JP2011108691A - 露光位置計測方法および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上の正確な露光位置を容易に計測できる露光位置計測方法を提供すること。
【解決手段】ウエハＷＡの裏面側でウエハＷＡのｘ軸方向の直径上に並ぶよう形成された裏面マークＰｘおよびウエハＷＡの裏面側でウエハＷＡのｙ軸方向の直径上に並ぶよう形成された裏面マークＰｙを、ウエハＷＡの裏面側から検出する検出ステップと、裏面マークＰｘ，Ｐｙの検出結果に基づいてウエハＷＡ上の露光位置の座標を算出する座標算出ステップと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光位置計測方法および露光装置に関する。

従来、露光装置は、ウエハの表面や裏面に配置しているマークを検出し、マークが配置されるべき位置からの位置ずれ量をウエハの位置ずれ量として算出していた。そして、露光装置は、算出されたウエハの位置ずれ量に基づいて、ウエハの線形的な露光位置補正を行ったうえでウエハの露光を行っていた。

例えば、特許文献１に記載の位置ずれ補正方装置は、被加工基板上の各区画に配置された位置決め用のマークの位置を検出している。そして、検出結果に従って、被加工基板の各区画の基準位置からのずれを被加工基板の結晶軸方位に依存する伸縮関数を用いて算出し、位置ずれの非線形成分を補正している。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、結晶方位に依存した非線形成分しか補正できないので、装置間で生じるステージの走りに起因するずれや、結晶方位以外の要因から生じるずれの非線形成分を正確に計測できないという問題があった。このため、露光装置の変更やデバイス処理（ウエハへの成膜や熱処理など）を行うことによって、位置ずれの非線形的な成分が発生した場合に、合わせ位置ずれ量を正確に計測できなかった。その結果、合わせ位置ずれを正確に補正できないという問題があった。

特開２００９−１６４３９９号公報

本発明は、基板上の正確な露光位置を容易に計測できる露光位置計測方法および露光装置を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、基板の裏面側で前記基板の第１の直径上および前記第１の直径に直交する第２の直径上のそれぞれに並ぶよう形成されたパターンを、第１のパターンとして検出する検出ステップと、前記第１のパターンの検出結果に基づいて前記基板上の露光位置の座標を算出する座標算出ステップと、を含むことを特徴とする露光位置計測方法が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、第１の方向および前記第１の方向に直交する第２の方向のそれぞれに並ぶよう露光対象物に形成されたパターンを、第１のパターンとして検出する検出部と、前記第１のパターンの検出結果に基づいて前記露光対象物の露光位置の座標を算出する座標算出部と、算出した前記露光位置の座標に基づいて、前記露光対象物の露光を行う露光部と、を備えることを特徴とする露光装置が提供される。

本発明によれば、基板上の正確な露光位置を容易に計測することが可能になるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る露光装置で露光処理されるウエハの構成を示す図である。 図２は、裏面マークの構成の一例を示す図である。 図３は、実施の形態に係る露光装置が備えるウエハステージの構成を示す図である。 図４は、ウエハステージの構成を示す断面図である。 図５は、実施の形態に係る露光装置の構成を示すブロック図である。 図６は、ウエハステージとセンサの動作を説明するための図である。 図７は、ウエハ上の原点算出方法を説明するための図である。 図８は、ウエハの回転方向の位置ずれを説明するための図である。 図９は、ウエハステージの他の構成例を示す断面図である。 図１０は、裏面マークの他の構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る露光位置計測方法および露光装置を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る露光装置で露光処理されるウエハの構成を示す図である。本実施の形態の露光装置（後述の露光装置１０）は、基板（ウエハＷＡなど）の位置を算出しながらウエハＷＡに露光処理を行う装置である。図１では、ウエハＷＡの裏面を上面側から見た図を示している。

ウエハＷＡの裏面上には、ｘ軸方向にウエハＷＡの直径とほぼ同じ長さに並べられた裏面マークＰｘと、ｙ軸方向にウエハＷＡの直径とほぼ同じ長さに並べられた裏面マークＰｙと、が、位置計測マークとしてウエハＷＡの略中心位置で直交するよう十字状に配置されている。換言すると、ウエハＷＡ裏面上のｘ軸方向の最左端から最右端の間（第１の直径上）に裏面マークＰｘが配置され、ウエハＷＡ裏面上のｙ軸方向の最上端から最下端までの間（第２の直径上）に裏面マークＰｙが配置されている。

裏面マーク（第１のパターン）Ｐｘ，Ｐｙは、それぞれ矩形状の領域に配置されている。裏面マークＰｘの配置される矩形状領域は、長手方向がｘ軸方向であり、短手方向がｙ軸方向である。また、裏面マークＰｙの配置される矩形状領域は、長手方向がｙ軸方向であり、短手方向がｘ軸方向である。

また、ウエハＷＡの裏面上には、裏面マークＰｘに平行な方向に配置された裏面マークＱｘと、裏面マークＰｙに平行な方向に配置された裏面マークＱｙと、が原点計測マークとして配置されている。裏面マークＱｘは、裏面マークＰｘから所定距離だけ離れた裏面マークＰｘとは異なる領域（ウエハＷＡの中心を通らない領域）に配置されており、裏面マークＱｙは、裏面マークＰｙから所定距離だけ離れた裏面マークＰｙとは異なる領域（ウエハＷＡの中心を通らない領域）に配置されている。

裏面マーク（第２のパターン）Ｑｘ，Ｑｙは、それぞれ矩形状の領域に配置されている。裏面マークＱｘの配置される矩形状領域は、例えば長手方向がｘ軸方向であり、短手方向がｙ軸方向である。また、裏面マークＱｙの配置される矩形状領域は、例えば長手方向がｙ軸方向であり、短手方向がｘ軸方向である。

裏面マークＱｘの配置される矩形状領域のうち、ｘ軸方向の長さは裏面マークＰｘよりも短く、ｙ軸方向の長さは裏面マークＰｘと同じ長さである。また、裏面マークＱｙの配置される矩形状領域のうち、ｘ軸方向の長さは裏面マークＰｙよりも短く、ｙ軸方向の長さは裏面マークＰｙと同じ長さである。また、裏面マークＱｘ，Ｑｙは、ウエハＷＡ内にマーク端が収まるよう長さが決定されている。

裏面マークＱｘ，Ｑｙは、ウエハＷＡの中心位置を算出するためのマークである。露光装置１０は、裏面マークＱｘ，Ｑｙの位置を測定することによって、裏面マークＱｘのｘ軸方向の中心位置（後述するマーク中心Ｃｘ２）と裏面マークＱｙのｙ軸方向の中心位置（後述するマーク中心Ｃｙ２）を算出する。そして、露光装置１０は、算出したマーク中心Ｃｘ２，Ｃｙ２を用いて、ウエハＷＡの回転方向のずれ量（ローテーションずれ量）（後述する回転ずれ量Ｒｏｔ）を算出する。露光装置１０は、算出したマーク中心Ｃｘ２，Ｃｙ２と、回転ずれ量Ｒｏｔと、を用いてウエハＷＡの中心点（原点）を算出する。

また、裏面マークＰｘ，Ｐｙは、ウエハＷＡ上での露光位置の座標を算出するためのマークである。露光装置１０は、裏面マークＰｘの測定値と、ウエハＷＡの原点と、を用いてウエハＷＡ上での露光位置の座標を算出する。裏面マークＰｘ，Ｐｙ，Ｑｘ，Ｑｙは、例えばウエハＷＡがバルクウエハの状態である時に形成しておく。

つぎに、裏面マークＰｘ，Ｐｙ，Ｑｘ，Ｑｙの構成について説明する。なお、以下では裏面マークＰｘ，Ｐｙ，Ｑｘ，Ｑｙを裏面マークＲという場合がある。図２は、裏面マークの構成の一例を示す図である。図２では、裏面マークＲの一例である裏面マークＰｘの上面図を示している。

裏面マークＰｘは、ライン＆スペースのパターンであるラインパターンＬ１とスペース領域Ｓ１とが等間隔で等ピッチパターンとして配置されている。ラインパターンＬ１は、矩形状をなしており、その長手方向がｙ軸方向であり、短手方向がｘ軸方向である。裏面マークＰｘは、ラインパターンＬ１がｘ軸方向の直径上に複数繰り返し並べられることによって構成されている。このように、本実施の形態のウエハＷＡの裏面には、複数の凹凸（ライン＆スペース）からなるグレーティング状の周期構造部として裏面マークＰｘが形成されている。

また、裏面マークＰｙ，Ｑｘ，Ｑｙは、それぞれ裏面マークＰｘと同様に、ラインパターンＬ１とスペース領域Ｓ１とが等間隔で配置されている。裏面マークＰｙ，Ｑｙでは、ラインパターンＬ１の長手方向がｘ軸方向であり、短手方向がｙ軸方向である。また、裏面マークＱｘでは、ラインパターンＬ１の長手方向がｙ軸方向であり、短手方向がｘ軸方向である。なお、ラインパターンＬ１の短手方向の長さ（幅）と、スペース領域Ｓ１の短手方向の長さ（幅）とは、異なる寸法であってもよい。

つぎに、露光装置１０が備えるウエハステージの構成について説明する。図３は、実施の形態に係る露光装置が備えるウエハステージの構成を示す図であり、図４は、ウエハステージの構成を示す断面図である。図３では、ウエハステージ５を上面側から見た図を示しており、図４では、ウエハステージ５をｘ軸方向（アーム８１ｘの軸方向）に切断した場合の断面図を示している。

ウエハステージ５の上部側には、ウエハＷＡを支持する複数からなる針状部材９と、針状部材９に載置されたウエハＷＡを固定するウエハホルダ６と、が配置されている。各針状部材９は、ウエハＷＡを載置した際に裏面マークＲに接触しない位置に形成しておく。ウエハステージ５は、ウエハステージ５自身が移動することによってウエハＷＡへの露光位置を露光光の照射位置に移動させる。ウエハステージ５の近傍には、裏面マークＲの位置を測定するためのマーク測定部３０Ｘ，３０Ｙが設けられている。

マーク測定部３０Ｘは、裏面マークＰｘ，Ｑｘの位置を測定する手段であり、アーム８１ｘ，８２ｘと、アーム８１ｘ，８２ｘを駆動させるアーム駆動部７Ｘと、を備えている。また、マーク測定部３０Ｙは、裏面マークＰｙ，Ｑｙの位置を測定する手段であり、アーム８１ｙ，８２ｙと、アーム８１ｙ，８２ｙを駆動させるアーム駆動部７Ｙと、を備えている。

アーム８１ｘ，８２ｘは、ウエハステージ５の主面と平行な面内上で互いに平行方向となるようアーム駆動部７Ｘに接合されており、アーム駆動部７Ｘからウエハホルダ６側に延びている。また、アーム８１ｙ，８２ｙは、ウエハステージ５の主面と平行な面内上で互いに平行方向となるようアーム駆動部７Ｙに接合されており、アーム駆動部７Ｙからウエハホルダ６側に延びている。

アーム８１ｘ，８２ｘは、アーム駆動部７Ｘからｘ軸方向に延設された棒状部材であり、ウエハホルダ６内をｘ軸方向に移動する。アーム８１ｘには、アーム駆動部７Ｘとは反対側の先端部に裏面マークＰｘの位置を測定するセンサ（マーク検出センサ）Ｓｘ１が配置されている。また、アーム８２ｘには、アーム駆動部７Ｘとは反対側の先端部に裏面マークＱｘの位置を測定するセンサ（マーク検出センサ）Ｓｘ２が配置されている。

アーム８１ｙ，８２ｙは、アーム駆動部７Ｙからｙ軸方向に延設された棒状部材であり、ウエハホルダ６内をｙ軸方向に移動する。アーム８１ｙには、アーム駆動部７Ｙとは反対側の先端部に裏面マークＰｙの位置を測定するセンサ（マーク検出センサ）Ｓｙ１が配置されている。また、アーム８２ｙには、アーム駆動部７Ｙとは反対側の先端部に裏面マークＱｙの位置を測定するセンサ（マーク検出センサ）Ｓｙ２が配置されている。なお、以下では、センサＳｘ１，Ｓｘ２，Ｓｙ１，Ｓｙ２をセンサＳという場合がある。

ウエハホルダ６には、その内部にアーム８１ｘ，８２ｘを挿入してセンサＳｘ１，Ｓｘ２をｘ軸方向に導く溝（溝壁面）８５ｘ，８６ｘが形成されている。溝８５ｘ，８６ｘは、ｘ軸方向にウエハホルダ６の最左端から最右端まで延びている。溝８５ｘは、ウエハＷＡをウエハホルダ６上に載置した際にセンサＳｘ１が裏面マークＰｘの全位置を検出できる位置（裏面マークＰｘの直下）に形成されている。溝８６ｘは、ウエハＷＡをウエハホルダ６上に載置した際にセンサＳｘ２が裏面マークＱｘの全位置を検出できる位置（裏面マークＱｘの直下）に形成されている。

また、ウエハホルダ６には、その内部にアーム８１ｙ，８２ｙを挿入してセンサＳｙ１，Ｓｙ２をｙ軸方向に導く溝（溝壁面）８５ｙ，８６ｙが形成されている。溝８５ｙ，８６ｘは、ｙ軸方向にウエハホルダ６の最上端から最下端まで延びている。溝８５ｙは、ウエハＷＡをウエハホルダ６上に載置した際にセンサＳｙ１が裏面マークＰｙの全位置を検出できる位置（裏面マークＰｙのほぼ直下）に形成されている。溝８６ｙは、ウエハＷＡをウエハホルダ６上に載置した際にセンサＳｙ２が裏面マークＱｙの全位置を検出できる位置（裏面マークＱｙの直下）に形成されている。

溝８５ｙ，８６ｙと溝８６ｘ，８６ｘは、互いにぶつからないよう、溝８５ｙ，８６ｙが、溝８６ｘ，８６ｘよりも上側に形成されている。なお、溝８５ｙ，８６ｙを、溝８６ｘ，８６ｘよりも下側に形成しておいてもよい。溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘは、例えば、上面側が開放された断面コの字状である。なお、溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘは、上面側が閉ざされた筒状であってもよい。この場合、センサＳによる裏面マークＲの検出感度が低下しないよう、ウエハホルダ６を透明な部材などで構成しておく。

また、溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘおよび針状部材９は、溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘが針状部材９の直下となる位置に形成しても構わない。なお、溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘを針状部材９の直下に形成する場合は、センサＳによる裏面マークＲの検出感度が低下しないよう、針状部材９を透明な部材で構成しておく。

センサＳｘ１，Ｓｘ２によって、裏面マークＰｘ，Ｑｘを測定する際には、ウエハステージ５とアーム８１ｙ，８２ｙの相対位置を固定した状態で、ウエハステージ５およびアーム８１ｙ，８２ｙをｘ軸方向に移動させる。

同様に、センサＳｙ１，Ｓｙ２によって、裏面マークＰｙ，Ｑｙを測定する際には、ウエハステージ５とアーム８１ｘ，８２ｘの相対位置を固定した状態で、ウエハステージ５およびアーム８１ｘ，８２ｘをｙ軸方向に移動させる。

つぎに、露光装置１０の構成について説明する。図５は、実施の形態に係る露光装置の構成を示すブロック図である。露光装置１０は、露光機構２０、アーム駆動部７Ｘ，７Ｙ、センサ群１３を有している。露光機構２０は、ウエハＷＡへの露光処理を行う装置であり、ステージ駆動部１１、制御部１４を備えている。

ステージ駆動部１１は、ウエハステージ５を駆動させてウエハステージ５をＸＹ方向に移動させる。ステージ駆動部１１は、制御部１４からの指示に従ってウエハステージ５を移動させる。また、アーム駆動部７Ｘ，７Ｙは、制御部１４からの指示に従ってアーム８１ｘ，８２ｘ，８１ｙ，８２ｙを移動させる。

センサ群１３は、センサＳｘ１，Ｓｘ２，Ｓｙ１，Ｓｙ２である。センサ群１３は、エンコーダ機構を有しており、裏面マークＲに光を照射するとともに反射信号を検出することによって裏面マークＲを検出する。センサ群１３は、裏面マークＲの検出信号を位置情報として制御部１４に送る。

制御部１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを具備したコンピュータなどであり、ステージ駆動部１１、アーム駆動部７Ｘ，７Ｙ、図示しない光源などを制御する。制御部１４は、ウエハＷＡ（ウエハステージ５）上で露光させたい位置が、露光光の照射位置となるようステージ駆動部１１に指示を送る。

また、制御部１４は、センサＳｘ１，Ｓｘ２，Ｓｙ１，Ｓｙ２が所望の位置となるよう、アーム駆動部７Ｘ，７Ｙに指示を送る。制御部１４は、ウエハＷＡの原点（センサＳｘ１，Ｓｙ１のウエハＷＡ上の基準位置）を算出する際には、センサＳｘ２が裏面マークＱｘの全パターン位置を検出できるよう、アーム駆動部７Ｘに移動指示を送る。また、制御部１４は、ウエハＷＡの原点を算出する際には、センサＳｙ２が裏面マークＱｙの全パターン位置を検出できるよう、アーム駆動部７Ｙに移動指示を送る。

また、制御部１４は、ウエハＷＡを露光する際には、ウエハＷＡの原点からウエハＷＡの露光位置までの間に配置されている裏面マークＰｘ，Ｐｙを検出できるようアーム駆動部７Ｘ，７Ｙに移動指示を送る。具体的には、センサＳｘ１が、裏面マークＰｘのうち、原点から露光位置と同じｘ座標に配置されている裏面マークＰｘまでの各パターン位置（各ラインＬ１の座標）を検出できるようアーム駆動部７Ｘに指示を送る。また、センサＳｙ１が、裏面マークＰｙを構成する各パターンうち、原点から露光位置と同じｙ座標に配置されている裏面マークＰｙまでの各パターン位置を検出できるようアーム駆動部７Ｙに指示を送る。

例えば、ウエハＷＡの原点が（ｘ０，ｙ０）であり、露光位置が（ｘ１，ｙ１）である場合、センサＳｘ１は、裏面マークＰｘのうちｘ０と同じｘ座標にあるパターンからｘ１と同じｘ座標にあるパターンまでの各パターン位置（パターン数）を検出する。また、センサＳｙ１は、裏面マークＰｙのうちｙ０と同じｙ座標にあるパターンからｙ１と同じｙ座標にあるパターンまでの各パターン位置（パターン数）を検出する。

また、（ｘ２，ｙ２）の露光位置から（ｘ３，ｙ３）の露光位置まで移動する場合、センサＳｘ１は、裏面マークＰｘのうちｘ２と同じｘ座標にあるパターンからｘ３と同じｘ座標にあるパターンまでの各パターン位置（パターン数）を検出する。また、センサＳｙ１は、裏面マークＰｙのうちｙ２と同じｙ座標にあるパターンからｙ３と同じｙ座標にあるパターンまでの各パターン位置（パターン数）を検出する。

本実施の形態の制御部１４は、センサ群１３からの位置情報に基づいて、ウエハＷＡ上の露光位置に対応するウエハステージ５上の位置をウエハＷＡの露光位置として算出する算出部としての機能を有している。具体的には、制御部１４は、原点から露光位置までラインパターンＬ１をいくつ検出できたかに基づいて、ウエハＷＡの露光位置を算出する。

制御部１４は、ｘ軸方向の露光位置（座標）を計測する際には、センサＳｘ１が原点から露光位置まで移動するまでの間に、センサＳｘ１が右方向へ進んだ際に検出したパターン数と、センサＳｘ１が左方向へ進んだ際に検出したパターン数と、を記憶しておく。そして、記憶しておいたパターン数を用いて原点からのｘ軸方向の距離を算出する。

また、制御部１４は、ｙ軸方向の露光位置（座標）を計測する際には、センサＳｙ１が原点から露光位置まで移動するまでの間に、センサＳｙ１が上方向へ進んだ際に検出したパターン数と、センサＳｙ１が下方向へ進んだ際に検出したパターン数と、を記憶しておく。そして、記憶しておいたパターン数を用いて原点からのｙ軸方向の距離を算出する。

ウエハＷＡの露光位置は、ウエハＷＡを基準として算出された位置をウエハステージ５上の位置に換算した位置である。これにより、制御部１４は、ウエハステージ５上でのウエハＷＡの露光位置を補正する。制御部１４は、ウエハＷＡへの露光位置の補正処理として、補正位置に応じた位置が露光光の照射位置となるようステージ駆動部１１に指示を送る。

ここで、ウエハステージ５とセンサＳの動作について説明する。図６は、ウエハステージとセンサの動作を説明するための図である。図６の（ａ）では、露光位置がＲ（ｘ１，ｙ１）の場合のウエハステージ５とセンサＳの位置を示している。また、図６の（ｂ）では、露光位置がＲ（ｘ２，ｙ１）の場合のウエハステージ５とセンサＳの位置を示し、図６の（ｃ）では、露光位置がＲ（ｘ１，ｙ３）の場合のウエハステージ５とセンサＳの位置を示している。

Ｒ（ｘ１，ｙ１）での露光を終えた後に、露光位置をｘ方向に移動させる場合、ウエハステージ５とセンサＳｙ１の相対位置を固定した状態で、ウエハステージ５およびセンサＳｙ１をｘ軸方向に移動させる。このとき、センサＳｘ１の位置は固定しておく。これにより、センサＳｘ１は、相対的にウエハＷＡの裏面下（裏面マークＰｘ）をｘ軸方向に移動することとなる。

例えば、Ｒ（ｘ１，ｙ１）の次の露光位置がＲ（ｘ２，ｙ１）の場合、センサＳｘ１は、ｘ座標の位置がｘ２となる位置まで相対移動する（ｂ）。これにより、センサＳｘ１は、裏面マークＰｘの下部を座標ｘ１から座標ｘ２まで移動することとなる。センサＳｘ１は、裏面マークＰｘの下部を移動している間、裏面マークＰｘのパターンを順番に検出していく。センサＳｘ１が検出したパターンは、ｘ軸方向の位置情報として制御部１４に送られる。これにより、制御部１４は、センサＳｘ１が検出したパターンの数に基づいて、Ｒ（ｘ２，ｙ１）の位置を算出（計測）する。

Ｒ（ｘ１，ｙ１）での露光を終えた後に、露光位置をｘ方向に移動させる場合、ウエハステージ５とセンサＳｘ１の相対位置を固定した状態で、ウエハステージ５およびセンサＳｘ１をｙ軸方向に移動させる。このとき、センサＳｙ１の位置は固定しておく。これにより、センサＳｙ１は、相対的にウエハＷＡの裏面下（裏面マークＰｙ）をｙ軸方向に移動することとなる。

例えば、Ｒ（ｘ１，ｙ１）の次の露光位置がＲ（ｘ１，ｙ３）の場合、センサＳｙ１は、ｙ座標の位置がｙ３となる位置まで移動する（ｃ）。これにより、センサＳｙ１は、裏面マークＰｙの下部を座標ｙ１から座標ｙ３まで相対移動することとなる。センサＳｙ１は、裏面マークＰｙの下部を移動している間、裏面マークＰｙのパターンを順番に検出していく。センサＳｙ１が検出したパターンは、ｙ軸方向の位置情報として制御部１４に送られる。これにより、制御部１４は、センサＳｙ１が検出したパターンの数に基づいて、Ｒ（ｘ１，ｙ３）の位置を算出（計測）する。

つぎに、露光位置の算出方法について説明する。図７は、ウエハ上の原点算出方法を説明するための図であり、図８は、ウエハの回転方向の位置ずれを説明するための図である。ウエハＷＡの中心位置を算出する際には、センサＳｘ２がｘ軸方向に移動することによって裏面マークＱｘの一方の端部から他方の端部までのラインパターンＬ１を全て検出する。このとき、センサＳｘ２は、ラインパターンＬ１の検出信号を制御部１４に送る。制御部１４は、ラインパターンＬ１の数に基づいて、裏面マークＱｘのｘ軸方向の中心位置をマーク中心Ｃｘ２として算出する。ラインパターンＬ１は等間隔で並べられているので、制御部１４は、検出されたラインパターンＬ１の数がＮ（Ｎは自然数）である場合、一方の端部から数えて（Ｎ／２）番目のラインパターンＬ１の位置をマーク中心Ｃｘ２に設定する。

また、ウエハＷＡの中心位置を算出する際には、センサＳｙ２がｙ軸方向に移動することによって裏面マークＱｙの一方の端部から他方の端部までのラインパターンＬ１を全て検出する。このとき、センサＳｙ２は、ラインパターンＬ１の検出信号を制御部１４に送る。制御部１４は、ラインパターンＬ１の数に基づいて、裏面マークＱｙのｙ軸方向の中心位置をマーク中心Ｃｙ２として算出する。ラインパターンＬ１は等間隔で並べられているので、制御部１４は、検出されたラインパターンＬ１の数がＭ（Ｍは自然数）である場合、一方の端部から数えて（Ｍ／２）番目のラインパターンＬ１の位置をマーク中心Ｃｙ２に設定する。

つぎに、制御部１４は、予め設定しておいた裏面マークＱｘのｙ軸方向の位置Ｌｙ２と、予め設定しておいた裏面マークＱｙのｘ軸方向の位置Ｌｘ２と、を用いてウエハＷＡの回転方向のずれ量を回転ずれ量Ｒｏｔとして算出する。例えば、制御部１４は、以下に示す式（１）を用いて回転ずれ量Ｒｏｔを算出する。
Ｒｏｔ＝（−（Ｃｘ２／Ｌｙ２）＋（Ｃｙ２／Ｌｘ２））／２・・・（１）

さらに、制御部１４は、以下に示す式（２）、式（３）を用いてウエハＷＡの原点（Ｃｘ１，Ｃｙ１）を算出する。
Ｃｘ１＝（Ｃｘ２）＋（Ｒｏｔ×Ｌｙ２）・・・（２）
Ｃｙ１＝（Ｃｙ２）−（Ｒｏｔ×Ｌｘ２）・・・（３）

これにより、制御部１４は、ウエハＷＡの回転方向の位置ずれを考慮したウエハＷＡの原点に座標（Ｃｘ１，Ｃｙ１）を設定する。この後、制御部１４は、裏面マークＰｘの測定値（原点から露光位置までの間にあるラインパターンＬ１の数）と、ウエハＷＡの原点と、を用いてウエハＷＡ上での露光位置の座標を算出する。具体的には、制御部１４は、センサＳｘ１，Ｓｙ１で検出されるラインパターンの数に基づいて、ウエハステージ５（ウエハＷＡ）の位置（座標）を算出し補正する。

このように、裏面マークＲを用いて露光位置の補正を行うので、ウエハ基準のステージ移動が可能となり、その結果、露光装置間でウエハＷＡ上の位置と露光位置との位置マッチングずれが発生する場合であっても、位置ずれの非線形成分を補正することが可能となる。また、ウエハプロセス（ウエハＷＡへの成膜や熱処理などのデバイス処理）でウエハＷＡに歪みや反りなどが生じた場合であっても、ウエハＷＡ上の位置と露光位置との間で発生する位置ずれの非線形成分を補正することが可能となる。換言すると、ウエハＷＡの裏面に配置した位置基準面を用いてウエハＷＡ上での位置算出を行うので、露光装置間で生じるずれの非線形成分なども含めてウエハＷＡが歪んだ状態そのものを補正することが可能となる。また、ウエハＷＡの原点とウエハステージ５の原点とが同じであり、ウエハＷＡ上の位置を測定するスケールとウエハステージ５上でのスケールとが同じであるので、露光位置でのアライメントが不要となる。露光装置１０は、ウエハＷＡ上の位置と露光位置との間で発生する位置ずれの非線形成分を補正しながら、所望の位置でウエハＷＡを露光する。

露光装置１０によるウエハＷＡの露光位置補正や露光処理は、例えばウエハプロセスのレイヤ毎に行われる。そして、露光位置が補正された状態で露光されたウエハＷＡを用いて半導体デバイスなどの半導体装置（半導体集積回路）が製造される。具体的には、レジストの塗布されたウエハＷＡに露光位置の補正を行って露光し、その後ウエハＷＡを現像してウエハＷＡ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとしてウエハＷＡの下層側をエッチングする。半導体装置を製造する際には、上述した露光位置を補正した状態での露光処理、現像処理、エッチング処理などがレイヤ毎に繰り返される。

なお、本実施の形態では、ウエハホルダ６内をセンサＳが移動する場合について説明したが、センサＳはウエハホルダ６以外の位置を移動してもよい。図９は、ウエハステージの他の構成例を示す断面図である。図９では、図４と同様にウエハステージ５をｘ軸方向（アーム８１ｘの軸方向）に切断した場合の断面図を示している。図９のウエハステージ５では、センサＳｘ１，Ｓｙ１，Ｓｙ２や図示しないセンサＳｘ２が、それぞれウエハホルダ６の下部側に設けられたウエハステージ５内に配置されている。

ウエハステージ５内にセンサＳを配置する場合も、ウエハホルダ６内にセンサＳを配置する場合と同様に、溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘを、上面側が開放された断面コの字状としておく。さらに、センサＳによる裏面マークＲの検出感度が低下しないよう、ウエハホルダ６を透明な部材で構成しておく。なお、溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘは、上面側が閉ざされた筒状であってもよい。この場合、センサＳによる裏面マークＲの検出感度が低下しないよう、ウエハステージ５を透明な部材で構成しておく。

また、ウエハＷＡを支持する複数からなる針状部材９の間（ウエハホルダ６の上面）にセンサＳを配置してもよい。この場合、アーム８１ｘ，８２ｘ，８１ｙ，８２ｙと針状部材９とがぶつからない位置を通るよう、アーム８１ｘ，８２ｘ，８１ｙ，８２ｙを移動させる。また、針状部材９の間にセンサＳを配置する場合、ウエハホルダ６上に溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘを設けておいてもよいし、溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘを設けておかなくてもよい。

また、本実施の形態では、裏面マークＰｘ，Ｑｘをｘ軸と平行な直径方向に配置し、裏面マークＰｙ，Ｑｙをｙ軸と平行な直径方向に配置する場合について説明したが、裏面マークＲの配置位置は図１に示した配置位置に限らない。ウエハＷＡのｘ軸方向の全ての位置とｙ軸方向の全ての位置を検出できる位置であれば、何れの位置に裏面マークＲを配置してもよい。換言すると、ウエハＷＡのｘ軸方向の最左端から最右端までと、ｙ軸方向の最上端から最下端までを測定できる位置であれば、裏面マークＲを何れの位置に配置してもよい。したがって、裏面マークＰｘと裏面マークＰｙは直交する必要はない。また、裏面マークＰｘや裏面マークＰｙは、１本の直線状に配置する必要はなく複数本の直線状に配置してもよい。センサＳを移動させる溝は、裏面マークＲの配置位置に応じた位置に形成しておく。

また、本実施の形態では、ラインパターンＬ１を等間隔に配置することによって裏面マークＲを構成したが、ラインパターンＬ１を不等間隔に並べてもよい。図１０は、裏面マークの他の構成例を示す図である。図１０の（ａ）では、ラインパターンを所定の不等間隔で配置した場合の裏面マークＰｘの上面図を示している。裏面マークＰｘは、ラインパターンＬ２が不等間隔で配置されている。ラインパターンＬ２は、ラインパターンＬ１と同様の形状を有している。

スペース領域Ｓ２の短手方向の幅（ラインパターンＬ２間の距離）を、予め規定した種々の距離となるようラインパターンＬ２を配置しておく。例えば、裏面マークＲのｘ軸方向の一方の端部側（図１０の（ａ）では左端側）ではスペース領域Ｓ２の幅を広くし、ｘ軸方向の他方の端部側に向かうに従ってスペース領域Ｓ２の幅を狭くしておく。また、ラインパターンＬ２を一定の幅としておく。これにより、露光装置１０は、スペース領域Ｓ２の幅を測定することによって、ウエハＷＡ上の何れの位置を計測しているかを認識することが可能となる。したがって、露光装置１０は、ウエハＷＡ上の何れの位置が露光位置となっているかを判断することが可能となる。

また、ラインパターンＬ２を予め規定した種々の幅で配置してもよい。例えば、図１０の（ｂ）に示すように、裏面マークＲのｘ軸方向の一方の端部側（図１０の（ｂ）では左端側）ではラインパターンＬ３の幅を広くし、ｘ軸方向の他方の端部側に向かうに従ってラインパターンＬ３の幅を狭くしておく。また、スペース領域Ｓ３を一定の幅としておく。これにより、露光装置１０は、ラインパターンＬ３の幅を測定することによって、ウエハＷＡ上の何れの位置を計測しているかを認識することが可能となる。したがって、露光装置１０は、ウエハＷＡ上の何れの位置が露光位置となっているかを判断することが可能となる。

また、ラインパターンＬ２の幅やスペース領域Ｓ２の幅が不等間隔となるよう配置しておくことによって、検出したラインパターンＬ２の幅やスペース領域Ｓ２の幅に基づいてウエハＷＡの原点を算出することが可能となる。これにより、裏面マークＱｘ，Ｑｙが不要となる。

また、裏面マークＱｘ，Ｑｙは、裏面マークＰｘ，Ｐｙと重ならない位置に配置してもよい。これにより、裏面マークＲの検出が容易になる。また、裏面マークＲは露光装置（ウエハ裏面照射用露光機）などを用いてウエハＷＡの裏面に形成してもよいし、ＥＢ（電子ビーム）露光装置などの他の装置を用いてウエハＷＡの裏面に形成してもよい。また、裏面マークＲは、ラインパターンに限らず、ドットパターンなどの他の形状を有したパターンであってもよい。

また、裏面マークＰｘと裏面マークＱｙが重なるウエハＷＡの中心部では、ウエハステージ５の位置を検出する機能（位置検出機能）によって測定されたウエハステージ５の位置を用いて、ウエハＷＡの露光位置を補間してもよい。また、ウエハＷＡの外側を露光位置とする場合、ウエハステージ５の位置する検出する機能によって測定されたウエハステージ５の位置を用いて、ウエハＷＡの露光位置を補間してもよい。これにより、裏面マークＲのパターン検出が不可能な状況であっても所望の位置にウエハステージ５（ウエハＷＡ）を移動させることが可能となる。

このように実施の形態によれば、ウエハＷＡ上の正確な露光位置を容易に計測することが可能になる。したがって、露光装置間差に起因するウエハＷＡの位置ずれの非線形成分やウエハプロセスで発生するウエハの位置ずれの非線形成分の補正を容易に行なうことが可能となる。

また、ウエハホルダ６に溝８５ｙ，８６ｙ，８６ｘ，８６ｘが形成されているので、露光中であってもウエハ裏面に形成されている裏面マークＲのパターン検出が可能となる。また、ウエハホルダ６のｘ軸方向、ｙ軸方向に沿って移動可能なセンサＳを備えているので、ｘ軸方向、ｙ軸方向のそれぞれに独立したパターン検出が可能となる。

５ ウエハステージ、６ ウエハホルダ、７Ｘ，７Ｙ アーム駆動部、１０ 露光装置、１１ ステージ駆動部、１３ センサ群、１４ 制御部、２０ 露光機構、８１ｘ，８２ｘ，８１ｙ，８２ｙ アーム、Ｐｘ，Ｐｙ，Ｑｘ，Ｑｙ 裏面マーク、Ｓｘ１，Ｓｘ２，Ｓｙ１，Ｓｙ２ センサ、ＷＡ ウエハ。

Claims (9)

1. 基板の裏面側で前記基板の第１の直径上および前記第１の直径に直交する第２の直径上のそれぞれに並ぶよう形成されたパターンを、第１のパターンとして検出する検出ステップと、
   前記第１のパターンの検出結果に基づいて前記基板上の露光位置の座標を算出する座標算出ステップと、
   を含むことを特徴とする露光位置計測方法。
2. 前記第１のパターンを検出する前に、前記基板の裏面側で前記第１のパターンとは異なる複数のパターンを、第２のパターンとして検出するとともに、前記第２のパターンの検出結果に基づいて前記基板上の原点座標を算出する原点算出ステップをさらに含み、
   前記座標算出ステップでは、算出した前記原点座標を用いて前記基板上の座標を算出することを特徴とする請求項１に記載の露光位置計測方法。
3. 前記第１のパターンは、前記第１の直径方向および前記第２の直径方向に等間隔に配置されたパターンであり、
   前記座標算出ステップでは、検出された前記第１のパターンの数に基づいて前記基板上の座標が算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の露光位置計測方法。
4. 前記第１のパターンは、前記第１の直径方向および前記第２の直径方向に不等間隔に配置されたパターンであり、
   前記原点算出ステップでは、検出された前記第１のパターンのパターン間隔またはパターン幅に基づいて前記原点座標が算出され、
   前記座標算出ステップでは、検出された前記第１のパターンの数、検出された前記第１のパターンのパターン間隔またはパターン幅に基づいて前記基板上の座標が算出されることを特徴とする請求項２に記載の露光位置計測方法。
5. 第１の方向および前記第１の方向に直交する第２の方向のそれぞれに並ぶよう露光対象物に形成されたパターンを、第１のパターンとして検出する検出部と、
   前記第１のパターンの検出結果に基づいて前記露光対象物の露光位置の座標を算出する座標算出部と、
   算出した前記露光位置の座標に基づいて、前記露光対象物の露光を行う露光部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
6. 前記座標算出部は、
   前記第１のパターンを検出する前に、前記第１のパターンとは異なる複数のパターンを、第２のパターンとして前記露光対象物から検出するとともに、前記第２のパターンの検出結果に基づいて前記露光対象物の原点座標を算出し、算出した前記原点座標を用いて前記露光対象物の座標を算出することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記第１のパターンは、前記第１の方向および前記第２の方向に等間隔に配置されたパターンであり、
   前記座標算出部は、検出された前記第１のパターンの数に基づいて前記露光対象物の座標を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の露光装置。
8. 前記第１のパターンは、前記第１の方向および前記第２の方向に不等間隔に配置されたパターンであり、
   前記座標算出部は、検出した前記第１のパターンのパターン間隔またはパターン幅に基づいて前記原点座標を算出し、検出した前記第１のパターンの数、検出した前記第１のパターンのパターン間隔またはパターン幅に基づいて前記露光対象物の座標を算出することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
9. 前記露光対象物は、半導体集積回路が形成される基板であり、前記第１のパターンは、前記基板の裏面側で前記基板の第１の直径上および前記第１の直径に直交する第２の直径上のそれぞれに並ぶよう形成されたパターンであることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載の露光装置。

Images