JPS63255916A - 投影光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マスクやレチクルに形成されたパターンを感
光基板上に投影露光するための投影光学装置に関する。

（従来の技術） 半導体素子の製造工程においては、通常レチクル（マス
クと同義）に描かれた回路パターンを半導体ウェハに塗
布されたレジスト層に光学的に転写する方法、所謂フォ
トリソグラフィ法が多用されている。このリソグラフィ
の工程で高集積度の回路を作る場合、レチクルのパター
ンを投影光学系を介してウェハ上の局所領域に露光した
後、一定ピツチだけウェハを移動させて次の局所領域に
対して露光を行なうことを繰り返すステップアンドリピ
ート方式の投影露光装置が主流となった。

この種の装置においては、ウェハ上に形成される回路パ
ターンの最小線幅が年々小さくなり、すでにサブミクロ
ン（１μ個以下）の線幅のパターンを良好に投影できる
ことが必須の性能となってきた。もちろんそれにともな
って、レチクルの回路パターンとウェハ上の１つの局所
領域（ショット領域）にすでに形成された回路パターン
との重ね合わせ精度も十分に高いことが要求される。重
ね合わせ精度は、ステップアンドリピート方式でウェハ
上の各ショット領域毎にレチクルとのアライメントを行
なう場合は、レチクル上のアライメント用マークとウェ
ハ上の各ショット領域に付随したアライメント用マーク
との重なり具合を検出するアライメントセンサーの検出
精度に依存するところが大きい。従ってアライメントセ
ンサーの方式や検出精度を十分に確立すれば、重ね合わ
せ精度を十分に高めることは可能である。しかしながら
、上記のようにサブミクロンのパターンを解像するため
の投影光学系は、最新のレンズ設計及び製造技術を駆使
しても容易に生産できるものではなく、かならず何らか
の制約が生してしまう。

例えば、露光用の照明光の波長をｇ線（波長４３６ｒｖ
）とし、ウェハ側での開口数（Ｎ、　Ａ）を０゜４５、
ウェハ上での露光フィールドを１５−角（直径２２１の
円内）、そして縮小率を１１５として投影レンズを製造
した場合、実現される解像力は最小線幅値で０．６５μ
ｍ程度にも達するが、一方、ウェハ側での焦点深度は例
えば±ｌμ−程度と株端に小さくなってしまう。このた
めレチクルの回路パターンが結像する投影レチクルの投
影像面（例えば１５Ｉｎ１１角）とウェハ上の被露光シ
ョット領域の表面とが相対的に傾いていると、たとえ焦
点合わせが正しく行なわれたとしても１つのショット領
域内で部分的な解像不良が生じることになる。

そこで投影レンズの投影像面とウニ凸表面とが相対的に
傾いているとき、その傾きを検出して平行に補正するこ
とが考えられる。この傾き補正のことはレベリングと呼
ばれ、例えば特開昭５５−１３４８１２号公報に開示さ
れているように、ウェハを傾ける方式が一般的であった
。

（発明が解決しようとする問題点） 上記公知のレベリング方式では、ウェハを載置してステ
ップアンドリピート方式で２次元移動するウェハステー
ジに、レベリング機構を設けであるため、安定性に問題
があった。すなわちウェハステージは高速にステッピン
グ移動され、静止している間（例えば０．５秒間）にレ
チクルのパターンの投影露光が行なわれる。これがウェ
ハ上の各ショット領域毎に繰り返されるため、ウェハス
テージ上のレベリング機構に与える加速度も非常に大き
なものとなり、特に水平方向（ステージ移動平面内）に
関する剛性は十分に大きくしなければならない。このた
めレベリング機構の重量も大きくなり、ウェハステージ
の移動スピード、加速性能が制限されることになる。ま
た従来のようにウェハ全体をレベリングさせることは、
ウェハ全面の投影像面に対する傾き（グローバルレベリ
ング）を補正する場合は好都合であるが、ウェハ上の各
ショット領域毎のレベリングに関しては不都合な点もあ
る。例えばウェハの直径が８インチ程度に大きくなった
場合、ウェハ上の最外周部に位置する１５ｍｍ角のショ
ット領域において、そのショット領域両端で２μｍの傾
き（高低差）があったものとすると、このショット領域
のみに対してレベリング補正するために、ウェハ全体で
は約２６μ−程度の傾き（ウェハの直径上の最外周点の
高低差）を与えなければならない。このような大きなレ
ベリング量を各ショット領域毎”に安定に設定していく
ことは、スループットの低下を意味し、必らずしも好ま
しいことではない。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は従来の問題点を解決し、各ショッ）４ｍ域毎に
安定した高速なレベリング補正が可能な投影光学装置を
提供することを目的とするものである。そのため本発明
では、マスク（レチクル）を任意方向に傾斜可能に保持
するマスク保持部材（マスクホルダー）を設け、感光性
基板（ウェハ）上の所定頭載（シ式ット領域）表面とマ
スクのパターンの投影像面との相対的な傾き量がほぼ零
に補正されるようにマスク保持部材の傾斜を制御するよ
うに構成した。

（作用） 本発明では、露光対象である感光基板を傾斜させてレベ
リング補正する従来の方式にかえて、感光基板表面の傾
きに合わせるように、マスクのパターンの投影像自体を
傾斜させるものである。このようにウェハ上の各ショッ
ト領域毎のレベリング補正がウェハステージとは別の機
構で行なわれるため、ウェハステージの重量は軽くなり
、スループットを低下させることもない。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例による投影光学装置の全
体構成を示す部分断面図である。まず、本装置の概略的
な構成を説明する。露光用照明系ＥＩＳの主コンデンサ
−レンズｌからの照明光は、アライメント部ＲＡＳを通
った後、投影すべきパターンＰＡを有するレチクルＲを
均一に照明する。

レチクルＲはレチクルホルダーＲＨに保持され、レチク
ルホルダーＲＨはレチクルステージＲ３上にレベリング
（傾斜）可能に設けられる。

このレチクルステージＲ３は、上下動駆動機構を介して
コラムＣＬＭの上面に取り付けられる。

コラムＣＬＭの中心にはレチクルＲのパターンＰＡを投
影するための投影レンズＰＬが固定され、コラムＣＬＭ
は基底定盤ＢＳ上に固定される。投影レンズＰＬによる
パターンＰＡの投影像ＰＡ”に一致してウェハＷが位置
するように、ウェハＷを載置するウェハステージＷＳが
設けられる。このウェハステージＷＳは定盤ＢＳ上を不
図示の駆動部により２次元的に移動する。このウェハス
テージＷＳの移動によってレチクルＲのパターンＰＡの
像ＰＡ’　が、ステップアンドリピート方式でウェハＷ
上の異なる複数の領域に対して順次露光される。尚、本
実施例では投影レンズＰＬは両側テレセントリック系で
あり、投影レンズＰＬのレチクルＲ側、ウェハＷ側の両
方において結像光束の主光線がともに主軸ＡＸと平行に
なるように定められる。また第１図に示してはいないが
、ウェハＷ上の投影領域の投影結像面に対する傾きを検
出するレベリングセンサーが設けられている。

このレベリングセンサーとしては、ウェハＷの表面に斜
めに平行光束を照射し、その反射光がくる位置を２次元
的な光電センサーにより検出する光学方式、投影レンズ
ＰＬのウェハ側に複数のエアマイクロ用のノズルを設け
、各エアマイクロが検相するウェハ表面の高さ位置のち
がいから傾きを検出するエアマイクロ方式等が利用でき
る。特に前者の光学方式については、例えば特開昭５８
−１１３７０６号公報に開示されているように、斜入射
焦点検出系の一部を兼用した構造にするとよい。

さて、レチクルステージＲ３の上下動は、コラムＣＬＭ
に固設されたモータ２．を駆動してクサビ部材４を移動
させることによって行なわれる。クサビ部材４は投影レ
ンズＰＬの投影視野を遮ぎらないような開口を示し、コ
ラムＣＬＭの上部平面上をベアリング５を介して移動す
る。クサビ部材４の周辺上面にはテーパ部が形成され、
このテーパ部の上にベアリング６を介してレチクルステ
ージＲ３が取り付けられる。レチクルステージＲ３のベ
アリング６との当接部もテーパ状に形成される。レチク
ルステージＲＳの中央部にも投影視野を遮ぎらないよう
な開口が設けられ、その開口部の周囲３ケ所には下方に
突出した突出部７が設けられている。この突出部７の下
端面には大きな環状の円形板バネ９が固着され、板バネ
９の下面はコラムＣＬＭの上面から突出した３ケ所の突
出部８に固着される。この仮バネ９、突出部７．８の配
置は第３図に斜視図で示すように、仮バネ９の上面円周
を３等分する３ケ所に突出部７ａ、７ｂ、７ｃが固着さ
れ、板バネ９の下面円周を３等分する３ケ所に突出部８
ａ、８ｂ、８Ｃが固着される。

さらに各突出部７ａ、７ｂ、７ｃ、８ａ、８ｂ。

８Ｃの配置は、板バフ９の円周上で等分割（６分割）さ
れるように定められる。また板バ２９の内側開口は投影
視野を遮ぎらないような直径に定められる。このように
コラムＣＬＭとレチクルステージＲ３とを環状の板バネ
９で結合することによって、モータ２の駆動によりレチ
クルステージＲ３が上下動した場合、レチクルステージ
Ｒ３は水平方向への動きがほぼ完全に規制され、上下方
向（光軸方向）のみにしか動かない。

レチクルステージＲ３には、レチクルホルダーＲＨをレ
ベリングさせるための駆動機構が、レチクルホルダーＲ
Ｈの周辺に設けられている。第１図には１ケ所の駆動機
構のみを示すが、実際には第２図に平面的に示すように
、レチクルステージＲ３上の３ケ所に設けられる。レチ
クルホルダーＲＨのレベリングは、第２図中に示すよう
に、光軸ＡＸを中心とする円ＣＣを３等分する点Ｃ１，
Ｃ２、Ｃ３を上下動させることによって行なわれる。

この点Ｃ１、Ｃｚ、Ｃ３はレチクルホルダーＲＨから延
設した一体の点である。上記３ケ所の駆動機構はともに
同一の構造なので、ここでは１ケ所の機構のみについて
第１図、第２図及び第４回を参照して説明する。

まずレチクルホルダーＲＨの外周には、円ＣＣに向って
放射方向に延設されたロンド状の部材２０が設けられ、
この部材２０の先端側には、環状の板バネ２１の内部開
口を貫通して下方に伸びた脚部２２が一体に形成されて
いる。脚部２２の下端にはラジアルベアリング２３が回
転自在に軸支される。第１図に示すように、このベアリ
ング２３はナツト２４のテーパ部に当接しており、ナツ
ト２４を送りネジを介してモータ２５で直進移動させる
ことによって、上下方向に移動する。さて、環状の仮バ
ネ２１は円周を４等分する点の夫々で部材２０とレチク
ルステージＲ３の突出部２６とを緊締する。第２図、第
４図に示すように、部材２０と仮バネ２１との緊締は点
ＣＩに対して対称な２点Ｒ１、Ｒ２で行なわれ、仮バネ
２１と突出部２６との緊締は点Ｃ１に対して対称な２点
Ｓ、、Ｓ２で行なわれる。このように仮バネ２１を介し
てレチクルホルダーＲＨと一体の部材２０とレチクルス
テージＲ３とを緊締することによって、レチクルステー
ジＲ３に対して脚部２２、部材２０を上下動させたとし
ても、レチクルホルダーＲＨの水平方向の動きはほぼ完
全に規制される。また第１図、第４図には示してはいな
いが、ベアリング２３を常にナツト２４のテーパ部に当
接させるために、部材２０とレチクルステージＲ３との
間には所定の引張力を発するコイルバネが設けられてい
る。

さて、この仮バネ２１は例えば弾性変形していない状態
において、レチクルＲのパターンＰＡが形成された面（
通常投影レンズＰＬ側）とほぼ同一の面内に位置するよ
うに構成される。従って点Ｃ＋（Ｃｚ、Ｃ１も同様）は
板バネ２１の中心（空間的な中心）になる。すなわち、
３ケ所の仮バネ２１の夫々が弾性変形していないときの
レチクルホルダーＲＨの姿勢位置をニュートラル状態と
すると、３点Ｃ＋、Ｃ！、　Ｃｓの夫々はレチクルＲの
パターン面と同一面になるように設定される。このニュ
ートラル状態は、ナツト２４の直進移動位置中の基準点
を規定することによって容易に再現できる。

ところで、アライメント部ＲＡＳは、従来コラムＣＬＭ
に対して固定されるのが一般的であったが、本実施例で
はレチクルステージＲ３上の３点Ｘ３、Ｘｚ、Ｘｉで支
えられるように構成される。アライメント部ＲＡＳ内に
は、レチクルＲのパターンＰＡの周辺に設けられたアラ
イメント用のマーク（レチクルマーク）と、投影レンズ
ＰＬの投影像面に位置した物体（ウェハＷ又は公知のフ
ィデューシャル板）に形成されたマーク（ウェハマーク
又はフィデューシャルマーク）の投影レンズＰＬによる
逆投影像とを観察するためのミラー３０、アライメント
用対物レンズ３１等が設けられる。この対物レンズ３１
の光軸はミラー３０の折り曲げによって投影レンズＰＬ
の光軸ＡＸと平行になってレチクルＲを通るように設定
される。

対物レンズ３１によって観察されたレチクルマークの像
、又はウェハマーク（フィデューシャルマーク）の像は
像面３２に結像し、ここにテレビカメラ（ＩＴＶ）等の
撮像面を位置させることによって各マーク像が光電検出
される。その光電検出された信号（画像信号）に基づい
て、レチクルＲのみの装置に対するアライメント、又は
レチクルＲとウェハＷとの相対的なアライメントが行な
われる。向、このアライメントのためには、レチクルス
テージＲ３等を水平方向に微動させる必要があり、その
ためにはモータ２、クサビ部材４、ヘアリング５等の全
体を、コラムＣＬＭに対して水平面内で移動するＸＹθ
微動テーブル上に保持し、このＸＹθ微動テーブル上の
３ケ所に突出部８ａ、８ｂ、８Ｃを設けて、ドーナツ状
の円盤バネ（仮バネ）９と緊締すればよい。またそのＸ
Ｙθ微動テーブルのコラムＣＬＭに対する水平方向、及
び回転の位置は、Ｘ方向用の１つのレーザ干渉計とＹ方
向用の２つのレーザ干渉計とで高分解能に計測できるよ
うにするとよい。この際各レーザ干渉計の測長軸（測長
用のレーザビームの中心軸）は、ニュートラル状態にお
けるレチクルＲのパターン面とほぼ同一面内に設定する
とよい。

ところでアライメント部ＲＡＳはレチクルＲと一体にな
ってコラムＣＬＭ’（投影レンズＰＬ）に対して上下動
するが、レチクルＲは単独にレヘリングされるため、そ
のレベリング量や対物レンズ３１の焦点深度等によって
は、各マーク像が像面３２上でディフォーカスすること
がある。そこで本実施例では、レチクルＲのニュートラ
ル状態からのレベリング量に応じて、対物レンズ３１を
介した像検出系の焦点位置を調整する構成を付加する。

その具体的な一例は、第５図に制御系とともに示されて
いる。実際のアライメント光学系は第５図に示すように
、光源４０、レチクルＲのレチクルマークに絞ってアラ
イメント用の照明光を送るための視野絞り４１、対物レ
ンズ３１と共同して視野絞り４１の像をレチクルＲのパ
ターン面に結像するためのリレー系４２、照明光を対物
レンズ３２に送り、各マークからの光情報を抽出するビ
ームスプリッタ４３、及び対物レンズ３１の像面３２を
撮像素子の撮像面ＰＭにリレーするリレー系４４とで構
成される。像面３２はレチクルＲのパターン面と共役な
位置であるが、レベリングによってレチクルＲのレチク
ルマークを含む局所領域がアライメント系の光軸方向に
上下動するため、像面３２は光軸上を移動してしまう。

そこでリレー系４４（又はその一部）をモータ５０によ
って光軸方向に移動させて、レチクル只のパターン面と
撮像面ＰＭとが常に共役になるように焦点調整を行なう
。さて、公知のレベリングセンサーは、平行光束をウェ
ハＷの表面に斜めに照射する投光器５２と、ウェハＷか
らの反射光（平行光束）を集光させるレンズ５３と、レ
ンズ５３の焦点位置に設けられた４分割の受光素子５４
とで構成される。この受光素子５４からの４つの光電信
号は制御回路５５に入力し、これに基づいて制御回路５
５はウェハＷの表面の傾きの方向と量を計算して、補正
すべきレチクルＲのレベリング量を求める。そしてレチ
クルＲに与えるレベリング量に応じて３点Ｃ＋、Ｃｚ、
Ｃｉを上下動させる３つのモータ２５の夫々に最適な駆
動量を指令する。

さらにレチクルＲ全体を上下動させる必要がある場合は
、モータ２にも最適な駆動量を指令する。

演算器５６はレチクルＲのレベリング後に生じるアライ
メント系でのデフォーカスＩＩ（レチクルマークの上下
動の量に相当）を演算するために、制御回路５各で求め
られたレベリング量と、レチクルマークの光軸ＡＸ（又
は点Ｃ’ｒ、Ｃｚ、Ｃ１）からの距離等の情報を入力す
る。そして、レベリング後のデフォーカス量が許容範囲
以上であるときは、そのデフォーカス量が補正されるよ
うにモータ５０に最適な駆動量を指令する。これによっ
てリレー系４０（又はその一部）が合焦動作を行ない、
レベリング後は鮮明なコントラストでレチクルマークが
観察される。この合焦動作はモータ２５．２を駆動して
レベリング動作を行なっているときに並行して行なえる
ので、スループットを低下させることがない。

尚、第５図のアライメント光学系の構成では、撮像素子
に対して焦点調整は行なわれるものの、視野絞り４１と
レチクルＲのパターン面との焦点調整が行なわれていな
い。従って視野絞り４１に対しても同時に焦点調整する
場合は、対物レンズ３１を光軸方向に移動させるか、対
物レンズ３１とビームスプリッタ４３との間に焦点調整
用の可動レンズを配置すればよい。

次に本実施例の作用、動作を説明する。第１図に示すよ
うに露光すべきウェハＷの表面領域が投影レンズＰＬの
投影結像面（ウェハステージＷＳの移動平面）に対して
θだけ傾いているものとする。この傾き量θは第５図に
示したベアリングセンサーで検出される。投影レンズＰ
Ｌの投影倍率をＭとすると、レチクルＲは水平状態から
Ｍθだけ傾ければよいことになる。本実施例ではレチク
ルＲの中心点０＋（第１図参照）に対して等方的な３ケ
所に板バネ２１が位置し、その変形中心がレチクルＲの
パターン面とほぼ同一面内に位置した点Ｃ１、Ｃ，、Ｃ
，になるため、レチクルＲを（頃けたときに生じるレチ
クルＲの水平方向の変位は最も小さく押えられる。仮り
に１ケ所の仮バネ２１の中心点ＣＩのみを上下方向に変
位させた場合を考えると、レチクルＲの中心点０．が投
影されるウェハＷ上の点０□は、以下の式で決まる値ε
だけ水平方向に変位することになる。

ｔ＝Ｌ・　（１−ｃｏｓＭθ）／Ｍ ここでＬは点Ｃ１と中心点Ｏ５との間隔距離（円ＣＣの
半径）である。尚、この誤差量は最大値を与えるもので
はなく、最大値は露光エリアの最外周で生じる。従って
上記変位値εがウェハステージＷＳの位置決め分解能（
例えば０．０２μ鋼）を越えないような範囲でレチクル
Ｒをレベリングさせることが望ましい。もしそれ以上の
レベリング量が必要なときは、その変位値εに応じてウ
ェハステージＷＳの位置、又はレチクルＲの位置を水平
方向に補正する必要がある。ただしアライメント系によ
ってレチクルＲとウェハＷとをアライメントする場合は
、その水平方向の補正が当然に行なわれるので、レベリ
ング量の制限は機械的な可動範囲で決まることになる。

また点ＣＩのみを上下動させることによって、レチクル
Ｒの中心点０．はし・ｔａｎＭθだけ光軸ＡＸに沿った
垂直方向に変位することになる。この垂直方向の変位に
よってウェハＷ上では投影像のデフォーカスが生じるの
で、モータ２を駆動してレチクルステージＲ３をＬ−ｔ
ａｎＭθだけ上下動させる。

もちろん実際のりベリング時には点ＣＩだけではなく点
Ｃ２、Ｃ３も上下動されるため、投影された像の水平方
向の変位量εや垂直方向の変位量（デフォーカス量）は
上記各式を各点Ｃ＋、Ｃｚ、Ｃ３の夫々に対して適用し
、それらの結果を比較することによって求めること、が
できる。また投影像のデフォーカスに対する補正は、ウ
ェハステージＷＳにウェハＷを光軸方向に上下動させる
Ｚステージが設けられている場合は、このＺステージに
よって行なってもよい。

ところでレチクルＲのレベリングによって、露光エリア
の最外周の上下方向の変位量は他の部分にくらべて常に
大きくなるが、露光エリアの最外周部には通常アライメ
ントマークが配置されるため、アライメント光学系にお
いてマークの観察像がデフォーカスを起すことがある。

このためレチクルＲのレベリング量に応じてアライメン
ト系内部のリレー系４４（又はその一部）を調整する。

以上、レチクルＲのレベリング動作は、ウェハＷ上の複
数のショット領域をステップアンドリピート方式で順次
露光していく際に、リアルタイムに行なわれる。ステッ
プアンドリピート方式で各ショット領域を露光する際、
各ショット領域毎にアライメント部ＲＡＳによってレチ
クルＲとのアライメントを行なわない場合がある。すな
わち実際の露光の先立ってウェハＷ上の代表的な数ケ所
のショット領域についてレチクルＲとのアライメントを
行なって、ウェハＷ上のショット配列を精密に求めてか
ら、ウェハステージＷＳのみを、そのショット配列（予
測位置）に従ってステッピングさせては露光していく方
式である。

この場合、ウェハＷ上のショット領域によっては、その
傾き量θが極端に大きくなって、レチクルＲのレベリン
グ量も大きくなることがある。このため投影された像（
パターンＰＡ’　）水平方向のシフト量が大きくなって
重ね合わせ精度が劣化することも考えられる。そこでス
テップアンドリヒート方式で露光のみを行なっていくシ
ーケンス中で、レベリング量が過度に大きくなる場合（
像のシフト量が許容範囲以上になる場合）は、そのショ
ット領域に対してはアライメント部ＲＡＳによってレチ
クルＲとのアライメントを行なうようなシーケンスを割
り込ませるとよい。

上記実施例において、アライメント部ＲＡＳは第１図中
のレチクルステ−ＲＨ上の３点り、、Ｄｔ、Ｄｓ　　（
ｐｇは図示せず）で固定するようにしてもよい。この場
合、レチクルＲのレベリングに伴ってアライメント部Ｒ
ＡＳも傾くことになる。

そのため、アライメント系の対物レンズ３１の光軸はレ
チクルＲのパターン面に対しては常に垂直に保たれるも
のの、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに対する平行性はくず
れてしまう、これは投影レンズＰＬを介してウェハＷの
表面を観察するときのテレセン性が太き（ずれることを
意味する。

そこで、第６図に示すアライメント光学系を採用すると
よい、第６図は本発明の第２の実施例によるアライメン
ト系の光学配置を示し、第５図に示した部材と同じ機能
の部材には同一の符号を付しである。

第６図中、レチクルＲのパターン面に対して垂直から傾
いている直線Ｍ２は投影レンズＰＬのレチクルＲ側の主
光線である。主光線Ｍｆｆｉは実際には傾かないが、ア
ライメント系に対して相対的に傾いたようになるので、
説明の都合の上、主光線ＭＥを傾けである。さて、レチ
クルＲのレベリングによってアライメント系の対物レン
ズ３１の光軸が主光線Ｍｆｆｉから傾いた場合は、アラ
イメント系の光路中に設けられたバーピングガラス（ブ
レーンパラレル）６０ａ、６０ｂの夫々の角度をモータ
６１ａ、６１ｂの制御により変える。バーピングガラス
６０ａは紙面と垂直な回転軸の回りに回動し、バーピン
グガラス６０ｂは紙面内の回転軸の回りに回動する。バ
ーピングガラス６０ａ、６０ｂの回動量は、制御回路５
５からのレベリング量に応じた情報を入力する演算器６
３によって決定される。

特にバーピングガラス６０ａ、、６０ｂは、視野絞り４
１を通ってくるアライメント用照明光を２次元的にシフ
トできる位置に設けられているため、対物レンズ３１を
射出した照明光の主光線は、投影レンズＰＬの光軸ＡＸ
（又は主光線Ｍｌ）と常に平行に保たれている。すなわ
ちアライメント用の照明光の光源像が常に投影レンズＰ
Ｌの入射瞳（又は射出瞳）の中心に位置するように調整
される。

尚、バーピングガラス６０ａ、６０ｂは対物レンズ３１
とレチクルＲとの間の光路中でもよく、その他光学的な
りサビ（プリズム）にしてもよい。

さらにミラー３０が高分解能で反射角を変えられる構造
である場合は、ミラー３０の角度を任意の方向に変えて
も同様の効果が得られる。この場合ミラー３０の補正角
は、対物レンズ３０の光軸と主光線Ｍｆｆｉとの成す角
度の１／２だけでよい。

以上、第１、第２の実施例において、レチクルＲのレベ
リングは３点ＣＩ、　Ｃｔ、Ｃｓを上下動させるものと
したが、そのうち１点は固定（板バネ２１はそのまま使
う）としてもよい。さらにレチクルＲをレベリングさせ
る機構としては特開昭５９−１５４０２３号公報に開示
された姿勢制御装置を採用してもよい、この装置はマス
クを懸架状態で保持し、マスクの中心を上下方向にシフ
トさせることなく、マスクの中心を基準に任意の方向に
レベリングできるように構成されている。そこでこのよ
うな姿勢制御装置を投影露光装置に適用した場合の本発
明の第３実施例を第７図を参照して説明する。第７図は
一方向のみのレベリングに関するレチクルステージＲ３
の断面構成を示す。第７図において、レチクルＲはレチ
クルホルダーＲＨに載置されるが、このホルダーＲＨの
下部にはレチクルＲの中心点０．を通るような２つの直
線１＋、ｉｚに沿ったテーバ部７２ａ、７２ｂが形成さ
れている。そしてレチクルステージＲ３のテーバ部と、
このテーバ部７２ａ、７２ｂとの夫々の間にはバネ７０
ａ、７０ｂが設けられる。このバネ７０ａ、７０ｂは中
心点０．を中心とする円ＣＤ上に位置するように設けら
れ、円ＣＤの接線方向に弾性変形可能でかつ線ｆ１．２
２に沿った方向には横ずれかないように構成される。レ
チクルステージＲ３内にはホルダーＲＨのテーバ部７２
ａ、７２ｂをほぼ垂直に押圧する駆動ピン７１ａ、７１
ｂが設けられる。駆動ピン７１ａ、７１ｂを進退させる
ことによって、レチクルホルダーＲＨはあたかも中心点
０１を中心として傾斜振動する。

尚、レチクルホルダーＲＨを２次元的に傾斜運動させる
構造は、先の特開昭５９−１５４０２３号公報を参照す
れば容易に理解できよう。

さて、このようなレベリング機構の場合、ウェハＷの被
露光面と結像面との傾き量θを補正するために、レチク
ルＲをレベリングさせたときに生じるレチクルＲの水平
方向の変位は、露光エリアの最外部０３について考えれ
ばよい、すなわち、レチクル只の中心点ＯＩから点０．
までの距離をＬ′　とすると、ウェハＷ上で生じる像シ
フト量ε″は次式で規定できる。

ｔ’　−Ｌ’−（１−ｃｏｓＭθ）／Ｍこの量ε′は第
１図のレベリング機構で生ずる変位量εにくらべて小さ
くなることは構造上明らかである。なぜなら、Ｌ＞Ｌ’
　だからである。このため本実施例によれば、先の実施
例にくらべてレベリング量の許容範囲が大きく取れると
いった利点がある。また本実施例の場合、レチクルＲの
中心Ｏ３は上下動しないため、レチクルステージＲ３を
上下動させる必要性は少ない。またアライメント部ＲＡ
Ｓの取り付けは第１又は第２の実施例と同様であるため
、アライメント系の焦点調整機構や像（照明光束）のシ
フト機構は必要である。

以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明はそれに
限定されるものではなく、投影光学装置−ａに広く利用
できるものである。

尚、本発明の各実施例において使用したレベリングセン
サーはウェハの表面の仮悲の基準平面（装置製造時に設
定したウェハステージの移動平面等）に対する傾きを検
出するもので、レチクルのパターンの投影像面に対する
傾きを直接検出するものではない。理想的にはレチクル
のパターンの投影像面とウェハ表面との傾きを直接検出
するレベリングセンサーを用いることがよいことは言う
までもない。

また、レチクルをレベリングする駆動系としてピエヅ素
子を使用するようにしてもよい。

さらに、露光用照明光学系の内部に、レチクル上の所定
の回路パターン領域のみを選択的に照明するための照明
視野絞り（レチクルブラインド）が設けられ、この視野
絞りの像をメインコンデンサーレンズ等を介してレチク
ルに結像させる構成の露光装置においては、レチクルの
レベリングに応じて視野絞り全体もレベリングさせるよ
うにするとよい。

（発明の効果） 以上、本発明によれば、感光基板上の投影すべき領域の
表面が、投影光学系の焦点深度、像面湾曲からみて許容
できない程度にウネリ又は傾斜している場合、マスク（
レチクル）側をその傾斜に対応した量だけ傾けるように
したので、感光基板にステンブアンドリピート方式で投
影露光する際、各露光ショット毎に最良の結像特性でパ
ターンの転写が行なわれる。しかも−最にマスク側はウ
ェハステージのように大きなストロークで水平移動する
ことはないので、レベリング機構の安定性が増すことに
なる。また、投影光学系の縮小率が１以下（例えば１１
５、ｌ／１０等）の場合、投影光学系の像面側（感光基
板側）で必要な傾き量θに対して、マスク側では縮小率
の逆数（Ｍ＝５．１０）倍だけレベリング量が拡大され
ることになるため、レベリング時の制御性や分解能がＭ
倍だけ向上することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による投影露光装置の構
成を示す断面図、第２図はレベリング°機横の平面的な
配置を示す平面図、第３圀はコラムとレチクルステージ
とを緊締する環状の円形板バネの構成を示す斜視図、第
４図はレベリング機構の主要部分を拡大して示す斜視図
、第５図はアライメント光学系の合焦機構を含むレベリ
ング機構の制御系を示すブロック図、第６図は本発明の
第２の実施例によるアライメント光学系の構成を示す回
、第７図は第３の実施例によるレベリング機構の構成を
示す断面図である。 （主要部分の符号の説明）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクに形成されたパターンを感光性基板の所定
   領域に投影する投影光学系と、前記マスクのパターンと
   前記感光性基板の所定領域とを位置合わせする手段とを
   有する装置において、 前記マスクのパターンの前記投影光学系による像面と前
   記感光性基板の所定領域表面との相対的な傾き量に関す
   る情報を検出する傾き検出手段と； 前記マスクを保持して、所定の水平面に対して任意方向
   に傾斜可能なマスク保持部材と； 前記検出された傾き量に応じて前記マスク保持部材の傾
   斜運動を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする
   投影光学装置。
2. （２）前記マスクのパターンと前記感光性基板の所定領
   域とを位置合わせする手段は、 前記マスクに形成されたアライメント用のマークと前記
   感光性基板に形成されたアライメント用のマークとを光
   学的に検出するアライメント光学系を有し、該アライメ
   ント光学系は前記マスク保持部材による前記マスクの傾
   斜量に応じて前記マークの検出状態を最良に調整する光
   学的調整部材を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の装置。
3. （３）前記アライメント光学系は前記マスク保持部材と
   一体に傾斜運動可能に設けられ、前記調整部材は該傾斜
   運動に応じて前記アライメント光学系の光路の一部を傾
   けることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置
   。
4. （４）前記アライメント光学系は前記マスク保持部材と
   は別体の装置上に設けられ、前記調整部材は前記マスク
   の傾斜運動に応じて前記アライメント光学系の焦点調整
   を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   装置。