JP4617616B2

JP4617616B2 - 露光装置及び露光方法

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Publication number: JP4617616B2
Application number: JP2001211046A
Authority: JP
Inventors: 崇広堀越
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: JP2003031461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイパネルや集積回路の製造工程において用いられる露光装置に係り、特に、マスクに形成されたパターンを感光基板上に短時間に、短い走査距離で露光できる走査型の露光装置と露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の露光装置として、パターンが形成されたマスクを保持して移動するマスクステージと、マスクを照明するマスク照明手段と、感光基板を保持してマスクステージと同期して移動する基板ステージと、感光基板にマスクのパターンを投影する投影光学系とを備える走査型の露光装置がある。このような露光装置においては、投影光学系は通常１つだけ設けられている。また、特開平１１−１６８０４３号公報に記載のように、２つの投影光学系を有する露光装置もあったが、この露光装置はマスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置である。前記のような露光装置は、例えば液晶ディスプレイパネルのガラス基板の露光に用いられ、マスクは１μｍ以下の位置精度でパターンが描画されており、露光装置は感光基板上に複数のマスクのパターンを１μｍ以下の精度で、複数層に重ねて露光することが要求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近来、液晶ディスプレイパネル等に使用されるマスクは大面積化され、このような大マスクと感光基板を走査して露光する場合、露光装置は大マスクの寸法の２倍以上の寸法が必要となり大型化してしまうという問題があり、マスクの長さが例えば７００〜８００ｍｍの場合、露光装置は走査方向の長さが２メートル近く必要となるという問題点があった。このように露光装置が大型化すると、装置の運搬が煩雑となると共に、装置を設置するスペースも大面積が必要となり、搬入も困難となるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、液晶ディスプレイパネル等の大面積のマスクのパターンを小さい走査距離で、しかも短時間で感光基板に露光することができ、露光装置が大型化することなく、運搬、搬入が容易に行え、露光装置の設置スペースの面積を小さくできる露光装置、及び露光方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明による露光装置は、マスク（１０）に形成したパターン（１１）を、投影光学系（４０）を介して感光基板（２０）上に露光するとともに、投影光学系に対してマスクと感光基板とを、マスク移動装置（１３）及び基板移動装置（２２）により所定の走査方向に同期して走査する露光装置において、投影光学系（４０，４０’）は、走査方向に複数配置されるとともに、マスク（１０）に形成されたパターン（１１）の領域に応じて、複数の投影光学系の間隔を変える間隔制御手段（５０）を備える。間隔制御手段（５０）は、パターン領域の走査方向の長さに応じて複数の投影光学系（４０，４０’）の間隔を変えることが好ましい。この構成によれば、マスクに形成されたパターンは走査方向に複数配置されている投影光学系により、マスクに形成されたパターン領域に応じて、複数の投影光学系の間隔を変えて走査方向に沿って分割して感光基板に投影露光するため、走査距離を短縮することができ、露光時間を短縮して効率良く露光することができる。
【０００６】
本発明に係る露光装置の好ましい態様としては、間隔制御手段（５０）は、走査方向に隣接する複数の投影光学系（４０，４０’）で感光基板（２０）上に露光されるそれぞれのパターンを、互いに一部が重複するように制御する。この構成によれば、複数の投影光学系は、マスクのパターンを重複させるように、その間隔を制御できるため、マスクの連続するパターンを複数の投影光学系で連続して感光基板に露光でき、走査距離を短縮することができ、露光時間を短縮することができる。
【０００７】
また、間隔制御手段（５０）は、複数の投影光学系（４０，４０’）で感光基板（２０）上に投影されるパターン像の位置を補正する補正手段（７１〜７４）を備えることが好ましい。この構成によれば、平行平板ガラス等の補正手段により、マスクの分割されたパターン間の間隔を短くでき、また２つのマスクの余白部分を感光基板上で小さくすることができるため、走査距離の短縮と、露光時間の短縮を達成することができる。さらにマスクの分割されたパターンを感光基板上に連続して露光することができる。
【０００８】
複数の投影光学系の各々は、複数の投影レンズモジュール（４１Ａ〜４１Ｅ）で構成されるとともに、走査方向とは直交する方向に並んで配置されると好適である。そして、複数の投影レンズモジュールは、走査方向と直交する方向に千鳥格子状に並んで配置されることが好ましい。この構成によれば、複数の投影レンズモジュールでマスクのパターンを一度に投影できるので、広い面積の露光が可能で露光時間を短縮することができる。
【０００９】
複数の投影光学系（４０，４０’）の各々は、マスクに設けられた互いに独立したパターンを投影するように構成すると好適である。この構成によれば、マスクの独立したパターンを、感光基板上に独立した状態で露光でき、複数の異なるパターンを形成したマスクを使用して、一度に異なるパターンを感光基板上に露光することができる。
【００１０】
また、前記の露光装置（１）において、走査方向にマスクをステップ移動させるステップ駆動手段（１３）と、マスクの位置を計測する複数の位置計測手段（８０，８１）と、マスクの位置に応じて複数の位置計測手段の少なくとも１つに切換える切換え手段（８５）とを備えるように構成し、ステップ駆動手段はマスクを走査方向に走査する駆動機能を備えるように構成すると好ましい。この構成によれば、１枚のマスクで第１の露光をしたあと、走査方向にマスクをマスク移動装置によりステップ移動して第２の露光を行うことができ、マスクの位置は複数の位置計測手段で正確に計測でき、マスクが移動しても位置計測手段を切換えて、正確な位置測定が可能で、短い走査距離で正確な露光が可能となる。
【００１１】
前記の露光装置（１）において、複数の投影光学系毎にマスクと感光基板との位置合わせを行う位置検出手段（６０）を備えることが好ましい。この構成によれば、マスクと感光基板との位置合わせを、アライメント光学系とアライメントマークを使用して、複数の投影光学系毎に行うことができるため、複数の投影光学系で露光して走査距離を短縮しても、１つの投影光学系による露光と同等の精度の良い露光が可能となる。
【００１２】
さらに、本発明に係る露光方法は、複数の投影光学系（４０，４０’）を介してマスク（１０）のパターンを感光基板（２０）に投影するとともに、マスクと感光基板とを複数の投影光学系に対して相対的に走査して露光する露光方法において、複数の投影光学系の間隔を、感光基板の相対的に走査する方向の長さに応じて調整する第１ステップと、第１ステップで間隔を調整された複数の投影光学系を介してパターンを感光基板に露光する第２ステップとを有する。
【００１３】
このように構成された本発明の露光方法は、走査方向に複数配置されている投影光学系により、マスクに形成されたパターン領域に応じて、投影光学系の間隔を変えてマスクのパターンを感光基板に露光することができ、パターンの走査方向の長さに応じて効率良く露光することができ、マスク及び感光基板の走査距離を短くできるとともに、露光時間を短縮することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る露光装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置の一部を破断した状態の正面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１の一部を省略した左側面図である。図１〜３において、走査型の露光装置１は、マスク１０に形成したパターン１１，１１（図２参照）を感光基板２０に露光するものであり、マスクの上方に位置する照明光学系３０，３０’でパターン１１を照明し、投影光学系４０，４０’を介して下方に位置する感光基板２０に投影して露光し、投影光学系に対してマスク１０と感光基板２０とを所定の走査方向に同期して走査するものである。すなわち、マスク１０はマスクステージ１２に保持され、駆動手段であるマスク移動装置１３により−Ｘ方向に走査される。また、感光基板２０は基板ステージ２１に保持され、マスク１０と同期して−Ｘ方向に基板移動装置２２により走査される。基板移動装置２２としては、ボールネジやリニアモータ等が用いられる。リニアモータを用いた場合、基板ステージ２１の走査方向（Ｘ方向）に伸びて２列設けるようにしてもよい。
【００１５】
マスクステージ１２及び基板ステージ２１の一方の側辺にはミラー４が固定され、このミラーに干渉計５のビームが当たっており、マスクステージ１２及び基板ステージ２１の−Ｘ方向の走査におけるＹ方向の微動を全走査行程において計測する。本例では、マスク１０はＹ方向微動装置６によりＹ方向にも僅かに移動することができ、感光基板２０も同様にＹ方向微動装置７によりＹ方向にも僅かに移動することができる。マスクステージ１２及び基板ステージ２１の一方の端辺にはミラー８が固定され、このミラーに干渉計９のビームが当たっており、その反射ビームを検出してＸ方向の位置を測定するものであり、マスク１０と感光基板２０の相対位置に誤差が生じないように制御する。
【００１６】
本発明の露光装置１は、走査方向に２個並んで配置された投影光学系４０，４０’を備えていることを特徴としており、マスク１０に形成したパターン１１を、各投影光学系を介して感光基板２０上に露光する。照明光学系３０，３０’は、２個の投影光学系４０，４０’に対して、それぞれ独立して設置されている。すなわち、第１投影光学系４０と、第２投影光学系４０’とがＸ方向に縦列に間隔Ｐを有して配置され、それぞれに対応して第1照明光学系３０と第２照明光学系３０’が設置されている。したがって第１、第２照明光学系３０、３０’と第１、第２投影光学系４０、４０’との間にマスク１０が位置し、マスク１０のパターン１１は第１投影光学系４０及び第２投影光学系４０’によって感光基板２０に投影され、１つの感光基板２０に対して同時に２個の投影光学系によってパターン露光を行うように構成されている。
【００１７】
ここで、同一構成である照明光学系３０，３０’のうちの一方について、詳細に説明する。照明光学系３０は、走査方向と直交するＹ方向に沿って間隙を有して配列した３個の第１の照明レンズモジュール３０Ａ〜３０Ｃと、間隙を走査方向に所定ピッチ（ｄ）移動した位置に３個のモジュールの配列方向と平行に配列した２個の第２の照明レンズモジュール３０Ｄ，３０Ｅとの５つの照明レンズモジュール３０Ａ〜３０Ｅから構成され、走査方向とは直交する方向に千鳥格子状に並んで配置されている。
【００１８】
照明光学系３０の１つのモジュール３０Ａについて、図４を参照して説明する。超高圧水銀ランプ等の光源３１から射出された露光光は楕円鏡３１ａによって集光され、ダイクロイックミラー３２で反射されたのち、投影光学系４０への照射を選択的に制限するシャッター３３を通して、波長選択フィルタ３４に導かれる。波長選択フィルタ３４を透過した露光に必要な波長の光は、フライアイインテグレータ３５によって均一な照度分布を有する光束に変換され、反射ミラー３６を介してコンデンサレンズ３７に入射され、視野絞り３８によって例えば台形状に成形される。視野絞り３８を通過した光束はマスク１０上に照射され、マスクを台形状の照明領域３９ａで照明する。１つのモジュール３０Ａは前記のように構成され、照明光学系３０は、他の４個の同一構成のモジュール３０Ｂ〜３０Ｅと共にマスク１０に形成されたパターン１１，１１を、５つの照明領域３９ａ〜３９ｅを合成して照明するものである。
【００１９】
次に、投影光学系４０，４０’のうちの一方について、詳細に説明する。投影光学系４０は走査方向と直交するＹ方向に沿って並んで配置され、Ｙ方向の間隙を有して配列した３個の第１の投影レンズモジュール４１Ａ〜４１Ｃと、間隙を走査方向に所定距離（ｄ）移動した位置に３個の第１の投影レンズモジュールの配列方向と平行に配列した２個の第２の投影レンズモジュール４１Ｄ，４１Ｅとから構成され、照明光学系３０の各照明レンズモジュール３０Ａ〜３０Ｅと対応している。
【００２０】
投影光学系４０は、照明領域３９ａ〜３９ｅを第１及び第２の複数の投影レンズモジュールで投影した複数の投影領域４２ａ〜４２ｅを合成して、マスク１０のパターン１１を感光基板２０に露光するものである。３個の第１の投影レンズモジュール４１Ａ〜４１Ｃと、２個の第２の投影レンズモジュール４１Ｄ，４１Ｅは、それぞれの間隙を補完するように千鳥格子状に並んで配置されている。投影光学系４０，４０’の間隔Ｐは、後述する間隔制御手段５０により変えることができ、平行に配列した２個の投影レンズモジュールのピッチをｄとし、各投影レンズモジュールの投影領域の幅をｓとする。このピッチｄと幅ｓは、照明光学系３０，３０’にも全く同じに設定されている。
【００２１】
図５を参照して、１個の投影レンズモジュール４１Ａについて説明する。１個の投影レンズモジュール４１Ａによって、感光基板２０上に投影されるのは照明領域３９ａと同形状の台形状の投影領域４２ａに相当するパターン像であり、マスク１０上に形成されているパターン１１の一部の像である。走査型露光装置１では、複数の投影レンズモジュール４１Ａ〜４１Ｅによって投影される複数の台形状の投影領域４２ａ〜４２ｅに相当するパターン像を合成すると共に、マスク１０を保持するマスクステージ１２をマスク移動装置１３により−Ｘ方向に走査し、感光基板２０を保持する基板ステージ２１を基板移動装置２２によりマスク１０と同期して−Ｘ方向に走査し、マスク１０上の照明領域３９及び投影光学系４０の投影領域４２に対して、マスク１０及び感光基板２０を移動走査することで、マスク１０上に形成されているパターン１１の全てを感光基板２０上に転写する。
【００２２】
１個の投影レンズモジュール４１Ａの構成について詳細に説明すると、投影光学モジュールは、２組のダイソン型光学系を上下に組み合わせた構成を有し、第１の部分光学系４３〜４５と、視野絞り４６と、第２の部分光学系４７〜４９から構成される。第１の部分光学系は、マスクに面して±４５゜の傾斜で配置された２個の反射面を持つ直角プリズム４３と、マスクの面内方向に沿った光軸を有するレンズ４４及び凹面鏡４５を有する。第２の部分光学系は、マスクに面して±４５゜の傾斜で配置された２個の反射面を持つ直角プリズム４７と、マスクの面内方向に沿った光軸を有するレンズ４８及び凹面鏡４９を有する。前記の構成により、投影レンズモジュール４１Ａは、マスク１０の照明領域３９ａを感光基板２０上に正立等倍実結像（正立正像）で投影した投影領域４２ａを形成する。
【００２３】
投影レンズモジュールの具体的な構成は特に限定されないが、投影レンズモジュール４１Ａは、照明領域３９ａ〜３９ｅによって規定される台形状の視野領域を、感光基板２０上に等倍の正立像として投影するものであり、感光基板上で互い違いに配置された２列の投影領域４２ａ〜４２ｅとなる。すなわち、感光基板上では投影光学系ユニット４０によってＹ軸方向に沿って２列に互い違いに配列された５個の台形状の投影領域が形成され、この投影領域の範囲内で感光基板２０は露光される。感光基板上に形成される各投影領域のＹ方向の端部は隣接する投影領域の間で、Ｘ方向には所定のピッチｄで離れており、Ｙ方向には相互に一致するように構成されている。
【００２４】
また、本発明の露光装置１は、マスク１０に形成されたパターン領域に応じて、例えばパターン領域１１の走査方向の長さに応じて、複数の投影光学系４０，４０’の間隔Ｐを変える間隔制御手段５０を備える。間隔制御手段５０は、例えば第1投影光学系４０に対して第２投影光学系４０’を移動して、両者の間隔Ｐを変更するものであり、本例では第1投影光学系４０を固定し、第２投影光学系４０’を移動するように構成している。第２投影光学系４０’は、マスク１０及び感光基板２０の外部において、走査方向に沿って水平に位置するガイド５１，５２に移動可能に支持され、リニアモータによって水平方向に移動可能に構成されている。ガイド５１，５２は装置躯体（図示せず）に強固に固定され、第２投影光学系４０’を高精度に移動することができる。なお、図示していないが、第２照明光学系３０’も第２投影光学系４０’に同期して移動するように、同様の構成の間隔制御手段を備える。また、例えば第２照明光学系３０’に対してもガイドを設け、第２投影光学系４０’と機械的に連結して移動させるようにしてもよい。
【００２５】
第1投影光学系４０及び第２投影光学系４０’の中間には、両者の間隔を計測する間隔計測手段５５が位置している。間隔計測手段５５は、レーザ光源５６、ミラー５６ａ、ビームスプリッタ５７、ミラー５８Ａ，５８Ｂ、及びセンサ５９から構成され、レーザ光源５６からの光ビームがミラー５６ａで反射されてビームスプリッタ５７に入射し、ビームスプリッタ５７の反射光と透過光との干渉縞がセンサ５９で測定され、２個の投影光学系の間隔を精度よく計測するものである。すなわち、ビームスプリッタ５７の反射光は第２投影光学系４０’側のミラー５８Ｂで反射されて再びビームスプリッタ５７に入射して透過し、第1投影光学系４０のビームスプリッタ側のミラー５８Ａで反射されて、再度ビームスプリッタ５７に入射して反射されセンサ５９に到達する。この反射光と、最初の透過光との干渉縞をセンサ５９で測定して、第1投影光学系４０と第２投影光学系４０’との間隔Ｐは正確に計測される。
【００２６】
露光装置１は、複数の投影光学系毎にマスク１０と感光基板２０との位置合わせを行う位置検出手段を備えている。位置検出手段は、図６に示すように、アライメント光学系６０によりアライメントマーク６１〜６４を検出するものであり、感光基板２０上に複数層の回路パターンを順に重ねて露光するとき、感光基板上のアライメントマークを測定するアライメント光学系が、本例では露光装置１の投影光学系４０，４０’の周囲に配置されている。すなわち、アライメント光学系６０は、本例では第１投影光学系４０の投影領域４２ａ，４２ｃと、第２投影光学系４０’の投影領域４２ａ，４２ｃとの外側領域に対応して設置してあり、アライメントマーク６１〜６４はマスク１０及び感光基板２０のパターン１１の外周に形成してある。このように、アライメントマーク６１〜６４はマスク１０のパターン１１の外側の領域に形成してあり、パターンの影響を受けない。
【００２７】
マスク１０及び感光基板２０のアライメントを行うときは、投影光学系４０，４０’の投影領域４２ａ，４２ｃで感光基板２０のアライメントマーク６１，６２とマスク１０のアライメントマーク６１，６２とを合わせるようにマスク１０を調整して１回目のアライメントを行い、次いでマスク１０及び感光基板２０を２点鎖線で示す位置まで走査して、アライメントマーク６３，６４を合わせて２回目のアライメントを行う。なお、図６では、説明の都合上、投影光学系４０，４０’を相対的に移動した状態を示している。このようにして、投影光学系毎に走査前の状態と、走査後の状態でアライメント調整を行うため、複数層の回路パターンを順に重ねて露光するときの精度が向上する。なお、２回目のアライメントを、マスクを変えて２層目の露光のアライメントに対応させてもよい。
【００２８】
次に投影光学系のレンズキャリブレーション手段６５について、図７を参照して説明する。マスクの中央部において、投影領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃの角部に対応して十字形の４個のキャリブレーション用マーク６６を形成した校正用のマスク６７をマスクステージ１２に固定し、基板ステージ２１の中央部に上下動可能な４個のセンサ６８を設ける。キャリブレーション時には、基板ステージの結像面にセンサ６８を上昇させてマーク６６を読み取り、マークが所定の位置にない場合は結像位置を投影光学系内にあるＸＹシフター及び像のローテータ（共に図示せず）で調整する。露光時にはセンサ６８は基板ステージ１２から下降させておき、感光基板２０の固定に影響の無い状態とする。
【００２９】
実線で示す位置で投影明光学系４０の投影領域４２ａ〜４２ｃを形成する投影レンズモジュール４１Ａ〜４１Ｃのキャリブレーションを行い、２点鎖線の位置で投影領域４２ｄ〜４２ｅを形成する投影レンズモジュール４１Ｄ，４１Ｅのキャリブレーションを行う。マスクステージ及び基板ステージを走査して、同様にして投影光学系４０’のキャリブレーションを行う。投影光学系のキャリブレーションは一度校正した後、定期的に再校正を行うことにより、安定した結像特性を得ることができる。なお、複数の投影レンズ毎に専用のマークと、これに対応するセンサを設けるように構成してもよい。
【００３０】
前記の如く構成された本実施形態の露光装置１の動作について以下に説明する。先ず、図８（ａ）に示すように、マスク１０Ａには、２つのパターン１１Ａ，１１Ａ’が走査方向に間隔βを有して別々に並んでいる場合の第１の露光動作について説明する。マスク１０Ａには中心部から左方に第１パターン１１Ａが形成され、中心部から右方に第２パターン１１Ａ’が形成され、両パターンの走査方向の長さはそれぞれＬであり、中間部は間隔βとなっている。この場合は、第１ステップとして、図８（ｂ）に示すように、投影光学系４０，４０’の間隔を、感光基板２０の相対的に走査する方向の長さ、すなわち走査方向の長さに応じて間隔制御手段５０により調整し、例えば投影光学系４０，４０’の間隔をＬ＋βの間隔に設定する。このあと、第２ステップとして、間隔を調整された複数の投影光学系４０，４０’を介してマスク１０のパターン１１を感光基板２０に露光する。
【００３１】
以下、この露光動作について詳細に説明する。第１照明光学系３０によりマスクの左方の第１パターン１１Ａが照明されると、このパターン１１Ａは第１投影光学系４０により正立等倍の実像が感光基板２０上に結像され、感光基板２０にはマスクの第１パターン１１Ａの一部パターン像が露光される。第１投影光学系４０により走査して露光される露光量をＬ１で示す。同様にして、第２照明光学系３０’によりマスク１０の中間部から右方に位置する第２パターン１１Ａ’が照明されると、第２投影光学系４０’により感光基板２０上に結像され、感光基板２０の中間部にパターン１１Ａ’の一部パターン像が露光される。第２投影光学系４０’により走査して露光される露光量をＬ２で示す。
【００３２】
この場合のマスク１０Ａ及び感光基板２０の走査距離について、図８（ｃ）を参照して説明する。図８（ｃ）において、横軸は時間Ｔを示し、縦軸は速度Ｖを示している。マスク１０Ａ及び感光基板２０を走査する駆動機構であるマスク移動装置１３及び基板移動装置２２は、通常、一定速度になるまでに所定の時間が必要である。すなわち、速度「０」から加速する加速時間ｔ１と、一定速度に落ち着くまでの整定時間ｔ２が必要であり、加速時間及び整定時間経過後の一定速度の定速時間ｔ３となったあと、パターンを露光するように設定している。そして、パターンを露光したあと、停止するまでの減速時間ｔ４が必要である。このように、パターンを露光する定速時間ｔ３の他に、加速時間ｔ１、整定時間ｔ２、減速時間ｔ４が必要であり、全体として、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４の走査時間が必要である。
【００３３】
図８（ａ），（ｂ）において、パターン１１Ａ，１１Ａ’の走査方向の長さはＬ、パターン１１Ａ，１１Ａ’の間隔はβであり、加速時間ｔ１に進む距離をａ、整定時間ｔ２に進む距離をｂ、定速時間ｔ３に進む距離をＳ１＝Ｌ＋ｄ＋ｓ、減速時間ｔ４に進む距離をｃとすると、この場合の露光に伴う全走査距離は、ａ＋ｂ＋（Ｌ＋ｄ＋ｓ）＋ｃとなる。一方、この場合の投影光学系が従来のように１個の場合の走査距離は、ａ＋ｂ＋（２Ｌ＋β＋ｄ＋ｓ）＋ｃとなる。このように、複数の投影光学系４０，４０’を備えることにより、走査距離を大幅に削減することができ、露光時間も大幅に短縮することができる。
【００３４】
次に、図９（ａ）に示すように、マスク１０のパターン１１Ｂが、マスクの走査方向の全域に亘る２Ｌの長さに形成されているマスク１０Ｂの場合の第２の露光動作について説明する。この場合は、第１の投影光学系４０でパターンの左端から中央部を過ぎた位置まで露光し、第２の投影光学系４０’でパターンの中央部から右端まで露光し、パターンの中央部は２つの投影光学系４０，４０’で重複して露光し、連続した２Ｌの長さのパターンを均一に露光する。この場合、重複部分の走査方向の距離をαとすると、投影光学系４０，４０’の間隔Ｐは、図９（ｂ）に示すように、間隔制御手段５０によりＬ−（α／２）の間隔に設定され、定速時間ｔ３に進む距離は、Ｓ２＝Ｌ＋（α／２）＋ｄ＋ｓとなる。
【００３５】
したがって、この場合の露光に伴う全走査距離は、前記の図８の例と同様に、加速時間ｔ１に進む距離をａ、整定時間ｔ２に進む距離をｂ、及び減速時間ｔ４に進む距離ｃを加算して、全走査距離は、ａ＋ｂ＋（Ｌ＋（α／２）＋ｄ＋ｓ）＋ｃとなり、１個の投影光学系によって露光する走査距離、ａ＋ｂ＋（２Ｌ＋ｄ＋ｓ）＋ｃと比較して、走査距離を大幅に減少させることができ、露光時間も大幅に短縮できる。なお、パターン１１の中央部を露光する際、第１の照明光学系３０の光量をシャッター３３により徐々に減光し、第２の照明光学系３０’の光量をシャッター３３により徐々に増光して露光量を一定にすることが好ましい。
【００３６】
図１０（ａ）に示すように、走査方向のパターン領域１１Ｃ，１１Ｄの長さがＬであり、間隔βを有して配置した２枚のマスク１０Ｃ，１０Ｄを使用して、感光基板２０に連続してパターンを形成する第３の露光動作について説明する。この場合に間隔制御手段５０は、２枚のマスクのパターンを感光基板上で距離αだけ重複させるように、複数の投影光学系４０，４０’において、感光基板上に投影されるパターン像の位置を補正する補正手段として、平行平板ガラス７１〜７４を備える。平行平板ガラス７１，７２は、第１投影光学系４０の上下に設置され、光軸を屈折して走査方向の後方に平行にずらすように補正するものであり、平行平板ガラス７３，７４は、第２投影光学系４０’の上下に設置され、光軸を屈折して走査方向の前方に平行にずらすように補正するものである。
【００３７】
すなわち、第１投影光学系４０の平行平板ガラス７１，７２は光軸を後方にずらすように傾斜しており、第２投影光学系４０’の平行平板ガラス７３，７４は光軸を前方にずらすように反対に傾斜して、第１、第２の投影光学系４０，４０’の投影領域を接近させている。この場合、間隔制御手段５０により投影光学系４０，４０’の間隔Ｐは、図１０（ｂ）に示されるようにＬ＋βに設定される。定速時間ｔ３に進む距離は、Ｓ３＝Ｌ＋ｄ＋ｓとなる。そして、露光に伴う感光基板２０の全走査距離は、ａ＋ｂ＋（Ｌ−（α／２）＋ｄ＋ｓ）＋ｃとなり、１個の投影光学系によって露光する走査距離、ａ＋ｂ＋（２Ｌ＋ｄ＋ｓ）＋ｃと比較して、走査距離を大幅に減少させることができ、露光時間も大幅に短縮できる。
【００３８】
図１１（ａ）に示すように、走査方向のパターン領域１１Ｅ，１１Ｆの長さがＬであり、間隔βを有して配置した２枚のマスク１０Ｅ，１０Ｆを使用して、感光基板２０に間隔βを有するようにパターンを露光する第４の露光動作について説明する。この場合、間隔制御手段５０により投影光学系４０，４０’の間隔Ｐは、図１１（ｂ）に示されるようにＬ＋βに設定される。定速時間ｔ３に進む距離は、Ｓ４＝Ｌ＋ｄ＋ｓとなる。そして、露光に伴う感光基板の全走査距離は、ａ＋ｂ＋（Ｌ＋ｄ＋ｓ）＋ｃとなり、１個の投影光学系によって露光する走査距離、ａ＋ｂ＋（２Ｌ＋β＋ｄ＋ｓ）＋ｃと比較して、走査距離を大幅に減少させることができ、露光時間も大幅に短縮できる。
【００３９】
図１２，１３に示すように、走査方向のパターン領域１１Ｇの長さがＬである１枚のマスク１０Ｇを使用して１回目の露光を行い、次いでマスク１０Ｇを走査方向に移動してから２回目の露光をする第５の露光動作について説明する。この場合、露光装置は走査方向にマスク１０Ｇをステップ移動させるステップ駆動手段と、マスクの位置を計測する複数の位置計測手段として干渉計８０，８１及びミラー８２と、マスクの位置に応じて複数の干渉計の少なくとも１つに切換える切換え手段８５とを備えている。本例では、ステップ駆動手段はマスク移動装置１３が兼用され、マスク１０Ｇを走査方向に走査する駆動機能を備えている。この場合、間隔制御手段５０により投影光学系４０，４０’の間隔Ｐは、Ｌ＋βに設定される。定速時間ｔ３に進む距離は、Ｓ５＝Ｌ＋ｄ＋ｓとなる。
【００４０】
１回目の露光は第１の投影光学系４０を使用して行い、１回目の露光量は図１３（ａ）に示すようにＬ３となる。露光終了後にマスク１０Ｇと感光基板２０とを元位置に戻してからマスク１０Ｇを２回目の露光に備えてマスク移動装置１３により走査方向に移動し、マスク１０Ｇと第２の投影光学系４０’を図１３（ｂ）に示すように対向させる。そして、感光基板上で間隔βを開けて第２の投影光学系４０’で２回目の露光を行う。２回目の露光量はＬ４となる。この場合の１回、２回の露光に伴う感光基板２０の全走査距離は、２ａ＋２ｂ＋（Ｌ＋β＋ｄ＋ｓ）＋２ｃとなり、１個の投影光学系によって露光する走査距離、ａ＋ｂ＋（２Ｌ＋ｄ＋ｓ）＋ｃと比較して、走査距離を減少させることができ、特にパターンの走査方向の長さＬが大きいときに効果が大きくなる。なお、この場合は、マスク１０Ｇを感光基板２０の半分の大きさのもの１枚ですみ、マスクステージ１２の大きさを半分にできる。そのため、軽量化を行うことができる。
【００４１】
この露光動作において、マスク１０Ｇの位置を計測する位置計測手段は複数備えられ、１回目の露光動作時には第１の干渉計８１が使用され、走査方向と直交する方向の距離を正確に測定し、２回目の露光動作時には第２の干渉計８２が使用され、走査方向と直交する方向の距離を正確に測定するというように、マスク１０Ｇの位置に応じて２つの干渉計の少なくとも１つに切換え手段８５により切換えられる。切換え手段８５の出力は、露光装置を制御する制御装置（図示せず）に入力される。このようにして、全走査距離においてマスク１０Ｇの走査位置を正確に把握し、１つのマスク１０Ｇで２倍のパターン面積を精度良く露光することができる。
【００４２】
次に、図１４，１５に示すように、走査方向のパターン領域１１Ｈの長さがＬである１枚のマスク１０Ｈを使用して１回目の露光を行い、次いでマスク１０Ｈを走査方向に移動してから、１回目に露光されたパターンの後端にαだけ重複して２回目の露光をする第６の露光動作について説明する。この場合、間隔制御手段５０により投影光学系４０，４０’の間隔Ｐは、Ｌ−（α−／２）に設定される。定速時間ｔ３に進む距離は、Ｓ６＝Ｌ＋ｄ＋ｓとなる。
【００４３】
１回目の露光は第１の投影光学系４０を使用して行い、１回目の露光量は図１５（ａ）に示すようにＬ３となる。１回目の露光終了後にマスク１０Ｈと感光基板２０とを元位置に戻してからマスク１０Ｈを２回目の露光に備えてマスク移動装置１３により移動し、マスク１０Ｈと第２の投影光学系４０’を図１５（ｂ）に示すように対向させる。そして、第２の投影光学系４０’で１回目の露光と距離αだけ重複させて２回目の露光を行う。２回目の露光量はＬ４となる。この場合の露光に伴う感光基板２０の全走査距離は、２ａ＋２ｂ＋（Ｌ−（α／２）＋ｄ＋ｓ）＋２ｃとなり、１個の投影光学系によって露光する走査距離、ａ＋ｂ＋（２Ｌ−α＋ｄ＋ｓ）＋ｃと比較して、走査距離を減少させることができる。なお、この場合は、走査距離も短縮できるが、露光時間は短縮できない。
【００４４】
この露光動作においても、１回目の露光動作時には第１の干渉計８１が使用され、走査方向と直交する方向の距離を正確に測定し、２回目の露光動作時には第２の干渉計８２が使用され、走査方向と直交する方向の距離を正確に測定するというように、マスク１０Ｈの位置に応じて２つの干渉計の少なくとも１つに切換えられる。このようにして、全走査距離においてマスク１０Ｈの走査位置を正確に把握し、１つのマスクで２倍のパターン面積を精度良く露光することができる。
【００４５】
なお、マスク１０を保持するマスクステージ１２と、感光基板２０を保持する基板ステージ２１を一体化したキャリッジをキャリッジ制御部によって移動制御して、１つの移動装置により−Ｘ方向にマスクステージと基板ステージを同時に移動するように構成してもよい。また、照明光学系及び投影光学系は、５個のレンズモジュールから構成される例を示したが、５個に限られるものでなく適宜の個数とすることができる。
【００４６】
マスクのパターンを照明する照明光学系の照明領域３９ａ〜３９ｅの形状、及び投影光学系の投影領域４２ａ〜４２ｅの形状は、照明光学系の視野絞り３８及び投影光学系の視野絞り４６によって例えば台形状に成形される例を示したが、これに限られるものでなく六角形状等の適宜の形状にしてもよく、走査方向と直角の方向において隙間無く照明できると共に、投影できれば適宜の形状とすることができる。
【００４７】
さらに、複数の投影光学系として、２個の投影光学系４０，４０’の例を示したが、２個に限られるものでなく適宜の個数とすることができる。投影光学系を走査方向に３個以上配置することにより、走査距離をさらに短くすることができると共に、露光時間をさらに短縮することができるので、マスクがより大面積の場合は特に有効である。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の露光装置は、マスクに形成されたパターン領域に応じて、特にパターン領域の走査方向の長さに応じて、複数の投影光学系の間隔を変え、複数の投影光学系でマスクのパターンを感光基板に露光するため、走査距離を小さくでき、短時間で効率良く露光できる。このため、露光装置の小型化を達成することができ、露光装置の設置スペースの面積を小さくでき、運搬、搬入も容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る露光装置の一実施形態の一部を破断した状態の正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】図１の一部を省略した左側面図。
【図４】照明光学系の概略構成を示す斜視図。
【図５】投影光学系の概略構成図。
【図６】位置検出手段を示す説明図。
【図７】レンズキャリブレーション手段を示す説明図。
【図８】（ａ）は第１の露光動作を示す説明図、（ｂ）は露光量及び走査距離を示す側面模式図、（ｃ）はマスク及び感光基板の走査動作時の速度と時間の関係図。
【図９】（ａ）は第２の露光動作を示す説明図、（ｂ）は露光量及び走査距離を示す側面模式図。
【図１０】（ａ）は第３の露光動作を示す説明図、（ｂ）は露光量及び走査距離を示す側面模式図。
【図１１】（ａ）は第４の露光動作を示す説明図、（ｂ）は露光量及び走査距離を示す側面模式図。
【図１２】第５の露光動作を示す説明図。
【図１３】図１２の露光量及び走査距離を示す側面模式図。
【図１４】第６の露光動作を示す説明図。
【図１５】露光量及び走査距離を示す側面模式図。
【符号の説明】
１…露光装置、１０…マスク、１１…パターン、１２…マスクステージ、１３…マスク移動装置、２０…感光基板、２１…基板ステージ、２２…基板移動装置、３０，３０’…照明光学系、４０，４０’…投影光学系、３０Ａ〜３０Ｃ…照明レンズモジュール、４１Ａ〜４１Ｃ…投影レンズモジュール、３９ａ〜３９ｅ…照明領域、４２ａ〜４２ｅ…投影領域、５０…間隔制御手段、５５…間隔計測手段、６０…アライメント光学系（位置検出手段）、６１〜６４…アライメントマーク、６５…レンズキャリブレーション手段、６６…キャリブレーション用マーク、６７…校正用のマスク、６８…センサ、７１〜７４…平行平板ガラス（補正手段）、８０，８１…干渉計（位置計測手段）、８５…切換え手段

Claims

マスクに形成したパターンを、投影光学系を介して感光基板上に露光するとともに、前記投影光学系に対して前記マスクと前記感光基板とを所定の走査方向に同期して走査する露光装置において、
前記投影光学系は、前記走査方向に複数配置されるとともに、前記マスクに形成されたパターン領域に応じて、前記複数の投影光学系の間隔を変える間隔制御手段を備えることを特徴とする露光装置。
前記間隔制御手段は、前記パターン領域の前記走査方向の長さに応じて前記複数の投影光学系の間隔を変えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記間隔制御手段は、前記走査方向に隣接する前記複数の投影光学系で前記感光基板上に露光されるそれぞれのパターンを、互いに一部が重複するように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
前記間隔制御手段は、前記複数の投影光学系で前記感光基板上に投影されるパターン像の位置を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の露光装置。
前記複数の投影光学系の各々は、複数の投影レンズモジュールで構成されるとともに、前記走査方向とは直交する方向に並んで配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の露光装置。
前記複数の投影レンズモジュールは、前記直交する方向に千鳥格子状に並んで配置されることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
前記複数の投影光学系の各々は、前記マスクに設けられた互いに独立したパターンを投影することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
前記走査方向に前記マスクをステップ移動させるステップ駆動手段と、前記マスクの位置を計測する複数の位置計測手段と、前記マスクの位置に応じて前記複数の位置計測手段の少なくとも１つに切換える切換え手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の露光装置。
前記ステップ駆動手段は、前記マスクを前記走査方向に走査する駆動機能を備えることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
前記複数の投影光学系毎に前記マスクと前記感光基板との位置合わせを行う位置検出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の露光装置。
複数の投影光学系を介してマスクのパターンを感光基板に投影するとともに、前記マスクと前記感光基板とを前記複数の投影光学系に対して相対的に走査して露光する露光方法において、
前記複数の投影光学系の間隔を、前記感光基板の前記相対的に走査する方向の長さに応じて調整する第１ステップと、
前記第１ステップで前記間隔を調整された前記複数の投影光学系を介して前記パターンを前記感光基板に露光する第２ステップとを有することを特徴とする露光方法。