JP2011192900A - 投影光学装置及び露光装置並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結像特性を高精度に補正可能な投影光学装置を提供する。
【解決手段】第１物体Ｍを介した光束Ｌの光路に配置された複数の光学部材を含み、第１物体の像を第２物体Ｐに投影する。複数の光学部材のうちの所定の光学部材２９、３２の温度を複数の計測位置で計測する計測装置７０、８０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、投影光学装置及び露光装置並びにデバイス製造方法に関するものである。

液晶表示パネルは、画面の見やすさから大面積化が進んでいる。この要請に応える露光装置としては、例えば、特許文献１に開示されているように、マスクのパターンを正立像で基板上に投影する複数の投影光学系を組み合わせ、マスクとガラス基板とを所定方向に同期移動して、投影光学系に対して走査することによって、同期移動方向と直交する方向に大きな露光領域を有する、すなわち、マスクに形成されたＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等のパターンをガラス基板上の露光領域に順次転写する走査型露光装置が考案されている。

この際、投影領域が大きくても装置を大型化させず、且つ良好な結像特性を得る投影光学系として、複数の投影光学系を、隣り合う露光領域が走査方向で所定量変位するように、且つ隣り合う露光領域の端部同士が走査方向と直交する方向に一部重複するように配置されたものが使用されている。この場合、各投影光学系の視野絞りは、例えば台形形状で、走査方向の視野絞りの開口幅の合計は常に等しくなるように設定されている。そのため、上記のような走査型露光装置は、隣り合う投影光学系の継ぎ部が重複して露光され、投影光学系の光学収差や露光照度が滑らかに変化するという利点を持っている。

この種の露光装置においては、露光中に発生する温度変動により、投影レンズ全体または一部のレンズの温度が変化すると収差の原因となり、隣り合う投影光学系間の重ね合わせ精度が悪化するという問題が生じる。そこで、従来では、レンズの温度変動に応じて、例えば、特許文献２に記載されているような結像特性調整機構により投影光学系の結像特性を調整することが行われている。

特開平７−５７９８６号公報 特開２００１−２１５７１８号公報

投影レンズには、露光光の照射による生じる温度上昇だけではなく、例えば上述した結像特性調整機構の駆動で生じた熱による温度上昇も存在する。本来、結像特性の補正（収差の補正）は、温度上昇の原因に応じて行うことが好ましいが、従来ではこのように、原因に応じた補正はなされていなかった。

本発明の態様は、結像特性を高精度に補正可能な投影光学装置及び露光装置並びにデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る投影光学装置は、第１物体を介した光束の光路に配置された複数の光学部材を含み、前記第１物体の像を第２物体に投影する投影光学装置において、前記複数の光学部材のうちの所定の光学部材の温度を複数の計測位置で計測する計測装置を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の第２の態様に係る露光装置は、第１ステージが保持する第１物体を介した光束を第２ステージが保持する第２物体に照射して、前記第１物体に形成されたパターンの像を前記第２物体に転写する露光装置において、前記光束の光路に配置されて前記パターンの像を前記第２物体に投影する本発明の第１の態様に係る投影光学装置を少なくとも１つ備えることを特徴とするものである。

そして、本発明の第３の態様に係るデバイス製造方法は、本発明の第２の態様に係る露光装置を用いてマスクのパターンの像を基板に露光することと、前記パターンの像が露光された前記基板を該パターンの像に基づいて加工することと、を含むことを特徴とするものである。

本発明の態様よれば、結像特性を高精度に補正することができる。

本発明の露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の露光装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 補正機構を備えた投影光学系を示す構成図である。 レンズにおける照射領域、計測位置を示す平面図である。 投影領域を示す平面図である。 照射変動、温度変動がそれぞれレンズに生じた場合に結像特性に与える影響を示す図である。 レンズにおける別形態の計測位置を示す平面図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する際の製造工程の一部を示すフローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造する際の製造工程の一部を示すフローチャートである。

以下、本発明の投影光学装置及び露光装置並びにデバイス製造方法の実施の形態を、図１ないし図９を参照して説明する。
図１は本発明の露光装置の一実施形態を示す概略構成図であり、図２は図１の概略斜視図である。

図１及び図２において、露光装置ＥＸは、露光光でマスクＭを照明する複数の照明系モジュール１０ａ〜１０ｅを備えた照明光学系ＩＬと、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、照明系モジュール１０ａ〜１０ｅのそれぞれに対応して配置され、露光光で照明されたマスクＭのパターンの像を感光基板（基板）Ｐ上に投影する複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５を備える投影光学装置ＰＬと、感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、レーザ光を用いてマスクステージＭＳＴの位置を検出するマスク側レーザ干渉計３９ａ，３９ｂと、レーザ光を用いて基板ステージＰＳＴの位置を検出する基板側レーザ干渉計４３ａ，４３ｂとを備えている。本実施形態において、照明系モジュールは１０ａ〜１０ｅの５つであり、図１には便宜上照明系モジュール１０ａに対応するもののみが示されているが、照明系モジュール１０ａ〜１０ｅのそれぞれは同様の構成を有している。感光基板Ｐはガラスプレートにレジスト（感光剤）を塗布したものである。

本実施形態における露光装置ＥＸは、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭと基板ステージＰＳＴに支持されている感光基板Ｐとを同期移動しつつ投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５を介してマスクＭのパターンを感光基板Ｐに投影露光する走査型露光装置である。以下の説明において、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の光軸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な方向でマスクＭ及び感光基板Ｐの同期移動方向（走査方向）をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向（非走査方向）をＹ軸方向とする。

図１に示すように、照明光学系ＩＬは、露光用光源６と、光源６から射出された光束Ｌを集光する楕円鏡６ａと、楕円鏡６ａにより集光された光束Ｌのうち露光に必要な波長の光束Ｌを反射し、その他の波長の光束Ｌを透過させるダイクロイックミラー７と、ダイクロイックミラー７で反射した光束Ｌのうち更に露光に必要な波長のみを通過させる波長選択フィルタ８と、波長選択フィルタ８からの光束Ｌを複数本（本実施形態では５本）に分岐して、反射ミラー１１を介して照明系モジュール１０ａ〜１０ｅのそれぞれに入射させるライトガイド９とを備えている。本実施形態における露光用光源６には水銀ランプが用いられ、露光光としては波長選択フィルタ８により、露光に必要な波長であるｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）などが用いられる。

照明系モジュール１０ａは、照明シャッタ１２と、リレーレンズ１３と、リレーレンズ１３を通過した光束Ｌをほぼ均一な照度分布の光束Ｌに調整して露光光に変換するオプティカルインテグレータ１４と、オプティカルインテグレータ１４からの露光光を集光してマスクＭを均一な照度で照明するコンデンサレンズ１５とを備えている。本実施形態において、照明系モジュール１０ａと同じ構成の照明系モジュール１０ｂ〜１０ｅが、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに一定の間隔を持って配置されている。

照明シャッタ１２は、ライトガイド９の光路下流側に光束Ｌの光路に対して進退自在に配置されており、光束Ｌの遮蔽・解除をする。照明シャッタ１２には、この照明シャッタ１２を光束Ｌの光路に対して進退移動させるシャッタ駆動部１２Ｄが設けられており、制御装置ＣＯＮＴによりその駆動を制御される。

照明系モジュール１０ａ（１０ｂ〜１０ｅ）は光量調整機構１８を備えている。光量調整機構１８は、光路毎に光束Ｌの照度を設定することにより各光路の露光量を調整するものであって、ハーフミラー１９と、ディテクタ２０と、フィルタ２１と、フィルタ駆動部２１Ｄとを備えている。ハーフミラー１９は、フィルタ２１とリレーレンズ１３との間の光路中に配置され、フィルタ２１を透過した光束Ｌの一部をディテクタ２０へ入射する。ディテクタ２０のそれぞれは、常時、入射した光束Ｌの照度を独立して検出し、検出した照度信号を制御装置ＣＯＮＴへ出力する。

フィルタ２１はガラス板上にＣｒ等ですだれ状にパターンニングされたものであって、透過率がＹ軸方向に沿ってある範囲で線形に漸次変化するように形成されており、各光路中の照明シャッタ１２とハーフミラー１９との間に配置されている。これらハーフミラー１９、ディテクタ２０及びフィルタ２１は複数の光路毎にそれぞれ配設されている。フィルタ駆動部２１Ｄは、制御装置ＣＯＮＴの指示に基づいてフィルタ２１をＹ軸方向に移動する。フィルタ駆動部２１Ｄによりフィルタ２１が駆動されることにより、各光路毎の光量が調整される。

光量調整機構１８を透過した光束Ｌはリレーレンズ１３を介してオプティカルインテグレータ１４に達する。オプティカルインテグレータ１４の射出面側には二次光源が形成され、オプティカルインテグレータ１４からの露光光はコンデンサレンズ１５を介してマスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを均一な照度で照射する。そして、照明系モジュール１０ａ〜１０ｅのそれぞれから射出した露光光はマスクＭ上の異なる照明領域のそれぞれを照明する。

マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴは移動可能に設けられており、一次元の走査露光を行うべくＸ軸方向への長いストロークと、走査方向と直交するＹ軸方向への所定距離のストロークとを有している。図１に示すように、マスクステージＭＳＴは、このマスクステージＭＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動するマスクステージ駆動部ＭＳＴＤを有している。マスクステージ駆動部ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。

図２に示すように、マスク側レーザ干渉計は、マスクステージＭＳＴのＸ軸方向における位置を検出するＸレーザ干渉計３９ａと、マスクステージＭＳＴのＹ軸方向における位置を検出するＹレーザ干渉計３９ｂとを備えている。マスクステージＭＳＴの＋Ｘ側の端縁にはＹ軸方向に延在するＸ移動鏡３８ａが設けられている。一方、マスクステージＭＳＴの＋Ｙ側の端縁にはＸ移動鏡３８ａに直交するように、Ｘ軸方向に延在するＹ移動鏡３８ｂが設けられている。Ｘ移動鏡３８ａにはＸレーザ干渉計３９ａが対向して配置されており、Ｙ移動鏡３８ｂにはＹレーザ干渉計３９ｂが対向して配置されている。

レーザ干渉計３９ａ，３９ｂそれぞれの検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計３９ａ，３９ｂそれぞれの検出結果に基づいて、マスクステージ駆動部ＭＳＴＤを介してマスクステージＭＳＴを駆動し、マスクＭの位置制御を行う。

マスクＭを透過した露光光は、投影光学装置ＰＬにおける投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに入射する。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれは、マスクＭの照明領域に存在するパターンの像を感光基板Ｐに投影露光するものであり、照明系モジュール１０ａ〜１０ｅのそれぞれに対応して配置されている。投影光学系ＰＬ１，ＰＬ３，ＰＬ５と投影光学系ＰＬ２，ＰＬ４とは２列に千鳥状に配列されている。すなわち、千鳥状に配置されている投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれは、隣合う投影光学系どうし（例えば投影光学系ＰＬ１とＰＬ２、ＰＬ２とＰＬ３）をＸ軸方向に所定量変位させて配置されている。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれを透過した露光光は、基板ステージＰＳＴに支持されている感光基板Ｐ上の異なる投影領域にマスクＭの照明領域に対応したパターンの像を結像する。照明領域のマスクＭのパターンは所定の結像特性を持って、レジストが塗布された感光基板Ｐ上に転写される。

感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴは移動可能に設けられており、一次元の走査露光を行うべくＸ軸方向への長いストロークと、走査方向と直交する方向にステップ移動するためのＹ軸方向への長いストロークとを有している。また、基板ステージＰＳＴは、この基板ステージＰＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向、更にＺ軸方向に駆動する基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを有している。基板ステージ駆動部ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。

図２に示すように、基板側レーザ干渉計は、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における位置を検出するＸレーザ干渉計４３ａと、基板ステージＰＳＴのＹ軸方向における位置を検出するＹレーザ干渉計４３ｂとを備えている。基板ステージＰＳＴの＋Ｘ側の端縁にはＹ軸方向に延在するＸ移動鏡４２ａが設けられている。
一方、基板ステージＰＳＴの−Ｙ側の端縁にはＸ移動鏡４２ａに直交するように、Ｘ軸方向に延在するＹ移動鏡４２ｂが設けられている。Ｘ移動鏡４２ａにはＸレーザ干渉計４３ａが対向して配置されており、Ｙ移動鏡４２ｂにはＹレーザ干渉計４３ｂが対向して配置されている。
レーザ干渉計４３ａ，４３ｂそれぞれの検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。

更に、基板ステージＰＳＴに保持された感光基板ＰのＺ軸方向における位置は、斜入射方式の焦点検出系の１つである多点フォーカス位置検出系（不図示）により検出される。多点フォーカス位置検出系の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計４３ａ，４３ｂ及び多点フォーカス位置検出系のそれぞれの検出結果に基づいて、基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴを駆動し、感光基板Ｐの位置制御を行う。

マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴのそれぞれは制御装置ＣＯＮＴの制御のもとでマスクステージ駆動部ＭＳＴＤ及び基板ステージ駆動部ＰＳＴＤにより独立して移動可能となっている。そして、本実施形態では、マスクＭを支持したマスクステージＭＳＴと感光基板Ｐを支持した基板ステージＰＳＴとが任意の走査速度（同期移動速度）でＸ軸方向に同期移動するようになっている。

図３は投影光学系ＰＬ１（ＰＬ２〜ＰＬ５）の概略構成図である。ここで、図３には投影光学系ＰＬ１に対応するもののみが示されているが、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれは同様の構成を有している。
図３に示すように、投影光学装置ＰＬは、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに対応して設けられた、フォーカス補正機構２２と、シフト調整機構２３と、二組の反射屈折型光学系２４、２５と、視野絞り２６と、スケーリング調整機構２７とを備えている。

マスクＭを透過した光束Ｌは、フォーカス補正機構２２に入射する。フォーカス補正機構２２は、ＺＸ平面内においてクサビ断面形状を有している第１クサビ型光学部材２２Ａと、ＺＸ平面内においてクサビ断面形状を有している第２クサビ型光学部材２２Ｂとを有している。第１クサビ型光学部材２２Ａと第２クサビ型光学部材２２Ｂの対向する屈折面は互いにほぼ平行な平面となっている。そして、第１クサビ型光学部材２２Ａ及び第２クサビ型光学部材２２Ｂの少なくとも何れか一方をＸ方向に沿って相対的に移動させることによって、フォーカス補正機構２２を透過する光束Ｌの光路長を変化させることができ、これにより、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５における結像位置をそれぞれ変更することが可能である。本実施形態では、図３に示すように、駆動装置４９によって第１クサビ型光学部材２２ＡをＸ方向に移動させる構成を採っているが、第２クサビ型光学部材２２ＢをＸ方向に移動させる構成や、第１、第２クサビ型光学部材２２Ａ、２２Ｂの双方をＸ方向に移動させる構成であってもよい。

フォーカス補正機構２２を出射した光束Ｌは、シフト調整機構２３に入射する。シフト調整機構２３は、Ｙ軸まわりに回転可能に設けられた平行平面ガラス板２３Ａと、Ｘ軸まわりに回転可能に設けられた平行平面ガラス板２３Ｂと有している。平行平面ガラス板２３Ａはモータなどの駆動装置５０ＡによりＹ軸まわりに回転し、平行平面ガラス板２３Ｂはモータなどの駆動装置５０ＢによりＸ軸まわりに回転する。平行平面ガラス板２３ＡがＹ軸まわりに回転することにより感光基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＸ軸方向にシフトし、平行平面ガラス板２３ＢがＸ軸まわりに回転することにより感光基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＹ軸方向にシフトする。駆動装置５０Ａ，５０Ｂの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴによりそれぞれ独立して制御されるようになっている。駆動装置５０Ａ，５０Ｂのそれぞれは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、平行平面ガラス板２３Ａ，２３Ｂのそれぞれを所定速度で所定量（所定角度）回転する。

シフト調整機構２３を透過した光束Ｌは、１組目の反射屈折型光学系２４に入射する。反射屈折型光学系２４は、マスクＭのパターンの中間像を形成するものであって、筺体２４ａ内に収容された直角プリズム２８と、レンズ２９と、凹面鏡３０とを備えている。シフト調整機構２３を透過して直角プリズム２８で反射した光束Ｌは、図４に示されるように、レンズ２９の＋Ｚ側に位置する照射領域２９ａを第１光束として透過した後に凹面鏡３０で反射する。凹面鏡３０で反射した光束Ｌは、レンズ２９の−Ｚ側に位置する照射領域２９ｂを第２光束として透過した後に直角プリズム２８で反射して、反射屈折型光学系２４（筺体２４ａ）から出射する。

上記照射領域２９ａ、２９ｂは、レンズ中心である光束Ｌの光軸位置を含む隙間を挟んでＺ方向両側に設けられるとともに、レンズ２９の外縁に対して所定量の隙間をあけて設けられる。すなわち、レンズ２９の表面において照射領域２９ａ、２９ｂの周囲に、光束Ｌが照射されない非照射領域２９ｃが設けられる。

直角プリズム２８はＺ軸まわりに回転可能に設けられており、モータなどの駆動装置５１ＡによりＺ軸まわりに回転する。直角プリズム２８がＺ軸まわりに回転することにより感光基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＺ軸まわりに回転する。すなわち、直角プリズム２８はローテーション調整機構としての機能を有している。駆動装置５１Ａの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。駆動装置５１Ａは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、直角プリズム２８を所定速度で所定量（所定角度）回転する。

反射屈折型光学系２４により形成されるパターンの中間像位置には視野絞り２６が配置されている。視野絞り２６は、感光基板Ｐ上における投影領域を設定するものである。視野絞り２６を透過した光束Ｌは、２組目の反射屈折型光学系２５に入射する。

反射屈折型光学系２５は、反射屈折型光学系２４と同様に、筺体２５ａ内に収容されたローテーション調整機構としての直角プリズム３１と、レンズ３２と、凹面鏡３３とを備えている。反射屈折型光学系２４から出射して直角プリズム３１で反射した光束Ｌは、図４に示されるように、レンズ３２の＋Ｚ側に位置する照射領域３２ａを第１光束として透過した後に凹面鏡３３で反射する。凹面鏡３３で反射した光束Ｌは、レンズ３２の−Ｚ側に位置する照射領域３２ｂを第２光束として透過した後に直角プリズム３１で反射して、反射屈折型光学系２５（筺体２５ａ）から出射する。

上記照射領域３２ａ、３２ｂは、レンズ中心である光束Ｌの光軸位置を含む隙間を挟んでＺ方向両側に設けられるとともに、レンズ３２の外縁に対して所定量の隙間をあけて設けられる。すなわち、レンズ３２の表面において照射領域３２ａ、３２ｂの周囲に、光束Ｌが照射されない非照射領域３２ｃが設けられる。

直角プリズム３１もモータなどの駆動装置５１Ｂの駆動によりＺ軸まわりに回転するようになっており、回転することで感光基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像をＺ軸まわりに回転する。駆動装置５１Ｂの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっており、駆動装置５１Ｂは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、直角プリズム３１を所定速度で所定量（所定角度）回転する。

反射屈折型光学系２５から射出した光束Ｌは、スケーリング調整機構２７を通り、感光基板Ｐ上にマスクＭのパターンの像を正立等倍で結像する。
スケーリング調整機構２７は、例えば、平凸レンズ、両凸レンズ、平凸レンズの３枚のレンズから構成され、平凸レンズと平凹レンズとの間に位置する両凸レンズをＺ軸方向に移動させることにより、マスクＭのパターンの像の倍率（スケーリング）調整を行うようになっている。このとき、両凸レンズは駆動装置５２により移動するようになっており、駆動装置５２は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。駆動装置５２は制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、両凸レンズを所定速度で所定量移動させる。

また、本実施形態では、レンズ２９の温度を複数の計測位置で計測する計測装置７０、及びレンズ３２の温度を複数の計測位置で計測する計測装置８０が設けられている。計測装置７０は、図４に示すように、直角プリズム２８側（すなわち光束Ｌの光路に関してマスクＭ側；以下、単に表面側と称する）の表面における非照射領域２９ｃに位置し、ほぼレンズ中心に設けられる計測位置ＣＳ１を計測する第１計測部７１と、凹面鏡３０側（すなわち光束Ｌの光路に関して感光基板Ｐ側；以下、単に裏面側と称する）の表面における非照射領域２９ｃに位置し、ほぼレンズ中心に設けられる計測位置ＣＳ２を計測する第２計測部７２とを有している。第１計測部７１及び第２計測部７２の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。

計測装置８０は、図４に示すように、直角プリズム３１側（すなわち光束Ｌの光路に関してマスクＭ側；以下、単に表面側と称する）の表面における非照射領域３２ｃに位置し、ほぼレンズ中心に設けられる計測位置ＣＳ３を計測する第１計測部８１と、凹面鏡３３側（すなわち光束Ｌの光路に関して感光基板Ｐ側；以下、単に裏面側と称する）の表面における非照射領域３２ｃに位置し、ほぼレンズ中心に設けられる計測位置ＣＳ４を計測する第２計測部８２とを有している。第１計測部８１及び第２計測部８２の計測結果も制御装置ＣＯＮＴに出力される。

これら第１計測部７１及び第２計測部７２としては、例えば赤外光等の検知光を計測位置ＣＳ１、ＣＳ２に照射することにより、当該計測位置ＣＳ１、ＣＳ２の温度を非接触で計測する構成や、第１計測部７１及び第２計測部７２を温度センサとして、各センサを計測位置ＣＳ１、ＣＳ２に埋設して、直接的に計測位置ＣＳ１、ＣＳ２の温度を計測する構成を採ることができる。

図５は、感光基板Ｐ上における投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれによる投影領域３４ａ〜３４ｅを示す平面図である。
各投影領域３４ａ〜３４ｅのそれぞれは視野絞り２６により所定の形状に設定されるようになっており、本実施形態においては台形形状を有している。投影領域３４ａ、３４ｃ、３４ｅと投影領域３４ｂ、３４ｄとはＸ軸方向に対向して配置されている。さらに、投影領域３４ａ〜３４ｅのそれぞれは隣り合う投影領域の端部（境界部）どうし（３５ａと３５ｂ、３５ｃと３５ｄ、３５ｅと３５ｆ、３５ｇと３５ｈ）が二点鎖線で示すように、Ｙ軸方向に重ね合わせるように並列配置され、Ｘ軸方向における投影領域の幅の総計がほぼ等しくなるように設定されている。すなわち、Ｘ軸方向に走査露光したときの露光量が等しくなるように設定されている。

このように、投影領域３４ａ〜３４ｅのそれぞれが重ね合わせられる継ぎ部３６ａ〜３６ｄにより、継ぎ部３６ａ〜３６ｄにおける光学収差の変化や照度変化が滑らかになる。なお、本実施形態の投影領域３４ａ〜３４ｅの形状は台形であるが、六角形や菱形、あるいは平行四辺形であっても構わない。

図１に戻って、基板ステージＰＳＴ上には感光基板Ｐの露光面とほぼ同じ高さにディテクタ４１が配設されている。ディテクタ４１は、感光基板Ｐ上の露光光の光量に関する情報（照度）を検出する照度センサであってＣＣＤセンサにより構成されており、感光基板Ｐ上の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに対応する位置の露光光の照度を検出し、検出した検出信号を制御装置ＣＯＮＴへ出力する。ディテクタ４１は、基板ステージＰＳＴ上にＹ軸方向に配設されたガイド軸（不図示）により感光基板Ｐと同一平面の高さに設置されており、ディテクタ駆動部により走査方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に移動可能に設けられている。ディテクタ４１は、１回又は複数回の露光に先立ち、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向の移動と照度センサ駆動部によるＹ軸方向の移動とにより、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５に対応する投影領域３４ａ〜３４ｅのそれぞれの下で走査する。したがって、感光基板Ｐ上の投影領域３４ａ〜３４ｅ及びこれら各投影領域３４ａ〜３４ｅの各境界部３５ａ〜３５ｈにおける露光光の照度はディテクタ４１により２次元的に検出されるようになっている。ディテクタ４１により検出された露光光の照度は制御装置ＣＯＮＴに出力される。このとき、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージ駆動部ＰＳＴＤ及びディテクタ駆動部の各駆動量により、ディテクタ４１の位置を検出可能となっている。

次に、上述した露光装置ＥＸを用いてマスクＭのパターンを感光基板Ｐに露光する方法について説明する。
まず、予めレンズ２９、３２に光束Ｌを照射して、各レンズ２９、３２の温度を計測することで、光束Ｌの照射量と各レンズ２９、３２の温度との関係を求めておき、この関係を制御装置ＣＯＮＴに記憶させておく。

次いで、基板ステージＰＳＴに設けられているディテクタ４１が投影領域３４ａ〜３４ｅの照度を検出する。具体的には、制御装置ＣＯＮＴがフィルタ駆動部２１Ｄへ指示を出し、光源６からの光束Ｌが最大透過率でフィルタ２１を透過するようにフィルタ２１を移動させる。フィルタ２１が移動すると、光源６から楕円鏡６ａを介して光束Ｌが照射される。照射された光束Ｌは、フィルタ２１、ハーフミラー１９、マスクＭ、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５等を透過した後、基板ステージＰＳＴ上に到達する。このとき、マスクＭはマスクステージＭＳＴに支持されていないか、もしくは照明領域にパターン等が形成されていない位置になるように退避されているとともに、感光基板Ｐも基板ステージＰＳＴに支持されていない。

これと同時に、ディテクタ４１がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動され、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに対応した投影領域３４ａ〜３４ｅを走査する。走査するディテクタ４１により、各投影領域３４ａ〜３４ｅにおける照度及び境界部３５ａ〜３５ｈにおける照度Ｗａ〜Ｗｈが順次検出される。ディテクタ４１は境界部３５ａ〜３５ｈを含む投影領域３４ａ〜３４ｅの照度の検出結果を制御装置ＣＯＮＴへ出力する。
同時に、光源６から照射された光束Ｌは、ハーフミラー１９によりその一部がディテクタ２０へ入射する。ディテクタ２０は、入射した光束Ｌの照度を検出し、照度の検出結果を制御装置ＣＯＮＴへ出力する。制御装置ＣＯＮＴは、ディテクタ２０，４１で計測した各光路毎の照度および境界部３５ａ〜３５ｈにおける照度Ｗａ〜Ｗｈを記憶する。

制御装置ＣＯＮＴは、ディテクタ４１の検出結果に基づいて、各投影領域３４ａ〜３４ｅの照度が略等しくなるように、且つ（｜Ｗａ−Ｗｂ｜、｜Ｗｃ−Ｗｄ｜、｜Ｗｅ−Ｗｆ｜）が最小になるように、ディテクタ４１により照度を計測しつつ各照明系モジュール１０ａ〜１０ｅ毎にフィルタ２１を駆動させる。これにより、各光路毎の光束Ｌの光量が補正される。
なお、このとき、光源６から照射された光束Ｌは、ハーフミラー１９によりその一部がディテクタ２０へ入射されており、ディテクタ２０は、入射した光束Ｌの照度を検出し、検出した照度信号を制御装置ＣＯＮＴへ出力している。したがって、制御装置ＣＯＮＴは、ディテクタ２０が検出した光束Ｌの照度に基づいて、この照度が所定値になるようにフィルタ駆動部２１Ｄを制御することで各光路毎の光量を調整してもよい。

制御装置ＣＯＮＴは、ディテクタ４１で検出した投影領域３４ａ〜３４ｅにおける照度の検出結果と、感光基板Ｐ上に露光する露光量の目標露光量とに基づいて、マスクＭと感光基板Ｐとの同期移動速度を設定する。
すなわち、感光基板Ｐ上における露光量は照度と時間との積であるため、ディテクタ４１で検出した感光基板Ｐ上における照度と、予め設定した目標露光量とに応じて、同期移動速度が一義的に設定される。例えば、照度が低い場合には同期移動速度は低速に設定され、照度が高い場合には同期移動速度は高速に設定される。ここで、制御装置ＣＯＮＴには、所定の露光量を得るための同期移動速度と照度との関係（データテーブル）が記憶されている。制御装置ＣＯＮＴは、前記関係に基づいて同期移動速度を設定する。

次いで、マスクＭ及び感光基板Ｐが、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴのそれぞれに搬送され、支持される。制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭの上方に配置されたアライメント系（不図示）を用いて、マスクＭに形成されたマスクマーク及び感光基板Ｐに形成された基板マークを検出した結果に基づいて、マスクＭと感光基板Ｐとの相対的なシフト、ローテーション、スケーリングに関する補正量を設定する。

そして、制御装置ＣＯＮＴは、先に感光基板Ｐに形成されているパターンに対して、次のパターンを所定の位置関係で積み重ねることができるように、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに設けられているフォーカス補正機構２２、シフト調整機構２３、直角プリズム（ローテーション調整機構）２８，３１、スケーリング調整機構２７それぞれの補正量を求め、駆動装置４９、５０Ａ，５０Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ，５２の駆動量を調整する。
なお、これらの各補正機構、調整機構による結像特性調整については、例えば特開２００３−２７２９８９号公報等に詳述されているため、ここではその説明を省略する。

以上のようにして補正機構の補正量を設定したら、光束Ｌに対してマスクＭ及び感光基板ＰをＸ方向に同期移動させる動作と、感光基板ＰをＹ方向にステップ移動させる動作とを繰り返すことにより、マスクＭのパターン４４（図２参照）を感光基板Ｐに分割パターン５３〜５５としてＹ方向で一部を重複させて順次露光する。

上記の露光処理においては、例えば光束Ｌの照射によるエネルギ付与や、駆動装置４９、５０Ａ，５０Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ，５２の駆動等に伴って生じる熱により、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５における光学部材の温度が上昇し、結像特性に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、本実施形態では、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５における光学部材の温度を計測し、その結果に応じて結像特性を補正する。

具体的には、計測装置７０によりレンズ２９の表面側における計測位置ＣＳ１の温度を第１計測部７１で計測し、裏面側における計測位置ＣＳ２の温度を第２計測部７２で計測する。同様に、計測装置８０によりレンズ３２の表面側における計測位置ＣＳ３の温度を第１計測部８１で計測し、裏面側における計測位置ＣＳ４の温度を第２計測部８２で計測する。なお、レンズ２９、３２に対する温度計測及び結像特性調整は同様に行われるため、以下の説明においては、計測装置７０によるレンズ２９の温度計測及び結像特性調整について代表的に説明する。

レンズ２９の温度変化は、光束Ｌの照射により熱が付与されて生じるもの（以下、照射変動と称する）と、装置内の他の熱源から付与されて生じるもの（以下、温度変動と称する）とに大別される。装置内の他の熱源としては、例えば上述したフォーカス補正機構２２における駆動装置４９、シフト調整機構２３における駆動装置５０Ａ、５０Ｂ、ローテーション調整機構における駆動装置５１Ａ、５１Ｂ、スケーリング調整機構２７における駆動装置５２が挙げられる。

ここで、照射変動については、レンズ２９の全体に対してほぼ均等に生じるため、計測位置ＣＳ１、ＣＳ２における第１、第２計測部７１、７２の計測結果はほぼ等しくなるが、温度変動については、レンズ２９の裏面が筺体２４ａ内の空間に臨んでおり、レンズ２９の表面が駆動装置４９、５０Ａ，５０Ｂ，５１Ａ等の配置されている空間側に臨んでいることから、これら駆動装置４９、５０Ａ，５０Ｂ，５１Ａ等の駆動によって生じる熱の影響を受けて第１計測部７１の計測結果が第２計測部７２の計測結果よりも高くなる。そのため、第１、第２計測部７１、７２の計測結果の差を求め、予め記録しておいた光束Ｌの照射によるレンズ２９の温度変化との関係に基づき、レンズ２９に生じた温度変動を求めることができ、結果として、照射変動及び温度変動を切り分けることが可能になる。

ここで、照射変動、温度変動がそれぞれレンズ２９に生じた場合に結像特性に与える影響を図６に示す。
図６（ａ）は、温度変動による像高と像面位置変動量との関係を示す図であり、図６（ｂ）は、温度変動による像高とDistortion（収差）変動量との関係を示す図である。また、図６（ｃ）は、照射変動による像高と像面位置変動量との関係を示す図であり、図６（ｄ）は、照射変動による像高とDistortion（収差）変動量との関係を示す図である。

図６（ｂ）、（ｄ）に示されるように、温度変動及び照射変動で生じたDistortion（収差）変動量については、図６（ａ）、（ｃ）に示される像面位置変化量と比較して極めて小さいため、温度変動及び照射変動で生じた像面位置変化については、フォーカス補正機構２２を用いて補正する。また、温度変動で生じたDistortion（収差）変動については、像高による収差変動が大きくフォーカス補正機構２２のみでは補正しきれないため、スケーリング調整機構２７を用いて補正を行う。この場合、シフト調整機構２３も位置ずれ補正用に併せて用いてもよい。一方、照射変動で生じたDistortion（収差）変動については、像高による収差変動が小さいためスケーリング調整機構２７を用いて補正を行えばよい。

なお、上記温度変動、照射変動に応じた結像特性調整は、ウエハ交換毎、ロット間、マスク交換時、所定時間経過後の空き時間、レンズ２９の温度が所定の閾値を超えたタイミング等に適宜行えばよい。
また、上記の説明は、反射屈折型光学系２４におけるレンズ２９について説明したが、反射屈折型光学系２５におけるレンズ３２についても同様に、温度計測結果に基づいて結像特性の調整を行えばよい。

また、上記の結像特性調整については、複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれで行ってもよいし、予め投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５間における温度変動及び照射変動の相関関係を求めておき、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の一つを選択して光学部材の温度を計測して当該投影光学系における温度変動及び照射変動を求めた後に、上記の相関関係を用いて他の投影光学系における温度変動及び照射変動を求めてもよい。この場合、温度計測装置の数を減らすことができ、装置の小型化及び低価格化に寄与できる。

以上のように、本実施形態では、レンズ２９、３２について複数の計測位置で温度計測を行っているため、当該レンズ２９，３２に生じる温度変化を温度変動と照射変動とに切り分けることが可能になり、各変動に応じた最適な結像特性の補正を行うことができる。また、本実施形態では、レンズ２９、３２に対する温度計測位置を、光束Ｌの非照射領域に設けているため、露光処理中であっても温度計測が可能であり、温度計測結果に基づいて最適なタイミングで結像特性の調整を実施できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、レンズ２９、３２の計測位置をほぼレンズ中心の一箇所に設定する構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、レンズ２９、３２の表面及び裏面にそれぞれ複数箇所に設ける構成であってもよい。この場合についても、各レンズ２９、３２における光束Ｌの非照射領域２９ｃ、３２ｃに計測位置を設けることが好ましい。

また、上記実施形態では、反射屈折型光学系２４、２５におけるレンズ２９、３２の温度を複数の計測位置で計測する構成としたが、これに限られるものではなく、他の光学部材、例えば凹面鏡３０、３３の温度を複数の計測位置で計測する構成や、レンズ２９、３２及び凹面鏡３０、３３の双方の温度を計測する構成であってもよい。

なお、上記各実施形態における補正機構は平行平面ガラス板や直角プリズム等であるが、これに限定されるものではない。例えば、シフト調整機構として、一対の偏角プリズムを露光光の光路上に設け、これらをＺ軸まわりに回転、あるいはＺ軸方向に移動させることによっても、感光基板Ｐ上における像の位置を調整することができる。

なお、露光装置ＥＸの用途としては角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限定されることなく、例えば、半導体製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適用できる。

本実施形態の露光装置ＥＸの光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）のみならず、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ2レーザ（１５７ｎｍ）を用いることができる。

投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の各倍率は等倍系のみならず、縮小系及び拡大系のいずれでもよい。

また、前述した実施形態においては、液晶表示素子を製造する場合を例に挙げて説明したが、もちろん、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、半導体素子等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンを半導体基板上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子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。

また、上述の実施形態では、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５が一対の反射屈折型光学系２４、２５を有するマルチ走査型投影露光装置について本発明を適用しているが、各投影光学ユニットが１つ又は３つ以上の結像光学系を有する型式のマルチ走査型投影露光装置に対しても本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５がマルチ型に構成された場合を例に挙げて説明したが、本発明はマルチ型以外の投影光学系、つまり鏡筒が１つの投影光学系にも適用することができる。

次に本発明の一実施形態によ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の実施形態について説明する。図８は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する際の製造工程の一部を示すフローチャートである。まず、図８のステップＳ１０において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ１２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ１４において、図１に示す露光装置ＥＸを用いて、マスクＭ上のパターンの像がその投影光学系（投影光学ユニット）を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される（転写工程）。

その後、ステップＳ１６において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像（現像工程）が行われた後、ステップＳ１８において、その１ロットのウエ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、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上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、極めて微細な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。

また、図１に示す露光装置ＥＸでは、感光基板Ｐ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もできる。以下、図９のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図９は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造する際の製造工程の一部を示すフローチャートである。

図９中のパターン形成工程Ｓ２０では、本実施形態の露光装置ＥＸを用いてマスクＭ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ー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板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、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Ｓ２２へ移行する。

次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ２２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Ｓ２２の後に、セル組み立て工程Ｓ２４が実行される。セル組み立て工程Ｓ２４では、パターン形成工程Ｓ２０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Ｓ２２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。

セル組み立て工程Ｓ２４では、例えば、パターン形成工程Ｓ２０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Ｓ２２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Ｓ２６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。

２９ｃ…非照射領域、 ３０、３３…凹面鏡、 ＣＳ１、ＣＳ２…計測位置、 ＥＸ…露光装置、 Ｌ…光束、 Ｍ…マスク、 Ｐ…感光基板、 ＰＬ…投影光学装置

Claims (10)

1. 第１物体を介した光束Ｌの光路に配置された複数の光学部材を含み、前記第１物体の像を第２物体に投影する投影光学装置において、
   前記複数の光学部材のうちの所定の光学部材の温度を複数の計測位置で計測する計測装置を備えることを特徴とする投影光学装置。
2. 請求項１記載の投影光学装置において、
   前記計測位置は、前記所定の光学部材における前記第１物体側の表面、及び前記第２物体側の表面に設けられることを特徴とする投影光学装置。
3. 請求項１または２記載の投影光学装置において、
   前記計測位置は、前記所定の光学部材における前記光束Ｌの非照射領域に設けられることを特徴とする投影光学装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の投影光学装置において、
   前記複数の光学部材は、前記光束Ｌを反射させる凹面鏡と、前記光束Ｌのうち前記凹面鏡に未入射の第１光束Ｌ及び前記凹面鏡によって反射された第２光束Ｌを透過させる少なくとも１つのレンズと、を含み、
   前記所定の光学部材は、前記少なくとも１つのレンズのうちの所定のレンズであることを特徴とする投影光学装置。
5. 請求項４記載の投影光学装置において、
   前記所定のレンズは、前記少なくとも１つのレンズのうち、前記光束Ｌの光路に沿って最も前記第１物体側に設けられたレンズであることを特徴とする投影光学装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の投影光学装置において、
   前記第２物体に投影する前記第１物体の像の結像特性を調整する調整装置と、
   前記計測装置の計測結果に基づいて、前記調整装置を制御する制御装置とを有することを特徴とする投影光学装置。
7. 請求項６記載の投影光学装置において、
   前記調整装置は、前記像の結像位置を調整する第１調整装置と、前記像の投影倍率を調整する第２調整装置とを有し、
   前記制御装置は、前記計測装置の計測結果に応じて、前記第１調整装置と前記第２調整装置との少なくとも一方を選択して制御することを特徴とする投影光学装置。
8. 第１ステージが保持する第１物体を介した光束Ｌを第２ステージが保持する第２物体に照射して、前記第１物体に形成されたパターンの像を前記第２物体に転写する露光装置において、
   前記光束Ｌの光路に配置されて前記パターンの像を前記第２物体に投影する請求項１から７のいずれか一項に記載の投影光学装置を少なくとも１つ備えることを特徴とする露光装置。
9. 請求項８記載の露光装置において、
   複数の前記投影光学装置を備え、該複数の投影光学装置は、それぞれ前記第２物体に投影する前記パターンの像が前記第２物体の表面に沿った所定方向に関して一部が相互に重複するように設けられることを特徴とする露光装置。
10. 請求項８または９記載の露光装置を用いてマスクのパターンの像を基板に露光することと、
    前記パターンの像が露光された前記基板を該パターンの像に基づいて加工することと、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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