投影露光装置
【課題】裏面マークとレチクルマークとのアライメントにより、レチクルと感光性基板との位置合わせを行い、投影露光することが可能な露光方法を提供する。
【解決手段】感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクルＲ上のパターンを、投影光学系１７を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークＲＭと共役な位置に第１の基準マークＦＭ１を設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に裏面マークと共役な位置に第２の基準マークＦＭ２を設けると共に、それらを計測する第２の計測センサが配置されており、第１の基準マーク及び、第２の基準マークが基板ステージ上の感光性基板の厚さに対応する距離に配置されている投影露光装置を提供する。
【解決手段】感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクルＲ上のパターンを、投影光学系１７を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークＲＭと共役な位置に第１の基準マークＦＭ１を設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に裏面マークと共役な位置に第２の基準マークＦＭ２を設けると共に、それらを計測する第２の計測センサが配置されており、第１の基準マーク及び、第２の基準マークが基板ステージ上の感光性基板の厚さに対応する距離に配置されている投影露光装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置やプリント基板、ＬＣＤ、ＭＥＭＳの生産等に使用される投影露光方法に関するものであり、さらに詳細には、基板の裏面に設けられた裏面マークとレチクル上のレチクルマークの位置合わせを行い、レチクルパターンを感光性基板上に投影露光する投影露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワートランジスタ、マイクロマシンまたはプリント基板等の製造においては、マスクのパターンを正確にシリコンウエハ、エポキシ樹脂等の感光性基板の所定の位置に露光することが重要である。上述の位置合わせは、通常、レチクル及び感光性基板のアライメントマークを重ね合わせるようにして行っている。特に、ある製造工程においては、感光性基板の両面にパターンを焼き付けることがあり、裏面のパターンに対する表面のパターンの位置を正確に合わせることが重要である。
【０００３】
すなわち、表面にパターン形成された感光性基板を裏返して、裏側の面に露光してパターンを作る際、上記パターン形成済の面（裏返すことにより露光面に対し裏面側になる）に付された裏面マークとレチクルのレチクルマークの位置合わせを行い、裏面と表面のパターンの位置合わせを行う必要がある（以下、このようなアライメントを裏面アライメントという）。上記位置ズレの精度は、例えば、マイクロマシンの製造工程においては、線幅の微細化により、近年では０．５μｍ以下が要求される。
【０００４】
従来より、この種の装置に於いて、上述の裏面アライメントは感光性基板の厚さ分、アライメント光学系のフォーカス位置が異なるという問題がある。これを解決する手段としては、特開昭６３−２４６１８（特許文献１）や特開平９−１１５８１２（特許文献２）が知られている。どちらの特許文献においても、感光性基板をレチクルと検出光学系との間から退避させた状態で、検出光学系によりレチクルのレチクルマークを検出してレチクルの位置合せを行ない、次に基板をレチクルと検出光学系との間に位置付けた状態で、検出光学系により基板の裏面マークを検出して基板の位置合せを行なう。
【０００５】
特許文献１では、レチクルのレチクルマークを検出するとき、及び基板の裏面マークを検出するときの双方において、検出光学系の基準面に位置合せマークが結像する様に、検出光学系のレンズを動かす方法を取っている。
【０００６】
一方、特許文献２では、レチクルのレチクルマークを検出するとき、及び基板の裏面マークを検出するときに、（１）基板ステージをＺ方向に動かす、（２）基板の厚さに対応した透明部材を出し入れする、（３）投影光学系及び／またはレチクルをＺ方向に動かすことで、検出光学系の基準面に位置合せマークが結像する様に制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２４６１８
【特許文献２】特開平９−１１５８１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の方法では、基板の厚さ分フォーカスを制御するため、レンズをＺ方向に駆動する必要があり、メカのガタ等によるドリフトが大きくなるという問題がある。更に、アライメント光学系はＸＹ及びθ方向の計測の為、少なくとも２つ配置しなければならず、Ｚ方向に駆動機構を有する光学系はコストアップになるという問題もある。
一方、特許文献２の方法では、レチクルマークのアライメントを行なった後に、（１）基板ステージをＺ方向に動かす、（２）基板の厚さに対応した透明部材を出し入れする、（３）投影光学系及び／またはレチクルをＺ方向に動かす必要がある。この駆動を行なう場合も、基板の厚さに対応する距離だけ基板ステージや光学部材等を動かす必要があり、Ｚ方向駆動によるＸＹ方向のドリフトや透明部材の挿入時の傾き誤差、投影光学系及び／またはレチクルのＺ方向駆動によるＸＹ方向のドリフトが大きくなるという問題が発生する。
【０００９】
例えば、感光性基板としてウェハを用いた場合、ウェハの厚さは７００μｍ±７５μｍ程度である。上述の方法では、この分Ｚ方向への機構の駆動が必要となる。ＸＹ方向の必要精度を０．５μｍとすると、０．７ｍｒａｄ程度のＸＹドリフト量に抑える必要がある。これを実現する為の機構は非常に高価なものとなることは、容易に想像できる。これを基板ステージで行なう場合であるが、通常の露光装置に必要なＺ駆動のストロークは、５００μｍ程度とされている。一般的な基板ステージのＺ駆動には、ＸＹ方向のシフトが少なく、小スペースで設計できる板バネが使われることが多いが、裏面アライメントに合わせた駆動ストロークを持たせることで、板バネの歪が倍に大きくなり、固定しているネジ部でのＸＹドリフトや基板ステージ自体の歪も大きくなる。駆動ストロークを大きくするとういうことは、この様に、更なる精度悪化や、スループットの低下を招く恐れもある。
【００１０】
また、従来の方法では、裏面アライメント光学系によりレチクル上のレチクルマークをアライメントする。即ち、レチクルマークのウェハ面上投影像をリレー光学系によりリレーし、その共役な位置に検出光学系を配置する必要がある。しかし、レチクルマークのウェハ面上投影像の共役位置は、ウェハステージの駆動位置と干渉するので、実質的に、検出光学系を配置することは難しいという問題もある。
【００１１】
本発明は上述の従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、基板の厚さ分、各機構部分を駆動させなくても、裏面マークとレチクルマークとのアライメントにより、レチクルと感光性基板との位置合わせを行い、感光性基板上にレチクルパターンを投影露光することが可能な露光方法を提供することを目的とする。
【００１２】
更には、レチクルマークのウェハ面上投影像を観察する共役位置に裏面アライメント光学系を配置しなくても、裏面マークとレチクルマークとのアライメントにより、レチクルと感光性基板との位置合わせを行い、感光性基板上にレチクルパターンを投影露光することが可能な露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の手段においては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に第１の基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に第２の基準マークを設けると共に、それらを計測する第２の計測センサが配置されており、前記第１の基準マーク及び前記第２の基準マークを基板ステージ上の前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。
【００１４】
ここで図４を用いて、本発明に係る第１の手段の概要を説明する。図４は、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭと第１基準マークＦＭ１との共役関係、及びウェハＷ裏面に存在するウェハマークＷＭと第２基準マークＦＭ２との共役関係を示したものである。レチクルアライメント顕微鏡１４は、レチクルマークＲＭと共役な関係にあるマークのアライメントが可能な光学系であり、図４（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２が、ウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。
【００１５】
実線で示された光束は、ウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とが共役な関係にあることを示している。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ１とを、レチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作により、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１の位置関係を計測することができる。
【００１６】
図５（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１０１から出力された照明光は、レンズ１０２、ハーフミラー１０３及びレンズ１０４によりレチクルマークＲＭを照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）により基準マークＦＭ１上も照射する。レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１からの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１０３を透過した光束が、レンズ１０５により計測センサ１０６上に導かれる。図を見て分かる様に、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１は、計測センサ１０６面に対して共役な位置関係にあるので、レチクルマークＲＭの投影像と基準マークＦＭ１の投影像とが計測センサ１０６上に投影されることになる。
【００１７】
図５（Ｂ）にはレチクルマークＲＭ、基準マークＦＭ１、及び共役位置に無い基準マークＦＭ２のパターン形状（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図５（Ｃ）の上図では計測センサ１０６上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは説明を簡単にする為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１０６は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを、図５（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図５（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１は鮮明な像となって表れるが、非共役位置にある基準マークＦＭ２は、デフォーカスによりアライメント精度に影響が無いレベルとなっているのが確認できる。
【００１８】
ここで、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２を同じ形状にして重ね合せている理由は、両マーク共に基準マーク２２上に形成されているので、デフォーカス量や位置が変化することが無い。よって、投影光学系のＮＡ条件等で、基準マークＦＭ２のデフォーカス像がアライメント精度に影響があった場合でも、一定のオフセットとなり、システムオフセットして取り除けば、アライメント再現性としては影響が出ない為である。
【００１９】
次に図４（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置したときの、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いて、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。基準マークＦＭ２は、上述の基準マークＦＭ１が描画された基準マーク２２のガラスプレートの反対面に描画されているので、ガラスプレートがピッチングまたはローリング誤差を持たない限り、その位置関係がずれることは無い。即ち、ウェハ裏面アライメント光学系２３により基準マークＦＭ２をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ１との位置関係を計測することとなり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。
【００２０】
更に、図４（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２が共役な関係にあることを実線で示している。即ち、基準マークＦＭ２に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに計測したズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけ、ウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。
【００２１】
図６（Ａ）では、基準マークＦＭ２を裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１０７から出力された照明光は、レンズ１０８、ハーフミラー１０９及びレンズ１１０により基準マークＦＭ２を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ２及びウェハ裏面マークＷＭの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１０９を透過した光束が、レンズ１１１により計測センサ１１２上に導かれる。図を見て分かる様に、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とは、計測センサ１１２面に対して共役な位置関係にあるので、ウェハ裏面マークＷＭの投影像と基準マークＦＭ２の投影像とが計測センサ１１２上に投影されることとなる。
【００２２】
図６（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭ、基準マークＦＭ２、及び共役位置に無い基準マークＦＭ１のパターン形状（基準マークは黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図６（Ｃ）の上図では、計測センサ１１２上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１１２は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを、図６（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図６（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるウェハ裏面マークＷＭ及び基準マークＦＭ２は鮮明な像となって表れるが、非共役位置にある基準マークＦＭ１は、デフォーカスによりアライメント精度に影響が無いレベルとなっているのが確認できる。
【００２３】
上述の様に、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２共に基準マーク２２上に形成されているので、デフォーカス量や位置が変化することが無い。よって、基準マークＦＭ１のデフォーカス像がアライメント精度に影響があった場合でも、一定のオフセットとなり、システムオフセットして取り除けば、アライメント再現性としては影響が出ないことが分かる。
【００２４】
図４（Ｃ）では、Ｄ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。
【００２５】
この様に、第１の基準マークＦＭ１及び第２の基準マークＦＭ２を、基板ステージ上の感光性基板の厚さに対応する距離に配置しているので、図４、図５、図６で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１のアライメント位置、並びに基準マークＦＭ２及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。
【００２６】
次に、同等の効果が期待できる第２の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと、基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと前記基準マークを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及び前記裏面マークを計測する第２の計測センサを配置する様にした。
【００２７】
ここで図７を用いて、第２の手段の概略を説明する。図７はレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１の共役関係、並びにウェハＷ裏面に存在するウェハ裏面マークＷＭ及び基準マークＦＭ１の共役関係を示したものである。レチクルアライメント顕微鏡１４は、レチクルマークＲＭと共役な関係にあるマークのアライメントが可能な光学系であり、図７（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２が、ウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。
【００２８】
実線で示された光束は、ウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とが共役な関係にあることを示している。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ１とをレチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作によりレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１との位置関係を計測することができる。尚、詳細説明はＦＭ２が存在しないこと以外は、図５の説明内容と同じなので、ここでは省略する。
【００２９】
次に、図７（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置した場合の、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いて、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ１とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。２焦点光学系の搭載されたウェハ裏面アライメント光学系２３により、基準マークＦＭ１をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ１との位置関係を計測することとなり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。
【００３０】
更に、図７（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ１との共役条件が、２焦点光学系（ここでは２焦点レンズ２５を説明用に使用している）により、実線と点線の２つの光束に分かれていることを示している。後述するが、どちらの光束も計測センサ面では共役な関係にある。即ち、基準マークＦＭ１に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに、計測されたズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハＷ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。
【００３１】
図８では、第２の手段に第４の手段を適用した場合について説明する。図８（Ａ）では、基準マークＦＭ１を裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１１３から出力された照明光はレンズ１１４、ハーフミラー１１５、及び２焦点レンズ２５により基準マークＦＭ１を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ１及びウェハ裏面マークＷＭの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１１５を透過した光束が、レンズ１１６により計測センサ１１７上に導かれる。ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’は、２焦点レンズ２５により、計測センサ１１７面に対して共役な位置関係にあることを、図８（Ａ）の光束（点線で示す）で表している。更に、基準ＦＭ１も２焦点レンズ２５により計測センサ１１７面に対して共役な位置関係となる（実線で示す）ので、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１の投影像とが、計測センサ１１７面上に投影されることとなる。
【００３２】
ここで、２焦点レンズ２５について少し詳しく説明する。２焦点レンズとは、方解石という複屈折（透明な方解石を通して向こう側を見ると二重に見える光学的特徴）をおこす鉱物を用いたレンズであり、偏光方向に依存した２つの焦点を有する。照明光がランダム偏光なので、２焦点レンズ２５により２つの焦点が形成されている。一方の偏光が実線の光束を示し、それに直交するもう一方向の偏光が点線の光束を示している。共に計測センサ１１７面と共役な条件にすることができる。
【００３３】
図８（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’、及び基準マークＦＭ１のパターン形状（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図８（Ｃ）の上図では、計測センサ１１７上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１１７は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図８（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図８（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるウェハ裏面マークＷＭ、及び基準マークＦＭ１が鮮明な投影像となっているのが確認できる。尚、第１実施例と異なり、ＦＭ２が存在していないので、基準マークＦＭ１の位置とウェハ裏面マークＷＭの位置とを干渉しない様にすることが可能となる。
【００３４】
図７（Ｃ）では、Ｄ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。
【００３５】
この様に、２焦点光学系の焦点を感光性基板の厚さに対応する距離だけ離れる様に設計しているので、図７、図８で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とのアライメント位置、及び基準マークＦＭ１とウェハ裏面アライメント光学系２３とのアライメント位置は、ベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。
【００３６】
尚、図７、図８による説明では、２焦点光学系を裏面アライメント光学系２３内に設けているが、リレー光学系２４内に２焦点光学系を設置しても同様の効果が得られるのは言うまでもない。これは、ウェハ裏面アライメント光学系２３及びリレー光学系２４を合わせて、アライメント光学系としての機能が得られる為である。
【００３７】
同様の効果が期待できる手段として、第３の手段では、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、基板ステージ上の前記裏面マークと共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及びレチクルマークを計測する第２の計測センサを配置する様にした。
【００３８】
ここで、図９を用いて、第３の手段の概要を説明する。図９は、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２、並びにウェハＷ裏面に存在するウェハマークＷＭ及び基準マークＦＭ２の共役関係を示したものである。図９（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２がウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。
【００３９】
更に、第３の手段に第４の手段を適用した場合であるが、図９（Ａ）ではウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２との共役関係が２焦点光学系（ここでは２焦点レンズ２６を説明用に使用している）により、実線と点線の２つの光束に分かれていることを示している。後述するが、どちらの光束も計測センサ面では共役な関係にある。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ２とをレチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作によりレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２との位置関係を計測することができる。
【００４０】
図１０（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１１８から出力された照明光は、レンズ１１９、ハーフミラー１２０、及び２焦点レンズ２６によりレチクルマークＲＭを照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）により基準マークＦＭ２上も照射する。レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２からの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１２０を透過した光束が、レンズ１２１により計測センサ１２２上に導かれる。図を見て分かる様に、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２とは、２焦点レンズ２６により、計測センサ１２２面に対して共役な位置関係にあるので、レチクルマークＲＭの投影像と基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とが計測センサ１２２上に投影されることになる。
【００４１】
図１０（Ｂ）には、レチクルマークＲＭ（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）、及び基準マーク投影像ＦＭ２’を示しており、図１０（Ｃ）の上図では、計測センサ１２２上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１２２は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１０（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１０（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるレチクルマークＲＭ、及び基準マークＦＭ２が鮮明な投影像となっているのが確認できる。
【００４２】
次に図９（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置した場合の、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いてウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。ウェハ裏面アライメント光学系２３により基準マークＦＭ２をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ２との位置関係を計測することになり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。
【００４３】
更に、図９（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とが共役な関係にあることを実線で示している。即ち、基準マークＦＭ２に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに、計測させたズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハＷ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。尚、詳細説明については、ＦＭ１が存在しないこと以外は、図６の説明内容と同じなので、ここでは省略する。
【００４４】
そして、図９（Ｃ）ではＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。
【００４５】
この様に、２焦点光学系の焦点を感光性基板の厚さに対応する距離だけ離れる様に設計しているので、図９、図１０で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２のアライメント位置、並びに基準マークＦＭ２及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。
【００４６】
尚、２焦点レンズとして複屈折を用いた２焦点レンズ２５、２６を示したが、その他にも第５の手段として、２焦点光学系は軸上色収差を有する光学系であり、２つの異なる照明波長を用いれば、同様の効果を得ることができる。一般にウェハ表面に存在するマークを計測する場合、マークはレジスト等、感光性材料を介してアライメントが行われる。その為、レジスト膜厚による干渉縞の発生を抑える白色波長や、感光させる波長が使用できない等の制約より、長波長（０．５〜０．８μｍ程度の波長帯域）がアライメント用照明波長として使われる。
【００４７】
しかし、感光性基板の裏面にあるマークにはレジスト等のアライメント精度に影響を与えるものが無い為、短波長、単波長等、あらゆる波長を選択することが可能となる。例えば２つの波長を用いて光学設計を行う際、感光性基板の厚さ分だけ軸上の色収差が発生する様にすれば、図７及び図１０の実線と点線で示した光束の様な２焦点光学系を設計することが可能となる。但し、この場合、波長に応じて倍率色収差も発生する。よって、それぞれのマークをレンズ中心でアライメントするか、中心からの距離に応じた倍率色収差のソフトウェアによる補正等を考える必要がある。尚、この方法では、非計測面手前の対物レンズだけで２焦点レンズを構成する必要は無く、レチクルアライメント顕微鏡１４やウェハ裏面アライメント光学系２３内の全てのレンズにより、２つの焦点を発生させれば良い。但し、投影光学系を通る光は露光波長にする必要がある。
【００４８】
第４の手段及び第５の手段どちらに於いても、２焦点を形成する光束は殆ど同じ場所を通るので、光学レンズ等の熱によるドリフト等が生じた場合であっても、両光束に同じ量の誤差が発生する。よって、光学系のテレセン（傾き）が変化しない限り、２焦点のＸＹ方向の位置が変わることが無く、安定したアライメント精度を得ることができる。
【００４９】
次に、第２の手段の２焦点光学系と同様の効果を得ることができる第６の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な基板ステージ上の位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。
【００５０】
第６の手段の概略を説明するが、具体的な原理は、図７を用いて説明しているので、ここでは省略する。異なる部分は図８で説明したウェハ裏面アライメント光学系２３の構成についてであり、図１１にて説明を行う。図１１（Ａ）では、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１とをウェハ裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１２３から出力された照明光は、レンズ１２４、ハーフミラー１２５、及びレンズ１２６により基準マークＦＭ１を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ１及びウェハ裏面マークＷＭからの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１２５を透過しレンズ１２７で導かれた光束のうち、ハーフミラー１２８を透過した光束が計測センサ１２９上に導かれる。一方、ハーフミラー１２８で反射した光束は、計測センサ１３０上に導かれる。
【００５１】
図を見て分かる様に、計測センサ１２９は、基準マークＦＭ１に対して計測センサ１２９の面が共役な位置関係（実線で示す）になる様に設置されており、計測センサ１３０は、ウェハ裏面マークの投影像ＷＭ’に対して計測センサ１３０の面が共役な位置関係（点線で示す）になる様に設置されている。よって、基準マークＦＭ１の投影像が計測センサ１２９上に投影され、ウェハ裏面マークＷＭの投影像が計測センサ１３０上に投影されることになる。
【００５２】
図１１（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）とを示しており、図１１（Ｃ）の上左図では、計測センサ１２９上での基準マークＦＭ１の投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１２９は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１１（Ｃ）の上左図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１１（Ｃ）の下左図で示している。ここにはウェハ裏面マークＷＭの投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、基準マークＦＭ１の計測に影響が無いのが確認できる。また、図１１（Ｃ）の上右図では、計測センサ１３０上でのウェハ裏面マークＷＭの投影像を示している。この計測センサ１３０は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１１（Ｃ）の上右図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１１（Ｃ）の下右図で示している。ここには基準マークＦＭ１の投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、ウェハ裏面マークＷＭの計測に影響が無いのが確認できる。
【００５３】
これら計測センサ１２９により検出された基準マークＦＭ１の位置と、計測センサ１３０により検出されたウェハ裏面マークＷＭの位置の相対ズレ量を求めることで、図７、図８で説明した内容と同様の効果が期待できる。尚、一般的にセンサを２つに分けた場合、その両方のセンサ位置がドリフトすることでアライメント誤差が発生する。しかし、この方法では、ハーフミラー１２８よりも基準マークＦＭ１側は全て光学系を共有しているので、光学系にドリフトが発生しても同じ誤差となり、相対的誤差にはならない。又、ハーフミラー１２８よりも計測センサ側は拡大倍率が大きく、計測センサとしても２次元ＣＣＤを用いているので、アライメント誤差としては影響が少ない（例えば、投影倍率が２０倍ならば、メカニカルなドリフトの影響は１／２０となる）。
【００５４】
次に、第３の手段の２焦点光学系と同様の効果を得ることができる第７の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記裏面マークと基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。
【００５５】
第７の手段の概略を説明するが、具体的な原理は、図９を用いて説明しているので、ここでは省略する。異なる部分は、図１０で説明したレチクルアライメント顕微鏡１４の構成についてであり、図１２にて説明を行う。図１２（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１３１から出力された照明光は、レンズ１３２、ハーフミラー１３３、及びレンズ１３４により基準マークＦＭ２を照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）によりレチクルマークＲＭ上も照射する。基準マークＦＭ２及びレチクルマークＲＭからの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１３３を透過しレンズ１３５で導かれた光束のうち、ハーフミラー１３６を透過した光束が計測センサ１３７上に導かれる。一方、ハーフミラー１３６で反射した光束は、計測センサ１３８上に導かれる。
【００５６】
図を見て分かる様に、計測センサ１３７は基準マークの投影像ＦＭ２’に対して計測センサ１３７の面が共役な位置関係（実線で示す）になる様に設置されており、計測センサ１３８はレチクルマークＲＭに対して計測センサ１３８の面が共役な位置関係（点線で示す）になる様に設置されている。よって、基準マークＦＭ２の投影像が計測センサ１３７上に投影され、レチクルマークＲＭの投影像が計測センサ１３８上に投影されることとなる。
【００５７】
図１２（Ｂ）には、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図１２（Ｃ）の上左図では計測センサ１３８上でのレチクルマークＲＭの投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１３８は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１２（Ｃ）の上左図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１２（Ｃ）の下左図で示している。ここには基準マークＦＭ２の投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、レチクルマークＲＭの計測に影響が無いのが確認できる。
また、図１２（Ｃ）の上右図では、計測センサ１３７上での基準マークＦＭ２の投影像を示している。この計測センサ１３７は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１２（Ｃ）の上右図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１２（Ｃ）の下右図で示している。ここにはレチクルマークＲＭの投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、基準マークＦＭ２の計測に影響が無いのが確認できる。
【００５８】
これら計測センサ１３８により検出されたレチクルマークＲＭの位置と、計測センサ１３７により検出された基準マークＦＭ２の位置の相対ズレ量を求めることで、図９、図１０で説明した内容と同様の効果が期待できる。尚、一般的にセンサを２つに分けた場合、その両方のセンサ位置がドリフトすることでアライメント誤差が発生する。しかし、この方法では、ハーフミラー１３６よりもレチクルマークＲＭ側は全て光学系を共有しているので、光学系にドリフトが発生しても同じ誤差となるので、相対的誤差にはならない。又、ハーフミラー１３６よりも計測センサ側は拡大倍率が大きく、計測センサとしても２次元ＣＣＤを用いているので、アライメント誤差としては影響が少ない（例えば、投影倍率が２０倍ならば、メカニカルなドリフトの影響は１／２０となる）。
【発明の効果】
【００５９】
以上の様に、本発明では第１の手段から第７の手段のうちの一つを用いて感光性基板の厚さに対応する様にしている。これらの方法により、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭのアライメント位置、並びに基準マークＦＭ及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。しかし、一つの方法で行なわなくても、第１の手段から第７の手段の少なくとも２つを組み合わせることで同様の効果が期待できる。例えば、第１手段を用いる場合に、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２とが重なる可能性がある。これは基準マーク２２のプレートの厚さを大きくすれば解消するが、それではウェハの厚さに対応できない。そこで第６または第７の手段を用いて、計測センサを２つに分けて、それぞれの基準マークＦＭ１とＦＭ２とを別々の計測センサで計測すれば良い。僅かなドリフト誤差が発生しても、マーク同士が重なることによる問題は解決できる。
【００６０】
例えば、第２の手段または第３の手段で２焦点光学系を用いた場合、ウェハの厚さに対応する様に２焦点光学系を設計すると、設計が難しく色々な制約を受ける可能性もある。そこで、設計し易い２焦点光学系のＺ方向の距離とウェハの厚さの差分を、第６又は第７の手段を用いて、計測センサを２つに分けて、それぞれの基準マークＦＭ１とＦＭ２とを別々の計測センサで計測する様にしても良い。僅かなドリフト誤差が発生しても、２焦点光学系の設計自由度は大きくなる。
【００６１】
勿論、計測センサを２つに分けることに問題があるならば、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２とを設け、２焦点光学系のＺ方向の距離と、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２のＺ方向の距離との差がウェハの厚さとなる様に設計すれば、同様の効果が期待できる。この様に、第１の手段から第７の手段を少なくとも２つ組み合わせることで、コスト、メカニカルな精度、装置の配置の為のスペース条件等、さまざまな用途に対応できる上に、一つの方法で実現する場合と同等の効果が期待できる。
【００６２】
更に、第１の手段から第７の手段までは、一つの手段を用いて感光性基板の厚さに対応する様にしているが、感光基板の厚さは一定ではなく、第１の手段から第７の手段ではそれ以外の長さに設定することも可能である。例えば、ウェハの厚さの半分に設定した場合でも、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が半分で良いことになり、従来技術より高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更に、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭのアライメント位置、並びに基準マークＦＭ及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるという効果は得ることができる。よって、完全にウェハの厚さに対応する条件としなくても、本発明の効果を用いることになるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１実施形態の説明図。
【図２】第２実施形態の説明図。
【図３】第３実施形態の説明図。
【図４】（Ａ）第１の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第１の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第１の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。
【図５】（Ａ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。
【図６】（Ａ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。
【図７】（Ａ）第２の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第２の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第２の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。
【図８】（Ａ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。
【図９】（Ａ）第３の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第３の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第３の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。
【図１０】（Ａ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。
【図１１】（Ａ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。
【図１２】（Ａ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。
【図１３】第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が２本ある時の説明図。
【図１４】（Ａ）第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が１本の時の右マーク検出。（Ｂ）第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が１本の時の左マーク検出。
【図１５】（Ａ）第１実施形態でウェハ厚が標準の時のリレー光学系の側面図による説明図。（Ｂ）第１実施形態でウェハ厚が標準より薄いときの説明図。
【図１６】（Ａ）第２実施形態でウェハ裏面アライメント光学系による左マーク検出。（Ｂ）第２実施形態でウェハ裏面アライメント光学系による右マーク検出。
【図１７】（Ａ）第２実施形態でリレー光学系の側面図による左マーク検出を示した図。（Ｂ）第２実施形態でリレー光学系の側面図による右マーク検出を示した図。
【図１８】（Ａ）第３実施形態のウェハ裏面アライメント光学系によるベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態のウェハ裏面アライメント光学系による裏面マーク検出図。
【図１９】（Ａ）第３実施形態で第１の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第１の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。
【図２０】（Ａ）第３実施形態で第２の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第２の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。
【図２１】（Ａ）第３実施形態で第３の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第３の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。
【図２２】第１の手段を用いた時に基準マークＦＭ１とＦＭ２の形状を変えた時の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
次に、図１を用いて、本発明を実施する際に用いられる第１形態の投影露光装置について説明する。制御装置１は、ステージ制御装置２、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５に指令を出し、一連の制御を行うメイン制御システムである。
【００６５】
この投影露光装置のシステムを簡単に説明していくと、ｉ線やｈ、ｇ線に代表されるレジストを感光可能な露光波長を射出する超高圧水銀灯６から射出された光束は、楕円鏡７により偏向され、照明均一手段であるロッド光学系９の入射面に集光される。ロッド光学系の入射手前には、上述の露光量制御装置５により制御される露光用シャッター８があり、露光開始の指令情報及び、積算露光量モニター（図示せず）の結果に基づく露光終了情報により開閉が制御されている。
【００６６】
ロッド９から射出される均一化された照明光は、リレー光学系（レンズ１０、ダイクロイックミラー１１、レンズ１３）によりレチクル上で所定の大きさに拡大され、所定の照明σでレチクルＲ上を照明する。その際、リレー光学系内には上述の照明σを決定する開口絞り１２が瞳位置に設置されており、レチクルＲの直上にはレチクルの視野を決定するブラインド１５が設置されている。共に、上述の開口部制御装置４により制御される。
【００６７】
レチクルＲであるが、レチクルステージ１６上に設置され、レチクルＲ上に配置された上述のレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲ（上述では１つのレチクルマークＲＭで説明したが、ここではレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒそれぞれに対応した２つのレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲを用いる）が、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置に、レチクルＲまたはレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒを相対的に移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３により、ＸＹ及びθ方向にレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対するレチクルＲのアライメント動作が行なわれる。
【００６８】
レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対して正確にレチクルが設置された状態で、図４（Ａ）、図７（Ａ）、図９（Ａ）で説明した通り、ステージ制御装置２はウェハステージ２１Ａ上に設置された基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ上のマークを、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ａを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルＲ位置と基準マーク２２位置のアライメントを実行する。
【００６９】
次に、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した通り、ステージ制御装置２は、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを観察できる位置にウェハステージ２１Ａを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒとのアライメントを実行する。この一連の動作により、制御装置１はレチクルパターンの投影像の位置とウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒの計測位置との距離（ベースライン量）とを算出する。
【００７０】
上述のレチクルアライメントとベースライン量との計測は、レチクルを交換した際に必ず行われる動作であり、その後、ウェハステージ２１Ａ上のウェハホルダ２０ＡにウェハＷが搭載される。ウェハＷの裏面には、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで観察できる位置に、ウェハ裏面マークＷＭＬとウェハ裏面マークＷＭＲとが描画されている。尚、図１では、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒからの照明光が基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを透過し、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒでそれぞれ２回偏向されて、ウェハ裏面のウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲを照射し、その反射戻り光をウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで受光している様子を、点線を用いて簡略的に示している。詳細については、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）を用いて説明しているので、ここではシーケンスに関する説明は省略する。
【００７１】
図１３には、ウェハステージ２１Ａ上のウェハホルダ２０Ａと、ウェハホルダ２０Ａの左右の切欠き部を利用して、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒに、ウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲの画像をリレーするウェハステージ２１Ａに埋め込まれて配置されたリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒとを示し、更には、基準マーク２２Ｌ、２２Ｒとウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒとの位置関係を平面図で示している。また、図１５は、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒ及び基準マーク２２Ｌ、２２Ｒの構造及び共役関係を説明する為の、第１の手段で説明した発明を例とした側面から見た断面図である。尚、レチクルアライメント顕微鏡１４については、図５、図１０、図１２で説明しており、ウェハ裏面アライメント光学系２３についても、図６、図８、図１１で説明しているので、ここでは説明を省略し、アライメント光学系を構成する、基準マーク２２、リレー光学系２４についての説明を中心に行う。
【００７２】
図１５（Ａ）で示した様に、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒは、２つの反射ミラー２７、３０とリレーレンズ２８、２９とで構成されており、ウェハ裏面マークＷＭは、基準マーク２２のプレート上面に描画された基準マークＦＭ２と共役であり、ウェハＷの表面は、上述のプレート下面に描画された基準マークＦＭ１と共役な関係になっている。基準マーク２２のプレートの厚さは、標準的なウェハ厚（０．７ｍｍ）×プレート屈折率（１．６）程度であり、上述のプレート上面とウェハ表面の高さがほぼ一致する構成である。上述のベースライン計測時には、斜入射オートフォーカス系１９を用いて、基準マーク２２のプレート上面が露光面と一致する様に、ウェハステージ２１ＡをＺ方向に駆動する。ウェハのアライメントや露光時は、斜入射オートフォーカス系１９を用いて、ウェハ表面が露光面と一致する様に制御されるので、上述の基準プレート上面とウェハ表面の高さをほぼ一致させておくことで、ベースライン計測、ウェハ裏面アライメント及び露光時に、殆どウェハステージ２１ＡをＺ駆動させる必要がなくなり、精度、スループット共に良好な結果が得られる。
【００７３】
図１５（Ｂ）ではウェハの厚さ公差は±７５μｍ程度とされているので、例えば、ウェハの厚さが標準よりもｄだけ薄い場合の共役関係を示している。上述の様に、ウェハアライメント時に、基準マーク２２のプレート上面にフォーカスを合わせると、ベースライン計測及びウェハ裏面アライメントは良好に行えるが、露光の際、ウェハ表面と露光面とを合わせる為に、ｄだけウェハステージ２１Ａを上に駆動させる必要がある。但し、動かす量は数十μｍＺと小さいので、誤差としては小さい。仮に誤差が大きい場合でも、動かす量は数十μｍＺなので、例えば、アライメント光学系のＮＡが０．１程度ならば、アライメント光学系の焦点深度内となる。よって、少なくとも一回、ウェハ裏面アライメント後にウェハ露光面までスウェハステージを移動させ、その両方での基準マーク２２の位置ズレ量を計測しておけば、ウェハステージが大きく上下駆動する際の駆動横ズレ誤差を補正することが可能になる。
【００７４】
その他にも、ウェハの厚さ公差が小さいので、厚さの公差に応じてウェハ裏面アライメント光学系に焦点調整機構を設けてフォーカス位置の制御を行っても、誤差は小さい。更には、アライメント光学系の焦点深度内なので、元々ウェハ表面と露光面とを合わせた状態、即ち、基準マーク２２のフォーカス位置からｄだけズレたデフォーカス位置で、ベースライン計測やウェハ裏面アライメントを行っても誤差としては小さい。この様に、いずれの方法でアライメントを実行しても、本発明に於いては良好なスループット、アライメント精度が得られる。
【００７５】
この第１実施形態では、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒを採用しているが、ウェハＷのアライメントはＸＹ及びθ方向のアライメントなので、ウェハ裏面上離れた位置にあるウェハ裏面マークＷＭＬとウェハ裏面マークＷＭＲとをアライメントする必要があり、その２つのマーク位置をほぼ同時に計測してスループットを向上させることが目的である。図１４（Ａ）の様に、ウェハ裏面アライメント光学系２３を一本だけ配置し、基準マーク２２Ｒ及びウェハ裏面マークＷＭＲを計測し、次に、図１４（Ｂ）の様に、ウェハステージ２１Ａを右に移動して、ウェハ裏面アライメント光学系２３により、基準マーク２２Ｌ及びウェハ裏面マークＷＭＬを計測する方法を取っても良い。スループットは遅くなるが、１本の光学系でアライメントを行うことが可能となるので、製造コストを抑えることができる。
【００７６】
この様にしてレチクルＲとウェハＷの位置合わせを行なった後に、露光量制御装置５により制御される露光用シャッター８により、露光開始の指令情報及び積算露光量モニター（図示せず）の結果に基づく露光終了情報により開閉が制御され、レチクル上に露光光が照射される。レチクルＲ上のレチクルパターンを透過した光束は、投影光学系１７によりその共役位置にあるレジストが塗布されたウェハＷ上に、上述のレチクルパターンの投影像を形成する。投影像の形成については、必要な解像度、焦点深度を得る為に、投影光学系の瞳位置に設置されたＮＡ絞り１８の絞りの大きさが、開口部制御装置４で制御されている。
【００７７】
以上のように、露光の手順としては、レチクルＲの設置、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２とのアライメント、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント光学系２３によるウェハ裏面マークＷＭアライメントの工程を経て、レチクルＲのレチクルパターン像が投影光学系１７によりその共役位置にあるレジストが塗布されたウェハＷ上に投影露光される。尚、図１５では第１の手段を例に取り説明したが、第１の実施形態では、第１の手段から第７の手段いずれを用いても良好なスループット、アライメント精度を得ることが可能である。
【００７８】
この様に、第１の実施形態では、リレー光学系２４に少なくとも２つの反射面を設けて、ウェハＷより上方に設置されたウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた方法について説明した。しかし、この方法では、図１３で示した様に、ウェハステージ２１Ａの表面に基準マーク２２を配置する必要があり、ウェハ裏面マーク数を増やした場合、ウェハステージの大きさを大きくする必要がある。そこで第２の実施形態では、リレー光学系２４から反射面を除去し、ウェハＷの下方にウェハ裏面アライメント光学系２３を設置した方法について説明していく。
【００７９】
尚、第２の実施形態では、第１の実施形態とウェハステージ２１Ｂ、ウェハホルダ２０Ｂ、及びリレー光学系２４の構成が異なっている。ここでは、例えば４つのウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲ、ＷＭＵ、ＷＭＤを計測する場合について説明していく。尚、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した様に、各ウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲ、ＷＭＵ、ＷＭＤに対応するリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒ、２４Ｕ、２４Ｄ、及び基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ、２２Ｕ、２２Ｄがあり、ウェハステージ２１Ｂを順次移動することで、ウェハ裏面アライメント光学系２３により、それぞれの位置でウェハ裏面マークＷＭと基準マーク２２とを同時に計測できる構成となっている。
【００８０】
まず、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対してレチクルＲが設置された状態で、ステージ制御装置２が、ウェハステージ２１Ｂ上に設置された基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ｂを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ位置とのアライメントを実行する。この様子を図２で示している。尚、それ以外の構成は第１の実施形態と同じなので、共通部分の説明については省略する。上述の様に、ウェハステージ２１Ｂ上には、基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ以外にも、ウェハ裏面マークＷＭＵ、ＷＭＤに対応する基準マーク２２Ｕ、２２Ｄが存在する。これらの基準マークはウェハステージ２１Ｂに固定されており、互いの相対位置は変化することが無いので、上述のレチクルアライメント時に、少なくともレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ位置とのアライメントを実行すれば、ＸＹ及びθの位置ズレ誤差を計測することができる。但し、ウェハステージ２１Ｂの熱膨張等により、お互いの基準マーク座標が変化することもある。この場合は、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒの少なくとも一方で、基準マーク２２Ｕ、２２Ｄが観察できる位置までウェハステージ２１Ｂを移動し、各基準マークの相対位置を計測しておけば良い。
【００８１】
図１７は、図２に示されたリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒを拡大した側面から見た断面図である。ウェハ裏面アライメント光学系２３で、基準マーク２２Ｌ上の基準マークＦＭＬとウェハ裏面マークＷＭＬとを計測できる位置に、ウェハステージ２１Ｂを移動したときの様子を図１７（Ａ）に示し、リレー光学系２４Ｌには、基準マークＦＭＬとウェハ裏面マークＷＭＬとを共役にするためのレンズ３１Ｌ、３２Ｌが設置されている。そのときの各部分の配置を示したのが、図１６（Ａ）の平面図となる。また、ウェハ裏面アライメント光学系２３で、基準マーク２２Ｒ上の基準マークＦＭＲとウェハ裏面マークＷＭＲとを計測できる位置に、ウェハステージ２１Ｂを移動したときの様子を図１７（Ｂ）に示し、リレー光学系２４Ｒには、基準マークＦＭＲとウェハ裏面マークＷＭＲとを共役にするためのレンズ３１Ｒ、３２Ｒが設置されている。そのときの各部分の配置を示したのが、図１６（Ｂ）の平面図となる。尚、同様にして、ウェハ裏面マークＷＭＵ、ＷＭＤに対応したリレー光学系２４Ｕ、２４Ｄと基準マークＦＭＵ、ＦＭＤとがあるが、ここでは説明を省略する。
【００８２】
ウェハ裏面アライメント光学系２３はウェハステージ２１Ｂの移動により、図１６の矢印で示した順に、各基準マークＦＭと各ウェハ裏面マークＷＭとの相対位置ズレ量を計測していく。予め、ベースライン計測により、レチクルＲの投影位置、各基準マークＦＭのウェハステージ２１Ｂ上の位置、及びウェハ裏面アライメント光学系２３の計測位置は判っているので、上述の相対ズレ量から各ウェハ裏面マークの位置に対応したウェハ露光位置を算出することができる。尚、図１７では第３の手段を例にとり説明したが、第２の実施形態では、第１の手段から第７の手段いずれを用いても良好なスループット、アライメント精度を得ることが可能である。
【００８３】
この様に、第２の実施形態では、ウェハ裏面マーク毎にリレー光学系２４及び基準マーク２２を配置し、ウェハＷより下方に設置されたウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた方法ついて説明した。しかし、この方法では、図１７に示した様に、ウェハ裏面マーク毎にリレー光学系２４及び基準マーク２２を複数配置する必要があり、ウェハステージが重たくなり高価になる。そこで第３の実施形態では、リレー光学系２４及び基準マーク２２をウェハ裏面マーク下から切り離し、共通化する方法について説明していく。
【００８４】
第３の実施形態では、第２の実施形態に比べ、ウェハステージ２１Ｃ、ウェハホルダ２０Ｃ、リレー光学系２４の構成が異なってくる。ここでは、例えば８つのウェハ裏面マークＷＭを計測する場合について説明していく。尚、それ以外の構成は第１の実施形態と同じなので、共通部分の説明については省略する。但し、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した内容と光学配置が異なるので、図１９、図２０、図２１を用いて配置や共役関係については別途説明を行う。
【００８５】
まず、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対してレチクルＲが設置された状態で、ステージ制御装置２が、ウェハステージ２１Ｃ上に設置された基準マーク２２を、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ｂを順次移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上のＦＭ位置とのアライメントを実行する。この様子が図３に示されている。レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２位置とのアライメントを実行すれば、ステージの走り座標基準でＸＹ及びθの位置ズレ誤差を計測することができる。
【００８６】
図１９は、第１の手段を用いた場合における、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ２を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図１９（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図１９（Ｂ）に示される。
【００８７】
尚、図１９（Ａ）に示す様に、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ１位置とは共役であり、基準マークＦＭ１はウェハＷ表面と同じ高さに配置されている。レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ１とが重なる様に、ウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒにより、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ１とのアライメントが可能となる。この様に、基準マーク２２の位置をウェハ裏面マーク位置と別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第１の手段においては、ウェハＷの厚さに対応する様に、基準マーク２２のプレート表裏に基準マークＦＭ１及びＦＭ２が配置されているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第１の手段で説明した通りである。
【００８８】
図２０は、第２の手段を用いた場合の、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。ウェハ裏面アライメント光学系２３は、２焦点光学系である。ウェハＷの表面と同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ１を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２０（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２０（Ｂ）に示される。図を見れば判る様に、２焦点光学系の１つの焦点は基準マークＦＭであり、もう一つの焦点はウェハ裏面になる様に設計されている。
【００８９】
尚、図２０（Ａ）に示す様に、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ１位置とは共役であり、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ１とが重なる様に、ウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４ＲによりレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ１とのアライメントが可能になる。この様に、基準マーク位置を別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第２の手段においては、ウェハ裏面アライメント光学系２３に２焦点光学系を利用しているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第２の手段で説明した通りである。
【００９０】
図２１は、第３の手段を用いた場合の、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。レチクルアライメント顕微鏡１４は、２焦点光学系である。ウェハＷの裏面と同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ２を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２１（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２１（Ｂ）に示される。図を見れば判る様に、２焦点光学系の１つの焦点は基準マークＦＭ２であり、もう一つの焦点はウェハ表面になる様に設計されている。
【００９１】
尚、レチクルアライメント顕微鏡１４は２焦点光学系なので、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ２位置とは計測センサ１２２上で共役であり、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ２とが重なる様にウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒにより、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ２とのアライメントが可能となる。この様に、基準マーク位置を別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第３の手段においては、レチクルアライメント顕微鏡１４に２焦点光学系を利用しているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第３の手段で説明した通りである。
【００９２】
以上、図１９、図２０、図２１を用いて第３の実施形態に第１の手段から第３の手段を用いた場合について説明したが、第４の手段から第７の手段についても同様に用いることができるのは言うまでもない。第３の実施形態では、基準マーク２２を別の位置に配置しているので、リレー光学系２４を取り除くことが可能となっている。その為、図１８の様にウェハ裏面マークを多数配置しても、そのウェハステージ２１Ｃ及びウェハホルダ２０Ｃの様に裏面マーク位置に開口を設け、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる構成にするだけで良く、シンプルなステージ機構とすることが可能となる。尚、図１８（Ａ）は、ベースライン計測を行っている状態を示す平面図であり、図１８（Ｂ）は、ウェハ裏面アライメントを実行している状態を示す平面図である。
【００９３】
尚、第１の手段では、基準マーク２２のプレート表裏に基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２を設けているが、両面にパターンを描画するのが高価な場合には、片面にパターンが描画されたプレートを貼り合わせて両面にパターンを設ける様にしても良い。更に、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２の投影像が重なる問題については、図２２の様に、パターン形状を変えて、投影像が重ならない様にすることも可能である。更に、基板の厚さが大きく異なる場合は、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２の間隔を変えた数種類の段差構造のプレートを用いて、基板の厚さに応じて最適なものを使い分けても良い。以上の様に、本発明の主旨を逸脱しない条件で、色々なバリエーションを考える事が可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１ 制御装置、
２ ステージ制御装置
３ アライメント・フォーカス制御装置
４ 開口部制御装置
５ 露光量制御装置
６ 超高圧水銀灯
７ 楕円鏡
８ 露光用シャッター
９ ロッド光学系
１０ レンズ
１１ ダイクロイックミラー
１２ 開口絞り
１３ レンズ
１４ レチクルアライメント顕微鏡
１５ ブラインド
１６ レチクルステージ
１７ 投影光学系
１８ ＮＡ可変絞り
１９ 斜入射オートフォーカス系
２０，２０Ａ、Ｂ、Ｃ ウェハホルダ
２１、２１Ａ、Ｂ、Ｃ ウェハステージ
２２ 基準マーク
２３ ウェハ裏面アライメント光学系
２４、２４Ｌ、Ｒ リレー光学系
２５、２６ ２焦点レンズ
２７、３０ 反射ミラー、
２８、２９ リレーレンズ
１０１、１０７、１１３、１１８、１２３、１３１ アライメント照明系
１０２、１０４、１０５、１０８、１０９、１１１、１１３、１１４、１１６、１１９、１２１、１２４、１２６、１２７、１３２、１３４、１３５ レンズ
１０３、１０９、１１５、１２０、１２５、１２８、１３３、１３６ ハーフミラー
１０６、１１２、１１７、１２２、１２９、１３０、１３７、１３８ 計測センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置やプリント基板、ＬＣＤ、ＭＥＭＳの生産等に使用される投影露光方法に関するものであり、さらに詳細には、基板の裏面に設けられた裏面マークとレチクル上のレチクルマークの位置合わせを行い、レチクルパターンを感光性基板上に投影露光する投影露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワートランジスタ、マイクロマシンまたはプリント基板等の製造においては、マスクのパターンを正確にシリコンウエハ、エポキシ樹脂等の感光性基板の所定の位置に露光することが重要である。上述の位置合わせは、通常、レチクル及び感光性基板のアライメントマークを重ね合わせるようにして行っている。特に、ある製造工程においては、感光性基板の両面にパターンを焼き付けることがあり、裏面のパターンに対する表面のパターンの位置を正確に合わせることが重要である。
【０００３】
すなわち、表面にパターン形成された感光性基板を裏返して、裏側の面に露光してパターンを作る際、上記パターン形成済の面（裏返すことにより露光面に対し裏面側になる）に付された裏面マークとレチクルのレチクルマークの位置合わせを行い、裏面と表面のパターンの位置合わせを行う必要がある（以下、このようなアライメントを裏面アライメントという）。上記位置ズレの精度は、例えば、マイクロマシンの製造工程においては、線幅の微細化により、近年では０．５μｍ以下が要求される。
【０００４】
従来より、この種の装置に於いて、上述の裏面アライメントは感光性基板の厚さ分、アライメント光学系のフォーカス位置が異なるという問題がある。これを解決する手段としては、特開昭６３−２４６１８（特許文献１）や特開平９−１１５８１２（特許文献２）が知られている。どちらの特許文献においても、感光性基板をレチクルと検出光学系との間から退避させた状態で、検出光学系によりレチクルのレチクルマークを検出してレチクルの位置合せを行ない、次に基板をレチクルと検出光学系との間に位置付けた状態で、検出光学系により基板の裏面マークを検出して基板の位置合せを行なう。
【０００５】
特許文献１では、レチクルのレチクルマークを検出するとき、及び基板の裏面マークを検出するときの双方において、検出光学系の基準面に位置合せマークが結像する様に、検出光学系のレンズを動かす方法を取っている。
【０００６】
一方、特許文献２では、レチクルのレチクルマークを検出するとき、及び基板の裏面マークを検出するときに、（１）基板ステージをＺ方向に動かす、（２）基板の厚さに対応した透明部材を出し入れする、（３）投影光学系及び／またはレチクルをＺ方向に動かすことで、検出光学系の基準面に位置合せマークが結像する様に制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２４６１８
【特許文献２】特開平９−１１５８１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の方法では、基板の厚さ分フォーカスを制御するため、レンズをＺ方向に駆動する必要があり、メカのガタ等によるドリフトが大きくなるという問題がある。更に、アライメント光学系はＸＹ及びθ方向の計測の為、少なくとも２つ配置しなければならず、Ｚ方向に駆動機構を有する光学系はコストアップになるという問題もある。
一方、特許文献２の方法では、レチクルマークのアライメントを行なった後に、（１）基板ステージをＺ方向に動かす、（２）基板の厚さに対応した透明部材を出し入れする、（３）投影光学系及び／またはレチクルをＺ方向に動かす必要がある。この駆動を行なう場合も、基板の厚さに対応する距離だけ基板ステージや光学部材等を動かす必要があり、Ｚ方向駆動によるＸＹ方向のドリフトや透明部材の挿入時の傾き誤差、投影光学系及び／またはレチクルのＺ方向駆動によるＸＹ方向のドリフトが大きくなるという問題が発生する。
【０００９】
例えば、感光性基板としてウェハを用いた場合、ウェハの厚さは７００μｍ±７５μｍ程度である。上述の方法では、この分Ｚ方向への機構の駆動が必要となる。ＸＹ方向の必要精度を０．５μｍとすると、０．７ｍｒａｄ程度のＸＹドリフト量に抑える必要がある。これを実現する為の機構は非常に高価なものとなることは、容易に想像できる。これを基板ステージで行なう場合であるが、通常の露光装置に必要なＺ駆動のストロークは、５００μｍ程度とされている。一般的な基板ステージのＺ駆動には、ＸＹ方向のシフトが少なく、小スペースで設計できる板バネが使われることが多いが、裏面アライメントに合わせた駆動ストロークを持たせることで、板バネの歪が倍に大きくなり、固定しているネジ部でのＸＹドリフトや基板ステージ自体の歪も大きくなる。駆動ストロークを大きくするとういうことは、この様に、更なる精度悪化や、スループットの低下を招く恐れもある。
【００１０】
また、従来の方法では、裏面アライメント光学系によりレチクル上のレチクルマークをアライメントする。即ち、レチクルマークのウェハ面上投影像をリレー光学系によりリレーし、その共役な位置に検出光学系を配置する必要がある。しかし、レチクルマークのウェハ面上投影像の共役位置は、ウェハステージの駆動位置と干渉するので、実質的に、検出光学系を配置することは難しいという問題もある。
【００１１】
本発明は上述の従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、基板の厚さ分、各機構部分を駆動させなくても、裏面マークとレチクルマークとのアライメントにより、レチクルと感光性基板との位置合わせを行い、感光性基板上にレチクルパターンを投影露光することが可能な露光方法を提供することを目的とする。
【００１２】
更には、レチクルマークのウェハ面上投影像を観察する共役位置に裏面アライメント光学系を配置しなくても、裏面マークとレチクルマークとのアライメントにより、レチクルと感光性基板との位置合わせを行い、感光性基板上にレチクルパターンを投影露光することが可能な露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の手段においては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に第１の基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に第２の基準マークを設けると共に、それらを計測する第２の計測センサが配置されており、前記第１の基準マーク及び前記第２の基準マークを基板ステージ上の前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。
【００１４】
ここで図４を用いて、本発明に係る第１の手段の概要を説明する。図４は、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭと第１基準マークＦＭ１との共役関係、及びウェハＷ裏面に存在するウェハマークＷＭと第２基準マークＦＭ２との共役関係を示したものである。レチクルアライメント顕微鏡１４は、レチクルマークＲＭと共役な関係にあるマークのアライメントが可能な光学系であり、図４（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２が、ウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。
【００１５】
実線で示された光束は、ウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とが共役な関係にあることを示している。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ１とを、レチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作により、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１の位置関係を計測することができる。
【００１６】
図５（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１０１から出力された照明光は、レンズ１０２、ハーフミラー１０３及びレンズ１０４によりレチクルマークＲＭを照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）により基準マークＦＭ１上も照射する。レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１からの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１０３を透過した光束が、レンズ１０５により計測センサ１０６上に導かれる。図を見て分かる様に、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１は、計測センサ１０６面に対して共役な位置関係にあるので、レチクルマークＲＭの投影像と基準マークＦＭ１の投影像とが計測センサ１０６上に投影されることになる。
【００１７】
図５（Ｂ）にはレチクルマークＲＭ、基準マークＦＭ１、及び共役位置に無い基準マークＦＭ２のパターン形状（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図５（Ｃ）の上図では計測センサ１０６上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは説明を簡単にする為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１０６は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを、図５（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図５（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１は鮮明な像となって表れるが、非共役位置にある基準マークＦＭ２は、デフォーカスによりアライメント精度に影響が無いレベルとなっているのが確認できる。
【００１８】
ここで、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２を同じ形状にして重ね合せている理由は、両マーク共に基準マーク２２上に形成されているので、デフォーカス量や位置が変化することが無い。よって、投影光学系のＮＡ条件等で、基準マークＦＭ２のデフォーカス像がアライメント精度に影響があった場合でも、一定のオフセットとなり、システムオフセットして取り除けば、アライメント再現性としては影響が出ない為である。
【００１９】
次に図４（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置したときの、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いて、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。基準マークＦＭ２は、上述の基準マークＦＭ１が描画された基準マーク２２のガラスプレートの反対面に描画されているので、ガラスプレートがピッチングまたはローリング誤差を持たない限り、その位置関係がずれることは無い。即ち、ウェハ裏面アライメント光学系２３により基準マークＦＭ２をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ１との位置関係を計測することとなり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。
【００２０】
更に、図４（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２が共役な関係にあることを実線で示している。即ち、基準マークＦＭ２に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに計測したズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけ、ウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。
【００２１】
図６（Ａ）では、基準マークＦＭ２を裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１０７から出力された照明光は、レンズ１０８、ハーフミラー１０９及びレンズ１１０により基準マークＦＭ２を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ２及びウェハ裏面マークＷＭの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１０９を透過した光束が、レンズ１１１により計測センサ１１２上に導かれる。図を見て分かる様に、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とは、計測センサ１１２面に対して共役な位置関係にあるので、ウェハ裏面マークＷＭの投影像と基準マークＦＭ２の投影像とが計測センサ１１２上に投影されることとなる。
【００２２】
図６（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭ、基準マークＦＭ２、及び共役位置に無い基準マークＦＭ１のパターン形状（基準マークは黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図６（Ｃ）の上図では、計測センサ１１２上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１１２は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを、図６（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図６（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるウェハ裏面マークＷＭ及び基準マークＦＭ２は鮮明な像となって表れるが、非共役位置にある基準マークＦＭ１は、デフォーカスによりアライメント精度に影響が無いレベルとなっているのが確認できる。
【００２３】
上述の様に、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２共に基準マーク２２上に形成されているので、デフォーカス量や位置が変化することが無い。よって、基準マークＦＭ１のデフォーカス像がアライメント精度に影響があった場合でも、一定のオフセットとなり、システムオフセットして取り除けば、アライメント再現性としては影響が出ないことが分かる。
【００２４】
図４（Ｃ）では、Ｄ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。
【００２５】
この様に、第１の基準マークＦＭ１及び第２の基準マークＦＭ２を、基板ステージ上の感光性基板の厚さに対応する距離に配置しているので、図４、図５、図６で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１のアライメント位置、並びに基準マークＦＭ２及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。
【００２６】
次に、同等の効果が期待できる第２の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと、基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと前記基準マークを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及び前記裏面マークを計測する第２の計測センサを配置する様にした。
【００２７】
ここで図７を用いて、第２の手段の概略を説明する。図７はレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１の共役関係、並びにウェハＷ裏面に存在するウェハ裏面マークＷＭ及び基準マークＦＭ１の共役関係を示したものである。レチクルアライメント顕微鏡１４は、レチクルマークＲＭと共役な関係にあるマークのアライメントが可能な光学系であり、図７（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２が、ウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。
【００２８】
実線で示された光束は、ウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とが共役な関係にあることを示している。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ１とをレチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作によりレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１との位置関係を計測することができる。尚、詳細説明はＦＭ２が存在しないこと以外は、図５の説明内容と同じなので、ここでは省略する。
【００２９】
次に、図７（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置した場合の、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いて、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ１とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。２焦点光学系の搭載されたウェハ裏面アライメント光学系２３により、基準マークＦＭ１をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ１との位置関係を計測することとなり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。
【００３０】
更に、図７（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ１との共役条件が、２焦点光学系（ここでは２焦点レンズ２５を説明用に使用している）により、実線と点線の２つの光束に分かれていることを示している。後述するが、どちらの光束も計測センサ面では共役な関係にある。即ち、基準マークＦＭ１に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに、計測されたズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハＷ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。
【００３１】
図８では、第２の手段に第４の手段を適用した場合について説明する。図８（Ａ）では、基準マークＦＭ１を裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１１３から出力された照明光はレンズ１１４、ハーフミラー１１５、及び２焦点レンズ２５により基準マークＦＭ１を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ１及びウェハ裏面マークＷＭの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１１５を透過した光束が、レンズ１１６により計測センサ１１７上に導かれる。ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’は、２焦点レンズ２５により、計測センサ１１７面に対して共役な位置関係にあることを、図８（Ａ）の光束（点線で示す）で表している。更に、基準ＦＭ１も２焦点レンズ２５により計測センサ１１７面に対して共役な位置関係となる（実線で示す）ので、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１の投影像とが、計測センサ１１７面上に投影されることとなる。
【００３２】
ここで、２焦点レンズ２５について少し詳しく説明する。２焦点レンズとは、方解石という複屈折（透明な方解石を通して向こう側を見ると二重に見える光学的特徴）をおこす鉱物を用いたレンズであり、偏光方向に依存した２つの焦点を有する。照明光がランダム偏光なので、２焦点レンズ２５により２つの焦点が形成されている。一方の偏光が実線の光束を示し、それに直交するもう一方向の偏光が点線の光束を示している。共に計測センサ１１７面と共役な条件にすることができる。
【００３３】
図８（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’、及び基準マークＦＭ１のパターン形状（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図８（Ｃ）の上図では、計測センサ１１７上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１１７は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図８（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図８（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるウェハ裏面マークＷＭ、及び基準マークＦＭ１が鮮明な投影像となっているのが確認できる。尚、第１実施例と異なり、ＦＭ２が存在していないので、基準マークＦＭ１の位置とウェハ裏面マークＷＭの位置とを干渉しない様にすることが可能となる。
【００３４】
図７（Ｃ）では、Ｄ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。
【００３５】
この様に、２焦点光学系の焦点を感光性基板の厚さに対応する距離だけ離れる様に設計しているので、図７、図８で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とのアライメント位置、及び基準マークＦＭ１とウェハ裏面アライメント光学系２３とのアライメント位置は、ベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。
【００３６】
尚、図７、図８による説明では、２焦点光学系を裏面アライメント光学系２３内に設けているが、リレー光学系２４内に２焦点光学系を設置しても同様の効果が得られるのは言うまでもない。これは、ウェハ裏面アライメント光学系２３及びリレー光学系２４を合わせて、アライメント光学系としての機能が得られる為である。
【００３７】
同様の効果が期待できる手段として、第３の手段では、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、基板ステージ上の前記裏面マークと共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及びレチクルマークを計測する第２の計測センサを配置する様にした。
【００３８】
ここで、図９を用いて、第３の手段の概要を説明する。図９は、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２、並びにウェハＷ裏面に存在するウェハマークＷＭ及び基準マークＦＭ２の共役関係を示したものである。図９（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２がウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。
【００３９】
更に、第３の手段に第４の手段を適用した場合であるが、図９（Ａ）ではウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２との共役関係が２焦点光学系（ここでは２焦点レンズ２６を説明用に使用している）により、実線と点線の２つの光束に分かれていることを示している。後述するが、どちらの光束も計測センサ面では共役な関係にある。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ２とをレチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作によりレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２との位置関係を計測することができる。
【００４０】
図１０（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１１８から出力された照明光は、レンズ１１９、ハーフミラー１２０、及び２焦点レンズ２６によりレチクルマークＲＭを照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）により基準マークＦＭ２上も照射する。レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２からの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１２０を透過した光束が、レンズ１２１により計測センサ１２２上に導かれる。図を見て分かる様に、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２とは、２焦点レンズ２６により、計測センサ１２２面に対して共役な位置関係にあるので、レチクルマークＲＭの投影像と基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とが計測センサ１２２上に投影されることになる。
【００４１】
図１０（Ｂ）には、レチクルマークＲＭ（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）、及び基準マーク投影像ＦＭ２’を示しており、図１０（Ｃ）の上図では、計測センサ１２２上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１２２は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１０（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１０（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるレチクルマークＲＭ、及び基準マークＦＭ２が鮮明な投影像となっているのが確認できる。
【００４２】
次に図９（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置した場合の、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いてウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。ウェハ裏面アライメント光学系２３により基準マークＦＭ２をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ２との位置関係を計測することになり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。
【００４３】
更に、図９（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とが共役な関係にあることを実線で示している。即ち、基準マークＦＭ２に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに、計測させたズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハＷ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。尚、詳細説明については、ＦＭ１が存在しないこと以外は、図６の説明内容と同じなので、ここでは省略する。
【００４４】
そして、図９（Ｃ）ではＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。
【００４５】
この様に、２焦点光学系の焦点を感光性基板の厚さに対応する距離だけ離れる様に設計しているので、図９、図１０で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２のアライメント位置、並びに基準マークＦＭ２及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。
【００４６】
尚、２焦点レンズとして複屈折を用いた２焦点レンズ２５、２６を示したが、その他にも第５の手段として、２焦点光学系は軸上色収差を有する光学系であり、２つの異なる照明波長を用いれば、同様の効果を得ることができる。一般にウェハ表面に存在するマークを計測する場合、マークはレジスト等、感光性材料を介してアライメントが行われる。その為、レジスト膜厚による干渉縞の発生を抑える白色波長や、感光させる波長が使用できない等の制約より、長波長（０．５〜０．８μｍ程度の波長帯域）がアライメント用照明波長として使われる。
【００４７】
しかし、感光性基板の裏面にあるマークにはレジスト等のアライメント精度に影響を与えるものが無い為、短波長、単波長等、あらゆる波長を選択することが可能となる。例えば２つの波長を用いて光学設計を行う際、感光性基板の厚さ分だけ軸上の色収差が発生する様にすれば、図７及び図１０の実線と点線で示した光束の様な２焦点光学系を設計することが可能となる。但し、この場合、波長に応じて倍率色収差も発生する。よって、それぞれのマークをレンズ中心でアライメントするか、中心からの距離に応じた倍率色収差のソフトウェアによる補正等を考える必要がある。尚、この方法では、非計測面手前の対物レンズだけで２焦点レンズを構成する必要は無く、レチクルアライメント顕微鏡１４やウェハ裏面アライメント光学系２３内の全てのレンズにより、２つの焦点を発生させれば良い。但し、投影光学系を通る光は露光波長にする必要がある。
【００４８】
第４の手段及び第５の手段どちらに於いても、２焦点を形成する光束は殆ど同じ場所を通るので、光学レンズ等の熱によるドリフト等が生じた場合であっても、両光束に同じ量の誤差が発生する。よって、光学系のテレセン（傾き）が変化しない限り、２焦点のＸＹ方向の位置が変わることが無く、安定したアライメント精度を得ることができる。
【００４９】
次に、第２の手段の２焦点光学系と同様の効果を得ることができる第６の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な基板ステージ上の位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。
【００５０】
第６の手段の概略を説明するが、具体的な原理は、図７を用いて説明しているので、ここでは省略する。異なる部分は図８で説明したウェハ裏面アライメント光学系２３の構成についてであり、図１１にて説明を行う。図１１（Ａ）では、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１とをウェハ裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１２３から出力された照明光は、レンズ１２４、ハーフミラー１２５、及びレンズ１２６により基準マークＦＭ１を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ１及びウェハ裏面マークＷＭからの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１２５を透過しレンズ１２７で導かれた光束のうち、ハーフミラー１２８を透過した光束が計測センサ１２９上に導かれる。一方、ハーフミラー１２８で反射した光束は、計測センサ１３０上に導かれる。
【００５１】
図を見て分かる様に、計測センサ１２９は、基準マークＦＭ１に対して計測センサ１２９の面が共役な位置関係（実線で示す）になる様に設置されており、計測センサ１３０は、ウェハ裏面マークの投影像ＷＭ’に対して計測センサ１３０の面が共役な位置関係（点線で示す）になる様に設置されている。よって、基準マークＦＭ１の投影像が計測センサ１２９上に投影され、ウェハ裏面マークＷＭの投影像が計測センサ１３０上に投影されることになる。
【００５２】
図１１（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）とを示しており、図１１（Ｃ）の上左図では、計測センサ１２９上での基準マークＦＭ１の投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１２９は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１１（Ｃ）の上左図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１１（Ｃ）の下左図で示している。ここにはウェハ裏面マークＷＭの投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、基準マークＦＭ１の計測に影響が無いのが確認できる。また、図１１（Ｃ）の上右図では、計測センサ１３０上でのウェハ裏面マークＷＭの投影像を示している。この計測センサ１３０は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１１（Ｃ）の上右図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１１（Ｃ）の下右図で示している。ここには基準マークＦＭ１の投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、ウェハ裏面マークＷＭの計測に影響が無いのが確認できる。
【００５３】
これら計測センサ１２９により検出された基準マークＦＭ１の位置と、計測センサ１３０により検出されたウェハ裏面マークＷＭの位置の相対ズレ量を求めることで、図７、図８で説明した内容と同様の効果が期待できる。尚、一般的にセンサを２つに分けた場合、その両方のセンサ位置がドリフトすることでアライメント誤差が発生する。しかし、この方法では、ハーフミラー１２８よりも基準マークＦＭ１側は全て光学系を共有しているので、光学系にドリフトが発生しても同じ誤差となり、相対的誤差にはならない。又、ハーフミラー１２８よりも計測センサ側は拡大倍率が大きく、計測センサとしても２次元ＣＣＤを用いているので、アライメント誤差としては影響が少ない（例えば、投影倍率が２０倍ならば、メカニカルなドリフトの影響は１／２０となる）。
【００５４】
次に、第３の手段の２焦点光学系と同様の効果を得ることができる第７の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記裏面マークと基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。
【００５５】
第７の手段の概略を説明するが、具体的な原理は、図９を用いて説明しているので、ここでは省略する。異なる部分は、図１０で説明したレチクルアライメント顕微鏡１４の構成についてであり、図１２にて説明を行う。図１２（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１３１から出力された照明光は、レンズ１３２、ハーフミラー１３３、及びレンズ１３４により基準マークＦＭ２を照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）によりレチクルマークＲＭ上も照射する。基準マークＦＭ２及びレチクルマークＲＭからの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１３３を透過しレンズ１３５で導かれた光束のうち、ハーフミラー１３６を透過した光束が計測センサ１３７上に導かれる。一方、ハーフミラー１３６で反射した光束は、計測センサ１３８上に導かれる。
【００５６】
図を見て分かる様に、計測センサ１３７は基準マークの投影像ＦＭ２’に対して計測センサ１３７の面が共役な位置関係（実線で示す）になる様に設置されており、計測センサ１３８はレチクルマークＲＭに対して計測センサ１３８の面が共役な位置関係（点線で示す）になる様に設置されている。よって、基準マークＦＭ２の投影像が計測センサ１３７上に投影され、レチクルマークＲＭの投影像が計測センサ１３８上に投影されることとなる。
【００５７】
図１２（Ｂ）には、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図１２（Ｃ）の上左図では計測センサ１３８上でのレチクルマークＲＭの投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１３８は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１２（Ｃ）の上左図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１２（Ｃ）の下左図で示している。ここには基準マークＦＭ２の投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、レチクルマークＲＭの計測に影響が無いのが確認できる。
また、図１２（Ｃ）の上右図では、計測センサ１３７上での基準マークＦＭ２の投影像を示している。この計測センサ１３７は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１２（Ｃ）の上右図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１２（Ｃ）の下右図で示している。ここにはレチクルマークＲＭの投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、基準マークＦＭ２の計測に影響が無いのが確認できる。
【００５８】
これら計測センサ１３８により検出されたレチクルマークＲＭの位置と、計測センサ１３７により検出された基準マークＦＭ２の位置の相対ズレ量を求めることで、図９、図１０で説明した内容と同様の効果が期待できる。尚、一般的にセンサを２つに分けた場合、その両方のセンサ位置がドリフトすることでアライメント誤差が発生する。しかし、この方法では、ハーフミラー１３６よりもレチクルマークＲＭ側は全て光学系を共有しているので、光学系にドリフトが発生しても同じ誤差となるので、相対的誤差にはならない。又、ハーフミラー１３６よりも計測センサ側は拡大倍率が大きく、計測センサとしても２次元ＣＣＤを用いているので、アライメント誤差としては影響が少ない（例えば、投影倍率が２０倍ならば、メカニカルなドリフトの影響は１／２０となる）。
【発明の効果】
【００５９】
以上の様に、本発明では第１の手段から第７の手段のうちの一つを用いて感光性基板の厚さに対応する様にしている。これらの方法により、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭのアライメント位置、並びに基準マークＦＭ及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。しかし、一つの方法で行なわなくても、第１の手段から第７の手段の少なくとも２つを組み合わせることで同様の効果が期待できる。例えば、第１手段を用いる場合に、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２とが重なる可能性がある。これは基準マーク２２のプレートの厚さを大きくすれば解消するが、それではウェハの厚さに対応できない。そこで第６または第７の手段を用いて、計測センサを２つに分けて、それぞれの基準マークＦＭ１とＦＭ２とを別々の計測センサで計測すれば良い。僅かなドリフト誤差が発生しても、マーク同士が重なることによる問題は解決できる。
【００６０】
例えば、第２の手段または第３の手段で２焦点光学系を用いた場合、ウェハの厚さに対応する様に２焦点光学系を設計すると、設計が難しく色々な制約を受ける可能性もある。そこで、設計し易い２焦点光学系のＺ方向の距離とウェハの厚さの差分を、第６又は第７の手段を用いて、計測センサを２つに分けて、それぞれの基準マークＦＭ１とＦＭ２とを別々の計測センサで計測する様にしても良い。僅かなドリフト誤差が発生しても、２焦点光学系の設計自由度は大きくなる。
【００６１】
勿論、計測センサを２つに分けることに問題があるならば、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２とを設け、２焦点光学系のＺ方向の距離と、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２のＺ方向の距離との差がウェハの厚さとなる様に設計すれば、同様の効果が期待できる。この様に、第１の手段から第７の手段を少なくとも２つ組み合わせることで、コスト、メカニカルな精度、装置の配置の為のスペース条件等、さまざまな用途に対応できる上に、一つの方法で実現する場合と同等の効果が期待できる。
【００６２】
更に、第１の手段から第７の手段までは、一つの手段を用いて感光性基板の厚さに対応する様にしているが、感光基板の厚さは一定ではなく、第１の手段から第７の手段ではそれ以外の長さに設定することも可能である。例えば、ウェハの厚さの半分に設定した場合でも、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が半分で良いことになり、従来技術より高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更に、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭのアライメント位置、並びに基準マークＦＭ及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるという効果は得ることができる。よって、完全にウェハの厚さに対応する条件としなくても、本発明の効果を用いることになるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１実施形態の説明図。
【図２】第２実施形態の説明図。
【図３】第３実施形態の説明図。
【図４】（Ａ）第１の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第１の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第１の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。
【図５】（Ａ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。
【図６】（Ａ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。
【図７】（Ａ）第２の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第２の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第２の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。
【図８】（Ａ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。
【図９】（Ａ）第３の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第３の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第３の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。
【図１０】（Ａ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。
【図１１】（Ａ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。
【図１２】（Ａ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。
【図１３】第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が２本ある時の説明図。
【図１４】（Ａ）第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が１本の時の右マーク検出。（Ｂ）第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が１本の時の左マーク検出。
【図１５】（Ａ）第１実施形態でウェハ厚が標準の時のリレー光学系の側面図による説明図。（Ｂ）第１実施形態でウェハ厚が標準より薄いときの説明図。
【図１６】（Ａ）第２実施形態でウェハ裏面アライメント光学系による左マーク検出。（Ｂ）第２実施形態でウェハ裏面アライメント光学系による右マーク検出。
【図１７】（Ａ）第２実施形態でリレー光学系の側面図による左マーク検出を示した図。（Ｂ）第２実施形態でリレー光学系の側面図による右マーク検出を示した図。
【図１８】（Ａ）第３実施形態のウェハ裏面アライメント光学系によるベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態のウェハ裏面アライメント光学系による裏面マーク検出図。
【図１９】（Ａ）第３実施形態で第１の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第１の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。
【図２０】（Ａ）第３実施形態で第２の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第２の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。
【図２１】（Ａ）第３実施形態で第３の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第３の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。
【図２２】第１の手段を用いた時に基準マークＦＭ１とＦＭ２の形状を変えた時の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
次に、図１を用いて、本発明を実施する際に用いられる第１形態の投影露光装置について説明する。制御装置１は、ステージ制御装置２、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５に指令を出し、一連の制御を行うメイン制御システムである。
【００６５】
この投影露光装置のシステムを簡単に説明していくと、ｉ線やｈ、ｇ線に代表されるレジストを感光可能な露光波長を射出する超高圧水銀灯６から射出された光束は、楕円鏡７により偏向され、照明均一手段であるロッド光学系９の入射面に集光される。ロッド光学系の入射手前には、上述の露光量制御装置５により制御される露光用シャッター８があり、露光開始の指令情報及び、積算露光量モニター（図示せず）の結果に基づく露光終了情報により開閉が制御されている。
【００６６】
ロッド９から射出される均一化された照明光は、リレー光学系（レンズ１０、ダイクロイックミラー１１、レンズ１３）によりレチクル上で所定の大きさに拡大され、所定の照明σでレチクルＲ上を照明する。その際、リレー光学系内には上述の照明σを決定する開口絞り１２が瞳位置に設置されており、レチクルＲの直上にはレチクルの視野を決定するブラインド１５が設置されている。共に、上述の開口部制御装置４により制御される。
【００６７】
レチクルＲであるが、レチクルステージ１６上に設置され、レチクルＲ上に配置された上述のレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲ（上述では１つのレチクルマークＲＭで説明したが、ここではレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒそれぞれに対応した２つのレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲを用いる）が、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置に、レチクルＲまたはレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒを相対的に移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３により、ＸＹ及びθ方向にレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対するレチクルＲのアライメント動作が行なわれる。
【００６８】
レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対して正確にレチクルが設置された状態で、図４（Ａ）、図７（Ａ）、図９（Ａ）で説明した通り、ステージ制御装置２はウェハステージ２１Ａ上に設置された基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ上のマークを、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ａを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルＲ位置と基準マーク２２位置のアライメントを実行する。
【００６９】
次に、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した通り、ステージ制御装置２は、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを観察できる位置にウェハステージ２１Ａを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒとのアライメントを実行する。この一連の動作により、制御装置１はレチクルパターンの投影像の位置とウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒの計測位置との距離（ベースライン量）とを算出する。
【００７０】
上述のレチクルアライメントとベースライン量との計測は、レチクルを交換した際に必ず行われる動作であり、その後、ウェハステージ２１Ａ上のウェハホルダ２０ＡにウェハＷが搭載される。ウェハＷの裏面には、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで観察できる位置に、ウェハ裏面マークＷＭＬとウェハ裏面マークＷＭＲとが描画されている。尚、図１では、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒからの照明光が基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを透過し、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒでそれぞれ２回偏向されて、ウェハ裏面のウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲを照射し、その反射戻り光をウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで受光している様子を、点線を用いて簡略的に示している。詳細については、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）を用いて説明しているので、ここではシーケンスに関する説明は省略する。
【００７１】
図１３には、ウェハステージ２１Ａ上のウェハホルダ２０Ａと、ウェハホルダ２０Ａの左右の切欠き部を利用して、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒに、ウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲの画像をリレーするウェハステージ２１Ａに埋め込まれて配置されたリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒとを示し、更には、基準マーク２２Ｌ、２２Ｒとウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒとの位置関係を平面図で示している。また、図１５は、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒ及び基準マーク２２Ｌ、２２Ｒの構造及び共役関係を説明する為の、第１の手段で説明した発明を例とした側面から見た断面図である。尚、レチクルアライメント顕微鏡１４については、図５、図１０、図１２で説明しており、ウェハ裏面アライメント光学系２３についても、図６、図８、図１１で説明しているので、ここでは説明を省略し、アライメント光学系を構成する、基準マーク２２、リレー光学系２４についての説明を中心に行う。
【００７２】
図１５（Ａ）で示した様に、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒは、２つの反射ミラー２７、３０とリレーレンズ２８、２９とで構成されており、ウェハ裏面マークＷＭは、基準マーク２２のプレート上面に描画された基準マークＦＭ２と共役であり、ウェハＷの表面は、上述のプレート下面に描画された基準マークＦＭ１と共役な関係になっている。基準マーク２２のプレートの厚さは、標準的なウェハ厚（０．７ｍｍ）×プレート屈折率（１．６）程度であり、上述のプレート上面とウェハ表面の高さがほぼ一致する構成である。上述のベースライン計測時には、斜入射オートフォーカス系１９を用いて、基準マーク２２のプレート上面が露光面と一致する様に、ウェハステージ２１ＡをＺ方向に駆動する。ウェハのアライメントや露光時は、斜入射オートフォーカス系１９を用いて、ウェハ表面が露光面と一致する様に制御されるので、上述の基準プレート上面とウェハ表面の高さをほぼ一致させておくことで、ベースライン計測、ウェハ裏面アライメント及び露光時に、殆どウェハステージ２１ＡをＺ駆動させる必要がなくなり、精度、スループット共に良好な結果が得られる。
【００７３】
図１５（Ｂ）ではウェハの厚さ公差は±７５μｍ程度とされているので、例えば、ウェハの厚さが標準よりもｄだけ薄い場合の共役関係を示している。上述の様に、ウェハアライメント時に、基準マーク２２のプレート上面にフォーカスを合わせると、ベースライン計測及びウェハ裏面アライメントは良好に行えるが、露光の際、ウェハ表面と露光面とを合わせる為に、ｄだけウェハステージ２１Ａを上に駆動させる必要がある。但し、動かす量は数十μｍＺと小さいので、誤差としては小さい。仮に誤差が大きい場合でも、動かす量は数十μｍＺなので、例えば、アライメント光学系のＮＡが０．１程度ならば、アライメント光学系の焦点深度内となる。よって、少なくとも一回、ウェハ裏面アライメント後にウェハ露光面までスウェハステージを移動させ、その両方での基準マーク２２の位置ズレ量を計測しておけば、ウェハステージが大きく上下駆動する際の駆動横ズレ誤差を補正することが可能になる。
【００７４】
その他にも、ウェハの厚さ公差が小さいので、厚さの公差に応じてウェハ裏面アライメント光学系に焦点調整機構を設けてフォーカス位置の制御を行っても、誤差は小さい。更には、アライメント光学系の焦点深度内なので、元々ウェハ表面と露光面とを合わせた状態、即ち、基準マーク２２のフォーカス位置からｄだけズレたデフォーカス位置で、ベースライン計測やウェハ裏面アライメントを行っても誤差としては小さい。この様に、いずれの方法でアライメントを実行しても、本発明に於いては良好なスループット、アライメント精度が得られる。
【００７５】
この第１実施形態では、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒを採用しているが、ウェハＷのアライメントはＸＹ及びθ方向のアライメントなので、ウェハ裏面上離れた位置にあるウェハ裏面マークＷＭＬとウェハ裏面マークＷＭＲとをアライメントする必要があり、その２つのマーク位置をほぼ同時に計測してスループットを向上させることが目的である。図１４（Ａ）の様に、ウェハ裏面アライメント光学系２３を一本だけ配置し、基準マーク２２Ｒ及びウェハ裏面マークＷＭＲを計測し、次に、図１４（Ｂ）の様に、ウェハステージ２１Ａを右に移動して、ウェハ裏面アライメント光学系２３により、基準マーク２２Ｌ及びウェハ裏面マークＷＭＬを計測する方法を取っても良い。スループットは遅くなるが、１本の光学系でアライメントを行うことが可能となるので、製造コストを抑えることができる。
【００７６】
この様にしてレチクルＲとウェハＷの位置合わせを行なった後に、露光量制御装置５により制御される露光用シャッター８により、露光開始の指令情報及び積算露光量モニター（図示せず）の結果に基づく露光終了情報により開閉が制御され、レチクル上に露光光が照射される。レチクルＲ上のレチクルパターンを透過した光束は、投影光学系１７によりその共役位置にあるレジストが塗布されたウェハＷ上に、上述のレチクルパターンの投影像を形成する。投影像の形成については、必要な解像度、焦点深度を得る為に、投影光学系の瞳位置に設置されたＮＡ絞り１８の絞りの大きさが、開口部制御装置４で制御されている。
【００７７】
以上のように、露光の手順としては、レチクルＲの設置、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２とのアライメント、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント光学系２３によるウェハ裏面マークＷＭアライメントの工程を経て、レチクルＲのレチクルパターン像が投影光学系１７によりその共役位置にあるレジストが塗布されたウェハＷ上に投影露光される。尚、図１５では第１の手段を例に取り説明したが、第１の実施形態では、第１の手段から第７の手段いずれを用いても良好なスループット、アライメント精度を得ることが可能である。
【００７８】
この様に、第１の実施形態では、リレー光学系２４に少なくとも２つの反射面を設けて、ウェハＷより上方に設置されたウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた方法について説明した。しかし、この方法では、図１３で示した様に、ウェハステージ２１Ａの表面に基準マーク２２を配置する必要があり、ウェハ裏面マーク数を増やした場合、ウェハステージの大きさを大きくする必要がある。そこで第２の実施形態では、リレー光学系２４から反射面を除去し、ウェハＷの下方にウェハ裏面アライメント光学系２３を設置した方法について説明していく。
【００７９】
尚、第２の実施形態では、第１の実施形態とウェハステージ２１Ｂ、ウェハホルダ２０Ｂ、及びリレー光学系２４の構成が異なっている。ここでは、例えば４つのウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲ、ＷＭＵ、ＷＭＤを計測する場合について説明していく。尚、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した様に、各ウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲ、ＷＭＵ、ＷＭＤに対応するリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒ、２４Ｕ、２４Ｄ、及び基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ、２２Ｕ、２２Ｄがあり、ウェハステージ２１Ｂを順次移動することで、ウェハ裏面アライメント光学系２３により、それぞれの位置でウェハ裏面マークＷＭと基準マーク２２とを同時に計測できる構成となっている。
【００８０】
まず、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対してレチクルＲが設置された状態で、ステージ制御装置２が、ウェハステージ２１Ｂ上に設置された基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ｂを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ位置とのアライメントを実行する。この様子を図２で示している。尚、それ以外の構成は第１の実施形態と同じなので、共通部分の説明については省略する。上述の様に、ウェハステージ２１Ｂ上には、基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ以外にも、ウェハ裏面マークＷＭＵ、ＷＭＤに対応する基準マーク２２Ｕ、２２Ｄが存在する。これらの基準マークはウェハステージ２１Ｂに固定されており、互いの相対位置は変化することが無いので、上述のレチクルアライメント時に、少なくともレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ位置とのアライメントを実行すれば、ＸＹ及びθの位置ズレ誤差を計測することができる。但し、ウェハステージ２１Ｂの熱膨張等により、お互いの基準マーク座標が変化することもある。この場合は、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒの少なくとも一方で、基準マーク２２Ｕ、２２Ｄが観察できる位置までウェハステージ２１Ｂを移動し、各基準マークの相対位置を計測しておけば良い。
【００８１】
図１７は、図２に示されたリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒを拡大した側面から見た断面図である。ウェハ裏面アライメント光学系２３で、基準マーク２２Ｌ上の基準マークＦＭＬとウェハ裏面マークＷＭＬとを計測できる位置に、ウェハステージ２１Ｂを移動したときの様子を図１７（Ａ）に示し、リレー光学系２４Ｌには、基準マークＦＭＬとウェハ裏面マークＷＭＬとを共役にするためのレンズ３１Ｌ、３２Ｌが設置されている。そのときの各部分の配置を示したのが、図１６（Ａ）の平面図となる。また、ウェハ裏面アライメント光学系２３で、基準マーク２２Ｒ上の基準マークＦＭＲとウェハ裏面マークＷＭＲとを計測できる位置に、ウェハステージ２１Ｂを移動したときの様子を図１７（Ｂ）に示し、リレー光学系２４Ｒには、基準マークＦＭＲとウェハ裏面マークＷＭＲとを共役にするためのレンズ３１Ｒ、３２Ｒが設置されている。そのときの各部分の配置を示したのが、図１６（Ｂ）の平面図となる。尚、同様にして、ウェハ裏面マークＷＭＵ、ＷＭＤに対応したリレー光学系２４Ｕ、２４Ｄと基準マークＦＭＵ、ＦＭＤとがあるが、ここでは説明を省略する。
【００８２】
ウェハ裏面アライメント光学系２３はウェハステージ２１Ｂの移動により、図１６の矢印で示した順に、各基準マークＦＭと各ウェハ裏面マークＷＭとの相対位置ズレ量を計測していく。予め、ベースライン計測により、レチクルＲの投影位置、各基準マークＦＭのウェハステージ２１Ｂ上の位置、及びウェハ裏面アライメント光学系２３の計測位置は判っているので、上述の相対ズレ量から各ウェハ裏面マークの位置に対応したウェハ露光位置を算出することができる。尚、図１７では第３の手段を例にとり説明したが、第２の実施形態では、第１の手段から第７の手段いずれを用いても良好なスループット、アライメント精度を得ることが可能である。
【００８３】
この様に、第２の実施形態では、ウェハ裏面マーク毎にリレー光学系２４及び基準マーク２２を配置し、ウェハＷより下方に設置されたウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた方法ついて説明した。しかし、この方法では、図１７に示した様に、ウェハ裏面マーク毎にリレー光学系２４及び基準マーク２２を複数配置する必要があり、ウェハステージが重たくなり高価になる。そこで第３の実施形態では、リレー光学系２４及び基準マーク２２をウェハ裏面マーク下から切り離し、共通化する方法について説明していく。
【００８４】
第３の実施形態では、第２の実施形態に比べ、ウェハステージ２１Ｃ、ウェハホルダ２０Ｃ、リレー光学系２４の構成が異なってくる。ここでは、例えば８つのウェハ裏面マークＷＭを計測する場合について説明していく。尚、それ以外の構成は第１の実施形態と同じなので、共通部分の説明については省略する。但し、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した内容と光学配置が異なるので、図１９、図２０、図２１を用いて配置や共役関係については別途説明を行う。
【００８５】
まず、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対してレチクルＲが設置された状態で、ステージ制御装置２が、ウェハステージ２１Ｃ上に設置された基準マーク２２を、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ｂを順次移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上のＦＭ位置とのアライメントを実行する。この様子が図３に示されている。レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２位置とのアライメントを実行すれば、ステージの走り座標基準でＸＹ及びθの位置ズレ誤差を計測することができる。
【００８６】
図１９は、第１の手段を用いた場合における、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ２を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図１９（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図１９（Ｂ）に示される。
【００８７】
尚、図１９（Ａ）に示す様に、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ１位置とは共役であり、基準マークＦＭ１はウェハＷ表面と同じ高さに配置されている。レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ１とが重なる様に、ウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒにより、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ１とのアライメントが可能となる。この様に、基準マーク２２の位置をウェハ裏面マーク位置と別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第１の手段においては、ウェハＷの厚さに対応する様に、基準マーク２２のプレート表裏に基準マークＦＭ１及びＦＭ２が配置されているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第１の手段で説明した通りである。
【００８８】
図２０は、第２の手段を用いた場合の、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。ウェハ裏面アライメント光学系２３は、２焦点光学系である。ウェハＷの表面と同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ１を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２０（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２０（Ｂ）に示される。図を見れば判る様に、２焦点光学系の１つの焦点は基準マークＦＭであり、もう一つの焦点はウェハ裏面になる様に設計されている。
【００８９】
尚、図２０（Ａ）に示す様に、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ１位置とは共役であり、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ１とが重なる様に、ウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４ＲによりレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ１とのアライメントが可能になる。この様に、基準マーク位置を別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第２の手段においては、ウェハ裏面アライメント光学系２３に２焦点光学系を利用しているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第２の手段で説明した通りである。
【００９０】
図２１は、第３の手段を用いた場合の、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。レチクルアライメント顕微鏡１４は、２焦点光学系である。ウェハＷの裏面と同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ２を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２１（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２１（Ｂ）に示される。図を見れば判る様に、２焦点光学系の１つの焦点は基準マークＦＭ２であり、もう一つの焦点はウェハ表面になる様に設計されている。
【００９１】
尚、レチクルアライメント顕微鏡１４は２焦点光学系なので、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ２位置とは計測センサ１２２上で共役であり、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ２とが重なる様にウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒにより、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ２とのアライメントが可能となる。この様に、基準マーク位置を別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第３の手段においては、レチクルアライメント顕微鏡１４に２焦点光学系を利用しているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第３の手段で説明した通りである。
【００９２】
以上、図１９、図２０、図２１を用いて第３の実施形態に第１の手段から第３の手段を用いた場合について説明したが、第４の手段から第７の手段についても同様に用いることができるのは言うまでもない。第３の実施形態では、基準マーク２２を別の位置に配置しているので、リレー光学系２４を取り除くことが可能となっている。その為、図１８の様にウェハ裏面マークを多数配置しても、そのウェハステージ２１Ｃ及びウェハホルダ２０Ｃの様に裏面マーク位置に開口を設け、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる構成にするだけで良く、シンプルなステージ機構とすることが可能となる。尚、図１８（Ａ）は、ベースライン計測を行っている状態を示す平面図であり、図１８（Ｂ）は、ウェハ裏面アライメントを実行している状態を示す平面図である。
【００９３】
尚、第１の手段では、基準マーク２２のプレート表裏に基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２を設けているが、両面にパターンを描画するのが高価な場合には、片面にパターンが描画されたプレートを貼り合わせて両面にパターンを設ける様にしても良い。更に、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２の投影像が重なる問題については、図２２の様に、パターン形状を変えて、投影像が重ならない様にすることも可能である。更に、基板の厚さが大きく異なる場合は、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２の間隔を変えた数種類の段差構造のプレートを用いて、基板の厚さに応じて最適なものを使い分けても良い。以上の様に、本発明の主旨を逸脱しない条件で、色々なバリエーションを考える事が可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１ 制御装置、
２ ステージ制御装置
３ アライメント・フォーカス制御装置
４ 開口部制御装置
５ 露光量制御装置
６ 超高圧水銀灯
７ 楕円鏡
８ 露光用シャッター
９ ロッド光学系
１０ レンズ
１１ ダイクロイックミラー
１２ 開口絞り
１３ レンズ
１４ レチクルアライメント顕微鏡
１５ ブラインド
１６ レチクルステージ
１７ 投影光学系
１８ ＮＡ可変絞り
１９ 斜入射オートフォーカス系
２０，２０Ａ、Ｂ、Ｃ ウェハホルダ
２１、２１Ａ、Ｂ、Ｃ ウェハステージ
２２ 基準マーク
２３ ウェハ裏面アライメント光学系
２４、２４Ｌ、Ｒ リレー光学系
２５、２６ ２焦点レンズ
２７、３０ 反射ミラー、
２８、２９ リレーレンズ
１０１、１０７、１１３、１１８、１２３、１３１ アライメント照明系
１０２、１０４、１０５、１０８、１０９、１１１、１１３、１１４、１１６、１１９、１２１、１２４、１２６、１２７、１３２、１３４、１３５ レンズ
１０３、１０９、１１５、１２０、１２５、１２８、１３３、１３６ ハーフミラー
１０６、１１２、１１７、１２２、１２９、１３０、１３７、１３８ 計測センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に第１の基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に第２の基準マークを設けると共に、それらを計測する第２の計測センサが配置されており、前記第１の基準マーク及び前記第２の基準マークが基板ステージ上の前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと、基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及び前記裏面マークを計測する第２の計測センサが配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、基板ステージ上の前記裏面マークと共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及びレチクルマークを計測する第２の計測センサが配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】
前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系が複屈折レンズを用いたものであることを特徴とする、請求項２または３に記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系が、軸上色収差を有する光学系であり、２つの異なる照明波長を用いたものであることを特徴とする、請求項２または３に記載の投影露光装置。
【請求項６】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な基板ステージ上の位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記裏面マークと基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に第１の基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に第２の基準マークを設けると共に、それらを計測する第２の計測センサが配置されており、前記第１の基準マーク及び前記第２の基準マークが基板ステージ上の前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと、基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及び前記裏面マークを計測する第２の計測センサが配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、基板ステージ上の前記裏面マークと共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及びレチクルマークを計測する第２の計測センサが配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】
前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系が複屈折レンズを用いたものであることを特徴とする、請求項２または３に記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系が、軸上色収差を有する光学系であり、２つの異なる照明波長を用いたものであることを特徴とする、請求項２または３に記載の投影露光装置。
【請求項６】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な基板ステージ上の位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記裏面マークと基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−１１４２０９（Ｐ２０１１−１１４２０９Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６９９７６（Ｐ２００９−２６９９７６）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（５０１４６６９３８）株式会社目白プレシジョン (31)
【出願人】（５０９３０４５３１）有限会社西デザインコンサルティング (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（５０１４６６９３８）株式会社目白プレシジョン (31)
【出願人】（５０９３０４５３１）有限会社西デザインコンサルティング (2)
【Ｆターム（参考）】
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