、露光終了まで逐次行われる（ステップＳ２５）。また、露光を行う際に、ステップＳ２１において読み込んだキャリブレーションの実施間隔で、キャリブレーションを実施する。
ここで、キャリブレーションは、空間像計測センサ５５ａ〜５５ｆにより、感光性基板１４上に投影された台形状の投影領域１３ａ〜１３ｆの継ぎ領域を検出することにより、各投影領域１３ａ〜１３ｆ間の位置ずれを検出し、この位置ずれを補正するように、制御装置５０により投影光学系１２ａ〜１２ｅの結像特性調整機構１２０ａ〜１２０ｅのシフター部（シフト機構）、ローテーション補正部（ローテーション補正機構）及び倍率調整部（倍率補正機構）が制御されることにより行われる。
【００６２】
この実施の形態にかかる走査型露光装置によれば、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動量に基づいて、各投影光学系１２ａ〜１２ｅの焦点位置変動に関する変動飽和量を求め、この求められた各投影光学系１２ａ〜１２ｅの変動飽和量に基づき、投影光学系の焦点位置の補正量を算出して補正を行うため、各投影光学系１２ａ〜１２ｅにおいて照射変動による影響を最小とするように補正を行うことができる。
【００６３】
また、複数の投影光学系の中で、所定の値以上の変動量推定値となった場合に基板ステージ１５の位置の補正量を算出するため、的確な投影光学系の焦点位置に対する補正量を算出することができる。
【００６４】
また、複数の投影光学系の各々の変動量に基づいて、キャリブレーションの実施間隔を決定するため、露光装置のスループットを低下させることのない的確なキャリブレーションの実施間隔を決定することができる。
【００６５】
なお、投影光学系の光路長を変える手段として、光路中に厚さを変えられる光学部材、例えば、くさび状の光学部材の斜面を対向するように配置し、斜面に沿って互いに移動させることにより光路長を変化させるようにしてもよい。
【００６６】
次に、この発明の実施の形態にかかる露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法について説明する。この発明の実施の形態にかかる露光装置では、感光性基板（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることができる。
【００６７】
図１１は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を説明するためのフローチャートである。図１１のパターン形成工程Ｓ５０では、この実施の形態の露光装置を用いマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程においては、照明光学系Ｌ１〜Ｌ５を用いてマスク１０が照明され、投影光学系１２ａ〜１２ｅを用いてマスク１０上のパターンの像が感光性基板１４上に投影され露光転写され、感光性基板１４上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。即ち、マスク１０と感光性基板１４とが位置合わせされた状態で、マスク１０と感光性基板１４とをＸ方向に沿って同期移動させることによって、マスク１０のパターン領域の全体が感光性基板１４上の露光領域の全体に転写される。
【００６８】
その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ５２へ移行する。
【００６９】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２の後に、セル組み立て工程Ｓ５４が実行される。セル組み立て工程Ｓ５４では、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００７０】
セル組み立て工程Ｓ５４では、例えば、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、
モジュール組立工程Ｓ５６にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
この発明の露光装置によれば、各投影光学系の変動量に基づいて、各投影光学系の焦点位置変動に関する変動飽和量を求め、この求められた各投影光学系の変動飽和量に基づき、投影光学系の焦点位置の補正を行うため、各投影光学系の照射変動による影響を最小とすることができる。また、複数の投影光学系が、所定の値以上の変動量推定値となった場合には、基板ステージ位置の補正量を算出し、的確な基板ステージ位置の補正量に基づいて、各投影光学系の焦点位置の補正量を算出するため、変動量が大きい場合にも的確な補正を行うことができる。
【００７２】
また、この発明の露光装置の調整方法によれば、各投影光学系の変動量に基づいて、各投影光学系の焦点位置変動に関する変動飽和量を求め、この求められた各投影光学系の変動飽和量に基づき、投影光学系の焦点位置の補正を行うため、各投影光学系の変動量による影響を最小とすることができる。
【００７３】
また、この発明の露光方法によれば、各投影光学系の照射変動に基づいて、各投影光学系の焦点位置の補正が的確に行われていることから、第１基板に形成されたパターンを第２基板上に良好に投影露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる走査型露光装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかる投影光学系に備えられた補正機構を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかる投影光学件系の詳細斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態にかかる投影光学件系の詳細側面図である。
【図５】この発明の実施の形態にかかる感光性基板の上面図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかるマスクの上面図である。
【図７】この発明の実施の形態にかかる空間像計測センサの撮像領域を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態にかかる空間像計測センサにおいてマスクマークを撮像した状態を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態にかかる露光装置における基準データの取得を説明するためのフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態にかかる露光装置における露光を説明するためのフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１              光源
１０            マスク
１４            感光性基板
１５            基板ステージ
２０            マスクステージ
５０            制御装置
５１            記憶装置
５５ａ〜５５ｅ  空間像計測センサ
５６            照度センサ
Ｌ１〜Ｌ５      照明光学系
１２ａ〜１２ｅ  投影光学系
【図１】
2004200430.tif 000003
【図２】
2004200430.tif 000004
【図３】
2004200430.tif 000005
【図４】
2004200430.tif 000006
【図５】
2004200430.tif 000007
【図６】
2004200430.tif 000008
【図７】
2004200430.tif 000009
【図８】
2004200430.tif 000010
【図９】
2004200430.tif 000011
【図１０】
2004200430.tif 000012
【図１１】
2004200430.tif 000013