JP4211272B2

JP4211272B2 - Exposure apparatus and exposure method

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Publication number: JP4211272B2
Application number: JP2002110906A
Authority: JP
Inventors: 章仁白戸; 廣白数; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-04-12
Also published as: CN1452017A; KR100961925B1; TWI319516B; JP2003309053A; TW200305788A; KR20030081183A; CN100343760C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクと感光基板とを同期移動しつつマスクのパターン像を感光基板に投影露光する露光装置及び露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示デバイスや半導体デバイス等の電子デバイスは、マスクに設けられているパターンを感光基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、パターンを有するマスクを載置して２次元移動するマスクステージと感光基板を載置して２次元移動する基板ステージとを有し、マスクに設けられたパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して感光基板に投影露光するものである。露光装置としては、感光基板上にマスクのパターン全体を同時に転写する一括型露光装置と、マスクステージと基板ステージとを同期走査しつつマスクのパターンを連続的に感光基板上に転写する走査型露光装置との２種類が主に知られている。このうち、液晶表示デバイスを製造する際には、表示領域の大型化の要求から走査型露光装置が主に用いられている。
【０００３】
走査型露光装置には、複数の投影光学系を、隣り合う投影領域が走査方向で所定量変位するように、且つ隣り合う投影領域の端部どうしが走査方向と直交する方向に重複するように配置した、いわゆるマルチレンズ方式の走査型露光装置（マルチレンズスキャン型露光装置）がある。マルチレンズ方式の走査型露光装置は、マスクを複数のスリット状の照明領域で照明し、その照明領域の配列方向に対して直交する方向にマスクと感光基板とを同期走査し、複数の照明領域のそれぞれに対応して設けられた前記複数の投影光学系を介してマスクに設けられているパターンを感光基板上に露光する装置である。
【０００４】
ここで、マスクの表面（パターン面）と感光基板の表面（露光面）とは露光処理時において投影光学系に関して共役な位置に設定されることが望ましいため、マスク及び感光基板のそれぞれはレベリング装置により姿勢制御されつつ露光処理される。レベリング装置は投影光学系の光軸に沿う方向に変位する複数のアクチュエータを有しており、アクチュエータのそれぞれを適宜駆動することにより、マスクあるいは感光基板を投影光学系の光軸に沿う方向にシフトするとともに光軸に直交する面内の直交２軸回りに回転する。
【０００５】
ところで、マスク及び感光基板の表面には、このマスク及び感光基板自体の平面度や、ステージの保持状態に起因する撓みの発生等によって凹凸が存在する。したがって、局所的に見ると、マスクと感光基板とは投影光学系に関して共役とならない場合がある。
【０００６】
そこで、従来では、レベリング装置で感光基板などの姿勢制御を行いつつマスクと感光基板とを同期走査することにより、複数の投影光学系のそれぞれの結像位置と感光基板の表面との光軸に沿う方向の距離（フォーカス誤差）が平均的に低減されるように調整しながら露光処理が行われていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には以下に述べる問題が生じるようになった。
すなわち、レベリング装置により複数の投影光学系のそれぞれにおけるフォーカス誤差を平均的に低減するような調整を行うことにより、感光基板上における複数の投影光学系に対応するそれぞれの位置でのフォーカス誤差はたしかに低減されるが、依然として残存し、製造されるデバイスの更なる高精度化、高集積化に対して制限になる場合がある。更に、近年のマスク及び感光基板の大型化に伴い、撓みに起因するマスク及び感光基板の表面に生じる凹凸の発生は顕著であり、レベリング制御では対応しきれなくなってきている。
【０００８】
ところで、平行平面ガラス板を投影光学系の光軸に設けることにより投影光学系の結像位置を調整してフォーカス誤差を低減する技術が従来より知られている。しかしながら、平行平面ガラス板では投影光学系の結像位置を連続的に調整できないため、凹凸の一様でないマスクと感光基板とを同期走査しつつ露光処理を行う場合、投影光学系の結像位置や、像面と走査する感光基板の表面との位置誤差を低減することはできない。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、投影光学系の結像位置及び像面を高精度で連続的に変更調整でき、精度良く露光処理できる露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図１７に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の露光装置（ＥＸ）は、露光光で照明されるマスク（Ｍ）を支持するマスクステージ（ＭＳＴ）と感光基板（Ｐ）を支持する基板ステージ（ＰＳＴ）とを同期移動しつつマスク（Ｍ）のパターンの像を投影光学系（ＰＬ１〜ＰＬ５）を介して感光基板（Ｐ）に投影露光する露光装置において、くさび状に形成され露光光を透過可能な第１及び第２のくさび型光学部材（１、２）を含み、該第１及び第２のくさび型光学部材（１、２）を、一定のギャップを維持した状態で対向させて露光光の光路上に保持するとともに該光路の光軸回りに相対的に回転させる像面調整装置（１０）を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、一定のギャップを維持した状態で対向されるくさび状に形成された第１及び第２のくさび型光学部材を含む像面調整装置を備えたので、像面調整装置は、光路の光軸回りに相対的に回転させることで、パターンの像面の位置を調整し、フォーカス誤差を低減できるとともに、パターン像の像面傾斜を調整し、感光基板やマスクの表面に凹凸が存在していても、パターンの像面と感光基板の表面とを一致させることができる。したがって、マスクを支持するマスクステージと感光基板を支持する基板ステージとを同期走査しつつ露光処理を行う場合に、像面と感光基板の表面との位置誤差を低減しつつ走査露光を行うことができる。
【００１２】
この場合において、像面調整装置（１０）は、露光光を透過させる第１及び第２のくさび型光学部材（１、２）と、第１のくさび型光学部材（１）が有する第１の傾斜面（１ｂ）と第２のくさび型光学部材（２）が有する第２の傾斜面（２ａ）とを非接触で対向させる非接触装置（１１）と、第２の傾斜面（２ａ）に対して第１の傾斜面（１ｂ）をスライドさせるように、第１のくさび型光学部材（１）と第２のくさび型光学部材（２）とを相対的に移動させる第１の駆動装置と、第２の傾斜面（２ａ）に対して第１の傾斜面（１ｂ）をスライドさせるように、第１のくさび型光学部材（１）と第２のくさび型光学部材（２）とを光路の光軸回りに相対的に回転させる第２の駆動装置とを備える構成である。これにより、傾斜面をそれぞれ有する第１のくさび型光学部材及び第２のくさび型光学部材のそれぞれを相対的に移動及び回転することによって、像面の例えば中央部と端部といった異なる位置に対応する露光光の光路長のそれぞれを異なるように設定できるので、パターンの像面を光軸に対して傾斜することができる。したがって、感光基板に凹凸が存在していても、この凹凸に合わせて像面を傾斜させればよいので、感光基板の表面と像面との位置誤差を低減しつつ走査露光を行うことができる。
【００１３】
本発明の露光方法は、露光光で照明されるマスク（Ｍ）を支持するマスクステージ（ＭＳＴ）と感光基板（Ｐ）を支持する基板ステージ（ＰＳＴ）とを同期移動しつつマスク（Ｍ）のパターンの像を感光基板（Ｐ）に投影露光する露光方法において、くさび状に形成され露光光を透過可能な第１及び第２のくさび型光学部材（１、２）を、一定のギャップを維持した状態で対向させて露光光の光路上に保持するとともに該光路の光軸回りに相対的に回転させる調整ステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、同期移動に伴って、露光光の光路上に一定のギャップを維持した状態で対向されるくさび状に形成された第１及び第２のくさび型光学部材を光路の光軸回りに相対的に回転させて、結像位置及びパターン像の像面傾斜を調整することにより、マスクを支持するマスクステージと感光基板を支持する基板ステージとを同期走査しつつ露光処理するに際し、感光基板やマスクの表面に凹凸が存在していても、パターンの像面と感光基板の表面とをほぼ一致させつつ露光処理を行うことができる。したがって、精度良い露光処理を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の露光装置及び露光方法について図面を参照しながら説明する。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、図２は概略斜視図である。
【００１６】
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、露光光で照明されたマスクＭのパターン像を感光基板Ｐ上に投影する複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５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。本実施形態における投影光学系はＰＬ１〜ＰＬ５の５つであり、照明光学系ＩＬは投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに対応する照明領域でマスクＭを照明する。また、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。
【００１７】
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ＰＬ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ＰＬ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。
【００１８】
照明光学系ＩＬは、不図示ではあるが、複数の光源と、複数の光源から射出された光束を一旦集合した後に均等分配して射出するライトガイドと、ライトガイドからの光束を均一な照度分布を有する光束（露光光）に変換するオプティカルインテグレータと、オプティカルインテグレータからの露光光をスリット状に整形するための開口を有するブラインドと、ブラインドを通過した露光光をマスクＭ上に結像するコンデンサレンズとを備えている。コンデンサレンズからの露光光は、マスクＭを複数のスリット状の照明領域で照明する。本実施形態における光源には水銀ランプが用いられ、露光光としては、不図示の波長選択フィルタにより、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。
【００１９】
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にはマスクステージ駆動部ＭＳＴＤが接続されており、マスクステージＭＳＴは、マスクステージ駆動部ＭＳＴＤの駆動により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。マスクステージ駆動部ＭＳＴＤは制御装置（制御部）ＣＯＮＴにより制御される。
【００２０】
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レーザー干渉計３９ａが対向して配置されており、Ｙ移動鏡３８ｂにはＹレーザー干渉計３９ｂが対向して配置されている。
【００２１】
Ｘレーザ干渉計３９ａはＸ移動鏡３８ａにレーザ光を照射する。レーザ光の照射によりＸ移動鏡３８ａで発生した光（反射光）はＸレーザ干渉計３９ａ内部のディテクタに受光される。Ｘレーザ干渉計３９ａは、Ｘ移動鏡３８ａからの反射光に基づいて、内部の参照鏡の位置を基準としてＸ移動鏡３８ａの位置、すなわちマスクステージＭＳＴ（ひいてはマスクＭ）のＸ軸方向における位置を検出する。
【００２２】
Ｙレーザ干渉計３９ｂはＹ移動鏡３８ｂにレーザ光を照射する。レーザ光の照射によりＹ移動鏡３８ｂで発生した光（反射光）はＹレーザ干渉計３９ｂ内部のディテクタに受光される。Ｙレーザ干渉計３９ｂは、Ｙ移動鏡３８ｂからの反射光に基づいて、内部の参照鏡の位置を基準としてＹ移動鏡３８ｂの位置、すなわちマスクステージＭＳＴ（ひいてはマスクＭ）のＹ軸方向における位置を検出する。
【００２３】
レーザー干渉計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、レーザー干渉計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。
【００２４】
マスクＭを透過した露光光は、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、照明光学系ＩＬによる照明領域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。
【００２５】
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。基板ステージＰＳＴには、リニアアクチュエータを含む基板ステージ駆動部ＰＳＴＤが接続されており（図１参照）、基板ステージＰＳＴは基板ステージ駆動部ＰＳＴＤの駆動により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動可能である。更に、基板ステージＰＳＴは、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、及びＺ軸回りに回転可能に設けられている。基板ステージＰＳＴはＸ軸回り及びＹ軸回りに回転することにより、支持した感光基板Ｐのレベリング制御を行う。基板ステージ駆動部ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。
【００２６】
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レーザー干渉計４３ａが対向して配置されており、Ｙ移動鏡４２ｂにはＹレーザー干渉計４３ｂが対向して配置されている。
【００２７】
Ｘレーザ干渉計４３ａはＸ移動鏡４２ａにレーザ光を照射する。レーザ光の照射によりＸ移動鏡４２ａで発生した光（反射光）は、Ｘレーザ干渉計４３ａ内部のディテクタに受光される。Ｘレーザ干渉計４３ａは、Ｘ移動鏡４２ａからの反射光に基づいて、内部の参照鏡の位置を基準としてＸ移動鏡４２ａの位置、すなわち基板ステージＰＳＴ（ひいては感光基板Ｐ）のＸ軸方向における位置を検出する。
【００２８】
Ｙレーザ干渉計４３ｂはＹ移動鏡４２ｂにレーザ光を照射する。レーザ光の照射によりＹ移動鏡４２ｂで発生した光（反射光）は、Ｙレーザ干渉計４３ｂ内部のディテクタに受光される。Ｙレーザ干渉計４３ｂは、Ｙ移動鏡４２ｂからの反射光に基づいて、内部の参照鏡の位置を基準としてＹ移動鏡４２ｂの位置、すなわち基板ステージＰＳＴ（ひいては感光基板Ｐ）のＹ軸方向における位置を検出する。
【００２９】
レーザー干渉計４３ａ，４３ｂそれぞれの検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴは、レーザー干渉計４３ａ、４３ｂ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。
【００３０】
図２に示すように、マスクステージＭＳＴの上方には、マスクＭと感光基板Ｐとのアライメントを行うアライメント系４９ａ、４９ｂが設けられている。アライメント系４９ａ，４９ｂは、不図示の駆動機構によりＹ軸方向に移動可能となっており、アライメント処理時には照明光学系ＩＬとマスクＭとの間に進入するとともに、走査露光時には照明領域から退避するようになっている。アライメント系４９ａ、４９ｂは、マスクＭに形成されているマスクアライメントマーク（不図示）と、感光基板Ｐに形成されている基板アライメントマーク５２ａ〜５２ｄ（図４参照）との位置を検出する。アライメント系４９ａ、４９ｂの検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴは、アライメント系４９ａ、４９ｂの検出結果に基づいて、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴの位置制御を行う。
【００３１】
更に、マスクＭには、シフト、ローテーション、スケーリング等といった各種像特性の補正量算出用に用いられる複数のマスクマーク（不図示）が形成されている。一方、感光基板Ｐにも、像特性の補正量算出用に用いられる複数の基板マーク（不図示）が形成されている。
【００３２】
図１に示すように、複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の間には、フォーカスセンサ２０が設けられている。このフォーカスセンサ２０は、Ｙ軸方向に沿って複数設けられており、本実施形態では、後述するように５つ設けられている。フォーカスセンサ２０は、マスクＭとの相対距離及び感光基板Ｐとの相対距離を計測可能であり、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭのＺ軸方向における位置及び基板ステージＰＳＴに支持されている感光基板ＰのＺ軸方向における位置を検出する。フォーカスセンサ２０の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはフォーカスセンサ２０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の位置制御、ひいては感光基板Ｐの位置制御を行う。
【００３３】
本実施形態において、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。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とは投影光学系ＰＬに対して任意の走査速度（同期移動速度）でＸ軸方向に同期移動する。基板ステージＰＳＴが静止した状態では、感光基板Ｐ上に投影されるのはスリット状（台形状）のパターン像であり、マスクＭに設けられているマスクパターンの一部であるが、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴとを、マスクＭ上の照明領域及び投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５に対して同期走査することで、マスクＭに設けられているマスクパターンの全てが感光基板Ｐ上に転写される。
【００３４】
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。また、本実施形態において、投影光学系は、等倍正立系の光学系である。
図３に示すように、投影光学系ＰＬ１は、２組のダイソン型光学系を組み合わせた構成であり、シフト調整機構２３と、二組の反射屈折型光学系２４、２５と、像面調整装置１０と、不図示の視野絞りと、スケーリング調整機構２７とを備えている。
【００３５】
マスクＭを透過した光束は、シフト調整機構２３に入射する。シフト調整機構２３は２つの平行平面ガラス板を有しており、不図示の駆動装置により２つの平行平面ガラス板のそれぞれがＹ軸回り及びＸ軸回りに回転することにより、感光基板Ｐ上におけるパターン像をＸ軸方向及びＹ軸方向にシフトする。
【００３６】
シフト調整機構２３を透過した光束は、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、直角プリズム２８と、レンズ系２９と、凹面鏡３０とを備えている。
【００３７】
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、不図示の駆動装置によりＺ軸回りに回転する。直角プリズム２８がＺ軸回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のパターン像はＺ軸回りに回転する。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。
【００３８】
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不図示の視野絞りが配置されている。視野絞りは、感光基板Ｐ上における投影領域を設定するものである。本実施形態において、視野絞りは台形状の開口を有し、この視野絞りにより感光基板Ｐ上の投影領域が台形状に規定される（図４符号５０ａ〜５０ｅ参照）。視野絞りを透過した光束は、２組目の反射屈折型光学系２５に入射する。
【００３９】
反射屈折型光学系２５は、反射屈折型光学系２４と同様に、ローテーション調整機構としての直角プリズム３１と、レンズ系３２と、凹面鏡３３とを備えている。直角プリズム３１も不図示の駆動装置の駆動によりＺ軸回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のパターン像をＺ軸回りに回転する。
【００４０】
反射屈折型光学系２５から射出した光束は、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不図示の駆動装置によりＺ軸方向に移動させることにより、マスクＭのパターン像の倍率（スケーリング）調整を行うようになっている。
【００４１】
図４は、感光基板Ｐ及び投影領域を示す平面図である。
図４に示すように、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５は、投影光学系内の視野絞りにより投影領域５０ａ〜５０ｅを台形状に規定する。ここで、投影光学系ＰＬ１、ＰＬ３、ＰＬ５のそれぞれに対応する投影領域は５０ａ、５０ｃ、５０ｅであり、投影光学系ＰＬ２、ＰＬ４のそれぞれに対応する投影領域は５０ｂ、５０ｄである。投影領域５０ａ、５０ｃ、５０ｅのそれぞれがＹ軸方向に沿って配列され、投影領域５０ｂ、５０ｄのそれぞれがＹ軸方向に沿って配列されている。そして、投影領域５０ａ、５０ｃ、５０ｅと投影領域５０ｂ、５０ｄとはＸ軸方向にその上辺（一対の平行な辺のうちの短辺）を対向して配置されている。更に、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれは隣り合う投影領域の端部（継ぎ部）どうしが破線で示すように、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。投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれが重ね合わせられる継ぎ部により、継ぎ部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５０ａ〜５０ｅ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。
【００４２】
露光装置ＥＸでは、投影領域５０ａ、５０ｃ、５０ｅと、投影領域５０ｂ、５０ｄとはＸ軸方向に離れて設定されているため、Ｙ軸方向に伸びるパターンは、まず空間的に分離した飛び飛びの投影領域５０ａ、５０ｃ、５０ｅによって露光された後、ある時間をおいてその間を埋める投影領域５０ｂ、５０ｄで露光されるというように、時間的及び空間的に分割されて露光される。
【００４３】
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撮像センサ４１が配設されている。撮像センサ４１は、感光基板Ｐ上の露光光の光量に関する情報（照度、コントラスト）を検出するセンサであって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、すなわち投影領域５０ａ〜５０ｅの露光光の照度を２次元的に検出する。撮像センサ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、撮像センサ駆動部によりＹ軸方向に移動可能に設けられている。撮像センサ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軸方向の移動と撮像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５０ａ〜５０ｅ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５０ａ〜５０ｅの照度は撮像センサ４１により２次元的に検出されるようになっている。撮像センサ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。制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージ駆動部ＰＳＴＤ及び撮像センサ駆動部の各駆動量により、撮像センサ４１の位置を検出可能となっている。また、制御装置ＣＯＮＴは、撮像センサ４１の検出結果に基づいて、各投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれの形状を求めることができる。
【００４４】
そして、撮像センサ４１は、撮像領域５０ａ〜５０ｅのコントラストを２次元的に検出することにより、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の結像位置（焦点位置）及び像面を検出可能である。すなわち、撮像センサ４１を例えば投影光学系ＰＬ１に対応する投影領域５０ａに配置するとともに、このセンサ４１を基板ステージＰＳＴごとＺ軸方向に移動しつつマスクＭのパターンのコントラストを測定する。制御装置ＣＯＮＴは撮像センサ４１により撮像した結果に基づいて、最大コントラストを得られるＺ軸方向における位置を投影光学系ＰＬ１の結像位置とする。また、撮像センサ４１は、投影領域５０ａのコントラストを２次元的に検出可能であるので、投影光学系ＰＬ１を介したパターンの像面の位置も検出することができる。例えば、投影領域（パターン像）５０ａにおけるパターン像が領域内で一様のコントラストであれば、投影光学系ＰＬ１の像面と撮像センサ４１を移動させた基板ステージＰＳＴの走り平面とは平行であることを示している。一方、投影領域５０ａの領域において一様のコントラストが得られない場合には、投影光学系ＰＬ１の像面が基板ステージＰＳＴの走り平面に対して傾斜していることを示している。また、撮像センサ４１を投影光学系ＰＬ１のＺ軸方向に移動させてパターンのコントラストのよいところを検出することにより、正確な像面の位置（結像位置）を計測することができる。
【００４５】
また、撮像センサ４１は、マスクＭのパターンのコントラストを検出することにより、マスクＭの撓み量を検出可能である。すなわち、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭが撓んでいる場合には、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれにおけるパターンのコントラストは一様ではなくなるので、撮像センサ４１を用いて投影領域５０ａ〜５０ｅそれぞれの領域におけるパターンのコントラストの最もよいところを検出することにより、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれに対応する像面の位置の変化を測定することができる。ここで、制御装置ＣＯＮＴ（あるいは制御装置ＣＯＮＴに接続する記憶装置）には、マスクＭのパターンを計測した位置と検出により求めた投影光学系の像面位置との関係を記憶するようにしておくことにより、パターンの位置と像面位置との関係より一般的なマスクの撓み及び像面位置を予測することが可能となる。なお、撮像センサ４１を用いて視野絞りの開口の形状、つまり投影領域の形状のエッジの一辺を複数点計測することにより、投影領域の形状変化、シフト及び回転などを同時に計測することができる。
【００４６】
次に、図１及び図４を参照しながらフォーカスセンサ２０について説明する。マスクＭと感光基板Ｐとの間の部分であって、投影領域５０ａ、５０ｃ、５０ｅに対応する投影光学系ＰＬ１、ＰＬ３、ＰＬ５と、投影領域５０ｂ、５０ｄに対応する投影光学系ＰＬ２、ＰＬ４との間で、図４で十字線「＋」で示されている位置に対応する位置において、Ｙ軸方向に配列された複数のフォーカスセンサ２０で測定する場合が示されている。本実施形態において、フォーカスセンサ２０は５つ設けられれている。これらのフォーカスセンサ２０は、マスクＭの表面（パターン面）と感光基板Ｐの表面（露光面）とのそれぞれに対してレジストを感光しない波長を有する検出光を照射し、マスクＭ及び感光基板Ｐで発生した光（反射光）を検出することにより、マスクＭの表面及び感光基板Ｐの表面のＺ軸方向における位置を検出する。フォーカスセンサ２０の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。
【００４７】
そして、マスクＭを支持したマスクステージＭＳＴ及び感光基板Ｐを支持した基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に走査しつつ、これら複数のフォーカスセンサ２０のそれぞれの検出結果に基づいて、Ｘ軸方向において所定のサンプリングピッチでマスクＭ及び感光基板ＰのＺ軸方向における位置を検出することにより、ステージの送り量により規定されるＸ軸座標と、フォーカスセンサ２０のＹ軸方向における設置位置により規定されるＹ軸座標とに対応する位置におけるマスクＭ及び感光基板ＰそれぞれのＺ軸方向の位置からなる表面データを得ることができる。
【００４８】
これらマスクＭ及び感光基板Ｐの表面データは、マスクＭ及び感光基板Ｐそれぞれの平面度、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴの保持状態に起因する撓み、ステージの送りの不均一等によるマスクＭ及び感光基板Ｐそれぞれの表面の凹凸を示すデータである。この表面データは制御装置ＣＯＮＴ、あるいは制御装置ＣＯＮＴに接続する不図示の記憶装置に記憶保持される。
【００４９】
なお、フォーカスセンサ２０の測定は連続的に行うようにしてもよい。更に、先に求めたマスクＭの像面位置とマスクＭの表面位置との対応関係を求めることにより、マスクＭの表面の位置に基づいて、像面位置を逐次計測をせずとも容易に推測することができる。
【００５０】
図３に示したように、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の二組の反射屈折型光学系２４，２５の間の光路上には、投影光学系ＰＬ１の結像位置及び像面の傾斜を調整する像面調整装置１０がそれぞれ設けられている。ここで、像面調整装置１０は、反射屈折型光学系２４による中間像が形成される位置近傍に設けられている。すなわち、像面調整装置１０は、マスクＭ及び感光基板Ｐに対してほぼ共役な位置に設けられている。像面調整装置１０は、複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに対応して設けられている。
【００５１】
図５は像面調整装置１０の外観図であって（ａ）は−Ｙ側から見た図、（ｂ）は＋Ｚ側から見た図である。
図５に示すように、像面調整装置１０は、第１光学部材（第１の光学部材）１と、第２光学部材（第２の光学部材）２と、第１光学部材１及び第２光学部材２を非接触状態に支持するエアベアリング（非接触装置）１１と、第２光学部材２に対して第１光学部材１を移動するリニアアクチュエータ（駆動装置）３，５，６とを備えている。第１光学部材１及び第２光学部材２のそれぞれはくさび状に形成され露光光を透過可能なガラス板であり、一対のくさび型光学部材を構成している。露光光は、この第１光学部材１及び第２光学部材２のそれぞれを通過する。
【００５２】
第１光学部材１は、光入射面としての第１入射面１ａと、この第１入射面１ａに対して斜めに交わる光射出面としての第１射出面（第１の傾斜面）１ｂとを有している。また、第２光学部材２は、第１光学部材１の第１射出面１ｂに対向するように設けられこの第１射出面１ｂと略平行な光入射面としての第２入射面（第２の傾斜面）２ａと、第１光学部材１の第１入射面１ａに対して略平行な光射出面としての第２射出面２ｂとを有している。
【００５３】
第１光学部材１と第２光学部材２とは、エアベアリング（非接触装置）１１により、対向する第１射出面１ｂと第２入射面２ａとを非接触状態に保持されている。
【００５４】
図６は、非接触装置としてのエアベアリング１１を示す図であって、第１光学部材１の第１射出面１ｂの平面図である。
図６に示すように、エアベアリング１１は、第１光学部材１の第１射出面１ｂに形成された複数の陽圧溝１ｃと、複数の負圧溝１ｄとを備えている。本実施形態では、図６に示すように、陽圧溝１ｃを挟んで両側にそれぞれ負圧溝１ｄを配置したものが、第１射出面１ｂの両端部近傍の２箇所に配置されている。
【００５５】
図５に示すように、陽圧溝１ｃのそれぞれは、流路を介して不図示の陽圧供給源（圧縮ガス供給装置）Ｖ１に接続されており、陽圧供給源Ｖ１が駆動することにより圧縮ガス（圧縮空気）が陽圧溝１ｃに供給され、第１光学部材１を第２光学部材２に対して離間（浮上）させる方向に付勢する。一方、負圧溝１ｄは流路を介して不図示の負圧供給源（真空吸引装置）Ｖ２に接続されており、負圧供給源Ｖ２が駆動することにより負圧溝１ｄ内のガスが真空吸引され、第１光学部材１を第２光学部材２に対して近接（接触）させる方向に付勢する。
【００５６】
陽圧供給源Ｖ１と負圧供給源Ｖ２とを適宜制御して、陽圧溝１ｃによる反発力と負圧溝１ｄによる吸引力とを所定値に維持することにより、第１光学部材１の第１射出面１ｂと第２光学部材２の第２入射面２ａとが一定のギャップＧを維持した状態で対向する。ここで、ギャップＧの大きさは、露光装置ＥＸで許容できる光学的収差に基づいて設定される。すなわち、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、例えば数μｍ〜数１０μｍ程度に設定されることが好ましい。
【００５７】
ここで、第２光学部材２の第２入射面２ａには、クロム膜等の接触防止膜９が矩形状に形成されており、エアベアリング１１が駆動していない状態において、第１光学部材１の第１射出面１ｂと第２光学部材２の第２入射面２ａとの直接的な接触を防止している。
【００５８】
図５に示すように、第１光学部材１には、この第１光学部材１の＋Ｘ側端面に接続するリニアアクチュエータ３と、第１光学部材１の＋Ｙ側端面に接続するリニアアクチュエータ（駆動装置）５及びリニアアクチュエータ（駆動装置）６とを備えている。リニアアクチュエータ５は第１光学部材１の＋Ｙ側端面のうち＋Ｘ側端部に接続し、リニアアクチュエータ６は第１光学部材１の＋Ｙ側端面のうち−Ｘ側端部に接続している。
【００５９】
また、第１光学部材１には、この第１光学部材１を第２光学部材２に対してスライド可能に支持する不図示のガイド部が接続されている。一方、第２光学部材２は不図示のフレームなどにより固定されている。なお、第１光学部材１を固定して第２光学部材２を移動可能に構成し、あるいは、第１及び第２光学部材１，２の双方を移動可能に構成することももちろん可能である。
【００６０】
リニアアクチュエータ３が駆動することにより、第１光学部材１は、第１射出面１ｂを第２光学部材２の第２入射面２ａに対してスライドさせるように、Ｘ軸方向に移動する。
【００６１】
ここで、リニアアクチュエータ３の駆動量及び駆動速度（すなわち第１光学部材１の移動量及び移動速度）は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。第１光学部材１の−Ｘ側端面には、第１光学部材１のＸ軸方向における位置を検出可能なポテンショメータやリニアエンコーダからなる位置検出装置４が設けられており、位置検出装置４は移動する第１光学部材１の基準位置に対する移動量、すなわちＸ軸方向における位置を検出する。位置検出装置４の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力されるようになっており、制御装置ＣＯＮＴは、位置検出装置４の検出結果に基づいて第１光学部材１のＸ軸方向における位置を求める。そして、制御装置ＣＯＮＴは前記求めた結果に基づいてリニアアクチュエータ３を駆動し、第１光学部材１をＸ軸方向において所定の位置に位置決めする。また、制御装置ＣＯＮＴは、単位時間当たりの第１光学部材１の移動量に基づいて第１光学部材１の移動速度も求めることができる。
【００６２】
一方、リニアアクチュエータ５及びリニアアクチュエータ６のうち少なくともいずれか一方が駆動することにより、第１光学部材１は、第１射出面１ｂを第２光学部材２の第２入射面２ａに対してスライドさせるように、Ｚ軸回り（光軸回り）に回転移動する。ここで、リニアアクチュエータ５，６の駆動量（移動量）が同じであれば第１光学部材１はＹ軸方向に移動し、駆動量が異なれば第１光学部材１はＺ軸回りに回転する。
【００６３】
リニアアクチュエータ５，６のそれぞれの駆動量及び駆動速度（すなわち第１光学部材１の回転量及び回転速度）は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。第１光学部材１の−Ｙ側端面には、第１光学部材１のＹ軸方向における位置を検出可能なポテンショメータやリニアエンコーダからなる位置検出装置７，８が設けられている。位置検出装置７は第１光学部材１の−Ｙ側端面における＋Ｘ側端部に接続しており、位置検出装置８は第１光学部材１の−Ｙ側端面における−Ｘ側端部に接続している。位置検出装置７，８のそれぞれは移動する第１光学部材１の基準位置に対する移動量、すなわちＹ軸方向における位置を検出する。位置検出装置７，８の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力されるようになっており、制御装置ＣＯＮＴは、２つの位置検出装置７，８のそれぞれの検出結果に基づいて、第１光学部材１のＺ軸回りにおける回転量（Ｚ軸回りに関する位置）を求める。そして、制御装置ＣＯＮＴは前記求めた結果に基づいてリニアアクチュエータ５あるいはリニアアクチュエータ６を駆動し、第１光学部材１をＺ軸回りにおいて所定量回転し位置決めする。また、制御装置ＣＯＮＴは、単位時間当たりの第１光学部材１の回転量に基づいて第１光学部材１の回転速度も求めることができる。
【００６４】
図７は、第２光学部材２に対して第１光学部材１をＸ軸方向にスライドした際に投影光学系の結像位置が変化する様子を説明する図である。
図７に示すように、第１光学部材を破線で示す位置（符号１’参照）から、実線で示す位置（符号１参照）にスライドすることにより、第１光学部材１の第１入射面１ａと第２光学部材２の第２射出面２ｂとの相対寸法（厚さ）が変更される。すると、結像位置は距離δだけ変更される。すなわち、図７に示すように、第１光学部材１が−Ｘ側に移動して第１光学部材１の第１入射面１ａと第２光学部材２の第２射出面２ｂとの相対寸法が大きくなると、結像位置は−Ｚ側にシフトする。一方、相対寸法が小さくなると、結像位置は＋Ｚ側にシフトする。したがって、第１光学部材１を第２光学部材２に対してＸ軸方向にスライドすることにより、像面調整装置１０は投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置を調整することができる。
【００６５】
図８は、リニアアクチュエータ３，５，６のそれぞれを用いて第１光学部材１を第２光学部材２に対して移動した際の像面の位置を説明するための模式図である。
図８（ａ１）に示すように、第１光学部材１を破線で示す位置（符号１’参照）から実線で示す位置（符号１参照）まで、第２光学部材２に対してＸ軸方向にスライド移動することにより、図８（ａ２）に示すように、パターンの像面の位置は、Ｚ軸方向、すなわち像面と直交する方向に移動する。図８（ａ１）に示す例では、第１光学部材１が＋Ｘ側に移動することにより第１光学部材１の第１入射面１ａと第２光学部材２の第２射出面２ｂとの相対寸法は小さくなるため、像面は＋Ｚ側に移動する。
【００６６】
ここで、像面のＺ軸方向における移動量δは、リニアアクチュエータ３の駆動量（補正量）に基づく。リニアアクチュエータ３の駆動量と像面のＺ軸方向における移動量δとの関係は、例えば実験的あるいは数値計算を用いて予め求めることができる。そして、前記関係は制御装置ＣＯＮＴに接続する記憶装置に記憶される。
【００６７】
図８（ｂ１）に示すように、第１光学部材１を破線で示す位置（符号１’参照）から実線で示す位置（符号１参照）まで、第２光学部材２に対してＺ軸回りに回転することにより、すなわち、回転装置（駆動装置）としてのリニアアクチュエータ５，６を用いて一対のくさび型光学部材である第１、第２光学部材１，２を、これを貫通する光路の光軸回りに相対的に回転することにより、図８（ｂ２）に示すように、パターンの像面はＸ軸とＹ軸とでなるＸＹ平面に対して傾斜する（Ｘ軸回りに回転する）。つまり、第１光学部材１を第２光学部材２に対して回転することにより、図８（ｂ１）に示すように、像面調整装置１０のうち、−Ｙ側端部における第１光学部材１の第１入射面１ａと第２光学部材２の第２射出面２ｂとの相対寸法は小さくなり、一方、＋Ｙ側端部における第１光学部材１の第１入射面１ａと第２光学部材２の第２射出面２ｂとの相対寸法は大きくなる。そして、この相対寸法は、−Ｙ側端部から＋Ｙ側端部に亘って連続的に変化するため、図８（ｂ２）に示すように、パターンの像面はＸＹ平面に対して傾斜する。
【００６８】
ここで、像面のＹ軸に対する回転量ｒは、リニアアクチュエータ５，６の駆動量（補正量）に基づく。リニアアクチュエータ５，６の駆動量と像面のＹ軸に対する回転量ｒとの関係は、例えば実験的あるいは数値計算を用いて予め求めることができる。そして、前記関係は制御装置ＣＯＮＴに接続する記憶装置に記憶される。
【００６９】
なお、本実施形態において、第１光学部材１を第２光学部材２に対して回転する回転装置は、２つのリニアアクチュエータ５，６により構成されているが、第１光学部材１と第２光学部材２とを相対的に回転可能であれば任意の装置を用いることができる。
【００７０】
次に、上述した構成を有する露光装置ＥＸを用いて、マスクＭのパターン像を投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５を介して感光基板Ｐに投影露光する方法の第１実施形態について図９を参照しながら説明する。
まず、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴに設けられている撮像センサ４１を用いて投影領域５０ａ〜５０ｅのコントラストを検出し、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置及び像面傾斜を検出する（ステップＳＡ１）。
具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴにマスクＭ及び感光基板Ｐを載置しない状態で、照明光学系ＩＬより露光光を射出する。これと同時に、撮像センサ４１がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動し、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに対応した投影領域５０ａ〜５０ｅを走査する。走査する撮像センサ４１により、各投影領域５０ａ〜５０ｅにおけるコントラストが２次元的に検出される。撮像センサ４１は投影領域５０ａ〜５０ｅのコントラストの検出結果を制御装置ＣＯＮＴへ出力する。
【００７１】
ここで、制御装置ＣＯＮＴは、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれに撮像センサ４１を配置した状態で、基板ステージＰＳＴをＺ軸方向に移動しながらコントラスト検出を行うことにより、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置（像面のＺ軸方向における位置）を検出する。更に、制御装置ＣＯＮＴは、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれのコントラストを撮像センサ４１によって２次元的に検出することにより、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれの像面傾斜を検出する。
【００７２】
例えば、投影光学系ＰＬ１の結像位置（像面のＺ軸方向における位置）を検出する際には、制御装置ＣＯＮＴは、撮像センサ４１を投影領域５０ａに配置し、基板ステージＰＳＴとともにＺ軸方向に移動しつつコントラスト検出を行い、最大コントラストを検出するＺ軸方向における位置を結像位置とする。一方、像面傾斜を検出する際には、制御装置ＣＯＮＴは、撮像センサ４１で投影領域５０ａの複数点の結像位置の計測に基づいて求める。
【００７３】
次いで、制御装置ＣＯＮＴは、第１光学部材１及び第２光学部材２を用いて像面の位置を補正する（ステップＳＡ２）。
すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、像面調整装置１０の第１光学部材１を第２光学部材２に対してＸ軸方向に移動するとともに、第１光学部材１を第２光学部材２に対してＺ軸回りに回転しつつ、撮像センサ４１により投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに関してコントラスト検出を行い、この検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれの結像位置がＺ軸方向で同じ位置になるように、且つ、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれが所定の台形形状を有するように、像面の位置を補正する。これにより、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ方向における位置は同じになり、且つ、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの光軸と像面とは直交する。
【００７４】
そして、制御装置ＣＯＮＴは、このときの投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５ぞれぞれの第１光学部材１及び第２光学部材２のＸ軸方向及びＺ軸回りに関する位置（姿勢）を初期位置として設定し、記憶装置に記憶する。こうして、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ軸方向における位置が互いに等しくなるように、且つ、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面と光軸とが直交するようにキャリブレーションが行われる。
なお、第１光学部材１及び第２光学部材２の初期位置としては、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ軸方向及びＸ軸回りに関する位置を一致させる位置である必要はない。換言すれば、キャリブレーションは、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ軸方向における位置が互いに等しくなるように、且つ、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面と光軸とが直交するように行う必要はなく、例えば感光基板Ｐの表面形状に応じて、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ軸方向における位置を互いに異ならせて設定したり、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面と光軸とを傾斜して設定するようなキャリブレーションを行ってもよい。
【００７５】
次いで、マスクステージＭＳＴに対してマスクＭがロードされる（ステップＳＡ３）。
なお、このとき、感光基板Ｐは基板ステージＰＳＴにロードされていない。
【００７６】
マスクＭがロードされたら、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭの撓み量を検出する（ステップＳＡ４）。
具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系ＩＬによりマスクＭを露光光で照明しつつ、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと撮像センサ４１を備えた基板ステージＰＳＴとを投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５に対してＸ軸方向に同期移動する。制御装置ＣＯＮＴは、走査するマスクＭを介した露光光を撮像センサ４１で検出することにより、マスクＭの走査方向における複数位置を介した露光光に基づく投影領域５０ａ〜５０ｅのパターンのコントラストを検出する。撮像センサ４１の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴは撮像センサ４１で検出した投影領域５０ａ〜５０ｅそれぞれのパターンのコントラストに基づいて、マスクＭの撓み量を求める。すなわち、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭが撓んでいる場合には、マスクＭを介した露光光に基づく投影領域５０ａ〜５０ｅそれぞれのパターンは結像しないので、撮像センサ４１は、投影領域５０ａ〜５０ｅそれぞれのパターンのコントラストのよい位置を検出することにより、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれに対応する像面の位置を検出することができる。ここで、像面の位置とは、Ｚ軸方向における位置、及びＹ軸に対する傾斜方向における位置を含む。
【００７７】
制御装置ＣＯＮＴ（あるいは制御装置ＣＯＮＴに接続する記憶装置）には、マスクＭの撓み量と、その際の投影光学系の像面位置との関係が予め記憶されており、制御装置ＣＯＮＴは、この関係に基づいて、走査方向の複数位置におけるマスクＭの撓み量から像面位置を求めることができる。また、マスクＭの撓み量については、マスクＭが変わっても大きく変わることが少ないので、予め記憶された撓み量に対応して像面調整装置１０が調整されており、撓み量が異なるマスクが使用された際には、その差分を像面調整装置で補正するようにすればよい。また、基準となるマスクを用いて像面位置を調整する際に、像面調整装置１０の駆動位置は中立の位置となるようにしておき、他に付属する光学系もしくは投影光学系の一部の光学部材を調整することにより、像面位置の調整を行う。結果として像面調整装置１０の駆動マージンを確保することができる。また、初期設定も短時間で行うことができる。なお、マスク側のフォーカスセンサ２０を用いることにより、露光中においてもマスクの撓み量を計測することができ、露光中にもマスクの撓み量に基づいて随時像面位置を求めることができ、それにより像面調整装置１０により補正することが可能である。また、マスクの撓みに基づく像面位置の制御と合わせ、感光基板Ｐの露光面をフォーカスセンサ２０で計測しておき、像面位置と感光基板Ｐの露光面とがほぼ一致するように像面調整装置１０を制御するようにすれば、マスクＭのパターンを精度良く感光基板Ｐに結像することができる。
そして、走査方向の複数位置におけるマスクＭの撓み量に基づいて、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭの表面の近似曲面を算出する（ステップＳＡ５）。
【００７８】
次いで、感光基板Ｐが基板ステージＰＳＴにロードされる（ステップＳＡ６）。
【００７９】
感光基板Ｐが基板ステージＰＳＴにロードされたら、制御装置ＣＯＮＴは、露光処理を行う前の予備走査を行う。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系ＩＬによる照明を行わない状態で、例えば照明光学系ＩＬの照明光を不図示のシャッタにより遮断した状態で、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴとを投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５に対してＸ軸方向に同期移動する。この予備走査中に、アライメント系４９ａ、４９ｂがマスクＭと感光基板Ｐとのアライメントを行う。
【００８０】
まず、制御装置ＣＯＮＴは、アライメント系４９ａ、４９ｂを用いてマスクＭ及び感光基板ＰのＸ軸方向及びＹ軸方向における相対的な位置（姿勢）検出を行う（ステップＳＡ７）。
【００８１】
具体的には、アライメント系４９ａ、４９ｂが所定の検出位置である照明光学系ＩＬとマスクＭとの間に進入し、感光基板Ｐの基板アライメントマーク５２ｃ、５２ｂが投影領域５０ａ、５０ｅの位置にきたときに、アライメント系４９ａ、４９ｂにより、基板アライメントマーク５２ｃ、５２ｂとこれらに対応するマスクＭに形成されているマスクアライメントマークとの相対的な位置ずれが検出され、次いで、感光基板Ｐの基板アライメントマーク５２ｄ、５２ａが投影領域５０ａ、５０ｅの位置にきたときにアライメント系４９ａ、４９ｂにより、基板アライメントマーク５２ｄ、５２ａとこれらに対応するマスクＭに形成されているマスクアライメントマークとの相対的な位置ずれが検出される。
【００８２】
制御装置ＣＯＮＴは、アライメント系４９ａ、４９ｂの検出結果に基づいて、マスクステージ駆動部ＭＳＴＤ及び基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを介してマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴを駆動し、マスクＭと感光基板Ｐとを位置合わせする（ステップＳＡ８）。
【００８３】
一方、上記ステップＳＡ７の処理と並行して、フォーカスセンサ２０が、感光基板Ｐの表面のＺ軸方向における相対距離検出を行う（ステップＳＡ９）。
制御装置ＣＯＮＴは、予備走査中に、フォーカスセンサ２０を用いて、感光基板Ｐの表面のＺ軸方向における相対距離の検出、すなわち、感光基板Ｐの表面のＺ軸方向における位置検出を行う。具体的には、マスクＭと感光基板Ｐとを走査しつつ、複数のフォーカスセンサ２０のそれぞれによる感光基板Ｐについてのフォーカス信号に基づいて、感光基板ＰのＺ軸方向における位置を所定のピッチでサンプリングすることにより、制御装置ＣＯＮＴは、碁盤目状に規定された所定のＸ座標及びＹ座標に対応する感光基板ＰのＺ軸方向における相対距離を表面データとして記憶装置に記憶する。この表面データのＸ軸方向におけるサンプリング位置は、図４において、十字線及び十字点線で示された位置である。なお、感光基板ＰのＸ軸方向におけるサンプリング数を多くするほど表面データ精度は向上するが、信号処理や演算処理に要する時間等との関係を考慮して適宜設定される。
なお、碁盤目状のセンサを使えばリアルタイムで計測できるため、ラインで計測できる。
【００８４】
制御装置ＣＯＮＴは、記憶装置に記憶されている、ＸＹ平面内での離散的な位置におけるＺ軸方向の相対距離の集合としての表面データに基づいて、感光基板Ｐの表面形状の近似曲面を最小自乗法等の近似方法を用いて算出する（ステップＳＡ１０）。
すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、フォーカスセンサ２０による感光基板Ｐの複数位置における検出結果に基づいて、感光基板Ｐの平面度を求める。
【００８５】
次に、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ５で求めたマスクＭの表面形状に関する情報と、ステップＳＡ１０で求めた感光基板Ｐの表面形状に関する情報とに基づいて、マスクＭと感光基板ＰとのＺ軸方向における相対距離を求め、これを表面データとする（ステップＳＡ１１）。
制御装置ＣＯＮＴは、前記求めた結果（表面データ）に基づいて、複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれについてのフォーカス誤差、及び像面と感光基板表面との位置誤差（像面位置誤差）を求める。
【００８６】
次に、制御装置ＣＯＮＴはレベリング制御量を算出する（ステップＳＡ１２）。
具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ２で設定した投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置（焦点距離）と、ステップＳＡ１１で求めた表面データとに基づいて、フォーカス誤差（投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の結像位置と表面データとのＺ軸方向における距離）がＹ軸方向に亘って最小となるような、基板ステージＰＳＴのＸ軸回りの回転量及びＺ軸方向におけるシフト量を算出し、これを基板ステージＰＳＴの姿勢を調整する基板ステージ駆動部ＰＳＴＤに対するレベリング制御量とする。また、基板ステージＰＳＴのＹ軸回りにの回転についても補正制御する場合には、このＹ軸回りの回転量を同様に算出し、これも含めて基板ステージ駆動部ＰＳＴＤに対するレベリング制御量とする。このレベリング制御量は、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向への送り量（移動量）に応じて所定の送り量毎に算出される。
【００８７】
次に、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ１２で算出したレベリング制御量に基づいて、ステップＳＡ１１で算出した表面データを補正し、新たな表面データを求める（ステップＳＡ１３）。
【００８８】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ２で設定した投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置と、ステップＳＡ１３で求めた新たな表面データとに基づいて、残留するフォーカス誤差を求め、この求めた結果に基づいて、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置の補正量を求める（ステップＳＡ１４）。
具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、残留するフォーカス誤差を低減するように投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置を補正する補正量（図８符号δ参照）を求め、この求めた結果に基づいて、像面調整装置１０の第１光学部材１の第２光学部材２に対するＸ軸方向における位置、すなわち、リニアアクチュエータ３の駆動量（補正量）を求める。
ここで、制御装置ＣＯＮＴは、凹凸を有する表面データに合わせて、つまり、同期移動する感光基板Ｐ表面の例えば碁盤目状に設定された複数位置のそれぞれと、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の結像位置とが一致するように、同期移動に合わせて補正する第１光学部材１に対する第２光学部材２のＸ軸方向に関する位置、すなわちリニアアクチュエータ３の駆動量を設定する。
【００８９】
更に、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ２で設定した投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面傾斜と、ステップＳＡ１３で求めた新たな表面データとに基づいて、像面と表面データ（感光基板Ｐ表面）との位置誤差を求め、この求めた結果に基づいて、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面傾斜の補正量を求める（ステップＳＡ１５）。
具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、凹凸を有する表面データと投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面とを一致させるように、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面傾斜を補正する補正量（図８符号ｒ参照）を求め、この求めた結果に基づいて、像面調整装置１０の第１光学部材１の第２光学部材２に対するＺ軸回りに関する位置、すなわち、リニアアクチュエータ５，６の駆動量（補正量）を求める。
ここで、制御装置ＣＯＮＴは、凹凸を有する表面データに合わせて、つまり、同期移動する感光基板Ｐ表面の例えば碁盤目状に設定された複数位置のそれぞれと、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５の像面とが一致するように、同期移動に合わせて補正する第１光学部材１に対する第２光学部材２のＺ軸回りに関する位置、すなわちリニアアクチュエータ５，６の駆動量を設定する。
【００９０】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ１４及びステップＳＡ１５で求めた補正量に基づいて、マスクＭと感光基板Ｐとの同期移動に合わせて補正する像面調整装置１０での補正量、すなわち、リニアアクチュエータ３及びリニアアクチュエータ５，６の補正量を、例えば前記碁盤目状に設定した位置に合わせて設定し、この設定した補正量を制御マップとして記憶装置に記憶する（ステップＳＡ１６）。
【００９１】
更に、制御装置ＣＯＮＴは、上記ステップＳＡ２などで設定した同期移動速度に応じて、マスクＭと感光基板Ｐとの同期移動に合わせて像面と表面データ（感光基板Ｐ表面）とが一致するように、像面の補正速度、すなわち、像面のＺ軸方向における単位時間当たりの移動量、及び像面のＹ軸に対する単位時間当たりの回転量（傾斜量）を設定しする。制御装置ＣＯＮＴは、設定した像面の補正速度に基づいて、リニアアクチュエータ３及びリニアアクチュエータ５，６の駆動速度を設定し、この設定した駆動速度（補正速度）も制御マップとして記憶装置に記憶する。
【００９２】
マスクＭと感光基板Ｐとの同期移動に合わせて補正する像面調整装置１０での補正量を予め制御マップとして記憶装置に記憶したら、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系ＩＬのシャッタによる照明光の遮断を解除するとともに、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴとを同期移動しつつ、マスクＭのパターン像を投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５を介して感光基板Ｐに転写する走査露光を開始する（ステップＳＡ１７）。
【００９３】
走査露光を行うに際し、まず、制御装置ＣＯＮＴは、記憶装置に記憶してある前記制御マップに基づいて、パターンの像面のＺ軸方向における位置を調整するとともに、像面傾斜を調整する（ステップＳＡ１８）。
【００９４】
そして、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭと感光基板Ｐとを同期移動するとともに、この同期移動に伴って、予め求められている制御マップに基づいて、像面調整装置１０での補正量を変化させつつ、走査露光を行う（ステップＳＡ１９）。
【００９５】
制御装置ＣＯＮＴは、同期移動方向におけるレベリング制御量に基づいて、基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを適宜駆動し、レベリング制御を行うとともに、前記制御マップに基づいて像面調整装置１０を駆動することにより、各投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面を感光基板Ｐの表面に一致させつつ、感光基板Ｐに対して露光処理を行う（ステップＳＡ２０）。
【００９６】
本実施形態の露光装置ＥＸによると、図１０（ａ）に示すように、マスクＭがＹ軸方向（非走査方向）に撓んで、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面と感光基板Ｐ表面とが一致しない場合でも、マスクＭ及び感光基板Ｐの表面形状に応じて像面調整装置１０の第１光学部材１を第２光学部材２に対してＸ軸方向に移動することにより、図１０（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ軸方向における位置と、感光基板Ｐの表面とを合わせることができる。
そして、第１光学部材１を第２光学部材２に対してＺ軸回りに回転することにより、図１０（ｃ）に示すように、像面が傾斜するので、凹凸のある感光基板Ｐであっても、この感光基板Ｐと投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面とをほぼ一致させることができる。
なお、マスクＭ及び感光基板Ｐの表面を測定するフォーカスセンサを投影領域に３点以上設ければ、表面の傾斜を正確に測定でき、それに対して像面を傾斜させるようにすればよい。
【００９７】
また、図１１（ａ）に示すように、マスクＭあるいは感光基板ＰがＸ軸方向（走査方向）に撓んで、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面と感光基板Ｐ表面とが一致しない場合でも、感光基板Ｐの表面形状に応じて同期移動に伴って、像面調整装置１０の第１光学部材１を第２光学部材２に対してＸ軸方向に移動することにより、図１１（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ軸方向における位置と、感光基板Ｐの表面とを合わせることができる。
なお、本実施形態では、投影領域５０ａ〜５０ｅのＸ軸方向におけるの幅は狭いので、Ｘ軸に対する像面傾斜は行わない構成となっており、像面のＺ軸方向における位置調整で、走査方向に関しては感光基板Ｐ表面と像面とを一致させることができる。
【００９８】
そして、図１２（ａ）に示すように、走査露光中において、基板ステージＰＳＴをＸ軸回りに回転しながらレベリング制御量に基づいてレベリング制御することにより、感光基板Ｐの表面の各位置におけるフォーカス誤差を平均的に小さくすることができる。そして、これに加えて、このレベリング制御によってもなお残存するフォーカス誤差を、前述したように像面調整装置１０により像面の位置をＺ軸方向に調整するとともに、パターン像の像面傾斜を調整することにより、投影光学系自身の像面位置調整で像面と感光基板Ｐ表面との位置誤差を個別に小さくすることができる。このように、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴのＹ軸方向における傾き（レベリング）を調整しながら走査露光を行うことができる。
同様に、図１２（ｂ）に示すように、基板ステージＰＳＴをＹ軸回りに回転しながらレベリング調整することも可能であり、この場合も、感光基板Ｐの表面の各位置におけるフォーカス誤差を平均的に小さくすることができる。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における傾きを調整しながら走査露光を行うことができる。
ここで、図１２において、破線で示す感光基板Ｐはレベリング制御を行われていない状態を示すものであり、実線で示す感光基板Ｐはレベリング制御を行われている状態を示すものである。
なお、本実施形態では、投影領域５０ａ〜５０ｅのＸ軸方向におけるの幅は狭いので、Ｘ軸方向における傾きを調整しながら走査露光を行わなくても、基板ステージＰＳＴのＺ軸方向に関する位置調整だけで、走査方向に関しては感光基板Ｐ表面と像面とを一致させることができる。
また、各投影光学系に備えられた像面調整装置１０の像面調整範囲になるように感光基板Ｐのレベリング調整を行い、ともに連動させることが望ましい。
【００９９】
以上説明したように、パターンの像面の位置をＺ軸方向に調整するとともにパターン像の像面傾斜を調整する像面調整装置１０を備えたので、像面調整装置１０は、パターンの像面の位置を調整することにより、フォーカス誤差を低減できる。また、パターン像の像面傾斜を調整することにより、感光基板ＰやマスクＭの表面に凹凸が存在していても、パターンの像面と感光基板Ｐの表面とを一致させることができる。したがって、マスクＭと感光基板Ｐとを同期走査しつつ露光処理を行う場合でも、像面と感光基板Ｐの表面との位置誤差を低減しつつ走査露光を行うことができる。
【０１００】
像面調整装置１０は、第１射出面１ｂを有する第１光学部材１と、第１射出面１ｂに対向する第２入射面２ａを有する第２光学部材２とからなる一対のくさび型光学部材を有しており、これらをＺ軸回りに相対的に回転するだけで、パターンの像面をＺ軸に対して簡単に傾斜させることができる。したがって、感光基板Ｐに凹凸が存在していても、この凹凸に合わせて像面を傾斜させればよいので、感光基板Ｐの表面と像面との位置誤差を低減しつつ精度良い走査露光を行うことができる。
【０１０１】
撮像センサ４１を用いてマスクＭの走査方向における撓み量を予め求め、この求めた撓み量に基づいて像面調整装置１０が制御されるので、マスクＭの撓みに起因して像面の位置が変化しても、像面と感光基板Ｐとの位置誤差を低減することができる。
【０１０２】
なお、撮像センサ４１は、照度とコントラストとを測定するように示しているが、照度を測定する専用のセンサを別途設けるようにしてもよい。また、撮像センサ４１で、ベースラインの計測を行うようにしてもよいし、マスクの位置測定や、マスクのパターンの位置測定を投影光学系を介した像により行うようにしてもよい。
【０１０３】
第１光学部材１と第２光学部材２とは、エアベアリング１１により非接触状態で一定の間隔で対向するように保持されているので、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面位置を高精度で微調整できるとともに、非接触であるから経時的な劣化も少なく、長期にわたり精度良い調整を行うことができる。
【０１０４】
なお、第１光学部材１と第２光学部材２とを非接触状態に保持する非接触装置としては、上記実施形態で示したような負圧による吸引力と陽圧による反発力との組み合わせによるエアベアリングの他に、例えば、磁力による吸引力と陽圧による反発力とを組み合わせたもので、負圧による吸引力と磁力による反発力とを組み合わせたものでもよい。また、磁力による吸引力と磁力による反発力とを組み合わせたものでもよく、更には、重力、バネによる付勢力等と、上記の陽圧もしくは負圧、磁力等を適宜に組み合わせたものでもよい。
【０１０５】
上記実施形態において、第１光学部材１と第２光学部材２とはエアベアリング１１により非接触状態となっているが、必ずしも非接触状態である必要はない。一対のくさび型光学部材を接触状態とし、この一対のくさび型光学部材を貫通する光路の光軸回りにそれぞれを相対的に回転可能とする回転装置としてのリニアアクチュエータ５，６により一対のくさび型光学部材を相対的に回転するようにしてもよい。一方、一対のくさび型光学部材を非接触状態で相対的に回転することにより、光学部材の劣化を抑えることができる。
【０１０６】
上記実施形態において、レベリング制御及び像面調整は、マスクＭ及び感光基板ＰのＺ軸方向における相対距離に関する表面データに基づいて行うように説明したが、マスクＭについての表面データに基づいてのみ、あるいは、感光基板Ｐについての表面データに基づいてのみ行うことができる。
【０１０７】
なお、上記実施形態において、走査露光を行うに際し、レベリング制御は感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴに関して行われるように説明したが、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴをＸ軸回り及びＹ軸回りに回転可能とし、マスクステージＭＳＴをマスクステージ駆動部ＭＳＴＤを用いてレベリング制御しながら走査露光を行うようにいしてもよい。
【０１０８】
上記実施形態では、撮像センサ４１によりマスクＭの近似曲面を求めた後、フォーカスセンサ２０により感光基板Ｐの近似曲面を求め、これらの近似曲面に基づいてマスクＭと感光基板Ｐとの相対距離に関する表面データを算出し、算出した表面データに応じて像面調整装置１０を制御する構成であるが、マスクＭや感光基板Ｐの撓み量を、これらマスクＭや感光基板Ｐの大きさ、形状、及び材質、ステージの支持位置等に基づいて、例えば数値計算などを用いて理論的に求め、この求めたマスクＭや感光基板Ｐの撓み量に基づいて、像面調整装置１０を制御するようにしてもよい。
【０１０９】
上記実施形態において、マスクＭの表面形状は撮像センサ４１の検出結果に基づいて求められ、感光基板Ｐの表面形状はフォーカスセンサ２０の検出結果に基づいて求められ、これら別々に求められた表面形状に基づいてマスクＭと感光基板ＰとのＺ軸方向における相対距離から表面データが算出される構成である。
一方、フォーカスセンサ２０が、マスクＭの表面と感光基板Ｐの表面とのＺ軸方向における相対距離検出を行うようにしてもよい。
制御装置ＣＯＮＴは、予備走査中に、フォーカスセンサ２０を用いて、マスクＭ及び感光基板Ｐのそれぞれの表面のＺ軸方向における相対距離の検出、すなわち、マスクＭ及び感光基板Ｐのそれぞれの表面のＺ軸方向における位置検出を行う。具体的には、マスクＭと感光基板Ｐとを走査しつつ、複数のフォーカスセンサ２０のそれぞれによるマスクＭ及び感光基板Ｐについてのフォーカス信号に基づいて、マスクＭ及び感光基板ＰのＺ軸方向における位置を所定のピッチでサンプリングすることにより、制御装置ＣＯＮＴは、碁盤目状に規定された所定のＸ座標及びＹ座標に対応するマスクＭ及び感光基板ＰのＺ軸方向における相対距離を表面データとして記憶装置に記憶する。そして、マスクＭ及び感光基板ＰそれぞれについてのＺ軸方向における位置に基づいて、マスクＭと感光基板ＰとのＺ軸方向における相対距離を求めてこれを表面データとする。
【０１１０】
上記実施形態では、レベリング制御と像面調整装置１０による像面位置調整とを併用するように説明したが、もちろん、像面調整装置１０のみでも像面と感光基板Ｐ（表面データ）との位置誤差を低減することができる。ただし、像面と感光基板Ｐとの位置誤差が大きい場合、像面調整装置１０の第１光学部材１（あるいは第２光学部材２）の移動量を大きくしなければならないため、露光装置内の部材と干渉してしまうなどの問題が発生する場合がある。この場合、レベリング制御を併用することにより、像面調整装置１０の第１光学部材１（あるいは第２光学部材２）の移動量を抑えることができる。
【０１１１】
上記実施形態では、第１光学部材１及び第２光学部材２のそれぞれはＸ軸方向に向かって漸次厚さが変化する形状であり、第１光学部材１及び第２光学部材２の傾斜面である第１射出面１ｂ及び第２入射面２ａはＸ軸方向に傾斜している。これにより、第１光学部材１と第２光学部材２とをＺ軸回りに相対的に回転することにより、図８を用いて説明したように、像面はＹ軸に対して傾斜する。一方、第１光学部材１及び第２光学部材２のそれぞれをＹ軸方向に向かって漸次厚さが変化する形状とし、すなわち、第１光学部材１及び第２光学部材２の傾斜面である第１射出面１ｂ及び第２入射面２ａをＹ軸方向に傾斜するように設定し、この形状を有する第１光学部材１と第２光学部材２とをＺ軸回りに相対的に回転することにより、像面をＸ軸に対して傾斜させることができる。これにより、例えば、投影領域５０ａ〜５０ｅのＸ軸方向における幅が大きくなり、マスクＭがＸ軸方向に撓んで走査方向においても像面傾斜調整を行う必要が生じた場合であっても、感光基板Ｐ（表面データ）と像面とを一致させつつ走査露光を行うことができる。
なお、本実施形態において、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれはＹ軸方向（非走査方向）に長い形状であり、Ｘ軸方向に対しては幅狭であるため、Ｘ軸方向に関しては感光基板Ｐの表面の凹凸に応じて像面傾斜調整を行わなくても、Ｚ軸方向における像面位置調整を行うだけで、感光基板Ｐの表面とＸ軸方向における像面とを略一致させることができる。
【０１１２】
また、Ｘ軸方向に傾斜する傾斜面をそれぞれ有する第１、第２光学部材を備えた像面調整装置と、Ｙ軸方向に傾斜する傾斜面をそれぞれ有する第１，第２光学部材を備えた像面調整装置との双方を露光光の光路上に設け、これら２つの像面調整装置によって、像面をＹ軸及びＸ軸のそれぞれに対して傾斜させつつ露光処理を行う構成とすることもできる。
【０１１３】
次に、図１３を参照しながら、露光方法の第２実施形態について説明する。ここで、以下の説明において、上記第１実施形態と同一あるいは同等の構成部分についてはその説明を簡略もしくは省略する。
マスクＭがマスクステージＭＳＴにロードされる（ステップＳＢ１）。
【０１１４】
次に、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系ＩＬによりマスクＭを露光光で照明し、このマスクＭを介した露光光に基づく投影領域５０ａ〜５０ｅの照度を基板ステージＰＳＴに設けられている撮像センサ４１で検出する（ステップＳＢ２）。
撮像センサ４１は投影領域５０ａ〜５０ｅの照度の検出結果を制御装置ＣＯＮＴへ出力する。制御装置ＣＯＮＴは、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれの照度を撮像センサ４１によって２次元的に検出することにより、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれの像のコントラストを検出し、像面の位置（Ｚ軸方向における位置及びＹ軸に対する傾斜方向の位置）を求める。
【０１１５】
次いで、制御装置ＣＯＮＴは、第１光学部材１及び第２光学部材２を用いて像面の位置を補正する（ステップＳＢ３）。
すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、像面調整装置１０の第１光学部材１を第２光学部材２に対してＸ軸方向に移動するとともに、第１光学部材１を第２光学部材２に対してＺ軸回りに回転しつつ、撮像センサ４１により投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれに関して照度検出を行い、この検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれの結像位置がＺ軸方向で同じ位置になるように、且つ、投影領域５０ａ〜５０ｅのそれぞれが所定の台形形状を有するように、像面の位置を補正する。これにより、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ方向における位置は同じになり、且つ、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの光軸と像面とは直交する。
【０１１６】
そして、制御装置ＣＯＮＴは、このときの投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５ぞれぞれの第１光学部材１及び第２光学部材２のＸ軸方向及びＺ軸回りに関する補正量（リニアアクチュエータ３，５，６の駆動量）を、記憶装置に記憶する。こうして、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面のＺ軸方向における位置が互いに等しくなるように、且つ、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面と光軸とが直交するようにキャリブレーションが行われ、このときの同期移動に伴う像面調整装置１０の補正量が設定され、記憶される。
【０１１７】
すなわち、第１実施形態では、ステップＳＡ２で説明したように、像面調整装置１０により投影光学系単独での像面位置調整（キャリブレーション）を行う構成であるが、第２実施形態では、マスクＭを介した光を用いて像面位置調整が行われる。すなわち、第２実施形態では、マスクＭの撓み量に起因する像面位置変化をも含めて補正するキャリブレーションが行われる。
【０１１８】
次いで、感光基板Ｐが基板ステージＰＳＴにロードされる（ステップＳＢ４）。
【０１１９】
感光基板Ｐが基板ステージＰＳＴにロードされたら、制御装置ＣＯＮＴは、露光処理を行う前の予備走査を行う。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系ＩＬによる照明を行わない状態で、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴとを投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５に対してＸ軸方向に同期移動する。この予備走査中に、アライメント系４９ａ、４９ｂがマスクＭと感光基板Ｐとのアライメントを行う。
【０１２０】
制御装置ＣＯＮＴは、アライメント系４９ａ、４９ｂを用いてマスクＭ及び感光基板ＰのＸ軸方向及びＹ軸方向における相対的な位置（姿勢）検出を行う（ステップＳＢ５）。
【０１２１】
制御装置ＣＯＮＴは、アライメント系４９ａ、４９ｂの検出結果に基づいて、マスクステージ駆動部ＭＳＴＤ及び基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを介してマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴを駆動し、マスクＭと感光基板Ｐとを位置合わせする（ステップＳＢ６）。
【０１２２】
一方、上記ステップＳＢ５の処理と並行して、フォーカスセンサ２０が、感光基板Ｐの表面のＺ軸方向における相対距離検出を行う（ステップＳＢ７）。
制御装置ＣＯＮＴは、予備走査中に、フォーカスセンサ２０を用いて、感光基板Ｐの表面のＺ軸方向における相対距離の検出、すなわち、感光基板Ｐの表面のＺ軸方向における位置検出を行う。
【０１２３】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＢ７で求めた感光基板ＰのＺ軸方向における位置に関するデータに基づいて、感光基板Ｐの表面形状の近似曲面を最小自乗法等の近似方法を用いて算出し、表面データとする（ステップＳＢ８）。
【０１２４】
制御装置ＣＯＮＴは、前記表面データに基づいて、複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５のそれぞれについてのフォーカス誤差、及び像面と感光基板Ｐ表面との位置誤差（像面位置誤差）を求める。
【０１２５】
次に、制御装置ＣＯＮＴはレベリング制御量を算出する（ステップＳＢ９）。
【０１２６】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＢ９で算出したレベリング制御量に基づいて、ステップＳＢ８で算出した表面データを補正し、新たな表面データを求める（ステップＳＢ１０）。
【０１２７】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＢ３で設定した投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置と、ステップＳＢ１０で求めた新たな表面データとに基づいて、残留するフォーカス誤差を求め、この求めた結果に基づいて、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの結像位置の補正量を求める（ステップＳＢ１１）。
【０１２８】
更に、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＢ３で設定した投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面傾斜と、ステップＳＢ１０で求めた新たな表面データとに基づいて、像面と表面データ（感光基板Ｐ表面）との位置誤差を求め、この求めた結果に基づいて、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれの像面傾斜の補正量を求める（ステップＳＢ１２）。
【０１２９】
すなわち、ステップＳＢ３で求めた、マスクＭの撓みに起因する像面位置変化を補正するための補正量に、感光基板Ｐの表面形状に対して像面を一致させるための補正量が加算される。
【０１３０】
制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＢ１１及びステップＳＢ１２で求めた補正量に基づいて、マスクＭと感光基板Ｐとの同期移動に合わせて補正する像面調整装置１０での補正量、すなわち、リニアアクチュエータ３及びリニアアクチュエータ５，６の補正量を、例えば前記碁盤目状に設定した位置に合わせて設定し、この設定した補正量を制御マップとして記憶装置に記憶する（ステップＳＢ１３）。
【０１３１】
マスクＭと感光基板Ｐとの同期移動に合わせて補正する像面調整装置１０での補正量を予め制御マップとして記憶装置に記憶したら、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系ＩＬのシャッタによる照明光の遮断を解除するとともに、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴとを同期移動しつつ、マスクＭのパターン像を投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５を介して感光基板Ｐに転写する走査露光を行う（ステップＳＢ１４）。
【０１３２】
以上説明したように、マスクＭ及び複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ５それぞれを介した露光光を撮像センサ４１で検出し、この検出結果に基づいて像面位置調整を行って、マスクＭの撓みに起因する像面位置変化を補正するための補正量を予め求めておくことにより、例えば、マスクＭを交換しないで感光基板Ｐを順次交換しつつ露光処理を行うような場合、マスクＭの撓みに起因する像面位置変化を補正するための補正量の導出は、１回行えばよいので、工数を減らすことができ作業効率を向上することができる。そして、フォーカスセンサ２０を用いて感光基板Ｐの表面形状データを求め、この感光基板Ｐの表面と像面とを一致させるための補正量を求め、この求めた感光基板に対する補正量と、マスクに対する補正量とを合わせた補正量で像面位置調整を行うことにより、像面と感光基板Ｐとを精度良く一致させつつ走査露光を行うことができる。
【０１３３】
なお、上記第２実施形態では、フォーカスセンサ２０により感光基板ＰのＺ軸方向における位置を検出し、この検出結果から感光基板Ｐの表面データ（近似曲面）を求め、この求めた結果に基づいて制御マップを作成し、この制御マップに基づいて像面調整装置１０により像面位置調整を行うように説明したが、制御マップを作成せずに、感光基板Ｐの表面形状を、投影光学系より同期移動方向前方側に設けられた先読みセンサで検出しつつ走査露光を行い、先読みセンサの検出結果に基づいて、像面調整装置１０の制御やレベリング制御を行うようにしてもよい。すなわち、制御マップを作成せずに、先読みセンサで感光基板Ｐの表面形状を検出しつつ像面調整を行うようにしてもよい。
【０１３４】
上記各実施形態において、像面調整装置１０によって像面位置調整をすることにより感光基板Ｐ上におけるパターン像が例えばＸ軸方向に移動したりする場合がある。この場合、マスクＭと感光基板Ｐとの相対的な像特性（シフト、ローテーション、スケーリング）に関する補正を行いつつ、走査露光する。
例えば、第１実施形態におけるステップＳＡ７などにおいて、制御装置ＣＯＮＴは、上記マスクアライメントマーク及び基板アライメントマーク５２ａ〜５２ｄの検出手順と同様の手順により、像特性補正用の不図示のマスクマークと基板マークとを順次重ね合わせつつアライメント系４９ａ，４９ｂがマーク位置を検出する。制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭと感光基板Ｐとを位置合わせするためにアライメント系４９ａ，４９ｂを用いてマスクマーク及び基板マークの位置情報を検出し、得られた位置情報に対して統計演算を行って感光基板Ｐ上に設定された全てのパターンの位置を求める。そして、求めた位置情報と理想位置（理想格子）とに基づいてパターンの像特性、すなわち、シフト、ローテーション、スケーリング、ひいては感光基板Ｐの変形量を求める。そして、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シフト調整機構２３、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、すなわち、これら各調整機構を駆動する駆動装置の駆動量を設定する。そして、設定した各調整機構の補正量に基づいて像特性を補正しつつ走査露光を行うことができる。
こうすることにより、像面調整装置１０の調整によりパターン像（投影領域）が感光基板Ｐ上において所望の位置に対してずれるようなことがあっても、上記調整機構を用いてパターン像を補正することにより、所望の位置にパターン像を投影することができる。
【０１３５】
なお、例えばシフト調整を行う際、シフト調整機構２３を用いずに、図１４（ａ）に示すように、像面調整装置１０全体を例えばＹ軸回りに回転することにより、図１４（ｂ）に示すように、感光基板Ｐ上における投影領域５０ａ（５０ｂ〜５０ｅ）は、像面調整装置１０の回転角度θに応じたシフト量Ｘ_50aだけＸ軸方向にシフトすることができる。また、このときの投影領域５０ａの移動速度（単位時間当たりの移動量）Ｖ_X50aは、像面調整装置１０の回転速度（単位時間当たりの回転量）Ｖ_θに基づく。
【０１３６】
上記実施形態では、像面調整装置１０は、反射屈折型光学系２４と反射屈折型光学系２５との間に設けられている構成であるが、図１５に示すように、像面調整装置１０はマスクＭの近傍に設けられてもよい。あるいは、像面調整装置１０は感光基板Ｐ近傍に設けられてもよい。更に、像面調整装置１０はマスクＭ及び感光基板Ｐ近傍に設けられてもよい。
【０１３７】
図１６に示すように、像面調整装置１０のうち、第１光学部材１あるいは第２光学部材２に、投影光学系の結像位置検出用マーク６０を設けることができる。像面調整装置１０はマスクＭ及び感光基板Ｐに対して光学的にほぼ共役な位置に設けられており、この結像位置検出用マーク６０を撮像センサ４１で検出することにより、投影光学系の結像位置を求めることができる。例えば、撮像センサ４１を基板ステージＰＳＴとともにＺ軸方向に移動しつつ、結像位置検出用マーク６０を検出し、結像位置検出用マーク６０が例えば円形状である場合、像が最小径となる撮像センサ４１のＺ軸方向における位置が、投影光学系の結像位置となる。
【０１３８】
なお、上記実施形態における露光装置ＥＸは、互いに隣接する複数の投影光学系を有する、いわゆるマルチレンズ走査型露光装置であるが、投影光学系が１つである走査型露光装置ついても、本発明を適用することができる。
【０１３９】
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当できる。
【０１４０】
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。
【０１４１】
投影光学系ＰＬの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。
【０１４２】
投影光学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ₂レーザを用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にする。
【０１４３】
基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
【０１４４】
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニットと電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【０１４５】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【０１４６】
マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【０１４７】
以上のように、本願実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。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で行うことが望ましい。
【０１４８】
半導体デバイスは、図１７に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ、ガラスプレート）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステップ２０４、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）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明によれば、パターンの像面の位置をこの像面と直交する方向に調整するとともにパターン像の像面傾斜を調整するようにしたので、感光基板の全域に亘って最適フォーカスに近い状態で走査露光を行うことができる。したがって、高精度で信頼性の高いデバイスを低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】図１に示す露光装置の概略斜視図である。
【図３】投影光学系を示す概略構成図である。
【図４】感光基板及び投影領域を説明するための平面図である。
【図５】像面調整装置を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】像面調整装置に設けられた非接触装置を示す図である。
【図７】第１の光学部材及び第２の光学部材の位置を調整することにより結像位置が変化する様子を説明するための図である。
【図８】第１の光学部材及び第２の光学部材の位置を調整することにより像面の位置が変化する様子を説明するための図である。
【図９】本発明の露光方法の第１実施形態を説明するためのフローチャート図である。
【図１０】像面調整装置により像面の位置が調整される様子を説明するための図である。
【図１１】像面調整装置により像面の位置が調整される様子を説明するための図である。
【図１２】像面調整装置により像面の位置が調整される様子を説明するための図である。
【図１３】本発明の露光方法の第２実施形態を説明するためのフローチャート図である。
【図１４】像面調整装置を駆動することによりパターン像がシフトする様子を説明するための図である。
【図１５】投影光学系の他の実施例を示す概略構成図である。
【図１６】像面調整装置に設けられた結像位置検出用マークを説明するための図である。
【図１７】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１第１光学部材（第１の光学部材）
１ｂ第１射出面（第１の傾斜面）
２第２光学部材（第２の光学部材）
２ａ第２入射面（第２の傾斜面）
５，６リニアアクチュエータ（駆動装置、回転装置）
１０像面調整装置
１１エアベアリング（非接触装置）
４１撮像センサ
ＣＯＮＴ制御装置（制御部）
ＥＸ露光装置
Ｍマスク
Ｐ感光基板
ＰＬ１〜ＰＬ５投影光学系
ＰＳＴ基板ステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method for projecting and exposing a pattern image of a mask onto a photosensitive substrate while moving the mask and the photosensitive substrate synchronously.
[0002]
[Prior art]
Electronic devices such as liquid crystal display devices and semiconductor devices are manufactured by a so-called photolithography technique in which a pattern provided on a mask is transferred onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus used in this photolithography process has a mask stage on which a mask having a pattern is placed and moved two-dimensionally, and a substrate stage on which a photosensitive substrate is placed and moved two-dimensionally, and is provided on the mask. The exposed pattern is projected and exposed to the photosensitive substrate through the projection optical system while sequentially moving the mask stage and the substrate stage. The exposure apparatus includes a batch type exposure apparatus that simultaneously transfers the entire mask pattern onto the photosensitive substrate, and a scanning type exposure that continuously transfers the mask pattern onto the photosensitive substrate while synchronously scanning the mask stage and the substrate stage. Two types of devices are mainly known. Among these, when manufacturing a liquid crystal display device, a scanning exposure apparatus is mainly used because of a demand for a large display area.
[0003]
In a scanning exposure apparatus, a plurality of projection optical systems are arranged so that adjacent projection areas are displaced by a predetermined amount in the scanning direction, and ends of adjacent projection areas overlap in a direction orthogonal to the scanning direction. There is a so-called multi-lens scanning exposure apparatus (multi-lens scanning exposure apparatus). A multi-lens scanning exposure apparatus illuminates a mask with a plurality of slit-shaped illumination areas, and synchronously scans the mask and the photosensitive substrate in a direction orthogonal to the arrangement direction of the illumination areas, thereby Is a device for exposing a pattern provided on a mask onto a photosensitive substrate via the plurality of projection optical systems provided corresponding to each of the above.
[0004]
Here, since the mask surface (pattern surface) and the photosensitive substrate surface (exposure surface) are preferably set at conjugate positions with respect to the projection optical system during the exposure process, the mask and the photosensitive substrate are each leveling devices. Thus, the exposure process is performed while the posture is controlled. The leveling device has a plurality of actuators that are displaced in a direction along the optical axis of the projection optical system, and the mask or the photosensitive substrate is shifted in a direction along the optical axis of the projection optical system by appropriately driving each of the actuators. And rotate around two orthogonal axes in a plane orthogonal to the optical axis.
[0005]
By the way, irregularities exist on the surfaces of the mask and the photosensitive substrate due to the flatness of the mask and the photosensitive substrate itself, the occurrence of bending due to the holding state of the stage, and the like. Therefore, when viewed locally, the mask and the photosensitive substrate may not be conjugated with respect to the projection optical system.
[0006]
Therefore, conventionally, the leveling device performs synchronous control of the mask and the photosensitive substrate while controlling the posture of the photosensitive substrate and the like, thereby aligning the optical axis between each imaging position of the plurality of projection optical systems and the surface of the photosensitive substrate. The exposure process was performed while adjusting the distance along the direction (focus error) to be reduced on average.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the following problems have arisen in the above prior art.
In other words, the focus error at each position corresponding to the plurality of projection optical systems on the photosensitive substrate is certainly achieved by performing an adjustment that reduces the focus error in each of the plurality of projection optical systems on an average by the leveling device. Although it is reduced, it still remains and may limit the further accuracy and integration of the manufactured device. Furthermore, with the recent increase in the size of the mask and the photosensitive substrate, the occurrence of irregularities on the surface of the mask and the photosensitive substrate due to bending is remarkable, and it has become impossible to cope with leveling control.
[0008]
By the way, a technique for reducing a focus error by adjusting an image forming position of a projection optical system by providing a plane-parallel glass plate on the optical axis of the projection optical system is conventionally known. However, since the imaging position of the projection optical system cannot be adjusted continuously with a plane parallel glass plate, when performing exposure processing while synchronously scanning a mask with unevenness and a photosensitive substrate, the imaging position of the projection optical system In addition, the positional error between the image plane and the surface of the photosensitive substrate to be scanned cannot be reduced.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an exposure apparatus and an exposure method capable of continuously changing and adjusting the imaging position and image plane of a projection optical system with high accuracy and performing exposure processing with high accuracy. With the goal.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention employs the following configuration corresponding to FIGS. 1 to 17 shown in the embodiment.
The exposure apparatus (EX) according to the present invention includes a mask (MST) that supports a mask (M) illuminated with exposure light and a substrate stage (PST) that supports a photosensitive substrate (P) while moving synchronously. In an exposure apparatus for projecting and exposing a pattern image of M) onto a photosensitive substrate (P) via projection optical systems (PL1 to PL5), It includes first and second wedge-shaped optical members (1, 2) that are formed in a wedge shape and are capable of transmitting exposure light, and the first and second wedge-shaped optical members (1, 2) have a predetermined gap. Are held on the optical path of the exposure light and are rotated relatively around the optical axis of the optical path. An image plane adjustment device (10) is provided.
[0011]
According to the present invention, they are opposed to each other while maintaining a certain gap. First and second wedge-shaped optical members formed in a wedge shape The image plane adjusting device includes an optical path. Relative rotation around the optical axis By adjusting the position of the image plane of the pattern, the focus error can be reduced, and the tilt of the image plane of the pattern image can be adjusted, so that even if there are irregularities on the surface of the photosensitive substrate or mask, the pattern image plane And the surface of the photosensitive substrate can be matched. Therefore, when performing exposure processing while synchronously scanning the mask stage that supports the mask and the substrate stage that supports the photosensitive substrate, it is possible to perform scanning exposure while reducing the positional error between the image plane and the surface of the photosensitive substrate. it can.
[0012]
In this case, the image plane adjustment device (10) The first and second wedge-shaped optical members (1, 2) that transmit the exposure light and the first wedge-shaped optical member (1) have A first inclined surface (1b) and The second wedge-shaped optical member (2) has A non-contact device (11) that faces the second inclined surface (2a) in a non-contact manner; The first wedge-shaped optical member (1) and the second wedge-shaped optical member (2) are relatively moved so that the first inclined surface (1b) is slid relative to the second inclined surface (2a). The first inclined surface (1b) is slid with respect to the first driving device to be moved to the second inclined surface (2a), First Wedge shape Optical member (1) and second Wedge shape Relative rotation of the optical member (2) around the optical axis of the optical path Second to let And a drive device. Thereby, the first having each inclined surface Wedge shape Optical member and second Wedge shape Relatively each of the optical members Move and By rotating, the optical path lengths of the exposure light corresponding to different positions such as the central portion and the end portion of the image surface can be set differently, so that the image surface of the pattern can be inclined with respect to the optical axis. . Therefore, even if the photosensitive substrate has irregularities, it is only necessary to incline the image plane according to the irregularities, so that scanning exposure can be performed while reducing the positional error between the surface of the photosensitive substrate and the image plane. .
[0013]
In the exposure method of the present invention, the mask (M) is moved while the mask stage (MST) supporting the mask (M) illuminated with the exposure light and the substrate stage (PST) supporting the photosensitive substrate (P) are moved synchronously. In an exposure method of projecting and exposing a pattern image onto a photosensitive substrate (P), The first and second wedge-shaped optical members (1, 2) that are formed in the shape of a wedge and are capable of transmitting the exposure light are held on the optical path of the exposure light while facing each other while maintaining a certain gap. Rotate relative to the optical axis An adjustment step is included.
[0014]
According to the present invention, with a synchronous movement, the light beams are opposed to each other while maintaining a certain gap on the optical path of the exposure light. Rotating the first and second wedge-shaped optical members formed in a wedge shape relatively around the optical axis of the optical path, By adjusting the imaging position and the image plane inclination of the pattern image, when performing exposure processing while synchronously scanning the mask stage that supports the mask and the substrate stage that supports the photosensitive substrate, the surface of the photosensitive substrate or mask is uneven. Even if it exists, the exposure process can be performed while the image surface of the pattern and the surface of the photosensitive substrate are substantially matched. Therefore, accurate exposure processing can be performed.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The exposure apparatus and exposure method of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of an exposure apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a schematic perspective view.
[0016]
In FIG. 1 and FIG. 2, an exposure apparatus EX includes an illumination optical system IL that illuminates a mask M with exposure light, a mask stage MST that supports the mask M, and a pattern image of the mask M that is illuminated with exposure light. A plurality of projection optical systems PL1 to PL5 that project onto P, a substrate stage PST that supports the photosensitive substrate P, mask-side laser interferometers 39a and 39b that detect the position of the mask stage MST using laser light, and a laser Substrate side laser interferometers 43a and 43b that detect the position of the substrate stage PST using light are provided. In this embodiment, there are five projection optical systems PL1 to PL5, and the illumination optical system IL illuminates the mask M with illumination areas corresponding to the projection optical systems PL1 to PL5, respectively. The photosensitive substrate P is obtained by applying a resist (photosensitive agent) to a glass plate.
[0017]
The exposure apparatus EX in the present embodiment sensitizes the pattern of the mask M via the projection optical system PL while synchronously moving the mask M supported by the mask stage MST and the photosensitive substrate P supported by the substrate stage PST. This is a scanning type exposure apparatus that projects and exposes a substrate P. In the following description, the optical axis direction of the projection optical system PL is the Z-axis direction, the synchronous movement direction (scanning direction) of the mask M and the photosensitive substrate P is the X-axis direction in the direction perpendicular to the Z-axis direction, and the Z-axis direction. A direction (non-scanning direction) orthogonal to the X-axis direction is defined as a Y-axis direction.
[0018]
Although not shown, the illumination optical system IL includes a plurality of light sources, a light guide that once collects the light beams emitted from the plurality of light sources, and distributes and emits them uniformly, and a uniform illuminance distribution of the light beams from the light guide An optical integrator that converts the exposure light from the optical integrator into a slit shape, and a condenser lens that images the exposure light that has passed through the blind on the mask M And. The exposure light from the condenser lens illuminates the mask M with a plurality of slit-shaped illumination areas. A mercury lamp is used as a light source in the present embodiment, and as exposure light, a g-line (436 nm), h-line (405 nm), and i-line (365 nm), which are wavelengths necessary for exposure, by a wavelength selection filter (not shown). Etc. are used.
[0019]
The mask stage MST that supports the mask M is movably provided, and has a long stroke in the X-axis direction and a stroke of a predetermined distance in the Y-axis direction orthogonal to the scanning direction in order to perform one-dimensional scanning exposure. Have. As shown in FIG. 1, a mask stage drive unit MSTD is connected to the mask stage MST, and the mask stage MST can move in the X-axis direction and the Y-axis direction by driving of the mask stage drive unit MSTD. The mask stage driving unit MSTD is controlled by a control device (control unit) CONT.
[0020]
As shown in FIG. 2, the mask side laser interferometer includes an X laser interferometer 39a that detects the position of the mask stage MST in the X-axis direction and a Y laser interferometer 39b that detects the position of the mask stage MST in the Y-axis direction. And. An X moving mirror 38a extending in the Y-axis direction is provided at the + X side edge of the mask stage MST. On the other hand, a Y moving mirror 38b extending in the X-axis direction is provided at the + Y side edge of the mask stage MST so as to be orthogonal to the X moving mirror 38a. An X laser interferometer 39a is disposed opposite to the X movable mirror 38a, and a Y laser interferometer 39b is disposed opposite to the Y movable mirror 38b.
[0021]
The X laser interferometer 39a irradiates the X moving mirror 38a with laser light. The light (reflected light) generated by the X moving mirror 38a by the laser light irradiation is received by a detector inside the X laser interferometer 39a. Based on the reflected light from the X moving mirror 38a, the X laser interferometer 39a uses the position of the internal reference mirror as a reference, that is, the position of the X moving mirror 38a, that is, the position of the mask stage MST (and hence the mask M) in the X-axis direction. Is detected.
[0022]
The Y laser interferometer 39b irradiates the Y moving mirror 38b with laser light. The light (reflected light) generated by the Y moving mirror 38b by the laser light irradiation is received by a detector inside the Y laser interferometer 39b. The Y laser interferometer 39b is based on the reflected light from the Y moving mirror 38b, with the position of the internal reference mirror as a reference, that is, the position of the Y moving mirror 38b, that is, the position of the mask stage MST (and thus the mask M) in the Y-axis direction. Is detected.
[0023]
The detection results of the laser interferometers 39a and 39b are output to the control device CONT. The control device CONT drives the mask stage MST via the mask stage drive unit MSTD based on the detection results of the laser interferometers 39a and 39b, and controls the position of the mask M.
[0024]
The exposure light transmitted through the mask M enters each of the projection optical systems PL1 to PL5. Each of the projection optical systems PL1 to PL5 projects and exposes an image of a pattern existing in the illumination area of the mask M onto the photosensitive substrate P, and is arranged corresponding to each of the illumination areas by the illumination optical system IL. . The projection optical systems PL1, PL3, PL5 and the projection optical systems PL2, PL4 are arranged in a staggered pattern in two rows. That is, each of the projection optical systems PL1 to PL5 arranged in a staggered manner is arranged by displacing adjacent projection optical systems (for example, projection optical systems PL1 and PL2, PL2 and PL3) by a predetermined amount in the X-axis direction. ing. The exposure light transmitted through each of the projection optical systems PL1 to PL5 forms an image of a pattern corresponding to the illumination area of the mask M on different projection areas on the photosensitive substrate P supported by the substrate stage PST. The pattern of the mask M in the illumination area has a predetermined imaging characteristic and is transferred onto the photosensitive substrate P coated with a resist.
[0025]
The substrate stage PST that supports the photosensitive substrate P is movably provided, and has a long stroke in the X-axis direction for performing one-dimensional scanning exposure and a Y-axis direction for stepping in a direction perpendicular to the scanning direction. With a long stroke. A substrate stage drive unit PSTD including a linear actuator is connected to the substrate stage PST (see FIG. 1), and the substrate stage PST is driven by the substrate stage drive unit PSTD to be in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis. It can move in the direction. Furthermore, the substrate stage PST is provided to be rotatable around the X axis, the Y axis, and the Z axis. The substrate stage PST performs leveling control of the supported photosensitive substrate P by rotating around the X axis and the Y axis. The substrate stage drive unit PSTD is controlled by the control device CONT.
[0026]
As shown in FIG. 2, the substrate side laser interferometer includes an X laser interferometer 43a that detects the position of the substrate stage PST in the X-axis direction and a Y laser interferometer 43b that detects the position of the substrate stage PST in the Y-axis direction. And. An X moving mirror 42a extending in the Y-axis direction is provided at the + X side edge of the substrate stage PST. On the other hand, a Y moving mirror 42b extending in the X-axis direction is provided at the −Y side edge of the substrate stage PST so as to be orthogonal to the X moving mirror 42a. An X laser interferometer 43a is disposed opposite to the X movable mirror 42a, and a Y laser interferometer 43b is disposed opposite to the Y movable mirror 42b.
[0027]
The X laser interferometer 43a irradiates the X moving mirror 42a with laser light. The light (reflected light) generated by the X moving mirror 42a by the laser light irradiation is received by the detector inside the X laser interferometer 43a. Based on the reflected light from the X moving mirror 42a, the X laser interferometer 43a uses the position of the internal reference mirror as a reference, that is, the position of the X moving mirror 42a, that is, the X direction of the substrate stage PST (and hence the photosensitive substrate P). Detect position.
[0028]
The Y laser interferometer 43b irradiates the Y moving mirror 42b with laser light. The light (reflected light) generated by the Y moving mirror 42b by the laser light irradiation is received by the detector inside the Y laser interferometer 43b. Based on the reflected light from the Y moving mirror 42b, the Y laser interferometer 43b uses the position of the internal reference mirror as a reference, that is, the position of the Y moving mirror 42b, that is, the Y direction of the substrate stage PST (and hence the photosensitive substrate P). Detect position.
[0029]
The detection results of the laser interferometers 43a and 43b are output to the control device CONT. The control device CONT drives the substrate stage PST via the substrate stage drive unit PSTD based on the detection results of the laser interferometers 43a and 43b, and controls the position of the photosensitive substrate P.
[0030]
As shown in FIG. 2, alignment systems 49a and 49b for aligning the mask M and the photosensitive substrate P are provided above the mask stage MST. The alignment systems 49a and 49b can be moved in the Y-axis direction by a drive mechanism (not shown). The alignment systems 49a and 49b enter between the illumination optical system IL and the mask M during the alignment process and retreat from the illumination area during the scanning exposure. It is like that. The alignment systems 49a and 49b detect positions of mask alignment marks (not shown) formed on the mask M and substrate alignment marks 52a to 52d (see FIG. 4) formed on the photosensitive substrate P. The detection results of the alignment systems 49a and 49b are output to the control device CONT. The control device CONT performs position control of the mask stage MST and the substrate stage PST based on the detection results of the alignment systems 49a and 49b.
[0031]
Further, the mask M is formed with a plurality of mask marks (not shown) used for calculating correction amounts of various image characteristics such as shift, rotation, scaling and the like. On the other hand, the photosensitive substrate P is also formed with a plurality of substrate marks (not shown) used for calculating the correction amount of the image characteristics.
[0032]
As shown in FIG. 1, a focus sensor 20 is provided between the plurality of projection optical systems PL1 to PL5. A plurality of focus sensors 20 are provided along the Y-axis direction. In the present embodiment, five focus sensors 20 are provided as described later. The focus sensor 20 can measure the relative distance to the mask M and the relative distance to the photosensitive substrate P, and is supported by the position in the Z-axis direction of the mask M supported by the mask stage MST and the substrate stage PST. The position of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction is detected. The detection result of the focus sensor 20 is output to the control device CONT, and the control device CONT controls the position of the substrate stage PST via the substrate stage drive unit PSTD, and consequently the position control of the photosensitive substrate P, based on the detection result of the focus sensor 20. I do.
[0033]
In the present embodiment, each of the mask stage MST and the substrate stage PST can be independently moved by the mask stage driving unit MSTD and the substrate stage driving unit PSTD under the control of the control device CONT. The mask stage MST supporting the mask M and the substrate stage PST supporting the photosensitive substrate P are synchronously moved in the X-axis direction at an arbitrary scanning speed (synchronous movement speed) with respect to the projection optical system PL. When the substrate stage PST is stationary, what is projected onto the photosensitive substrate P is a slit-like (trapezoidal) pattern image, which is a part of the mask pattern provided on the mask M. By scanning the mask stage MST for supporting and the substrate stage PST for supporting the photosensitive substrate P synchronously with respect to the illumination area on the mask M and the projection optical systems PL1 to PL5, the mask pattern provided on the mask M is changed. All are transferred onto the photosensitive substrate P.
[0034]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the projection optical system PL1 (PL2 to PL5). Here, only those corresponding to the projection optical system PL1 are shown in FIG. 3, but each of the projection optical systems PL1 to PL5 has the same configuration. In the present embodiment, the projection optical system is an equal magnification erecting optical system.
As shown in FIG. 3, the projection optical system PL1 has a configuration in which two sets of Dyson type optical systems are combined, and includes a shift adjustment mechanism 23, two sets of catadioptric optical systems 24 and 25, and an image plane adjustment device. 10, a field stop (not shown), and a scaling adjustment mechanism 27.
[0035]
The light beam that has passed through the mask M enters the shift adjustment mechanism 23. The shift adjusting mechanism 23 has two parallel flat glass plates, and each of the two parallel flat glass plates is rotated around the Y axis and the X axis by a driving device (not shown), so The pattern image is shifted in the X axis direction and the Y axis direction.
[0036]
The light beam transmitted through the shift adjustment mechanism 23 enters the first set of catadioptric optical system 24. The catadioptric optical system 24 forms an intermediate image of the pattern of the mask M, and includes a right-angle prism 28, a lens system 29, and a concave mirror 30.
[0037]
The right angle prism 28 is provided so as to be rotatable around the Z axis, and is rotated around the Z axis by a driving device (not shown). As the right-angle prism 28 rotates around the Z axis, the pattern image of the mask M on the photosensitive substrate P rotates around the Z axis. That is, the right-angle prism 28 has a function as a rotation adjustment mechanism.
[0038]
A field stop (not shown) is arranged at the intermediate image position of the pattern formed by the catadioptric optical system 24. The field stop sets a projection area on the photosensitive substrate P. In this embodiment, the field stop has a trapezoidal opening, and the projection area on the photosensitive substrate P is defined in a trapezoidal shape by this field stop (see reference numerals 50a to 50e in FIG. 4). The light beam that has passed through the field stop is incident on the second set of catadioptric optical system 25.
[0039]
Similar to the catadioptric optical system 24, the catadioptric optical system 25 includes a right-angle prism 31 as a rotation adjustment mechanism, a lens system 32, and a concave mirror 33. The right-angle prism 31 is also rotated about the Z axis by driving of a driving device (not shown), and the pattern image of the mask M on the photosensitive substrate P is rotated about the Z axis by rotating.
[0040]
The light beam emitted from the catadioptric optical system 25 passes through the scaling adjustment mechanism 27 and forms a pattern image of the mask M on the photosensitive substrate P at an erecting equal magnification. The scaling adjustment mechanism 27 is composed of, for example, three lenses, a plano-convex lens, a biconvex lens, and a plano-convex lens, and the biconvex lens positioned between the plano-convex lens and the plano-concave lens is moved in the Z-axis direction by a driving device (not shown). By doing so, the magnification (scaling) adjustment of the pattern image of the mask M is performed.
[0041]
FIG. 4 is a plan view showing the photosensitive substrate P and the projection area.
As shown in FIG. 4, the projection optical systems PL <b> 1 to PL <b> 5 define the projection regions 50 a to 50 e in a trapezoidal shape by a field stop in the projection optical system. Here, the projection areas corresponding to the projection optical systems PL1, PL3, and PL5 are 50a, 50c, and 50e, respectively, and the projection areas corresponding to the projection optical systems PL2 and PL4 are 50b and 50d, respectively. Each of the projection areas 50a, 50c, and 50e is arranged along the Y-axis direction, and each of the projection areas 50b and 50d is arranged along the Y-axis direction. The projection areas 50a, 50c, 50e and the projection areas 50b, 50d are arranged with their upper sides (short sides of a pair of parallel sides) facing each other in the X-axis direction. Further, each of the projection areas 50a to 50e is arranged in parallel so that ends (joints) of adjacent projection areas are overlapped in the Y-axis direction as indicated by a broken line, and the width of the projection area in the X-axis direction is determined. The total is set to be approximately equal. That is, the exposure amount when scanning exposure is performed in the X-axis direction is set to be equal. By the joint portion where each of the projection areas 50a to 50e is overlapped, a change in optical aberration and a change in illuminance at the joint portion become smooth. In addition, although the shape of the projection areas 50a-50e of this embodiment is a trapezoid, it may be a hexagon, a rhombus, or a parallelogram.
[0042]
In the exposure apparatus EX, since the projection areas 50a, 50c, 50e and the projection areas 50b, 50d are set apart in the X-axis direction, the pattern extending in the Y-axis direction is first a spatially separated projection. After being exposed by the areas 50a, 50c, and 50e, the exposure is performed by being divided in terms of time and space, such as being exposed in the projection areas 50b and 50d that are filled with a certain period of time.
[0043]
Returning to FIG. 1, the imaging sensor 41 is disposed on the substrate stage PST at substantially the same height as the exposure surface of the photosensitive substrate P. The imaging sensor 41 is a sensor that detects information (illuminance, contrast) on the amount of exposure light on the photosensitive substrate P, and is configured by a CCD sensor. Each of the projection optical systems PL1 to PL5 on the photosensitive substrate P is provided with the imaging sensor 41. The corresponding position, that is, the illuminance of the exposure light in the projection areas 50a to 50e is two-dimensionally detected. The image sensor 41 is installed at the same level as the photosensitive substrate P by a guide shaft (not shown) disposed in the Y-axis direction on the substrate stage PST, and is moved in the Y-axis direction by the image sensor driving unit. It is provided as possible. Prior to one or more exposures, the image sensor 41 moves the substrate stage PST in the X-axis direction and moves in the Y-axis direction by the image sensor driving unit, thereby projecting regions 50a corresponding to the projection optical systems PL1 to PL5. Scan under each of ~ 50e. Accordingly, the illuminance of the projection areas 50a to 50e on the photosensitive substrate P is detected two-dimensionally by the imaging sensor 41. The illuminance of the exposure light detected by the image sensor 41 is output to the control device CONT. The control device CONT can detect the position of the image sensor 41 based on the drive amounts of the substrate stage drive unit PSTD and the image sensor drive unit. Further, the control device CONT can obtain the respective shapes of the projection regions 50a to 50e based on the detection result of the imaging sensor 41.
[0044]
The imaging sensor 41 can detect the imaging positions (focus positions) and image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 by two-dimensionally detecting the contrast of the imaging areas 50a to 50e. That is, the image sensor 41 is disposed in the projection area 50a corresponding to the projection optical system PL1, for example, and the contrast of the pattern of the mask M is measured while moving the sensor 41 along the Z-axis direction together with the substrate stage PST. Based on the result of imaging by the imaging sensor 41, the control device CONT sets the position in the Z-axis direction where the maximum contrast can be obtained as the imaging position of the projection optical system PL1. Further, since the imaging sensor 41 can detect the contrast of the projection region 50a two-dimensionally, it can also detect the position of the image plane of the pattern via the projection optical system PL1. For example, if the pattern image in the projection area (pattern image) 50a has a uniform contrast within the area, the image plane of the projection optical system PL1 and the running plane of the substrate stage PST that moves the imaging sensor 41 are parallel. It is shown that. On the other hand, when a uniform contrast cannot be obtained in the region of the projection region 50a, it indicates that the image plane of the projection optical system PL1 is inclined with respect to the running plane of the substrate stage PST. Further, by moving the image sensor 41 in the Z-axis direction of the projection optical system PL1 and detecting a place where the pattern has good contrast, it is possible to accurately measure the position of the image plane (imaging position).
[0045]
The imaging sensor 41 can detect the amount of deflection of the mask M by detecting the contrast of the pattern of the mask M. That is, when the mask M supported by the mask stage MST is bent, the contrast of the pattern in each of the projection areas 50a to 50e is not uniform, so that each of the projection areas 50a to 50e using the image sensor 41 is used. By detecting the best pattern contrast in this area, the change in the position of the image plane corresponding to each of the projection areas 50a to 50e can be measured. Here, the control device CONT (or a storage device connected to the control device CONT) stores the relationship between the position where the pattern of the mask M is measured and the image plane position of the projection optical system obtained by detection. This makes it possible to predict general mask deflection and image plane position from the relationship between the pattern position and the image plane position. Note that by measuring a plurality of points on the shape of the aperture of the field stop, that is, one side of the edge of the projection region using the image sensor 41, the shape change, shift, rotation, etc. of the projection region can be measured simultaneously.
[0046]
Next, the focus sensor 20 will be described with reference to FIGS. Projection optical systems PL1, PL3, PL5 corresponding to the projection areas 50a, 50c, 50e, and projection optical systems PL2, PL4 corresponding to the projection areas 50b, 50d, which are portions between the mask M and the photosensitive substrate P. 4 shows a case where measurement is performed by a plurality of focus sensors 20 arranged in the Y-axis direction at a position corresponding to the position indicated by the cross line “+” in FIG. 4. In the present embodiment, five focus sensors 20 are provided. These focus sensors 20 irradiate detection light having a wavelength that does not sensitize the resist to the surface (pattern surface) of the mask M and the surface (exposure surface) of the photosensitive substrate P, respectively. By detecting the light (reflected light) generated in step 1, the positions of the surface of the mask M and the surface of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction are detected. The detection result of the focus sensor 20 is output to the control device CONT.
[0047]
Then, while scanning the mask stage MST supporting the mask M and the substrate stage PST supporting the photosensitive substrate P in the X-axis direction, a predetermined value in the X-axis direction is determined based on the respective detection results of the plurality of focus sensors 20. By detecting the positions of the mask M and the photosensitive substrate P in the Z-axis direction at the sampling pitch, the X-axis coordinates defined by the feed amount of the stage and the Y-axis defined by the installation position of the focus sensor 20 in the Y-axis direction. Surface data including positions in the Z-axis direction of the mask M and the photosensitive substrate P at positions corresponding to the coordinates can be obtained.
[0048]
The surface data of the mask M and the photosensitive substrate P includes the flatness of the mask M and the photosensitive substrate P, the deflection due to the holding state of the mask stage MST and the substrate stage PST, the unevenness of the stage feed, and the like. This is data showing the unevenness of the surface of each substrate P. This surface data is stored and held in the control device CONT or a storage device (not shown) connected to the control device CONT.
[0049]
Note that the focus sensor 20 may be continuously measured. Further, by obtaining the correspondence relationship between the image plane position of the mask M and the surface position of the mask M obtained earlier, the image plane position can be easily estimated based on the position of the surface of the mask M without sequentially measuring. can do.
[0050]
As shown in FIG. 3, on the optical path between the two sets of catadioptric optical systems 24 and 25 of the projection optical systems PL1 to PL5, the imaging position of the projection optical system PL1 and the inclination of the image plane are adjusted. An image plane adjustment device 10 is provided. Here, the image plane adjusting device 10 is provided in the vicinity of a position where an intermediate image is formed by the catadioptric optical system 24. That is, the image plane adjustment device 10 is provided at a position that is substantially conjugate with the mask M and the photosensitive substrate P. The image plane adjustment device 10 is provided corresponding to each of the plurality of projection optical systems PL1 to PL5.
[0051]
FIGS. 5A and 5B are external views of the image plane adjustment device 10, where FIG. 5A is a view seen from the −Y side, and FIG. 5B is a view seen from the + Z side.
As shown in FIG. 5, the image plane adjustment device 10 includes a first optical member (first optical member) 1, a second optical member (second optical member) 2, the first optical member 1, and the second optical member. An air bearing (non-contact device) 11 that supports the optical member 2 in a non-contact state, and linear actuators (drive devices) 3, 5, 6 that move the first optical member 1 relative to the second optical member 2 are provided. ing. Each of the first optical member 1 and the second optical member 2 is a glass plate formed in a wedge shape and capable of transmitting exposure light, and constitutes a pair of wedge-shaped optical members. The exposure light passes through each of the first optical member 1 and the second optical member 2.
[0052]
The first optical member 1 includes a first incident surface 1a as a light incident surface, and a first emission surface (first inclined surface) 1b as a light emission surface that obliquely intersects the first incident surface 1a. Have. The second optical member 2 is provided so as to face the first emission surface 1b of the first optical member 1, and is a second incident surface (second incident surface) as a light incident surface substantially parallel to the first emission surface 1b. (Inclined surface) 2 a and a second exit surface 2 b as a light exit surface substantially parallel to the first entrance surface 1 a of the first optical member 1.
[0053]
The first optical member 1 and the second optical member 2 are held by the air bearing (non-contact device) 11 so that the first emission surface 1b and the second incident surface 2a facing each other are in a non-contact state.
[0054]
FIG. 6 is a view showing the air bearing 11 as a non-contact device, and is a plan view of the first emission surface 1 b of the first optical member 1.
As shown in FIG. 6, the air bearing 11 includes a plurality of positive pressure grooves 1 c formed on the first emission surface 1 b of the first optical member 1 and a plurality of negative pressure grooves 1 d. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the negative pressure grooves 1d are arranged on both sides of the positive pressure groove 1c, and are arranged at two locations near both ends of the first emission surface 1b.
[0055]
As shown in FIG. 5, each of the positive pressure grooves 1c is connected to a positive pressure supply source (compressed gas supply device) V1 (not shown) via a flow path, and the positive pressure supply source V1 is driven to drive the positive pressure groove 1c. Compressed gas (compressed air) is supplied to the positive pressure groove 1c and urges the first optical member 1 in the direction of separating (floating) from the second optical member 2. On the other hand, the negative pressure groove 1d is connected to a negative pressure supply source (vacuum suction device) V2 (not shown) through a flow path, and the gas in the negative pressure groove 1d is evacuated by driving the negative pressure supply source V2. The first optical member 1 is attracted and urged in the direction in which the first optical member 1 approaches (contacts) the second optical member 2.
[0056]
By appropriately controlling the positive pressure supply source V1 and the negative pressure supply source V2 to maintain the repulsive force by the positive pressure groove 1c and the suction force by the negative pressure groove 1d at predetermined values, the first optical member 1 The first exit surface 1b and the second entrance surface 2a of the second optical member 2 face each other while maintaining a constant gap G. Here, the size of the gap G is set based on the optical aberration allowable in the exposure apparatus EX. That is, if the gap G becomes too large, optical aberrations occur, so it is preferable to set the gap G to about several μm to several tens of μm, for example.
[0057]
Here, a contact preventing film 9 such as a chromium film is formed in a rectangular shape on the second incident surface 2a of the second optical member 2, and the first optical member 1 is in a state where the air bearing 11 is not driven. This prevents direct contact between the first exit surface 1b and the second entrance surface 2a of the second optical member 2.
[0058]
As shown in FIG. 5, the first optical member 1 includes a linear actuator 3 connected to the + X side end surface of the first optical member 1 and a linear actuator (drive device) connected to the + Y side end surface of the first optical member 1. ) 5 and a linear actuator (drive device) 6. The linear actuator 5 is connected to the + X side end portion of the + Y side end surface of the first optical member 1, and the linear actuator 6 is connected to the −X side end portion of the + Y side end surface of the first optical member 1.
[0059]
The first optical member 1 is connected to a guide portion (not shown) that slidably supports the first optical member 1 with respect to the second optical member 2. On the other hand, the second optical member 2 is fixed by a frame (not shown) or the like. Of course, the first optical member 1 can be fixed and the second optical member 2 can be moved, or both the first and second optical members 1 and 2 can be moved.
[0060]
When the linear actuator 3 is driven, the first optical member 1 moves in the X-axis direction so that the first exit surface 1b slides with respect to the second entrance surface 2a of the second optical member 2.
[0061]
Here, the driving amount and driving speed of the linear actuator 3 (that is, the moving amount and moving speed of the first optical member 1) are controlled by the control device CONT. A position detection device 4 including a potentiometer and a linear encoder capable of detecting the position of the first optical member 1 in the X-axis direction is provided on the −X side end surface of the first optical member 1, and the position detection device 4 moves. The amount of movement of the first optical member 1 relative to the reference position, that is, the position in the X-axis direction is detected. The detection result of the position detection device 4 is output to the control device CONT, and the control device CONT obtains the position of the first optical member 1 in the X-axis direction based on the detection result of the position detection device 4. Then, the control device CONT drives the linear actuator 3 based on the obtained result, and positions the first optical member 1 at a predetermined position in the X-axis direction. Further, the control device CONT can also determine the moving speed of the first optical member 1 based on the moving amount of the first optical member 1 per unit time.
[0062]
On the other hand, when at least one of the linear actuator 5 and the linear actuator 6 is driven, the first optical member 1 slides the first exit surface 1b with respect to the second entrance surface 2a of the second optical member 2. In this way, it rotates around the Z axis (around the optical axis). Here, if the drive amounts (movement amounts) of the linear actuators 5 and 6 are the same, the first optical member 1 moves in the Y-axis direction, and if the drive amounts are different, the first optical member 1 rotates around the Z-axis. .
[0063]
The drive amount and drive speed of each of the linear actuators 5 and 6 (that is, the rotation amount and rotation speed of the first optical member 1) are controlled by the control device CONT. Position detecting devices 7 and 8 including a potentiometer and a linear encoder capable of detecting the position of the first optical member 1 in the Y-axis direction are provided on the −Y side end surface of the first optical member 1. The position detection device 7 is connected to the + X side end of the −Y side end surface of the first optical member 1, and the position detection device 8 is connected to the −X side end of the −Y side end surface of the first optical member 1. ing. Each of the position detection devices 7 and 8 detects the amount of movement of the moving first optical member 1 relative to the reference position, that is, the position in the Y-axis direction. The detection results of the position detection devices 7 and 8 are output to the control device CONT, and the control device CONT is based on the detection results of the two position detection devices 7 and 8, respectively. The amount of rotation about the Z axis (position about the Z axis) is obtained. Then, the control device CONT drives the linear actuator 5 or the linear actuator 6 based on the obtained result, and positions the first optical member 1 by rotating a predetermined amount around the Z axis. Further, the control device CONT can also obtain the rotation speed of the first optical member 1 based on the rotation amount of the first optical member 1 per unit time.
[0064]
FIG. 7 is a diagram for explaining how the imaging position of the projection optical system changes when the first optical member 1 is slid in the X-axis direction with respect to the second optical member 2.
As shown in FIG. 7, the first optical member 1 is slid from a position indicated by a broken line (see reference numeral 1 ′) to a position indicated by a solid line (see reference numeral 1), whereby the first incident surface 1 a of the first optical member 1 is obtained. And the relative dimension (thickness) between the second exit surface 2b of the second optical member 2 is changed. Then, the imaging position is changed by the distance δ. That is, as shown in FIG. 7, the first optical member 1 moves to the −X side, and the relative dimension between the first incident surface 1 a of the first optical member 1 and the second exit surface 2 b of the second optical member 2 is As it increases, the imaging position shifts to the -Z side. On the other hand, when the relative dimension becomes small, the imaging position shifts to the + Z side. Therefore, by sliding the first optical member 1 with respect to the second optical member 2 in the X-axis direction, the image plane adjustment device 10 can adjust the imaging positions of the projection optical systems PL1 to PL5.
[0065]
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the position of the image plane when the first optical member 1 is moved with respect to the second optical member 2 using each of the linear actuators 3, 5, and 6.
As shown in FIG. 8 (a1), the first optical member 1 is positioned in the X-axis direction with respect to the second optical member 2 from the position indicated by the broken line (see reference numeral 1 ′) to the position indicated by the solid line (see reference numeral 1). By sliding, the position of the image plane of the pattern moves in the Z-axis direction, that is, the direction orthogonal to the image plane, as shown in FIG. In the example shown in FIG. 8A1, the relative dimension between the first incident surface 1a of the first optical member 1 and the second exit surface 2b of the second optical member 2 is obtained by moving the first optical member 1 to the + X side. Decreases, the image plane moves to the + Z side.
[0066]
Here, the movement amount δ of the image plane in the Z-axis direction is based on the driving amount (correction amount) of the linear actuator 3. The relationship between the driving amount of the linear actuator 3 and the amount of movement δ in the Z-axis direction of the image plane can be obtained in advance, for example, experimentally or using numerical calculation. The relationship is stored in a storage device connected to the control device CONT.
[0067]
As shown in FIG. 8 (b1), the first optical member 1 is positioned around the Z axis with respect to the second optical member 2 from a position indicated by a broken line (see reference numeral 1 ′) to a position indicated by a solid line (see reference numeral 1). By rotating, that is, by using linear actuators 5 and 6 as rotating devices (driving devices), the first and second optical members 1 and 2 that are a pair of wedge-shaped optical members are passed through the light in the optical path. By relatively rotating around the axis, as shown in FIG. 8B2, the image plane of the pattern is inclined with respect to the XY plane formed by the X axis and the Y axis (rotates around the X axis). That is, by rotating the first optical member 1 with respect to the second optical member 2, as shown in FIG. 8 (b1), the first optical member 1 at the −Y side end portion of the image plane adjustment device 10. The relative size between the first incident surface 1a and the second exit surface 2b of the second optical member 2 becomes smaller, while the first incident surface 1a of the first optical member 1 and the second optical member 2 at the + Y side end. The relative dimension with respect to the second exit surface 2b increases. Since the relative dimension continuously changes from the −Y side end to the + Y side end, the pattern image plane is inclined with respect to the XY plane as shown in FIG.
[0068]
Here, the rotation amount r of the image plane with respect to the Y axis is based on the drive amount (correction amount) of the linear actuators 5 and 6. The relationship between the drive amount of the linear actuators 5 and 6 and the rotation amount r with respect to the Y axis of the image plane can be obtained in advance, for example, experimentally or using numerical calculation. The relationship is stored in a storage device connected to the control device CONT.
[0069]
In the present embodiment, the rotating device that rotates the first optical member 1 with respect to the second optical member 2 is constituted by two linear actuators 5 and 6, but the first optical member 1 and the second optical member. Any device can be used as long as it can rotate relative to the member 2.
[0070]
Next, a first embodiment of a method for projecting and exposing a pattern image of the mask M onto the photosensitive substrate P via the projection optical systems PL1 to PL5 using the exposure apparatus EX having the above-described configuration will be described with reference to FIG. explain.
First, the control device CONT detects the contrast of the projection areas 50a to 50e using the imaging sensor 41 provided on the substrate stage PST, and detects the imaging positions and the image plane inclinations of the projection optical systems PL1 to PL5. (Step SA1).
Specifically, the control device CONT emits exposure light from the illumination optical system IL in a state where the mask M and the photosensitive substrate P are not placed on the mask stage MST and the substrate stage PST. At the same time, the image sensor 41 moves in the X-axis direction and the Y-axis direction, and scans the projection areas 50a to 50e corresponding to the projection optical systems PL1 to PL5, respectively. The contrast in each of the projection areas 50a to 50e is two-dimensionally detected by the scanning image sensor 41. The imaging sensor 41 outputs the contrast detection results of the projection areas 50a to 50e to the control device CONT.
[0071]
Here, the control device CONT performs contrast detection while moving the substrate stage PST in the Z-axis direction in a state where the imaging sensor 41 is disposed in each of the projection regions 50a to 50e, thereby respectively providing the projection optical systems PL1 to PL5. The image forming position (the position of the image plane in the Z-axis direction) is detected. Further, the control device CONT detects the respective image plane inclinations of the projection optical systems PL1 to PL5 by two-dimensionally detecting the respective contrasts of the projection regions 50a to 50e by the imaging sensor 41.
[0072]
For example, when detecting the imaging position of the projection optical system PL1 (the position of the image plane in the Z-axis direction), the control device CONT arranges the imaging sensor 41 in the projection area 50a and moves along with the substrate stage PST in the Z-axis direction. The position in the Z axis direction where the maximum contrast is detected is set as the imaging position. On the other hand, when detecting the image plane inclination, the control device CONT obtains the image sensor 41 based on the measurement of the imaging positions of a plurality of points in the projection region 50a.
[0073]
Next, the control device CONT corrects the position of the image plane using the first optical member 1 and the second optical member 2 (step SA2).
That is, the control device CONT moves the first optical member 1 of the image plane adjustment device 10 in the X-axis direction with respect to the second optical member 2 and moves the first optical member 1 relative to the second optical member 2 in the Z direction. While rotating around the axis, the imaging sensor 41 performs contrast detection for each of the projection optical systems PL1 to PL5, and based on the detection result, the respective imaging positions of the projection optical systems PL1 to PL5 are the same in the Z-axis direction. The position of the image plane is corrected so that each of the projection regions 50a to 50e has a predetermined trapezoidal shape. As a result, the positions of the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 in the Z direction are the same, and the optical axes of the projection optical systems PL1 to PL5 are orthogonal to the image plane.
[0074]
Then, the control device CONT sets the positions (postures) about the X-axis direction and the Z-axis direction of the first optical member 1 and the second optical member 2 of the projection optical systems PL1 to PL5 at this time as initial positions. And stored in the storage device. In this way, calibration is performed so that the positions of the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 are equal to each other in the Z-axis direction, and the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 are orthogonal to the optical axis. Is called.
Note that the initial positions of the first optical member 1 and the second optical member 2 do not have to be positions where the positions of the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 in the Z-axis direction and the X-axis direction coincide with each other. In other words, the calibration is performed so that the positions of the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 in the Z-axis direction are equal to each other, and the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 are orthogonal to the optical axis. For example, according to the surface shape of the photosensitive substrate P, the positions of the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 in the Z-axis direction are set different from each other, or the projection optical systems PL1 to PL5 are respectively set. Calibration may be performed in which the image plane and the optical axis are set to be inclined.
[0075]
Next, the mask M is loaded onto the mask stage MST (step SA3).
At this time, the photosensitive substrate P is not loaded on the substrate stage PST.
[0076]
When the mask M is loaded, the control device CONT detects the amount of deflection of the mask M (step SA4).
Specifically, the control device CONT illuminates the mask M with exposure light using the illumination optical system IL, and the projection optical system PL1 to the mask stage MST that supports the mask M and the substrate stage PST that includes the imaging sensor 41. Synchronously moves in the X-axis direction with respect to PL5. The control device CONT detects the exposure light through the mask M to be scanned by the imaging sensor 41, thereby detecting the contrast of the pattern of the projection regions 50a to 50e based on the exposure light through a plurality of positions in the scanning direction of the mask M. To do. The detection result of the image sensor 41 is output to the control device CONT. The control device CONT obtains the amount of deflection of the mask M based on the contrast of each pattern of the projection areas 50a to 50e detected by the image sensor 41. That is, when the mask M supported by the mask stage MST is bent, the pattern of each of the projection areas 50a to 50e based on the exposure light through the mask M is not imaged. By detecting a position with good contrast of each of the patterns 50a to 50e, the position of the image plane corresponding to each of the projection areas 50a to 50e can be detected. Here, the position of the image plane includes a position in the Z-axis direction and a position in the tilt direction with respect to the Y-axis.
[0077]
The control device CONT (or a storage device connected to the control device CONT) stores in advance the relationship between the amount of deflection of the mask M and the image plane position of the projection optical system at that time. Based on the relationship, the image plane position can be obtained from the amount of deflection of the mask M at a plurality of positions in the scanning direction. In addition, since the amount of deflection of the mask M hardly changes even if the mask M changes, the image plane adjustment device 10 is adjusted in accordance with the amount of deflection stored in advance, and masks with different amounts of deflection are obtained. When used, the difference may be corrected by the image plane adjusting device. Further, when the image plane position is adjusted using a reference mask, the drive position of the image plane adjustment device 10 is set to a neutral position, and a part of the other attached optical system or projection optical system. By adjusting the optical member, the image plane position is adjusted. As a result, the drive margin of the image plane adjustment device 10 can be ensured. Also, the initial setting can be performed in a short time. By using the focus sensor 20 on the mask side, the amount of deflection of the mask can be measured even during exposure, and the image plane position can be obtained at any time based on the amount of deflection of the mask during exposure. Thus, the image plane adjustment device 10 can correct the image. In addition to the control of the image plane position based on the mask deflection, the exposure surface of the photosensitive substrate P is measured by the focus sensor 20, and the image plane is set so that the image plane position and the exposure surface of the photosensitive substrate P substantially coincide. If the adjustment device 10 is controlled, the pattern of the mask M can be accurately imaged on the photosensitive substrate P.
Then, based on the deflection amount of the mask M at a plurality of positions in the scanning direction, the control device CONT calculates an approximate curved surface of the surface of the mask M (Step SA5).
[0078]
Next, the photosensitive substrate P is loaded on the substrate stage PST (step SA6).
[0079]
When the photosensitive substrate P is loaded on the substrate stage PST, the control device CONT performs a preliminary scan before performing the exposure process. That is, the controller CONT does not perform illumination by the illumination optical system IL, for example, with the illumination light of the illumination optical system IL blocked by a shutter (not shown), the mask stage MST and the photosensitive substrate P supporting the mask M. Is moved synchronously in the X-axis direction with respect to the projection optical systems PL1 to PL5. During this preliminary scanning, alignment systems 49a and 49b perform alignment between the mask M and the photosensitive substrate P.
[0080]
First, the control device CONT detects the relative position (posture) of the mask M and the photosensitive substrate P in the X-axis direction and the Y-axis direction using the alignment systems 49a and 49b (step SA7).
[0081]
Specifically, the alignment systems 49a and 49b enter between the illumination optical system IL, which is a predetermined detection position, and the mask M, and the substrate alignment marks 52c and 52b of the photosensitive substrate P are at the positions of the projection regions 50a and 50e. Then, the alignment system 49a, 49b detects the relative displacement between the substrate alignment marks 52c, 52b and the mask alignment marks formed on the mask M corresponding thereto, and then the substrate of the photosensitive substrate P. When the alignment marks 52d and 52a come to the positions of the projection regions 50a and 50e, the alignment systems 49a and 49b make the relative alignment between the substrate alignment marks 52d and 52a and the mask alignment marks formed on the mask M corresponding thereto. A misalignment is detected.
[0082]
The control device CONT drives the mask stage MST and the substrate stage PST via the mask stage drive unit MSTD and the substrate stage drive unit PSTD based on the detection results of the alignment systems 49a and 49b, and the mask M and the photosensitive substrate P are moved. Alignment is performed (step SA8).
[0083]
On the other hand, in parallel with the process of step SA7, the focus sensor 20 detects the relative distance in the Z-axis direction of the surface of the photosensitive substrate P (step SA9).
During the preliminary scanning, the control device CONT uses the focus sensor 20 to detect the relative distance of the surface of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction, that is, to detect the position of the surface of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction. Specifically, while scanning the mask M and the photosensitive substrate P, the position of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction is set at a predetermined pitch based on the focus signal for the photosensitive substrate P by each of the plurality of focus sensors 20. By sampling, the control device CONT stores the relative distance in the Z-axis direction of the photosensitive substrate P corresponding to predetermined X and Y coordinates defined in a grid pattern in the storage device as surface data. The sampling position of the surface data in the X-axis direction is a position indicated by a cross line and a cross-dot line in FIG. The surface data accuracy improves as the number of samplings in the X-axis direction of the photosensitive substrate P increases, but is set as appropriate in consideration of the relationship with the time required for signal processing and arithmetic processing.
In addition, if you use a grid-like sensor, you can measure in real time, so you can measure in line.
[0084]
The control device CONT minimizes the approximate curved surface of the surface shape of the photosensitive substrate P based on the surface data stored in the storage device as a set of relative distances in the Z-axis direction at discrete positions in the XY plane. Calculation is performed using an approximation method such as a square method (step SA10).
That is, the control device CONT obtains the flatness of the photosensitive substrate P based on the detection results at a plurality of positions of the photosensitive substrate P by the focus sensor 20.
[0085]
Next, the control device CONT determines the Z axis between the mask M and the photosensitive substrate P based on the information on the surface shape of the mask M obtained in step SA5 and the information on the surface shape of the photosensitive substrate P obtained in step SA10. A relative distance in the direction is obtained and used as surface data (step SA11).
Based on the obtained result (surface data), the control device CONT calculates the focus error and the position error (image surface position error) between the image plane and the photosensitive substrate surface for each of the plurality of projection optical systems PL1 to PL5. Ask.
[0086]
Next, the control device CONT calculates a leveling control amount (step SA12).
Specifically, the control device CONT determines the focus error (projection optical system) based on the imaging positions (focal lengths) of the projection optical systems PL1 to PL5 set in step SA2 and the surface data obtained in step SA11. Calculate the amount of rotation about the X axis of the substrate stage PST and the amount of shift in the Z axis direction so that the distance between the imaging positions of PL1 to PL5 and the surface data in the Z axis direction is minimized over the Y axis direction. This is the leveling control amount for the substrate stage drive unit PSTD that adjusts the attitude of the substrate stage PST. Further, when correction control is performed for the rotation of the substrate stage PST about the Y axis, the rotation amount about the Y axis is calculated in the same manner, and this is used as the leveling control amount for the substrate stage driving unit PSTD. This leveling control amount is calculated for each predetermined feed amount according to the feed amount (movement amount) of the substrate stage PST in the X-axis direction.
[0087]
Next, the control device CONT corrects the surface data calculated in step SA11 based on the leveling control amount calculated in step SA12, and obtains new surface data (step SA13).
[0088]
The control device CONT obtains the remaining focus error based on the imaging positions of the projection optical systems PL1 to PL5 set in step SA2 and the new surface data obtained in step SA13, and based on the obtained result. Thus, the correction amounts of the imaging positions of the projection optical systems PL1 to PL5 are obtained (step SA14).
Specifically, the control device CONT obtains a correction amount (see reference numeral δ in FIG. 8) for correcting the imaging positions of the projection optical systems PL1 to PL5 so as to reduce the remaining focus error. Based on this, the position of the first optical member 1 of the image plane adjusting device 10 in the X-axis direction with respect to the second optical member 2, that is, the driving amount (correction amount) of the linear actuator 3 is obtained.
Here, the control device CONT adjusts to the surface data having unevenness, that is, the plurality of positions set in, for example, a grid pattern on the surface of the photosensitive substrate P that moves synchronously, and the imaging of the projection optical systems PL1 to PL5. The position in the X-axis direction of the second optical member 2 with respect to the first optical member 1 to be corrected in accordance with the synchronous movement, that is, the driving amount of the linear actuator 3 is set so that the positions coincide with each other.
[0089]
Further, the control device CONT uses the image plane and surface data (photosensitive substrate P surface) based on the image plane inclinations of the projection optical systems PL1 to PL5 set in step SA2 and the new surface data obtained in step SA13. And a correction amount of the image plane inclination of each of the projection optical systems PL1 to PL5 is obtained based on the obtained result (step SA15).
Specifically, the control device CONT corrects the correction of the image plane inclination of each of the projection optical systems PL1 to PL5 so that the surface data having unevenness and the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 coincide with each other. 8), and based on the obtained result, the position of the first optical member 1 of the image plane adjusting device 10 with respect to the second optical member 2 around the Z axis, that is, the driving of the linear actuators 5 and 6 The amount (correction amount) is obtained.
Here, the control device CONT is adapted to the surface data having irregularities, that is, each of a plurality of positions set, for example, in a grid pattern on the surface of the photosensitive substrate P that moves synchronously, and the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5. Is set to the position of the second optical member 2 around the Z axis relative to the first optical member 1 to be corrected in accordance with the synchronous movement, that is, the drive amount of the linear actuators 5 and 6.
[0090]
The control device CONT, based on the correction amount obtained in step SA14 and step SA15, corrects the correction amount in the image plane adjustment device 10 that corrects in accordance with the synchronous movement of the mask M and the photosensitive substrate P, that is, the linear actuator 3 and The correction amounts of the linear actuators 5 and 6 are set in accordance with, for example, the positions set in the grid pattern, and the set correction amounts are stored in the storage device as a control map (step SA16).
[0091]
Further, the control device CONT makes the image plane and the surface data (surface of the photosensitive substrate P) coincide with the synchronous movement of the mask M and the photosensitive substrate P according to the synchronous movement speed set in step SA2 and the like. The image plane correction speed, that is, the amount of movement of the image plane per unit time in the Z-axis direction and the amount of rotation (tilt amount) per unit time of the image plane with respect to the Y-axis are set. The control device CONT sets the drive speeds of the linear actuator 3 and the linear actuators 5 and 6 based on the set image plane correction speed, and stores the set drive speed (correction speed) in the storage device as a control map. .
[0092]
When the correction amount in the image plane adjustment device 10 that is corrected in accordance with the synchronous movement of the mask M and the photosensitive substrate P is stored in the storage device as a control map in advance, the control device CONT controls the illumination light by the shutter of the illumination optical system IL. While releasing the blocking, the mask stage MST supporting the mask M and the substrate stage PST supporting the photosensitive substrate P are moved synchronously, and the pattern image of the mask M is applied to the photosensitive substrate P via the projection optical systems PL1 to PL5. Scanning exposure to be transferred is started (step SA17).
[0093]
When performing scanning exposure, first, the control unit CONT adjusts the position of the image plane of the pattern in the Z-axis direction and the tilt of the image plane based on the control map stored in the storage unit (step). SA18).
[0094]
The control device CONT moves the mask M and the photosensitive substrate P synchronously, and changes the correction amount in the image plane adjustment device 10 based on the control map obtained in advance along with the synchronous movement. Then, scanning exposure is performed (step SA19).
[0095]
The control device CONT appropriately drives the substrate stage drive unit PSTD based on the leveling control amount in the synchronous movement direction, performs leveling control, and drives the image plane adjustment device 10 based on the control map, thereby Exposure processing is performed on the photosensitive substrate P while matching the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 with the surface of the photosensitive substrate P (step SA20).
[0096]
According to the exposure apparatus EX of the present embodiment, as shown in FIG. 10A, the mask M bends in the Y-axis direction (non-scanning direction), and the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 and the photosensitive substrate P surface. 10 is moved in the X-axis direction with respect to the second optical member 2 by moving the first optical member 1 of the image plane adjusting apparatus 10 in accordance with the surface shapes of the mask M and the photosensitive substrate P, even if As shown in (b), the position of the image plane of each of the projection optical systems PL1 to PL5 in the Z-axis direction can be matched with the surface of the photosensitive substrate P.
Then, by rotating the first optical member 1 around the Z axis with respect to the second optical member 2, the image plane is inclined as shown in FIG. However, it is possible to make the photosensitive substrate P substantially coincide with the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5.
If three or more focus sensors for measuring the surfaces of the mask M and the photosensitive substrate P are provided in the projection area, the inclination of the surface can be measured accurately, and the image plane may be inclined with respect to it.
[0097]
In addition, as shown in FIG. 11A, when the mask M or the photosensitive substrate P is bent in the X-axis direction (scanning direction), the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 do not coincide with the photosensitive substrate P surface. However, by moving the first optical member 1 of the image plane adjusting apparatus 10 in the X-axis direction with respect to the second optical member 2 in accordance with the synchronous movement according to the surface shape of the photosensitive substrate P, FIG. ), The positions of the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 in the Z-axis direction and the surface of the photosensitive substrate P can be matched.
In the present embodiment, since the width of the projection areas 50a to 50e in the X-axis direction is narrow, the image plane is not inclined with respect to the X-axis, and scanning is performed by adjusting the position of the image plane in the Z-axis direction. With respect to the direction, the surface of the photosensitive substrate P and the image plane can be matched.
[0098]
Then, as shown in FIG. 12A, the focus at each position on the surface of the photosensitive substrate P is controlled by performing leveling control based on the leveling control amount while rotating the substrate stage PST around the X axis during scanning exposure. The error can be reduced on average. In addition to this, the focus error still remaining by this leveling control is adjusted by adjusting the image plane position in the Z-axis direction by the image plane adjusting device 10 as described above, and adjusting the image plane inclination of the pattern image. By doing so, the position error between the image plane and the photosensitive substrate P surface can be individually reduced by adjusting the image plane position of the projection optical system itself. As described above, the control apparatus CONT can perform scanning exposure while adjusting the inclination (leveling) of the substrate stage PST in the Y-axis direction via the substrate stage driving unit PSTD.
Similarly, as shown in FIG. 12B, it is possible to adjust the leveling while rotating the substrate stage PST around the Y axis. In this case as well, the focus error at each position on the surface of the photosensitive substrate P is averaged. Can be made smaller. That is, the control apparatus CONT can perform scanning exposure while adjusting the inclination of the substrate stage PST in the X-axis direction via the substrate stage PSTD.
Here, in FIG. 12, the photosensitive substrate P indicated by a broken line indicates a state where leveling control is not performed, and the photosensitive substrate P indicated by a solid line indicates a state where leveling control is being performed.
In the present embodiment, since the width of the projection regions 50a to 50e in the X-axis direction is narrow, the position adjustment of the substrate stage PST in the Z-axis direction can be performed without performing scanning exposure while adjusting the tilt in the X-axis direction. Only with respect to the scanning direction, the surface of the photosensitive substrate P and the image plane can be matched.
Further, it is desirable to adjust the leveling of the photosensitive substrate P so as to be within the image plane adjustment range of the image plane adjustment apparatus 10 provided in each projection optical system, and to link them together.
[0099]
As described above, the image plane adjustment apparatus 10 adjusts the position of the image plane of the pattern in the Z-axis direction and adjusts the image plane tilt of the pattern image. The focus error can be reduced by adjusting the position of. Further, by adjusting the image plane inclination of the pattern image, the pattern image plane and the surface of the photosensitive substrate P can be made to coincide with each other even if the surface of the photosensitive substrate P or the mask M is uneven. Therefore, even when exposure processing is performed while synchronously scanning the mask M and the photosensitive substrate P, scanning exposure can be performed while reducing the positional error between the image plane and the surface of the photosensitive substrate P.
[0100]
The image plane adjustment device 10 includes a pair of wedge-shaped optical members each including a first optical member 1 having a first exit surface 1b and a second optical member 2 having a second entrance surface 2a facing the first exit surface 1b. The pattern image plane can be easily tilted with respect to the Z-axis simply by relatively rotating them around the Z-axis. Therefore, even if the photosensitive substrate P has irregularities, the image plane may be inclined according to the irregularities, so that accurate scanning exposure can be performed while reducing the positional error between the surface of the photosensitive substrate P and the image plane. It can be carried out.
[0101]
Since the image sensor 41 is used to obtain the amount of deflection of the mask M in the scanning direction in advance, and the image plane adjustment device 10 is controlled based on the obtained amount of deflection, the position of the image plane is caused by the deflection of the mask M. Even if it changes, the positional error between the image plane and the photosensitive substrate P can be reduced.
[0102]
The image sensor 41 is shown to measure illuminance and contrast, but a dedicated sensor for measuring illuminance may be provided separately. The imaging sensor 41 may measure the baseline, or may measure the position of the mask or the position of the mask pattern using an image via a projection optical system.
[0103]
Since the first optical member 1 and the second optical member 2 are held by the air bearing 11 so as to face each other at a constant interval in a non-contact state, the image plane positions of the projection optical systems PL1 to PL5 are highly accurate. Can be finely adjusted, and since it is non-contact, there is little deterioration over time, and accurate adjustment can be performed over a long period of time.
[0104]
In addition, as a non-contact apparatus which hold | maintains the 1st optical member 1 and the 2nd optical member 2 in a non-contact state, it is based on the combination of the suction force by a negative pressure and the repulsive force by a positive pressure as shown in the said embodiment. In addition to the air bearing, for example, a combination of a magnetic attractive force and a positive repulsive force may be used, and a negative pressure attractive force and a magnetic repulsive force may be combined. Further, it may be a combination of a magnetic attractive force and a magnetic repulsive force, and may be an appropriate combination of gravity, a spring biasing force and the like, or the above positive pressure or negative pressure, magnetic force, or the like.
[0105]
In the said embodiment, although the 1st optical member 1 and the 2nd optical member 2 are in a non-contact state by the air bearing 11, it does not necessarily need to be a non-contact state. A pair of wedge-shaped optical members are brought into contact with each other, and a pair of wedge-shaped optical members are rotated by linear actuators 5 and 6 serving as rotating devices that are relatively rotatable around the optical axis of an optical path passing through the pair of wedge-shaped optical members. You may make it rotate an optical member relatively. On the other hand, deterioration of the optical member can be suppressed by relatively rotating the pair of wedge-shaped optical members in a non-contact state.
[0106]
In the above embodiment, the leveling control and the image plane adjustment have been described based on the surface data regarding the relative distance in the Z-axis direction of the mask M and the photosensitive substrate P. However, only based on the surface data about the mask M, Alternatively, it can be performed only based on the surface data for the photosensitive substrate P.
[0107]
In the above embodiment, when performing scanning exposure, the leveling control is described as being performed on the substrate stage PST that supports the photosensitive substrate P. However, the mask stage MST that supports the mask M is rotated around the X axis and the Y axis. The mask stage MST may be scanned and exposed while leveling is controlled using the mask stage drive unit MSTD.
[0108]
In the above embodiment, after the approximate curved surface of the mask M is obtained by the imaging sensor 41, the approximate curved surface of the photosensitive substrate P is obtained by the focus sensor 20, and the relative distance between the mask M and the photosensitive substrate P is determined based on these approximate curved surfaces. The surface data is calculated, and the image plane adjustment device 10 is controlled according to the calculated surface data. The amount of deflection of the mask M and the photosensitive substrate P is determined based on the size, shape, The image plane adjustment device 10 is controlled on the basis of the obtained deflection amount of the mask M and the photosensitive substrate P, for example, using numerical calculation based on the material, the stage support position, and the like. May be.
[0109]
In the above embodiment, the surface shape of the mask M is obtained based on the detection result of the imaging sensor 41, and the surface shape of the photosensitive substrate P is obtained based on the detection result of the focus sensor 20, and these separately obtained surface shapes. The surface data is calculated from the relative distance between the mask M and the photosensitive substrate P in the Z-axis direction based on the above.
On the other hand, the focus sensor 20 may detect the relative distance between the surface of the mask M and the surface of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction.
During the preliminary scanning, the control device CONT uses the focus sensor 20 to detect the relative distances in the Z-axis direction of the surfaces of the mask M and the photosensitive substrate P, that is, to detect the respective surfaces of the mask M and the photosensitive substrate P. Position detection in the Z-axis direction is performed. Specifically, while scanning the mask M and the photosensitive substrate P, based on focus signals for the mask M and the photosensitive substrate P by the plurality of focus sensors 20, respectively, the mask M and the photosensitive substrate P in the Z-axis direction. By sampling the position at a predetermined pitch, the control device CONT uses the relative distance in the Z-axis direction of the mask M and the photosensitive substrate P corresponding to the predetermined X and Y coordinates defined in a grid pattern as surface data. Store in the storage device. Then, based on the position in the Z-axis direction for each of the mask M and the photosensitive substrate P, the relative distance in the Z-axis direction between the mask M and the photosensitive substrate P is obtained and used as surface data.
[0110]
In the above-described embodiment, the leveling control and the image plane position adjustment by the image plane adjustment device 10 have been described as being used together. Of course, the position of the image plane and the photosensitive substrate P (surface data) can be obtained only by the image plane adjustment device 10. The error can be reduced. However, when the positional error between the image plane and the photosensitive substrate P is large, the amount of movement of the first optical member 1 (or the second optical member 2) of the image plane adjustment apparatus 10 must be increased. Problems such as interference with members may occur. In this case, the amount of movement of the first optical member 1 (or the second optical member 2) of the image plane adjusting device 10 can be suppressed by using leveling control together.
[0111]
In the above embodiment, each of the first optical member 1 and the second optical member 2 has a shape in which the thickness gradually changes in the X-axis direction, and the inclined surfaces of the first optical member 1 and the second optical member 2 A certain first exit surface 1b and second entrance surface 2a are inclined in the X-axis direction. As a result, by rotating the first optical member 1 and the second optical member 2 relative to each other around the Z axis, the image plane is inclined with respect to the Y axis as described with reference to FIG. On the other hand, each of the first optical member 1 and the second optical member 2 has a shape in which the thickness gradually changes in the Y-axis direction, that is, the first optical member 1 and the second optical member 2 are inclined surfaces. By setting the first exit surface 1b and the second entrance surface 2a to be inclined in the Y-axis direction, the first optical member 1 and the second optical member 2 having this shape are relatively rotated around the Z-axis. The image plane can be inclined with respect to the X axis. Thereby, for example, even when the width of the projection areas 50a to 50e in the X-axis direction is increased and the mask M is bent in the X-axis direction, and it is necessary to adjust the image plane inclination in the scanning direction, the photosensitive region is exposed. Scanning exposure can be performed while matching the substrate P (surface data) with the image plane.
In the present embodiment, each of the projection areas 50a to 50e has a shape that is long in the Y-axis direction (non-scanning direction) and is narrow in the X-axis direction. Even if the image plane inclination is not adjusted according to the unevenness of the surface, the surface of the photosensitive substrate P and the image plane in the X-axis direction can be substantially matched only by adjusting the image plane position in the Z-axis direction. .
[0112]
In addition, the image plane adjusting device includes first and second optical members each having an inclined surface inclined in the X-axis direction, and first and second optical members each having an inclined surface inclined in the Y-axis direction. Both the image plane adjustment device and the image plane adjustment device may be provided on the optical path of the exposure light, and the exposure processing may be performed while the image plane is inclined with respect to each of the Y axis and the X axis by these two image plane adjustment devices. it can.
[0113]
Next, a second embodiment of the exposure method will be described with reference to FIG. Here, in the following description, the description of the same or equivalent components as those in the first embodiment is simplified or omitted.
Mask M is loaded onto mask stage MST (step SB1).
[0114]
Next, the control device CONT illuminates the mask M with exposure light by the illumination optical system IL, and the illuminance of the projection regions 50a to 50e based on the exposure light through the mask M is provided on the substrate stage PST. 41 (step SB2).
The imaging sensor 41 outputs the detection result of the illuminance of the projection areas 50a to 50e to the control device CONT. The control device CONT detects the contrast of each image of the projection optical systems PL1 to PL5 by two-dimensionally detecting the illuminance of each of the projection areas 50a to 50e by the imaging sensor 41, and detects the position of the image plane (Z The position in the axial direction and the position in the tilt direction with respect to the Y-axis).
[0115]
Next, the control device CONT corrects the position of the image plane using the first optical member 1 and the second optical member 2 (step SB3).
That is, the control device CONT moves the first optical member 1 of the image plane adjustment device 10 in the X-axis direction with respect to the second optical member 2 and moves the first optical member 1 relative to the second optical member 2 in the Z direction. Illuminance detection is performed for each of the projection optical systems PL1 to PL5 by the imaging sensor 41 while rotating around the axis, and based on the detection result, the respective imaging positions of the projection optical systems PL1 to PL5 are the same in the Z-axis direction. The position of the image plane is corrected so that each of the projection regions 50a to 50e has a predetermined trapezoidal shape. As a result, the positions of the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 in the Z direction are the same, and the optical axes of the projection optical systems PL1 to PL5 are orthogonal to the image plane.
[0116]
The control device CONT then corrects the correction amounts (linear actuators 3, 5, 5) about the X-axis direction and the Z-axis direction of the first optical member 1 and the second optical member 2 of the projection optical systems PL1 to PL5 at this time. 6) is stored in the storage device. In this way, calibration is performed so that the positions of the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 are equal to each other in the Z-axis direction, and the image planes of the projection optical systems PL1 to PL5 are orthogonal to the optical axis. At this time, the correction amount of the image plane adjustment apparatus 10 accompanying the synchronous movement is set and stored.
[0117]
That is, in the first embodiment, as described in step SA2, the image plane position adjustment (calibration) is performed by the image plane adjustment apparatus 10 using the projection optical system alone, but in the second embodiment, a mask is used. Image plane position adjustment is performed using light via M. That is, in the second embodiment, calibration is performed to correct the image plane position change due to the amount of deflection of the mask M.
[0118]
Next, the photosensitive substrate P is loaded on the substrate stage PST (step SB4).
[0119]
When the photosensitive substrate P is loaded on the substrate stage PST, the control device CONT performs a preliminary scan before performing the exposure process. That is, the control device CONT moves the mask stage MST that supports the mask M and the substrate stage PST that supports the photosensitive substrate P to the projection optical systems PL1 to PL5 in the X-axis without performing illumination by the illumination optical system IL. Move synchronously in the direction. During this preliminary scanning, alignment systems 49a and 49b perform alignment between the mask M and the photosensitive substrate P.
[0120]
The control device CONT uses the alignment systems 49a and 49b to detect the relative position (posture) of the mask M and the photosensitive substrate P in the X-axis direction and the Y-axis direction (step SB5).
[0121]
The control device CONT drives the mask stage MST and the substrate stage PST via the mask stage driving unit MSTD and the substrate stage driving unit PSTD based on the detection results of the alignment systems 49a and 49b, and the mask M and the photosensitive substrate P are moved. Alignment is performed (step SB6).
[0122]
On the other hand, in parallel with the process of step SB5, the focus sensor 20 detects the relative distance in the Z-axis direction of the surface of the photosensitive substrate P (step SB7).
During the preliminary scanning, the control device CONT uses the focus sensor 20 to detect the relative distance of the surface of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction, that is, to detect the position of the surface of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction.
[0123]
The control device CONT calculates an approximate curved surface of the surface shape of the photosensitive substrate P using an approximation method such as a least square method based on the data regarding the position of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction obtained in step SB7, and obtains surface data. (Step SB8).
[0124]
Based on the surface data, the control device CONT obtains a focus error and a position error between the image plane and the photosensitive substrate P (image plane position error) for each of the plurality of projection optical systems PL1 to PL5.
[0125]
Next, the control device CONT calculates a leveling control amount (step SB9).
[0126]
The control device CONT corrects the surface data calculated in step SB8 based on the leveling control amount calculated in step SB9, and obtains new surface data (step SB10).
[0127]
The control device CONT obtains the remaining focus error based on the imaging positions of the projection optical systems PL1 to PL5 set in step SB3 and the new surface data obtained in step SB10, and based on the obtained result. Thus, the correction amounts of the imaging positions of the projection optical systems PL1 to PL5 are obtained (step SB11).
[0128]
Further, the control device CONT uses the image plane and surface data (photosensitive substrate P surface) based on the image plane inclinations of the projection optical systems PL1 to PL5 set in step SB3 and the new surface data obtained in step SB10. And a correction amount of the image plane inclination of each of the projection optical systems PL1 to PL5 is obtained based on the obtained result (step SB12).
[0129]
That is, the correction amount for making the image plane coincide with the surface shape of the photosensitive substrate P is added to the correction amount for correcting the change in the image plane position caused by the deflection of the mask M obtained in step SB3. .
[0130]
Based on the correction amount obtained in step SB11 and step SB12, the control device CONT corrects the correction amount in the image plane adjustment device 10 in accordance with the synchronous movement of the mask M and the photosensitive substrate P, that is, the linear actuator 3 and The correction amounts of the linear actuators 5 and 6 are set in accordance with, for example, the positions set in the grid pattern, and the set correction amounts are stored in the storage device as a control map (step SB13).
[0131]
When the correction amount in the image plane adjustment device 10 that is corrected in accordance with the synchronous movement of the mask M and the photosensitive substrate P is stored in the storage device as a control map in advance, the control device CONT controls the illumination light by the shutter of the illumination optical system IL. While releasing the blocking, the mask stage MST supporting the mask M and the substrate stage PST supporting the photosensitive substrate P are moved synchronously, and the pattern image of the mask M is applied to the photosensitive substrate P via the projection optical systems PL1 to PL5. Scan exposure for transfer is performed (step SB14).
[0132]
As described above, the exposure light that has passed through the mask M and each of the plurality of projection optical systems PL1 to PL5 is detected by the imaging sensor 41, the image plane position adjustment is performed based on the detection result, and the mask M is bent. By obtaining in advance a correction amount for correcting the resulting image plane position change, for example, when exposure processing is performed while sequentially replacing the photosensitive substrate P without replacing the mask M, the mask M may be bent. The derivation of the correction amount for correcting the resulting change in the image plane position may be performed once, so that the number of man-hours can be reduced and the working efficiency can be improved. Then, the surface shape data of the photosensitive substrate P is obtained using the focus sensor 20, a correction amount for matching the surface of the photosensitive substrate P with the image plane is obtained, and the correction amount for the obtained photosensitive substrate and the mask are determined. By performing image plane position adjustment with a correction amount that is combined with the correction amount, scanning exposure can be performed while matching the image plane and the photosensitive substrate P with high accuracy.
[0133]
In the second embodiment, the position of the photosensitive substrate P in the Z-axis direction is detected by the focus sensor 20, surface data (approximate curved surface) of the photosensitive substrate P is obtained from the detection result, and based on the obtained result. Although it has been described that the control map is created and the image plane position adjustment is performed by the image plane adjustment device 10 based on this control map, the surface shape of the photosensitive substrate P is obtained from the projection optical system without creating the control map. Scanning exposure may be performed while being detected by a pre-reading sensor provided on the front side in the synchronous movement direction, and control of the image plane adjustment device 10 and leveling control may be performed based on the detection result of the pre-reading sensor. That is, image plane adjustment may be performed while detecting the surface shape of the photosensitive substrate P with a pre-reading sensor without creating a control map.
[0134]
In each of the above-described embodiments, the image surface position may be adjusted by the image surface adjusting device 10 to move the pattern image on the photosensitive substrate P in the X-axis direction, for example. In this case, scanning exposure is performed while correcting the relative image characteristics (shift, rotation, scaling) between the mask M and the photosensitive substrate P.
For example, in step SA7 in the first embodiment, the control device CONT performs a mask mark and a substrate mark (not shown) for image characteristic correction by a procedure similar to the detection procedure of the mask alignment mark and the substrate alignment marks 52a to 52d. And the alignment systems 49a and 49b detect the mark position. In order to align the mask M and the photosensitive substrate P, the control device CONT detects the position information of the mask mark and the substrate mark using the alignment systems 49a and 49b, and performs statistical calculation on the obtained position information. Thus, the positions of all the patterns set on the photosensitive substrate P are obtained. Then, based on the obtained position information and the ideal position (ideal lattice), the image characteristics of the pattern, that is, shift, rotation, scaling, and the deformation amount of the photosensitive substrate P are obtained. Then, a shift adjustment mechanism 23 provided in each of the projection optical systems PL1 to PL5 so that the next pattern can be stacked in a predetermined positional relationship with respect to the pattern previously formed on the photosensitive substrate P. The correction amounts of the rotation adjustment mechanisms 28 and 31 and the scaling adjustment mechanism 27, that is, the drive amounts of the drive devices that drive these adjustment mechanisms are set. Then, it is possible to perform scanning exposure while correcting the image characteristics based on the set correction amount of each adjustment mechanism.
By doing so, even if the pattern image (projection area) may be shifted from a desired position on the photosensitive substrate P by the adjustment of the image plane adjustment device 10, the pattern image is corrected using the adjustment mechanism. By doing so, a pattern image can be projected to a desired position.
[0135]
For example, when performing the shift adjustment, the entire image plane adjustment device 10 is rotated around, for example, the Y axis as shown in FIG. 14A without using the shift adjustment mechanism 23, so that FIG. As shown in FIG. 4, the projection area 50a (50b to 50e) on the photosensitive substrate P is shifted by a shift amount X corresponding to the rotation angle θ of the image plane adjustment device 10. _50a Can only shift in the X-axis direction. In addition, the movement speed (movement amount per unit time) V of the projection area 50a at this time _X50a Is the rotation speed (rotation amount per unit time) V of the image plane adjustment device 10 _θ based on.
[0136]
In the above embodiment, the image plane adjustment apparatus 10 is configured between the catadioptric optical system 24 and the catadioptric optical system 25, but as shown in FIG. May be provided in the vicinity of the mask M. Alternatively, the image plane adjustment device 10 may be provided in the vicinity of the photosensitive substrate P. Further, the image plane adjusting device 10 may be provided in the vicinity of the mask M and the photosensitive substrate P.
[0137]
As shown in FIG. 16, in the image plane adjusting device 10, the imaging position detection mark 60 of the projection optical system can be provided on the first optical member 1 or the second optical member 2. The image plane adjusting device 10 is provided at a position that is optically conjugate with respect to the mask M and the photosensitive substrate P. By detecting the imaging position detection mark 60 by the imaging sensor 41, The imaging position can be obtained. For example, when the imaging position detection mark 60 is detected while moving the imaging sensor 41 along with the substrate stage PST in the Z-axis direction, and the imaging position detection mark 60 is, for example, circular, the image has the minimum diameter. The position of the image sensor 41 in the Z-axis direction is the image forming position of the projection optical system.
[0138]
The exposure apparatus EX in the above embodiment is a so-called multi-lens scanning exposure apparatus having a plurality of projection optical systems adjacent to each other, but the present invention also applies to a scanning exposure apparatus having one projection optical system. Can be applied.
[0139]
Note that the use of the exposure apparatus EX is not limited to a liquid crystal exposure apparatus that exposes a liquid crystal display element pattern on a square glass plate. For example, an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor or a thin film magnetic head is manufactured. Therefore, it can be widely applied to an exposure apparatus.
[0140]
The light source of the exposure apparatus EX of this embodiment is not only g-line (436 nm), h-line (405 nm), i-line (365 nm), but also KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), F ₂ A laser (157 nm) can be used.
[0141]
The magnification of the projection optical system PL is not limited to an equal magnification system, and may be either a reduction system or an enlargement system.
[0142]
As the projection optical system PL, when using far ultraviolet rays such as excimer laser, a material that transmits far ultraviolet rays such as quartz or fluorite is used as a glass material. ₂ When a laser is used, a catadioptric system or a refractive optical system is used.
[0143]
When a linear motor is used for the substrate stage PST and the mask stage MST, either an air levitation type using an air bearing or a magnetic levitation type using a Lorentz force or a reactance force may be used. The stage may be a type that moves along a guide, or may be a guideless type that does not have a guide.
[0144]
When a planar motor is used as the stage drive device, either the magnet unit or the armature unit is connected to the stage, and the other of the magnet unit and the armature unit is provided on the moving surface side (base) of the stage. Good.
[0145]
The reaction force generated by the movement of the substrate stage PST may be released mechanically to the floor (ground) using a frame member as described in JP-A-8-166475. The present invention can also be applied to an exposure apparatus having such a structure.
[0146]
The reaction force generated by the movement of the mask stage MST may be released mechanically to the floor (ground) using a frame member as described in JP-A-8-330224. The present invention can also be applied to an exposure apparatus having such a structure.
[0147]
As described above, the exposure apparatus of the embodiment of the present application maintains various mechanical subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Manufactured by assembling. In order to ensure these various accuracies, before and after assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
[0148]
As shown in FIG. 17, the semiconductor device has a step 201 for designing the function / performance of the device, a step 202 for producing a mask (reticle) based on the design step, and a substrate (wafer, glass plate) as a base material of the device. ), A wafer processing step 204 for exposing the reticle pattern onto the wafer by the exposure apparatus of the above-described embodiment, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process) 205, an inspection step 206, etc. It is manufactured after.
[0149]
【The invention's effect】
According to the present invention, the position of the image plane of the pattern is adjusted in the direction orthogonal to the image plane and the tilt of the image plane of the pattern image is adjusted, so that the state close to the optimum focus is achieved over the entire area of the photosensitive substrate. Scanning exposure can be performed. Therefore, a highly accurate and reliable device can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram that shows one embodiment of an exposure apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of the exposure apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a projection optical system.
FIG. 4 is a plan view for explaining a photosensitive substrate and a projection area.
5A and 5B are diagrams illustrating an image plane adjustment device, where FIG. 5A is a side view, and FIG. 5B is a plan view.
FIG. 6 is a diagram illustrating a non-contact device provided in the image plane adjustment device.
FIG. 7 is a diagram for explaining a state in which an imaging position is changed by adjusting the positions of the first optical member and the second optical member.
FIG. 8 is a diagram for explaining a state in which the position of the image plane is changed by adjusting the positions of the first optical member and the second optical member.
FIG. 9 is a flowchart for explaining a first embodiment of the exposure method of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining how the position of the image plane is adjusted by the image plane adjusting apparatus.
FIG. 11 is a diagram for explaining a state in which the position of the image plane is adjusted by the image plane adjustment apparatus.
FIG. 12 is a diagram for explaining how the position of the image plane is adjusted by the image plane adjusting apparatus.
FIG. 13 is a flowchart for explaining a second embodiment of the exposure method of the present invention.
FIG. 14 is a diagram for explaining how a pattern image is shifted by driving an image plane adjustment device;
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the projection optical system.
FIG. 16 is a diagram for explaining an imaging position detection mark provided in the image plane adjustment apparatus;
FIG. 17 is a flowchart showing an example of a semiconductor device manufacturing process.
[Explanation of symbols]
1 1st optical member (1st optical member)
1b First exit surface (first inclined surface)
2 Second optical member (second optical member)
2a Second incident surface (second inclined surface)
5,6 Linear actuator (drive device, rotation device)
10 Image plane adjustment device
11 Air bearing (non-contact device)
41 Imaging sensor
CONT control device (control unit)
EX exposure equipment
M mask
P Photosensitive substrate
PL1 to PL5 projection optical system
PST substrate stage

Claims

In an exposure apparatus that projects and exposes an image of the pattern of the mask onto the photosensitive substrate via a projection optical system while synchronously moving a mask stage that supports a mask illuminated with exposure light and a substrate stage that supports the photosensitive substrate.
First and second wedge-shaped optical members that are formed in a wedge shape and are capable of transmitting the exposure light, and the first and second wedge-shaped optical members are opposed to each other while maintaining a certain gap. An exposure apparatus comprising: an image plane adjusting device that is held on an optical path of exposure light and is rotated relatively around an optical axis of the optical path .

The image plane adjusting device includes: a first inclined surface from which the exposure light is emitted among the first wedge-shaped optical member; and a second inclined surface from which the exposure light is incident among the second wedge-shaped optical member. A non-contact device that faces the non-contact state while maintaining the constant gap ,
A first driving device that relatively moves the first wedge-shaped optical member and the second wedge-shaped optical member so that the first inclined surface is slid relative to the second inclined surface. When,
The first wedge-shaped optical member and the second wedge-shaped optical member are relatively moved around the optical axis of the optical path so as to slide the first inclined surface with respect to the second inclined surface. The exposure apparatus according to claim 1, further comprising a second driving device that rotates.

The first and second wedge-shaped optical members have the exposure light incident surface of the first wedge-shaped optical member substantially parallel to the exposure light exit surface of the second wedge-shaped optical member. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the exposure apparatus is held by the exposure apparatus.

The exposure apparatus according to claim 1, wherein the image plane adjustment device is provided in the vicinity of the mask or the photosensitive substrate.

The exposure apparatus according to claim 1, wherein the image plane adjustment device is provided at a position that is optically conjugate with respect to the mask or the photosensitive substrate.

6. The exposure apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the projection optical systems are provided, and the image plane adjustment device is provided corresponding to each of the plurality of projection optical systems.

An imaging sensor that is provided on the substrate stage and detects the exposure light irradiated through the projection optical system;
The exposure apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that drives and controls the image plane adjustment device based on a detection result of the imaging sensor.

A deflection sensor for measuring the amount of deflection of the mask;
The exposure apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that drives and controls the image plane adjustment device based on a measurement result of the deflection sensor.

9. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the control unit drives and controls the image plane adjustment device in accordance with the synchronous movement of the mask stage and the substrate stage.

The control unit stores, as a control map, a correction amount in the image plane adjustment device that performs correction according to the synchronous movement, and drives and controls the image plane adjustment device based on the control map. Item 10. The exposure apparatus according to Item 9.

The exposure apparatus according to claim 1, wherein the pattern is a liquid crystal display element pattern, and the photosensitive substrate is a square glass plate.

In an exposure method of projecting and exposing an image of the mask pattern onto the photosensitive substrate while synchronously moving a mask stage supporting a mask illuminated with exposure light and a substrate stage supporting a photosensitive substrate,
The first and second wedge-shaped optical members formed in a wedge shape and capable of transmitting the exposure light are held on the optical path of the exposure light so as to face each other while maintaining a certain gap, and the optical axis of the optical path An exposure method comprising an adjusting step of rotating around a rotation .

The adjusting step includes rotating the first and second wedge-shaped optical members relative to each other around the optical axis of the optical path in accordance with the synchronous movement of the mask stage and the substrate stage. Item 13. The exposure method according to Item 12 .

An acquisition step of acquiring correction amounts by the first and second wedge-shaped optical members that are corrected in accordance with the synchronous movement;
The adjustment step includes rotating the first and second wedge-shaped optical members relative to each other around the optical axis of the optical path based on the correction amount acquired in the acquisition step. 14. The exposure method according to 13.