(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの反射面と該少なくとも１つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有する投影光学系を介して、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光装置の製造方法において、
前記投影光学系の組み立てに際して前記複数の光軸を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測された前記複数の光軸の位置関係に基づいて規定される特定の軸線に沿って前記マスクまたは前記感光性基板を移動させるために、前記マスクを保持して移動するマスクステージまたは前記感光性基板を保持して移動する基板ステージの駆動方向を調整する調整工程とを有することを特徴とする走査型露光装置の製造方法。
【請求項２】
前記計測工程では、前記投影光学系において所定の位置に位置決め保持されたレンズ成分のレンズ面からの反射光に基づいて前記複数の光軸の各々を計測することを特徴とする請求項１に記載の走査型露光装置の製造方法。
【請求項３】
前記計測工程では、前記投影光学系に対して計測用の反射部材を位置決めし、該計測用の反射部材の反射面からの反射光に基づいて前記複数の光軸の各々を計測することを特徴とする請求項１に記載の走査型露光装置の製造方法。
【請求項４】
少なくとも１つの反射面と該少なくとも１つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有する投影光学系を介して、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光装置において、
前記マスクを保持して移動するマスクステージと、
前記感光性基板を保持して移動する基板ステージとを備え、
前記マスクステージまたは前記基板ステージの駆動方向を調整して、前記投影光学系の前記複数の光軸の位置関係に基づいて規定される特定の軸線に沿って前記マスクまたは前記感光性基板を移動させ、
前記マスクステージまたは前記基板ステージに取り付けられ前記マスクステージまたは前記基板ステージの駆動方向に対して平行に設定された反射面を有する第１反射部材と、前記投影光学系に取り付けられ前記特定の軸線に対して平行に設定された反射面を有する第２反射部材とを有し、前記第１反射部材の反射面と前記第２反射部材の反射面とが平行になるように前記マスクステージの駆動方向または前記基板ステージの駆動方向を調整する位置合わせ手段をさらに備えていることを特徴とする走査型露光装置。
【請求項５】
前記投影光学系は、凹面反射鏡を有し前記マスクからの光に基づいて前記マスクのパターンの一次像を形成するための第１の光軸を有する第１結像光学系と、前記一次像からの光に基づいて前記マスクのパターンの二次像を前記感光性基板上に形成するための第２の光軸を有する第２結像光学系と、前記第１結像光学系中の前記凹面反射鏡からの反射光を前記第２結像光学系へ導くための少なくとも１つの光路偏向部材とを有し、前記第２反射部材の反射面は、前記第１の光軸と前記第２の光軸とを含む平面に対して平行に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の走査型露光装置。
【請求項６】
前記投影光学系は、前記第１結像光学系を構成する光学部材を前記第１の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第１鏡筒部材と、前記第２結像光学系を構成する光学部材を前記第２の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第２鏡筒部材とを有し、前記位置合わせ手段は、前記第１鏡筒部材の外側面および前記第２鏡筒部材の外側面に当接するように取り付けられた案内部材を有し、前記第２反射部材は前記案内部材に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の走査型露光装置。
【請求項７】
前記投影光学系は、前記第１結像光学系を構成する光学部材を前記第１の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第１鏡筒部材と、前記第２結像光学系を構成する光学部材を前記第２の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第２鏡筒部材とを有し、前記位置合わせ手段は、前記第１鏡筒部材の外側面および前記第２鏡筒部材の外側面に当接するように取り付けられた案内部材を有し、前記第２反射部材の反射面は前記案内部材に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の走査型露光装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光路偏向部材は、前記第１結像光学系中の前記凹面反射鏡からの反射光を所定の方向に反射するための第３反射部材と、該第３反射部材で反射された光を反射して前記第２結像光学系へ導くための第４反射部材とを有し、前記位置合わせ手段の前記第２反射部材は、前記第３反射部材の反射面の延長面と前記第４反射部材の反射面の延長面との交線に対して垂直に設定された反射面を有することを特徴とする請求項５に記載の走査型露光装置。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか１項に記載の走査型露光装置を用いて、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光方法。
【請求項１０】
請求項４乃至８のいずれか１項に記載の走査型露光装置を用いて、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する工程と、
露光された感光性基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型露光装置およびその製造方法、並びに走査型露光方法に関する。さらに詳細には、例えば半導体ＩＣやＬＳＩの製造に用いられる露光装置であって、反射型または反射屈折型の投影光学系に対してマスクと感光性基板とを移動させて走査露光を行う走査型の投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体技術の進展は近年ますます速度を増しており、それに伴って投影露光装置を用いる微細加工技術の進展も著しい。投影露光装置では、マスクに形成された微細パターンを、投影光学系を介して、ウエハのような感光性基板に転写する。現在、たとえばメモリのような半導体素子として６４ＭビットＤＲＡＭが主流であるが、２５６ＭビットＤＲＡＭの領域まで開発が行われつつある。そして、半導体素子の集積度の増大に伴って、投影露光装置における露光光も現在主流の波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光から波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光へと実用化が進んでいる。
【０００３】
ところで、露光光の短波長化により、投影光学系に使用可能な硝材（光学材料）の種類は著しく制限される。その結果、従来から主流の屈折型の投影光学系では、軸上色収差の補正が困難になる。それに対し、反射屈折型の投影光学系では、使用する硝材の種類が限定されても軸上色収差の補正は可能である。なお、屈折型の光学系とは、凹面形状または凸面形状の反射面を有する反射鏡を含むことなく、主としてレンズ成分のような屈折光学素子から構成される光学系である。また、反射屈折型の光学系とは、凹面形状または凸面形状の反射面を有する反射鏡とレンズ成分とが混在する光学系である。因みに、反射型の光学系とは、レンズ成分を含むことなく、主として凹面形状または凸面形状の反射面を有する反射鏡から構成される光学系である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射屈折型の投影光学系では、直線状に延びる１つの光軸しか存在しない屈折型の投影光学系とは異なり、反射鏡などにより光路が折り曲げられるので複数の光軸が存在することになる。その結果、反射屈折型の投影光学系では、複数の光軸の相互の位置ずれに起因する収差が発生し易い。特に、中間像を形成する反射屈折型の投影光学系においては、たとえば凹面反射鏡への入射光の光路と凹面反射鏡からの反射光の光路とを空間的に分離させる必要があるため、感光性基板上における有効露光領域（露光視野を有効に設定することが可能な領域）が制限される。
【０００５】
ところで、単一の光軸を有する屈折型の投影光学系を備えた露光装置では、光軸に関して回転非対称な光学部材を故意に用いない限り、投影光学系は光軸に関して回転対称となり、感光性基板上における有効露光領域は最大像高を半径とし光軸を中心とする円形領域の全体として規定される。したがって、投影光学系に対してマスクと感光性基板とを走査方向に移動させて走査露光を行う走査型の露光装置の場合、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせする必要はなく、基本的にはマスクの走査方向と感光性基板の走査方向とが一致していれば良い。
【０００６】
しかしながら、たとえばマスクの中間像を形成する反射屈折型の投影光学系を備えた走査型の露光装置では、上述したように感光性基板上における有効露光領域は制限され、光軸に関して回転対称な領域とはならない。そして、感光性基板上における露光視野は、たとえば有効露光領域にほぼ内接するようなスリット状（細長い矩形状）の領域として設定される。この場合、有効露光領域の範囲内において露光視野を最大限に確保するには、有効露光領域の形状に依存して規定される特定の軸線に沿ってマスクおよび感光性基板を移動させなければならない。すなわち、特に反射屈折型の投影光学系を備えた走査型の露光装置では、マスクの走査方向と感光性基板の走査方向とを一致させるだけでなく、その走査方向を投影光学系に対して位置合わせする必要がある。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせすることのできる走査型露光装置およびその製造方法、並びに走査型露光方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、パターンが形成されたマスクを照明するための照明系と、
少なくとも１つの反射面と該少なくとも１つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有し、前記マスクのパターン像を感光性基板に投影するための投影光学系と、
前記マスクおよび前記感光性基板の走査方向を前記投影光学系に対して位置合わせするための位置合わせ手段とを備え、
前記位置合わせ手段により前記投影光学系に対して位置合わせした状態において前記マスクと前記感光性基板とを前記走査方向に沿って移動させて前記感光性基板の各露光領域に前記マスクのパターン像を走査露光することを特徴とする走査型露光装置を提供する。
【０００９】
第１発明の好ましい第１態様によれば、前記投影光学系は、前記感光性基板上において所定の形状を有する有効露光領域を形成し、該有効露光領域の範囲内で設定された露光視野のもとで前記マスクのパターン像を投影し、前記位置合わせ手段は、前記マスクおよび前記感光性基板の走査方向を前記有効露光領域の形状に依存して規定される特定の軸線に沿って位置合わせする。
また、第１発明の好ましい第２態様によれば、上述の第１態様において、前記マスクを保持して移動するマスクステージと、前記感光性基板を保持して移動する基板ステージとを備え、前記位置合わせ手段は、前記マスクステージまたは前記基板ステージに取り付けられ前記マスクステージまたは前記基板ステージの駆動方向に対して平行に設定された反射面を有する第１反射部材と、前記投影光学系に取り付けられ前記特定の軸線に対して平行に設定された反射面を有する第２反射部材とを有し、前記第１反射部材の反射面と前記第２反射部材の反射面とが平行になるように前記マスクステージの駆動方向または前記基板ステージの駆動方向を調整することが好ましい。
【００１０】
さらに、第１発明の好ましい第３態様によれば、上述の第２態様において、前記投影光学系は、凹面反射鏡を有し前記マスクからの光に基づいて前記マスクのパターンの一次像を形成するための第１の光軸を有する第１結像光学系と、前記一次像からの光に基づいて前記マスクのパターンの二次像を前記感光性基板上に形成するための第２の光軸を有する第２結像光学系と、前記第１結像光学系中の前記凹面反射鏡からの反射光を前記第２結像光学系へ導くための少なくとも１つの光路偏向部材とを有し、前記第２反射部材の反射面は、前記第１の光軸と前記第２の光軸とを含む平面に対して平行に設定されていることが好ましい。
【００１１】
また、第１発明の好ましい第４態様によれば、上述の第３態様において、前記投影光学系は、前記第１結像光学系を構成する光学部材を前記第１の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第１鏡筒部材と、前記第２結像光学系を構成する光学部材を前記第２の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第２鏡筒部材とを有し、前記位置合わせ手段は、前記第１鏡筒部材の外側面および前記第２鏡筒部材の外側面に当接するように取り付けられた案内部材を有し、前記第２反射部材は前記案内部材に取り付けられている。
あるいは、第１発明の好ましい第５態様によれば、上述の第３態様において、前記投影光学系は、前記第１結像光学系を構成する光学部材を前記第１の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第１鏡筒部材と、前記第２結像光学系を構成する光学部材を前記第２の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第２鏡筒部材とを有し、前記位置合わせ手段は、前記第１鏡筒部材の外側面および前記第２鏡筒部材の外側面に当接するように取り付けられた案内部材を有し、前記第２反射部材の反射面は前記案内部材に形成されている。
あるいは、第１発明の好ましい第６態様によれば、上述の第３態様において、前記少なくとも１つの光路偏向部材は、前記第１結像光学系中の前記凹面反射鏡からの反射光を所定の方向に反射するための第３反射部材と、該第３反射部材で反射された光を反射して前記第２結像光学系へ導くための第４反射部材とを有し、前記位置合わせ手段の前記第２反射部材は、前記第３反射部材の反射面の延長面と前記第４反射部材の反射面の延長面との交線に対して垂直に設定された反射面を有する。
【００１２】
また、本発明の第２発明では、少なくとも１つの反射面と該少なくとも１つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有する投影光学系を用いて、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光方法において、
前記マスクおよび前記感光性基板の走査方向を前記投影光学系に対して位置合わせする位置合わせ工程と、
前記感光性基板の各露光領域に前記マスクのパターン像を走査露光するために、前記位置合わせ工程で前記投影光学系に対して位置合わせした状態において前記マスクと前記感光性基板とを前記走査方向に沿って移動させる走査工程とを有することを特徴とする走査型露光方法を提供する。
【００１３】
また、本発明の第３発明では、少なくとも１つの反射面と該少なくとも１つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有する投影光学系を介して、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光装置の製造方法において、
前記投影光学系の組み立てに際して前記複数の光軸を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測された前記複数の光軸の位置関係に基づいて規定される特定の軸線に沿って前記マスクまたは前記感光性基板を移動させるために、前記マスクを保持して移動するマスクステージまたは前記感光性基板を保持して移動する基板ステージの駆動方向を調整する調整工程とを有することを特徴とする走査型露光装置の製造方法を提供する。
【００１４】
第３発明の好ましい態様によれば、前記計測工程では、前記投影光学系において所定の位置に位置決め保持されたレンズ成分のレンズ面からの反射光に基づいて前記複数の光軸の各々を計測する。
また、第３発明の好ましい別の態様によれば、前記計測工程では、前記投影光学系に対して計測用の反射部材を位置決めし、該計測用の反射部材の反射面からの反射光に基づいて前記複数の光軸の各々を計測することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
いわゆる反射型または反射屈折型の投影光学系では、少なくとも１つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸を有する。したがって、反射型または反射屈折型の投影光学系を用いて走査露光する場合、感光性基板上には光軸に関して回転非対称な形状を有する有効露光領域が形成され、この有効露光領域の範囲内で設定された露光視野のもとでマスクのパターン像が感光性基板上に投影される。この場合、高スループットで良好な走査露光を行うには、有効露光領域の範囲内で露光視野を最大限に設定することができるように、有効露光領域の形状に依存して規定される特定の軸線に沿ってマスクと感光性基板とを移動させる必要がある。
【００１６】
そこで、本発明では、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせし、位置合わせした状態においてマスクと感光性基板とを走査方向に沿って移動させて感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する。
位置合わせの具体的な一態様によれば、マスクステージまたは基板ステージに取り付けられその駆動方向に対して平行に設定された反射面を有する第１反射部材と、投影光学系に取り付けられ上述した特定の軸線に対して平行に設定された反射面を有する第２反射部材とを利用する。そして、第１反射部材の反射面と第２反射部材の反射面とが平行になるようにマスクステージの駆動方向または基板ステージの駆動方向を調整することによって、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせする。
【００１７】
上述の態様以外にも、たとえば投影光学系の組み立てに際してその複数の光軸を計測し、計測した複数の光軸の位置関係に基づいて規定される特定の軸線に沿ってマスクまたは感光性基板を移動させるために、マスクステージまたは基板ステージの駆動方向を調整することもできる。
以上のように、本発明では、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせし、位置合わせした状態においてマスクと感光性基板とを走査方向に沿って移動させて感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する。したがって、投影光学系の有効露光領域の範囲内で露光視野を最大限に設定することができ、その結果、設定した大きな露光視野のもとで良好な走査露光を高スループットで行うことができる。
【００１８】
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の各実施例にかかる走査型露光装置の全体構成を概略的に示す図である。なお、図１において、ウエハ面の法線方向にＺ軸を、ウエハ面内において図１の紙面に平行にＸ軸を、紙面に垂直にＹ軸を設定している。
【００１９】
図示の露光装置は、光源１としてＡｒＦエキシマレーザー光源（発振中心波長１９３．３ｎｍ）を備えている。光源１から＋Ｘ方向に射出された光は、折り曲げミラー２で−Ｚ方向に偏向された後、照明光学系３を介してマスク４を均一に照明する。
なお、照明光学系３は、例えばフライアイレンズや内面反射型ロッドインテグレータからなり所定のサイズおよび形状の面光源を形成するオプティカルインテグレータや、マスク４上での照明領域のサイズおよび形状を規定するための視野絞りや、この視野絞りの像をマスク４上へ投影する視野絞り結像光学系などの光学系を有する。
【００２０】
マスク４は、マスクホルダ５を介して、マスクステージ６上においてＸＹ平面に平行に保持されている。マスク４には転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する細長い矩形状（以下、「スリット状」という）のパターン領域が照明される。
マスクステージ６は、図示を省略した駆動系の作用によりマスク面（すなわちＸＹ平面）に沿った二次元的な移動およびＺ軸に平行な軸線周りの回転が可能であり、その位置座標はマスク移動鏡１１を用いた干渉計１２によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００２１】
マスク４に形成されたパターンからの光は、反射屈折型の投影光学系７を介して、感光性基板であるウエハ８上にマスクパターン像を形成する。ウエハ８は、ウエハホルダ９を介して、ウエハステージ１０上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、マスク４上でのスリット状の照明視野に光学的に対応するように、ウエハ８上においてもＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有するスリット状の露光視野にパターン像が形成される。
ウエハステージ１０は、図示を省略した駆動系の作用によりウエハ面（すなわちＸＹ平面）に沿った二次元的な移動およびＺ軸に平行な軸線周りの回転が可能であり、その位置座標はウエハ移動鏡１３を用いた干渉計１４によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００２２】
したがって、駆動系および干渉計（１２、１４）などを用いてマスク４およびウエハ８の位置制御を行いながら、スリット状の露光視野および照明視野の短辺方向すなわちＸ方向に沿ってマスクステージ６とウエハステージ１０とを、ひいてはマスク４とウエハ８とを同期的に移動させることにより、ウエハ８上には露光視野の長辺に等しい幅を有し且つウエハ８の走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【００２３】
図２は、図１の反射屈折型の投影光学系のレンズ構成を示す図である。なお、図２は、第１結像光学系の光軸ＡＸ１と第２結像光学系の光軸ＡＸ２とを含む平面に沿った断面図である。
図示の投影光学系７は、マスク４のパターン面の法線方向に平行な光軸ＡＸ１を有する反射屈折型の第１結像光学系と、ウエハ８の露光面の法線方向に平行な（すなわち光軸ＡＸ１に平行な）光軸ＡＸ２を有する屈折型の第２結像光学系とを備えている。
【００２４】
第１結像光学系は、マスク４からの光に基づいて、マスクパターンの中間像（一次像）を形成する。また、第２結像光学系は、マスクパターンの中間像からの光に基づいて、ウエハ８上にマスクパターンの二次像を形成する。
中間像の形成位置の近傍には、光軸ＡＸ１に対して反射面が４５度の角度をなす平面反射鏡Ｍ２が配置されている。また、第１結像光学系と第２結像光学系とを光学的に接続するために、光軸ＡＸ２に対して４５度の角度をなし且つ平面反射鏡Ｍ２の反射面と直交する反射面を有する平面反射鏡Ｍ３が配置されている。
【００２５】
反射屈折型の第１結像光学系は、マスク４からの光の入射側から順に、入射側に平面を向けた平凹レンズＬ11と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ12と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ13と、両凸レンズＬ14と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ15と、両凹レンズＬ16と、両凸レンズＬ17と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ18と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ19と、入射側に凹面を向けた凹面反射鏡Ｍ１とから構成されている。したがって、マスク４からの光は、９つのレンズ成分Ｌ11〜Ｌ19を介して凹面反射鏡Ｍ１に入射する。凹面反射鏡Ｍ１で反射された光は、６つのレンズ成分Ｌ19〜Ｌ14を介して、平面反射鏡Ｍ２の近傍にマスクパターンの中間像を形成する。
【００２６】
マスクパターンの中間像からの光は、平面反射鏡Ｍ２および平面反射鏡Ｍ３を介して、屈折型の第２結像光学系に入射する。第２結像光学系は、中間像からの光の入射側から順に、両凸レンズＬ21と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ22と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ23と、両凸レンズＬ24と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ25と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ26と、両凸レンズＬ27と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ28と、両凹レンズＬ29と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ210 と、両凸レンズＬ211 とから構成されている。
【００２７】
したがって、マスクパターンの中間像から第２結像光学系に入射した光は、各レンズ成分Ｌ21〜Ｌ211 を介して、ウエハ８上のスリット状の露光視野においてマスクパターンの二次像（縮小像）を形成する。
なお、両凸レンズＬ24と負メニスカスレンズＬ25との間の光路中には、開口絞りＳが配置されている。また、負メニスカスレンズＬ23のウエハ側の面および両凹レンズＬ29のウエハ側の面が非球面形状に形成されている。さらに、投影光学系７を構成するレンズ成分のうち第１結像光学系中の両凸レンズＬ17および第２結像光学系中の両凸レンズＬ24には蛍石（ＣａＦ2 結晶）を、他のレンズ成分には石英をそれぞれ使用している。
【００２８】
上述したように、反射屈折型の投影光学系７では、第１結像光学系においてマスク４から凹面反射鏡Ｍ１へ入射する光束と凹面反射鏡Ｍ１で反射されて第２結像光学系へ向かう光束とを空間的に分離する必要がある。その結果、図３に示すように、ウエハ８上において像形成に使用し得る領域すなわち有効露光領域３１（図中斜線で示す）は光軸ＡＸ２を中心とする半径が１６．７ｍｍの円形領域の半分以下の領域となる。そして、実際に走査露光のために使用する領域すなわち露光視野３２は２５ｍｍ×６ｍｍのスリット状であり、光軸ＡＸ２から露光視野３２までの距離は５ｍｍである。
【００２９】
すなわち、スリット状の露光視野３２は、ほぼ半円形状の有効露光領域３１の直線部から０．２５ｍｍ離れ且つ円弧部にほぼ接するように規定されている。図３を参照すると、有効露光領域３１に対する露光視野３２の設定はわずかの余裕しか許されていない状態であることがわかる。このように、有効露光領域３１は光軸ＡＸ２に関して回転非対称な形状を有し、その範囲内で露光視野３２を最大限に設定した状態で良好な走査露光を行うためには、マスク４およびウエハ８の走査方向（スキャン方向）をＸ方向に沿って位置合わせすること、すなわち投影光学系７に対して位置合わせすることが必要である。ここで、走査方向を位置合わせすべきＸ方向とは、投影光学系７の有効露光領域３１の形状に依存して規定される特定の軸線に沿った方向である。
【００３０】
次の表（１）に、本実施例の投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側開口数をそれぞれ表している。また、面番号は物体面であるマスク面から像面であるウエハ面への光線の進行する方向に沿ったマスク側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔を、φは各レンズの有効半径をそれぞれ示している。ｎは中心波長に対する屈折率であって、石英ではｎ＝１．５６０３２６であり、蛍石ではｎ＝１．５０１４５５である。
【００３１】
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、凹面反射鏡Ｍ１から平面反射鏡Ｍ２までの光路中では負とし、平面反射鏡Ｍ３からウエハ面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、第１結像光学系では、マスク側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。また、第２結像光学系では、ウエハ側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。
【００３２】
非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣn としたとき、以下の数式（ａ）で表される。
【数１】
0004304550.tif 000002
表（１）において、非球面状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付している。
【００３３】
【表１】
0004304550.tif 000003
0004304550.tif 000004
0004304550.tif 000005
【００３４】
図４は、図１の反射屈折型の投影光学系のメカ構成を概略的に示す図である。図４において、（ａ）は光軸ＡＸ１およびＡＸ２を含む面に沿った断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は側面図であり、（ｄ）は上面図である。
図４に示すように、光軸ＡＸ１を有する反射屈折型の第１結像光学系を構成するレンズ成分Ｌ11〜Ｌ19および凹面反射鏡Ｍ１は、光軸ＡＸ１と一致する中心軸線を有する円筒形状の第１鏡筒部材すなわち第１バレル４１の内部において所定の位置にそれぞれ位置決め保持されている。また、光軸ＡＸ１と平行な光軸ＡＸ２を有する屈折型の第２結像光学系を構成するレンズ成分Ｌ21〜Ｌ211 は、光軸ＡＸ２と一致する中心軸線を有する円筒形状の第２鏡筒部材すなわち第２バレル４２の内部においてそれぞれ所定の位置に位置決め保持されている。
【００３５】
さらに、平面反射鏡Ｍ２およびＭ３は、基準となる軸線ＡＸ３を有する保持部材４３によってそれぞれ所定の位置に保持されている。ここで、保持部材４３の基準軸線ＡＸ３は、光軸ＡＸ１およびＡＸ２を含む面内（ＸＺ平面内）においてＸ方向に延びる軸線であって、光軸ＡＸ２に沿って平面反射鏡Ｍ３に入射する光線が平面反射鏡Ｍ３で反射されたときの反射光線の経路として規定され、且つ光軸ＡＸ１に沿って平面反射鏡Ｍ２の反射面を延長した仮想反射面に入射する光線がその仮想反射面で反射されたときの反射光線の経路として規定される。換言すると、平面反射鏡Ｍ２およびＭ３は、上述の２つの反射光線の光路が一致するように第１結像光学系および第２結像光学系に対して位置決めされている。
【００３６】
第１バレル４１および第２バレル４２は、それぞれピボタルポイントで架台４４に枢支されている。また、保持部材４３は、その中央付近から両側に突出したアーム部４３ａおよび４３ｂを介して架台４４に直接支持されている。すなわち、架台４４は、第１バレル４１、第２バレル４２および保持部材４３に共通の１個の安定な支持構造物である。上述したように、各実施例では、マスク４とウエハ８とをＸ方向に沿って移動させる必要がある。換言すると、走査露光に際して、光軸ＡＸ１およびＡＸ２を含む平面に沿って、あるいは保持部材４３の基準軸線ＡＸ３に沿ってマスク４とウエハ８とを移動させる必要がある。
【００３７】
〔第１実施例〕
図５は、マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第１実施例を説明する図である。また、図６は、図５のオートコリメータの内部構成を概略的に示す図である。
図５において、互いに同じ外径寸法（たとえば半径２４０ｍｍ）を有する第１バレル４１および第２バレル４２には、その外側面に当接するように案内部材５１が取り付けられている。案内部材５１は、第１バレル４１および第２バレル４２の外側面に当接する第１面５１ａと、この第１面５１ａに平行な第２面５１ｂとを有する。また、案内部材５１の第２面５１ｂ側には、この第２面５１ｂに平行な反射面を有する反射部材５２が取り付けられている。したがって、反射部材５２の反射面５２ａは、案内部材５１の第１面５１ａに平行であり、光軸ＡＸ１およびＡＸ２を含む平面すなわちＸＺ平面に平行であり、ひいては保持部材４３の基準軸線ＡＸ３に平行に設定されている。
【００３８】
一方、マスクステージ６は、上述したように、Ｚ軸に平行な軸線周りの回転が可能であり、走査露光に際してＸ方向に駆動される。そこで、マスクステージ６には、その駆動方向に平行な反射面を有する反射部材５３が取り付けられている。したがって、マスクステージ６をＺ軸に平行な軸線周りに微小回転させながら、案内部材５１に取り付けられた反射部材５２の反射面５２ａとマスクステージ６に取り付けられた反射部材５３の反射面５３ａとが平行になるようにマスクステージ６の駆動方向を調整すれば、マスク４の走査方向と保持部材４３の基準軸線ＡＸ３とを一致させること、すなわちマスク４の走査方向を投影光学系７に位置合わせすることができる。なお、反射部材５２の反射面５２ａと反射部材５３の反射面５３ａとが平行であることは、たとえばオートコリメータ５４を利用して光学的に確認することができる。
【００３９】
図６に示すように、オートコリメータ５４は、光源として、たとえばＨｅ−Ｎｅレーザー光源６１（発振波長６３３ｎｍ）を備えている。光源６１から供給された平行光束は、エキスパンダーレンズ系６２を介して断面形状が整形された後、ハーフプリズム６３に入射する。ハーフプリズム６３で反射された平行光束は、オートコリメータ５４から射出される。ここで、図５を参照すると、オートコリメータ５４から＋Ｙ方向に沿って射出された平行光束のうちの一部の光束は、マスクステージ６に取り付けられた反射部材５３に直接的に入射する。反射部材５３の反射面５３ａで−Ｙ方向に反射された光束は、オートコリメータ５４に戻る。
【００４０】
また、オートコリメータ５４から＋Ｙ方向に沿って射出された平行光束のうちの一部の光束は、光路偏向部材５５を介して、案内部材５１に取り付けられた反射部材５２に＋Ｙ方向に沿って入射する。光路偏向部材５５は、互いに平行な反射面を有する一対の反射ミラー５５ａおよび５５ｂから構成され、オートコリメータ５４から＋Ｙ方向に沿って入射した光束を反射ミラー５５ａで−Ｘ方向に反射した後に反射ミラー５５ｂで＋Ｙ方向に沿って反射する。すなわち、光路偏向部材５５は、オートコリメータ５４からの入射光束を２回偏向させた後、その入射方向と平行な方向に沿って射出する。したがって、反射部材５２の反射面５２ａで−Ｙ方向に反射された光束は、光路偏向部材５５を介して、オートコリメータ５４に戻る。
【００４１】
再び図６を参照すると、オートコリメータ５４に戻った反射部材５２からの反射光束および反射部材５３からの反射光束は、ハーフプリズム６３に入射する。ハーフプリズム６３を透過した光束は、集光レンズ６４を介して基準板（視準板）としてのレチクル６５上に一旦集光した後、結像レンズ６６を介してディテクタ６７上に達する。こうして、ディテクタ６７の出力に基づいて、反射部材５２の反射面５２ａと反射部材５３の反射面５３ａとの平行性を光学的に検出することができる。
なお、オートコリメータ５４において、結像レンズ６６およびディテクタ６７い代えて接眼レンズを用いることにより、反射部材５２の反射面５２ａと反射部材５３の反射面５３ａとの平行性を目視検査することもできる。
【００４２】
次に、マスク４の走査方向とウエハ８の走査方向とが一致するように、ウエハステージ１０の駆動方向を調整する必要がある。なお、マスクステージ６の走査方向とウエハステージ１０の走査方向とを一致させることは、従来技術を用いて容易に達成することができる。例えば、ウエハーステージ１０上の基準マークをステージ内部から照明し、この基準マークからの光を投影光学系７を介してマスクステージ６上に導き、マスクステージ６上に基準マークの像を形成する。そして、マスクステージ６上のマークと基準マーク像とが重なるように、ウエハーステージ１０の駆動方向を調整する。こうして、マスクステージ６の駆動方向とウエハステージ１０の駆動方向とを一致させ、且つその駆動方向を保持部材４３の基準軸線ＡＸ３に一致させること、すなわちマスク４およびウエハ８の走査方向を投影光学系７に対して位置合わせすることができる。
【００４３】
なお、上述の第１実施例では、第１バレル４１および第２バレル４２が互いに同じ外径寸法を有する場合を想定し、案内部材５１の第１面５１ａと第２面５１ｂとを平行に形成している。しかしながら、第１バレル４１および第２バレル４２が互いに異なる外径寸法を有する場合には、案内部材５１の第２面５１ｂと保持部材４３の基準軸線ＡＸ３とが平行になるように、第１面５１ａと第２面５１ｂとの間に適当な角度を付ければよい。
【００４４】
また、上述の第１実施例では、案内部材５１の第２面５１ｂ側に、この第２面５１ｂと平行な反射面５２ａを有する反射部材５２を取り付けている。しかしながら、案内部材５１の第２面５１ｂに研磨加工などを施し、反射面５２ａに代えて第２面５１ｂそれ自体を保持部材４３の基準軸線ＡＸ３と平行な反射面として利用することもできる。いずれにしても、第１実施例では、投影光学系７の第１バレル４１の外側面と第２バレル４２の外側面との位置関係を利用し、第１バレル４１および第２バレル４２に直接的にあるいは間接的に取り付けられた反射部材の反射面が光軸ＡＸ１およびＡＸ２を含む平面と平行に、すなわち保持部材４３の基準軸線ＡＸ３と平行になるように設定することが必要である。
【００４５】
また、上述の第１実施例では、駆動方向に平行な反射面を有する反射部材５３をマスクステージ６上に取り付け、マスクステージ６の駆動方向を調整した後に、マスクステージ６の駆動方向とウエハ１０の駆動方向とが一致するようにウエハステージ１０の駆動方向を調整している。しかしながら、駆動方向に平行な反射面を有する反射部材をウエハステージ１０上に取り付け、ウエハステージ１０の駆動方向を調整した後に、マスクステージ６の駆動方向とウエハ１０の駆動方向とが一致するようにマスクステージ６の駆動方向を調整してもよい。あるいは、駆動方向に平行な反射面を有する反射部材をマスクステージ６およびウエハステージ１０上にそれぞれ取り付け、マスクステージ６の駆動方向の調整とウエハステージ１０の駆動方向の調整とを別々に行ってもよい。
【００４６】
〔第２実施例〕
図７は、マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第２実施例を説明する図である。
第２実施例は、上述の第１実施例と類似している。しかしながら、第１実施例では投影光学系７の第１バレル４１および第２バレル４２に反射部材５２が取り付けられているのに対し、第２実施例では投影光学系７の保持部材４３に反射部材７１が取り付けられている。そして、第１実施例では、第１バレル４１の外側面と第２バレル４２の外側面との位置関係を利用して反射部材５２の反射面５２ａを保持部材４３の基準軸線ＡＸ３に平行に設定している。これに対して、第２実施例では、２つの平面反射鏡Ｍ２とＭ３との位置関係を利用して反射部材７１の反射面７１ａを保持部材４３の基準軸線ＡＸ３に平行に設定している。
【００４７】
具体的には、保持部材４３に取り付けられた反射部材７１の反射面７１ａは、平面反射鏡Ｍ２の反射面の延長面と平面反射鏡Ｍ３の反射面の延長面との交線に対して直交するように調整されている。反射部材７１の反射面７１ａの調整は、保持部材４３を組み立てる際に、たとえば３次元測定機などを用いて行われる。そして、調整された状態において、反射部材７１の反射面７１ａは、保持部材４３の基準軸線ＡＸ３に平行に、すなわち光軸ＡＸ１およびＡＸ２を含む平面に平行に設定されたことになる。したがって、以下、第２実施例においても第１実施例と同様に、オートコリメータ５４を利用してマスクステージ６の駆動方向およびウエハステージ１０の駆動方向を調整すればよい。
【００４８】
このように、第１実施例および第２実施例では、保持部材４３の基準軸線ＡＸ３に平行な反射面を有する反射部材（５２または７１）を投影光学系７にあらかじめ取り付けておくことにより、途中でメカ調整を介することなく、マスクステージ６およびウエハステージ１０の駆動方向を、ひいてはマスク４およびウエハ８の走査方向を投影光学系７に対して位置合わせすることができる。
【００４９】
〔第３実施例〕
図８は、マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第３実施例を説明する図である。
図８には、第１バレル４１および第２バレル４２が途中まで組み立てられた状態が示されている。すなわち、第１バレル４１では、レンズ成分Ｌ11を除くレンズ成分Ｌ12〜Ｌ13が所定の位置に位置決め保持されている。また、第２バレル４２では、レンズ成分Ｌ21を除くレンズ成分Ｌ22〜Ｌ211 が所定の位置に位置決め保持されている。第３実施例では、この状態において、レンズ成分Ｌ12のマスク側の凹面を反射面として利用し、このレンズ成分Ｌ12の光軸ひいては第１結像光学系の光軸ＡＸ１を計測するとともに、レンズ成分Ｌ22の平面反射鏡Ｍ３側の凹面を反射面として利用し、このレンズ成分Ｌ22の光軸ひいては第２結像光学系の光軸ＡＸ２を計測する。
【００５０】
図９は、レンズ成分のレンズ面を反射面として利用し、そのレンズ成分の光軸を計測するための計測装置の構成を概略的に示す図である。
図９の計測装置８０は、計測用の光源として、たとえば波長が８３０ｎｍの光を供給する半導体レーザー光源８１を備えている。半導体レーザー光源８１から射出された光は、ビームスプリッター８２を透過し、集光レンズ８３で一旦集光された後に、計測対象であるレンズ成分の反射面８４に入射する。反射面８４からの反射光は、集光レンズ８３を介してビームスプリッター８２で反射される。ビームスプリッター８２で反射された光は、集光レンズ８５を介して、光電変換素子８６に達する。こうして、光電変換素子８６の出力に基づいて、計測装置の光軸とレンズ成分の光軸とが一致したことを検出し、レンズ成分の光軸をひいてはこのレンズ成分を含む結像光学系の光軸（ＡＸ１またはＡＸ２）を計測することができる。
【００５１】
図９の計測装置８０はまた、観測用の光源として、可視光を供給する光源８７を備えている。光源８７から射出された光は、光源８１とビームスプリッター８２との間の光路中において装置の光軸に対して斜設されたハーフミラー８８に入射する。ハーフミラー８８で反射された光は、ビームスプリッター８２およびハーフミラー８９を透過し、集光レンズ８３を介して集光され、観測すべき物体９０を照明する。物体９０からの反射光は、集光レンズ８３を介して、ハーフミラー８９で反射される。ハーフミラー８９で反射された光は、集光レンズ９１を介して、たとえばＣＣＤのような撮像素子９２に達し、その撮像面に物体９０の表面の像を形成する。
【００５２】
再び図８を参照すると、図９に示す計測装置８０と基本的に同じ構成を有する一対の計測装置９３および９４がレール部材９５に取り付けられている。ここで、一対の計測装置９３および９４は、レール部材９５の長手軸線方向に沿って直線状に移動可能に構成されている。
第３実施例では、第１結像光学系の組み立てに際して、計測装置９３で第１結像光学系の光軸ＡＸ１を計測し、計測装置９３の光軸と第１結像光学系の光軸ＡＸ１とが一致した状態を形成する。また、第２結像光学系の組み立てに際して、計測装置９４で第２結像光学系の光軸ＡＸ２を計測し、計測装置９４の光軸と第２結像光学系の光軸ＡＸ２とが一致した状態を形成する。この状態において、レール部材９５の長手軸線方向に沿って直線状に移動可能な計測装置９３の移動方向は、第１結像光学系の光軸ＡＸ１と第２結像光学系の光軸ＡＸ２と保持部材４３の基準軸線ＡＸ３とを含む平面内にあることになる。
【００５３】
次に、図１０に示すように、たとえば直線状に複数のマーク１００（たとえば２０ｍｍおよび２４ｍｍの間隔で３つのマーク）が形成されたテストマスク１０１をマスクステージ６上に載置する。このとき、マスクステージ６の駆動方向と複数のマーク１００の方向とが一致するように、テストマスク１０１がマスクステージ６上に載置される。したがって、レール部材９５の長手軸線方向に沿って計測装置９３を移動させながらテストマスク１０１上の複数のマーク１００をすべて観測視野の中心で観測することができるようにマスクステージ６を微小回転させることにより、マスクステージ６の駆動方向を光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２と基準軸線ＡＸ３とを含む平面と一致させること、すなわちマスクステージ６の駆動方向を投影光学系７に対して位置合わせすることができる。
このように、第３実施例では、投影光学系７を構成する光学部材自体を用いるので、第１実施例や第２実施例のように投影光学系７に反射部材のような調整部材を付加する必要がない。
【００５４】
〔第４実施例〕
図１１は、マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第４実施例を説明する図である。
第４実施例は、上述の第３実施例と類似している。しかしながら、第３実施例では投影光学系７を実際に構成するレンズ成分の凹面を利用して各光軸を計測しているが、第４実施例では所望の曲率の反射凹面を有する反射部材を利用して各光軸を計測する点が第３実施例と基本的に相違している。以下、第３実施例との相違点に着目して第４実施例を説明する。
【００５５】
第４実施例では、第１バレル４１および第２バレル４２を途中まで組み立てた状態において、所望の曲率の反射凹面１１１を有する第１反射部材を第１バレル４１の上端部に取り付けるとともに、所望の曲率の反射凹面１１２を有する第２反射部材を第２バレル４２の上端部に取り付ける。ここで、第１反射部材を第１バレル４１の上端部に取り付けた状態でその反射凹面１１１の光軸と第１バレル４１の中心軸線すなわち第１結像光学系の光軸ＡＸ１とが一致するように第１反射部材が構成されている。また、第２反射部材を第２バレル４２の上端部に取り付けた状態でその反射凹面１１２の光軸と第２バレル４２の中心軸線すなわち第２結像光学系の光軸ＡＸ２とが一致するように第２反射部材が構成されている。
【００５６】
したがって、第４実施例においても第３実施例と同様に、反射凹面１１１を利用して計測装置９３で第１結像光学系の光軸ＡＸ１を計測し、計測装置９３の光軸と第１結像光学系の光軸ＡＸ１とが一致した状態を形成する。また、反射凹面１１２を利用して計測装置９４で第２結像光学系の光軸ＡＸ２を計測し、計測装置９４の光軸と第２結像光学系の光軸ＡＸ２とが一致した状態を形成する。そして、レール部材９５の長手軸線方向に沿って計測装置９３を移動させながらテストマスク１０１上の複数のマーク１００をすべて観測視野の中心で観測することができるようにマスクステージ６を微小回転させることにより、マスクステージ６の駆動方向を投影光学系７に対して位置合わせすることができる。
【００５７】
第３実施例のように適当な曲率の反射面を有するレンズ成分が存在しない場合がある。この場合、第４実施例のように所望の曲率の反射面を有する反射部材を用いることにより、光軸の計測を高精度に行うことができるだけでなく、計測装置と反射面との距離調整も容易に行うことができる。
以上のように、各実施例では、マスク４およびウエハ８の走査方向を投影光学系７に対して位置合わせし、位置合わせした状態においてマスク４とウエハ８とを走査方向に沿って移動させてウエハ８の各露光領域にマスク４のパターン像を走査露光する。したがって、投影光学系７の有効露光領域の範囲内で露光視野を最大限に設定することができ、設定した大きな露光視野のもとで良好な走査露光を高スループットで行うことができる。
【００５８】
本発明の走査露光の工程（フォトリソグラフィ工程）を経たウエハは、現像する工程を経てから、現像したレジスト以外の部分を除去するエッチングの工程、エッチングの工程後の不要なレジストを除去するレジスト除去の工程等を経てウエハプロセスが終了する。そして、ウエハプロセスが終了すると、実際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチップ化するダイシング、各チップに配線等を付与するボンディング、各チップ毎にパッケージングするパッケージング等の各工程を経て、最終的にデバイスとしての半導体装置（ＬＳＩ等）が製造される。
【００５９】
なお、以上の説明では、投影露光装置を用いたウエハプロセスでのフォトリソグラフィ工程により半導体素子を製造する例を示したが、露光装置を用いたフォトリソグラフィ工程によって、半導体デバイスとして、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）を製造することができる。
【００６０】
なお、上述の各実施例では、反射屈折型の投影光学系を有する走査型露光装置に本発明を適用しているが、複数の反射部材で構成された反射投影光学系を有する走査型露光装置にも本発明を適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせし、位置合わせした状態においてマスクと感光性基板とを走査方向に沿って移動させて感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する。したがって、投影光学系の有効露光領域の範囲内で露光視野を最大限に設定することができ、その結果、設定した大きな露光視野のもとで良好な走査露光を高スループットで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施例にかかる走査型露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の反射屈折型の投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】ウエハ面上における有効露光領域と露光視野との位置関係を示す図である。
【図４】図１の反射屈折型の投影光学系のメカ構成を概略的に示す図である。
【図５】マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第１実施例を説明する図である。
【図６】図５のオートコリメータの内部構成を概略的に示す図である。
【図７】マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第２実施例を説明する図である。
【図８】マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第３実施例を説明する図である。
【図９】レンズ成分のレンズ面を反射面として利用し、そのレンズ成分の光軸を計測するための計測装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】直線状に複数のマークが形成されたテストマスクをマスクステージ上に載置した状態を示す図である。
【図１１】マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第４実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１  光源
２  折り曲げミラー
３  照明光学系
４  マスク
５  マスクホルダ
６  マスクステージ
７  投影光学系
８  ウエハ
９  ウエハホルダ
１０  ウエハステージ
４１  第１バレル
４２  第２バレル
４３  保持部材
４４  架台
５１  案内部材
５２、５３、７１  反射部材
５４  オートコリメータ
【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】
0004304550.tif 000013
【図９】
0004304550.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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