JP4655332B2 - 露光装置、露光装置の調整方法、およびマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置、露光装置の製造方法、およびマイクロデバイスの製造方法に関し、特に複数の反射屈折型の投影光学モジュールからなる投影光学系に対してマスクと感光性基板とを移動させつつマスクのパターンを感光性基板上に投影露光するマルチ走査型投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ワープロやパソコンやテレビ等の表示素子として、液晶表示パネルが多用されるようになっている。液晶表示パネルは、プレート上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパターニングすることによって製造される。このフォトリソグラフィ工程のための装置として、マスク上に形成された原画パターンを投影光学系を介してプレート上のフォトレジスト層に投影露光する投影露光装置が用いられている。
【０００３】
なお、最近では、液晶表示パネルの大面積化の要求が高まっており、その要求に伴ってこの種の投影露光装置においても露光領域の拡大が望まれている。そこで、露光領域を拡大するために、いわゆるマルチ走査型投影露光装置が提案されている。マルチ走査型投影露光装置では、複数の投影光学モジュールからなる投影光学系に対してマスクとプレートとを移動させつつ、マスクのパターンをプレート上に投影露光する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように構成されたマルチ走査型投影露光装置では、照明光学系から供給された光が、マスクを介して、各投影光学モジュールに入射する。各投影光学モジュールに入射した光は、各投影光学モジュールのレンズを透過した後に、プレートに達する。プレートの表面で反射された一部の光は、戻り光となって、各投影光学モジュールのレンズを再び透過する。
【０００５】
このように、マスクの透過光およびプレートの反射光が各投影光学モジュールのレンズを通過する際に、一部の光がレンズに吸収される。その結果、各投影光学モジュールを構成するレンズの光吸収による熱変形に起因して、各投影光学モジュールの光学特性、たとえばその像面の合焦方向に沿った位置が変動することが考えられる。
【０００６】
この場合、図１を参照して後に詳述するように、各投影光学モジュールの像面は、実際には平坦ではなく像面湾曲によって湾曲している。そして、光照射によるレンズの熱変形に起因して、各投影光学モジュールの像面位置だけでなく像面湾曲も変動する。したがって、たとえば各投影光学モジュールの像面の中心位置や平均位置が同じ高さになるように調整しても、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士は合焦方向において離間することになり、良好な重複露光を行うことができない。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえばレンズの熱変形に起因して各投影光学モジュールの像面の位置が変動しても、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を合焦方向においてほぼ同じ位置に設定して良好な重複露光を行うことのできる、露光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、たとえばレンズの熱変形に起因して各投影光学モジュールの光学特性が変動しても、変動した光学特性を調整するとともに、この調整によって悪化する別の光学特性を補正して良好な露光を行うことのできる、露光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、上述の露光装置を用いた良好な露光により大面積で良好なマイクロデバイス（半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することのできるマイクロデバイス製造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】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、一部重複露光領域を感光性基板上に形成するために所定方向に沿って配列された複数の投影光学モジュールを有する投影光学系と、所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明光学系とを備え、前記投影光学系を用いて前記マスクのパターン像を前記感光性基板へ投影露光する露光装置において、
前記感光性基板に対して前記各投影光学モジュールの像面を合焦方向へそれぞれ整合させる合焦調整手段を配置し、
前記合焦調整手段は、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における前記一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を前記合焦方向においてほぼ同じ位置に設定すること特徴とする露光装置を提供する。
【００１１】
第１発明の好ましい態様によれば、前記複数の投影光学モジュールの内の少なくとも１つの投影光学モジュールの像面の合焦方向に沿った位置の変化を計測するために前記少なくとも１つの投影光学モジュールの像面へ向かう光の一部を計測する計測手段と、前記計測手段の計測情報に基づいて前記各投影光学モジュールの像面湾曲量に応じた補正量をそれぞれ求める算出手段とをさらに配置し、前記合焦調整手段は、前記算出手段からの出力に基づいて前記各投影光学モジュールの像面の位置を調整する。
【００１２】
この場合、前記算出手段は、前記計測手段の計測情報に基づいて前記各投影光学モジュールの像面の位置をそれぞれ決定する像面位置決定部と、前記各投影光学モジュールの像面湾曲量に応じた各補正値を用いて前記像面位置決定部にて定められた前記各投影光学モジュールの像面の位置をそれぞれ補正する補正部とを有することが好ましい。
【００１３】
さらにこの場合、前記算出手段は、前記複数の投影光学モジュールの内の少なくとも１つの投影光学モジュールの像面の合焦方向に沿った位置の変化と前記計測手段にて計測される光量変化との相関関係を記億する記憶部をさらに有し、前記像面位置決定部は、前記記憶部の情報および前記計測手段の計測情報を用いて、前記各投影光学モジュールの像面の位置をそれぞれ決定することが好ましい。
【００１４】
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記算出手段は、前記各投影光学モジュールの像面湾曲量に応じた補正値をそれぞれ記憶する補正値記憶部をさらに有し、前記補正部は、前記補正値記憶部の記憶情報を用いて前記像面位置決定部にて定められた前記各投影光学モジュールの像面の位置をそれぞれ補正する。あるいは、前記算出手段は、前記計測手段の計測情報に基づいて前記各投影光学モジュールの像面湾曲の変化に応じた補正値をそれぞれ算出する補正値算出部をさらに有し、前記補正部は、前記補正値算出部にて得られた各補正値に基づいて前記像面位置決定部にて定められた前記各投影光学モジュールの像面の位置をそれぞれ補正することが好ましい。
【００１５】
さらに、第１発明の好ましい態様によれば、前記算出手段は、前記複数の投影光学モジュールの内の少なくとも１つの投影光学モジュールの像面における前記一部重複露光領域の形成に寄与する部分での合焦方向に沿った位置の変化と前記計測手段にて計測される光量変化との相関関係を記憶する記憶部をさらに有し、前記像面位置決定部は、前記記憶部の情報および前記計測手段の計測情報を用いて、前記各投影光学モジュールの像面の位置をそれぞれ決定する。
【００１６】
本発明の第２発明では、所定方向に沿って配列された複数の投影光学モジュールを有する投影光学系と、所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明光学系とを備え、前記投影光学系を用いて前記マスクのパターン像を前記感光性基板へ投影露光する露光装置において、前記複数の投影光学モジュールの内の少なくとも１つの投影光学モジュールの第１光学特性の経時的変化を補正する第１調整手段と、前記第１調整手段により悪化する前記第１光学特性とは異なる第２光学特性を補正する第２調整手段とを有することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１７】
本発明の第３発明では、所定方向に沿って配列された複数の投影光学モジュールを有する投影光学系と、所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明光学系とを備え、前記投影光学系を用いて前記マスクのパターン像を前記感光性基板へ投影露光する露光装置において、前記各投影光学モジュールに含まれる少なくとも１つの光学部材の熱変形に起因する前記各投影光学モジュールの光学特性の変化を補正する第１調整手段と、前記各投影光学モジュールに含まれる少なくとも１つの偏向部材の熱変形に起因する前記各投影光学モジュールの光学特性の変化を補正する第２調整手段とを有することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
本発明の第４発明では、第１発明〜第３発明の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板へ露光する露光工程と、前記露光された基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。
【００１９】
本発明の第５発明では、一部重複露光領域を感光性基板上に形成するために所定方向に沿って配列された複数の投影光学モジュールを有する投影光学系と、所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明光学系とを用いて、前記マスクのパターンを前記感光性基板へ露光する露光装置の製造方法において、前記複数の投影光学モジュールの像面の合焦方向に沿った位置を計測する計測工程と、前記計測工程にて得られた計測情報を用いて、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における前記一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を前記合焦方向においてほぼ同じ位置となるように調整する調整工程とを含むことを特徴とする露光装置の製造方法を提供する。
【００２０】
本発明の第６発明では、所定方向に沿って配列された複数の投影光学モジェールを有する投影光学系と、所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明光学系とを用いて、前記マスクのパターンを感光性基板へ露光する露光装置の製造方法において、前記複数の投影光学モジュールの結像面の合焦方向に沿った最大の変位量を予め算出する算出工程と、前記算出工程の算出結果に基づいて、前記複数の投影光学モジュールの初期の基準結像面をそれぞれ設定する設定工程とを含むことを特徴とする露光装置の製造方法を提供する。
【００２１】
第６発明の好ましい態様によれば、前記設定工程は、互いに隣合った投影光学モジュールの結像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を前記合焦方向においてほぼ同じ位置となるように調整する調整工程を含む。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の典型的な実施形態にかかるマルチ走査型投影露光装置における基本的な発明概念を説明する図である。本発明の典型的な実施形態にかかるマルチ走査型投影露光装置では、図１（ａ）で示すように、矢印Ｆ１で示す走査方向と直交する方向（以下、「走査直交方向」という）に沿って千鳥状に配置された複数の投影光学モジュール（不図示）の台形状の像面Ｉａ〜Ｉｅが形成される。ここで、各像面Ｉａ〜Ｉｅの中央の矩形状部分は一部重複露光領域の形成に寄与しない部分であり、各像面Ｉａ〜Ｉｅの両端の三角形状部分は一部重複露光領域の形成に寄与する部分である。
【００２３】
ところで、図１（ｂ）に示すように、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅは、実際には平坦ではなく、像面湾曲によって湾曲している。そして、たとえば光照射によるレンズの熱変形に起因して、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅの合焦方向に沿った位置だけでなく、その像面湾曲も変化する。したがって、図１（ｂ）に示すように、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅの中心位置Ｃａ〜Ｃｅが同じ高さになるように調整しても、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士は合焦方向において離間することになり、良好な重複露光を行うことができない。
【００２４】
なお、図示を省略しているが、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅにおいてその合焦方向に沿った平均的な位置で規定される平均的な像面（以下、「ベストフォーカス面」ともいう）が同じ高さになるように調整しても、中心位置Ｃａ〜Ｃｅを同じ高さに調整するのと同様の不都合が発生する。すなわち、この場合も、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士は、合焦方向において離間することになり、良好な重複露光を行うことができない。
【００２５】
そこで、本発明では、図１（ｃ）に示すように、互いに隣合った投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅにおける一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を合焦方向においてほぼ同じ位置に設定するために、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅを合焦方向へそれぞれ整合させる。その結果、たとえばレンズの熱変形に起因して各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅの位置が変動しても、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅが走査直交方向に沿ってほぼ連続的になるように調整して、良好な重複露光を行うことが可能となる。
【００２６】
以下、本発明における各投影光学モジュールの像面位置の調整手法について説明する。本発明の第１調整手法では、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅのベストフォーカス面（平均的な像面：平面）の光吸収による位置変動を計測する。ここで、たとえば各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅへ向かう光の一部を計測することによって、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅのベストフォーカス面の位置の変化を計測する。さらに具体的には、計測される光量変化と各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅのベストフォーカス面の位置の変化との相関関係を予め記憶しておき、その記憶された相関関係と実際に計測された光量変化とに基づいて、各投影光学モジュールのベストフォーカス面の位置の変化を求める。
【００２７】
しかしながら、上述したように、各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅは実際には像面湾曲によって湾曲しているため、各投影光学モジュールの像面湾曲量に応じた補正値を用いて、計測により得られる各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅのベストフォーカス面の位置の変動値を補正する。このとき、第１調整手法では、たとえば各投影光学モジュール毎に実験的に求めた補正値を予め記憶しておき、その記憶された各補正値を用いて、計測により得られる各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅのベストフォーカス面の位置の変動値を補正する。
【００２８】
したがって、第１調整手法は、各投影光学モジュール毎に像面湾曲量は異なるが（すなわち補正値は異なるが）、各投影光学モジュールの像面湾曲量の光吸収による変化が合焦調整（フォーカス調整）に影響することがほとんどなく、したがって各投影光学モジュールの像面湾曲量の光吸収による変化を実質的に考慮する必要のない場合に特に有効である。
【００２９】
一方、本発明の第２調整手法においても、第１調整手法と同様に、各投影光学モジュールの像面湾曲量に応じた補正値を用いて、計測により得られる各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅのベストフォーカス面の位置の変動値を補正する。しかしながら、第２調整手法では、第１調整手法とは異なり、たとえば各投影光学モジュール毎の像面湾曲量の変化に応じた補正値を計測手段の計測結果（すなわち計測された光量変化）に基づいて算出し、その算出された各補正値を用いて、計測により得られる各投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅのベストフォーカス面の位置の変動値を補正する。
【００３０】
したがって、第２調整手法は、各投影光学モジュール毎に像面湾曲量が異なり（すなわち補正値が異なり）、しかも各投影光学モジュールの像面湾曲量の光吸収による変化が合焦調整に影響するため、各投影光学モジュールの像面湾曲量の光吸収による変化を実質的に考慮する必要のある場合に特に有効である。
【００３１】
さらに、本発明の第３調整手法では、各投影光学モジュールの湾曲像面Ｉａ〜Ｉｅにおける一部重複露光領域の形成に寄与する部分の合焦方向に沿った位置の変化と計測される光量変化との相関関係を予め記憶しておき、その記憶された相関関係と実際に計測された光量変化とに基づいて、各投影光学モジュールの湾曲像面Ｉａ〜Ｉｅにおける一部重複露光領域の形成に寄与する部分の合焦方向に沿った位置の変化を直接的に求める。そして、互いに隣合った投影光学モジュールの像面Ｉａ〜Ｉｅにおける一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を合焦方向においてほぼ同じ位置に設定する。
【００３２】
なお、合焦調整の精度の向上のためには、上述のように、各投影光学モジュール毎に光量変化を計測し、各投影光学モジュール毎に独立的に合焦調整することが望ましい。また、マスクのパターン構造（マスクの各照明領域でのパターンの密度やパターンの透過率など）の影響を軽減するためにも、各投影光学モジュール毎に光量変化を計測し、各投影光学モジュール毎に独立的に合焦調整することが望ましい。しかしながら、本発明においては、少なくとも１つの投影光学モジュールに対する光量変化を計測し、各投影光学モジュールを独立にあるいは一律に合焦調整する手法も、本発明の範囲を逸脱しない。
【００３３】
こうして、本発明の露光装置では、たとえばレンズの熱変形に起因して各投影光学モジュールの像面の位置が変動しても、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を合焦方向においてほぼ同じ位置に設定して、良好な重複露光を行うことができる。また、本発明により構成された露光装置を用いた良好な露光により、大面積で良好なマイクロデバイスとして、たとえば高精度な液晶表示素子などを製造することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。また、図３は、図２の露光装置における照明系の構成を概略的に示す図である。さらに、図４は、図２の露光装置において投影光学系を構成する各投影光学モジュールの構成を概略的に示す図である。
【００３５】
本実施形態では、複数の反射屈折型の投影光学モジュールからなる投影光学系に対してマスクとプレートとを移動させつつマスクのパターンをプレート上に投影露光するマルチ走査型投影露光装置に本発明を適用している。なお、図２〜図４では、所定の回路パターンが形成されたマスクおよびレジストが塗布されたプレートを移動させる方向（走査方向）に沿ってＸ軸を設定している。また、マスクの平面内でＸ軸と直交する方向に沿ってＹ軸を、プレートの法線方向に沿ってＺ軸を設定している。
【００３６】
本実施形態の露光装置は、マスクステージ（図２では不図示）ＭＳ上においてマスクホルダ（不図示）を介してＸＹ平面に平行に支持されたマスクＭを均一に照明するための照明系ＩＬを備えている。図２および図３を参照すると、照明系ＩＬは、たとえば超高圧水銀ランプからなる光源１を備えている。光源１は、回転楕円面からなる反射面を有する楕円鏡２の第１焦点位置に位置決めされている。したがって、光源１から射出された照明光束は、反射鏡（平面鏡）３を介して、楕円鏡２の第２焦点位置に光源像を形成する。この第２焦点位置には、シャッター（不図示）が配置されている。
【００３７】
楕円鏡２の第２焦点位置に形成された光源像からの発散光束は、リレーレンズ系４を介して再び結像する。リレーレンズ系４の瞳面の近傍には、所望の波長域の光束のみを透過させる波長選択フィルター５（図２では不図示）が配置されている。波長選択フィルター５では、ｇ線（４３６ｎｍ）の光とｈ線（４０５ｎｍ）とｉ線（３６５ｎｍ）の光とが露光光として同時に選択される。なお、波長選択フィルター５では、たとえばｇ線の光とｈ線の光とを同時に選択することもできるし、ｈ線の光とｉ線の光とを同時に選択することもできるし、さらにｉ線の光だけを選択することもできる。
【００３８】
リレーレンズ系４による光源像の形成位置の近傍に、ライトガイド６の入射端６ａが配置されている。ライトガイド６は、多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成されたランダムライトガイドファイバであって、光源１の数（図２では１つ）と同じ数の入射端６ａと、投影光学系ＰＬを構成する投影光学モジュールの数（図２では５つ）と同じ数の射出端６ｂ〜６ｆ（図３では射出端６ｂだけを示す）とを備えている。こうして、ライトガイド６の入射端６ａへ入射した光は、その内部を伝播した後、５つの射出端６ｂ〜６ｆから射出される。
【００３９】
ライトガイド６の射出端６ｂから射出された発散光束は、コリメートレンズ７ｂ（図２では不図示）によりほぼ平行な光束に変換された後、フライアイ・インテグレーター（オプティカルインテグレータ）８ｂに入射する。フライアイ・インテグレーター８ｂは、多数の正レンズエレメントをその中心軸線が光軸ＡＸに沿って延びるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。したがって、フライアイ・インテグレーター８ｂに入射した光束は、多数のレンズエレメントにより波面分割され、その後側焦点面（すなわち射出面の近傍）にレンズエレメントの数と同数の光源像からなる二次光源を形成する。すなわち、フライアイ・インテグレーター８ｂの後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。なお、オプティカルインテグレータ（８ｂ〜８ｆ）は、フライアイ・インテグレーターに限らず、回折光学素子、微小レンズ要素の集合体で構成されるマイクロフライアイレンズ、あるいは内面反射型のロッド状インテグレーター（中空パイプまたは光パイプ、棒状ガラスロッドなど）を含む構成としてもよい。このことは、以下に述べる例においても同様である。
【００４０】
二次光源からの光束は、フライアイ・インテグレーター８ｂの後側焦点面の近傍に配置された開口絞り９ｂ（図２では不図示）により制限された後、コンデンサーレンズ系１０ｂに入射する。なお、開口絞り９ｂは、対応する投影光学モジュールＰＭ１の瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、照明に寄与する二次光源の範囲を規定するための可変開口部を有する。開口絞り９ｂは、この可変開口部の開口径を変化させることにより、照明条件を決定するσ値（投影光学系ＰＬを構成する各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の口径の比）を所望の値に設定する。
【００４１】
コンデンサーレンズ系１０ｂを介した光束は、所定の転写パターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。同様に、ライトガイド６の他の射出端６ｃ〜６ｆから射出された発散光束も、コリメートレンズ７ｃ〜７ｆ、フライアイ・インテグレーター８ｃ〜８ｆ、開口絞り９ｃ〜９ｆ、およびコンデンサーレンズ系１０ｃ〜１０ｆを介して、マスクＭを重畳的にそれぞれ照明する。すなわち、照明系ＩＬは、マスクＭ上においてＹ方向に並んだ複数（図２では合計で５つ）の台形状の領域を照明する。
【００４２】
なお、上述の例では、照明系ＩＬにおいて、１つの光源１からの照明光をライトガイド６を介して５つの照明光に等分割しているが、光源の数および投影光学モジュールの数に限定されることなく、様々な変形例が可能である。すなわち、必要に応じて２つ以上の光源を設け、これら２つ以上の光源からの照明光をランダム性の良好なライトガイドを介して所要数（投影光学モジュールの数）の照明光に等分割することもできる。この場合、ライトガイドは、光源の数と同数の入射端を有し、投影光学モジュールの数と同数の射出端を有することになる。
【００４３】
マスクＭ上の各照明領域からの光は、各照明領域に対応するようにＹ方向に沿って配列された複数（図２では合計で５つ）の投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５からなる投影光学系ＰＬに入射する。ここで、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の構成は、互いに同じである。以下、図４を参照して、各投影光学モジュールの構成について説明する。
【００４４】
図４に示す投影光学モジュールは、マスクＭからの光に基づいてマスクパターンの一次像を形成する第１結像光学系Ｋ１と、この一次像からの光に基づいてマスクパターンの正立正像（二次像）をプレートＰ上に形成する第２結像光学系Ｋ２とを有する。なお、マスクパターンの一次像の形成位置の近傍には、マスクＭ上における投影光学モジュールの視野領域（照明領域）およびプレートＰ上における投影光学モジュールの投影領域（露光領域）を規定する視野絞りＦＳが設けられている。
【００４５】
第１結像光学系Ｋ１は、マスクＭから−Ｚ方向に沿って入射する光を−Ｘ方向に反射するようにマスク面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第１反射面を有する第１直角プリズムＰＲ１を備えている。また、第１結像光学系Ｋ１は、第１直角プリズムＰＲ１側から順に、正の屈折力を有する第１屈折光学系Ｇ1Pと、第１直角プリズムＰＲ１側に凹面を向けた第１凹面反射鏡Ｍ１とを備えている。第１屈折光学系Ｇ1Pおよび第１凹面反射鏡Ｍ１はＸ方向に沿って配置され、全体として第１反射屈折光学系ＨＫ１を構成している。第１反射屈折光学系ＨＫ１から＋Ｘ方向に沿って第１直角プリズムＰＲ１に入射した光は、マスク面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第２反射面によって−Ｚ方向に反射される。
【００４６】
一方、第２結像光学系Ｋ２は、第１直角プリズムＰＲ１の第２反射面から−Ｚ方向に沿って入射する光を−Ｘ方向に反射するようにプレート面（ＸＹ平面）に対して４５°の角度で斜設された第１反射面を有する第２直角プリズムＰＲ２を備えている。また、第２結像光学系Ｋ２は、第２直角プリズムＰＲ２側から順に、正の屈折力を有する第２屈折光学系Ｇ2Pと、第２直角プリズムＰＲ２側に凹面を向けた第２凹面反射鏡Ｍ２とを備えている。第２屈折光学系Ｇ2Pおよび第２凹面反射鏡Ｍ２はＸ方向に沿って配置され、全体として第２反射屈折光学系ＨＫ２を構成している。第２反射屈折光学系ＨＫ２から＋Ｘ方向に沿って第２直角プリズムＰＲ２に入射した光は、プレート面（ＸＹ平面面）に対して４５°の角度で斜設された第２反射面によって−Ｚ方向に反射される。
【００４７】
なお、本実施形態では、第１反射屈折光学系ＨＫ１と第１直角プリズムＰＲ１の第２反射面との間の光路中にマスク側倍率補正光学系Ｇｍが付設され、第２反射屈折光学系ＨＫ２と第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面との間の光路中にプレート側倍率補正光学系Ｇｐが付設されている。また、第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面とプレートＰとの間の光路中に、フォーカス補正光学系Ｇｆが付設されている。さらに、第２凹面反射鏡Ｍ２の後側には、第２凹面反射鏡Ｍ２を透過した照明光（露光光）を検出するための光検出器ＰＤが設けられている。なお、光検出器ＰＤを第１凹面反射鏡Ｍ１の後側に配置してもよい。
【００４８】
図５は、図４のマスク側倍率補正光学系Ｇｍおよびプレート側倍率補正光学系Ｇｐの構成を概略的に示す図である。また、図６は、図４のフォーカス補正光学系Ｇｆの構成を概略的に示す図である。以下、マスク側倍率補正光学系Ｇｍ、プレート側倍率補正光学系Ｇｐ、およびフォーカス補正光学系Ｇｆの構成および作用について説明する。
【００４９】
まず、図４を参照すると、第１反射屈折光学系ＨＫ１の光軸をＡＸ１で表し、第２反射屈折光学系ＨＫ２の光軸をＡＸ２で表している。また、視野絞りＦＳで規定されるマスクＭ上の照明領域の中心から−Ｚ方向に進行し、視野絞りＦＳの中心を通り、同じく視野絞りＦＳで規定されるプレートＰ上の露光領域の中心に達する光線の経路を視野中心軸線ＡＸ０で表している。
【００５０】
マスク側倍率補正光学系Ｇｍは、第１屈折光学系Ｇ1Pと第１直角プリズムＰＲ１の第２反射面との光路中において、軸線ＡＸ０に沿って第１屈折光学系Ｇ1Pから順に、第１屈折光学系Ｇ1P側に平面を向けた平凸レンズ５１と、第１直角プリズムＰＲ１の第２反射面側に平面を向けた平凹レンズ５２とから構成されている。すなわち、マスク側倍率補正光学系Ｇｍの光軸は軸線ＡＸ０と一致し、平凸レンズ５１の凸面と平凹レンズ５２の凹面とはほぼ同じ大きさの曲率を有し、間隔を隔てて対向している。
【００５１】
また、プレート側倍率補正光学系Ｇｐは、第２屈折光学系Ｇ2Pと第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面との光路中において、軸線ＡＸ０に沿って第２屈折光学系Ｇ2Pから順に、第２屈折光学系Ｇ2P側に平面を向けた平凹レンズ５３と、第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面側に平面を向けた平凸レンズ５４とから構成されている。すなわち、プレート側倍率補正光学系Ｇｐの光軸も軸線ＡＸ０と一致し、平凹レンズ５３の凹面と平凸レンズ５４の凸面とはほぼ同じ大きさの曲率を有し、間隔を隔てて対向している。
【００５２】
さらに詳細には、マスク側倍率補正光学系Ｇｍとプレート側倍率補正光学系Ｇｐとは、軸線ＡＸ０に沿って向きを変えただけで、互いに同様の構成を有する。そして、マスク側倍率補正光学系Ｇｍを構成する平凸レンズ５１と平凹レンズ５２との間隔およびプレート側倍率補正光学系Ｇｐを構成する平凹レンズ５３と平凸レンズ５４との間隔のうち、少なくともいずれか一方の間隔を微小量だけ変化させると、投影光学モジュールの投影倍率が微小量だけ変化するとともに、その像面の合焦方向に沿った（軸線ＡＸ０に沿った）位置も微小量だけ変化する。なお、マスク側倍率補正光学系Ｇｍは第１駆動部Ｄｍによって駆動され、プレート側倍率補正光学系Ｇｐは第２駆動部Ｄｐによって駆動されるように構成されている。
【００５３】
一方、フォーカス補正光学系Ｇｆは、第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面とプレートＰとの光路中において、軸線ＡＸ０に沿って第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面から順に、第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面側に平面を向けた平凸レンズ６１と、両凹レンズ６２と、プレートＰ側に平面を向けた平凸レンズ６３とから構成されている。すなわち、フォーカス補正光学系Ｇｆの光軸も軸線ＡＸ０と一致し、平凸レンズ６１の凸面と両凹レンズ６２の凹面と平凸レンズ６３の凸面とはほぼ同じ大きさの曲率を有し、互いに間隔を隔てて対向している。
【００５４】
フォーカス補正光学系Ｇｆを構成する平凸レンズ６１と両凹レンズ６２との間隔および両凹レンズ６２と平凸レンズ６３との間隔のうち、少なくともいずれか一方の間隔を微小量だけ変化させると、投影光学モジュールの像面の合焦方向に沿った位置が微小量だけ変化するとともに、その投影倍率も微小量だけ変化する。フォーカス補正光学系Ｇｆは、第３駆動部Ｄｆによって駆動されるように構成されている。以下、各投影光学モジュールの基本的な構成の説明を簡略化するために、まずマスク側倍率補正光学系Ｇｍ、プレート側倍率補正光学系Ｇｐ、およびフォーカス補正光学系Ｇｆが付設されていない状態について説明する。
【００５５】
前述したように、マスクＭ上に形成されたパターンは、照明系ＩＬからの照明光（露光光）により、ほぼ均一の照度で照明される。マスクＭ上の各照明領域に形成されたマスクパターンから−Ｚ方向に沿って進行した光は、第１直角プリズムＰＲ１の第１反射面により９０°だけ偏向された後、−Ｘ方向に沿って第１反射屈折光学系ＨＫ１に入射する。
【００５６】
第１反射屈折光学系ＨＫ１に入射した光は、第１屈折光学系Ｇ1Pを介して、第１凹面反射鏡Ｍ１に達する。第１凹面反射鏡Ｍ１で反射された光は、再び第１屈折光学系Ｇ1Pを介して、＋Ｘ方向に沿って第１直角プリズムＰＲ１の第２反射面に入射する。第１直角プリズムＰＲ１の第２反射面で９０°だけ偏向されて−Ｚ方向に沿って進行した光は、視野絞りＦＳの近傍にマスクパターンの一次像を形成する。なお、一次像のＸ方向における横倍率は＋１倍であり、Ｙ方向おける横倍率は−１倍である。
【００５７】
マスクパターンの一次像から−Ｚ方向に沿って進行した光は、第２直角プリズムＰＲ２の第１反射面により９０°だけ偏向された後、−Ｘ方向に沿って第２反射屈折光学系ＨＫ２に入射する。第２反射屈折光学系ＨＫ２に入射した光は、第２屈折光学系Ｇ2Pを介して、第２凹面反射鏡Ｍ２に達する。このとき、入射光の一部が第２凹面反射鏡Ｍ２を透過し、その後側に配置された光検出器ＰＤによって検出される。各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５の出力は、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５に共通の１つの制御部ＣＴにそれぞれ供給される。制御部ＣＴは、第１駆動部Ｄｍを介してマスク側倍率補正光学系Ｇｍを駆動制御し、第２駆動部Ｄｐを介してプレート側倍率補正光学系Ｇｐを駆動制御し、第３駆動部Ｄｆを介してフォーカス補正光学系Ｇｆを駆動制御する。
【００５８】
第２凹面反射鏡Ｍ２で反射された光は、再び第２屈折光学系Ｇ2Pを介して、＋Ｘ方向に沿って第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面に入射する。第２直角プリズムＰＲ２の第２反射面で９０°だけ偏向されて−Ｚ方向に沿って進行した光は、プレートＰ上において対応する露光領域にマスクパターンの二次像を形成する。ここで、二次像のＸ方向における横倍率およびＹ方向における横倍率はともに＋１倍である。すなわち、各投影光学モジュールを介してプレートＰ上に形成されるマスクパターン像は等倍の正立正像であり、各投影光学モジュールは等倍正立系を構成している。
【００５９】
なお、プレートＰで反射された一部の光は、第２屈折光学系Ｇ2Pおよび第２凹面反射鏡Ｍ２を介して、光検出器ＰＤによって検出される。また、上述の第１反射屈折光学系ＨＫ１では、第１屈折光学系Ｇ1Pの後側焦点位置の近傍に第１凹面反射鏡Ｍ１が配置されているため、マスクＭ側および視野絞りＦＳ側においてほぼテレセントリックとなる。また、第２反射屈折光学系ＨＫ２においても、第２屈折光学系Ｇ2Pの後側焦点位置の近傍に第２凹面反射鏡Ｍ２が配置されているため、視野絞りＦＳ側およびプレートＰ側においてほぼテレセントリックとなる。その結果、各投影光学モジュールは、ほぼ両側（マスクＭ側およびプレートＰ側）にテレセントリックな光学系である。
【００６０】
こうして、複数の投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５から構成された投影光学系ＰＬを介した光は、プレートステージ（図２では不図示）ＰＳ上においてプレートホルダを介してＸＹ平面に平行に支持されたプレートＰ上にマスクパターン像を形成する。すなわち、上述したように、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５は等倍正立系として構成されているので、感光性基板であるプレートＰ上において各照明領域に対応するようにＹ方向に並んだ複数の台形状の露光領域には、マスクパターンの等倍正立像が形成される。
【００６１】
ところで、マスクステージＭＳには、このステージを走査方向であるＸ方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（不図示）が設けられている。また、マスクステージＭＳを走査直交方向であるＹ方向に沿って微小量だけ移動させるとともにＺ軸廻りに微小量だけ回転させるための一対のアライメント駆動系（不図示）が設けられている。そして、マスクステージＭＳの位置座標が移動鏡を用いたレーザー干渉計ＭＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００６２】
同様の駆動系が、プレートステージＰＳにも設けられている。すなわち、プレートステージＰＳを走査方向であるＸ方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（不図示）、プレートステージＰＳを走査直交方向であるＹ方向に沿って微小量だけ移動させるとともにＺ軸廻りに微小量だけ回転させるための一対のアライメント駆動系（不図示）が設けられている。そして、プレートステージＰＳの位置座標が移動鏡を用いたレーザー干渉計ＰＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００６３】
さらに、マスクＭとプレートＰとをＸＹ平面に沿って相対的に位置合わせするための手段として、一対のアライメント系ＡＬがマスクＭの上方に配置されている。アライメント系ＡＬとして、たとえばマスクＭ上に形成されたマスクアライメントマークとプレートＰ上に形成されたプレートアライメントマークとの相対位置を画像処理により求める方式のアライメント系を用いることができる。
【００６４】
こうして、マスクステージＭＳ側の走査駆動系およびプレートステージＰＳ側の走査駆動系の作用により、複数の投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５からなる投影光学系ＰＬに対してマスクＭとプレートＰとを一体的に同一方向（Ｘ方向）に沿って移動させることによって、マスクＰ上のパターン領域の全体がプレートＰ上の露光領域の全体に転写（走査露光）される。なお、複数の台形状の露光領域の形状および配置、ひいては複数の台形状の照明領域の形状および配置については、たとえば特開平７−１８３２１２号公報などに詳細な説明が記載されており重複する説明は省略する。
【００６５】
図７は、図４の制御部ＣＴの内部構成を概略的に示す図である。以下、本実施形態における合焦調整（像面の合焦方向に沿った位置の調整）について説明する。本実施形態では、上述のように、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５に設けられた光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５が、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５へ照射される光量の経時的変化をそれぞれ計測する。光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５でそれぞれ計測された光量変化情報は、制御部ＣＴの像面位置決定部７１および補正値算出部７２に供給される。
【００６６】
また、制御部ＣＴには、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの合焦方向に沿った位置（たとえばそのベストフォーカス面の合焦方向に沿った位置）の変化と、各光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５で計測される光量変化との相関関係を記憶している記憶部７３が設けられている。こうして、像面位置決定部７１では、光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５で計測された光量変化情報と記憶部７３に記憶された相関関係情報とに基づいて、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの位置の変動値を求める。求められた像面位置の変動情報は、補正部７４に供給される。
【００６７】
一方、補正値算出部７２では、光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５で計測された光量変化情報に基づいて、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの像面湾曲量の変化に応じた各補正値を算出する。ここで、各補正値は、たとえば各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の実験データなどに基づいて算出される補正値である。算出された各補正値は、補正部７４に供給される。補正部７４では、補正値算出部７２から供給された各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の補正値に基づいて、像面位置決定部７１から供給された各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの位置の変動値をそれぞれ補正する。制御部ＣＴは、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの位置の補正された変動値に基づいて、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の第３駆動部Ｄｆに制御指令を供給する。
【００６８】
こうして、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５では、第３駆動部Ｄｆを介して、フォーカス補正光学系Ｇｆが駆動される。その結果、光照射によるレンズの熱変形に起因して各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの位置およびその像面湾曲量が変動しても、図１（ｃ）に示すように、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅが走査直交方向に沿ってほぼ連続的になるように調整される。すなわち、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士が、合焦方向においてほぼ同じ位置に設定される。
【００６９】
しかしながら、上述したように、フォーカス補正光学系Ｇｆのレンズ間隔を微小量だけ変化させると、その投影倍率も微小量だけ変化する。換言すると、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５において、フォーカス補正光学系Ｇｆによる合焦調整に伴って、別の光学特性である投影倍率が補正すべき程度まで悪化する場合がある。この場合、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５では、マスク側倍率補正光学系Ｇｍおよびプレート側倍率補正光学系Ｇｐの内の少なくとも一方のレンズ間隔を微小量だけ変化させて、合焦調整により悪化する投影倍率の変動を補正する。
【００７０】
図８は、変形例にかかる制御部ＣＴの内部構成を概略的に示す図である。図８に示す変形例においても図７に示す実施形態と同様に、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５に設けられた光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５が光量変化を計測する。制御部ＣＴには、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの位置の変化と、各光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５で計測される光量変化との相関関係を記憶している記憶部８２が設けられている。こうして、像面位置決定部８１では、光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５で計測された光量変化情報と記憶部８２に記憶された相関関係情報とに基づいて、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの位置の変動値を求める。求められた像面位置の変動情報は、光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５で計測された光量変化情報とともに、補正部８３に供給される。
【００７１】
しかしながら、図８に示す変形例では、図７に示す実施形態とは異なり、補正値算出部に代えて補正値記憶部８４が設けられている。補正値記憶部８４では、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの像面湾曲量に応じた補正値をそれぞれ記憶している。ここで、各補正値は、たとえば各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５毎に実験的に求めた補正値である。補正部８３では、計測された光量変化情報に応じて補正値記憶部８４から得られた各補正値に基づいて、像面位置決定部８１から供給された各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの位置の変動値をそれぞれ補正する。以下、合焦調整動作および倍率変動の補正動作は、図７の実施形態と同様である。図８に示す変形例は、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面湾曲量の光吸収による変化が合焦調整に影響することがほとんどない場合に特に有効である。
【００７２】
また、さらに別の変形例によれば、制御部ＣＴが、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅにおける一部重複露光領域の形成に寄与する部分（図１において台形状の像面における両端の三角形状部分）での合焦方向に沿った位置の変化と、各光検出器ＰＤ１〜ＰＤ５で計測される光量変化との相関関係を記憶する記憶部を備えている。そして、この記憶部の相関関係情報と計測された光量変化情報とに基づいて、各投影光学モジュールのＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅにおける一部重複露光領域の形成に寄与する部分の位置の変化を直接的に求める。この場合も、合焦調整動作および倍率変動の補正動作は、図７の実施形態および図８に示す変形例と同様である。
【００７３】
なお、上述の説明では、各投影光学モジュールのＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの合焦方向に沿った位置をそれぞれ調整しているが、たとえばプレートＰ（またはマスクＭ）の合焦方向に沿った位置の調整と各投影光学モジュールのＰＭ１〜ＰＭ５の像面Ｉａ〜Ｉｅの合焦方向に沿った位置の調整とを組み合わせて合焦調整を行うこともできる。具体的には、特定の１つの投影光学モジュールの像面位置の変動に対してプレートＰの位置を整合させ、このプレートＰの位置に対して他の投影光学モジュールの像面位置を整合させる。あるいは、プレートＰの位置を変化させることによって粗精度で合焦調整を行った後に、各投影光学モジュールのＰＭ１〜ＰＭ５の像面位置を変化させることによって細精度で合焦調整を行う。
【００７４】
また、上述の説明では、合焦調整（フォーカス調整）に着目しているが、光照射によるレンズの熱変形により、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５において主に投影倍率が変動する場合がある。この場合、マスク側倍率補正光学系Ｇｍおよびプレート側倍率補正光学系Ｇｐの内の少なくとも一方のレンズ間隔を微小量だけ変化させて、投影倍率の変動を調整する。このとき、倍率変動の調整に伴って、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面位置が補正すべき程度まで悪化する場合がある。そこで、フォーカス補正光学系Ｇｆのレンズ間隔を微小量だけ変化させて、倍率変動の調整に伴って悪化する像面位置の変動を補正する。
【００７５】
また、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５において主に非点収差が発生する場合には、たとえば第２凹面反射鏡Ｍ２（または第１凹面反射鏡Ｍ１）や、その近傍に配置されたレンズＬ１、Ｌ２の内の少なくとも１つの光学部材を光軸ＡＸ２に沿って微動させて、非点収差を補正する。このとき、非点収差の補正に伴って、像面位置やディストーションが補正すべき程度まで悪化する場合がある。そこで、フォーカス補正光学系Ｇｆのレンズ間隔を微小量だけ変化させて、非点収差の補正に伴って悪化する像面位置の変動を補正する。また、ディストーションに有効なレンズをその光軸に沿って微動させて、非点収差の補正に伴って悪化するディストーション変動を補正する。
【００７６】
図９は、変形例にかかる投影光学モジュールの構成を概略的に示す図である。
図９に示す変形例の投影光学モジュールは、図４に示す実施形態の投影光学モジュールと類似の構成を有する。しかしながら、図９に示す変形例では、図４に示す実施形態のフォーカス補正光学系Ｇｆに代えてレンズコントロール室ＬＣが設けられている点が基本的に相違している。以下、図４に示す実施形態との相違点に着目して、図９に示す変形例を説明する。
【００７７】
図９の変形例では、第２凹面反射鏡Ｍ２の近傍に配置された（すなわち投影光学モジュールの瞳面の近傍に配置された）一対のレンズＬ１とＬ２との間の空間を密閉状態で包囲するレンズコントロール室ＬＣが設けられている。このレンズコントロール室ＬＣの密閉空間の圧力は、制御部ＣＴの指令にしたがって作動する圧力調整部Ｄｃによって調整可能に構成されている。レンズコントロール室ＬＣの密閉空間の圧力を微小量だけ変化させると、投影光学モジュールの像面の合焦方向に沿った位置が微小量だけ変化するとともに、ディストーションが微小量だけ発生する。
【００７８】
したがって、図９の変形例において、たとえば光照射によるレンズの熱変形によりフォーカス変動が発生する場合、レンズコントロール室ＬＣの密閉空間の圧力を微小量だけ変化させて、合焦調整を行う。このとき、合焦調整に伴って、ディストーションが補正すべき程度まで悪化する場合がある。この場合、ディストーションに有効なレンズをその光軸に沿って微動させて、合焦調整に伴って悪化するディストーション変動を補正する。なお、第１凹面反射鏡Ｍ１の近傍に配置された複数のレンズ間の空間を包囲するようにレンズコントロール室を設けることもできる。また、第１凹面反射鏡Ｍ１や第２凹面反射鏡Ｍ２と隣接する光学部材（レンズ）との間にレンズコントロール室を設けることもできる。
【００７９】
ところで、フォーカス補正光学系Ｇｆやレンズコントロール室ＬＣを設けない場合においても、図１０に示すように、第２反射屈折光学系ＨＫ２の光軸ＡＸ２に沿って第２直角プリズムＰＲ２を微動させることにより、各投影光学モジュールの像面位置を調整することができる。なお、第１反射屈折光学系ＨＫ１の光軸ＡＸ１に沿って第１直角プリズムＰＲ１を微動させても、各投影光学モジュールのフォーカス調整が可能である。
【００８０】
また、たとえば第２直角プリズムＰＲ２とプレートＰとの間の光路中に、厚さの異なる複数の平行平面板から選択された少なくとも１つの平行平面板を挿入することによって、各投影光学モジュールの像面位置を調整することができる。この場合、いわゆるターレット方式またはスライド方式にしたがって、平行平面板を切り換えることができる。さらに、たとえば第２直角プリズムＰＲ２とプレートＰとの間の光路中に一対のくさび状プリズムを配置し、この一対のくさび状プリズムのうちの少なくとも一方を軸線ＡＸ０と直交する方向に微動させることによって、各投影光学モジュールの像面位置を調整することもできる。
【００８１】
図１１は、各投影光学モジュールにおける光量変化を照明系において計測する変形例の要部構成を概略的に示す図である。以下、投影光学モジュールＰＭ１における光量変化の計測について説明する。図１１では、投影光学モジュールＰＭ１へ入射する光の一部を検出するための光検出器１１１が設けられている。また、投影光学モジュールＰＭ１を介してプレートＰで反射された戻り光の一部を検出するための光検出器１１２が設けられている。
【００８２】
すなわち、フライアイ・インテグレーター８ｂの後側焦点面の近傍に形成された二次光源からの光の一部は、ビームスプリッタ１１３で反射され、レンズ１１４を介して光検出器１１１で検出される。一方、プレートＰからの戻り光の一部は、ビームスプリッタ１１３で反射され、レンズ１１５を介して光検出器１１２で検出される。こうして、光検出器１１１の検出結果と光検出器１１２の検出結果とマスクＭの透過率情報とに基づいて、投影光学モジュールＰＭ１へ照射される光量の変化を計測することができる。また、同様の構成に基づいて、他の投影光学モジュールＰＭ２〜ＰＭ５へ照射される光量の変化も計測することができる。
【００８３】
なお、マスクＭの透過率情報は、投影光学モジュールＰＭ１を介してプレートＰ上の露光領域へ入射する照明光をセンサで実際に検出することによって得られる。あるいは、マスクＭのパターンが類似する場合には、検出によりすでに得られた透過率情報から類推して求めることもできる。あるいは、マスクＭのパターンに基づいて、マスクＭの透過率情報を算出してもよい。なお、図１１の変形例では、光検出器１１２により戻り光を検出しているが、光検出器１１２の設置を省略し、光検出器１１１の検出結果とマスクＭの透過率情報とプレートＰの反射率情報とに基づいて、投影光学モジュールＰＭ１へ照射される光量の変化を計測することもできる。
【００８４】
なお、上述の実施形態では、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５へ光照射する予定時間などの情報に基づいて、その結像面の合焦方向に沿った最大変位量を予め算出する。そして、算出した最大変位量が各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の焦点深度の１／２よりも小さい場合には、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の結像面の変動範囲の中間位置に、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の結像面を初期設定する。この場合、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を合焦方向においてほぼ同じ位置に設定することはいうまでもない。こうして、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の結像面の変動（フォーカス位置の変動）の悪影響を実質的に受けることなく、走査露光を繰り返すことができる。
【００８５】
また、上述の説明では、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５の像面位置の変動、倍率変動、非点収差やディストーションのような収差変動などに着目して本発明を説明しているが、他の収差変動についても同様に本発明を適用することができる。さらに、像シフトや像回転などの光学特性の変動についても、本発明を適用することができる。
【００８６】
具体的には、露光における光照射により、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５を構成するレンズの熱変形だけでなく、各投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５を構成する直角プリズムのような偏向部材の熱変形（プリズムを保持する部材の熱変形を含む）により、プレートＰ上に形成される像がＸＹ平面に沿って移動（像シフト）したり、Ｚ軸廻りに回転（像回転）したりする。また、すべての投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５を包囲しているチャンバ内における温度勾配などの環境要因により、像シフトや像回転が起こることがある。
【００８７】
図１２は、像シフトの典型的な調整方法を説明する図である。図１２に示すように、光量変化情報および温度勾配情報などに基づいて、視野中心軸線ＡＸ０に沿って第２直角プリズムＰＲ２を微動させることにより、各投影光学モジュールの像シフトを調整することができる。なお、視野中心軸線ＡＸ０に沿って第１直角プリズムＰＲ１を微動させても、像シフトの調整が可能である。また、各投影光学モジュールの往復光路以外の光路中、たとえば第２直角プリズムＰＲ２とプレートＰとの間の光路中に平行平面板を配置し、この平行平面板を軸線ＡＸ０に対して傾けることによって、像シフトを調整することができる。あるいは、各投影光学モジュールの往復光路以外の光路中、たとえば第２直角プリズムＰＲ２とプレートＰとの間の光路中に一対のくさび状プリズムを配置し、この一対のくさび状プリズムのうちの少なくとも一方を軸線ＡＸ０に沿って微動させることによって、像シフトの調整を行うこともできる。
【００８８】
図１３は、像回転の典型的な調整方法を説明する図である。図１３に示すように、光量変化情報および温度勾配情報などに基づいて、視野中心軸線ＡＸ０廻りに第２直角プリズムＰＲ２を微小回転させることにより、各投影光学モジュールの像回転を調整することができる。なお、視野中心軸線ＡＸ０廻りに第１直角プリズムＰＲ１を微小回転させても、像回転の調整が可能である。また、各投影光学モジュールの往復光路以外の光路中、たとえば第２直角プリズムＰＲ２とプレートＰとの間の光路中にイメージローテータを配置し、このイメージローテータの作用により像回転を調整することもできる。
【００８９】
図２に示す本実施形態における各光学部材及び各ステージ等を前述したような機能を達成するように、電気的、機械的または光学的に連結することで、本実施形態にかかる露光装置を組み上げることができる。そして、照明系ＩＬによってマスクを照明し（照明工程）、投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５からなる投影光学系ＰＬを用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に走査露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、図２に示す本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１４のフローチャートを参照して説明する。
【００９０】
先ず、図１４のステップ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、図２に示す露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系（投影光学モジュール）を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００９１】
また、図２に示す露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１５のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１５において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００９２】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００９３】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００９４】
なお、上述の実施形態では、各投影光学モジュールが一対の結像光学系を有するマルチ走査型投影露光装置について本発明を適用しているが、各投影光学モジュールが１つまたは３つ以上の結像光学系を有する型式のマルチ走査型投影露光装置に対しても本発明を適用することができる。
【００９５】
また、上述の実施形態では、各投影光学モジュールが反射屈折型の結像光学系を有するマルチ走査型投影露光装置について本発明を適用しているが、これに限定されることなく、たとえば屈折型の結像光学系を有する型式のマルチ走査型投影露光装置に対しても本発明を適用することができる。
【００９６】
さらに、上述の実施形態では、光源として超高圧水銀ランプを用いているが、これに限定されることなく、他の適当な光源を用いることができる。すなわち、本発明において、露光波長は、ｇ線、ｈ線、ｉ線などに特に限定されるものではない。
【００９７】
また、上述の実施形態では、複数の投影光学モジュールから構成された投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を移動させながら走査露光を行うマルチ走査型投影露光装置について本発明を説明している。しかしながら、複数の投影光学モジュールから構成された投影光学系に対してマスクおよび感光性基板を移動させることなく一括的な露光を行う投影露光装置についても本発明を適用することができる。また、デバイスパターンにより各投影光学モジュールを通る光量が異なる場合でも、重複部分の合焦位置で調整することが可能となる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、たとえばレンズの熱変形に起因して各投影光学モジュールの像面の位置が変動しても、互いに隣合った投影光学モジュールの像面における一部重複露光領域の形成に寄与する部分同士を合焦方向においてほぼ同じ位置に設定して、良好な重複露光を行うことのできる露光装置を実現することができる。
【００９９】
また、本発明によれば、たとえばレンズの熱変形に起因して各投影光学モジュールの光学特性が変動しても、変動した光学特性を調整するとともに、この調整によって悪化する別の光学特性を補正して良好な露光を行うことのできる、露光装置を実現することができる。
【０１００】
さらに、本発明にしたがって構成された露光装置を用いた良好な露光により、大面積で良好なマイクロデバイスとして、たとえば高精度な液晶表示素子などを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の典型的な実施形態にかかるマルチ走査型投影露光装置における基本的な発明概念を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。
【図３】図２の露光装置における照明系の構成を概略的に示す図である。
【図４】図２の露光装置において投影光学系を構成する各投影光学モジュールの構成を概略的に示す図である。
【図５】図４のマスク側倍率補正光学系Ｇｍおよびプレート側倍率補正光学系Ｇｐの構成を概略的に示す図である。
【図６】図４のフォーカス補正光学系Ｇｆの構成を概略的に示す図である。
【図７】図４の制御部ＣＴの内部構成を概略的に示す図である。
【図８】変形例にかかる制御部ＣＴの内部構成を概略的に示す図である。
【図９】変形例にかかる投影光学モジュールの構成を概略的に示す図である。
【図１０】直角プリズムの微動により各投影光学モジュールの像面位置の調整方法を説明する図である。
【図１１】各投影光学モジュールにおける光量変化を照明系において計測する変形例の要部構成を概略的に示す図である。
【図１２】像シフトの典型的な調整方法を説明する図である。
【図１３】像回転の典型的な調整方法を説明する図である。
【図１４】本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１５】本実施形態の露光装置を用いてプレート上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 光源
２ 楕円鏡
３ 反射鏡
４ リレーレンズ系
６ ライトガイド
８ フライアイ・インテグレータ
９ 開口絞り
１０ コンデンサーレンズ系
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
ＰＭ１〜ＰＭ５ 投影光学モジュール
Ｐ プレート
Ｇｍ，Ｇｐ 倍率補正光学系
Ｇｆ フォーカス補正光学系
ＬＣ レンズコントロール室

Claims (27)

1. パターンに露光光を照射し、前記パターンを介した前記露光光によって前記パターンの像を基板に投影露光する露光装置において、
   互いに隣り合わせに配列され、それぞれ所定領域に規定される像面の端部同士を所定方向に関して重複させて該像面に前記パターンの像を形成する第１及び第２投影光学モジュールと、
   前記露光光の一部を検出して該露光光の一部の光量の経時的変化に関する光量変化情報を計測する計測手段と、
   前記計測手段の計測情報に対応する前記第１及び第２投影光学モジュールのそれぞれの像面湾曲量の変化に応じた補正値を取得し、該補正値と前記計測情報とに基づいて、前記第１及び第２投影光学モジュールのそれぞれの前記像面の端部の合焦方向に沿った位置の変動に関する情報を求める算出手段と、
   前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報に基づいて、前記第１及び第２投影光学モジュールの前記像面の端部の前記合焦方向に沿った位置を互いに同じ位置になるように調整する合焦調整手段と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記算出手段は、
   前記計測情報に基づいて、前記第１投影光学モジュールの前記像面の前記合焦方向に沿った平均的な位置の変動に関する第１変動値、及び前記第２投影光学モジュールの前記像面の前記合焦方向に沿った平均的な位置の変動に関する第２変動値を求める像面位置決定部と、
   前記第１投影光学モジュールの像面湾曲量の前記計測情報に対応する変化に応じた第１補正値、及び前記第２投影光学モジュールの像面湾曲量の前記計測情報に対応する変化に応じた第２補正値を取得し、前記第１及び第２変動値と前記第１及び第２補正値とに基づいて、前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報を求める補正部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記算出手段は、前記光量変化情報と前記第１及び第２変動値との相関関係情報を記憶する記憶部を有し、
   前記像面位置決定部は、前記計測情報と前記相関関係情報とに基づいて、前記第１及び第２変動値を求めることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記算出手段は、前記光量変化情報に対応して前記第１及び第２補正値を記憶する補正値記憶部を有し、
   前記補正部は、前記計測情報に基づいて前記補正値記憶部から前記第１及び第２補正値を取得し、該第１及び第２補正値に基づいて、前記像面位置決定部が求めた前記第１及び第２変動値を補正して前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報を求めることを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
5. 前記補正部は、前記計測情報に基づいて前記第１及び第２補正値を算出する補正値算出部を有し、該補正値算出部が算出した前記第１及び第２補正値に基づいて、前記像面位置決定部が求めた前記第１及び第２変動値を補正して前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報を求めることを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
6. 前記計測手段は、前記第１及び第２投影光学モジュールの少なくとも一方に入射した前記露光光の一部を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の露光装置。
7. 前記計測手段は、前記第１及び第２投影光学モジュールの少なくとも一方の瞳面の近傍に配置されて前記露光光の一部を検出する光検出器を有することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記第１及び第２投影光学モジュールは、それぞれ瞳面の近傍に配置された反射鏡を有し、
   前記光検出器は、前記反射鏡が透過させる前記露光光の一部を検出することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記計測手段は、前記第１及び第２投影光学モジュールの少なくとも一方に対応して前記パターンに照射される前記露光光の一部を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の露光装置。
10. 前記パターンに前記露光光を照射する照明光学系を備え、
    前記計測手段は、前記照明光学系内の位置であって前記第１及び第２投影光学モジュールの少なくとも一方の瞳面と光学的に共役な位置の近傍に配置されて前記露光光の一部を検出する光検出器を有することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 前記第１及び第２投影光学モジュールとともに前記所定方向に沿って配列され、前記パターンの像を形成する第３投影光学モジュールを備え、
    前記計測手段は、前記第３投影光学モジュールに入射した前記露光光の一部を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の露光装置。
12. 前記合焦調整手段は、前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報に基づいて、前記所定方向に関して重複する前記第１投影光学モジュールの前記像面の端部と前記第２投影光学モジュールの前記像面の端部との前記合焦方向に沿った位置を同じ位置に設定することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の露光装置。
13. 前記合焦調整手段は、前記第１投影光学モジュールの一部の光学部材と前記第２投影光学モジュールの一部の光学部材とをそれぞれ移動させる駆動部を有し、前記像面位置情報に基づいて前記駆動部によって前記第１及び第２投影光学モジュールの少なくとも一方の前記一部の光学部材を移動させて、前記第１及び第２投影光学モジュールの前記像面の端部の前記合焦方向に沿った位置をそれぞれ調整することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の露光装置。
14. 前記所定領域は、前記所定方向の端部に三角形状部分が設けられた台形状領域であり、
    前記第１及び第２投影光学モジュールは、互いに前記三角形状部分を前記所定方向に関して重複させることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の露光装置。
15. パターンに露光光を照射し、前記パターンを介した前記露光光によって前記パターンの像を基板に投影露光する露光装置の調整方法において、
    前記露光光の一部を検出して該露光光の一部の光量の経時変化に関する光量変化情報を計測する計測工程と、
    互いに隣り合わせに配列され、それぞれ所定領域に規定される像面の端部同士を所定方向に関して重複させて該像面に前記パターンの像を形成する第１及び第２投影光学モジュールのそれぞれの前記像面の端部の合焦方向に沿った位置の変動に関する情報を、前記計測工程の計測情報と、該計測情報に対応して取得する前記第１及び第２投影光学モジュールのそれぞれの像面湾曲量の変化に応じた補正値とに基づいて求める算出工程と、
    前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報に基づいて、前記第１及び第２投影光学モジュールの前記像面の端部の前記合焦方向に沿った位置を互いに同じ位置になるように調整する合焦調整工程と、
    を含むことを特徴とする露光装置の調整方法。
16. 前記算出工程は、
    前記計測情報に基づいて、前記第１投影光学モジュールの前記像面の前記合焦方向に沿った平均的な位置の変動に関する第１変動値、及び前記第２投影光学モジュールの前記像面の前記合焦方向に沿った平均的な位置の変動に関する第２変動値を求める像面位置決定工程と、
    前記計測情報に対応する前記第１投影光学モジュールの像面湾曲量の変化に応じた第１補正値、及び前記計測情報に対応する前記第２投影光学モジュールの像面湾曲量の変化に応じた第２補正値を取得し、前記第１及び第２変動値と前記第１及び第２補正値とに基づいて、前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報を求める補正工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１５に記載の露光装置の調整方法。
17. 前記算出工程は、前記光量変化情報と前記第１及び第２変動値との相関関係情報が記憶された記憶部から該相関関係情報を取得する相関情報取得工程を含み、
    前記像面位置決定工程は、前記計測情報と前記相関関係情報とに基づいて、前記第１及び第２変動値を求めることを特徴とする請求項１６に記載の露光装置の調整方法。
18. 前記補正工程は、前記光量変化情報に対応して前記第１及び第２補正値が記憶された補正値記憶部から前記計測情報に基づいて前記第１及び第２補正値を取得し、該第１及び第２補正値に基づいて、前記像面位置決定工程によって求められた前記第１及び第２変動値を補正して前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報を求めることを特徴とする請求項１６または１７に記載の露光装置の調整方法。
19. 前記補正工程は、前記計測情報に基づいて前記第１及び第２補正値を算出する補正値算出工程を含み、該補正値算出工程によって算出された前記第１及び第２補正値に基づいて、前記像面位置決定工程によって求められた前記第１及び第２変動値を補正して前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報を求めることを特徴とする請求項１６または１７に記載の露光装置の調整方法。
20. 前記計測工程は、前記第１及び第２投影光学モジュールの少なくとも一方の瞳面の近傍で前記露光光の一部を検出することを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか一項に記載の露光装置の調整方法。
21. 前記計測工程は、前記瞳面の近傍に配置された反射鏡が透過させる前記露光光の一部を検出することを特徴とする請求項２０に記載の露光装置の調整方法。
22. 前記計測工程は、前記パターンに前記露光光を照射する照明光学系内の位置であって前記第１及び第２投影光学モジュールの少なくとも一方の瞳面と光学的に共役な位置の近傍で前記露光光の一部を検出することを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか一項に記載の露光装置の調整方法。
23. 前記合焦調整工程は、前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報に基づいて、前記所定方向に関して重複する前記第１投影光学モジュールの前記像面の端部と前記第２投影光学モジュールの前記像面の端部との前記合焦方向に沿った位置を同じ位置に設定することを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれか一項に記載の露光装置の調整方法。
24. 前記合焦調整工程は、前記合焦方向に沿った位置の変動に関する情報に基づいて前記第１及び第２投影光学モジュールの少なくとも一方の一部の光学部材を移動させて、前記第１及び第２投影光学モジュールの前記像面の端部の前記合焦方向に沿った位置をそれぞれ調整することを特徴とする請求項１５乃至２３のいずれか一項に記載の露光装置の調整方法。
25. 前記所定領域は、前記所定方向の端部に三角形状部分が設けられた台形状領域であり、
    前記第１及び第２投影光学モジュールは、互いに前記三角形状部分を前記所定方向に関して重複させることを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれか一項に記載の露光装置の調整方法。
26. 請求項１５乃至２５のいずれか一項に記載の露光装置の調整方法によって調整されたことを特徴とする露光装置。
27. 請求項１乃至１４および２６のいずれか一項に記載の露光装置を用いて前記パターンの像を基板に投影露光する露光工程と、
    前記パターンの像が投影露光された前記基板を現像する現像工程と、
    を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。

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