JP2004146732A

JP2004146732A - 露光方法及び露光装置

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Publication number: JP2004146732A
Application number: JP2002312530A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Ito; 伊藤　真信
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】露光精度を低下させることなく、露光時における基板の駆動機構の負担を低減する。
【解決手段】パターンが形成されたマスクに照明光を照射し、該マスクのパターンの像を投影光学系を介して基板に投影露光する露光方法において、前記照明光の入射及び停止に伴い前記投影光学系に蓄積される蓄積エネルギー量（Ｅ値）が予め設定された閾値を越えているか否かを判断し（Ｓ１０）、前記蓄積エネルギー量が前記閾値を越えた場合には、前記投影光学系の結像条件を変更しつつ前記基板を露光する（Ｓ１４）。
【選択図】　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子、半導体集積回路、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイス等を、リソグラフィ技術を用いて製造する際に使用される露光方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロデバイスの製造工程の１つとして通常設けられるフォトリソグラフィー工程では、露光対象としての基板（フォトレジストが塗布された半導体ウエハやガラスプレート）にマスク又はレチクル（以下、これらを総称するときは、マスクという）に形成されたパターンの縮小像を投影露光する露光装置が用いられている。
【０００３】
近年においては、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（所謂、ステッパ）又はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が多用されている。上記のステッパは、基板を二次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより基板を歩進（ステッピング）させて、マスクのパターンの縮小像を基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す露光装置である。
【０００４】
また、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、基板を載置した基板ステージと、露光すべきパターンが形成されたマスクを載置したマスクステージとを互いに同期走査させつつマスクに形成されたパターンの像を基板のショット領域に逐次転写し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了すると基板をステッピングさせてパターン像が投影される位置に他のショット領域を配置した後で、同様にパターンの転写を行う露光装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した露光装置が備える投影光学系は、透過率が極めて高くなるように設計されているが、用いている硝材の光学特性によって僅かながら光を吸収してしまう。このため、マスクのパターンを基板に転写するためにマスクに照明光を照射し、マスクを透過した光が投影光学系に入射すると投影光学系に入射した光の全エネルギーの内の一部のエネルギーが投影光学系内に吸収されて蓄えられる。
【０００６】
投影光学系内に蓄えられたエネルギーは時間とともに熱として放出されるが、スループット（単位時間当たりに露光することができる基板の枚数）を向上させるために投影光学系に入射する光のエネルギーは高く設定されており、露光動作を行っているときには単位時間当たり投影光学系から放出されるエネルギー量よりも単位時間当たりに投影光学系内に吸収されるエネルギー量の方が多くなることがある。
【０００７】
また、基板の露光処理においては、照明光の照射及び停止が繰り返し行われ、照明光の照射を停止している時間はスループットの向上の観点から極力短くなるように設定されるため、照明光の照射によって投影光学系内に蓄えられたエネルギーの全てが照明光の照射が停止されている間に放出される訳ではない。従って、基板の露光処理を行っている間は投影光学系に徐々にエネルギーが蓄積されることになる。
【０００８】
投影光学系にエネルギーが蓄積されると、投影光学系のベストフォーカス位置の変動、像面傾斜、及び像面湾曲等の投影光学系の光学特性の変化が生ずる。この光学特性の変化が生ずると、その変化にあわせて基板の位置を投影光学系の光軸方向に移動させ、投影光学系の光軸に対して基板を傾斜させ、若しくは投影光学系に含まれるレンズ素子等を駆動して投影光学系の光学特性を補正した上で露光を行い、又は投影光学系の光軸方向における基板の位置を移動させつつ露光を行う必要がある。特に、投影光学系の光軸方向における基板の位置を移動させつつ露光を行う場合には、基板の駆動系に多大な負荷がかかり駆動系の寿命を短くしてしまうという問題があった。
【０００９】
また、投影光学系に蓄積されたエネルギー量が所定量を越えた場合には、露光処理を一定時間だけ中断することで投影光学系に蓄積されたエネルギーを放出させて、投影光学系の光学特性を初期の光学特性に近いものとしてから露光処理を再開する制御を行っていた。しかしながら、この方法を用いると、露光処理を中断している時間が長くなり、スループットの低下を招くという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、露光時における基板の駆動機構の負担を低減し、且つスループットの低下を招くことなく高い露光精度で露光処理を行うことが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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によると、パターンが形成されたマスク（Ｒ）に照明光を照射し、該マスクのパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｐ）に投影露光する露光方法において、前記照明光の入射及び停止に伴い前記投影光学系に蓄積される蓄積エネルギー量が予め設定された閾値を越えているか否かを判断し（Ｓ１０）、前記蓄積エネルギー量が前記閾値を越えた場合には、前記投影光学系の結像条件を変更しつつ前記基板を露光する（Ｓ１４）ようにした露光方法が提供される。この場合において、前記蓄積エネルギー量が前記閾値を越えていない場合には、前記投影光学系の光軸方向における前記基板の位置を固定して前記基板を露光すると良い（Ｓ１１）。
【００１３】
「結像条件を変更しつつ基板を露光する」には、前記基板の前記マスクに対する光学的相対位置を変更しつつ基板を露光すること、より具体的には、投影光学系の光軸方向における基板の位置を変更しつつ基板を露光することが含まれる。ここで、「投影光学系の光軸方向における基板の位置を変更しつつ基板を露光する」とは、照明光を基板に照射している最中に該基板を光軸方向に沿って連続的若しくは断続的に移動させ、あるいは往復振動させること、又は該光軸方向に沿う複数の位置（例えば、２箇所）に基板を設定しつつ当該複数の位置のそれぞれで適正露光量よりも小さい露光量（例えば、適正露光量の１／２）で露光することにより全体として適正露光量とすることの両者を含む意味である。
【００１４】
基板のマスクに対する光学的相対位置の変更は、投影光学系の光軸方向における基板の位置を変更することにより結像条件を変更するものに限定されず、投影光学系の結像面の位置を光学的に調整する装置、例えば、照明光の波長に対して透明な２枚のくさび状の部材の相対位置を調整することにより、その光学的厚さを変更できるように構成した結像位置調整装置を照明光の光路中に配置して、投影光学系の結像位置を変更することにより行うこともできる。上述した基板位置の変更と投影光学系の結像位置の調整の両者を行ってもよい。
【００１５】
投影光学系の結像条件を変更しつつ基板を露光することにより、該結像条件を変更しないで基板を露光した場合と比較して、線幅誤差等の誤差を縮小し得るが、常にこれを行うとすると、該結像条件を変更しつつ基板を露光するために必要な例えば駆動機構等を露光中常に作動させる必要を生じ、該駆動機構等に多大な負担を与え、その寿命が短くなるおそれがある。本発明では、蓄積エネルギー量に関する閾値を設定して、投影光学系に蓄積される蓄積エネルギー量が該閾値を越えた場合に、投影光学系の結像条件を変更しつつ基板を露光するようにしたから、上述のような駆動機構等を常に作動させる必要がなくなり、その寿命を長くすることができるようになる。なお、前記閾値は、蓄積エネルギー量との関係で求まる投影光学系の光学特性の変動と許容される露光精度とに基づいて適宜な値に設定される。
【００１６】
本発明の第１の観点に係る露光方法において、前記閾値は、第１閾値と該第１閾値よりも大きな値に設定された第２閾値とを有し、前記蓄積エネルギー量が前記第１閾値以下では、前記光軸方向における前記マスクに対する前記基板の光学的な相対位置を固定して前記基板を露光し、前記蓄積エネルギー量が前記第１閾値と前記第２閾値との間では、前記光学的相対位置を変更しつつ前記基板を露光し、前記蓄積エネルギー量が前記第２閾値以上では、前記基板への露光を中止（中断を含む）するようにした露光方法が提供される。この場合において、前記蓄積エネルギー量が前記第２閾値以上で露光を中止した後、前記蓄積エネルギー量が前記第２閾値よりも小さな値に予め設定された第３閾値よりも小さくなったと判断された後に前記基板への露光を再開するようにできる。
【００１７】
蓄積エネルギー量が増大すると、基板のマスクに対する光学的な相対位置を変更しつつ基板の露光を行ったとしても、許容される露光精度の範囲内での露光ができなくなるおそれがある。この場合には、露光処理を中断し、蓄積エネルギー量の低下を待って、露光処理を再開することが得策である。従って、第２閾値を、基板のマスクに対する光学的な相対位置を変更しつつ基板の露光を行ったとしても、許容される露光精度の範囲内に納めることができないと予測される蓄積エネルギー量との関係で適宜に設定することにより、不良品の製造を抑制しつつ、高いスループットで高効率的に露光処理を遂行することができるようになる。
【００１８】
前記第１の観点に係る露光方法において、特に限定されないが、前記蓄積エネルギー量と閾値（第１〜第３閾値）との比較判断は、前記基板への露光を行う前に行うようにできる。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、マスク（Ｒ）に照明光を照射する照明光学系（ＩＬ）と、該マスクの像を基板（Ｐ）に投影する投影光学系（ＰＬ）を有する露光装置であって、前記照明光の入射及び停止に伴い前記投影光学系に蓄積される蓄積エネルギー量を導出する導出部（７、１５、２０、２４）と、予め設定された閾値が記憶された記憶部（２１）と、前記蓄積エネルギー量と前記記憶部に記憶された閾値とを比較し、該比較結果に基づいて、前記マスクの像を前記基板に投影する際の投影状態を切り替える制御部（２０）とを備えた露光装置が提供される。この場合において、前記記憶部には、少なくとも１つの閾値を記憶するようにでき、前記制御部は、少なくとも２つの投影状態を切り替えるように制御するようにできる。
【００２０】
本発明では、蓄積エネルギー量と所定の閾値との比較結果に基づいてマスクの像を基板に投影する際の投影状態を切り替えるようにしたので、蓄積エネルギー量に従って変化する投影光学系の光学特性に応じて最適な投影状態で基板を露光し得るようになり、蓄積エネルギー量の増大に伴う露光精度の劣化を抑制することができる。
【００２１】
本発明の第２の観点に係る露光装置において、前記制御部は、前記投影光学系の光軸方向における前記マスクと前記基板との相対的な位置関係を、前記比較結果に基づいて固定モード又は変動モードに切り替えるようにできる。また、前記制御部は、前記投影光学系を介して投影された前記マスクの像の焦点位置を前記基板の所定面に固定するか若しくは変動させるように制御するようにできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。本実施形態の露光装置は、液晶表示素子を製造するため、マスクとしてのレチクルＲに形成されたパターンの投影光学系ＰＬによる縮小像を、基板としてのプレートＰ上において、互いの一部を重ね合わせつつ順次投影露光するようにしたスティチング方式の一括露光型の露光装置である。
【００２４】
なお、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ直交座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００２５】
図１において、１は光源としての超高圧水銀ランプであり、この超高圧水銀ランプ１から射出された光は楕円鏡２で反射されて集束光になり、反射ミラー３で反射された後、楕円鏡２の第２焦点に一度集光する。楕円鏡２の第２焦点の近傍には、不図示のモータによって光路の閉鎖及び開放を行うシャッタ４が配置されている。このシャッタ４の開閉は露光装置の全体動作を制御する主制御系２０により制御される。
【００２６】
シャッタ４を通過した光は、不図示の波長フィルタに入射し、露光に必要な波長（例えば、ｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）の波長）のみが波長フィルタを通過することで露光用の照明光となる。この照明光はフライアイインテグレータ５にて均一な照度分布の光束に調整された上でビームスプリッタ６に入射する。ビームスプリッタ６に入射した照明光のうち、反射された一部の照明光は、積算露光量計７に入射する。この積算露光量計７はシャッタ４が開いた時点から現在までの露光量の積算値を検出する。積算露光量計７の検出結果は主制御系２０に出力される。なお、積算露光量計７及び主制御系２０は本発明にいう導出部の一部に相当する。
【００２７】
ビームスプリッタ６に入射した照明光のうち通過した照明光は、第１リレーレンズ８、可変視野絞り（レチクルブラインド）９、及び第２リレーレンズ１０を順次通過して反射ミラー１１に至る。ここで、可変視野絞り９の構成について簡単に説明する。図２は、可変視野絞り９の概略構成を示す斜視図である。
【００２８】
可変視野絞り９は、図２に示すように、４枚の可動式のブラインド（遮光部材）３０Ａ〜３０Ｄ及びその駆動機構（不図示）を備えて構成されている。これらのブラインド３０Ａ〜３０Ｄは、照明光の光軸ＡＸに直交する面内において、互いに直交又は平行する方向であって、光軸ＡＸに対して進出又は後退するように移動可能とされている。これらのブラインド３０Ａ〜３０Ｄの光軸ＡＸに直交する面内の位置は、主制御系２０により制御される。
【００２９】
また、各ブラインド３０Ａ〜３０Ｄには位置検出用の光学式のリニアスケール（図示省略）が取り付けられており、このリニアスケールに対向して設けられた光学的読取装置を有する位置検出装置（図示省略）の検出値が主制御系２０に出力されるようになっている。主制御系２０が、これら４枚のブラインド３０Ａ〜３０Ｄをそれぞれ適宜な位置に設定することにより、各ブラインド３０Ａ〜３０Ｄの先端縁３１Ａ〜３１Ｄによって、投影光学系ＰＬの視野内の略中央で矩形状の照明視野領域が形成される。
【００３０】
この照明視野領域は、基本的にショット領域にほぼ対応する大きさに設定される。露光中において、これらの４枚のブラインド３０Ａ〜３０Ｄのうち、矩形状のショット領域の継ぎ部（一のショット領域とこれに隣接する他のショット領域の重複する重複領域）を構成する辺に対応するブラインド３０Ａ〜３０Ｄを、照明光の光路に対して進出又は退去（この実施形態では退去）するように所定の速度で連続的に移動することにより、継ぎ部における露光量を外側に行くに従って傾斜的に減少させることができ、これにより濃度フィルタと同様の機能が実現される。可変視野絞り９は、濃度フィルタのようにショット領域に応じて複数のものを準備し、取り換える必要がなく、単一の機構で柔軟に対応できる点で優れている。
【００３１】
なお、主制御系２０は可変視野絞り９に設けられた不図示の位置検出装置から出力される検出値に基づいて、光軸ＡＸに直交する面内における各ブラインド３０Ａ〜３０Ｄの位置と各ブラインド３０Ａ〜３０Ｄの先端縁３１Ａ〜３１Ｄによって形成される開口の大きさ（プレートＰ上に形成される照明視野領域の大きさ）とを常時把握している。
【００３２】
図１に戻り、反射ミラー１１に入射した照明光は反射ミラー１１でほぼ垂直下方に反射され、コンデンサーレンズ１２を介してマスクとしてのレチクルＲをほぼ均一な照度で照明する。上記の可変視野絞り９はレチクルＲのパターン形成面と共役関係（結像関係）にあるため、レチクルＲの照明領域は、ブラインド３０Ａ〜３０Ｄの先端縁３１Ａ〜３１Ｄによって形成される開口部の形状と同じ形状又は相似形状になる。なお、以上説明した超高圧水銀ランプ１、楕円鏡２、反射ミラー３、シャッタ４、フライアイインテグレータ５、第１リレーレンズ８、可変視野絞り９、第２リレーレンズ１０、反射ミラー１１、及びコンデンサレンズ１２により照明光学系ＩＬが構成される。
【００３３】
レチクルＲは、不図示のモータによって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な面内で２次元移動及び微小回転可能なマスクステージとしてのレチクルステージ１３上に保持される。レチクルステージ１３の端部には不図示のレーザ干渉計からのレーザビームを反射する移動鏡（図示省略）が固定されており、レチクルステージ１３の２次元的な位置はレーザ干渉計によって、所定の分解能で常時検出されている。
【００３４】
レチクルＲを透過した光は、例えば両側（又は片側）テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射して基板としてのプレートＰ上のショット領域に投影される。ここで、投影光学系ＰＬは、照明光の波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルＲとプレートＰとは互いに共役になっている。また、照明光はケラー照明であり、投影光学系ＰＬの瞳（図示省略）の中心に光源像として結像される。なお、投影光学系ＰＬは複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝材としては照明光の波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択される。
【００３５】
プレートＰは基板ステージとしてのプレートステージ１４上に保持されている。プレートステージ１４は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でプレートＰを２次元的に位置決めするＸＹステージ、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）にプレートＰを位置決めするＺステージ、プレートＰを微小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するプレートＰの傾きを調整するステージ等より構成されている。プレートステージ１４の上面の一端にはプレートＰに照射される光の照度を測定するための照度計１５が取り付けられており、この照度計１５の測定結果は主制御系２０に出力される。なお、照度計１５は、本発明にいう導出部の一部に相当する。
【００３６】
また、プレートステージ１４の上面の一端にはＬ字型の移動鏡１６が取り付けられており、移動鏡１６の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１７が配置されている。図１では簡略化して図示しているが、移動鏡１６はＸ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成されている。また、レーザ干渉計１７は、Ｘ軸に沿って移動鏡１６にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１６にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、プレートステージ１４のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、プレートステージ１４のＸＹ平面内における回転角が計測される。
【００３７】
プレートステージ１４の２次元的な座標は、レーザ干渉計１７によって所定の分解能で常時検出されており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の座標によりプレートステージ１４のステージ座標系（静止座標系）が定められる。即ち、レーザ干渉計１７により計測されるプレートステージ１４の座標値が、ステージ座標系上の座標値である。レーザ干渉計１７により計測されたＸ座標、Ｙ座標、及び回転角を示す位置計測信号は主制御系２０に出力される。主制御系２０は、供給された位置計測信号をモニタしつつプレートステージ１４の位置を制御する制御信号をモータ１８へ出力する。
【００３８】
また、本露光装置には、主制御系２０の制御の下で投影光学系ＰＬの結像特性を調整する結像特性補正部１９が設けられている。この結像特性補正部１９は、投影光学系ＰＬに設けられるレンズ等の光学部材の位置を調整することで、例えば投影光学系ＰＬで生ずる５つの回転対称収差及び５つの偏心収差を個別に補正することができる。ここでいう５つの回転対称収差とは、倍率、ディストーション（歪曲収差）、コマ収差、像面湾曲収差、及び球面収差をいい、５つの偏心収差とは、偏心ディストーション（歪曲収差）、偏心コマ収差、偏心アス収差、及び偏心球面収差をいう。
【００３９】
また、本露光装置は、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）に関するプレートＰの位置を検出する送光系２２及び受光系２３を有する斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、フォーカスセンサＡＦという）を備えた自動焦点調整装置（以下、ＡＦ装置という）が設けられている。フォーカスセンサＡＦは、投影光学系ＰＬの視野内でパターンの縮小像が投影される露光領域（ショット領域に対応）内の複数の計測点にそれぞれ光ビームを照射するとともに、プレートＰで反射された光をそれぞれ独立に受光して、各計測点におけるプレートＰのＺ方向の位置（本例では、所定の基準面、例えば投影光学系ＰＬの像面に対するプレートＰの表面の位置ずれ量）を検出するものである。
【００４０】
このフォーカスセンサＡＦの計測値は主制御系２０に出力され、主制御系２０はその計測値に基づいてプレートステージ１４を駆動し、プレートＰのフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）、及び傾斜角の制御（フォーカス及びレベリング調整）を行う。これにより、投影光学系ＰＬの露光領域内で投影光学系ＰＬの像面とプレートＰ上の各ショット領域の表面とがほぼ合致する、即ち露光領域内でショット領域の全面が投影光学系ＰＬの焦点深度内に設定されることになる。
【００４１】
また、前述したビームスプリッタ６の近傍には、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介してプレートＰに入射した光のうち、プレートＰで反射されて投影光学系ＰＬ及びレチクルＲ等を介して戻ってくる光をモニタすることで、プレートＰの反射率を検出する反射率検出計２４が設けられている。この反射率検出計２４の検出結果は主制御系２０に出力される。なお、反射率検出計２４は、本発明にいう導出部の一部に相当する。
【００４２】
反射率検出計２４で検出されたプレートＰの反射率及び照度計１５で測定されたプレートＰ上に投影される光の照度は、主制御系２０において投影光学系ＰＬに蓄積される蓄積エネルギー量を測定するために用いられる。以下、投影光学系ＰＬに蓄積される蓄積エネルギー量の求め方について説明する。
【００４３】
いま、ある条件下においてレチクルＲに照明光を断続的に照射し、同一のプレートＰに対して長時間に亘り継続して露光を行ったとする。このとき、投影光学系ＰＬに蓄積されるエネルギーＥは以下の（１）式で求められる。
【００４４】
【数１】

【００４５】
上記（１）式中の各変数は以下の物理量を示している。
α：　反射率による照射変動係数
ｒ：　プレート反射率
η：　レチクル透過率
Ｐ：　プレートＰ上における露光パワー［ｍＷ／ｃｍ^２］
Ｓｘ：プレートＰ上における照明視野領域のＸ方向の長さ
Ｓｙ：プレートＰ上における照明視野領域のＹ方向の長さ
【００４６】
上記の反射変動係数αは、投影光学系ＰＬの種類、倍率、フォーカス特性等で異なる値をとる係数である。プレート反射率ｒは図１中の反射率検出計２４の検出結果から得られ、露光パワーＰは照度計１５の測定結果から得られ、照明視野領域のＸ方向の長さＳｘ及びＹ方向の長さＳｙは、可変視野絞り９に設けられた不図示の位置検出装置の検出結果から得られる。なお、レチクル透過率ηは予め透過率を計測するための計測器を用いて計測しておく。また、上記（１）式中のＤｕｔｙはプレート１枚当たりのシャッタ４の開放時間をプレート１枚当たりの処理時間で除算した値である。
【００４７】
前述したように、上記（１）式はレチクルＲに露光光を断続的に照射し、同一のプレートＰに対して継続して露光を行った場合に投影光学系ＰＬに蓄積される蓄積エネルギー量を算出するための式である。しかしながら、実際の露光処理においては、露光すべきプレートＰの交換等が行われ、この交換が行われている間はシャッタ４は閉鎖されるため、投影光学系ＰＬに対する光の照射は行われない。
【００４８】
プレートＰの交換を考慮しつつ第ｎ枚目（ｎは自然数）のプレートＰに対して露光処理を行ったときに投影光学系ＰＬに蓄積されるエネルギーＥ_ｎは以下の（２）式で表される。
【００４９】
【数２】

【００５０】
上記（２）式中の変数α、ｒ、η、Ｐ、Ｓｘ、及びＳｙは、上記（１）式に示した物理量と同じ物理量を示している。また、（１）式中に表れておらず、（２）式中にのみ表されている変数等は以下の物理量を示している。
【００５１】
Ｄ（ｓ）：シャッタ４の閉鎖／開放状態（閉鎖＝０、開放＝１）
Δｔ：　　シャッター４の開放時間及び閉鎖時間
Ｔ_１　　　：時定数
Ｔ_２　　　：時定数
Ａ_ｓ　　　：時定数Ｔ_１の配分比
Ｂ_ｓ　　　：時定数Ｔ_２の配分比（但し、Ａ_ｓ＋Ｂ_ｓ＝１）
【００５２】
上記の時定数Ｔ_１，Ｔ_２及び配分比Ａ_ｓ，Ｂ_ｓは投影光学系ＰＬ及び露光装置の放熱特性等により定まるものである。本実施形態においては、露光装置の種類等に応じて時定数Ｔ_１，Ｔ_２及び配分比Ａ_ｓ，Ｂ_ｓを予め定めて主制御系２０に記憶させておき、主制御系２０が反射率検出計２４の検出結果及び照度計１５の測定結果等を用いて上記（２）式に基づいて投影光学系ＰＬに蓄積される蓄積エネルギー量を算出する。
【００５３】
光の照射によって投影光学系ＰＬにエネルギーが蓄積されると、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の変動、像面傾斜、及び像面湾曲等の投影光学系の光学特性の変化が生ずる。ここで、投影光学系ＰＬのエネルギー蓄積により生ずる光学特性の変化について説明する。図３は、エネルギー蓄積により生ずる投影光学系ＰＬの光学特性の変化を説明するための図であって、（ａ）は投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の変動を示す図であり、（ｂ）は投影光学系ＰＬの像面傾斜を示す図であり、（ｃ）は、投影光学系ＰＬの像面湾曲を示す図である。
【００５４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）において、Ｐ１はプレートＰの表面を表しており、ＢＦは投影光学系ＰＬの結像面（ベストフォーカス面）を表している。投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の変動とは、投影光学系ＰＬの結像面の位置が光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に、ほぼ平行に移動する現象をいう。投影光学系ＰＬにエネルギーが蓄積されていない初期状態において投影光学系ＰＬの結像面にプレートＰの表面Ｐ１を位置決めしたとしても、エネルギーの蓄積によりベストフォーカス位置の変動が生ずると、プレートＰの表面Ｐ１が結像面ＢＦからＺ方向に相対的にずれた状態になる。このため、レチクルＲのパターンを忠実にプレートＰ上に転写するためには、プレートステージ１４を駆動してベストフォーカス位置の変動の分だけプレートＰをＺ方向に移動させて補正する必要がある。
【００５５】
また、像面傾斜とは、図３（ｂ）に示す通り、投影光学系ＰＬの結像面ＢＦが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して傾斜する現象をいう。像面傾斜が生じた場合には、照明視野領域の中央部分においてはプレートＰの表面Ｐ１が投影光学系ＰＬの結像面ＢＦに配置されるにもかかわらず、照明視野領域の端部においてプレートＰの表面Ｐ１が結像面ＢＦからデフォーカスした状態となる。このため、プレートＰのＺ軸に対する傾斜がベストフォーカス面ＢＦと同様の傾斜となるように、プレートステージ１４をレベリング制御して補正することも可能である。
【００５６】
また、像面湾曲とは、図３（ｃ）に示すように、投影光学系ＰＬの結像面ＢＦが球面状に変動する現象をいう。像面湾曲が生じた場合には、図１中の結像特性補正部１９で投影光学系ＰＬに設けられるレンズ等の光学部材の位置を調整することにより、像面湾曲を修正することも可能である。
【００５７】
上記の像面傾斜又は像面湾曲が生じた場合には、レベリング制御又は像面湾曲の修正に時間を要することがあるため、スループットの観点からは余り好ましくはない。また、プレートステージ１４を小型化するために、Ｚ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するプレートＰの傾きを調整するステージを備えない場合には、レベリング制御を行うことができない。本実施形態においては、投影光学系ＰＬに関して像面傾斜又は像面湾曲が生じていても、レベリング制御を必要とせず、且つスループットを低下させることなく必要な精度でレチクルＲのパターンを露光するためにＤＥＥＰ露光法を用いている。
【００５８】
ここで、ＤＥＥＰ露光法とは、プレートＰのＺ方向の位置を変えつつレチクルＲのパターンの像を転写する方法をいう。以下、ＤＥＥＰ露光法について簡単に説明する。図４は第１のＤＥＥＰ露光法を説明するための図であり、図５は第２のＤＥＥＰ露光法を説明するための図である。第１のＤＥＥＰ露光法は、まず、投影光学系ＰＬの結像面に対してプレートＰの露光面（例えば塗布されているフォトレジストの中間の厚さの面）をＺ方向に幅ａだけ低下させた状態で、プレートＰの露光面にレチクルＲのパターン像の１回目の露光を行う。その後、結像面に対してプレートＰの露光面をＺ方向に幅ａだけ上昇させた状態で、プレートＰの露光面にレチクルＲのパターン像の２回目の露光を行う。
【００５９】
このように２重露光した場合のフォーカス位置（Ｚ方向の露光位置）と露光量との関係は図４に示した関係になる。図４において、縦軸はプレートＰの露光面のフォーカス位置Ｚであり、位置Ｚ_０は投影光学系ＰＬの結像面のＺ方向の位置を示す。また、図４の横軸はプレートＰの露光面がフォーカス位置Ｚにあるときの露光エネルギーＥ（Ｚ）を示す。図４に示すように第１のＤＥＥＰ露光法を用いて露光を行った場合には、分布曲線Ｅｘ１で示すように、２つのフォーカス位置（Ｚ_０＋ａ）及び（Ｚ_０−ａ）の近傍に露光エネルギーが集中している。このようなＤＥＥＰ露光法を用いて露光を行うと、投影光学系ＰＬの焦点深度が実質的に深くなり、投影光学系ＰＬの像面について像面傾斜や像面湾曲の発生があったとしても、精度をさほど悪化させずに露光を行うことができる。
【００６０】
また、第２のＤＥＥＰ露光法は、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターン像がプレートＰ上に投影されている状態で、プレートＰを連続的に所定の幅をもってＺ方向に振動させつつ露光を行う。図５（ａ）に示す例において、縦軸はプレートＰの露光面の位置Ｚであり、位置Ｚ_０は投影光学系ＰＬの結像面のＺ方向の位置を示す。また、図５（ａ）の横軸は時間を示す。図５（ａ）では、位置（Ｚ_０＋ａ）と位置（Ｚ_０−ａ）との間、つまり２ａの幅をもってプレートＰの露光面をＺ方向に正弦波状に連続して移動させつつ、レチクルＲのパターン像を投影して露光を行っている。なお、第２のＤＥＥＰ露光法において、プレートＰの移動のさせ方は、図５（ａ）に示す正弦波状に限られず、例えば三角波状であってもよい。
【００６１】
第２のＤＥＥＰ露光法を用いて露光を行った場合のＺ方向の露光位置と露光量との関係は図５（ｂ）に示した関係になる。図５（ｂ）において縦軸及び横軸は、図４に示したものとそれぞれ同じである。図５（ｂ）に示すように第２のＤＥＥＰ露光法を用いて露光を行った場合には、分布曲線Ｅｘ２で示すように位置（Ｚ_０＋ａ）及び位置（Ｚ_０−ａ）で大きな値となり、これらの位置の間の位置においては、中間の位置Ｚ_０に近づくにつれて徐々に小さな値となり、位置_０において露光量が最小になる分布となる。このように、連続的にプレートＰの露光面の位置を変化させる第２のＤＥＥＰ露光法を用いて露光を行っても、投影光学系ＰＬの焦点深度が実質的に深くなり、投影光学系ＰＬの像面について像面傾斜や像面湾曲の発生があったとしても、精度をさほど悪化させずに露光を行うことができる。
【００６２】
以上のように第１又は第２のＤＥＥＰ露光法を用いて露光を行えば、投影光学系ＰＬの像面について像面傾斜又は像面湾曲が生じていても、精度をさほど悪化させずに露光を行うことができる。このため、Ｚ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するプレートＰの傾きを調整するステージを省略することができ、プレートステージ１４の構成の簡略化及び小型化を図ることができる。
【００６３】
ところで、ＤＥＥＰ露光法を多用するとプレートステージ１４が備えるＺステージに多大な負荷がかかり、その寿命が短くなるおそれがある。
【００６４】
また、投影光学系ＰＬに蓄積される蓄積エネルギー量がある値よりも大となって像面傾斜又は像面湾曲が顕著に大きくなると、ＤＥＥＰ露光を行っても精度の悪化を招くことがある。このような状況が生じたときには、シャッタ４を閉鎖して露光動作を中断して投影光学系ＰＬに蓄積されたエネルギーを放出させることで投影光学系ＰＬの光学特性が初期の特性となるように制御する必要がある。なお、露光動作を中断するとスループットの低下を招く虞がある。
【００６５】
本第１実施形態においては、投影光学系ＰＬに蓄積されるエネルギー量に対して閾値を設け、投影光学系ＰＬに蓄積されたエネルギー量に応じて露光動作を切り替えることで、露光時におけるプレートステージ１４の負担軽減とスループット低下防止との両立を図っている。
【００６６】
投影光学系ＰＬに蓄積されるエネルギーに対する閾値として、本実施形態においてはプレートＰのＺ方向の位置を変更せずに露光を行うか又はＤＥＥＰ露光を行うかを切り替えるための第１閾値と、シャッタ４を閉鎖して露光動作を中断するための第２閾値と、中断した露光動作を再開するための第３閾値とが設定されている。なお、第１閾値〜第３閾値は、その値の大小関係が第３閾値＜第１閾値＜第２閾値となるように設定されている。
【００６７】
これらの閾値は、投影光学系ＰＬに蓄積された蓄積エネルギー量に対する投影光学系ＰＬの光学特性の変化（像面傾斜及び像面湾曲の発生具合）、並びに、投影光学系ＰＬ及び露光装置の放熱特性等に応じて値が設定され、主制御系２０内に設けられた記憶部２１に予め記憶されている。
【００６８】
次に、本露光装置の露光動作を、図６に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００６９】
露光処理が開始されると、まず主制御系２０が露光動作に必要な各種の情報（レシピ）を読み込み、読み込んだレシピに従って所定のレチクルＲがレチクルライブラリからロードされてプレートステージ１４上に保持されるとともに、最初に露光処理が行われるプレートＰがロードされてプレートステージ１４上に保持される。次に、所定の基準位置に対するレチクルＲの位置合わせが行われ、レチクルＲのパターン像が投影光学系ＰＬを介して投影される位置（例えば、投影光学系ＰＬの照明視野領域の中心位置）とプレートステージ１４の基準位置との位置合わせが行われる。次いで、プレートＰ上に設定された複数のショット領域のうち、最初に露光されるべきショット領域が照明視野領域に配置される。なお、この時点においてプレートＰのＺ方向の位置合わせ等の処理も行われる。
【００７０】
以上の処理が終了すると、主制御系２０は、投影光学系ＰＬに蓄積された蓄積エネルギー量（以下、Ｅ値ともいう）が第１閾値を越えているか否かを判断する（ステップＳ１０：第１判断ステップ）。なお、露光動作を開始した時点において、Ｅ値には、例えば第３閾値よりも小さな値に設定された初期値が設定されている。ここでは、露光動作を開始した時点を考えているためステップＳ１０の判断結果は「ＮＯ」となり、通常露光動作が行われる（ステップＳ１１：制御ステップ）。
【００７１】
ここで、通常露光動作とは、プレートＰのＺ方向の位置を変化させずにレチクルＲのパターンを１つのショット領域に転写する動作をいう。この動作においては、主制御系２０がモータ１８に対して制御信号を出力せずにプレートＰが固定されている状態でシャッタ４を開放する。これによって、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬの照明視野領域に配置されたショット領域に一括して転写される。
【００７２】
１つのショット領域に対する露光処理が終了すると、主制御系２０はシャッタ４を閉鎖した後、モータ１８に制御信号を出力してプレートステージ１４をステップ移動させ、次に露光すべきショット領域を投影光学系ＰＬの照明視野領域に配置させる。なお、この時点において必要があれば、フォーカスセンサＡＦの計測値に基づいて、プレートＰのＺ方向の位置の微調整が行われる。その後、主制御系２０がシャッタ４を開放することにより、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。以上の動作が繰り返し行われてプレートステージ１４上に保持されているプレートＰ上に設定されたショット領域全てに対して露光が行われる。
【００７３】
また、通常露光動作を行っている間、主制御系２０は反射率検出計２４の検出結果及び照度計１５の測定結果等を常時モニタするとともに、シャッタ４の開放時間及び閉鎖時間を計測しており、プレートステージ１４上に保持されているプレートＰに対する露光処理が終了した時点で、前述した（２）式に基づいてＥ値を算出する。
【００７４】
以上の処理が終了すると、主制御系２０は、レシピに定められた全露光が終了したか否かを判断する（ステップＳ１２）。次に露光すべきプレートＰがある場合にはステップＳ１２の判断結果は「ＮＯ」となって処理はステップＳ１０に戻る。尚、ステップＳ１０の処理に戻る際に、露光処理が終了したプレートＰがプレートステージ１４から搬出されるとともに、次に露光処理を行うべき新たなプレートＰがロードされ、新たにプレートステージ１４上に保持されたプレートＰに対する位置合わせ等の処理が行われる。
【００７５】
主制御系２０が再度ステップＳ１０において第１閾値を越えていないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」である場合）には、プレートステージ１４上に保持された新たなプレートＰに対してステップＳ１１の通常露光動作が行われる。一方、ステップ１０において主制御系２０が、Ｅ値が第１閾値を越えたと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、Ｅ値が第２閾値を越えているか否かを判断する（ステップＳ１３：第２判断ステップ）。
【００７６】
ここで、主制御系２０が、Ｅ値が第２閾値を越えていないと判断した場合（ステップＳ１３の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ＤＥＥＰ露光動作が行われる（ステップＳ１４：制御ステップ）。ここで行われるＤＥＥＰ露光動作とは、前述した第１のＤＥＥＰ露光法又は第２のＤＥＥＰ露光法を用いてプレートＰをＺ方向に移動させつつ露光を行う露光動作である。つまり、主制御系２０は、シャッタ４を開放すると同時にモータ１８に対して制御信号を出力してプレートステージ１４のＺステージを駆動し、レチクルＲのパターンがプレートＰ上に投影されている状態でプレートＰをＺ方向に所定の幅をもって移動（振動）させる。
【００７７】
１つのショット領域に対してＤＥＥＰ露光法を用いた露光処理が終了すると、主制御系２０はシャッタ４を閉鎖した後、プレートステージ１４をステップ移動させ、次に露光すべきショット領域を投影光学系ＰＬの照明視野領域に配置させる。配置完了後、主制御系２０がシャッタ４を開放するとともに、プレートステージ１４を移動させることにより、そのショット領域に対してＤＥＥＰ露光法を用いた露光処理が行われる。以上の動作が繰り返されて、プレートステージ１４上に保持されているプレートＰ上に設定されたショット領域全ての露光が行われる。
【００７８】
また、ＤＥＥＰ露光動作を行っている間においても、主制御系２０は反射率検出計２４の検出結果及び照度計１５の測定結果等を常時モニタするとともに、シャッタ４の開放時間及び閉鎖時間を計測しており、プレートステージ１４上に保持されているプレートＰに対する露光処理が終了した時点で、前述した（２）式に基づいてＥ値を算出する。
【００７９】
以上の処理が終了すると、主制御系２０はレシピに定められた全露光が終了したか否かを判断し（ステップＳ１２）、次に露光すべきプレートＰがある場合にはステップＳ１２の判断結果は「ＮＯ」となって処理はステップＳ１０に戻る。なお、ここにおいても、露光処理を終えたプレートＰが搬出され、新たなプレートＰがロードされてプレートステージ１４上に保持されて位置合わせ等が前述の場合と同様に行われる。
【００８０】
次に、ステップＳ１０においてＥ値が第１閾値を越えており（判断結果が「ＹＥＳ」）、且つステップＳ２０においてＥ値が第２閾値を越えている（判断結果が「ＹＥＳ」）と主制御系２０が判断した場合には、主制御系２０はシャッタ４を閉鎖して露光動作を中断（休止）する（ステップＳ１５：中断ステップ）。露光動作が中断されている間はシャッタ４が閉鎖されているため、投影光学系ＰＬにはレチクルＲを透過した照明光が照射されない。よって、投影光学系ＰＬに蓄積されたエネルギーは熱として放出され、これに伴って投影光学系ＰＬの光学特性は徐々に初期の特性になり、像面傾斜及び像面湾曲が小さくなる。
【００８１】
露光動作を中断している間においても、主制御系２０は前述した（２）式に基づいてＥ値を算出しており、算出したＥ値が予め設定された第３閾値まで低下した場合に露光動作が再開される。
【００８２】
露光動作が再開されると、主制御系２０は、まずレシピに定められた全露光が終了したか否かを判断する（ステップＳ１２）。次に露光すべきプレートＰがある場合にはステップＳ１２の判断結果は「ＮＯ」となって、処理はステップＳ１０に戻る。尚、ステップＳ１５からステップＳ１２を介してステップＳ１０に戻る処理においては、プレートステージ１４上に保持されているプレートＰに対する露光処理が行われていないため、プレートステージ１４上に保持されたプレートＰの搬出及び新たなプレートＰの搬入は行われない。
【００８３】
以上説明した、通常露光動作（ステップＳ１１）若しくはＤＥＥＰ露光動作（ステップＳ１４）又は露光動作の中断（ステップＳ１５）が行われて、レシピに定められた全露光が終了すると、ステップＳ１２における判断結果が「ＹＥＳ」となり、プレートステージ１４上に保持されているプレートＰが搬出されて一連の露光動作が終了する。
【００８４】
上述した第１実施形態においては、ステップＳ１０においてＥ値が第１閾値を越えているか否かを判断し、Ｅ値が小さく像面傾斜又は像面湾曲が小さいときにはステップＳ１１においてプレートＰのＺ方向の位置を変えずに露光処理を行い、Ｅ値が大きくなって像面傾斜又は像面湾曲が大きくなったときにステップＳ１４においてＤＥＥＰ露光動作を行うようにしているため、露光時において常に基板を移動させる必要がなくなりプレートステージ１４の負担を軽減することができ、その結果としてプレートステージ１４の寿命を伸ばすことができる。
【００８５】
また、ステップＳ１３において、Ｅ値が第１閾値よりも値が大に設定された第２閾値を越えたか否かを判断し、Ｅ値が第２閾値を越えた場合のみ露光動作を中断するようにしているため、スループットの低下を極力防止することができる。
【００８６】
なお、図６の説明においては、Ｅ値が第１閾値及び／又は第２閾値を越えたか否かをプレートＰの交換時に判断するようにしていたが、プレートＰ上に設定されたショット領域に対する露光処理の終了時に行うようにしても良い。
【００８７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述したプレートＰのレチクルＲに対する光学的な相対位置を変更しつつ基板を露光する方法の一例としてのＤＥＥＰ露光法は、プレートステージ１４をＺ方向に駆動することにより行われていた。しかし、プレートＰのレチクルＲに対する光学的な相対位置の変更は、プレートＰの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向の位置を変更することなく、図７及び図８に示されるような結像位置調整装置を投影光学系ＰＬ内又はその近傍（照明光入射側及び出射側のいずれか）の照明光の光路中に配置することによっても実現することができる。ここで、この結像位置調整装置の一例について詳述する。
【００８８】
結像位置調整装置は、第１光学部材３２、第２光学部材３３、および第１光学部材３２をスライドさせる駆動装置を備えている。駆動装置は、第１光学部材３２をスライド自在に案内する複数のガイドローラ３４、第１光学部材３２をスライドすべく変位するリニアアクチュエータ３５、第１光学部材３２をリニアアクチュエータ３５側に付勢するコイルバネ３６、および第１光学部材３２の位置を検出する位置検出センサ３７などから構成されている。
【００８９】
ここでは、第１光学部材３２は複数のガイドローラ３４によりＸ方向（またはＹ方向）に沿って移動できるように案内されており、第２光学部材３３は図外のフレームなどに固定されている。但し、第１光学部材３２を固定して、第２光学部材３３を移動するように構成し、あるいは第１および第２光学部材３２，３３の双方を移動できるように構成してもよい。
【００９０】
第１光学部材３２および第２光学部材３３は、それぞれ所定波長の光（照明光の波長を含む所定帯域の光）を透過するくさび状に形成されたガラス板である。すなわち、第１光学部材３２は光入射面としての第１入射面３２ａと該第１入射面３２ａに対して斜交する光出射面としての第１出射面３２ｂを有している。また、第２光学部材３３は第１光学部材３２の第１出射面３２ｂに沿って対面する光入射面としての第２入射面３３ａと第１光学部材３２の第１入射面３２ａに対して略平行な光出射面としての第２出射面３３ｂを有している。
【００９１】
第１光学部材３２の第１出射面３２ｂには複数の陽圧溝３２ｃおよび複数の負圧溝３２ｄが形成されている。この実施形態では、陽圧溝３２ｃを挟んで両側にそれぞれ負圧溝３２ｄを配置したものを両端部近傍の２箇所に配置している。
【００９２】
これらの陽圧溝３２ｃおよび負圧溝３２ｄは、第１光学部材３２の第１出射面３２ｂと第２光学部材３３の第２入射面３３ａとを互いに所定の間隔を保ちつつ非接触で対面させる非接触手段としてのエア（空気）ベアリングを構成するための溝である。すなわち、陽圧溝３２ｃはそれぞれ通孔を介して図外の陽圧供給源（圧縮空気供給装置）Ｐに連通されており、陽圧供給源Ｐが作動されることにより圧縮空気が陽圧溝３２ｃに供給され、第１光学部材３２を第２光学部材３３に対して離間（浮上）させる方向に付勢する。一方、負圧溝３２ｄはそれぞれ通孔を介して図外の負圧供給源（真空吸引装置）Ｖに連通されており、負圧供給源Ｖが作動されることにより負圧溝３２ｄ内の空気が真空吸引され、第１光学部材３２を第２光学部材３３に対して近接（接触）させる方向に付勢する。
【００９３】
陽圧供給源Ｐと負圧供給源Ｖを適宜に調整制御して、陽圧溝３２ｃによる反発力と負圧溝３２ｄによる吸引力とを所定値に保つことにより、第１光学部材３２の第１出射面３２ｂと第２光学部材３３の第２入射面３３ａとが一定のギャップＧを保った状態で対向することになる。この実施形態では、このギャップＧは約１０μｍに設定した。なお、このギャップＧが大きくなりすぎると、光学的な収差が発生してしまうので、ギャップＧは１０μｍ〜数１０μｍ程度が望ましい。
【００９４】
駆動装置のリニアアクチュエータ３５は、その作動軸の先端が第１光学部材３２の一方の側面に当接しており、該作動軸を伸縮することによって、第１光学部材３２をガイドローラ３４に沿ってスライド（移動）させる。コイルバネ３６はリニアアクチュエータ３５の作動軸の先端部に第１光学部材３２の一方の側面が当接するように該第１光学部材３２の他方の側面を付勢している。第１光学部材３２の位置（移動量）は、ポテンショメータ若しくはリニアエンコーダなどの位置検出センサ３７により検出され、この検出値に基づきリニアアクチュエータ３５がフィードバック制御されることにより、第１光学部材３２を第２光学部材３３に対して任意の位置に正確に位置決めすることができる。
【００９５】
これにより、第１光学部材３２の第１入射面３２ａと第２光学部材３３の第２出射面３３ｂとの相対寸法（厚さ）を任意に微調整することができ、例えば図７において、第１光学部材３２を二点差線で示す位置から実線で示す位置にスライドさせることにより、投影光学系１３の結像位置をδの範囲で変更することができる。
【００９６】
このような結像位置調整装置を用いて、プレートＰの露光中に結像位置を変更することで、露光中にプレートＰの光軸ＡＸ方向の位置を変更するＤＥＥＰ露光法と実質的に同じ作用を実現することができる。その他の構成等については、上述した第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００９７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した第１及び第２実施形態は、蓄積エネルギー量が所定の閾値を越えた場合に、プレートＰのレチクルＲに対する光学的な相対位置を変更することにより結像条件を変更しつつ基板を露光するようにしたものであるが、この第３実施形態は、蓄積エネルギー量が閾値を越えた場合に、レチクルＲのパターンの像をプレートＰに投影する際の投影状態を切り替えるようにしている。
【００９８】
投影状態の切り替えは、例えば、図１に示したＡＦ装置（２２，２３等）によりプレートＰの表面を所定の基準面（投影光学系ＰＬの静的な結像面）に合わせ込む際に該基準面の位置（姿勢を含む）を変更することにより行うようにできる。すなわち、閾値を越える前の所定の蓄積エネルギー量についての投影光学系ＰＬの結像面に対する、該閾値を越えた後の所定の蓄積エネルギー量についての投影光学系ＰＬの結像面の位置（姿勢を含む）のオフセット量を予め求めておき、実際の蓄積エネルギー量が該閾値を越えた場合に、前記ＡＦ装置の前記所定の基準面を当該オフセット量に従って補正する。
【００９９】
このようなＡＦ装置の所定の基準面を補正した上で、プレートＰに対するレチクルＲのパターンの像の投影露光を実施することにより、投影光学系ＰＬの照明光の照射によるエネルギーの蓄積による光学特性の動的変動に伴う露光精度の劣化を抑制することができるようになる。
【０１００】
なお、前記閾値は、単数に限定されず、複数設定してもよく、該閾値を複数設定することにより、投影光学系ＰＬの光学特性の変動により細かく対応することができるようになる。該閾値を複数設定する場合のその数は、多いほどきめ細かな対応が可能となるが、あまりに多すぎると処理が煩雑になるので、蓄積エネルギー量の変動に伴う投影光学系の光学特性の変動量と要求される露光精度との関係及び処理負担の観点から適宜に設定される。
【０１０１】
上述した第３実施形態では、プレートＰの露光時には、該プレートＰのＺ方向の位置を固定して露光する固定モードを前提としているが、これに限定されず、上述した第１実施形態のようなプレートＰのＺ方向の位置を変更しつつプレートＰを露光し、又は第２実施形態のような結像位置調整装置を用いて投影光学系ＰＬの結像面のＺ方向の位置を変更しつつプレートＰを露光する変動モードを併用するようにしてもよい。
【０１０２】
また、上述した第３実施形態では、ＡＦ装置の所定の基準面を補正することにより、投影状態を切り替えるようにしたが、図７及び図８に示した結像位置調整装置を用いてレチクルＲのパターンのＺ方向の結像位置を変更することにより、あるいは投影光学系ＰＬの収差等を動的に修正ないし補正することができる装置を別途採用し、該収差補正装置により投影状態を切り替えるようにしてもよい。なお、その他の構成等については上述した第１及び第２実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０３】
上述した第１〜第３実施形態では露光用照明光としてｇ線（波長４３６ｎｍ）又はｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いているが、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）、又はＡｒ_２レーザ光（波長１２６ｎｍ）などを用いることができる。
【０１０４】
Ｆ_２レーザを光源とする露光装置では、例えば投影光学系として反射屈折光学系が採用されるとともに、照明光学系や投影光学系に使われる屈折光学部材（レンズエレメント）は全て蛍石とされ、かつレーザ光源、照明光学系、及び投影光学系内の空気は、不活性ガス（例えばヘリウムガス）で置換されるとともに、照明光学系と投影光学系との間、及び投影光学系と基板との間なども不活性ガスで満たされる。また、Ｆ_２レーザを用いる露光装置では、レチクルや濃度フィルタは、蛍石、フッ素がドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、ＬｉＦ、ＬａＦ_３、リチウム・カルシウム・アルミニウム・フロライド（ライカフ結晶）又は水晶等から製造されたものが使用される。
【０１０５】
エキシマレーザの代わりに、例えば波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍのいずれかに発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしてもよい。
【０１０６】
また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
【０１０７】
さらに、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いるようにしてもよい。さらに、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いてもよい。
【０１０８】
また、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置のみならず、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置にも適用することが可能である。ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においても、前述したＤＥＥＰ露光法による露光を行うことが可能である。ここでは、詳細は省略するが、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置におけるＤＥＥＰ露光法の詳細については、例えば特開平０６−３１４６４６号公報を参照されたい。また、投影光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光学系のいずれを用いてもよい。
【０１０９】
さらに、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置だけでなく、半導体素子の製造又はレチクルの製造に用いられる露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる露光措置、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、ＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置等にも本発明を適用することができる。
【０１１０】
ところで、ＥＵＶ光を用いる露光装置では反射型マスクが用いられ、電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられるので、マスクの原版としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【０１１１】
複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施形態の露光装置を製造することができる。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内で行うことが望ましい。
【０１１２】
半導体集積回路は、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、レチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等によりレチクルのパターンをウエハに露光転写するステップ、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）、検査ステップ等を経て製造される。
【０１１３】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができることは言うまでもない。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明によると、投影光学系に蓄積される蓄積エネルギー量と予め設定された閾値とを比較判断して、適宜な処理を行うようにしたので、露光精度を一定レベルに保ちつつ、装置の長寿命化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る露光装置の可変視野絞りの概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態におけるエネルギー蓄積により生ずる投影光学系の光学特性の変化を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態における第１のＤＥＥＰ露光法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態における第２のＤＥＥＰ露光法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る露光装置の処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態の結像位置調整装置の構成を示す側面図である。
【図８】本発明の実施形態の結像位置調整装置の第１光学部材の底面図である。
【符号の説明】
７…積算露光量計（導出部）
１３…レチクルステージ（マスクステージ）
１４…プレートステージ（基板ステージ）
１５…照度計（導出部）
２０…主制御系（導出部、制御部）
２１…記憶部（第１記憶部〜第３記憶部）
２４…反射率検出計（導出部）
ＡＸ…光軸
ＩＬ…照明光学系
Ｐ…プレート（基板）
ＰＬ…投影光学系
Ｒ…レチクル（マスク）

Claims

パターンが形成されたマスクに照明光を照射し、該マスクのパターンの像を投影光学系を介して基板に投影露光する露光方法において、
前記照明光の入射及び停止に伴い前記投影光学系に蓄積される蓄積エネルギー量が予め設定された閾値を越えているか否かを判断し、
前記蓄積エネルギー量が前記閾値を越えた場合には、前記投影光学系の結像条件を変更しつつ前記基板に露光することを特徴とする露光方法。
前記結像条件は、前記投影光学系の光軸方向における前記基板の位置を変更しつつ前記基板を露光することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
前記蓄積エネルギー量が前記閾値を越えていない場合には、前記投影光学系の光軸方向における前記基板の位置を固定して前記基板を露光することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
前記閾値は、第１閾値と該第１閾値よりも大きな値に設定された第２閾値とを有し、
前記蓄積エネルギー量が前記第１閾値以下では、前記光軸方向における前記マスクに対する前記基板の光学的な相対位置を固定して前記基板を露光し、
前記蓄積エネルギー量が前記第１閾値と前記第２閾値との間では、前記光学的相対位置を変更しつつ前記基板を露光し、
前記蓄積エネルギー量が前記第２閾値以上では、前記基板への露光を中止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
前記蓄積エネルギー量が前記第２閾値以上で露光を中止した後、前記第２閾値よりも小さな第３閾値よりも小さな前記蓄積エネルギー量となった後に前記基板への露光を再開することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
前記蓄積エネルギー量の判断は、前記基板への露光を行う前に行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
マスクに照明光を照射する照明光学系と、該マスクの像を基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
前記照明光の入射及び停止に伴い前記投影光学系に蓄積される蓄積エネルギー量を導出する導出部と、
予め設定された閾値が記憶された記憶部と、
前記蓄積エネルギー量と前記記憶部に記憶された閾値とを比較し、該比較結果に基づいて、前記マスクの像を前記基板に投影する際の投影状態を切り替える制御部とを備えることを特徴とする露光装置。
前記記憶部には、少なくとも１つの閾値を記憶し、
前記制御部は、少なくとも２つの投影状態を切り替えるように制御することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
前記制御部は、前記投影光学系の光軸方向における前記マスクと前記基板との相対的な位置関係を、前記比較結果に基づいて固定モード又は変動モードに切り替えることを特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。
前記制御部は、前記投影光学系の投影状態を、前記比較結果に基づいて切り替えることを特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。
前記制御部は、前記投影光学系を介して投影された前記マスクの像の焦点位置を前記基板の所定面に固定するかもしくは変動させるように制御することを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。