(57)【要約】【課題】安価で、かつ、他の収差に関する副作用が小さく、一次元方向の倍率を自在に調整できる機構を備える投影光学系等を提供すること。【解決手段】Ｘ変倍光学系４３は、光軸ＯＡに沿って順次配置された上下一対の偏角プリズム４３ａ，４３ｂと、上側の偏角プリズム４３ａを固定する固定部材４３ｄと、下側の偏角プリズム４３ｂを保持しつつその傾斜度を調節することができる保持手段である支持部材４３ｅとを備える。偏角プリズム４３ｂの傾斜角度を調節すれば、投影光学系４０のＸ方向の倍率が調整される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の基板の像を所定倍率のもとで第二の基板上に投影する投影光学系において、
前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路中に配置されて前記投影光学系の光軸に対して偏角を与える少なくとも２つの光学部材を含む非等方的光学調整手段と；
前記少なくとも２つの光学部材のうち少なくとも一方を、前記投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節して保持する保持手段と；
を備えることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記非等方的光学調整手段は、前記少なくとも２つの光学部材として頂角がほぼ等しい一対の偏角プリズムを含み、当該一対の偏角プリズムは、全体としての偏角がほぼゼロとなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記少なくとも一方の光学部材は所定の頂角を有し、
前記保持手段は、前記少なくとも一方の光学部材の前記頂角の角度方向にほぼ対応する方向に沿って、前記少なくとも一方の光学部材の傾斜角を調節することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記少なくとも２つの光学部材は、互いに隣接して配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記投影光学系の光学特性のうち前記光軸に関して回転対称な成分を調整可能な回転対称成分調整手段をさらに備え、
前記少なくとも２つの光学部材は、各々の頂角の方向が前記投影光学系の光軸に垂直な基準軸であるＸ軸又はＹ軸に平行になるようにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記投影光学系の光学特性のうち前記光軸に関して回転対称な成分は等方的な倍率であることを特徴とする請求項５に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路中に配置されて前記非等方的光学調整手段が与える偏角の方向と直交する方向に関して前記投影光学系の光軸に偏角を与える少なくとも２つの光学部材を含む第２の非等方的光学調整手段と；
当該第２の非等方的光学調整手段の前記少なくとも２つの光学部材のうちの少なくとも一方を、前記投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節して保持する第２の保持手段と；
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項８】
前記非等方的光学調整手段に起因して発生する偏心収差を補正する偏心収差補正手段をさらに備え、
前記偏心収差補正手段は、前記非等方的光学調整手段の調整動作に応じて前記偏心収差を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項９】
前記少なくとも２つの光学部材は、石英または蛍石で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項１０】
第一の基板に形成されたパターンを第二の基板上に投影露光する投影露光装置において、
前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路中に配置された請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の投影光学系を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１１】
前記投影光学系を通過する光に基づいて、前記投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測手段と；
前記光学特性計測手段による計測結果に基づいて、前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調整する偏倍調整手段と；
をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の投影露光装置。
【請求項１２】
前記第一の基板を交換するための交換手段をさらに備え、
前記光学特性計測手段は、交換後の第一の基板の投影パターンの位置を前記第二の基板を保持するステージを基準として計測する投影像計測手段を備え、
前記偏倍調整手段は、前記投影像計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調整することを特徴とする請求項１１に記載の投影露光装置。
【請求項１３】
前記第二の基板に形成されるマークを計測するマーク計測手段をさらに備え、
前記偏倍調整手段は、前記マーク計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調節することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の投影露光装置。
【請求項１４】
第一の基板に形成されたパターンを第二の基板上に投影露光する投影露光装置において、
前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路中に配置された請求項６に記載の投影光学系と；
前記投影光学系を通過する光に基づいて、前記投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測手段と；
前記光学特性計測手段による計測結果に基づいて、前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調整するとともに前記回転対称成分調整手段に倍率調節を行わせる偏倍調整手段と；
を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１５】
前記第一の基板を交換するための交換手段をさらに備え、
前記光学特性計測手段は、交換後の第一の基板の投影パターンの位置を前記第二の基板を保持するステージを基準として計測する投影像計測手段を備え、
前記偏倍調整手段は、前記投影像計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調節するとともに前記回転対称成分調整手段に倍率調節を行わせることを特徴とする請求項１４に記載の投影露光装置。
【請求項１６】
前記第二の基板に形成されるマークを計測するマーク計測手段をさらに備え、
前記偏倍調整手段は、前記マーク計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調節するとともに前記回転対称成分調整手段に倍率調節を行わせることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の投影露光装置。
【請求項１７】
前記非等方的光学調整手段の前記少なくとも一方の光学部材の傾斜状態の変化に対する像位置の変化及び倍率変化に関する情報に基づいて、露光状態の制御を行い且つ前記第一及び第二の基板と前記投影光学系による投影像とのうち少なくとも一方の位置に補正を加える露光制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１０乃至請求項１６の何れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１８】
前記投影光学系は、前記第一の基板の一部の領域中のパターンを前記第二の基板上の一部の領域にそれぞれ投影する複数の部分投影光学系を備え、
前記非等方的光学調整手段は、前記複数の部分投影光学系ごとに個別に設けられており、
前記偏倍調整手段は、前記投影光学系の光学特性を計測する前記光学特性計測手段による計測結果に基づいて、前記非等方的光学調整手段中の前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を個別に調節することを特徴とする請求項１１乃至請求項１６の何れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１９】
前記第一の基板及び前記第二の基板を前記投影光学系に対して相対的に移動させて走査露光を行う走査手段をさらに備える請求項１８に記載の投影露光装置。
【請求項２０】
前記複数の部分投影光学系はさらに、前記部分投影光学系による部分投影像の位置を調整する位置調整手段と、前記部分投影光学系の倍率を調整する等方的倍率調整手段と、部分投影像の光軸まわりの回転位置を調整するための像回転調整手段とをそれぞれ備えることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の投影露光装置。
【請求項２１】
請求項１０乃至請求項２０の何れか１項に記載の投影露光装置を用いた露光方法において、
前記非等方的光学調整手段中の前記少なくとも２つの光学部材のうち少なくとも一方を前記投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節して、前記投影光学系の光軸に対して回転非対称な光学特性を発生又は補正する工程と；
前記第一の基板に形成された前記パターンを前記第二の基板上に投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２２】
前記第一の基板に形成された前記パターンを前記第二の基板上に露光する露光方法において、
前記第一の基板の像を前記第二の基板上に投影する投影光学系の光軸に偏角を与える少なくとも２つの光学部材のうち少なくとも一方を、前記投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節する工程と；
前記少なくとも２つの光学部材を経由した光に基づいて、前記第一の基板の像を記第二の基板上に投影する工程と；
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２３】
第一の基板の像を所定倍率のもとで第二の基板上に投影する投影光学系において、
前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路上中に位置決めされて、所定の頂角を持つクサビ状の空間を形成する手段と；
該クサビ状の空間の前記所定の頂角を変更する手段と；
を備えることを特徴とする投影光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスクのパターンをプレート上に投影露光することにより液晶表示素子を作製するための液晶露光装置や、ＩＣをはじめとする各種半導体デバイスを製造するための半導体露光装置等を含む露光装置及びこれに組み込まれる投影光学系に関し、特に、投影倍率を適正に設定するための機構を内蔵する投影光学系等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば液晶表示素子、半導体素子等を製造する際に、マスク（レチクル、フォトマスク等）のパターンを投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたプレート（ガラスプレート、半導体ウエハ等）上に投影する投影露光装置が使用されている。
【０００３】
一般に、液晶表示素子を製造する場合には、ガラスプレートを高温で処理するためガラス自体の伸縮が大きく、これに対応するため投影像自体の倍率を基板の伸縮に合わせて調整する必要がある。このような倍率調整を行う方法としては、以下の特許文献１や特許文献２に開示の手法がある。前者では、非常に薄く像性能に影響を与えない膜、例えばペリクルを湾曲させて光路中に配置することが提案されており、後者では、回転対称な平凸レンズあるいは回転対称な平凸レンズと平凹レンズの組を光軸方向に動かして像面での全体の倍率を等方的に調整することが提案されている。
【０００４】
しかしながら、ガラス基板は、高温で処理されるため、処理を行う基板の方向により、縦と横の倍率が異なってしまうといった問題が発生する。前者のように薄膜で倍率調整を行う場合には、その薄さにゆえに倍率調整量を目標値に正確に制御することが困難で、フィールドが大型になればなるほど調整が難しくなる。
【０００５】
そこで、以下の特許文献３では、回転非対称な２つのレンズ、例えば、直交した方向でパワーが異なるトーリックレンズを光路中に配置し、２つのレンズの一方を回転調整したり光軸方向に移動させることによって倍率を調整する方法が本出願人により提案されている。
【０００６】
一方、近年の露光装置では、１つの大きな投影光学系を使用する代わりに、小さな複数の部分投影光学系を走査方向に沿って所定間隔で複数列に配置し、各部分投影光学系でそれぞれマスクパターンをプレート上に露光する方式が提案されている（特許文献４参照）。
【０００７】
従来、このタイプの投影光学系は、特許文献５や特許文献６に示されているように、反射プリズムと凹面鏡、各レンズに構成され、中間像を一度形成し、更に同一の光学系をもう一段設けることによってマスク上のパターンをプレート上に正立正像等倍にて露光する光学系である。この種の投影光学系における倍率補正としては、特許文献６に記載されているように、２組の倍率補正レンズを使用して露光を行う方法と、特許文献７に記載してあるように、３枚の平凸、平凹、平凸レンズにより構成されたレンズ群のうち１枚を光軸方向に移動することにより等方的な倍率を調整する方法とがある。なお、特許文献８では、走査用のステージの軸受けとしてリニア・エア・ベアリングを使用し、この空気圧を部分的に制御することにより、走査用のステージの走り面の撓みに起因する倍率の補正方法が提案されており、プレートを２次元的に微動させる微小送り機構を設け、走査露光中にその微小送り機構を介してプレートの位置を調整することにより、間接的に走査方向の倍率を補正する方法が開示されている。また、これに対して微小送りねじ機構の応答性やコストの面を考慮し、走査方向の倍率を補正する方法が、特許文献９にて本出願人により提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５９−１４４１２７号公報
【特許文献２】
特開昭６２−３５６２０号公報
【特許文献３】
特開平７−１８３１９０号公報
【特許文献４】
特開平７−５７９８６号公報
【特許文献５】
特開平１０−３６６２６６号公報
【特許文献６】
特開２０００−１８７３３２号公報
【特許文献７】
特開平８−１７９２１７号公報
【特許文献８】
特公平５−２９１２９号公報
【特許文献９】
特開平８−８３７４４号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術において、ステッパタイプにて提案されている上記特許文献３のようにトーリックレンズを回転させて縦横の倍率を補正する場合には、回転機構が大掛かりになってしまうといった問題が発生する。また、２つのトーリックレンズのうち１枚を回転することは、ひし形のディストーションを発生させることになり、方向と量によって２枚を各々回転させる必要が生じる。さらに、トーリックレンズを光軸方向に移動させる場合、かかるトーリックレンズが特定方向にレンズ作用を有しているため、トーリックレンズを光軸方向に移動させる場合の精度が、一次元の倍率ばかりでなく、ディストーション自体を発生させてしまう要因を引き起こしてしまう。つまり、トーリックレンズを高精度に光軸に対して移動させる必要がある。これを実現するためには、移動させるためのガイドの真直性が重要になる。例えば、フィールドが１５０ｍｍ角程度のレンズの場合には、レンズ自体が直径２２０ｍｍ程度となるため、駆動機構自体を３カ所に配置する３軸程度にする必要がある。よって、これら３軸の真直性を高精度にする必要性から、駆動機構すなわち変倍機構がコスト的に高価となってしまうという問題が発生する。
【０００９】
また、スキャン型の露光装置の場合では、特許文献９にあるように走査方向の像位置を走査と同期してシフト露光をする方法提案されている。この方法では、走査するステージ自体はマスク側とプレート側で等速に移動すればよいが、これと同期して平行平面板を回転させる必要がある。つまり、この場合には走査によって像位置をずらすことと等価なため、マスクとプレートの速度を若干ずらすのと同じである。このようにマスクとプレートの相対速度を変える場合、露光フィールドの幅が線とみなせるときには、厳密な変倍転写が成り立つが、露光幅が１０ｍｍ以上と大きな場合には、積算された像においてコントラストが劣化してしまうことになる。つまり、コントラストの低下を起こさない範囲でしか、走査方向の倍率は変化させることができないといった問題が発生してしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、安価で、かつ、ディストーション、像面湾曲、アス等の収差に関する副作用が小さく、一次元方向の倍率を自在に調整できる機構を備える投影光学系等を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、走査型の投影露光装置であっても、コントラストを劣化させずに走査方向の倍率と非スキャン方向の倍率とを変化させて露光を行うことができる投影光学系等を提供することも目的とする。
【００１２】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決するため、第１発明に係る投影光学系は、第一の基板の像を所定倍率のもとで第二の基板上に投影する投影光学系において、前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路中に配置されて前記投影光学系の光軸に対して偏角を与える少なくとも２つの光学部材を含む非等方的光学調整手段と、前記少なくとも２つの光学部材のうち少なくとも一方を、前記投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節して保持する保持手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記投影光学系では、保持手段が、非等方的光学調整手段に設けた少なくとも２つの光学部材のうち少なくとも一方を投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節して保持するので、適当な傾斜状態に保持された光学部材の作用によって光軸の偏角を所望の程度に設定することができる。この結果、投影光学系に対し回転非対称な光学特性を所望の程度に付与することができる。つまり、第二の基板上に投影される第一の基板の像は、光軸の偏角に対応する所望の方向に関して、光学部材の傾斜状態に応じた変形や補正（具体的には、偏角の方向に関する相対的な拡大や縮小）の作用を受けることになる。
【００１４】
また、第２発明では、上記第１発明の投影光学系において、前記非等方的光学調整手段が、前記少なくとも２つの光学部材として頂角がほぼ等しい一対の偏角プリズムを含み、当該一対の偏角プリズムが、全体としての偏角がほぼゼロとなるように配置されている。この場合、一対の偏角プリズムを通過することによって光軸が全体として特定方向に屈曲することを防止しつつ、光学部材の傾斜状態に応じた一次元の倍率調整が可能になる。さらにこの場合、ディストーション、像面湾曲、アス等の副作用が小さい。
【００１５】
また、第３発明では、上記第１、２発明の投影光学系において、前記少なくとも一方の光学部材が所定の頂角を有し、前記保持手段が前記少なくとも一方の光学部材の前記頂角の角度方向にほぼ対応する方向に沿って前記少なくとも一方の光学部材の傾斜角を調節する。この場合、光学部材の傾斜角の設定によって、頂角の角度方向に関して一次元の倍率調整が可能となる。
【００１６】
また、第４発明では、上記第１〜３発明の投影光学系において、前記少なくとも２つの光学部材が互いに隣接して配置される。この場合、少なくとも２つの光学部材すなわち非等方的光学調整手段によって不要な収差が発生することを防止でき、必要最小限の変形や補正を達成することができる。
【００１７】
また、第５発明では、上記第１〜４発明の投影光学系において、前記投影光学系の光学特性のうち前記光軸に関して回転対称な成分を調整可能な回転対称成分調整手段をさらに備え、前記少なくとも２つの光学部材が、各々の頂角の方向が前記投影光学系の光軸に垂直な基準軸であるＸ軸又はＹ軸に平行になるようにそれぞれ配置される。この場合、基準軸であるＸ，Ｙ方向のいずれかの倍率を調整することができるとともに光学特性の回転対称成分も調整することができる。
【００１８】
また、第６発明では、上記第５発明の投影光学系において、前記投影光学系の光学特性のうち前記光軸に関して回転対称な成分が等方的な倍率である。この場合、回転対称成分である等方的倍率を調整することができる。
【００１９】
また、第７発明では、上記第１〜４発明の投影光学系において、前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路中に配置されて前記非等方的光学調整手段が与える偏角の方向と直交する方向に関して前記投影光学系の光軸に偏角を与える少なくとも２つの光学部材を含む第２の非等方的光学調整手段と、当該第２の非等方的光学調整手段の前記少なくとも２つの光学部材のうちの少なくとも一方を、前記投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節して保持する第２の保持手段とをさらに備える。この場合、最初の非等方的光学調整手段によって、回転非対称な光学特性を所定方向に所望の程度付与することができ、第２の非等方的光学調整手段によって、直交方向にも回転非対称な光学特性を所望の程度に付与することができる。
【００２０】
また、第８発明では、上記第１〜７発明の投影光学系において、前記非等方的光学調整手段に起因して発生する偏心収差を補正する偏心収差補正手段をさらに備え、前記偏心収差補正手段が前記非等方的光学調整手段の調整動作に応じて前記偏心収差を補正する。この場合、回転非対称な光学特性を所定方向に付与した副作用として偏心収差が発生した場合にも、このような偏心収差を偏心収差補正手段によって補正することができる。
【００２１】
また、第９発明では、上記第１〜８発明の投影光学系において、前記少なくとも２つの光学部材は、石英または蛍石で形成されている。投影光学系に対して偏角を与える少なくとも２つの光学部材として、部材の精度（例えば偏角精度、面精度（平面の場合は平面度））を考慮すると、一般的な多成分ガラスに対して加工性の良い石英ガラスで形成することが好ましい。また、使用波長が短波長（典型的には１８０ｎｍ）となる場合に、光の透過率を考慮すると、少なくとも２つの光学部材を蛍石で形成することが好ましい。
【００２２】
また、第１０発明に係る投影露光装置は、第一の基板に形成されたパターンを第二の基板上に投影露光する投影露光装置であって、前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路中に配置された上記第１〜９発明の投影光学系を備えることを特徴とする。この場合、適当な傾斜状態に保持された光学部材の作用によって光軸の偏角を所望の程度に設定することができ、投影光学系に対し回転非対称な光学特性を所望の程度に付与することができる。よって、第二の基板上に投影される第一の基板の像を光学部材の傾斜状態に応じて変形や補正することができ、目的とする変形や補正を達成した露光が可能になる。
【００２３】
また、第１１発明では、上記第１０発明の投影露光装置において、前記投影光学系を通過する光に基づいて、前記投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測手段と、前記光学特性計測手段による計測結果に基づいて、前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調整する偏倍調整手段とをさらに備える。この場合、投影光学系を介してのＴＴＬ方式の計測によって投影像の変形や補正（すなわちアライメント等を含む像調整）が可能になる。
【００２４】
また、第１２発明では、上記第１１発明の投影露光装置において、前記第一の基板を交換するための交換手段をさらに備え、前記光学特性計測手段が、交換後の第一の基板の投影パターンの位置を前記第二の基板を保持するステージを基準として計測する投影像計測手段を備え、前記偏倍調整手段が、前記投影像計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調整する。この場合、マスク等である前記第一の基板の交換に応じた倍率調整等が可能になる。
【００２５】
また、第１３発明では、上記第１１、１２発明の投影露光装置において、前記第二の基板に形成されるマークを計測するマーク計測手段をさらに備え、前記偏倍調整手段が、前記マーク計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調節する。この場合、プレート等である第二の基板の計測によって投影像の変形や補正（すなわちアライメント等を含む像調整）が可能になる。
【００２６】
また、第１４発明では、第一の基板に形成されたパターンを第二の基板上に投影露光する投影露光装置において、前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路中に配置された上記第６発明の投影光学系と、前記投影光学系を通過する光に基づいて、前記投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測手段と、前記光学特性計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調整するとともに前記回転対称成分調整手段に倍率調節を行わせる偏倍調整手段とを備える。この場合、第二の基板に投影される像に関して、回転非対称な変形や補正を付与することができるとともに、等方的倍率も調整することができる。そして、投影光学系を介してのＴＴＬ方式の計測によって投影像の変形や補正が可能になる。
【００２７】
また、第１５発明では、上記第１４発明の投影露光装置において、前記第一の基板を交換するための交換手段をさらに備え、前記光学特性計測手段が、交換後の第一の基板の投影パターンの位置を前記第二の基板を保持するステージを基準として計測する投影像計測手段を備え、前記偏倍調整手段が、前記投影像計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調節するとともに前記回転対称成分調整手段に倍率調節を行わせる。この場合、この場合、マスク等である前記第一の基板の回転非対称な変形や補正が可能になるとともに、等方的倍率の調整も可能なる。
【００２８】
また、第１６発明では、上記第１４、１５発明の投影露光装置において、前記第二の基板に形成されるマークを計測するマーク計測手段をさらに備え、前記偏倍調整手段が、前記マーク計測手段による計測結果に基づいて前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を調節するとともに前記回転対称成分調整手段に倍率調節を行わせる。この場合、プレート等である第二の基板の計測によって投影像の変形や補正が可能になるとともに、等方的倍率の調整も可能なる。
【００２９】
また、第１７発明では、上記第１０〜１６発明の投影露光装置において、前記非等方的光学調整手段の前記少なくとも一方の光学部材の傾斜状態の変化に対する像位置の変化及び倍率変化に関する情報に基づいて、露光状態の制御を行い且つ前記第一及び第二の基板と前記投影光学系とのうち少なくとも一方の位置に補正を加える露光制御手段をさらに備える。この場合、回転非対称な変形や補正を付与する状態や程度に応じて第一及び第二の基板の位置を修正することができる。
【００３０】
また、第１８発明では、上記第１１〜１６発明の投影露光装置において、前記投影光学系が前記第一の基板の一部の領域中のパターンを前記第二の基板上の一部の領域にそれぞれ投影する複数の部分投影光学系を備え、前記非等方的光学調整手段が前記複数の部分投影光学系ごとに個別に設けられており、前記偏倍調整手段が、前記投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測手段による計測結果に基づいて、前記非等方的光学調整手段中の前記少なくとも一方の光学部材の前記傾斜状態を個別に調節する。これにより、投影光学系が複数のレンズ系（部分投影光学系）からなる場合であっても、これらの光学特性を個別に調節して全体として高精度の露光を可能にする。
【００３１】
また、第１９発明では、上記第１８発明の投影露光装置において、前記第一の基板及び前記第二の基板を前記投影光学系に対して相対的に移動させて走査露光を行う走査手段をさらに備える。この場合、走査型の露光が可能になり、広域の前記第二の基板を高精度で露光することができる。
【００３２】
また、第２０発明では、上記第１８、１９発明の投影露光装置において、前記複数の部分投影光学系がさらに、前記部分投影光学系による部分投影像の位置を調整する位置調整手段と、前記部分投影光学系の倍率を調整する等方的倍率調整手段と、部分投影像の光軸まわりの回転位置を調整するための像回転調整手段とをそれぞれ備える。この場合、各部分投影光学系の結像状態のバラつきを補償して全体として高精度の露光が可能なる。
【００３３】
また、第２１発明に係る露光方法は、上記第１０〜２０発明の投影露光装置を用いた露光方法において、前記非等方的光学調整手段中の前記少なくとも２つの光学部材のうち少なくとも一方を前記投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節して、前記投影光学系の光軸に対して回転非対称な光学特性を発生又は補正する工程と、前記第一の基板に形成された前記パターンを前記第二の基板上に投影露光する工程とを含むことを特徴とする。この場合、非等方的光学調整手段によって光軸の偏角を所望の程度に設定することができ、投影光学系に対し回転非対称な光学特性を所望の程度に付与することができるので、第二の基板上に投影される第一の基板の像を適宜変形や補正することができ、高精度の露光が可能になる。
【００３４】
また、第２２発明に係る露光方法は、前記第一の基板に形成された前記パターンを前記第二の基板上に露光する露光方法において、前記第一の基板の像を前記第二の基板上に投影する投影光学系の光軸に偏角を与える少なくとも２つの光学部材のうち少なくとも一方を、前記投影光学系の光軸に対して所定の傾斜状態に調節する工程と、前記少なくとも２つの光学部材を経由した光に基づいて、前記第一の基板の像を記第二の基板上に投影する工程とを含むことを特徴とする。この場合も、投影像を適宜変形したり補正したりすることができ、高精度の露光が可能になる。
【００３５】
また、第２３発明に係る投影光学系は、第一の基板の像を所定倍率のもとで第二の基板上に投影する投影光学系において、前記第一の基板と前記第二の基板との間の光路上中に位置決めされて、所定の頂角を持つクサビ状の空間を形成する手段と、該クサビ状の空間の前記所定の頂角を変更する手段とを備えることを特徴とする。この場合、所定の頂角を変更する手段によって、光軸の偏角を所望の程度に設定することができ、投影光学系に対し非等方的な倍率特性を付与することができ、目的とする変形や補正を達成した高精度の露光が可能になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態に係る投影光学系及び投影露光装置について詳細に説明する。
【００３７】
図１は、本発明の第１実施形態による投影露光装置の全体構成を示す斜視図である。本実施形態においては、第一の基板であるマスクＭＡ１〜ＭＡ４として例えば液晶表示素子のパターンが形成されたものを用い、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置により、上記マスクＭＡ１〜ＭＡ４のパターン像を４つ一組として第二の基板であるプレートＰＴ上に転写する場合を例に挙げて説明する。
【００３８】
図示の投影露光装置１０は、マスクＭＡ１〜ＭＡ４を照明するための照明装置２０と、これらのマスクＭＡ１〜ＭＡ４を交換可能に支持するマスクステージ３０と、マスクステージ３０に固定された露光対象である特定マスクＭＡ１の下方に配置されてマスクＭＡ１の等倍像を形成する投影光学系４０と、投影光学系４０の下方に配置されてプレートＰＴを支持するステージ装置５０と、ステージ装置５０等に付随して設けられるアライメント系６０と、投影露光装置１０全体を統括的に制御する主制御装置８０とを備える。なお、図示の投影露光装置１０において、Ｘ軸及びＹ軸は、ステージ装置５０の水平な載置面に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸は、ステージ装置５０の載置面に対して直交する方向すなわち投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向に設定されている。
【００３９】
まず、照明装置２０について説明すると、楕円鏡２１の第１焦点位置には、例えばｇ線（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）の露光光を供給する超高圧水銀ランプ等の光源２２が配置されている。この光源２２からの露光光は、楕円鏡２１により集光されてミラーＭＲ１で反射された後、楕円鏡２１の第２焦点位置に集光されて不図示のシャッタを通過し、コレクタレンズ２３に入射して平行光束に変換される。なお、図示を省略しているが、ミラーＭＲ１とコレクタレンズ２３との間には光路に対して進退自在に光量調節用の減光フィルタや、露光波長選択用の波長選択フィルタを配置することができる。また以上では、照明用の光源２２として、超高圧水銀ランプを例として挙げたが、紫外線放射タイプのＬＥＤやＬＤに置き換えることができる。また、光源として、２４８ｎｍの露光光を供給するＫｒＦエキシマレーザや１９３ｎｍの露光光を供給するＡｒＦエキシマレーザ、さらには１５７ｎｍの露光光を供給するＦ２レーザ等を使用することもできる。
【００４０】
コレクタレンズ２３を透過した照明光は、フライアイ・インテグレータ２４にて均一な照度分布の光束にされる。フライアイ・インテグレータ２４は、多数の正レンズ要素からなるものであり、その射出側にレンズ要素の数に等しい数の２次光源像を形成して実質的な面光源を形成している。なお、図示を省略しているが、フライアイ・インテグレータ２４の射出面には、照明条件を決定するとともに露光条件に影響する重要な要素であるσ値（投影光学系４０の瞳の開口径に対する投影光学系４０の瞳面上での光源像の口径の比）を設定するための絞り部材が配置される。
【００４１】
フライアイ・インテグレータ２４により形成された２次光源像からの光束は、ハーフミラーＨＭ及びレンズＬ１を介して、マスクＭＡ１と共役な位置に配置されるとともに開口の大きさを増減させることによって露光光の照射範囲を調整するブラインド２５を照射する。ブラインド２５の開口を通過した露光光は、レンズＬ２を経て、ミラーＭＲ２で下方に反射されてコンデンサレンズ２６に入射する。この結果、ブラインド２５の開口の像が、レンズＬ２及びコンデンサレンズ２６によってマスクステージ３０上に載置されたマスクＭＡ１上で結像し、マスクＭＡ１の所望範囲が照明される。
【００４２】
なお、以上説明した楕円鏡２１、光源２２、コレクタレンズ２３、フライアイ・インテグレータ２４、レンズＬ１、ブラインド２５、レンズＬ２、コンデンサレンズ２６等は、マスクＭＡ１〜ＭＡ４を照明するための照明装置２０を構成する。また、照明装置内には、プレートの反射率を計測するための反射率測定機６５が装備されている。
【００４３】
マスクステージ３０は、各マスクＭＡ１〜ＭＡ４を順次載置して適所に保持する。このため、マスクステージ３０は、マスクＭＡ１〜ＭＡ４を保持するための機構を有し、さらに、マスクＭＡ１〜ＭＡ４をＸＹ面内で微動させたりＺ軸方向に微動させたりする並進機構や、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のまわりに微小回転させるチルト機構を備える。なお、マスクステージ３０に支持された各マスクＭＡ１〜ＭＡ４の交換は、不図示のマスクチェンジャによって行われる。
【００４４】
投影光学系４０は、マスクステージ３０上にセットされたマスクＭＡ１の照明領域に存在するパターンの像を、ステージ装置５０上に載置された基板又は感光性基板としてのプレートＰＴ上に転写する。投影光学系４０は、例えば等倍の投影レンズからなる投影光学系本体４１と、投影光学系本体４１の入射側に配置されて投影光学系本体４１の投影倍率をＸ方向に関して微調整するＸ変倍光学系４３とを備える。
【００４５】
前者の投影光学系本体４１は、回転対称成分調整手段である倍率調節部４５に駆動されており、適当なタイミングでその鏡筒内のレンズ間空間に対して圧力制御が行われる。これにより、投影光学系本体４１の結像倍率を等方的に、しかも微小な範囲であるが任意に変化させることができる。ここで、投影光学系本体４１内のほぼ対称系のレンズの場合には、上側と下側に２つの圧力制御室を配置し、差圧を利用して倍率補正を行うことができる（具体的な内容については、例えば特開昭６０−７８４１６号公報等参照）。以上では、投影光学系本体４１内の圧力制御により等方的な倍率補正を行う場合を説明したが、２枚或いは３枚のレンズを光軸方向に移動させて倍率を変化させることによっても、等方的な倍率補正を行うことができる。
【００４６】
ステージ装置５０は、プレートＰＴを保持してプレートＰＴとともに移動するステージ５１と、ステージ５１の姿勢を３次元的に調節するステージ駆動装置５２と、ステージ５１上に固定された干渉計測用の移動鏡５３ａ，５３ｂとを備える。ここで、ステージ駆動装置５２は、ステージ５１をＸ軸やＹ軸方向等に沿って大きくステップ移動させることができるとともに、ステージ５１をＹ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に沿って微動させたりこれらの軸のまわりに微小量だけ回転させることができる。
【００４７】
ステージ５１の位置座標や移動速度は、これに設けた移動鏡５３ａ，５３ｂでの反射を利用して位置計測を行うレーザ干渉計５４ａ，５４ｂによって監視される。つまり、移動鏡５３ａに対向するレーザ干渉計５４ａの検出結果を適宜処理することによってＸ軸方向の位置を検出することができ、移動鏡５３ｂに対向する複数のレーザ干渉計５４ｂの検出結果に基づいてＹ軸方向の位置を検出することができる。
【００４８】
アライメント系６０は、主にプレートＰＴ側のアライメント用として、ＴＴＬ方式のＡＩＳアライメント装置６１と、オフアクシス方式のプレートアライメント装置６２とを備える。また、アライメント系６０は、マスクＭＡ１のアライメント用として、オフアクシス方式のマスクアライメント装置６４を備える。このうち、ＡＩＳアライメント装置６１は、ステージ装置５０の支持面の適所に埋め込むように設けられている。また、プレートアライメント装置６２は、投影光学系４０の側方の４カ所に配置されている。さらに、マスクアライメント装置６４は、マスクステージ３０の近傍の２個所に配置されている。なお以上において、ＴＴＬ方式のＡＩＳアライメント装置６１は光学特性計測手段を構成し、オフアクシス方式のプレートアライメント装置６２はマーク計測手段を構成する。
【００４９】
図２は、非等方的光学調整手段であるＸ変倍光学系４３の構造を説明する側面図である。Ｘ変倍光学系４３は、光軸ＯＡに沿って順次配置された上下一対の光学部材である一対の偏角プリズム４３ａ，４３ｂと、上側の偏角プリズム４３ａを固定する固定部材４３ｄと、下側の偏角プリズム４３ｂを保持しつつその傾斜度を調節することができる保持手段である支持部材４３ｅとを備える。このうち、両偏角プリズム４３ａ，４３ｂは、同一形状で等しいクサビ角を有するが、頂角の方向をそれぞれ＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の逆向きにし、微小量間隔を空けて対向配置されている。この結果、両偏角プリズム４３ａ，４３ｂによって、光軸ＯＡに逆方向であるが等しい偏角を与えることになり、光軸ＯＡが垂直方向（この場合−Ｘ方向）に微少量シフトする。下側の偏角プリズム４３ｂを支持する支持部材４３ｅは、リンク７１ａを介して偏角プリズム４３ｂの頂角側に連結されるレバー部材７１ｂと、レバー部材７１ｂの他端に作用するリニアアクチュエータ７１ｃと、偏角プリズム４３ｂの反対側を下方から支持する支持体７１ｄとからなる。このうちレバー部材７１ｂは、適当な支点ＦＰに支持されてＹ軸のまわりに回転可能な構造となっており、駆動系であるリニアアクチュエータ７１ｃから延びるロッド７１ｆの伸縮に応じて偏角プリズム４３ｂの頂角側を上下方向つまりＺ軸方向に変位させる。これにより、偏角プリズム４３ｂの傾斜角を、その頂角の角度方向にほぼ対応する方向つまりＸ軸方向に沿って調節することができる。この際、テコの原理を利用した支点ＦＰの位置の設定によって、偏角プリズム４３ｂの傾斜角の設定の分解能を高めている。
【００５０】
以下、Ｘ変倍光学系４３を用いた偏倍すなわちＸ方向の倍率変更について説明する。図３（ａ）は、可動側の偏角プリズム４３ｂを反時計回りに回転させた場合を示す概念図である。この場合、両偏角プリズム４３ａ，４３ｂのガラス厚と空気間隔分との共通量は、Ｘ方向の偏倍すなわちディストーションに影響を与えないため、図３（ｂ）のように簡単化した光学系と考えることができる。ここで、偏角プリズム４３ａ，４３ｂの屈折率をｎ、頂角をθ、入射光束の幅をＬ、偏角プリズム４３ｂを傾けた回転角をθ’とする。さらに、偏角プリズム４３ａの−Ｘ側端の下面で屈折する光線角度を（θ＋α）とし、さらに、偏角プリズム４３ｂの＋Ｘ側端のガラス内を屈折する光線角度を（θ’−β）とし、幅Ｌに対して偏角プリズム４３ｂの下面における光線シフト量ａ，ｂが十分小さいと近似すると、次式が成り立つ。
【００５１】
ａ＝Ｌ×（ｔａｎθ−ｔａｎ（θ＋θ’））×ｔａｎα    …    （１）
ｂ＝Ｌ×（ｔａｎ（θ＋θ’）−ｔａｎθ）×ｔａｎβ    …    （２）
となり、Ｘ方向の倍率ＭＸは、
ＭＸ＝（ａ＋ｂ）／Ｌ    …    （３）
で与えられる。但し、上記式（１）中のαは、以下の式
ｓｉｎ（α＋θ）＝ｎ×ｓｉｎθ    …    （４）
を満足するαであり、上記式（２）中のβは、以下の式
ｎ×ｓｉｎ（θ’−β）＝ｓｉｎθ’    …    （５）
を満足するβである。ここで、両偏角プリズム４３ａ，４３ｂの硝材を石英（ｎ＝１．４６）とし、それらの頂角を０．５°とし、偏角プリズム４３ｂの回転角０．１°とすると、約１２ｐｐｍだけ倍率が変化することになる。両偏角プリズム４３ａ，４３ｂの頂角が大きくなると、コマ収差が発生するといった問題も生ずるので、頂角自体を小さくする方が収差的には有利である。通常の投影光学系において、プレートＰＴのサイズは１ｍ程度であり、その熱的な処理による変形に対応させる等方的な倍率変化はおよそ２０ｐｐｍで十分であり、その場合のプレートの伸縮によるＸ，Ｙ方向の倍率差はその約１／４〜１／２で十分であり、Ｘ変倍光学系４３によって５〜１０ｐｐｍ程度の倍率差を発生させれば良いことになる。上記式（１）〜（５）を用いて頂角を０．１°とすると、偏角プリズム４３ｂの傾斜量が約０．２°で、５ｐｐｍのＸ偏倍が可能であり、０．４５°程度で１０ｐｐｍの倍率調整が可能である。実際には、倍率の他にガラス部品である偏角プリズム４３ｂを傾けることによる像シフトも発生する。ガラスの厚さをｄ、回転角をγとするとシフト量ΔＸは、
ΔＸ＝ｄ×γ×（１−１／ｎ）    …    （６）
により近似的に算出される。上記式（６）に基づいてステージ装置５０の駆動量のオフセット値を算出し、このようなオフセット値をステージ移動に際しての補正量しても良いが、実際のプレートＰＴには、そのガラスの厚さ公差等が存在することや回転位置が異なることによって駆動誤差が発生する可能性があるため、実物の投影光学系４０において偏倍調節手段である偏倍調節部４４を介してＸ変倍光学系４３を適宜動作させてＸ方向の倍率を変化させ、倍率の変化率とシフト量との関係を予め求めておく方が望ましい。例えば以下に説明するＡＩＳアライメント装置６１（アライメント系６０の一機能）を用いてマスクＭＡ１のパターンを計測した場合に、Ｘ倍率が２ｐｐｍ、Ｙ倍率が−１ｐｐｍ変動し、さらに、プレートアライメント装置６２（アライメント系６０の別機能）を用いてプレートＰＴのスケーリングを計測した場合に、Ｘ倍率が１０ｐｐｍ、Ｙ倍率が１５ｐｐｍだったとすれば、合計Ｘ倍率が１２ｐｐｍ、合計Ｙ倍率が１４ｐｐｍとなり、この場合の倍率補正は、倍率調節部４５によって等方的に変化させる倍率量を１４ｐｐｍ、Ｘ方向のみの倍率量を−２ｐｐｍとなるようにすればよい。実際の露光時には、各マスクＭＡ１〜ＭＡ４のパターン近傍に配置したマークを各パターンにて描画誤差を最小になるように各マスクＭＡ１〜ＭＡ４ごとに倍率を決定する。つまり、各ショット毎に倍率調節部４５及び偏倍調節部４４を適宜動作させて各マスクＭＡ１〜ＭＡ４のスケーリング値を変え、それに合わせてステージ装置５０のステッピング駆動量も決定され露光が行われる。
【００５２】
なお、以上の説明では、露光時にマスクＭＡ１〜ＭＡ４の交換等に応じて倍率を決定することとしたが、投影光学系４０自体を単体で調整する時にも、Ｘ変倍光学系４３に設けた偏角プリズム４３ｂをワッシャ等により固定的なオフセット量として傾斜させて、Ｘ、Ｙ方向の非対称な倍率の補正を行うことができる。また、本実施形態では、下側の偏角プリズム４３ｂを駆動して傾斜させるようにしてあるが、上側の偏角プリズム４３ａを傾斜させることによってＸ方向の変倍を達成することできる。さらに、固定側の偏角プリズムをワッシャ等によりオフセット量として予め傾斜させることにより、投影光学系４０の固定的な単体調整用も可能になる。また、図２において、例えば上側の偏角プリズム４３ａを±Ｘ方向に微動させることによって投影光学系４０のフォーカスを調整することも可能である。さらに、特開平８−２８８１９２号公報に記載されているように、マスクＭＡ１と投影光学系本体４１との間にＸ変倍光学系４３を配置した場合、両偏角プリズム４３ａ、４３ｂを±Ｘ方向に関してそれぞれ逆に移動させることでディストーションを調整することも可能である。また、両偏角プリズム４３ａ、４３ｂのいずれかを光軸ＯＡまわりに回転することによって、像面傾斜を発生させることも可能になる。以上より明らかなように、Ｘ変倍光学系４３を構成する両偏角プリズム４３ａ、４３ｂを各方向に調整可能とすれば、投影光学系４０の倍率、ディストーション、フォーカス、像面傾斜等を適宜補正することができる。なお、本実施形態では、マスクＭＡ１と投影光学系本体４１との間に偏角プリズムのペア４３ａ、４３ｂを挿入したが、偏角プリズムのペアは、投影光学系本体４１とプレートＰＴとの間に挿入することもできる。一般に、投影光学系４０の倍率が半導体用の場合のように１／４程度の縮小であるときには、偏角プリズムのペアをＮＡが小さなマスクＭＡ１すなわちレチクル側に挿入する。また、投影光学系４０の倍率が等倍程度の倍率であるときは、偏角プリズムのペアをマスクＭＡ１とプレートＰＴのどちら側に挿入してもよく、２倍程度の拡大の時には、偏角プリズムのペアをプレートＰＴ側に挿入する方が、ＮＡが小さいので副作用が小さいといった利点がある。また、偏角精度や平面度等を考慮すると、変倍光学系としての偏角プリズム４３ａ，４３ｂを、一般的な多成分ガラスよりも加工性の良い石英ガラスで形成することが好ましい。なお、使用波長が短波長（典型的には１８０ｎｍ以下）となる場合には、光の透過率を考慮すると、偏倍光学系としての偏角プリズム４３ａ，４３ｂを石英で形成することが好ましい。
【００５３】
図４（ａ）は、図１に示すアライメント系６０のうちＡＩＳアライメント装置６１の構造を説明する図である。このＡＩＳアライメント装置６１は、マスクステージ３０上のマスクＭＡ１に形成されている位置計測用の指標マークに対して露光光を照射して得られる像を受光して、マスクＭＡ１に形成されたパターンの投影像の中心（露光中心）を求めるものであり、ベースライン量を決定する際に用いられる。
【００５４】
ＡＩＳアライメント装置６１において、基準マークＩＭ１が形成された指標板６１ａは、基準マークがプレートＰＴと接触しないように、プレートＰＴを固定するホルダ面よりも若干下方に配置されている。計測の場合には、ステージ５１を対応量だけ相対的に上昇させ、オートフォーカス系にて計測することにより、露光面に基準マークが配置されることになる。基準マークＩＭ１が形成された指標板６１ａ自体或いはこれに投影された光学像は、リレーレンズ６１ｂ，６１ｃ及び感度補正用のフィルタ６１ｄを介して、二次元撮像素子６１ｅ上に拡大された二次像として投影される。二次元撮像素子６１ｅは、ＣＣＤ撮像素子等からなり、指標板６１ａ上の基準マークＩＭ１とマスクＭＡ１上の指標マークとを重ねた画像を検出する。二次元撮像素子６１ｅは、その検出信号を主制御装置８０に送信し、主制御装置８０では、二次元撮像素子６１ｅからの検出信号に基づいて画像処理を行い、基準マークＩＭ１とマスクＭＡ１上の指標マークとのずれ量を求める。
【００５５】
図４（ｂ）は、指標板６１ａに形成された基準マークＩＭ１と指標板６１ａに投影されるマスクＭＡ１上の指標マークＩＭ２との一例を示す図である。このような基準マークＩＭ１は、例えば透明なガラス基板にクロムを蒸着することによって形成される。
【００５６】
図５は、図１に示すアライメント系６０のうちプレートアライメント装置６２の構造を説明する図である。このプレートアライメント装置６２は、ＡＩＳアライメント装置６１に形成された基準マークＩＭ１（図４参照）やプレートＰＴに形成されたマークの位置情報を計測するためのものであり、プレートＰＴに各マスクＭＡ１〜ＭＡ４の像をつなぎ合わせる継ぎ露光するために不可欠である。
【００５７】
プレートアライメント装置６２に組み込まれたハロゲンランプ６２ａは、干渉性の少ないブロードな波長帯域４００〜８００ｎｍの光を射出する。ハロゲンランプ６２ａから射出された光は、コンデンサレンズ６２ｂによって平行光に変換された後、ダイクロイックフィルタ６２ｃに入射する。ダイクロイックフィルタ６２ｃはハロゲンランプ６２ａから射出される光の光路に進出・挿入自在に構成された複数のフィルタからなり、光路に挿入されるフィルタの組み合わせを変えることにより、入射する光のうち、所定の波長帯域の光のみを選択して透過させる。ダイクロイックフィルタ６２ｃを透過した光は、焦点の一方が光ファイバ６２ｅの入射端６２ｆの位置にほぼ配置されるように設定された集光レンズ６２ｄに入射する。光ファイバ６２ｅは、１つの入射端と４つの射出端を備え、射出端の各々は、図１に示す各プレートアライメント装置６２に導かれている。光ファイバ６２ｅの１つの射出端６２ｇから射出された光は検出光ＩＬ１として用いられる。検出光ＩＬ１はコンデンサレンズ６２ｉを介して所定形状の基準マークが形成された指標板６２ｊを照明する。
【００５８】
指標板６２ｊを通過した検出光ＩＬ１は、リレーレンズ６２ｋを介して照明光と計測光とを分岐するハーフミラー６２ｍに入射する。ハーフミラー６２ｍで反射された検出光ＩＬ１は、対物レンズ６２ｎを介して結像面ＦＣに結像される。プレートＰＴに形成されたマーク等が結像面ＦＣに配置されている場合には、反射光が対物レンズ６２ｎ、ハーフミラー６２ｍ、及び第２対物レンズ６２ｑを順に介して逆行しビームスプリッタ６２ｒにおいて２方向に分岐され、分岐された一方の反射光がＣＣＤ等を備える低倍率の撮像素子６２ｓの撮像面に結像し、他方の反射光がＣＣＤ等を備える高倍率の撮像素子６２ｔの撮像面に結像する。両撮像素子６２ｓ，６２ｔはプレートアライメント装置６１の計測視野を異なる倍率で計測するためにそれぞれ設けられる。両撮像素子６２ｓ，６２ｔは、その検出信号を主制御装置８０に送信し、主制御装置８０では、両撮像素子６２ｓ，６２ｔからの検出信号に基づいて画像処理を行い、指標板６２ｊに形成された基準マークとプレートＰＴに形成されたマークとの中心位置のずれ量を求める。
【００５９】
以上のプレートアライメント装置６２により、アライメントマークが露光されたプレートＰＴについて４点×２軸の計８軸の情報を一度に計測することができる。
【００６０】
図１に戻って、第１マスクアライメント装置６４は、マスクステージ３０上に保持されたマスクＭＡ１の位置情報を検出するためのもので、マスクの上方に設けられた一対のマスク観察系６４ａ，６４ｂからなる。これらマスク観察系６４ａ，６４ｂは、マスクＭＡ１上のパターン領域外に描画された位置計測用の指標マークに検知光を照射し、その反射光を受光することにより、位置計測用の指標マークの位置を計測するものであって、その計測結果を主制御装置８０に出力する。
【００６１】
本実施形態においては、４枚のマスクＭ１〜Ｍ４の各々を用いてプレートＰＴ全体を露光する場合を考えているので、マスク観察系６４ａ，６４ｂは、各マスクに形成されたパターンの像をプレートＰＴに転写するに先立って、つまり、レチクルチェンジャによってマスクＭ１〜Ｍ４を交換するたびに、マスクステージ３０上に載置される各マスクＭ１〜Ｍ４に対して位置情報を正確に計測する。主制御装置８０は、マスク観察系６４ａ，６４ｂの計測結果に基づいて、マスクＭ１を保持するマスクステージ３０を、図示しないリニアモータ等の駆動手段をサーボ制御することにより、ＸＹ平面上の所望の位置に移動させることができる構成になっている。なお、照明装置２０内には、レンズ６５ａと光電検出器６５ｂとからなるアライメント系が設けられている。このアライメント系は、マスクＭＡ１に形成された位置計測用のマークをＴＴＬ方式で検出するものである。
なお、ステージ５１のＺ軸方向の位置は、ステージ５１の上方であって投影光学系ＰＬの側方に配設された投光系７３ａと受光系７３ｂとからなるオートフォーカス機構７３によって計測される。オートフォーカス機構７３は、投光系７３ａから射出された検知光を、ステージ５１上に設けられた反射板（不図示）に対して斜め方向から照射し、その反射光を受光系７３ｂで受光することで、投影光学系４０の光軸方向（Ｚ軸方向）に関し、プレートＰＴの上面をマスクステージ３０上に載置されたマスクＭＡ１と共役な位置に位置合わせをする構成になっている。
【００６２】
以下、第１実施形態の投影露光装置１０の動作について説明する。この投影露光装置１０では、予めマスクステージ３０上にマスクＭＡ１〜ＭＡ４を交換しつつ配置してベースライン計測を行う。具体的には、まずマスクＭＡ１をマスクステージ３０上に載置してマスク観察系６４ａ，６４ｂを利用したアライメントを行ってマスクＭＡ１を投影光学系４０に対して適性に配置する。次に、オートフォーカス機構７３を利用してステージ５１のＺ軸方向の位置を調整する。次に、ＡＩＳアライメント装置６１を用いて、マスクＭＡ１の投影像の中心（露光中心）を求める。これにより、マスクＭＡ１の像位置とステージ５１つまりプレートアライメント装置６２との相対関係すなわちベースラインを計測することができる。その後、プレートアライメント装置６２を利用したアライメントを行って、ステージ５１上のプレートＰＴのＸ、Ｙ、θ、直交度、及び倍率を計測する。このようなプレートアライメント装置６２を用いた計測は、他のマスクＭＡ２〜ＭＡ４についても行われ、後に行われる露光のためデータとして蓄積される。つまり、マスクＭＡ１〜ＭＡ４の各ショットの位置情報とプレートＰＴとの位置情報とによって、ステージ５１のステップ移動に際してのＸ、Ｙ位置と、そのときの回転角、さらには、投影光学系４０のＸ方向及びＹ方向の倍率が決定される。後の露光工程では、以上のようにして決定されたベースラインやステージ５１のステップ移動量、投影光学系４０のＸ方向及びＹ方向の倍率等の情報に基づいて、マスクＭＡ１〜ＭＡ４を交換しつつプレートＰＴ全面に継ぎ露光を行う。
【００６３】
〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態に係る投影露光装置の外観的構成を示す斜視図である。この投影露光装置１１０は、照明装置１２０と、マスクステージ（不図示）と、投影光学系１４０と、ステージ装置１５０とを備え、ステージ装置１５０に載置したプレート（感光性基板）ＰＴ上に、マスクＭＡに形成したパターン像を投影することによって走査型の露光処理を行う。
【００６４】
照明装置１２０において、楕円鏡２１を備える超高圧水銀ランプ等の光源２２からの照明光を、ミラーＭＲ１で反射してコレクタレンズ２３に入射させる。コレクタレンズ２３を射出した照明光は、光路上から退避可能な減光フィルタ２９ａ及び露光波長を選択する波長選択フィルタ２９ｂを透過し、リレー光学系Ｌ１を介してライトガイドファイバＦＳに入射する。ライトガイドファイバＦＳは、射出口を７分岐してあり、７つの射出口から射出した照明光は、７つの部分照明光学系１２８にそれぞれ入射する。各部分照明光学系１２８は、対応する射出口からの照明光をコリメートするコリメートレンズ１２８ａと、各照明光を均一化するフライアイレンズ等のインテグレータ１２８ｂと、２次光源からの照明光を重畳して投影するためのコンデンサーレンズ１２８ｃとを備える。これにより、各部分照明光学系１２８の下方に配置されたマスクＭＡ上でＸ方向に２列に並んだ７つの台形領域（照明視野ＩＡ）を均一に照明することができる。なお、マスクＭＡは、不図示のマスクホルダに固定された状態でマスクステージに駆動されて３次元的に移動自在となっており、例えばＹ方向に一定速度でマスクＭＡを移動させる走査が適当なタイミングで実行される。ここで、照明装置１２０は、各照明視野ＩＡに対して１つの光源２２を持つ図示の方式に限らず、多数の光源をランダム性の良い光ファイバ等のライトガイドによって各照明視野ＩＡに分割する方式であってもよく、光源２２としては、超高圧水銀ランプに限らず、紫外線放射タイプのＬＥＤやＬＤであっても構わない。
【００６５】
マスクＭＡ上の各照明領域ＩＡからの光は、投影光学系１４０、すなわち各照明領域ＩＡに対応して配列された７つの部分投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ７にそれぞれ入射する。これらのうち、奇数番の部分投影光学ユニットＰＬ１，ＰＬ３，ＰＬ５，ＰＬ７は、走査方向と直交するＸ方向に所定間隔で一列に配置されており、偶数番の部分投影光学ユニットＰＬ２，ＰＬ４，ＰＬ６も、同様にＸ方向に所定間隔で一列に配置されている。各部分投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ７は、それぞれ等倍正立系の同一光学系であり、プレートＰＴ上にマスクＭＡのパターン像を個別に転写する。つまり、プレートＰＴ上において、各照明視野ＩＡに対応するようにＸ方向に２列に配列された各台形領域（露光視野ＥＡ）に、照明視野ＩＡの等倍正立像が形成される。なお、プレートＰＴは、不図示のプレートホルダに固定された状態でプレートステージに駆動されて３次元的に移動自在となっており、例えばＹ方向に一定速度でプレートＰＴを移動させる走査がマスクＭＡの移動と同期して適当なタイミングで実行される。
【００６６】
プレートＰＴをプレートホルダとともに支持して移動させるプレートステージには、直交する方向に延びる一対の移動鏡５３ａ，５３ｂが設けられており、レーザ干渉計５４ａ，５４ｂによってプレートステージすなわちプレートＰＴの位置座標や移動速度が計測・制御される。なお、図示を省略するマスクステージにも、プレートステージと同様の移動鏡やレーザ干渉計を設けており、マスクステージすなわちマスクＭＡの位置座標や移動速度が計測・制御される。これにより、マスクＭＡとプレートＰＴを位置合わせした状態で両者を各部分投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ７に対して走査しつつ露光を行うことができる。
【００６７】
奇数番の部分投影光学ユニットＰＬ１，ＰＬ３，ＰＬ５，ＰＬ７と、偶数番の部分投影光学ユニットＰＬ２，ＰＬ４，ＰＬ６との間には、プレートＰＴの位置合わせやベースライン量の計測を行うためのオフアクシス型のプレートアライメント装置（不図示、図５のプレートアライメント装置６２参照）と、マスクＭＡやプレートＰＴのフォーカス状態を計測・制御するためのオートフォーカス機構（不図示、図１オートフォーカス機構７３参照）とを内蔵するセンサユニット１７４が配置されている。また、プレートステージの周辺であって移動鏡５３ｂに隣接する位置には、マスクＭＡに設けた各照明視野ＩＡ相互の位置合わせやプレートＰＴに対するマスクＭＡの位置合わせを行うためのＴＴＬ型のＡＩＳアライメント装置１６１が設けられている。なお、第２実施形態の場合のＡＩＳアライメント装置１６１は、図４に示すようなＡＩＳアライメント装置６１を露光視野ＥＡの間隔に対応してＸ軸方向に複数配列した構造となっている。
【００６８】
図７は、部分投影光学ユニットＰＬ１の断面構造を説明する図である。なお、他の部分投影光学ユニットＰＬ２〜ＰＬ７は、部分投影光学ユニットＰＬ１と同一構造を有するので説明を省略する。図示の部分投影光学ユニットＰＬ１は、マスクＭＡの中間像を形成する第１結像光学系９１と、第１結像光学系９１によって形成された中間像の投射像をプレートＰＴ上に形成する第２結像光学系９２とを有し、結果的に、マスクＭＡ上の各照明視野ＩＡにおけるパターン像がプレートＰＴ上の露光視野ＥＡに正立正像として投影される。なお、第１結像光学系９１による中間像の形成位置近傍には、マスクＭＡ上の各照明視野ＩＡ及びプレートＰＴ上の露光視野ＥＡを規定する視野絞り９３が設けられている。
【００６９】
第１結像光学系９１は、マスクＭＡから−Ｚ軸方向に沿って入射する光を＋Ｙ軸方向に反射するようにパターン面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第１反射面を有する直角プリズム９１ａを備えている。また、第１結像光学系９１は、直角プリズム９１ａ側から順に、２枚のレンズからなる凸レンズ群及び凸レンズを含む正の屈折力を有するレンズ群９１ｃと、２枚のレンズからなる凹レンズ群を含む負の屈折力を有するレンズ群９１ｄと、第１直角プリズム９１ａ側に凹面を向けた凹面反射鏡９１ｅとを備えている。これらのレンズ群９１ｃ、レンズ群９１ｄ、及び凹面反射鏡９１ｅは、＋Ｙ軸方向に沿って配置され、全体として反射屈折光学系９１ｇを構成している。反射屈折光学系９１ｇから−Ｙ軸方向に沿って直角プリズム９１に入射した光は、マスクＭＡのパターン面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第２反射面によって−Ｚ軸方向に反射される。
【００７０】
一方、第２結像光学系９２は、直角プリズム９１ｂの第２反射面から−Ｚ軸方向に沿って入射する光を＋Ｙ軸方向に反射するようにパターン面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第１反射面を有する直角プリズム９２ａを備えている。また、第２結像光学系部９２は、直角プリズム９２ａ側から順に、正の屈折力を有するレンズ群９２ｃと、負の屈折力を有するレンズ群９２ｄと、第１直角プリズム９２ａ側に凹面を向けた凹面反射鏡９２ｅとを備えている。これらのレンズ群９２ｃ、レンズ群９２ｄ、及び凹面反射鏡９２ｅは、＋Ｙ軸方向に沿って配置され、全体として反射屈折光学系９２ｇを構成している。反射屈折光学系９２ｇから−Ｙ軸方向に沿って直角プリズム９２に入射した光は、プレートＰＬの露光面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第２反射面によって−Ｚ軸方向に反射される。
【００７１】
また、第１結像光学系９１において、マスクＭＡのパターン面と直角プリズム９１ａの第１反射面との間の光路中には、フォーカス補正及び非等方的倍率調整用の一対の偏角プリズム９４，９５と、像シフタとしての一対の平行平面板９６，９７とが付設されている。さらに、第２結像光学系９２において、直角プリズム９２ａの第２反射面とプレートＰＴの露光面との間の光路中には、等方倍率補正光学系９８が付設されている。
【００７２】
フォーカス補正及び非等方的倍率調整用の偏角プリズム９４，９５は、ＹＺ平面内においてそれぞれクサビ断面形状を有しており、両偏角プリズム９４，９５のうち一方の偏角プリズム９４は、像調整装置９９の一部である第１駆動部９９ａに駆動されて、その頂角の反対側を上下方向つまりＺ軸方向に変位させることができる。また、他方の偏角プリズム９５は、像調整装置９９の一部である第２駆動部９９ｂに駆動されて、偏角プリズム９４側の平面とＹＸ平面との交線の方向に沿って相対的に移動させることができる。この結果、前者の偏角プリズム９４によって、偏角プリズム９４の傾斜角を、その頂角の角度方向にほぼ対応する方向つまりＹ軸方向に関して調節することができるので、Ｙ軸方向に関してのみ変倍を行うことができ、この第１結像光学系９１による結像倍率をＹ軸方向に関して増減することが可能である。一方、後者の偏角プリズム９５によって、マスクＭＡのパターン面と直角プリズム９１ａの第１反射面との間の光路長を変化させることができるので、この第１結像光学系９１延いては第２結像光学系９２による光軸方向（Ｚ軸方向）の結像位置を変更することが可能である。
【００７３】
像シフタとしての平行平面板９６，９７は、ともに基準状態においてその平行面が光軸（Ｚ軸方向）に垂直に設定されているが、一方の平行平面板９６は、像調整装置９９の一部である第３駆動部９９ｃに駆動されて、Ｘ軸のまわりに微小量だけ適宜回転し、他方の平行平面板９７は、第４駆動部９９ｄに駆動されて、Ｙ軸のまわりに微小量だけ適宜回転する。このように、一方の平行平面板９６をＸ軸のまわりに微小量だけ回転させると、第１及び第２結像光学系９１，９２を経てプレートＰＴ上に結果的に形成される像がＸＹ平面においてＹ方向に微動（像シフト）し、他方の平行平面板９７をＹ軸のまわりに微小量だけ回転させると、プレートＰＴ上に結果的に形成される像がＸＹ平面においてＸ方向に微動（像シフト）する。
【００７４】
等方倍率補正光学系９８は、光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って配列された凹凸凹の３つのレンズ要素からなる回転対称成分調整手段であり、各レンズ要素は、像調整装置９９の一部である第５駆動部９９ｅに駆動されて光軸方向に沿って相対的に移動させることができるようになっている。これにより、プレートＰＴ上に形成されるマスクＭＡの像の倍率をＸＹ面内で等方的に微調整することができる。
【００７５】
第２結像光学系９２側の直角プリズム９２ａは、像ローテータとして機能するように構成されている。すなわち、直角プリズム９２ａは、基準状態において第１反射面と第２反射面との交差線（稜線）がＸ軸方向に沿って延びるように設定され、光軸（Ｚ軸）のまわりに微小量だけ回転可能に構成されている。直角プリズム９２ａを像調整装置９９の一部である第６駆動部９９ｇによって駆動して、光軸（Ｚ軸）のまわりに微小量だけ回転させると、プレートＰＴ上に形成される像がＸＹ平面において光軸（Ｚ軸）のまわりに微小回転（像回転）する。
【００７６】
なお、非等方的倍率調整用の偏角プリズム９４を動作させることによって、Ｙ軸方向の像シフトが不可的に発生するが、このような副作用は、第１駆動部９９ａの動作に対応してＹ像シフタである平行平面板９６を第３駆動部９９ｃを介して適宜動作させることによって補償・相殺することができる。この際、平行平面板９６及び第３駆動部９９ｃは偏心収差補正手段として機能する。以上において、偏角プリズム９４の動作量と平行平面板９６の動作量との関係は予めデータとして求めて露光制御手段としての主制御装置５２にテーブルとして保管することができる。この場合、偏角プリズム９４の特定角度（例えば数カ所）に対応する平行平面板９６の傾斜量のデータを持っておき、その間を数式で補間することができ、或いは、偏角プリズム９４の傾斜角に対する倍率変化量及び像位置変化量との関係を近似的関数として主制御装置５２等に記憶させておき、露光等に際して偏角プリズム９４の傾斜角度から倍率変化量及び像位置変化量を演算することもできる。
【００７７】
また、非等方的倍率調整用の偏角プリズム９４を動作させても、Ｘ軸方向に関しての変倍を行うことはできないが、Ｘ軸方向に関してのみ変倍を行いたい場合は、第１駆動部９９ａの動作に対応して第５駆動部９９ｅを介して適宜動作させる。これにより、等方倍率補正光学系９８による変倍のうちＹ軸方向の変倍成分を偏角プリズム９４によってキャンセルして、等方倍率補正光学系９８による変倍のうちＸ軸方向の変倍成分を残存させることができ、結果的にＸ軸方向に関してのみ変倍を行うことができる。この際、第１駆動部９９ａと第５駆動部９９ｅとは、偏倍調整手段を構成する。
【００７８】
以下の表１は、図７に示す部分投影光学ユニットＰＬ１の一実施例であるレンズデータを示す。
【表１】
2005024941.tif 000003
以上説明した▲１▼フォーカス補正及び非等方的倍率調整用の偏角プリズム９４，９５と、▲２▼像シフタとしての平行平面板９６，９７と、▲３▼等方倍率補正光学系９８と、▲４▼像ローテータとしての直角プリズム９２ａとを、各部分投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ７について適宜動作させるこことにより、マスクＭＡに設けた７つの照明視野ＩＡの間隔、サイズ、回転等を適宜調節してプレートＰＴ上に７つの露光視野ＥＡをアライメントして投影することができる。なお、ステージ上に設けたＡＩＳアライメント装置１６１のＢＶＵ越しに配置された複数のＡＩＳセンサの検出出力と、ステージの移動距離（レーザ干渉計５４ａ，５４ｂの計測結果）とにより露光視野ＥＡの配列を整列させることができ、走査露光後の転写パターンを連続的で滑らかなものとすることができる。また、ＡＩＳアライメント装置１６１の各ＡＩＳセンサによって、画像処理により、Ｘ、Ｙ軸方向の位置と、光軸のＺ軸方向にステージを移動させつつ計測を行うことによって得たマスクパターンの光学像のコントラストとを計測し、各ポイントのベストフォーカスを計測している。また、例えばＸ方向の倍率を求める場合には、対象とするいずれかの部分投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ７の露光視野ＥＡ内においてＸ方向位置が異なる２点を計測すればよい。
【００７９】
図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、フォーカス補正及び非等方的倍率調整用の偏角プリズム９４，９５を支持して適宜変位させるためのプリズム保持駆動装置７７の構造を説明する平面図、正面図、及び側方断面図である。
【００８０】
第１の偏角プリズム９４は、第１ホルダ７７ａに固定されて上側に配置されており、第２の偏角プリズム９５は、第２ホルダ７７ｂに固定されて上側に配置されている。第１ホルダ７７ａのＸ軸方向すなわち非走査方向の両端には、エアベアリングを構成する一対のスライド部材７７ｃが固定されており、第２ホルダ７７ｂのＸ軸方向の両端には、エアベアリングを構成する一対のスライド部材７７ｄが固定されている。
【００８１】
スライド部材７７ｄは、固定された下部支持部材７７ｅ上に空気を介して滑らかでかつ安定に支持されており、その姿勢を保って第２の偏角プリズム９５とともにＹ軸方向にスライド移動になっている。さらに、第１ホルダ７７ａは、スライド部材７７ｄ上に空気を介して滑らかでかつ安定に支持されており、その姿勢を保って第１の偏角プリズム９４とともにＺ軸方向に可動になっている。第２の偏角プリズム９５をＹ軸方向に移動させる量は、一対のリニアアクチュエータ７７ｇのＹ方向の突き出し量によって調節する。この際、コイルばね等を備える付勢部材７７ｈによって逆の−Ｙ方向にスライド部材７７ｄを押圧することにより、スライド部材７７ｄすなわち偏角プリズム９５のＹ方向の位置を安定に保持することができる。
【００８２】
第１ホルダ７７ａには、ピエゾ素子等のアクチュエータ７７ｊが組み込まれており、偏角プリズム９４の−Ｙ方向の端部を支持している。偏角プリズム９４の＋Ｙ方向の端部は第１ホルダ７７ａの枠部分の適所ＰＰに支持されているので、アクチュエータ７７ｊの伸縮量を適宜調節することによって、偏角プリズム９４のＸ軸のまわりの傾斜角を任意の微小量だけ変化させることができる。この際、コイルばね等を備える付勢部材７７ｋによって−Ｚ方向に偏角プリズム９４を押圧することにより、偏角プリズム９４の傾斜姿勢を安定に保持することができる。
【００８３】
以下、図８（ａ）〜（ｃ）に示すフォーカス補正機構、非等方的倍率調整機構等を用いてマスクＭＡの撓みに起因する倍率変化を補正する方法について説明する。
【００８４】
図９は、マスクＭＡの両端を支持した場合の撓みをモデル化して説明する図である。両端を支持したマスクＭＡには大きく撓みが発生し、このような撓みにより各位置でのフォーカスがずれることになるが、これは、フォーカス補正機構を構成する偏角プリズム９５をＹ方向に適宜変位させることによって補正可能である。また、対象領域の全体的な傾斜成分も、像シフタとしての平行平面板９６，９７回転させることにより、調整可能である。しかしながら、マスクＭＡの投影倍率に関しては、マスクＭＡの材料であるガラスの応力により、中心位置ＣＴと撓んだ内側部ＩＳと外側部ＯＳでガラス自身の縮みと伸びが発生する。マスクＭＡを自由端で支持しているとするとマスクＭＡの撓み量ΔＺは、次式で与えられる。
ΔＺ＝Ｓ×（Ｘ４−２×Ｌ１×Ｘ３＋Ｌ１３×Ｘ）
÷（２×Ｅ×Ｌ２×Ｔ３）    …    （６）
ここで、ＳはマスクＭＡの重量であり、Ｌ１は支持方向のマスク幅であり、Ｌ２はマスク長であり、ＥはマスクＭＡのヤング率であり、Ｔはマスク厚である。また、この時の像シフト量δは
δ＝（ΔＺ／ΔＸ）×（Ｔ／２）    …    （７）
で与えられ、上式（７）において、ΔＺ／ΔＸは以下の式で与えられる。
ΔＺ／ΔＸ
＝Ｓ×（４×Ｘ３−６×Ｌ１×Ｘ２＋Ｌ１３）
／（２×Ｅ×Ｌ２×Ｔ３）
例えばマスクＭＡをガラス石英として、Ｌ１を８００ｍｍ、Ｌ２を９２０ｍｍ、Ｔ＝１０ｍｍとすると、撓み量ΔＺは図１０（ａ）に示すようなものとなり、像シフト量δは図１０（ｂ）に示すようなものとなる。
【００８５】
両グラフからも分かるように、マスクＭＡの撓みが大きくなると、それによる像シフト量も大きくなる。部分投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ７の間隔を１００ｍｍとすると、２点間のＸ方向の倍率の変動の最大値は約１．１μｍにまでなってしまう。この絶対値自体は像シフタにて補正可能であるが、この１００ｍｍピッチでの倍率差がいわゆるＸ方向の倍率変動を発生させることになる。これに対してＹ方向は、実質的な撓みが発生していないと考えることができるため、Ｙ方向の倍率は変化しない。つまり、等方的な倍率ではなく、ＸとＹ方向で倍率差が発生することになる。レンズのフィールドを１００×２５ｍｍとすると、１００ｍｍで１．１μｍであるので、１１ｐｐｍの投影倍率を変える必要がある。つまり、本光学系では、まずＸ方向の倍率が１倍となるように等方的な倍率を１１ｐｐｍ分縮小する。これに対して、Ｘ方向の倍率調整が縮んだ分だけ、Ｙ方向の倍率を拡大するようにする。こうして、マスクＭＡの像の撓みが発生しない場合と同様の倍率で露光することが可能になる。なお、マスクＭＡとしてＬ１＝４００ｍｍ、Ｌ２＝９２０ｍｍものを使用すると、同様の計算によって撓みによる倍率変化が最大で約１ｐｐｍとなり、露光幅２５ｍｍに対して変動若しくはズレが０．０２５μｍとなるが、マスクＭＡの製造誤差以下であり無視しても差し支えない。さらに、Ｌ１を４００ｍｍから６００ｍｍに変更すると、倍率変化が最大で約５ｐｐｍとなり、露光幅２５ｍｍの換算で変動若しくはズレが０．１２５ｍｍとなり、マスクＭＡの描画精度とほぼ同等となるので、考慮する必要がある。つまり、本実施例の場合、マスクＭＡの支持方向の寸法が、６００ｍｍを越えるものに関しては、スキャン露光後の像自体のコントラストが大きく低下してしまうことになり、結果としてＸ方向のみの倍率が調整できる機構が必須となる。
【００８６】
以上はマスクＭＡの変形についての説明であったが、実際には、プレートＰＴの伸縮による変形も無視することはできない。このようなプレートＰＴの変形を考慮すると、マスクＭＡの寸法がある程度以上になると、マスクＭＡ分の１０ｐｐｍ程度の補正とは別にプレートＰＴ分の補正も必要となる。
【００８７】
なお、以上のような偏倍補正を単にスキャン速度をマスクＭＡ側とプレートＰＴ側で変化させるだけで対応しようとすると、露光像のコントラストへの影響が発生するため、マスクＭＡの場合と同様にプレートＰＴの変形分を考慮して、Ｘ、Ｙ方向の各倍率を調節することが望ましい。
【００８８】
また、本実施形態では、フォーカス補正と非等方的倍率調整を一対の偏角プリズム９４，９５を共用して行えるようにしたが、第１実施形態の場合と同様に、像面傾斜やＣ字ディストーションを補正するための機構との組み合わせて非等方的倍率調整を行うことができ、さらに非等方的倍率調整機構を単独で設けることができる。
【００８９】
また、本実施形態では、一対の偏角プリズム９４，９５の傾斜方向をＹ方向に設定しているがクサビの方向すなわち傾斜方向をＸ方向に設定することもできる。さらに、ストロークとマルチレンズの組み合わせ、具体的には偏角プリズム９４の傾斜角範囲とフォーカス調整に必要なＹ方向のストロークと部分投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ７のＮＡ等の設計値等の条件が満たされる場合には、偏角プリズム９４をＸ方向に傾斜させることもできる。
【００９０】
また、以上の第２実施形態は、マルチレンズ系の走査型露光装置への適用例であり、Ｘ方向或いはＹ方向のみの変倍設定に際しての、マスクＭＡの撓みの考慮は、基本的には第１実施形態のようなオフナータイプのシングル投影系にも同様に適用される。つまり、マスクサイズが６００ｍｍを超えた場合には、マスクの撓みによるＸＹ方向の倍率差や局所的な倍率変化を吸収する光学系を搭載する必要があり、少なくとも、上述の一対の偏角プリズム９４，９５のような変倍機構を設ける必要がある。
【００９１】
〔第３実施形態〕
第３実施形態の投影露光装置は、第２実施形態を部分的に変形したものであり、同一部には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００９２】
図１１は、第３実施形態の投影露光装置の要部である部分投影光学ユニットＰＬ１を説明する図であり、図７の一部を変更したものである。この場合、等方倍率補正光学系９８に代えて、非等方的倍率調整等に偏角プリズム９４，９５と同一形状の偏角プリズム１９４，１９５を配置している。ただし、両偏角プリズム１９４，１９５の頂角の方向は、Ｘ方向に互いに逆に設定されており、上側の偏角プリズム１９４は、第７駆動部９９ｋに駆動されて、その姿勢をＸ方向に適宜傾斜させることができ、偏角プリズム１９５は、固定された状態で保持される。つまり、一対の偏角プリズム１９４，１９５によってＸ方向に変倍可能であり、他の一対の偏角プリズム９４，９５との協働によって、Ｘ方向及びＹ方向に関して任意で独立した変倍が可能になる。
【００９３】
〔第４実施形態〕
以下、上記第１及び第２実施形態の投影露光装置１０、１１０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。この場合、ウェハ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半導体デバイスを得る。
【００９４】
図１２は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、図１２のステップＳ４０において、ウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ４２において、ウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布され、ウェハである感光性基板が準備される。その後、ステップＳ４４において、図１等に示す投影露光装置及び方法を用いることによって、マスク（レチクル）のパターン像が、固定された又は走査によって移動するウェハ（図１、図６のプレートＰＴに対応）上に投影光学系４０、１４０を介して投影される。これにより、所望の形状を有する露光パターンがウェハに精密に転写される。
【００９５】
その後、ステップＳ４６において、ウェハ上のフォトレジスト層の現像が行われてレジストパターンが形成された後、ステップＳ４８において、ウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスクに形成された露光パターンに対応する回路パターンが形成されたウェハが準備される。その後、更にウェハを加工した基板上に上側のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細で精密な線幅、間隔等を有する回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００９６】
〔第５実施形態〕
以下、図１等に示す第１及び第２実施形態の投影露光装置を１０，１１０を用いて、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。
【００９７】
図１３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。この場合、ガラス基板上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る。
【００９８】
図１３のパターン形成工程（ステップＳ５０）では、図１等に示す投影露光装置を用いて、図１２で説明した半導体デバイスの場合と同様に、マスクＭＡのパターンをプレートＰＴ（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、プレートＰＴ上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、プレートＰＴは、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、所定のパターンが形成された基板として、次のカラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）へ移行する。
【００９９】
次のカラーフィルタ形成工程Ｓ５２では、Ｒ、Ｇ、Ｂ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、或いはＲ、Ｇ、Ｂの３本からなる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（ステップＳ５２）の後に、セル組み立て工程（ステップＳ５４）が実行される。このセル組み立て工程では、パターン形成工程（ステップ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（ステップＳ５２）にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネルすなわち液晶セルを組み立てる。
【０１００】
セル組み立て工程（ステップＳ５４）では、例えば、パターン形成工程（ステップ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（ステップ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、液晶パネルを製造する。その後、モジュール組立工程（ステップＳ５６）にて、組み立てられた液晶パネ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、精密な線幅、間隔等を有する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。
【０１０１】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、マスクＭＡとして固定されたマスクパターンを有するものを用いたが、透過パターンが経時的に変化する可変パターンをマスクとすることができる。
【０１０２】
また、上記実施形態では、露光装置が基本的に屈折系若しくは反射屈折光学系で構成される場合について説明したが、投影光学系４０等は、すべて等価若しくは類似の機能を有する反射光学系に置き換えることができる。
【０１０３】
また、上記実施形態では、平行平面板９６，９７を傾斜させる像シフタによって一対の偏角プリズム９４，９５等を利用した変倍によって発生する像シフトを補償しているが、他の手段、例えば投影光学系を構成するレンズ要素を光軸に対して傾けることによっても、所定の像シフトを達成することができる（特開平１１−１９５６０２号公報）。つまり、一対の偏角プリズム９４，９５等を利用した変倍によって生じる像シフトは、投影光学系１４０を構成する他のレンズ要素等を光軸に対して傾けることによってもキャンセルすることができる。さらに、一対の偏角プリズム９４，９５等を利用した変倍によって生じる像シフトは、投影光学系１４０を構成する他のレンズ要素等を光軸に対してこれを横切るように移動させることによってもキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る投影露光装置を説明する斜視図である。
【図２】Ｘ変倍光学系の構造を説明する側面図である。
【図３】Ｘ変倍光学系の機能を説明する図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、図１に示すアライメント系のうちＡＩＳアライメント装置の構造等を説明する図である。
【図５】図１に示すアライメント系のうちプレートアライメント装置の構造を説明する図である。
【図６】第２実施形態に係る投影露光装置を説明する斜視図である。
【図７】部分投影光学ユニットの断面構造を説明する図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、一対の偏角プリズムを支持して適宜変位させるためのプリズム保持駆動装置の構造を説明する平面図、正面図、及び側方断面図である。
【図９】マスクの両端を支持した場合の撓みをモデル化して説明する図である。
【図１０】（ａ）は撓み量を示すグラフであり、（ｂ）は像シフト量を示すグラフである。
【図１１】第３実施形態に係る投影露光装置を説明する図である。
【図１２】マイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１３】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。
【符号の説明】
１０，１１０  投影露光装置、  ２０    照明装置、  ３０    マスクステージ、  ４０，１４０    投影光学系、  ４１    投影光学系本体、  ４３    変倍光学系、  ４３ａ，４３ｂ    偏角プリズム、  ４４    偏倍調節部、  ４５倍率調節部、  ５０    ステージ装置、  ６０    アライメント系、  ６１ＡＩＳアライメント装置、  ６２    プレートアライメント装置、  ６５  第２マスクアライメント装置、  ８０    主制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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