JP2015018904A - Mark detection method and device, and exposure method and device - Google Patents

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智昭 根本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively detect marks when marks are provided on a rear surface of a substrate, and to detect a location information of the substrate even when the detection of marks becomes difficult.SOLUTION: A mark detection device 8 for detecting a mark formed on a wafer W, comprises: a wafer transfer device 66 for temporarily holding the wafer W where the mark 46 is formed on its rear surface; a mark detection part 52 for detecting location information of the mark 46 in a state that the wafer W is held on the wafer transfer device 66; a mark formation part for forming an alternative mark on a surface of the wafer W on the basis of the location information of the detected mark 46; a storage part for storing a positional relationship between the mark 46 and the alternative mark; a mark detection part 52 for detecting location information of the alternative mark in a state that the wafer W is held on the wafer transfer device 66; and edge detection parts 53A, 53B.

Description

本発明は、基板に設けられたマークを検出するマーク検出技術、そのマーク検出技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。   The present invention relates to a mark detection technique for detecting a mark provided on a substrate, an exposure technique using the mark detection technique, and a device manufacturing technique using the exposure technique.

半導体素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)を生産するためのフォトリソグラフィ工程で使用される、いわゆるステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置による露光対象の基板として、円板状の半導体ウエハ(以下、単にウエハという。)がある。電子デバイスを製造する際のスループット(生産性)を高めるために、そのウエハの直径のSEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)規格(SEMI standards)は、数年ごとに125mm、150mm、200mm、300mmとほぼ1.25〜1.5倍の割合で大きくなってきている。   As a substrate to be exposed by an exposure apparatus such as a so-called stepper or scanning stepper used in a photolithography process for producing an electronic device (microdevice) such as a semiconductor element, a disk-shaped semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) There is.) In order to increase the throughput (productivity) when manufacturing electronic devices, the SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) standard (SEMI standards) of the diameter of the wafer is almost 125 mm, 150 mm, 200 mm, and 300 mm every few years. It is increasing at a rate of 1.25 to 1.5 times.

また、従来のウエハのエッジ部には、外形基準で回転角を検出するための切り欠き部としてのノッチ又はオリエンテーションフラットが形成されていた。そして、ウエハを露光装置にロードする際には、予めプリアライメント系によってウエハの切り欠き部の位置を検出しておき、この結果に基づいてウエハの回転角等の大まかな調整を行っていた(例えば、特許文献1参照)。   Further, a notch or an orientation flat as a notch for detecting the rotation angle on the basis of the outer shape is formed at the edge portion of the conventional wafer. When the wafer is loaded into the exposure apparatus, the position of the notch portion of the wafer is detected in advance by a pre-alignment system, and rough adjustment of the rotation angle of the wafer is performed based on this result ( For example, see Patent Document 1).

米国特許第6225012号U.S. Patent No. 6225012

最近、電子デバイスを製造する際のスループットをより高めるために、SEMI規格では、直径450mmのウエハの規格化が行われている。このように大型化したウエハでは、回転角を検出するための切り欠き部をエッジ部に設けると、ウエハに歪み等が生じる恐れがある。そこで、大型化したウエハでは、回転角を検出するために、裏面に例えば凹部よりなる小さいマークを設けることが検討されている。   Recently, in order to further increase the throughput when manufacturing electronic devices, the SEMI standard has standardized a wafer having a diameter of 450 mm. In such a large wafer, if a notch for detecting the rotation angle is provided at the edge, the wafer may be distorted. In view of this, in order to detect the rotation angle of a large-sized wafer, it has been studied to provide a small mark made of, for example, a recess on the back surface.

これに関して、ウエハは、従来、裏面が支持された状態で露光装置に搬送されており、プリアライメント系は、ウエハの表面(デバイスパターンが形成される面)側からウエハの切り欠き部を検出していたため、従来の技術ではウエハの裏面に設けられたマークの検出を行うことは困難である。さらに、ウエハは多くの工程を経るため、搬送及び/又は加工中の摩耗によるウエハ裏面のマークの消失、又は加工中にウエハの裏面のマークが感光材料又は薄膜に覆われることなどによって、そのマークの検出が困難になる恐れがある。そこで、ウエハの裏面のマークの検出が困難になった場合の対策も考えておくことが好ましい。   In this regard, the wafer is conventionally transported to the exposure apparatus with the back surface supported, and the pre-alignment system detects the notch of the wafer from the front surface (surface on which the device pattern is formed) side of the wafer. For this reason, it is difficult to detect the mark provided on the back surface of the wafer with the conventional technique. Further, since the wafer goes through many processes, the mark on the back surface of the wafer disappears due to wear during conveyance and / or processing, or the mark on the back surface of the wafer is covered with a photosensitive material or thin film during processing. May be difficult to detect. Therefore, it is preferable to consider measures when it becomes difficult to detect the mark on the back surface of the wafer.

本発明の態様は、このような事情に鑑み、基板の裏面にマークが設けられている場合に、そのマークを効率的に検出できるようにするとともに、そのマークの検出が困難になった場合にもその基板の位置情報を検出できるようにすることを目的とする。   In view of such circumstances, the aspect of the present invention enables efficient detection of a mark when the mark is provided on the back surface of the substrate, and makes it difficult to detect the mark. Another object of the present invention is to make it possible to detect positional information of the substrate.

第1の態様によれば、基板に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、裏面に第1マークが形成された基板を一時的に保持する基板保持部と、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その裏面のその第1マークの位置情報を検出する第1検出部と、検出されたその第1マークの位置情報に基づいて、その基板の表面に第2マークを形成するためのマーク形成部と、その第1マークとその第2マークとの位置関係を記憶する記憶部と、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その表面のその第2マークの位置情報を検出する第2検出部と、を備えるマーク検出装置が提供される。   According to the first aspect, there is provided a mark detection device for detecting a mark formed on a substrate, the substrate holding unit temporarily holding the substrate having the first mark formed on the back surface, and the substrate holding unit. In a state where the substrate is held, a first detection unit that detects position information of the first mark on the back surface, and a second surface on the surface of the substrate based on the detected position information of the first mark. A mark forming portion for forming a mark, a storage portion for storing a positional relationship between the first mark and the second mark, and the substrate holding portion holding the substrate, And a second detector that detects position information of the second mark.

第2の態様によれば、基板に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、裏面に第1マークが形成された基板を一時的に保持する基板保持部と、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その裏面のその第1マークの位置情報を検出する第1検出部と、その基板の表面であって該表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部の位置情報を検出する第2検出部と、その第1マークとその特徴部との位置関係を記憶する記憶部と、を備えるマーク検出装置が提供される。   According to the second aspect, there is provided a mark detection device for detecting a mark formed on a substrate, the substrate holding unit temporarily holding the substrate having the first mark formed on the back surface, and the substrate holding unit. A first detector for detecting position information of the first mark on the back surface of the substrate while the substrate is held; and a pattern or reflectance distribution on the surface of the substrate in another region of the surface A mark detection device is provided that includes a second detection unit that detects position information of an identifiable feature, and a storage unit that stores a positional relationship between the first mark and the feature.

第3の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、第1の態様のマーク検出装置と、その基板を保持して移動するステージと、そのマーク検出装置によって検出されるその基板の裏面に形成されたその第1マーク又はその基板の表面のその第2マークの位置情報に基づいて、その基板のそのパターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正する制御部と、を備える露光装置が提供される。   According to the third aspect, in the exposure apparatus that illuminates the pattern with the exposure light and exposes the substrate with the exposure light through the pattern and the projection optical system, the mark detection apparatus according to the first aspect and the substrate The pattern of the substrate based on the stage that is held and moved, and the position information of the first mark formed on the back surface of the substrate detected by the mark detection device or the second mark on the surface of the substrate An exposure apparatus is provided that includes a control unit that corrects at least one of a position and a rotation angle with respect to.

第4の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、第2の態様のマーク検出装置と、その基板を保持して移動するステージと、そのマーク検出装置によって検出されるその基板の裏面に形成されたその第1マーク又はその基板の表面のその特徴部の位置情報に基づいて、その基板のそのパターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正する制御部と、を備える露光装置が提供される。   According to the fourth aspect, in the exposure apparatus that illuminates the pattern with the exposure light and exposes the substrate with the exposure light through the pattern and the projection optical system, the mark detection apparatus according to the second aspect and the substrate Based on the positional information of the stage that is held and moved, and the first mark formed on the back surface of the substrate detected by the mark detection device or the characteristic portion of the surface of the substrate, the pattern of the substrate An exposure apparatus is provided that includes a control unit that corrects at least one of a position and a rotation angle.

第5の態様によれば、基板に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、裏面に第1マークが形成された基板を基板保持部で一時的に保持することと、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その裏面のその第1マークの位置情報を検出することと、検出されたその第1マークの位置情報に基づいて、その基板の表面に第2マークを形成することと、その第1マークとその第2マークとの位置関係を記憶することと、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その表面のその第2マークの位置情報を検出することと、を含むマーク検出方法が提供される。   According to the fifth aspect, there is provided a mark detection method for detecting a mark formed on a substrate, wherein the substrate on which the first mark is formed on the back surface is temporarily held by the substrate holding unit, and the substrate is held. The position information of the first mark on the back surface is detected in a state where the substrate is held by the portion, and the second mark is formed on the surface of the substrate based on the detected position information of the first mark. , Storing the positional relationship between the first mark and the second mark, and the position information of the second mark on the surface in a state where the substrate is held by the substrate holding portion And a mark detection method including:

第6の態様によれば、基板に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、裏面に第1マークが形成された基板を基板保持部で一時的に保持することと、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その裏面のその第1マークの位置情報を検出することと、その基板の表面であって該表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部の位置情報を検出することと、その第1マークとその特徴部との位置関係を記憶することと、を含むマーク検出方法が提供される。   According to the sixth aspect, there is provided a mark detection method for detecting a mark formed on a substrate, wherein the substrate on which the first mark is formed on the back surface is temporarily held by the substrate holding unit, and the substrate is held. Detecting the position information of the first mark on the back surface of the substrate while the substrate is held on the surface, and distinguishing it from the pattern or reflectance distribution on the surface of the substrate in other regions of the surface A mark detection method is provided that includes detecting position information of a possible feature and storing a positional relationship between the first mark and the feature.

第7の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターンを介して基板を露光する露光方法において、第5の態様のマーク検出方法を用いてその基板の裏面に形成されたその第1マーク又はその基板の表面に形成されたその第2マークの位置情報を検出することと、その基板をステージに載置することと、そのマーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、その基板のそのパターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正することと、を含む露光方法が提供される。   According to the seventh aspect, in the exposure method of illuminating a pattern with exposure light and exposing the substrate through the pattern with the exposure light, the pattern is formed on the back surface of the substrate using the mark detection method of the fifth aspect. Detecting the position information of the first mark or the second mark formed on the surface of the substrate, placing the substrate on the stage, and the position information detected by the mark detection method. Based on this, there is provided an exposure method including correcting at least one of a position and a rotation angle of the substrate with respect to the pattern.

第8の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターンを介して基板を露光する露光方法において、第6の態様のマーク検出方法を用いてその基板の裏面に形成されたその第1マーク又はその基板の表面のその特徴部の位置情報を検出することと、その基板をステージに載置することと、そのマーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、その基板のそのパターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正することと、を含む露光方法が提供される。   According to an eighth aspect, in the exposure method of illuminating a pattern with exposure light and exposing the substrate through the pattern with the exposure light, the pattern is formed on the back surface of the substrate using the mark detection method of the sixth aspect. Detecting the position information of the first mark or the feature of the surface of the substrate, placing the substrate on the stage, and based on the position information detected by the mark detection method, And correcting at least one of a position and a rotation angle of the substrate with respect to the pattern.

第9の様態によれば、本発明の態様の露光装置又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。   According to a ninth aspect, the method includes forming a pattern of a photosensitive layer on a substrate using the exposure apparatus or the exposure method according to the aspect of the present invention, and processing the substrate on which the pattern is formed. A device manufacturing method is provided.

本発明の態様によれば、基板保持部に基板が保持されている状態で、その基板の裏面の第1マークの位置情報を検出しているため、その第1マークを効率的に検出できる。また、基板の表面の第2マーク又は特徴部とその第1マークとの位置関係を記憶しているため、その第1マークの検出が困難になった場合でも、その第2マーク又は特徴部を検出することで、その基板の位置情報を検出できる。   According to the aspect of the present invention, since the position information of the first mark on the back surface of the substrate is detected while the substrate is held by the substrate holding portion, the first mark can be detected efficiently. Further, since the positional relationship between the second mark or feature on the surface of the substrate and the first mark is stored, even if it becomes difficult to detect the first mark, the second mark or feature is not displayed. By detecting, the position information of the substrate can be detected.

第1の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す一部を断面で表した図である。It is the figure which represented a part showing schematic structure of the exposure apparatus which concerns on 1st Embodiment in the cross section. 図1中のウエハステージを示す平面図である。It is a top view which shows the wafer stage in FIG. 図1の露光装置の制御系等を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a control system and the like of the exposure apparatus of FIG. (A)はウエハの表面を示す平面図、(B)はウエハ裏面のマークを示す拡大図、(C)は図4(B)の断面図、(D)は変形例のマークを示す拡大図、(E)は別の変形例のマークを示す拡大図、(F)は第1の従来例のウエハの切り欠き部を示す平面図、(G)は第2の従来例のウエハの切り欠き部を示す平面図である。(A) is a plan view showing the surface of the wafer, (B) is an enlarged view showing a mark on the back surface of the wafer, (C) is a cross-sectional view of FIG. 4 (B), and (D) is an enlarged view showing a mark of a modification. (E) is an enlarged view showing a mark of another modified example, (F) is a plan view showing a notch of the wafer of the first conventional example, and (G) is a notch of the wafer of the second conventional example. It is a top view which shows a part. (A)は図1中のマーク検出装置の機構部を示す平面断面図、(B)は図5(A)のBB線に沿う断面図である。(A) is a top sectional view showing a mechanism part of the mark detection device in FIG. 1, and (B) is a sectional view taken along line BB in FIG. 5 (A). (A)は図5(B)中のマーク検出部を示す図、(B)は図6(A)中のウエハのエッジ部の近傍を示す部分拡大図、(C)は図6(B)中のプリズムの表面を示す平面図である。5A is a diagram showing a mark detection unit in FIG. 5B, FIG. 6B is a partially enlarged view showing the vicinity of the edge portion of the wafer in FIG. 6A, and FIG. It is a top view which shows the surface of the inside prism. マーク検出方法を含む露光方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the exposure method containing the mark detection method. (A)は搬送アームからウエハ受け渡し装置にウエハを渡した状態を示す平面図、(B)は図8(A)のBB線に沿う断面図である。(A) is a top view which shows the state which transferred the wafer from the transfer arm to the wafer delivery apparatus, (B) is sectional drawing which follows the BB line of FIG. 8 (A). (A)は代替マークの像が露光されたウエハを示す平面図、(B)は図9(A)中の被検領域FVB及びこの近傍を示す拡大図、(C)は図9(A)中の被検領域FVA2及びこの近傍を示す拡大図、(D)は変形例の代替マークを示す拡大図、(E)は別の変形例の代替マークを示す拡大図、(F)はさらに別の変形例の代替マークを示す拡大図である。FIG. 9A is a plan view showing a wafer on which an image of a substitute mark is exposed, FIG. 9B is an enlarged view showing a test region FVB in FIG. 9A and its vicinity, and FIG. (D) is an enlarged view showing an alternative mark of a modified example, (E) is an enlarged view showing an alternative mark of another modified example, and (F) is further separated. It is an enlarged view which shows the alternative mark of this modification. 第2の実施形態に係るマーク検出装置の機構部を示す一部を断面で表した図である。It is the figure which represented in part the section which shows the mechanism part of the mark detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 電子デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of an electronic device.

[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態につき図1〜図9(F)を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るマーク検出装置を備えた露光装置EXの概略構成を示す。露光装置EXは、スキャニングステッパー(スキャナー)よりなる走査露光型の投影露光装置である。露光装置EXは、投影光学系PL(投影ユニットPU)を備えている。以下、投影光学系PLの光軸AXと平行にZ軸を取り、これに直交する面内でレチクルRとウエハ(半導体ウエハ)Wとが相対走査される方向にY軸を、Z軸及びY軸に直交する方向にX軸を取って説明する。また、X軸、Y軸、及びZ軸に平行な軸の回りの回転方向をθx、θy、及びθz方向とも称する。本実施形態では、Z軸に直交する平面(XY平面)はほぼ水平面に平行である。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus EX provided with a mark detection apparatus according to the present embodiment. The exposure apparatus EX is a scanning exposure type projection exposure apparatus composed of a scanning stepper (scanner). The exposure apparatus EX includes a projection optical system PL (projection unit PU). Hereinafter, the Z axis is taken in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the Y axis is set in the direction in which the reticle R and the wafer (semiconductor wafer) W are relatively scanned in a plane orthogonal to the Z axis, the Z axis and the Y axis. The description will be made by taking the X axis in a direction perpendicular to the axis. In addition, the rotation directions around the axes parallel to the X axis, the Y axis, and the Z axis are also referred to as θx, θy, and θz directions. In the present embodiment, the plane orthogonal to the Z axis (XY plane) is substantially parallel to the horizontal plane.

露光装置EXは、例えば米国特許出願公開第2003/0025890号明細書などに開示される照明系ILSと、照明系ILSからの露光用の照明光(露光光)IL(例えば波長193nmのArFエキシマレーザ光、又は固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波など)により照明されるレチクルR(マスク)を保持して移動するレチクルステージRSTとを備えている。さらに、露光装置EXは、レチクルRから射出された照明光ILでウエハW(基板)を露光する投影光学系PLを含む投影ユニットPUと、ウエハWを保持して移動するウエハステージWSTと、ウエハWのマークの位置情報(角度情報を含む、以下同様)を含むウエハWの位置情報を検出するプリアライメント系としてのマーク検出装置8と、装置全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御装置20(図3参照)等とを備えている。また、レチクルステージRST及びウエハステージWSTの位置は、上記のX軸、Y軸、及びZ軸よりなる座標系(X,Y,Z)で規定されるため、この座標系(X,Y,Z)をステージ座標系とも称する。   The exposure apparatus EX includes, for example, an illumination system ILS disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2003/0025890, and illumination light (exposure light) IL (for example, an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm) from the illumination system ILS. A reticle stage RST that holds and moves a reticle R (mask) illuminated by light or a harmonic of a solid-state laser (such as a semiconductor laser). Further, the exposure apparatus EX includes a projection unit PU including a projection optical system PL that exposes the wafer W (substrate) with the illumination light IL emitted from the reticle R, a wafer stage WST that holds and moves the wafer W, and a wafer. A main control device 20 comprising a mark detection device 8 as a pre-alignment system for detecting the position information of the wafer W including the position information of the W mark (including angle information, the same applies hereinafter), and a computer for controlling the operation of the entire device. (See FIG. 3). Further, since the positions of reticle stage RST and wafer stage WST are defined by the coordinate system (X, Y, Z) composed of the X axis, Y axis, and Z axis, this coordinate system (X, Y, Z). ) Is also referred to as a stage coordinate system.

レチクルRはレチクルステージRSTの上面に真空吸着等により保持され、レチクルRのパターン面(下面)には、回路パターンなどが形成されている。本実施形態では、レチクルステージRSTのレチクルRに対してY方向(走査方向)にずれた位置に、補助レチクルRA(補助マスク)が固定され、補助レチクルRAのパターン面(下面)の例えば中央に、後述のウエハWの裏面のマークの代替マークとして使用可能なマークを形成するための代替マーク用パターン21が形成されている。代替マーク用パターン21は、一例として、X方向に所定間隔で配列された複数のY方向に細長い開口パターンと、Y方向に所定間隔で配列された複数のX方向に細長い開口パターンとを組み合わせた2次元の位置を規定可能なパターンである。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含む図3のレチクルステージ駆動系25によって、不図示のレチクルベース上のXY平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向(Y方向)に指定された走査速度で駆動可能である。   The reticle R is held on the upper surface of the reticle stage RST by vacuum suction or the like, and a circuit pattern or the like is formed on the pattern surface (lower surface) of the reticle R. In the present embodiment, the auxiliary reticle RA (auxiliary mask) is fixed at a position shifted in the Y direction (scanning direction) with respect to the reticle R of the reticle stage RST, and is located at, for example, the center of the pattern surface (lower surface) of the auxiliary reticle RA. A substitute mark pattern 21 for forming a mark that can be used as a substitute mark for a mark on the back surface of the wafer W, which will be described later, is formed. As an example, the substitute mark pattern 21 is a combination of a plurality of opening patterns elongated in the Y direction arranged at predetermined intervals in the X direction and a plurality of opening patterns elongated in the X direction arranged at predetermined intervals in the Y direction. It is a pattern that can define a two-dimensional position. The reticle stage RST can be finely driven in an XY plane on a reticle base (not shown) by a reticle stage drive system 25 shown in FIG. 3 including, for example, a linear motor and the like, and scanning designated in the scanning direction (Y direction). It can be driven at speed.

レチクルステージRSTの移動面内の位置情報(X方向、Y方向の位置、及びθz方向の回転角を含む)は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計24によって、移動鏡22(又は鏡面加工されたステージ端面)を介して例えば0.5〜0.1nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計24の計測値は、図3の主制御装置20に送られる。主制御装置20は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系25を制御することで、レチクルステージRSTの位置及び速度を制御する。   Position information within the moving surface of the reticle stage RST (including the position in the X direction, the Y direction, and the rotation angle in the θz direction) is transferred to the moving mirror 22 (or mirror-finished) by the reticle interferometer 24 including a laser interferometer. For example, it is always detected with a resolution of about 0.5 to 0.1 nm via the stage end face. The measurement value of reticle interferometer 24 is sent to main controller 20 in FIG. Main controller 20 controls reticle stage drive system 25 based on the measurement value, thereby controlling the position and speed of reticle stage RST.

図1において、レチクルステージRSTの下方に配置された投影ユニットPUは、鏡筒40と、鏡筒40内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系PLとを含む。不図示のフレーム機構に対して複数の防振装置(不図示)を介して平板状のフレーム(以下、計測フレームという)16が支持されており、投影ユニットPUは、計測フレーム16に形成された開口内にフランジ部FLを介して設置されている。投影光学系PLは、例えば両側(又はウエハ側に片側)テレセントリックで所定の投影倍率β(例えば1/4倍、1/5倍などの縮小倍率)を有する。   In FIG. 1, the projection unit PU disposed below the reticle stage RST includes a lens barrel 40 and a projection optical system PL having a plurality of optical elements held in a predetermined positional relationship within the lens barrel 40. A flat frame (hereinafter referred to as a measurement frame) 16 is supported by a frame mechanism (not shown) via a plurality of vibration isolation devices (not shown), and the projection unit PU is formed on the measurement frame 16. It is installed in the opening via a flange portion FL. The projection optical system PL is, for example, telecentric on both sides (or one side on the wafer side) and has a predetermined projection magnification β (for example, a reduction magnification such as 1/4 or 1/5).

照明系ILSからの照明光ILによってレチクルRの照明領域IARが照明されると、レチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介して照明領域IAR内の回路パターンの像が、ウエハWの一つのショット領域の露光領域IA(照明領域IARと光学的に共役な領域)に形成される。ウエハWは、一例としてシリコン等の半導体よりなる直径が450mmの大型の円板状の基材SUにフォトレジストPR(感光材料)を数10〜200nm程度の厚さで塗布したものである(図4(C)参照)。すなわち、一例としてウエハWは450mmウエハである。直径450mmの基材の厚さは、現在では例えば900〜1100μm程度(例えば925μm程度)と想定されている。   When the illumination area IAR of the reticle R is illuminated by the illumination light IL from the illumination system ILS, the image of the circuit pattern in the illumination area IAR is projected via the projection optical system PL by the illumination light IL that has passed through the reticle R. It is formed in an exposure area IA (an area optically conjugate with the illumination area IAR) of one shot area of W. For example, the wafer W is obtained by applying a photoresist PR (photosensitive material) with a thickness of about several tens to 200 nm to a large disk-shaped substrate SU made of a semiconductor such as silicon and having a diameter of 450 mm (FIG. 10). 4 (C)). That is, as an example, the wafer W is a 450 mm wafer. The thickness of a substrate having a diameter of 450 mm is currently assumed to be, for example, about 900 to 1100 μm (for example, about 925 μm).

ウエハWが450mmウエハである場合、図4(A)に示すように、ウエハWの円形のエッジ部に切り欠き部を設けない形態も検討されている。すなわち、図4(A)に示すウエハWでは、上記したエッジ部にノッチやオリエンテーションフラットなどの切り欠き部は設けられていない。この場合、ウエハWの表面Wa(基材SUのフォトレジストPRが塗布された面)は、縦横に規則的に多数のショット領域SAに区画され、各ショット領域SAにそれぞれデバイスパターンDPが形成される。ショット領域SAが例えば幅26mm程度で長さ33mm程度の大きさであれば、ウエハWの表面Waには例えば180個程度のショット領域SAが形成される。なお、ウエハWの1回目の露光に際しては、ウエハWの表面Waはショット領域SAには区画されていない。   When the wafer W is a 450 mm wafer, as shown in FIG. 4A, a form in which a notch portion is not provided in the circular edge portion of the wafer W has been studied. That is, in the wafer W shown in FIG. 4A, notches such as notches and orientation flats are not provided in the edge portions described above. In this case, the surface Wa of the wafer W (the surface on which the photoresist PR of the substrate SU is applied) is regularly divided into a large number of shot areas SA vertically and horizontally, and a device pattern DP is formed in each shot area SA. The If the shot area SA is about 26 mm wide and about 33 mm long, for example, about 180 shot areas SA are formed on the surface Wa of the wafer W, for example. In the first exposure of the wafer W, the surface Wa of the wafer W is not partitioned into the shot area SA.

また、ウエハWの表面Waに対向する面、又はウエハWの基材SUのフォトレジストPRが塗布されていない面をウエハWの裏面Wbと称する。図4(B)は、ウエハWの裏面Wbの一部を示し、図4(C)は図4(B)の断面図である。図4(B)、図4(C)に示すように、ウエハWが450mmウエハである場合、ウエハWの裏面Wbのエッジ部Wfから例えば1mmから数mm程度までの周縁領域47内に、ウエハWの半径方向に沿って一列の複数の小さい凹部46aよりなるマーク46を形成する。一例として、凹部46aは直径が100μm程度の円形であって、その深さが20〜70μm程度である。図4(C)では、凹部46aは円柱状であるが、凹部46aは半球面状でもよい。一例として、マーク46の方向(複数の凹部46aの中心を通る直線に沿った方向)は、ウエハWの基材SUの一つの結晶軸の方向に対して所定の角度に、例えば平行に設定してもよい。また、マーク46の方向とウエハWの表面のショット領域SAの長手方向(又は短手方向)とが平行になるように、ショット領域SAを形成してもよい。   Further, a surface facing the front surface Wa of the wafer W or a surface of the base material SU of the wafer W on which the photoresist PR is not applied is referred to as a back surface Wb of the wafer W. 4B shows a part of the back surface Wb of the wafer W, and FIG. 4C is a cross-sectional view of FIG. As shown in FIGS. 4B and 4C, when the wafer W is a 450 mm wafer, the wafer W is located within the peripheral region 47 from the edge Wf of the back surface Wb of the wafer W to, for example, about 1 mm to several mm. A mark 46 composed of a plurality of small recesses 46a in a row is formed along the radial direction of W. As an example, the recess 46a has a circular shape with a diameter of about 100 μm and a depth of about 20 to 70 μm. In FIG. 4C, the recess 46a is cylindrical, but the recess 46a may be hemispherical. As an example, the direction of the mark 46 (the direction along a straight line passing through the centers of the plurality of recesses 46a) is set to a predetermined angle, for example, parallel to the direction of one crystal axis of the substrate SU of the wafer W. May be. Further, the shot area SA may be formed so that the direction of the mark 46 and the longitudinal direction (or short direction) of the shot area SA on the surface of the wafer W are parallel to each other.

一例として、マーク46は、微小なドリルによる切削、又は加工用レーザ光の照射によって形成できる。さらに、マーク46は、ウエハWの裏面Wbに対する部分的なフォトレジストの塗布、マーク用パターンの露光、現像、エッチング、及びレジスト剥離を含むリソグラフィ工程で形成することも可能である。なお、マーク46において、複数の凹部46aを半径方向に複数列形成してもよい。さらに、マーク46は、複数の凹部46aをウエハWのエッジ部に平行な円周方向に一列に又は複数列に形成したものでもよい。また、マーク46の代わりに、図4(D)に示すように、複数の凹部をウエハWの半径方向に並べた複数列(一列でもよい)の部分マーク46A1,46A2と、複数の凹部をウエハWの円周方向に並べた一列(又は複数列)のマーク部46A3とを含むマーク46Aを使用してもよい。さらに、マーク46の代わりに、図4(E)に示すように、ウエハWの半径方向(又は円周方向)に沿って並べた1本又は複数本の細長い凹部よりなるマーク46Bを使用してもよい。   As an example, the mark 46 can be formed by cutting with a fine drill or irradiation with a processing laser beam. Further, the mark 46 can be formed by a lithography process including partial photoresist coating on the back surface Wb of the wafer W, exposure of the mark pattern, development, etching, and resist stripping. In the mark 46, a plurality of concave portions 46a may be formed in a plurality of rows in the radial direction. Further, the mark 46 may be formed by forming a plurality of recesses 46 a in a single row or in a plurality of rows in a circumferential direction parallel to the edge portion of the wafer W. Also, instead of the mark 46, as shown in FIG. 4D, a plurality of rows (or even one row) of partial marks 46A1 and 46A2 in which a plurality of recesses are arranged in the radial direction of the wafer W, and a plurality of recesses are formed on the wafer. A mark 46A including one row (or a plurality of rows) of mark portions 46A3 arranged in the circumferential direction of W may be used. Further, instead of the mark 46, as shown in FIG. 4E, a mark 46B made up of one or a plurality of elongated concave portions arranged along the radial direction (or circumferential direction) of the wafer W is used. Also good.

なお、本実施形態ではウエハWの裏面Wbの一箇所にマーク46を形成しているが、マーク46の個数は特に限定はなく、例えば3つなど複数のマーク46形成してもよい。また、複数のマーク46が裏面Wbに形成される場合には、それぞれのマークを見分けるため形状を異ならせることが好ましい。例えば図4(D)に示すマーク46が裏面Wbに複数させる場合には、各マーク46のうちマーク部46A3の高さ(ウエハWのエッジからの距離)を異ならせることなどが考えられる。これによりウエハWの裏面Wbに複数形成された各マーク46を個別に判別することが可能となる。また、例えば図4(B)のマーク46に、図4(D)で示したマーク部46A3を追加した形状のマークを裏面Wbに複数形成する場合には、上記と同様に各マーク46のうちマーク部46A3の高さ(ウエハWのエッジからの距離)を異ならせることが望ましい。   In this embodiment, the mark 46 is formed at one place on the back surface Wb of the wafer W, but the number of the mark 46 is not particularly limited, and a plurality of marks 46 such as three may be formed. In addition, when a plurality of marks 46 are formed on the back surface Wb, it is preferable that the shapes are different in order to distinguish each mark. For example, in the case where a plurality of marks 46 shown in FIG. 4D are provided on the back surface Wb, the height of the mark portion 46A3 (the distance from the edge of the wafer W) among the marks 46 may be varied. As a result, the marks 46 formed on the back surface Wb of the wafer W can be individually identified. For example, in the case where a plurality of marks having a shape in which the mark portion 46A3 shown in FIG. 4D is added to the mark 46 in FIG. It is desirable to vary the height of the mark portion 46A3 (distance from the edge of the wafer W).

図1の露光装置EXにおいて、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系PLを構成する最も像面側(ウエハW側)の光学素子である先端レンズ91を保持する鏡筒40の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置38の一部を構成するノズルユニット32が設けられている。ノズルユニット32は、露光用の液体Lq(例えば純水)を供給するための供給管31A及び回収管31Bを介して、液体供給装置34及び液体回収装置36(図3参照)に接続されている。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置38は設けなくともよい。   In the exposure apparatus EX of FIG. 1, in order to perform exposure using the liquid immersion method, the lens barrel 40 that holds the tip lens 91 that is the optical element on the most image plane side (wafer W side) constituting the projection optical system PL is used. A nozzle unit 32 that constitutes a part of the local liquid immersion device 38 is provided so as to surround the lower end portion. The nozzle unit 32 is connected to a liquid supply device 34 and a liquid recovery device 36 (see FIG. 3) via a supply tube 31A and a recovery tube 31B for supplying an exposure liquid Lq (for example, pure water). . If the immersion type exposure apparatus is not used, the local immersion apparatus 38 may not be provided.

また、露光装置EXは、レチクルRのアライメントを行うためにレチクルRのアライメントマーク(レチクルマーク)の投影光学系PLによる像の位置を計測する空間像計測系(不図示)と、ウエハWのアライメントを行うために使用される例えば画像処理方式(FIA系)のアライメント系ALと、照射系90a及び受光系90bよりなりウエハWの表面の複数箇所のZ位置を計測する斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ(以下、多点AF系という)90(図3参照)と、ウエハステージWSTの位置情報を計測するためのエンコーダ6(図3参照)と、を備えている。空間像計測系は例えばウエハステージWST内に設けられている。アライメント系ALは、ウエハWの2層目以降のレイヤに露光する際に、ウエハWの表面Waの各ショット領域SAに付設されたアライメントマーク(ウエハマーク)のうちから選択された所定のウエハマークの位置を検出するために使用される。   The exposure apparatus EX also aligns the wafer W with an aerial image measurement system (not shown) that measures the position of the image of the alignment mark (reticle mark) of the reticle R by the projection optical system PL in order to align the reticle R. For example, an image processing system (FIA system) alignment system AL, an irradiation system 90a and a light receiving system 90b, and a multi-point oblique incidence system that measures Z positions at a plurality of locations on the surface of the wafer W. An autofocus sensor (hereinafter referred to as a multi-point AF system) 90 (see FIG. 3) and an encoder 6 (see FIG. 3) for measuring position information of wafer stage WST are provided. The aerial image measurement system is provided in, for example, wafer stage WST. The alignment system AL is a predetermined wafer mark selected from the alignment marks (wafer marks) attached to each shot area SA on the surface Wa of the wafer W when the second and subsequent layers of the wafer W are exposed. Used to detect the position of

アライメント系ALは、図2に示すように、一例として投影光学系PLに対して−Y方向に離れて配置されたウエハWの直径程度の長さの領域に、X方向(非走査方向)にほぼ等間隔で配列された5眼のアライメント系ALc,ALb,ALa,ALd,ALeから構成され、5眼のアライメント系ALa〜ALeで同時にウエハWの異なる位置のウエハマークを検出できるように構成されている。また、アライメント系ALa〜ALeに対して−Y方向に離れた位置で、かつある程度−X方向及び+X方向にシフトした位置に、それぞれウエハWをロードするときのウエハステージWSTの中心位置であるローディング位置LP、及びウエハWをアンロードするときのウエハステージWSTの中心位置であるアンローディング位置UPが設定されている。ローディング位置LPの上方(+Z方向)に、図1に示すように、ウエハ受け渡し装置66が配置されている。   As shown in FIG. 2, the alignment system AL is, for example, in the X direction (non-scanning direction) in a region about the diameter of the wafer W arranged away from the projection optical system PL in the −Y direction. Consists of five-lens alignment systems ALc, ALb, ALa, ALd, and ALe arranged at approximately equal intervals, and is configured so that wafer marks at different positions on the wafer W can be detected simultaneously by the five-lens alignment systems ALa to ALe. ing. In addition, the loading that is the center position of wafer stage WST when loading wafer W at a position away from −Y direction with respect to alignment systems ALa to ALe and shifted to −X direction and + X direction to some extent. The position LP and the unloading position UP, which is the center position of the wafer stage WST when the wafer W is unloaded, are set. As shown in FIG. 1, a wafer transfer device 66 is arranged above the loading position LP (+ Z direction).

図1において、ウエハ受け渡し装置66の本体部67は、一例として計測フレーム16とは独立に支持されたフレーム部材FR1に、Z方向に移動可能に支持されている。また、ローディング位置LPの近くに、コータ・デベロッパ(不図示)側から露光装置EXにウエハWを搬入するウエハ搬送ロボットWLDが設置されている。ウエハ搬送ロボットWLDは、一例として、床面に設置された本体部64と、本体部64に対して順次回転可能に設けられた第1及び第2の中間アーム63,62と、第2の中間アーム62の先端部に回転可能に設けられるとともに、ウエハWを真空吸着で保持して搬送するフォーク形の搬送アーム61(図8(A)参照)とを有する。ウエハ搬送ロボットWLDの搬送アーム61は、−Y方向側に設置された回転テーブル(不図示)に載置されたウエハWをウエハ受け渡し装置66の下方まで搬送する。ウエハ受け渡し装置66及びウエハ搬送ロボットWLDの動作は搬送制御系50(図3参照)によって制御される。   In FIG. 1, a main body 67 of a wafer transfer device 66 is supported by a frame member FR1 supported independently of the measurement frame 16, for example, so as to be movable in the Z direction. Further, near the loading position LP, a wafer transfer robot WLD for loading the wafer W into the exposure apparatus EX from the coater / developer (not shown) side is installed. As an example, the wafer transfer robot WLD includes a main body portion 64 installed on a floor surface, first and second intermediate arms 63 and 62 provided so as to be sequentially rotatable with respect to the main body portion 64, and a second intermediate portion. A fork-shaped transfer arm 61 (see FIG. 8A) is provided rotatably at the tip of the arm 62 and holds and transfers the wafer W by vacuum suction. The transfer arm 61 of the wafer transfer robot WLD transfers the wafer W placed on a rotary table (not shown) installed on the −Y direction side to below the wafer transfer device 66. The operations of the wafer transfer device 66 and the wafer transfer robot WLD are controlled by the transfer control system 50 (see FIG. 3).

また、ウエハ受け渡し装置66の本体部67の周囲に、ウエハWの裏面に形成されたマーク46(図4(B)参照)及びこの近傍のエッジ部の位置情報(角度情報を含む、以下同様)を検出するマーク検出部52、並びにウエハWの互いに異なる2箇所のエッジ部の位置情報を検出する2つのエッジ検出部53A,53Bが配置されている。一例として、マーク検出部52は、図4(A)及び(B)に示すウエハWの裏面の被検領域でマーク46の像を撮像すると同時に、マーク46の近傍のウエハWのエッジ部の像を撮像する。図4(A)のマーク検出部52による被検領域FVBは、実質的にウエハWの裏面のマーク46を含む第1の被検領域(第1の視野)、及びそのマーク46の近傍のエッジ部を含む第2の被検領域(第2の視野)を合わせた領域である。エッジ検出部53A,53Bは、被検領域FVBとともにウエハWのエッジ部をほぼ等角度間隔で分割した位置にある2つの被検領域(視野)FVA2,FVA1でウエハWのエッジ部の像を撮像する。   Further, the mark 46 (see FIG. 4B) formed on the back surface of the wafer W around the main body 67 of the wafer transfer device 66 and the position information of the edge portion in the vicinity thereof (including angle information, the same applies hereinafter). A mark detection unit 52 that detects the position of the wafer W and two edge detection units 53A and 53B that detect position information of two different edge portions of the wafer W are disposed. As an example, the mark detection unit 52 captures an image of the mark 46 in the test region on the back surface of the wafer W shown in FIGS. 4A and 4B, and at the same time, an image of the edge portion of the wafer W near the mark 46. Image. The test area FVB by the mark detection unit 52 in FIG. 4A is substantially the first test area (first field of view) including the mark 46 on the back surface of the wafer W, and the edge near the mark 46. This is a region combining the second region to be examined (second visual field) including the portion. The edge detection units 53A and 53B capture the image of the edge portion of the wafer W with the two test regions (fields of view) FVA2 and FVA1 at positions obtained by dividing the edge portion of the wafer W together with the test region FVB at substantially equal angular intervals. To do.

本実施形態では、マーク検出部52及びエッジ検出部53A,53Bは、それぞれウエハWのエッジ部の近傍のウエハWの表面にあるパターン及びある領域内の反射率分布をも検出可能である。マーク検出部52及びエッジ検出部53A,53Bの検出信号は演算部55(図3参照)に供給される。演算部55は、それらの検出信号を処理してウエハWの中心のX方向、Y方向の位置、及びウエハWの回転角(例えばウエハWのマーク46に平行な方向と、ステージ座標系(X,Y,Z)のY軸に平行な軸とがなす角度)を算出し、算出結果を主制御装置20に供給する。演算部55には磁気記憶装置等の記憶部56が接続されている。   In the present embodiment, the mark detection unit 52 and the edge detection units 53A and 53B can also detect a pattern on the surface of the wafer W near the edge portion of the wafer W and a reflectance distribution in a certain region. Detection signals from the mark detection unit 52 and the edge detection units 53A and 53B are supplied to the calculation unit 55 (see FIG. 3). The computing unit 55 processes these detection signals to position the center of the wafer W in the X and Y directions, and the rotation angle of the wafer W (for example, the direction parallel to the mark 46 on the wafer W and the stage coordinate system (X , Y, Z) is calculated and an angle formed by an axis parallel to the Y axis is supplied to the main controller 20. A storage unit 56 such as a magnetic storage device is connected to the calculation unit 55.

照明系ILS、補助レチクルRAを備えるレチクルステージRST、及び投影光学系PLを含んで、ウエハWのエッジ部の近傍のウエハWの表面に、ウエハWの裏面のマーク46の代替マークを形成するためのパターン21の像を露光する露光部よりなるマーク形成部が構成されている。この露光部、ウエハ受け渡し装置66、搬送制御系50、マーク検出部52、エッジ検出部53A,53B、演算部55、及び記憶部56を含んで、マーク検出装置8が構成されている。主制御装置20は、演算部55から供給されるウエハWの中心位置及び回転角を用いて、例えばウエハWの大まかな位置及び回転角の補正であるプリアライメントを行うことができる。マーク検出装置8の詳細な構成及び動作については後述する。なお、搬送制御系50及び演算部55は、主制御装置20を構成するコンピュータのソフトウェア上の互いに異なる機能であってもよい。   In order to form a substitute mark for the mark 46 on the back surface of the wafer W on the surface of the wafer W in the vicinity of the edge portion of the wafer W, including the illumination system ILS, the reticle stage RST including the auxiliary reticle RA, and the projection optical system PL. A mark forming portion is formed that includes an exposure portion that exposes an image of the pattern 21. The mark detection device 8 includes the exposure unit, the wafer transfer device 66, the transfer control system 50, the mark detection unit 52, the edge detection units 53A and 53B, the calculation unit 55, and the storage unit 56. The main controller 20 can perform pre-alignment, for example, correction of the rough position and rotation angle of the wafer W, using the center position and rotation angle of the wafer W supplied from the calculation unit 55. The detailed configuration and operation of the mark detection device 8 will be described later. The transport control system 50 and the calculation unit 55 may have different functions on the software of the computer that constitutes the main control device 20.

さらに、図2のアンローディング位置UPの上方には、ウエハWの搬出時に使用される別のウエハ受け渡し装置(不図示)が配置され、アンローディング位置UPの近くには、搬出(アンロード)されたウエハWをコータ・デベロッパ側に搬出する別のウエハ搬送ロボット(不図示)が配置されている。なお、ウエハ受け渡し装置66によってその搬出用のウエハ受け渡し装置を兼用することも可能である。   Further, another wafer delivery device (not shown) used when unloading the wafer W is disposed above the unloading position UP in FIG. 2, and unloaded near the unloading position UP. Another wafer transfer robot (not shown) for unloading the wafer W to the coater / developer side is arranged. The wafer transfer device 66 can also be used as the wafer transfer device for unloading.

また、図2において、多点AF系90の照射系90a及び受光系90bは、一例としてアライメント系ALa〜ALeと投影光学系PLとの間の領域に沿って配置されている。この構成によって、ローディング位置LPでウエハWをウエハステージWSTにロードした後、ウエハステージWSTを駆動して、ウエハWをから投影光学系PLの下方の露光開始位置までほぼY方向に移動することによって、多点AF系90によるウエハ表面のZ位置の分布の計測、及びアライメント系ALa〜ALeによるウエハ表面の複数のウエハマークの位置計測を効率的に行うことができる。多点AF系90及びアライメント系ALの計測結果は主制御装置20に供給される。   In FIG. 2, the irradiation system 90 a and the light receiving system 90 b of the multipoint AF system 90 are arranged along a region between the alignment systems ALa to ALe and the projection optical system PL as an example. With this configuration, after loading the wafer W onto the wafer stage WST at the loading position LP, the wafer stage WST is driven to move the wafer W from the exposure start position below the projection optical system PL substantially in the Y direction. In addition, the measurement of the Z position distribution on the wafer surface by the multi-point AF system 90 and the position measurement of a plurality of wafer marks on the wafer surface by the alignment systems ALa to ALe can be efficiently performed. The measurement results of the multipoint AF system 90 and the alignment system AL are supplied to the main controller 20.

図1において、ウエハステージWSTは、不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受(エアパッド)を介して、ベース盤WBのXY平面に平行な上面WBaに非接触で支持されている。ウエハステージWSTは、例えば平面モータ、又は直交する2組のリニアモータを含むステージ駆動系18(図3参照)によってX方向及びY方向に駆動可能である。ウエハステージWSTは、X方向、Y方向に駆動されるステージ本体30と、ステージ本体30上に搭載されたZステージ部としてのウエハテーブルWTBと、ステージ本体30内に設けられて、ステージ本体30に対するウエハテーブルWTBのZ位置、及びθx方向、θy方向のチルト角を相対的に微小駆動するZステージ駆動部とを備えている。ウエハテーブルWTBの中央の開口の内側には、ウエハWを真空吸着等によってほぼXY平面に平行な載置面上に保持するウエハホルダ44が設けられている。   In FIG. 1, wafer stage WST is supported in a non-contact manner on an upper surface WBa parallel to the XY plane of base board WB via a plurality of unillustrated vacuum preload type static air bearings (air pads), for example. Wafer stage WST can be driven in the X and Y directions by a stage drive system 18 (see FIG. 3) including, for example, a planar motor or two sets of orthogonal linear motors. Wafer stage WST is provided in stage main body 30 driven in X and Y directions, wafer table WTB as a Z stage portion mounted on stage main body 30, and in stage main body 30. A Z stage drive unit that relatively finely drives the Z position of wafer table WTB and the tilt angles in the θx direction and θy direction is provided. A wafer holder 44 for holding the wafer W on a mounting surface substantially parallel to the XY plane by vacuum suction or the like is provided inside the central opening of the wafer table WTB.

本実施形態では、ウエハステージWSTのウエハテーブルWTB及びウエハホルダ44を含む部分(Zステージ部)は、ステージ本体30に対してθz方向に指定された角度だけ回転可能に構成されている。主制御装置20がステージ駆動系18を介してそのZステージ部のθz方向の回転角を制御する。なお、Zステージ部のみを回転するのではなく、ステージ本体30及びZステージ部を全体としてθz方向に回転するようにしてもよい。   In the present embodiment, a portion (Z stage portion) including wafer table WTB and wafer holder 44 of wafer stage WST is configured to be rotatable with respect to stage main body 30 by an angle designated in the θz direction. The main controller 20 controls the rotation angle in the θz direction of the Z stage portion via the stage drive system 18. Instead of rotating only the Z stage part, the stage body 30 and the Z stage part as a whole may be rotated in the θz direction.

また、ウエハテーブルWTBの上面には、ウエハWの表面とほぼ同一面となる、液体Lqに対して撥液化処理された表面を有し、かつ外形(輪郭)が矩形でその中央部にウエハWの載置領域よりも一回り大きな円形の開口が形成された高い平面度の平板状のプレート体28が設けられていてもよい。
なお、上述の局所液浸装置38を設けたいわゆる液浸型の露光装置の構成にあっては、プレート体28は、さらに図2に示されるように、その円形の開口28aを囲む、外形(輪郭)が矩形で、表面に撥液化処理が施されたプレート部(撥液板)28b、及びプレート部28bを囲む周辺部28eを有する。周辺部28eの上面に、プレート部28bをY方向に挟むようにX方向に細長い1対の2次元の回折格子12A,12Bが固定され、プレート部28bをX方向に挟むようにY方向に細長い1対の2次元の回折格子12C,12Dが固定されている。回折格子12A〜12Dは、それぞれX方向、Y方向を周期方向とする周期が1μm程度の2次元の格子パターンが形成された反射型の回折格子である。
Further, the upper surface of wafer table WTB has a surface that is substantially flush with the surface of wafer W and has been subjected to a liquid repellency treatment with respect to liquid Lq, and has a rectangular outer shape (contour) and a central portion of wafer W. A flat plate member 28 having a high flatness in which a circular opening that is slightly larger than the mounting region is formed may be provided.
In the configuration of the so-called immersion type exposure apparatus provided with the above-mentioned local immersion apparatus 38, the plate body 28 further has an outer shape (see FIG. 2) surrounding the circular opening 28a. It has a rectangular (contour) and a plate portion (liquid repellent plate) 28b whose surface has been subjected to a liquid repellent treatment, and a peripheral portion 28e surrounding the plate portion 28b. A pair of two-dimensional diffraction gratings 12A and 12B elongated in the X direction so as to sandwich the plate portion 28b in the Y direction are fixed on the upper surface of the peripheral portion 28e, and elongated in the Y direction so as to sandwich the plate portion 28b in the X direction. A pair of two-dimensional diffraction gratings 12C and 12D is fixed. The diffraction gratings 12 </ b> A to 12 </ b> D are reflection type diffraction gratings on which a two-dimensional grating pattern having a period of about 1 μm with the X direction and the Y direction as periodic directions is formed.

図1において、計測フレーム16の底面に、投影光学系PLをX方向に挟むように、回折格子12C,12Dに計測用のレーザ光(計測光)を照射して、回折格子に対するX方向、Y方向、Z方向の3次元の相対位置を計測するための複数の3軸の検出ヘッド14が固定されている。さらに、計測フレーム16の底面に、投影光学系PLをY方向に挟むように、回折格子12A,12Bに計測用のレーザ光を照射して、回折格子に対する3次元の相対位置を計測するための複数の3軸の検出ヘッド14が固定されている(図2参照)。さらに、複数の検出ヘッド14にレーザ光(計測光及び参照光)を供給するための一つ又は複数のレーザ光源(不図示)も備えられている。   In FIG. 1, the measurement grating 16 is irradiated with measurement laser light (measurement light) on the diffraction gratings 12 </ b> C and 12 </ b> D so that the projection optical system PL is sandwiched in the X direction on the bottom surface of the measurement frame 16. A plurality of triaxial detection heads 14 for measuring a three-dimensional relative position in the direction and the Z direction are fixed. Further, the measurement laser beam is irradiated to the diffraction gratings 12A and 12B so that the projection optical system PL is sandwiched in the Y direction on the bottom surface of the measurement frame 16, and the three-dimensional relative position with respect to the diffraction grating is measured. A plurality of triaxial detection heads 14 are fixed (see FIG. 2). Furthermore, one or a plurality of laser light sources (not shown) for supplying laser light (measurement light and reference light) to the plurality of detection heads 14 are also provided.

図2において、投影光学系PLを介してウエハWを露光している期間では、Y方向の一列A1内のいずれか2つの検出ヘッド14は、回折格子12A又は12Bに計測光を照射し、回折格子12A,12Bから発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部42(図3参照)に供給する。これと並列に、X方向の一行A2内のいずれか2つの検出ヘッド14は、回折格子12C又は12Dに計測光を照射し、回折格子12C,12Dから発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部42(図3参照)に供給する。これらの一列A1及び一行A2の検出ヘッド14用の計測演算部42では、ウエハステージWST(ウエハW)と計測フレーム16(投影光学系PL)とのX方向、Y方向、Z方向の相対位置(相対移動量)を例えば0.5〜0.1nmの分解能で求め、それぞれ求めた計測値を切り替え部92A及び92Bに供給する。計測値の切り替え部92A,92Bでは、回折格子12A〜12Dに対向している検出ヘッド14に対応する計測演算部42から供給される相対位置の情報を主制御装置20に供給する。   In FIG. 2, during the period in which the wafer W is exposed through the projection optical system PL, any two detection heads 14 in the line A1 in the Y direction irradiate the diffraction grating 12A or 12B with measurement light, and perform diffraction. A detection signal of interference light between the diffracted light generated from the gratings 12A and 12B and the reference light is supplied to the corresponding measurement calculation unit 42 (see FIG. 3). In parallel with this, any two detection heads 14 in one row A2 in the X direction irradiate measurement light to the diffraction grating 12C or 12D, and interference light between the diffraction light generated from the diffraction gratings 12C and 12D and the reference light. Is supplied to the corresponding measurement calculation unit 42 (see FIG. 3). In the measurement calculation unit 42 for the detection heads 14 in one column A1 and one row A2, the relative positions of the wafer stage WST (wafer W) and the measurement frame 16 (projection optical system PL) in the X, Y, and Z directions ( Relative movement amount) is obtained with a resolution of 0.5 to 0.1 nm, for example, and the obtained measurement values are supplied to the switching units 92A and 92B. In the measurement value switching units 92 </ b> A and 92 </ b> B, information on the relative position supplied from the measurement calculation unit 42 corresponding to the detection head 14 facing the diffraction gratings 12 </ b> A to 12 </ b> D is supplied to the main controller 20.

一列A1及び一行A2内の複数の検出ヘッド14、レーザ光源(不図示)、複数の計測演算部42、切り替え部92A,92B、及び回折格子12A〜12Dから3軸のエンコーダ6が構成されている。このようなエンコーダ及び上述の5眼のアライメント系の詳細な構成については、例えば米国特許出願公開第2008/094593号明細書に開示されている。主制御装置20は、エンコーダ6から供給される相対位置の情報に基づいて、計測フレーム16(投影光学系PL)に対するウエハステージWST(ウエハW)のX方向、Y方向、Z方向の位置、及びθz方向の回転角等の情報を求め、この情報に基づいてステージ駆動系18を介してウエハステージWSTを駆動する。   A plurality of detection heads 14 in one column A1 and one row A2, a laser light source (not shown), a plurality of measurement calculation units 42, switching units 92A and 92B, and diffraction gratings 12A to 12D constitute a three-axis encoder 6. . The detailed configuration of such an encoder and the above-described five-eye alignment system is disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2008/094593. Based on the relative position information supplied from encoder 6, main controller 20 determines the position of wafer stage WST (wafer W) in the X, Y, and Z directions with respect to measurement frame 16 (projection optical system PL), and Information such as the rotation angle in the θz direction is obtained, and wafer stage WST is driven via stage drive system 18 based on this information.

なお、エンコーダ6と並列に、又はエンコーダ6の代わりに、ウエハステージWSTの3次元的な位置を計測するレーザ干渉計を設け、このレーザ干渉計の計測値を用いて、ウエハステージWSTを駆動してもよい。
そして、露光装置EXの露光時には、基本的な動作として先ずレチクルR及びウエハWのアライメントが行われる。その後、レチクルRへの照明光ILの照射を開始して、投影光学系PLを介してレチクルRのパターンの一部の像をウエハWの表面の一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとを投影光学系PLの投影倍率βを速度比としてY方向に同期して移動(同期走査)する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルRのパターン像が転写される。その後、ウエハステージWSTを介してウエハWをX方向、Y方向に移動する動作(ステップ移動)と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、例えば液浸法でかつステップ・アンド・スキャン方式でウエハWの全部のショット領域にレチクルRのパターン像が転写される。
A laser interferometer that measures the three-dimensional position of wafer stage WST is provided in parallel with encoder 6 or instead of encoder 6, and wafer stage WST is driven using the measured value of this laser interferometer. May be.
Then, at the time of exposure of the exposure apparatus EX, the reticle R and the wafer W are first aligned as a basic operation. Thereafter, irradiation of the reticle R with the illumination light IL is started, and an image of a part of the pattern of the reticle R is projected onto one shot area on the surface of the wafer W via the projection optical system PL, while the reticle stage RST. The pattern image of the reticle R is transferred to the shot area by a scanning exposure operation that moves the wafer stage WST in synchronization with the Y direction using the projection magnification β of the projection optical system PL as a speed ratio (synchronous scanning). Thereafter, by repeating the operation (step movement) of moving the wafer W in the X and Y directions via the wafer stage WST and the above scanning exposure operation, for example, by the immersion method and the step-and-scan method. The pattern image of the reticle R is transferred to the entire shot area of the wafer W.

この際に、エンコーダ6の検出ヘッド14においては、計測光及び回折光の光路長はレーザ干渉計に比べて短いため、レーザ干渉計と比べて、計測値に対する空気揺らぎの影響が非常に小さい。このため、レチクルRのパターン像をウエハWに高精度に転写できる。なお、本実施形態では、計測フレーム16側に検出ヘッド14を配置し、ウエハステージWST側に回折格子12A〜12Dを配置している。この他の構成として、計測フレーム16側に回折格子12A〜12Dを配置し、ウエハステージWST側に検出ヘッド14を配置してもよい。   At this time, in the detection head 14 of the encoder 6, since the optical path lengths of the measurement light and the diffracted light are shorter than those of the laser interferometer, the influence of the air fluctuation on the measurement value is very small as compared with the laser interferometer. Therefore, the pattern image of the reticle R can be transferred to the wafer W with high accuracy. In the present embodiment, the detection head 14 is disposed on the measurement frame 16 side, and the diffraction gratings 12A to 12D are disposed on the wafer stage WST side. As another configuration, the diffraction gratings 12A to 12D may be disposed on the measurement frame 16 side, and the detection head 14 may be disposed on the wafer stage WST side.

次に、ウエハWの裏面のマーク46の位置情報を含むウエハWの位置情報を検出するための本実施形態のマーク検出装置8の構成及び動作につき詳細に説明する。
図5(A)は図1中のマーク検出装置8の機構部を示す平面図、図5(B)は図5(A)のBB線に沿う断面図である。なお、図5(A)は、図5(B)のAA線に沿う断面図でもある。マーク検出装置8の機構部は、上述の露光部の他に、ウエハ受け渡し装置66、マーク検出部52、及びエッジ検出部53A,53Bを備えている。図5(B)において、ウエハ受け渡し装置66は、円板状の本体部67と、本体部67の上面に固定されるとともに、フレーム部材FR1に形成された開口内にZ方向に移動可能に配置された円柱状のスライド部材69と、スライド部材69の上端に固定されたフランジ部69Fと、フレーム部材FR1に対してフランジ部69FのZ方向の位置を制御する複数のアクチュエータ70と、を有する。アクチュエータ70としては、例えば直動型のねじ機構、又はエアーシリンダ等が使用可能であり、フランジ部69FのZ位置を計測するセンサ(不図示)も装着されている。図3の搬送制御系50がそのセンサの計測値に基づいてアクチュエータ70を駆動することで、フランジ部69Fにスライド部材69を介して連結された本体部67のZ位置を制御できる。なお、本体部67のZ位置を制御する機構としては、アクチュエータ70を用いる機構以外の任意の機構を使用できる。
Next, the configuration and operation of the mark detection apparatus 8 of this embodiment for detecting the position information of the wafer W including the position information of the mark 46 on the back surface of the wafer W will be described in detail.
5A is a plan view showing a mechanism part of the mark detection device 8 in FIG. 1, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 5A. Note that FIG. 5A is also a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The mechanism unit of the mark detection device 8 includes a wafer transfer device 66, a mark detection unit 52, and edge detection units 53A and 53B in addition to the above-described exposure unit. In FIG. 5B, the wafer transfer device 66 is fixed to the disc-shaped main body 67 and the upper surface of the main body 67, and is disposed so as to be movable in the Z direction within the opening formed in the frame member FR1. The columnar slide member 69, a flange portion 69F fixed to the upper end of the slide member 69, and a plurality of actuators 70 for controlling the position of the flange portion 69F in the Z direction with respect to the frame member FR1. As the actuator 70, for example, a direct-acting screw mechanism or an air cylinder can be used, and a sensor (not shown) for measuring the Z position of the flange portion 69F is also mounted. The conveyance control system 50 in FIG. 3 drives the actuator 70 based on the measurement value of the sensor, so that the Z position of the main body 67 connected to the flange 69F via the slide member 69 can be controlled. An arbitrary mechanism other than the mechanism using the actuator 70 can be used as a mechanism for controlling the Z position of the main body 67.

また、本体部67はウエハWよりもわずかに大きい円形である。そして、ウエハ受け渡し装置66は、本体部67の底面に固定された複数の短い円柱状の非接触の吸引装置(以下、サクションカップという。)68と、本体部67の側面にほぼ等角度間隔(ここでは120度間隔)で固定された連結部材71A,71B,71C(図5(A)参照)と、連結部材71A,71B,71Cに対して回転用のモータ71Am,71Bm等によって回転可能に取り付けられたL字形の吸着部72A,72B,72Cとを備えている。サクションカップ68は、ベルヌーイカップ又はベルヌーイチャックと呼ぶこともできる。吸着部72A〜72Cの先端部は、代表的に点線の位置B5で示すように、それぞれ対応するモータ71Am等によって本体部67の側面方向に退避可能である。さらに、吸着部72A〜72Cの先端部は、それぞれ対応するモータ71Am等によって本体部67の底面と平行になるまで回転可能であり、この状態で吸着部72A〜72Cの先端部にウエハWを支持可能である。吸着部72A〜72Cの先端部には真空吸着用の穴(不図示)が設けられ、この穴から可撓性を持つ配管(不図示)を介して真空ポンプ(不図示)で気体を吸引することで、ウエハWを吸着保持できる。   The main body 67 has a circular shape slightly larger than the wafer W. The wafer transfer device 66 includes a plurality of short columnar non-contact suction devices (hereinafter referred to as suction cups) 68 fixed to the bottom surface of the main body 67 and a side surface of the main body 67 at substantially equal angular intervals ( Here, the connecting members 71A, 71B, 71C (see FIG. 5A) fixed at intervals of 120 degrees (see FIG. 5A) and the rotating members 71Am, 71Bm, etc. are attached to the connecting members 71A, 71B, 71C so as to be rotatable. L-shaped suction portions 72A, 72B, 72C. The suction cup 68 can also be called a Bernoulli cup or a Bernoulli chuck. The tip portions of the suction portions 72A to 72C can be retracted in the side surface direction of the main body portion 67 by the corresponding motors 71Am and the like, as typically indicated by the dotted line position B5. Furthermore, the tip portions of the suction portions 72A to 72C can be rotated by the corresponding motors 71Am and the like until they are parallel to the bottom surface of the main body portion 67, and the wafer W is supported on the tip portions of the suction portions 72A to 72C in this state. Is possible. A vacuum suction hole (not shown) is provided at the tip of the suction parts 72A to 72C, and a gas is sucked from the hole by a vacuum pump (not shown) through a flexible pipe (not shown). Thus, the wafer W can be sucked and held.

図5(B)は、本体部67の底面の複数のサクションカップ68に所定間隔を隔てて対向するように、吸着部72A〜72Cの先端部でウエハWを保持している状態を示す。図5(A)に示すように、複数のサクションカップ68は、一例としてウエハWの表面の中心及び複数の同心円状に配置された位置に対向するように配置されている。なお、図5(A)において、本体部67は2点鎖線で表されている。   FIG. 5B shows a state in which the wafer W is held by the tip portions of the suction portions 72A to 72C so as to face the plurality of suction cups 68 on the bottom surface of the main body portion 67 with a predetermined interval. As shown in FIG. 5A, as an example, the plurality of suction cups 68 are arranged so as to face the center of the surface of the wafer W and a plurality of concentrically arranged positions. In FIG. 5A, the main body 67 is represented by a two-dot chain line.

サクションカップ68は、矢印B1で示すように、それぞれほぼウエハWに対向する面に沿って放射状に可変の流量で清浄な気体を噴き出しており、その面とウエハWとの距離が大きくなると、ベルヌーイ効果による負圧が発生してウエハWがサクションカップ68側に吸引され、その面とウエハWとの距離が小さくなると、圧力エアクッション効果によってウエハWをサクションカップ68から離す力が作用する。この結果、サクションカップ68とウエハWとの距離を、非接触でその気体の流量に応じた値に維持できる。そして、搬送制御系50が、複数のサクションカップ68とウエハWとの距離を互いに独立に制御することで、実質的に非接触に保持しているウエハWの形状を例えばウエハステージWST側に凸となる形状(以下、下凸形状という)を含む任意の形状に設定できる。例えば複数のサクションカップ68によってウエハWを下凸形状にして非接触に保持し、ウエハWの下方にウエハステージWSTのウエハホルダ44を移動し、吸着部72A〜72Cの先端部を本体部67の側面方向に退避させて、アクチュエータ70を駆動して本体部67をウエハホルダ44側に降下させることで、大型のウエハWを変形させることなくウエハホルダ44の上面に載置することができ、ウエハWの残留歪みの発生を防止できる。   As indicated by an arrow B1, the suction cup 68 ejects clean gas at a variable flow rate substantially radially along the surface facing the wafer W. When the distance between the surface and the wafer W increases, Bernoulli increases. When the negative pressure due to the effect is generated and the wafer W is sucked to the suction cup 68 side and the distance between the surface and the wafer W is reduced, a force that separates the wafer W from the suction cup 68 is exerted by the pressure air cushion effect. As a result, the distance between the suction cup 68 and the wafer W can be maintained at a value corresponding to the flow rate of the gas without contact. Then, the transfer control system 50 controls the distance between the plurality of suction cups 68 and the wafer W independently of each other, so that the shape of the wafer W held in a substantially non-contact manner protrudes toward the wafer stage WST, for example. Can be set to any shape including a shape (hereinafter referred to as a downward convex shape). For example, the plurality of suction cups 68 hold the wafer W in a downward convex shape and hold it in a non-contact manner, move the wafer holder 44 of the wafer stage WST to the lower side of the wafer W, and move the tips of the suction portions 72A to 72C to the side surfaces of the main body 67 By retracting in the direction and driving the actuator 70 to lower the main body 67 to the wafer holder 44 side, the large wafer W can be placed on the upper surface of the wafer holder 44 without being deformed. Generation of distortion can be prevented.

また、マーク検出部52は、連結部材71A(吸着部72A)の近傍で本体部67に固定された第1光学系54Aと、吸着部72Aに装着された第2光学系54Bと、を有する。また、エッジ検出部53A及び53Bは、それぞれ連結部材71B及び71Cの近傍で本体部67に固定されている。なお、マーク検出部52の第1光学系54A及びエッジ検出部53A,53Bは、フレーム部材FR1に固定してもよい。   Further, the mark detection unit 52 includes a first optical system 54A fixed to the main body 67 in the vicinity of the connecting member 71A (adsorption unit 72A), and a second optical system 54B attached to the adsorption unit 72A. Moreover, the edge detection parts 53A and 53B are being fixed to the main-body part 67 in the vicinity of the connection members 71B and 71C, respectively. Note that the first optical system 54A and the edge detection units 53A and 53B of the mark detection unit 52 may be fixed to the frame member FR1.

図6(A)は、図5(B)中のマーク検出部52を示す。図6(A)において、ウエハWはウエハ受け渡し装置66の吸着部72A(不図示)の先端部に保持され、ウエハWの裏面にマーク46が形成されている。また、マーク検出部52の第1光学系54Aは、ウエハWのフォトレジストに対する感光性の低い波長域である例えば可視域の検出用の光(以下、検出光という)をほぼ−Z方向に射出する光源73を有する。一例として、光源73は発光ダイオード(LED)であるが、光源73として、ランプとライトガイドとの組み合わせ等も使用できる。光源73から射出される検出光のうち、ウエハWのエッジ部の検出に使用される第1検出光DL1を点線で表し、ウエハWの裏面のマーク46の検出に使用される第2検出光DL2を実線で表している。なお、後述するウエハW上面に形成される膜材料等の回り込みによるマーク46が汚染されている可能性を考慮して、少なくとも第2検出光DL2は波長帯域が広い光(ブロードバンドな検出光)を用いることが好ましい。   FIG. 6A shows the mark detection unit 52 in FIG. In FIG. 6A, the wafer W is held at the front end portion of a suction portion 72A (not shown) of the wafer transfer device 66, and a mark 46 is formed on the back surface of the wafer W. Further, the first optical system 54A of the mark detection unit 52 emits, for example, light for detection in the visible region (hereinafter referred to as detection light), which is a wavelength region having low photosensitivity to the photoresist on the wafer W, in the approximately -Z direction. A light source 73 is provided. As an example, the light source 73 is a light emitting diode (LED), but a combination of a lamp and a light guide can be used as the light source 73. Of the detection light emitted from the light source 73, the first detection light DL1 used for detecting the edge portion of the wafer W is indicated by a dotted line, and the second detection light DL2 used for detecting the mark 46 on the back surface of the wafer W. Is represented by a solid line. In consideration of the possibility of contamination of the mark 46 caused by the wraparound of a film material or the like formed on the upper surface of the wafer W, which will be described later, at least the second detection light DL2 is light having a wide wavelength band (broadband detection light). It is preferable to use it.

第1光学系54Aは、光源73から射出された検出光DL1,DL2をそれぞれ集光及びコリメートする照明用の第1レンズ系74A及び第2レンズ系74Bと、そのコリメートされた検出光DL1,DL2をほぼ−Y方向に反射するミラーM1と、ミラーM1で反射された検出光DL1,DL2の一部をほぼ−Z方向のウエハW側に向かう検出光DL1,DL2として分岐するハーフプリズム76と、分岐された検出光DL1,DL2を集光する第1対物レンズ系77Aと、を有する。さらに、第1光学系54Aは、第1対物レンズ系77Aとともに結像光学系を形成する第2対物レンズ77Bと、CCD型又はCMOS型等の2次元の撮像素子79と、撮像素子79の受光面の一部の領域の前面に配置されて第2検出光DL2の光路長を補正する光路長補正用ガラス板80と、ミラーM1とハーフプリズム76との間に配置された照明用の開口絞り(以下、照明σ絞りという)75Aと、ハーフプリズム76と第2対物レンズ系77Bとの間に配置された結像用の開口絞り75Bと、を有する。第1光学系54Aは鏡筒部材(不図示)に支持されている。   The first optical system 54A includes a first lens system 74A and a second lens system 74B for illuminating and collimating the detection lights DL1 and DL2 emitted from the light source 73, and the collimated detection lights DL1 and DL2 , And a half prism 76 that branches a part of the detection lights DL1 and DL2 reflected by the mirror M1 as detection lights DL1 and DL2 toward the wafer W in the -Z direction, And a first objective lens system 77A that condenses the branched detection lights DL1 and DL2. Further, the first optical system 54A includes a second objective lens 77B that forms an imaging optical system together with the first objective lens system 77A, a two-dimensional imaging element 79 such as a CCD type or a CMOS type, and light reception by the imaging element 79. An aperture stop for illumination disposed between the mirror M1 and the half prism 76, and an optical path length correction glass plate 80 that is disposed in front of a partial area of the surface and corrects the optical path length of the second detection light DL2. 75A (hereinafter referred to as illumination σ stop) and an imaging aperture stop 75B disposed between the half prism 76 and the second objective lens system 77B. The first optical system 54A is supported by a lens barrel member (not shown).

一例として、ウエハWのエッジ部は被検領域(視野)の中心部にあり、ウエハWの裏面のマーク46は被検領域の周辺部にあるため、照明σ絞り75A内で第1検出光DL1はほぼ光軸に平行であり、第2検出光DL2は光軸に対して比較的大きく傾斜している。また、ウエハ受け渡し装置66の吸着部72A(図6(A)では不図示)内にウエハWの裏面のマーク46に対向するように、マーク検出部52の第2光学系54Bとしての直角プリズム形の光学部材82が設けられている。一例として、光学部材82は、ウエハWの裏面に平行な入射面と、この入射面に45度で交差するとともに互いに直交する2つの反射面とを有する。   As an example, since the edge portion of the wafer W is at the center of the test region (field of view) and the mark 46 on the back surface of the wafer W is at the periphery of the test region, the first detection light DL1 is within the illumination σ stop 75A. Is substantially parallel to the optical axis, and the second detection light DL2 is relatively inclined with respect to the optical axis. Further, a right-angle prism type as the second optical system 54B of the mark detection unit 52 so as to face the mark 46 on the back surface of the wafer W in the suction unit 72A (not shown in FIG. 6A) of the wafer transfer device 66. The optical member 82 is provided. As an example, the optical member 82 has an incident surface parallel to the back surface of the wafer W and two reflecting surfaces that intersect the incident surface at 45 degrees and are orthogonal to each other.

図6(B)の部分拡大図で示すように、光学部材82の入射面は、ウエハWのエッジ部及びこの近傍の領域に対向する部分が反射面82bとなり、反射面82bにY方向に接する部分(マーク46に対向する部分を含む)が透過面82a,82c(図6(C)参照)となっている。図6(C)は図6(B)内の光学部材82の平面図である。図6(C)に示すように、光学部材82の入射面の透過面82cにX方向に隣接する部分が反射面82d,82eとなり、反射面82d,82e中にY方向に細長いライン状の指標マーク83A,83Bが形成されている。一例として、指標マーク83A,83Bは反射面82d,82eの他の領域よりも反射率が低い領域(黒色部)であるが、指標マーク83A,83Bを他の領域よりも反射率が高い領域としてもよい。   As shown in the partial enlarged view of FIG. 6B, on the incident surface of the optical member 82, a portion facing the edge portion of the wafer W and a region in the vicinity thereof becomes a reflection surface 82b, and is in contact with the reflection surface 82b in the Y direction. Portions (including a portion facing the mark 46) are transmission surfaces 82a and 82c (see FIG. 6C). FIG. 6C is a plan view of the optical member 82 in FIG. As shown in FIG. 6C, the portions adjacent to the transmission surface 82c of the incident surface of the optical member 82 in the X direction become the reflection surfaces 82d and 82e, and the line-shaped index elongated in the Y direction in the reflection surfaces 82d and 82e. Marks 83A and 83B are formed. As an example, the index marks 83A and 83B are regions (black portions) having a lower reflectance than the other regions of the reflecting surfaces 82d and 82e, but the index marks 83A and 83B are regions having a higher reflectance than the other regions. Also good.

マーク検出部52において、第1対物レンズ系77Aから射出された第1検出光DL1は光学部材82の反射面82b(図6(B)参照)に入射する。その反射面82bで反射された第1検出光DL1は、ウエハWのエッジ部の外側を通過し、第1対物レンズ系77A、ハーフプリズム76A、及び第2対物レンズ系77Bを介して、撮像素子79の受光面の中央部にウエハWのエッジ部の像を形成する。   In the mark detection unit 52, the first detection light DL1 emitted from the first objective lens system 77A is incident on the reflection surface 82b (see FIG. 6B) of the optical member 82. The first detection light DL1 reflected by the reflecting surface 82b passes outside the edge portion of the wafer W, and passes through the first objective lens system 77A, the half prism 76A, and the second objective lens system 77B. An image of the edge portion of the wafer W is formed at the center of the light receiving surface 79.

一方、第1対物レンズ系77Aから射出された第2検出光DL2は、光学部材82の透過面82a、光学部材82の直交する2つの反射面、及び光学部材82の透過面82c(図6(C)参照)を介して、ウエハWの裏面のマーク46を含む被検領域に入射する。さらに、光学部材82の直交する2つの反射面で反射された第2検出光DL2の一部は、図6(C)の透過面82cを挟むように設けられた2つの指標マーク83A,83Bを照明する。マーク46を含む被検領域で反射されて光学部材82の透過面82cを通過した光束、及び指標マーク83A,83Bを含む領域で反射された光束を含む第2検出光DL2は、光学部材82の直交する2つの反射面、及び光学部材82の透過面82aを介して第1対物レンズ系77Aに戻される。第1対物レンズ系77Aに戻された第2検出光DL2は、ハーフプリズム76A、第2対物レンズ系77B、及び光路長補正用ガラス板80を介して、撮像素子79の受光面の周辺部に、ウエハWのマーク46の像及び指標マーク83A,83Bの像を形成する。   On the other hand, the second detection light DL2 emitted from the first objective lens system 77A includes a transmission surface 82a of the optical member 82, two orthogonal reflection surfaces of the optical member 82, and a transmission surface 82c of the optical member 82 (FIG. 6 ( C), and enters the test region including the mark 46 on the back surface of the wafer W. Further, a part of the second detection light DL2 reflected by the two orthogonal reflecting surfaces of the optical member 82 has two index marks 83A and 83B provided so as to sandwich the transmitting surface 82c of FIG. 6C. Illuminate. The second detection light DL2 including the light beam reflected by the test region including the mark 46 and passing through the transmission surface 82c of the optical member 82 and the light beam reflected by the region including the index marks 83A and 83B is transmitted from the optical member 82. The light is returned to the first objective lens system 77A via two orthogonal reflecting surfaces and the transmitting surface 82a of the optical member 82. The second detection light DL2 returned to the first objective lens system 77A passes through the half prism 76A, the second objective lens system 77B, and the optical path length correction glass plate 80 to the periphery of the light receiving surface of the image sensor 79. Then, an image of the mark 46 on the wafer W and an image of the index marks 83A and 83B are formed.

本実施形態では、図5(A)の吸着部72A〜72CによりウエハWを保持した状態で、図6(A)のマーク検出部52において、対物レンズ系77A,77Bよりなる結像光学系に関して、ウエハWの表面と撮像素子79の受光面とは光学的に共役である。また、その結像光学系、光学部材82、及び光路長補正用ガラス板80に関して、ウエハWの裏面(マーク46が形成されている面)と撮像素子79の受光面とは光学的に共役である。このため、撮像素子79の受光面にはウエハWのエッジ部の像及び裏面のマーク46の像がそれぞれ高いコントラストで形成される。撮像素子79がそれらの像を撮像して得られる検出信号(ここでは撮像信号)は、図3の演算部55に供給される。演算部55でその検出信号を処理することでマーク46及びマーク46の近傍のウエハWのエッジ部の位置情報が求められる。   In the present embodiment, the imaging optical system including the objective lens systems 77A and 77B is used in the mark detection unit 52 in FIG. 6A in a state where the wafer W is held by the suction units 72A to 72C in FIG. The surface of the wafer W and the light receiving surface of the image sensor 79 are optically conjugate. Further, with respect to the imaging optical system, the optical member 82, and the optical path length correcting glass plate 80, the back surface of the wafer W (the surface on which the mark 46 is formed) and the light receiving surface of the image sensor 79 are optically conjugate. is there. Therefore, the image of the edge portion of the wafer W and the image of the mark 46 on the back surface are formed on the light receiving surface of the image sensor 79 with high contrast. Detection signals (here, imaging signals) obtained by the imaging element 79 capturing those images are supplied to the calculation unit 55 of FIG. By processing the detection signal by the calculation unit 55, the position information of the mark 46 and the edge portion of the wafer W in the vicinity of the mark 46 is obtained.

また、図5(A)のエッジ検出部53A,53Bは、それぞれ図6(A)のマーク検出部52の第1光学系54Aと同様の構成である。エッジ検出部53A及び53Bは、それぞれ対応する被検領域FVA2,FVA1内のウエハWのエッジ部の像を撮像し、得られる検出信号(撮像信号)を演算部55に供給する。演算部55においてその検出信号を処理することで、対応するエッジ部の位置情報を求めることができる。   Also, the edge detection units 53A and 53B in FIG. 5A have the same configuration as the first optical system 54A of the mark detection unit 52 in FIG. 6A. The edge detection units 53A and 53B capture images of the edge portions of the wafer W in the corresponding test areas FVA2 and FVA1, and supply the obtained detection signals (imaging signals) to the calculation unit 55. By processing the detection signal in the calculation unit 55, the position information of the corresponding edge portion can be obtained.

次に、本実施形態の露光装置EXにおいて、マーク検出装置8を用いてウエハWの裏面のマーク46の位置情報等を検出する検出方法、及びこの検出方法を用いる露光方法の一例につき図7のフローチャートを参照して説明する。この方法の動作は主制御装置20及び搬送制御系50によって制御される。まず、図7のステップ102において、図1のレチクルステージRSTにレチクルRがロードされ、レチクルRのアライメントが行われる。この際に、補助レチクルRAのアライメントは予め行われている。その後、不図示のコータ・デベロッパからウエハ搬送ロボットWLDの搬送アーム61に、フォトレジストが塗布されたウエハWが受け渡され、ウエハWを保持した搬送アーム61の先端部が、図8(A)に示すように、ウエハ受け渡し装置66の複数のサクションカップ68の下方に移動する(ステップ104)。なお、図8(B)は、図8(A)のBB線に沿う断面図であり、図8(A)は図8(B)のAA線に沿う断面図に相当する。   Next, in the exposure apparatus EX of the present embodiment, a detection method for detecting position information and the like of the mark 46 on the back surface of the wafer W using the mark detection apparatus 8 and an example of an exposure method using this detection method are shown in FIG. This will be described with reference to a flowchart. The operation of this method is controlled by the main controller 20 and the conveyance control system 50. First, in step 102 in FIG. 7, the reticle R is loaded onto the reticle stage RST in FIG. 1, and the alignment of the reticle R is performed. At this time, the alignment of the auxiliary reticle RA is performed in advance. Thereafter, the wafer W coated with the photoresist is transferred from the coater / developer (not shown) to the transfer arm 61 of the wafer transfer robot WLD, and the tip of the transfer arm 61 holding the wafer W is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the wafer transfer device 66 moves below the plurality of suction cups 68 (step 104). 8B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 8A, and FIG. 8A corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

この際に、本体部67に装着された3つの吸着部72A〜72Cは、代表的に図8(B)の点線の位置B4,B5で示すように、Y方向に移動するウエハWと衝突しない位置に退避している。搬送アーム61の2本のアーム部61a,61bの間には、吸着部72Aが通過できるだけの隙間が確保されている。その後、図8(B)に実線で示すように、吸着部72A〜72Cを回転させて、吸着部72A〜72Cの先端部でウエハWを保持し、ウエハ受け渡し装置66の本体部67をわずかに+Z方向に上昇させることによって、搬送アーム61からウエハ受け渡し装置66にウエハWが受け渡される(ステップ106)。この動作とほぼ並行して、ウエハステージWSTは、ウエハ受け渡し装置66の下方のウエハのローディング位置LPに移動する。そして、搬送アーム61は、矢印B8で示すように−Y方向に移動する。   At this time, the three suction portions 72A to 72C attached to the main body portion 67 do not collide with the wafer W moving in the Y direction, as typically shown by dotted line positions B4 and B5 in FIG. Evacuated to position. A gap is secured between the two arm portions 61a and 61b of the transfer arm 61 so that the suction portion 72A can pass therethrough. Thereafter, as shown by a solid line in FIG. 8B, the suction portions 72A to 72C are rotated to hold the wafer W at the tip portions of the suction portions 72A to 72C, and the main body portion 67 of the wafer transfer device 66 is slightly moved. By raising in the + Z direction, the wafer W is transferred from the transfer arm 61 to the wafer transfer device 66 (step 106). Substantially in parallel with this operation, wafer stage WST moves to wafer loading position LP below wafer transfer device 66. Then, the transfer arm 61 moves in the −Y direction as indicated by an arrow B8.

その後、図5(A)、(B)に示すように、マーク検出部52の第1光学系54Aから検出光DL1,DL2をウエハWのエッジ部を含む被検領域に照射し、吸着部72A内の第2光学系54B(図6(B)の光学部材82)で反射される第1検出光DL1によって、第1光学系54A内の撮像素子79(図6(A)参照)の受光面にそのエッジ部の像を形成する。これと同時に、ウエハWの裏面で反射される第2検出光DL2及び図6(C)の指標マーク83A,83Bを含む領域で反射される第2検出光DL2を第2光学系54Bを介して受光し、撮像素子79の受光面にウエハWの裏面のマーク46及び指標マーク83A,83Bの像を形成する。撮像素子79の検出信号は演算部55に供給される。   Thereafter, as shown in FIGS. 5A and 5B, the detection regions DL1 and DL2 are irradiated from the first optical system 54A of the mark detection unit 52 to the test region including the edge portion of the wafer W, so that the suction unit 72A. The light receiving surface of the image sensor 79 (see FIG. 6A) in the first optical system 54A by the first detection light DL1 reflected by the second optical system 54B (the optical member 82 in FIG. 6B). Then, an image of the edge portion is formed. At the same time, the second detection light DL2 reflected by the back surface of the wafer W and the second detection light DL2 reflected by the region including the index marks 83A and 83B of FIG. 6C are transmitted via the second optical system 54B. Light is received, and an image of the mark 46 on the back surface of the wafer W and the index marks 83A and 83B is formed on the light receiving surface of the image sensor 79. The detection signal of the image sensor 79 is supplied to the calculation unit 55.

演算部55ではその検出信号を処理して、一例として、指標マーク83A,83Bを基準として、ウエハWのエッジ部のX方向、Y方向の位置を含む第1の位置情報、並びにマーク46の中心のX方向、Y方向の位置、及びマーク46の回転角を含む第2の位置情報を求める(ステップ108)。一例として、指標マーク83A,83Bに平行な方向の、ステージ座標系(X,Y,Z)のY軸に対する角度(傾斜角)は既知である。そこで、ウエハ裏面のマーク46の回転角として、例えばステージ座標系(X,Y,Z)のY軸に対する傾斜角が求められる。なお、指標マーク83A,83Bを使用することなく、例えば撮像素子79内の所定の位置の一つ又は複数の画素(例えば中心及び周辺の4箇所の画素)を基準としてその第1及び第2の位置情報を求めてもよい。   The calculation unit 55 processes the detection signal, and as an example, with reference to the index marks 83A and 83B, the first position information including the positions in the X and Y directions of the edge portion of the wafer W, and the center of the mark 46 The second position information including the X-direction and Y-direction positions and the rotation angle of the mark 46 is obtained (step 108). As an example, the angle (tilt angle) with respect to the Y axis of the stage coordinate system (X, Y, Z) in the direction parallel to the index marks 83A, 83B is known. Therefore, as the rotation angle of the mark 46 on the back surface of the wafer, for example, an inclination angle with respect to the Y axis of the stage coordinate system (X, Y, Z) is obtained. It should be noted that without using the index marks 83A and 83B, for example, the first and second pixels are based on one or a plurality of pixels (for example, four pixels at the center and the periphery) at a predetermined position in the image sensor 79, for example. The position information may be obtained.

また、ステップ108と実質的に並行に、エッジ検出部53A,53BからウエハWのエッジ部を含む被検領域FVA2,FVA1内に検出光を照射し、2箇所のエッジ部の像を撮像して得られる検出信号を演算部55に供給する。演算部55は、その検出信号から対応する2つのエッジ部の像のX方向、Y方向の位置を含む第3の位置情報を求める(ステップ110)。さらに、演算部55は、そのウエハWの3つのエッジ部の像の位置、及びマーク46の像の回転角より、ウエハWの中心のステージ座標系におけるX方向、Y方向の位置、及びマーク46(ひいてはウエハW自体)のステージ座標系のY軸に対する回転角を算出し、算出結果を記憶部56に記憶するとともに、主制御装置20に供給する(ステップ112)。   Further, in parallel with step 108, detection light is irradiated from the edge detection units 53A and 53B into the test areas FVA2 and FVA1 including the edge part of the wafer W, and images of two edge parts are taken. The obtained detection signal is supplied to the calculation unit 55. The computing unit 55 obtains third position information including the positions in the X and Y directions of the corresponding two edge portions from the detection signal (step 110). Further, the computing unit 55 determines the position in the X and Y directions in the stage coordinate system at the center of the wafer W and the mark 46 from the position of the image of the three edge portions of the wafer W and the rotation angle of the image of the mark 46. A rotation angle of the stage coordinate system (and wafer W itself) with respect to the Y axis is calculated, and the calculation result is stored in the storage unit 56 and supplied to the main controller 20 (step 112).

そして、図5(B)の状態からウエハ受け渡し装置66の複数のサクションカップ68でウエハWを下凸形状となるように非接触で保持した状態で、ウエハ受け渡し装置66の本体部67を−Z方向に降下させながら、吸着部72A〜72Cを外側に退避させる。さらに、本体部67とともにウエハWを降下させて、ウエハWの中央部がウエハステージWSTのウエハホルダ44の表面に接触したときに、ウエハホルダ44側の真空吸着を開始し、複数のサクションカップ68の保持を解除することで、ウエハWの裏面の全面がウエハホルダ44に載置され、吸着される(ステップ114)。この際に、ステップ112で求められたウエハWの中心位置がウエハホルダ44の中心に来るように、ウエハステージWSTのX方向、Y方向の位置を補正しておいてもよい。この場合には、この補正をウエハWの位置の補正とみなすこともできる。その後、ウエハ受け渡し装置66の本体部67は上昇する。   Then, in the state where the wafer W is held in a non-contact manner by the plurality of suction cups 68 of the wafer transfer device 66 in a non-contact manner from the state of FIG. 5B, the main body 67 of the wafer transfer device 66 is −Z. While lowering in the direction, the suction portions 72A to 72C are retracted to the outside. Further, the wafer W is lowered together with the main body 67, and when the central portion of the wafer W comes into contact with the surface of the wafer holder 44 of the wafer stage WST, vacuum suction on the wafer holder 44 side is started and the plurality of suction cups 68 are held. Is released, the entire back surface of the wafer W is placed on the wafer holder 44 and sucked (step 114). At this time, the positions of the wafer stage WST in the X direction and the Y direction may be corrected so that the center position of the wafer W obtained in step 112 comes to the center of the wafer holder 44. In this case, this correction can be regarded as a correction of the position of the wafer W. Thereafter, the main body 67 of the wafer transfer device 66 is raised.

そして、主制御装置20は、一例として、ステージ駆動系18を介して、ステップ112で求められたマーク46(ウエハW)の回転角が既知の目標値になるようにウエハステージWST(又はウエハホルダ44が固定された部分)の回転角を補正し、ステップ112で求められたウエハWの中心位置が目標位置に来るようにウエハステージWSTをX方向、Y方向に移動する(ステップ116)。これによって、ウエハWのプリアライメントが行われたことになる。プリアライメントを行うことによって、ウエハWの1層目のレイヤに露光する場合には、ウエハWの多数のショット領域SAの配列方向が、例えばウエハWのマーク46で規定される方向に応じて設定される。さらに、ウエハWの2層目以降のレイヤに露光する場合には、プリアライメントが行われているため、ウエハWの表面の検出対象のショット領域SAに付設されたウエハマークを迅速にアライメント系ALの被検領域(視野)内に追い込むことができ、ウエハWの最終的なアライメント(ファイン・アライメント)を効率的に行うことができる。   Then, as an example, main controller 20 uses stage drive system 18 to set wafer stage WST (or wafer holder 44) so that the rotation angle of mark 46 (wafer W) obtained in step 112 becomes a known target value. ) Is corrected, and wafer stage WST is moved in the X and Y directions so that the center position of wafer W obtained in step 112 is at the target position (step 116). As a result, the pre-alignment of the wafer W is performed. When the first layer of the wafer W is exposed by performing pre-alignment, the arrangement direction of the many shot areas SA of the wafer W is set in accordance with the direction defined by the mark 46 of the wafer W, for example. Is done. Further, when the second and subsequent layers of the wafer W are exposed, since pre-alignment has been performed, the wafer mark attached to the shot area SA to be detected on the surface of the wafer W is quickly moved to the alignment system AL. Thus, the final alignment (fine alignment) of the wafer W can be efficiently performed.

その後、ウエハステージWSTを駆動してウエハWを投影光学系PLの下方(露光位置)に移動する過程で、アライメント系ALを用いてウエハWのアライメントが行われる(ステップ118)。そして、図1のレチクルステージRSTを駆動して、補助レチクルRAの代替マーク用パターン21を照明系ILSの照明領域IAR内の中央に移動し、照明系ILS内のレチクルブラインドを用いて、代替マーク用パターン21を含む狭い領域にのみ照明光ILが照射されるように照明領域を制限する。さらに、ウエハステージWSTを駆動して、図9(A)に示すように、例えばマーク検出部52の被検領域FVBとなっていた領域内のウエハWの表面のエッジ部Wfに近い領域26Aの一部を、図1の投影光学系PLの露光領域IA内に移動する。その領域26Aは、完全なショット領域SAが形成されない領域(いわゆる欠けショットとなる領域)であり、かつデバイス用のレチクルRのパターンの像が露光されないウエハWの周辺領域である。   Thereafter, in the process of driving wafer stage WST to move wafer W below projection optical system PL (exposure position), alignment of wafer W is performed using alignment system AL (step 118). Then, the reticle stage RST of FIG. 1 is driven, the substitute mark pattern 21 of the auxiliary reticle RA is moved to the center in the illumination area IAR of the illumination system ILS, and the substitute mark is used using the reticle blind in the illumination system ILS. The illumination area is limited so that the illumination light IL is irradiated only to a narrow area including the pattern 21 for use. Further, by driving wafer stage WST, as shown in FIG. 9A, for example, in region 26A close to edge portion Wf on the surface of wafer W in the region to be detected FVB of mark detection unit 52, A part is moved into the exposure area IA of the projection optical system PL of FIG. The region 26A is a region where a complete shot region SA is not formed (a region that becomes a so-called chipped shot), and is a peripheral region of the wafer W where the pattern image of the reticle R for devices is not exposed.

そして、図9(B)に示すように、ウエハWの裏面のマーク46に対向するウエハWの表面Waの領域26A内に、補助レチクルRAの代替マーク用パターン21の像(代替マーク像)21APを露光する(ステップ120)。なお、この代替マーク用パターン21は、後述のとおりウエハWの裏面のマーク46との位置関係が予め考慮されて露光される。このとき主制御装置20は、マーク46と代替マーク用パターン21との位置関係を記憶しておいてもよし、露光装置EXの主制御装置20がアクセス可能な外部のデータベースに保存されていてもよい。   Then, as shown in FIG. 9B, an image (substitute mark image) 21AP of the substitute mark pattern 21 of the auxiliary reticle RA in the area 26A of the front surface Wa of the wafer W opposed to the mark 46 on the back surface of the wafer W. Is exposed (step 120). The substitute mark pattern 21 is exposed in consideration of the positional relationship with the mark 46 on the back surface of the wafer W as described later. At this time, the main controller 20 may store the positional relationship between the mark 46 and the substitute mark pattern 21 or may be stored in an external database accessible by the main controller 20 of the exposure apparatus EX. Good.

一例として、ウエハWのフォトレジストがポジ型である場合、像21APは、Y方向に配列された複数(ここでは3本)の光量の大きいラインパターン部と、X方向に配列された複数(ここでは3本)の光量の大きいラインパターン部とから構成されている。なお、図9(B)及び(C)内の代替マーク用パターン21の像21AP,21CPは、ショット領域SAに対して相対的に大きく表されている。また、代替マーク用パターン21は、デバイス用パターンのうちの最も微細なパターンと比べると線幅が広いため、代替マーク用パターン21の像は液浸方式を使用することなく、ドライ方式で露光してもよい。   As an example, when the photoresist of the wafer W is a positive type, the image 21AP includes a plurality (three in this case) of line patterns having a large amount of light arranged in the Y direction and a plurality of (here here) arranged in the X direction. 3 lines) having a large amount of light. It should be noted that the images 21AP and 21CP of the substitute mark pattern 21 in FIGS. 9B and 9C are shown relatively large relative to the shot area SA. Further, since the substitute mark pattern 21 has a wider line width than the finest pattern among the device patterns, the image of the substitute mark pattern 21 is exposed by the dry method without using the liquid immersion method. May be.

さらに、ウエハステージWSTを駆動して、図9(A)に示すように、エッジ検出部53A及び53Bの被検領域FVA2,FVA1となっていた領域内のウエハWの表面のエッジ部Wfに近い領域26C及び26Bの一部を、順次、投影光学系PLの露光領域IA内に移動し、それぞれ代替マーク用パターン21の像21CP及び21BPを露光する。領域26C及び26Bも図9(C)に示すようにレチクルRのパターンの像が露光されないウエハWの周辺領域にある。   Further, wafer stage WST is driven, and as shown in FIG. 9A, the edge detection portions 53A and 53B are close to the edge portion Wf on the surface of the wafer W in the regions to be detected FVA2 and FVA1. Part of the areas 26C and 26B is sequentially moved into the exposure area IA of the projection optical system PL, and the images 21CP and 21BP of the substitute mark pattern 21 are exposed, respectively. The regions 26C and 26B are also in the peripheral region of the wafer W where the pattern image of the reticle R is not exposed as shown in FIG. 9C.

これらの像21AP〜21CPの露光時のウエハステージWSTのステージ座標系における位置情報が演算部55に供給されている。演算部55では、像21AP〜21CPを露光したときのウエハステージWSTの位置情報から、像21AP〜21CPの各中心のX方向、Y方向の位置に基づいて算出されるウエハWの中心位置及び回転角(例えば像21BP,21CPの中心を結ぶ直線に直交する方向の、ステージ座標系のY軸に対する角度)を算出する。そして、この算出結果の、ステップ112で算出され、かつステップ116で補正された後のウエハWの中心位置及び回転角(ここでは0度)に対するオフセット(δx,δy)及びδθを求め、これらのオフセット(δx,δy)及びδθを記憶部56に記憶する(ステップ122)。その傾斜角のオフセットδθは、ウエハWの裏面のマーク46の方向に対する、像21AP〜21CP(ひいては後述の代替マーク21AM〜21CM)の各中心から求められるウエハWの回転角のオフセット角(相対角度)と言うことができる。   Position information in the stage coordinate system of wafer stage WST at the time of exposure of these images 21AP to 21CP is supplied to calculation unit 55. In the calculation unit 55, the center position and rotation of the wafer W calculated based on the position in the X direction and the Y direction of each center of the images 21AP to 21CP from the position information of the wafer stage WST when the images 21AP to 21CP are exposed. An angle (for example, an angle with respect to the Y axis of the stage coordinate system in a direction orthogonal to a straight line connecting the centers of the images 21BP and 21CP) is calculated. Then, offsets (δx, δy) and δθ with respect to the center position and rotation angle (here, 0 degrees) of the wafer W after the calculation result is calculated in step 112 and corrected in step 116 are obtained. The offset (δx, δy) and δθ are stored in the storage unit 56 (step 122). The offset δθ of the tilt angle is the offset angle (relative angle) of the rotation angle of the wafer W obtained from the center of each of the images 21AP to 21CP (and later substitute marks 21AM to 21CM) with respect to the direction of the mark 46 on the back surface of the wafer W. ) Can be said.

その後、例えばステップ118のアライメントの結果を用いてウエハWを駆動することで、ウエハWの各ショット領域にレチクルRのパターンの像が走査露光される(ステップ124)。その後、ウエハステージWSTをアンローディング位置UPに移動し、例えば別のウエハ受け渡し装置を降下させ、ウエハホルダ44からそのウエハ受け渡し装置にウエハWを受け渡すことで、ウエハWがアンロードされる(ステップ126)。アンロードされたウエハWはコータ・デベロッパ(不図示)に搬送されて現像され(ステップ130)、その後、例えばエッチング工程(ステップ132)を経て次のレイヤのパターン形成工程(ステップ134)に移行する。また、露光装置EXにおいて、次のウエハに露光する場合には(ステップ128)、次のウエハに対してステップ104〜126の動作が繰り返される。   Thereafter, for example, by driving the wafer W using the alignment result in step 118, an image of the pattern of the reticle R is scanned and exposed on each shot area of the wafer W (step 124). Thereafter, wafer stage WST is moved to unloading position UP, for example, another wafer transfer device is lowered, and wafer W is transferred from wafer holder 44 to the wafer transfer device, thereby unloading wafer W (step 126). ). The unloaded wafer W is transferred to a coater / developer (not shown) and developed (step 130), and then proceeds to the pattern formation process (step 134) of the next layer through, for example, an etching process (step 132). . In the exposure apparatus EX, when the next wafer is exposed (step 128), the operations of steps 104 to 126 are repeated for the next wafer.

そのステップ132を経たウエハWの表面には、図9(A)に示すように、マーク検出部52の被検領域FVB、及びエッジ検出部53A,53Bの被検領域FVA2,FVA1となる領域に、それぞれ2次元の代替マーク21AM,21CM,21BMが形成されている。代替マーク21AM等は、それぞれ代替マーク用パターン21の像21AP等の光量の大きい部分が凹部となった凹凸マークである。その後、代替マーク21AM,21CM,21BMが形成されたウエハWの次のレイヤに露光を行う場合には、適宜、代替マーク21AM、21CM、21BMを用いたマーク検出が行われる。例えばウエハWの表面に対する露光動作が繰り返されると、ウエハWの裏面にレジスト材料などの膜材料(異物)が回り込むことがある。そして回り込んだ膜材料が異物としてウエハWの裏面のマーク46に付着した場合、マーク検出部52によるマーク46の検出が困難となってしまう可能性がある。また、ウエハWの露光処理などにおいて、マーク46が何らかの原因(磨耗など)でマーク検出部52によるマーク46の検出が困難になる場合も考えられる。   As shown in FIG. 9A, on the surface of the wafer W that has undergone step 132, the areas to be the test areas FVAB of the mark detection unit 52 and the test areas FVA2 and FVA1 of the edge detection units 53A and 53B are formed. , Two-dimensional substitution marks 21AM, 21CM, and 21BM are formed. The substitution mark 21AM or the like is a concave / convex mark in which a portion with a large amount of light such as an image 21AP of the substitution mark pattern 21 is a recess. Thereafter, when exposure is performed on the next layer of the wafer W on which the substitute marks 21AM, 21CM, and 21BM are formed, mark detection using the substitute marks 21AM, 21CM, and 21BM is appropriately performed. For example, when the exposure operation on the surface of the wafer W is repeated, a film material (foreign matter) such as a resist material may wrap around the back surface of the wafer W. When the encircling film material adheres to the mark 46 on the back surface of the wafer W as a foreign substance, it may be difficult to detect the mark 46 by the mark detection unit 52. Further, in the exposure process of the wafer W, it may be difficult to detect the mark 46 by the mark detection unit 52 due to some cause (such as wear).

上記のような場合には、図7のステップ108,110の代わりに、ステップ108Aの動作が実行される。
このステップ108Aにおいて、図5(B)に示すように、ウエハ受け渡し装置66の吸着部72A〜72CによってウエハWが保持されている状態で、マーク検出部52の第1光学系54Aからの第1検出光DL1がウエハWのエッジ部に照射される。そして、図6(A)の光学部材82で反射された第1検出光DL1、及び図9(A)のウエハWの表面の代替マーク21AMを含む部分で反射された第1検出光DL1が、図5(B)の第1光学系54Aに戻され、第1光学系54A内の撮像素子79(図6(A)参照)によってウエハWのエッジ部及び代替マーク21AMの像が撮像され、この検出信号が演算部55に供給される。なお、このステップ108Aでは、ウエハWのエッジ部の像は必ずしも必要ではない。また、撮像素子79の受光面の周辺部には、ウエハWの裏面のマーク46の不鮮明な像が形成される可能性もあるが、その不鮮明な像は使用されない。
In the above case, the operation of step 108A is executed instead of steps 108 and 110 of FIG.
In this step 108A, as shown in FIG. 5B, the first optical system 54A from the first optical system 54A of the mark detection unit 52 in a state where the wafer W is held by the suction units 72A to 72C of the wafer transfer device 66. The edge of the wafer W is irradiated with the detection light DL1. Then, the first detection light DL1 reflected by the optical member 82 in FIG. 6A and the first detection light DL1 reflected by the portion including the substitute mark 21AM on the surface of the wafer W in FIG. The image is returned to the first optical system 54A in FIG. 5B, and an image of the edge portion of the wafer W and the substitute mark 21AM is picked up by the image pickup element 79 (see FIG. 6A) in the first optical system 54A. The detection signal is supplied to the calculation unit 55. In step 108A, an image of the edge portion of the wafer W is not necessarily required. In addition, an unclear image of the mark 46 on the back surface of the wafer W may be formed in the periphery of the light receiving surface of the image sensor 79, but the unclear image is not used.

この代替マーク21AMの像の撮像と並行して、図5(A)のエッジ検出部53A,53Bによって図9(A)のウエハWの表面の代替マーク21CM,21BMの像が撮像され、この検出信号が演算部55に供給される。演算部55では、図7のステップ112に対応する工程で、それらの検出信号を処理して、代替マーク21AM,21BM,21CMの中心位置に基づいてウエハWの中心位置及びウエハWの回転角(例えば代替マーク21BM,21CMの中心を結ぶ直線に直交する方向の、ステージ座標系のY軸に対する角度)を算出する。さらに、演算部55は、例えばこれらの算出結果からステップ122で記憶した位置及び回転角のオフセット(δx,δy)及びδθを差し引いてウエハWの中心位置及び回転角を求め、求めた結果を記憶部56に記憶する。   In parallel with the image pickup of the substitute mark 21AM, the edge detectors 53A and 53B in FIG. 5A pick up images of the substitute marks 21CM and 21BM on the surface of the wafer W in FIG. The signal is supplied to the calculation unit 55. The calculation unit 55 processes these detection signals in a process corresponding to step 112 in FIG. 7, and based on the center positions of the substitution marks 21AM, 21BM, and 21CM, the wafer W center position and the wafer W rotation angle ( For example, the angle with respect to the Y axis of the stage coordinate system in the direction orthogonal to the straight line connecting the centers of the substitution marks 21BM and 21CM is calculated. Further, for example, the calculation unit 55 subtracts the position and rotation angle offset (δx, δy) and δθ stored in step 122 from these calculation results to obtain the center position and rotation angle of the wafer W, and stores the obtained results. Store in the unit 56.

その後、ステップ116でウエハWの中心及び回転角を補正することで、ウエハWの中心位置及び回転角は、マーク検出部52によって検出されるウエハWの裏面のマーク46及びウエハWのエッジ部の位置と、エッジ検出部53A,53Bによって検出されるウエハWの2箇所のエッジ部の位置とから求められる結果に基づいて設定された場合と同じ位置及び回転角に設定される。   Thereafter, the center position and rotation angle of the wafer W are corrected in step 116, so that the center position and rotation angle of the wafer W are detected by the mark 46 on the back surface of the wafer W detected by the mark detection unit 52 and the edge portion of the wafer W. It is set to the same position and rotation angle as those set based on the result obtained from the position and the positions of the two edge portions of the wafer W detected by the edge detectors 53A and 53B.

この露光方法によれば、ウエハWの外形に切り欠き部がなく、ウエハWの裏面にマーク46が形成されている場合に、マーク検出装置8によってマーク46及びウエハWの3箇所のエッジ部の位置情報を検出し、この検出結果からウエハWの中心位置及びマーク46(ウエハW)の回転角を求めることで、ウエハWのプリアライメントを行うことができる。従って、ウエハWの2層目以降に露光する場合には、ウエハWの最終的なアライメントを効率的に行うことができ、レチクルRのパターンの像を高い重ね合わせ精度でウエハWの各ショット領域に露光できる。また、ウエハWの2層目以降に露光する場合に、ウエハWの裏面のマーク46の検出が困難となっていても、ウエハWの表面に形成した代替マーク21AM〜21CMに基づいてウエハWの中心及び回転角を正確に検出でき、この検出結果に基づいてウエハWのプリアライメントを正確に行うことができる。   According to this exposure method, when there is no notch on the outer shape of the wafer W and the mark 46 is formed on the back surface of the wafer W, the mark detection device 8 causes the mark 46 and the three edge portions of the wafer W to be formed. By detecting the position information and obtaining the center position of the wafer W and the rotation angle of the mark 46 (wafer W) from the detection result, the wafer W can be pre-aligned. Therefore, when the second and subsequent layers of the wafer W are exposed, the final alignment of the wafer W can be performed efficiently, and each shot area of the wafer W can be formed with high overlay accuracy with the pattern image of the reticle R. Can be exposed. Further, when the second and subsequent layers of the wafer W are exposed, even if it is difficult to detect the mark 46 on the back surface of the wafer W, the wafer W is formed on the basis of the substitute marks 21AM to 21CM formed on the front surface of the wafer W. The center and the rotation angle can be accurately detected, and the pre-alignment of the wafer W can be accurately performed based on the detection result.

なお、図4(F)に示すように、直径が300mm等であって、切り欠き部としてノッチ部NTが設けられている従来のウエハW1を使用する場合、例えば2つの被検領域(視野)FVA1,FVA2でウエハW1のエッジ部の位置が検出され、被検領域FVA3でノッチ部NTの位置及び方向が検出され、これらの検出結果からウエハW1の中心及び回転角が求められていた。一方、図4(G)に示すように、直径が300mm等であって、切り欠き部としてオリエンテーションフラット部OFが設けられているウエハW2を使用する場合、例えば2つの被検領域FVA2,FVA3でオリエンテーションフラット部OFの位置及び角度が検出され、被検領域FVA1でウエハW2のエッジ部の位置が検出され、これらの検出結果からウエハW2の中心及び回転角が求められていた。そして、このようにして求められたウエハW1,W2の中心及び回転角に基づいてウエハW1,W2のプリアライメントが行われていた。   As shown in FIG. 4F, when a conventional wafer W1 having a diameter of 300 mm or the like and provided with a notch portion NT as a notch portion is used, for example, two test regions (fields of view) are used. The position of the edge portion of the wafer W1 is detected by the FVA1 and FVA2, the position and direction of the notch portion NT is detected in the test region FVA3, and the center and rotation angle of the wafer W1 are obtained from these detection results. On the other hand, as shown in FIG. 4G, when using a wafer W2 having a diameter of 300 mm or the like and provided with an orientation flat portion OF as a notch, for example, in two test regions FVA2 and FVA3 The position and angle of the orientation flat portion OF are detected, the position of the edge portion of the wafer W2 is detected in the test area FVA1, and the center and rotation angle of the wafer W2 are obtained from these detection results. Based on the centers and rotation angles of the wafers W1 and W2 thus obtained, the wafers W1 and W2 are pre-aligned.

これに対して、本実施形態のように外形に切り欠き部がなく、裏面にマーク46が形成されたウエハWを使用する場合には、マーク検出装置8を用いてそのウエハ裏面のマーク46の位置情報を検出することによって、ウエハWのプリアライメントを行うことができる。
また、本実施形態の露光装置によれば、ウエハ受け渡し装置66を用いてウエハWを実質的に非接触状態で下凸形状にして、ウエハWをウエハステージWSTのウエハホルダ44に載置している。このため、ウエハWが450mmウエハのように大型であっても、ウエハWの残留歪み等がない状態で、ウエハWの平面度を高く維持した状態で、ウエハWをウエハホルダ44に保持できる。従って、大型のウエハWを用いて高いスループットを得るとともに、ウエハWの全面で露光精度(解像度等)を高く維持して、レチクルRのパターンの像を高精度に露光できる。
On the other hand, when using a wafer W having no cutout in the outer shape and having the mark 46 formed on the back surface as in the present embodiment, the mark 46 on the back surface of the wafer is used by using the mark detection device 8. The wafer W can be pre-aligned by detecting the position information.
Further, according to the exposure apparatus of the present embodiment, the wafer W is placed in the downward convex shape in a substantially non-contact state using the wafer delivery device 66, and the wafer W is placed on the wafer holder 44 of the wafer stage WST. . For this reason, even if the wafer W is as large as a 450 mm wafer, the wafer W can be held on the wafer holder 44 in a state in which the flatness of the wafer W is maintained high without any residual distortion of the wafer W. Accordingly, high throughput can be obtained using the large wafer W, and the exposure accuracy (resolution, etc.) can be kept high on the entire surface of the wafer W, and the pattern image of the reticle R can be exposed with high accuracy.

上述のように本実施形態の露光装置EXは、ウエハW(基板)に形成されたマークの位置情報(角度情報を含む)を検出するマーク検出装置8を備えている。そして、マーク検出装置8は、裏面にマーク46(第1マーク)が形成されたウエハWを一時的に保持するウエハ受け渡し装置66(基板保持部)と、ウエハ受け渡し装置66にウエハWが保持されている状態で、マーク46の位置情報を検出するマーク検出部52(第1検出部)と、検出されたマーク46の位置情報に基づいて、ウエハWの表面に代替マーク21AM〜21CM(第2マーク)を形成するための像21AP〜21CMを露光する露光部(照明系ILS、補助レチクルRAを備えるレチクルステージRST、及び投影光学系PL)を含むマーク形成部と、を備えている。さらに、マーク検出装置8は、マーク46と代替マーク21AM〜21CMとの位置関係(例えばマーク46の方向に対する、代替マーク21AM〜21CMの各中心から求められるウエハWの回転角のオフセット)を記憶する記憶部56と、ウエハ受け渡し装置66にウエハWが保持されている状態で、代替マーク21AM〜21CMの位置情報を検出するマーク検出部52及びエッジ検出部53A,53B(第2検出部)と、を備えている。   As described above, the exposure apparatus EX of the present embodiment includes the mark detection apparatus 8 that detects position information (including angle information) of marks formed on the wafer W (substrate). The mark detection device 8 holds the wafer W on the wafer transfer device 66 (substrate holding unit) that temporarily holds the wafer W on which the mark 46 (first mark) is formed on the back surface, and the wafer transfer device 66. The mark detection unit 52 (first detection unit) that detects the position information of the mark 46 and the replacement marks 21AM to 21CM (second display) on the surface of the wafer W based on the detected position information of the mark 46. A mark forming unit including an exposure unit (illumination system ILS, reticle stage RST including auxiliary reticle RA, and projection optical system PL) that exposes images 21AP to 21CM for forming (mark). Further, the mark detection device 8 stores the positional relationship between the mark 46 and the substitute marks 21AM to 21CM (for example, the offset of the rotation angle of the wafer W obtained from each center of the substitute marks 21AM to 21CM with respect to the direction of the mark 46). A mark detection unit 52 and edge detection units 53A and 53B (second detection units) that detect the position information of the substitute marks 21AM to 21CM in a state where the wafer W is held by the storage unit 56 and the wafer transfer device 66; It has.

また、本実施形態のウエハWのマークの位置情報を検出するマーク検出方法は、裏面にマーク46が形成されたウエハWをウエハ受け渡し装置66で一時的に保持するステップ106と、ウエハ受け渡し装置66にウエハWが保持されている状態で、マーク46の位置情報を検出するステップ108と、を有する。さらに、そのマーク検出方法は、検出されたマーク46の位置情報に基づいて、ウエハWの表面に代替マーク21AM〜21CMを形成するステップ120,130,132と、マーク46と代替マーク21AM〜21CMとの位置関係を記憶するステップ122と、ウエハ受け渡し装置66にウエハWが保持されている状態で、代替マーク21AM〜21CMの位置情報を検出するステップ108Aと、を有する。   The mark detection method for detecting the position information of the mark on the wafer W according to the present embodiment includes a step 106 in which the wafer W having the mark 46 formed on the back surface is temporarily held by the wafer transfer device 66, and the wafer transfer device 66. And step 108 for detecting the position information of the mark 46 in a state where the wafer W is held. Further, the mark detection method includes steps 120, 130, and 132 for forming replacement marks 21AM to 21CM on the surface of the wafer W based on the detected position information of the mark 46, the mark 46, and the replacement marks 21AM to 21CM. The step 122 for storing the positional relationship of the above and the step 108A for detecting the position information of the substitute marks 21AM to 21CM in a state where the wafer W is held by the wafer transfer device 66.

本実施形態によれば、ウエハ受け渡し装置66にウエハWが保持されている状態で、ウエハWの裏面のマーク46の位置情報を検出している。すなわち、ウエハWをウエハステージWSTに載置するまでの搬送中にマーク46を検出しているため、ウエハWが450mmウエハのように大型で、かつ裏面にマーク46が形成されている場合であっても、マーク46の位置情報を効率的に検出できる。さらに、ウエハWの表面に形成される代替マーク21AM〜21CMと、ウエハWの裏面のマーク46との位置関係を記憶しているため、マーク46の検出が困難になった場合でも、代替マーク21AM〜21CMの位置情報を検出することによって、この検出結果に基づいて、ウエハWの裏面のマーク46の位置情報を検出した場合と同様に、ウエハWの回転角を含む位置情報を検出できる。   According to the present embodiment, the position information of the mark 46 on the back surface of the wafer W is detected while the wafer W is held by the wafer delivery device 66. That is, since the mark 46 is detected during the transfer until the wafer W is placed on the wafer stage WST, the wafer W is large like a 450 mm wafer and the mark 46 is formed on the back surface. However, the position information of the mark 46 can be detected efficiently. Furthermore, since the positional relationship between the substitute marks 21AM to 21CM formed on the front surface of the wafer W and the mark 46 on the back surface of the wafer W is stored, the substitute mark 21AM can be detected even when the mark 46 is difficult to detect. By detecting the position information of ˜21 CM, the position information including the rotation angle of the wafer W can be detected based on the detection result as in the case of detecting the position information of the mark 46 on the back surface of the wafer W.

また、本実施形態の露光装置EXは、露光用の照明光ILでレチクルRのパターンを照明し、照明光ILでそのパターンを介してウエハWを露光する露光装置であって、マーク検出装置8と、マーク検出装置8によって検出されるウエハWの裏面のマーク46又はウエハWの表面の代替マーク21AM〜21CMの位置情報に基づいて、ウエハWの中心の位置及び回転角を補正する主制御装置20(制御部)と、を備えている。そして、露光装置EXによる露光方法は、本実施形態のマーク検出方法を用いてウエハWのマーク46又は代替マーク21AM〜21CMの位置情報を検出するステップ108,108Aと、ウエハWをウエハステージWSTに載置するステップ114と、そのマーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、ウエハWの中心の位置及び回転角を補正するステップ116と、を有する。   The exposure apparatus EX of the present embodiment is an exposure apparatus that illuminates the pattern of the reticle R with the illumination light IL for exposure and exposes the wafer W through the pattern with the illumination light IL. And the main controller for correcting the position and rotation angle of the center of the wafer W based on the position information of the mark 46 on the back surface of the wafer W or the substitute marks 21AM to 21CM on the front surface of the wafer W detected by the mark detection device 8. 20 (control unit). The exposure method using the exposure apparatus EX includes steps 108 and 108A for detecting the position information of the mark 46 on the wafer W or the substitute marks 21AM to 21CM using the mark detection method of the present embodiment, and the wafer W as the wafer stage WST. And a step of correcting the center position and rotation angle of the wafer W based on the position information detected by the mark detection method.

本実施形態の露光装置又は露光方法によれば、大型のウエハWを使用することによって高いスループットを得ることができる。さらに、ウエハWの裏面にマーク46が形成されていても、さらにマーク46の検出が困難であっても、そのマーク46又は代替マーク21AM〜21CMの位置情報を効率的に検出でき、この検出結果を用いてウエハWの位置及び回転角を補正することでプリアライメントが行われる。このため、その後のウエハWの最終的なアライメントを効率的に行うことができ、より高いスループットを得ることができる。   According to the exposure apparatus or the exposure method of this embodiment, high throughput can be obtained by using a large wafer W. Further, even if the mark 46 is formed on the back surface of the wafer W, or even if it is difficult to detect the mark 46, the position information of the mark 46 or the alternative marks 21AM to 21CM can be detected efficiently. The pre-alignment is performed by correcting the position and the rotation angle of the wafer W using. For this reason, the final alignment of the subsequent wafer W can be efficiently performed, and higher throughput can be obtained.

なお、上記の実施形態では以下のような変形が可能である。
まず、上記の実施形態では、ステップ116でウエハWの中心の位置及び回転角を補正しているが、その位置及び回転角の少なくとも一方を補正するだけでもよい。
また、上記の実施形態では、ウエハWは一例として450mmウエハであるが、例えば300mmウエハ、又は他の任意の大きさのウエハにおいても、切り欠き部を設ける代わりに裏面にマークを設けるような場合には、上記の実施形態のマーク検出装置8と同様の検出装置又は検出方法を用いてそのウエハの裏面のマークを検出し、この検出結果に基づいてそのウエハWの表面に代替マークを形成しても良い。
In the above embodiment, the following modifications are possible.
First, in the above-described embodiment, the position and rotation angle of the center of the wafer W are corrected in step 116. However, at least one of the position and rotation angle may be corrected.
In the above embodiment, the wafer W is a 450 mm wafer as an example. However, for example, even in a 300 mm wafer or other arbitrary size wafer, a mark is provided on the back surface instead of providing a notch. First, a mark on the back surface of the wafer is detected using a detection device or detection method similar to the mark detection device 8 of the above embodiment, and a substitute mark is formed on the surface of the wafer W based on the detection result. May be.

また、上記の実施形態では、ウエハWの裏面のマーク46の代替マークとして、図9(B)のような2次元の代替マーク21AM等が使用されているが、その代替マークの形状は任意である。例えば、その代替マークとして、図9(D)に示すように、枠状の凹部(又は凸部でもよい、以下同様)よりなる中心部27Aaと、この中心部27AaをX方向及びY方向に挟むようにそれぞれ配置された複数の凹部よりなるラインパターンと、を含む2次元のマーク27Aを使用できる。さらに、その代替マークとして、図9(E)に示すように、X方向に細長い凹部よりなる複数のラインパターン27BYと、ラインパターン27BYをX方向に挟むように配置された複数のY方向に細長い凹部よりなるラインパターン27BXと、を含む2次元のマーク27Bを使用できる。   In the above embodiment, a two-dimensional substitute mark 21AM as shown in FIG. 9B is used as a substitute mark for the mark 46 on the back surface of the wafer W, but the shape of the substitute mark is arbitrary. is there. For example, as an alternative mark, as shown in FIG. 9D, a central portion 27Aa composed of a frame-shaped concave portion (or a convex portion, the same applies hereinafter) and the central portion 27Aa are sandwiched in the X direction and the Y direction. A two-dimensional mark 27 </ b> A including a line pattern made up of a plurality of recesses arranged respectively can be used. Further, as an alternative mark, as shown in FIG. 9 (E), a plurality of line patterns 27BY composed of recesses elongated in the X direction and a plurality of line patterns 27BY elongated so as to sandwich the line pattern 27BY in the X direction. A two-dimensional mark 27 </ b> B including a line pattern 27 </ b> BX formed of a recess can be used.

また、ウエハWの裏面のマーク46の代替マークとして、図9(F)に示すように、図4(B)のマーク46と同様に、Y方向(ウエハWの中心に対して半径方向)に複数の小さい凹部27Caを形成した代替マーク27Cを使用することもできる。この代替マーク27Cは、図4(B)のマーク46と同様に、複数の凹部27Caの中心を通る直線の方向をこの代替マーク27Cの方向とみなすことができる。代替マーク27Cを使用するとき、マーク46と代替マーク27Cとの位置関係として、マーク46の方向と代替マーク27Cの方向との間の角度(相対角度)を記憶してもよい。   Further, as a substitute mark for the mark 46 on the back surface of the wafer W, as shown in FIG. 9F, in the Y direction (radial direction with respect to the center of the wafer W) as in the mark 46 in FIG. 4B. An alternative mark 27C in which a plurality of small concave portions 27Ca is formed can also be used. As with the mark 46 in FIG. 4B, the direction of the straight line passing through the centers of the plurality of recesses 27Ca can be regarded as the direction of the replacement mark 27C. When the substitute mark 27C is used, an angle (relative angle) between the direction of the mark 46 and the direction of the substitute mark 27C may be stored as the positional relationship between the mark 46 and the substitute mark 27C.

また、上記の実施形態では、代替マーク21AP等はウエハWの表面のエッジ部Wfに近い周辺領域に形成されているが、図9(B)又は(C)に示すように、ウエハWの表面の隣接する複数のショット領域SA間のスクライブライン領域SL内に、代替マーク21AP等を形成してもよい。なお、代替マーク21AP等は、実際にはスクライブライン領域SL内に容易に収まる程度の大きさである。   In the above embodiment, the substitute marks 21AP and the like are formed in a peripheral region near the edge portion Wf on the surface of the wafer W. However, as shown in FIG. An alternative mark 21AP or the like may be formed in the scribe line area SL between a plurality of adjacent shot areas SA. Note that the substitute marks 21AP and the like are actually large enough to fit within the scribe line area SL.

また、上記の実施形態では、ウエハWの裏面のマーク46の代替マークとして、図9(A)に示すように、ウエハWの表面に3個の代替マーク21AM〜21CMを形成している。しかしながら、代替マークは、例えばウエハWの裏面のマーク46に対応させて、ウエハWの表面に一つのみを形成してもよい。このために、一例として、ウエハWの裏面のマーク46に対応させて、ウエハWの表面のマーク検出部52による被検領域内に、図9(F)に示す一つの代替マーク27Cを形成してもよい。この場合、図7のステップ116でウエハWの回転角をウエハWの裏面のマーク46の方向がステージ座標系のY軸に平行になるように補正した後、ステップ120で、代替マーク27Cを形成するための補助レチクル(不図示)のパターンの像(複数のドットパターンの像)の方向をY軸に平行にしてそのパターンの像を露光してもよい。このとき、代替マーク27Cの方向はマーク46の方向に平行になっているため、代替マーク27Cとマーク46との位置関係として、それらのマーク間の相対角度が0度であることが記憶される。従って、この後、ウエハWの裏面のマーク46が検出できない場合には、マーク検出部52によってウエハWの表面の代替マーク27Cを検出し、この代替マーク27Cの方向をウエハWの方向とすることによって、マーク46を検出した場合と同様に、ウエハWの回転角を正確に補正できる。   Further, in the above embodiment, as the substitute marks for the mark 46 on the back surface of the wafer W, three substitute marks 21AM to 21CM are formed on the front surface of the wafer W as shown in FIG. However, only one substitute mark may be formed on the front surface of the wafer W so as to correspond to the mark 46 on the back surface of the wafer W, for example. For this purpose, as an example, one substitute mark 27C shown in FIG. 9F is formed in the region to be detected by the mark detection unit 52 on the front surface of the wafer W in correspondence with the mark 46 on the back surface of the wafer W. May be. In this case, after the rotation angle of the wafer W is corrected in step 116 of FIG. 7 so that the direction of the mark 46 on the back surface of the wafer W is parallel to the Y axis of the stage coordinate system, an alternative mark 27C is formed in step 120. The pattern image (a plurality of dot pattern images) of the auxiliary reticle (not shown) may be exposed in parallel with the Y axis. At this time, since the direction of the substitution mark 27C is parallel to the direction of the mark 46, it is stored as a positional relationship between the substitution mark 27C and the mark 46 that the relative angle between these marks is 0 degree. . Therefore, after that, when the mark 46 on the back surface of the wafer W cannot be detected, the mark detection unit 52 detects the substitute mark 27C on the front surface of the wafer W, and sets the direction of the substitute mark 27C as the direction of the wafer W. Thus, the rotation angle of the wafer W can be accurately corrected as in the case where the mark 46 is detected.

また、上記の実施形態では、ウエハWの裏面のマーク46の検出結果に基づいてウエハWの表面に代替マークを形成している。しかしながら、ウエハWの表面に代替マークを形成する代わりに、図9(B)に示すように、ウエハWの表面Waのある領域であって、その表面内のパターン(例えばデバイス用の回路パターンDP1)又は反射率分布(例えば基材SUの表面又はあるレイヤの反射率分布)が他の領域のパターン又は反射率分布と識別可能な領域(以下、特徴部という)CPの位置情報を検出してもよい。   Further, in the above embodiment, the substitute mark is formed on the front surface of the wafer W based on the detection result of the mark 46 on the back surface of the wafer W. However, instead of forming a substitute mark on the surface of the wafer W, as shown in FIG. 9B, a certain area on the surface Wa of the wafer W and a pattern in the surface (for example, a circuit pattern DP1 for a device). ) Or the reflectance distribution (for example, the reflectance distribution of the surface of the substrate SU or a certain layer) is detected from the position information of the pattern of another region or the region CP (hereinafter referred to as a feature) that can be distinguished from the reflectance distribution. Also good.

特徴部CPをマーク検出部52で検出する場合、一例として、マーク検出部52の撮像素子79で撮像されるウエハWの表面の像から、ある画素を中心とする部分領域を選択し、この部分領域をX方向及びY方向に1画素ずつ例えば数画素までずらして得られる複数のシフト部分領域を選択する。さらに、一例として、その部分領域と、複数のシフト部分領域との間の複数の画素の検出信号の差分の絶対値の積算値を識別値とする。そして、その部分領域と、その複数のシフト部分領域との間の識別値がそれぞれ予め定めた閾値よりも大きいときに、その部分領域を他の領域と識別可能な特徴部CPの像とみなすことができる。   When the feature CP is detected by the mark detection unit 52, as an example, a partial region centered on a certain pixel is selected from the image of the surface of the wafer W picked up by the image sensor 79 of the mark detection unit 52, and this portion A plurality of shift partial regions obtained by shifting the region by one pixel, for example, several pixels in the X direction and the Y direction are selected. Furthermore, as an example, an integrated value of absolute values of differences between detection signals of a plurality of pixels between the partial region and a plurality of shift partial regions is set as an identification value. When the identification value between the partial area and the plurality of shift partial areas is larger than a predetermined threshold value, the partial area is regarded as an image of the feature portion CP that can be distinguished from other areas. Can do.

この場合、演算部55では、そのマーク検出部52からの検出信号を処理して、その特徴部CPの像の画素毎の検出信号の分布を求め、この検出信号の分布を記憶部56に記憶させる。さらに、演算部55では、ウエハWの裏面のマーク46の像の方向と、その特徴部CPの像の方向(例えば特徴部CPの像内のある2つの位置(画素)を通る直線の方向)とがなす角度、及びマーク46の像の中心と特徴部CPの像の中心との位置ずれ量を、マーク46と特徴部CPとの相対位置の情報として求め、この相対位置の情報を補正情報として記憶部56に記憶させる。その後、ウエハWの次のレイヤに露光する場合であって、かつウエハWの裏面のマーク46の検出が困難である場合には、マーク検出部52によって検出されるウエハWのエッジ部を含む被検領域の画像から、特徴部CPの像の検出信号の分布に最も近い検出信号の分布を持つ領域を特徴部CPの像として求める。そして、この特徴部CPの像の位置と方向とを求め、この位置と方向とを上記の記憶してある補正情報で補正することによって、ウエハWの裏面のマーク46の位置及び方向を正確に推定できる。このため、この推定されるマーク46の位置及び方向を用いて、ステップ112でウエハWの中心及び回転角を正確に算出できる。   In this case, the calculation unit 55 processes the detection signal from the mark detection unit 52 to obtain the distribution of the detection signal for each pixel of the image of the feature CP, and stores the distribution of the detection signal in the storage unit 56. Let Further, in the calculation unit 55, the direction of the image of the mark 46 on the back surface of the wafer W and the direction of the image of the feature portion CP (for example, the direction of a straight line passing through two positions (pixels) in the image of the feature portion CP). And the amount of positional deviation between the center of the image of the mark 46 and the center of the image of the feature portion CP are obtained as information on the relative position between the mark 46 and the feature portion CP, and the information on the relative position is corrected. Is stored in the storage unit 56. Thereafter, when exposure is performed on the next layer of the wafer W and detection of the mark 46 on the back surface of the wafer W is difficult, the object including the edge portion of the wafer W detected by the mark detection unit 52 is detected. A region having a detection signal distribution closest to the distribution of the detection signal of the image of the feature portion CP is obtained as an image of the feature portion CP from the image of the detection region. Then, the position and direction of the image of the feature portion CP are obtained, and the position and direction are corrected by the stored correction information, thereby accurately determining the position and direction of the mark 46 on the back surface of the wafer W. Can be estimated. Therefore, the center and rotation angle of the wafer W can be accurately calculated in step 112 using the estimated position and direction of the mark 46.

この特徴部CPを検出する場合のマーク検出装置8は、裏面にマーク46が形成されたウエハWを一時的に保持するウエハ受け渡し装置66と、ウエハ受け渡し装置66にウエハWが保持されている状態で、ウエハWの裏面のマーク46の位置情報を検出するマーク検出部52(第1検出部)と、ウエハWの表面であってこの表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部CPの位置情報を検出するマーク検出部52(第2検出部)と、マーク46と特徴部CPとの位置関係(相対角度等)を記憶する記憶部56と、を備えている。   The mark detection device 8 in the case of detecting the feature portion CP includes a wafer transfer device 66 that temporarily holds the wafer W having the mark 46 formed on the back surface, and a state in which the wafer W is held by the wafer transfer device 66. Thus, the mark detection unit 52 (first detection unit) that detects the position information of the mark 46 on the back surface of the wafer W can be distinguished from the pattern or reflectance distribution on the surface of the wafer W in other regions of the surface. A mark detection unit 52 (second detection unit) that detects position information of the characteristic part CP, and a storage unit 56 that stores a positional relationship (such as a relative angle) between the mark 46 and the characteristic part CP.

なお、本実施形態では、マーク46を検出するマーク検出部52と、特徴部CPを検出するマーク検出部52とは同一であるが、特徴部CPを検出する検出部はマーク検出部52と異なっていてもよい。
また、その特徴部CPを検出する場合のマーク検出方法は、裏面にマーク46が形成されたウエハWをウエハ受け渡し装置66で一時的に保持するステップ106と、ウエハ受け渡し装置66にウエハWが保持されている状態で、マーク46の位置情報を検出するステップ108と、を有する。さらに、そのマーク検出方法は、ウエハWの表面の特徴部CPの位置情報を検出し(ステップ108に対応する工程)、マーク46と特徴部CPとの位置関係を記憶する(ステップ112に対応する工程)。
In this embodiment, the mark detection unit 52 that detects the mark 46 and the mark detection unit 52 that detects the feature CP are the same, but the detection unit that detects the feature CP is different from the mark detection unit 52. It may be.
The mark detection method for detecting the feature portion CP includes a step 106 in which the wafer W having the mark 46 formed on the back surface is temporarily held by the wafer transfer device 66, and the wafer W is held by the wafer transfer device 66. And 108, detecting the position information of the mark 46. Further, the mark detection method detects the positional information of the feature portion CP on the surface of the wafer W (step corresponding to step 108), and stores the positional relationship between the mark 46 and the feature portion CP (corresponding to step 112). Process).

このように特徴部CPを用いる場合にも、ウエハWが450mmウエハのように大型で、かつ裏面にマーク46が形成されていても、マーク46の位置情報を効率的に検出できる。さらに、ウエハWの表面の特徴部CPと、ウエハWの裏面のマーク46との位置関係を記憶しているため、マーク46の検出が困難になった場合でも、特徴部CPの位置情報を検出することによって、この検出結果に基づいて、ウエハWの裏面のマーク46の位置情報を検出した場合と同様に、ウエハWの回転角を含む位置情報を検出できる。そして、この検出結果に基づいてウエハWのプリアライメントを正確に行うことができる。   As described above, even when the feature portion CP is used, even if the wafer W is large like a 450 mm wafer and the mark 46 is formed on the back surface, the position information of the mark 46 can be detected efficiently. Further, since the positional relationship between the feature portion CP on the front surface of the wafer W and the mark 46 on the back surface of the wafer W is stored, the position information of the feature portion CP is detected even when the detection of the mark 46 becomes difficult. Thus, based on the detection result, the position information including the rotation angle of the wafer W can be detected in the same manner as the position information of the mark 46 on the back surface of the wafer W is detected. Based on the detection result, the pre-alignment of the wafer W can be accurately performed.

なお、代替マーク27は、ウエハWの表面に形成される任意の層に設けることができる。例えば実験やシュミレーション等でマーク46の汚染度合いの傾向を把握しておき、この実験やシュミレーション結果に基づく知見から特定の層に代替マーク27を形成しても良い。さらに、上記した実験の結果やシュミレーションの結果を主制御装置20がアクセス可能なデータベースに保存しておき、主制御装置20が適宜アクセスできる状態としてもよい。また、代替マーク27はウエハWの表面の特定の1層だけに形成してもよいし、複数の層に代替マーク27を形成してもよい。   The substitute mark 27 can be provided on any layer formed on the surface of the wafer W. For example, the tendency of the degree of contamination of the mark 46 may be grasped by an experiment or simulation, and the substitute mark 27 may be formed on a specific layer based on the knowledge based on the experiment or simulation result. Furthermore, the result of the above-described experiment and the result of the simulation may be stored in a database accessible by the main controller 20 so that the main controller 20 can appropriately access the database. Further, the substitute mark 27 may be formed on only one specific layer on the surface of the wafer W, or the substitute mark 27 may be formed on a plurality of layers.

[第2の実施形態]
第2の実施形態につき図10を参照して説明する。本実施形態の露光装置の基本的な構成は図1の露光装置EXとほぼ同様であるが、マーク検出装置の構成、及びウエハステージWSTの位置計測機構の一部の構成が異なっている。なお、図10において、図1、及び図5(A)、(B)に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
A second embodiment will be described with reference to FIG. The basic configuration of the exposure apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the exposure apparatus EX of FIG. 1, but the configuration of the mark detection apparatus and the configuration of a part of the position measurement mechanism of wafer stage WST are different. 10, parts corresponding to those in FIG. 1 and FIGS. 5A and 5B are denoted by the same or similar reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図10は、本実施形態に係るマーク検出装置8Aの機構部を示す。マーク検出装置8Aでは、ウエハWを一時的に保持する基板保持部として、第1の実施形態のウエハ受け渡し装置66の代わりにウエハ搬送ロボットWLDが使用されている。また、ウエハステージWSTのウエハホルダ44中にはZ方向に移動可能に真空吸着可能な複数の棒状部材(センターピン)(不図示)が配置され、これらの棒状部材を介してウエハ搬送ロボットWLDの搬送アーム61からウエハホルダ44にウエハWを受け渡すことができるように構成されている。従って、本実施形態では、図5(A)のウエハ受け渡し装置66は必ずしも必要ではない。   FIG. 10 shows a mechanism part of the mark detection apparatus 8A according to this embodiment. In the mark detection device 8A, a wafer transfer robot WLD is used as a substrate holding unit for temporarily holding the wafer W instead of the wafer transfer device 66 of the first embodiment. In addition, a plurality of rod-like members (center pins) (not shown) that can be vacuum-sucked so as to be movable in the Z direction are arranged in wafer holder 44 of wafer stage WST, and the wafer conveyance robot WLD carries them through these rod-like members. The wafer W can be delivered from the arm 61 to the wafer holder 44. Therefore, in the present embodiment, the wafer transfer device 66 in FIG. 5A is not necessarily required.

また、図10は、ベース盤WB上のウエハステージWSTが、ウエハ搬送ロボットWLDのウエハWを保持する搬送アーム61の下方のローディング位置LPに向かって−Y方向に移動している状態を示している。本実施形態の露光装置のウエハステージWSTのステージ本体30の底面部には、Y方向に貫通するように開口部30aが形成され、開口部30aの上面に、図2の回折格子12A〜12Dと同様の2次元の回折格子12Eが固定されている。   FIG. 10 shows a state where wafer stage WST on base board WB is moving in the −Y direction toward loading position LP below transfer arm 61 holding wafer W of wafer transfer robot WLD. Yes. An opening 30a is formed in the bottom surface of the stage main body 30 of the wafer stage WST of the exposure apparatus of the present embodiment so as to penetrate in the Y direction, and the diffraction gratings 12A to 12D in FIG. A similar two-dimensional diffraction grating 12E is fixed.

また、床面に対して防振装置(不図示)を介して安定にフレーム部材FR2が支持されている。フレーム部材FR2の底面にL字形の分岐フレームFR3が固定されている。ウエハ搬送ロボットWLDの搬送アーム61等は、分岐フレームFR3に設けられた切り欠き部FR3b内を移動可能である。分岐フレームFR3のY方向に平行な細長い平板状のロッド部FR3aの+Y方向側の端部に、図2の検出ヘッド14と同様に、回折格子12Eに計測ビームを照射して回折格子12E(ひいてはウエハステージWST)との間のX方向、Y方向の相対変位を計測する検出ヘッド14Aが固定されている。すなわち、ウエハステージWSTを−Y方向に移動すると、分岐フレームFR3のロッド部FR3aがステージ本体30の開口部30a内に差し込まれ、ロッド部FR3aに設けられた検出ヘッド14Aによってステージ本体30に設けられた回折格子12Eを検出可能となる。このように本実施形態の露光装置は、図3のエンコーダ6に加えて、回折格子12E及び検出ヘッド14Aよりなる付加的なエンコーダを備えている。この付加的なエンコーダによって、ローディング位置LPの近傍でウエハステージWSTのX方向、Y方向の位置を計測できる。   Further, the frame member FR2 is stably supported on the floor surface via a vibration isolator (not shown). An L-shaped branch frame FR3 is fixed to the bottom surface of the frame member FR2. The transfer arm 61 and the like of the wafer transfer robot WLD can move in the notch FR3b provided in the branch frame FR3. Similar to the detection head 14 in FIG. 2, the measurement beam is irradiated to the diffraction grating 12E on the end of the elongated flat plate rod portion FR3a parallel to the Y direction of the branch frame FR3 on the + Y direction side, and the diffraction grating 12E (and thus A detection head 14A for measuring relative displacement in the X and Y directions with respect to wafer stage WST) is fixed. That is, when wafer stage WST is moved in the −Y direction, rod portion FR3a of branch frame FR3 is inserted into opening portion 30a of stage body 30, and is provided on stage body 30 by detection head 14A provided on rod portion FR3a. The diffraction grating 12E can be detected. As described above, the exposure apparatus of this embodiment includes an additional encoder including the diffraction grating 12E and the detection head 14A in addition to the encoder 6 of FIG. With this additional encoder, the position of wafer stage WST in the X and Y directions can be measured in the vicinity of loading position LP.

また、本実施形態のマーク検出部52Aは、フレーム部材FR2に設けられた第1光学系54Cと、分岐フレームFR3のロッド部FR3aに設けられた第2光学系54Dとを有する。第1光学系54Cは、ウエハWのエッジ部を含む領域に検出光DL1を照射し、そのウエハWからの反射光を受光し、内部の第1の撮像素子79Aによってそのエッジ部の像を撮像する。   The mark detection unit 52A of the present embodiment includes a first optical system 54C provided on the frame member FR2 and a second optical system 54D provided on the rod portion FR3a of the branch frame FR3. The first optical system 54C irradiates the region including the edge portion of the wafer W with the detection light DL1, receives the reflected light from the wafer W, and takes an image of the edge portion with the internal first imaging element 79A. To do.

また、第2光学系54Dにおいて、光源73Aから射出された検出光DL1と同じ波長域の検出光DL2は、照明用のレンズ系74Aを介してハーフプリズム76Aに入射し、ハーフプリズム76Aで+Z方向に分岐された検出光DL2はウエハWの裏面のマーク46を含む被検領域を照明する。この被検領域で反射された検出光DL2は、ハーフプリズム76Aを通過し、ロッド部FR3aに設けられた開口(不図示)を通過し、ロッド部FR3aの底面側でミラーM2により反射される。反射された検出光DL2は、対物レンズ系77C,77D(結像光学系)を介して第2の撮像素子79Bの受光面にウエハWの裏面のマーク46の像を形成する。撮像素子79A,79BはそれぞれウエハWのエッジ部及びマーク46の像を撮像し、検出信号を図3の演算部55に供給する。   In the second optical system 54D, the detection light DL2 having the same wavelength region as the detection light DL1 emitted from the light source 73A is incident on the half prism 76A through the illumination lens system 74A, and is + Z direction by the half prism 76A. The detection light DL2 branched to 1 illuminates the test region including the mark 46 on the back surface of the wafer W. The detection light DL2 reflected by the test region passes through the half prism 76A, passes through an opening (not shown) provided in the rod portion FR3a, and is reflected by the mirror M2 on the bottom surface side of the rod portion FR3a. The reflected detection light DL2 forms an image of the mark 46 on the back surface of the wafer W on the light receiving surface of the second image sensor 79B via the objective lens systems 77C and 77D (imaging optical system). The imaging elements 79A and 79B respectively capture the edge portion of the wafer W and the image of the mark 46, and supply a detection signal to the calculation unit 55 in FIG.

また、フレームFR2に、第1光学系54CとともにウエハWのエッジ部に沿ってほぼ等角度間隔でエッジ検出部53A,53Bと同様の構成のエッジ検出部53A1,53B1が設けられている。エッジ検出部53A1,53B1によってウエハWの2箇所のエッジ部の像が撮像され、検出信号が演算部55に供給される。演算部55ではそれらの検出信号を処理してウエハWの中心の位置及び回転角を求める。その後、ウエハステージWSTを搬送アーム61の下方(ローディング位置LP)に移動して、搬送アーム61からウエハステージWSTのウエハホルダ44にウエハWを受け渡した後、ウエハWの位置及び回転角を補正することでウエハWのプリアライメントが行われる。   The frame FR2 is provided with edge detection units 53A1 and 53B1 having the same configuration as the edge detection units 53A and 53B at substantially equal angular intervals along the edge portion of the wafer W together with the first optical system 54C. The edge detection units 53A1 and 53B1 capture images of two edge portions of the wafer W, and supply detection signals to the calculation unit 55. The calculation unit 55 processes these detection signals to determine the center position and rotation angle of the wafer W. Thereafter, wafer stage WST is moved below transfer arm 61 (loading position LP), wafer W is transferred from transfer arm 61 to wafer holder 44 of wafer stage WST, and then the position and rotation angle of wafer W are corrected. Thus, pre-alignment of the wafer W is performed.

また、第1の実施形態と同様に、ウエハWの表面に図9(A)の代替マーク用のパターンの像21AP,21BP,21CPが露光され、現像、及びエッチングによって代替マーク21AM,21BM,21CMが形成される。これらの代替マーク21AM,21BM,21CMの位置情報は、図10のマーク検出部52Aの第1光学系54C、及びエッジ検出部53B1,53A1によって検出することができる。従って、第1の実施形態と同様に、ウエハWの裏面のマーク46の検出が困難であっても、代替マーク21AM,21BM,21CMの位置情報を検出することによって、この検出結果に基づいてウエハWのプリアライメントを行うことができる。   Similarly to the first embodiment, the image 21AP, 21BP, 21CP of the pattern for the substitute mark shown in FIG. 9A is exposed on the surface of the wafer W, and the substitute marks 21AM, 21BM, 21CM are developed and etched. Is formed. Position information of these substitute marks 21AM, 21BM, and 21CM can be detected by the first optical system 54C of the mark detection unit 52A and the edge detection units 53B1 and 53A1 in FIG. Therefore, as in the first embodiment, even if it is difficult to detect the mark 46 on the back surface of the wafer W, the wafer is based on the detection result by detecting the position information of the substitute marks 21AM, 21BM, and 21CM. W pre-alignment can be performed.

なお、上記の各実施形態では、ウエハWのエッジ部を検出するために撮像方式の第1光学系54C、及びエッジ検出部53A,53B等が使用されている。別の構成として、例えばウエハWのエッジ部を通るように平行な光ビームを照射し、そのエッジ部を通過した光を集光光学系を介してフォトマルチプライア又はフォトダイオード等の光電検出器で受光し、この受光量(検出信号)からそのエッジ部の位置を検出してもよい。
また、上記の実施形態では、マーク形成部として補助レチクルのパターンを露光する露光部が使用されているが、マーク形成部としては、例えばレーザパルスを照射してウエハの表面にマークを形成する装置など、他の任意の装置を使用できる。
In each of the above embodiments, the first optical system 54 </ b> C of the imaging method, the edge detectors 53 </ b> A and 53 </ b> B, and the like are used to detect the edge portion of the wafer W. As another configuration, for example, a parallel light beam is irradiated so as to pass through the edge portion of the wafer W, and the light passing through the edge portion is detected by a photoelectric detector such as a photomultiplier or a photodiode via a condensing optical system. The position of the edge portion may be detected from the received light amount (detection signal).
In the above embodiment, an exposure unit that exposes the pattern of the auxiliary reticle is used as the mark forming unit. As the mark forming unit, for example, an apparatus that forms a mark on the surface of the wafer by irradiating a laser pulse. Any other device can be used.

また、上記の各実施形態では、ウエハWの裏面のマーク46の位置を検出するために、撮像方式のマーク検出部52及び第2光学系54Dが使用されている。別の構成として、例えばマーク46に可干渉性を持つ光ビームを照射し、マーク46から発生する回折光を検出することによって、マーク46の位置情報を検出する検出部を使用してもよい。
また、第1の実施形態において、ウエハ受け渡し装置66に代えて第2の実施形態で示したウエハ搬送ロボットWLDを用いても良い。
また、マーク46の汚染対策として、例えばウエハWの裏面を洗浄してもよい。洗浄方法としては種々の手法を用いることができ、例えばウエハホルダ44にウエハWが載置される前に裏面を光洗浄してもよい。または、ウエハホルダ44にウエハWが載置される前にウエハWの裏面に所定の薬液を塗布して薬液洗浄してもよいし、ウエハWの裏面を砥石等で研磨してもよい。
Further, in each of the above embodiments, in order to detect the position of the mark 46 on the back surface of the wafer W, the imaging type mark detection unit 52 and the second optical system 54D are used. As another configuration, for example, a detection unit that detects position information of the mark 46 by irradiating the mark 46 with a coherent light beam and detecting diffracted light generated from the mark 46 may be used.
In the first embodiment, the wafer transfer robot WLD shown in the second embodiment may be used instead of the wafer transfer device 66.
Further, as a countermeasure against contamination of the mark 46, for example, the back surface of the wafer W may be cleaned. Various methods can be used as the cleaning method. For example, the back surface may be optically cleaned before the wafer W is placed on the wafer holder 44. Alternatively, before the wafer W is placed on the wafer holder 44, a predetermined chemical solution may be applied to the back surface of the wafer W and cleaned, or the back surface of the wafer W may be polished with a grindstone or the like.

また、上記の各実施形態の露光装置EX又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス(又はマイクロデバイス)を製造する場合、電子デバイスは、図11に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ221、この設計ステップに基づいたレチクル(マスク)を製作するステップ222、デバイスの基材である基板(ウエハ)を製造してレジストを塗布するステップ223、前述した実施形態の露光装置(露光方法)によりレチクルのパターンを基板(感光基板)に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱(キュア)及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ224、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む)225、並びに検査ステップ226等を経て製造される。   When an electronic device (or microdevice) such as a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus EX or the exposure method of each of the above embodiments, the electronic device has functions and performances of the electronic device as shown in FIG. Step 221 for performing design, Step 222 for manufacturing a reticle (mask) based on this design step, Step 223 for manufacturing a substrate (wafer) as a base material of the device and applying a resist, and the exposure apparatus of the above-described embodiment Substrate processing step 224 including a step of exposing a reticle pattern to the substrate (photosensitive substrate) by (exposure method), a step of developing the exposed substrate, a heating (curing) and etching step of the developed substrate, and a device assembly step ( (Including processing processes such as dicing, bonding, and packaging) 5, and an inspection step 226, and the like.

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置EX又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理(現像等)することと、を含んでいる。この際に、上記の実施形態の露光装置EX又は露光方法によれば、基板が大型で裏面にマークが形成されていても、その基板のマークを効率的に検出し、基板のアライメントを効率的に行うことができるため、極めて大きいスループット(生産性)で電子デバイスを高精度に製造できる。   In other words, in this device manufacturing method, the pattern of the photosensitive layer is formed on the substrate using the exposure apparatus EX or the exposure method of the above embodiment, and the substrate on which the pattern is formed is processed (development, etc.). And doing. At this time, according to the exposure apparatus EX or the exposure method of the above embodiment, even if the substrate is large and a mark is formed on the back surface, the mark on the substrate is efficiently detected, and the alignment of the substrate is efficiently performed. Therefore, an electronic device can be manufactured with high accuracy with extremely high throughput (productivity).

なお、本発明は、上述の走査露光型の投影露光装置(スキャナ)の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパ等)にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光装置にも適用することができる。
The present invention can be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper or the like) in addition to the above-described scanning exposure type projection exposure apparatus (scanner). Furthermore, the present invention can be similarly applied to a dry exposure type exposure apparatus other than an immersion type exposure apparatus.
In addition, the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD or the like), a micromachine, a thin film magnetic head, and a DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure apparatus when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which a mask pattern of various devices is formed using a photolithography process.

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.

EX…露光装置、R…レチクル、W…ウエハ、WST…ウエハステージ、WLD…ウエハ搬送ロボット、8,8A…マーク検出装置、21AM〜21CM…代替マーク、44…ウエハホルダ、46…ウエハ裏面のマーク、52…マーク検出部、53A,53B…エッジ検出部、55…演算部、66…ウエハ受け渡し装置、67…本体部、68…サクションカップ、72A〜72C…吸着部   EX ... exposure apparatus, R ... reticle, W ... wafer, WST ... wafer stage, WLD ... wafer transfer robot, 8, 8A ... mark detection device, 21 AM-21CM ... substitution mark, 44 ... wafer holder, 46 ... mark on the back of the wafer, 52 ... Mark detection unit, 53A, 53B ... Edge detection unit, 55 ... Calculation unit, 66 ... Wafer transfer device, 67 ... Main body unit, 68 ... Suction cup, 72A to 72C ... Adsorption unit

Claims (20)

基板に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、
裏面に第1マークが形成された基板を一時的に保持する基板保持部と、
前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記裏面の前記第1マークの位置情報を検出する第1検出部と、
検出された前記第1マークの位置情報に基づいて、前記基板の表面に第2マークを形成するためのマーク形成部と、
前記第1マークと前記第2マークとの位置関係を記憶する記憶部と、
前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記表面の前記第2マークの位置情報を検出する第2検出部と、
を備えるマーク検出装置。
A mark detection device for detecting a mark formed on a substrate,
A substrate holding part for temporarily holding the substrate on which the first mark is formed on the back surface;
A first detection unit that detects position information of the first mark on the back surface in a state where the substrate is held by the substrate holding unit;
A mark forming unit for forming a second mark on the surface of the substrate based on the detected position information of the first mark;
A storage unit for storing a positional relationship between the first mark and the second mark;
A second detection unit for detecting position information of the second mark on the surface in a state where the substrate is held by the substrate holding unit;
A mark detection apparatus comprising:
前記マーク形成部は、
前記第2マークに対応するパターンを介して前記基板を露光する露光部を有する請求項1に記載のマーク検出装置。
The mark forming portion is
The mark detection apparatus according to claim 1, further comprising an exposure unit that exposes the substrate through a pattern corresponding to the second mark.
前記第2マークは、前記基板の表面のエッジ部の近傍の領域、又は前記基板の表面に配置される複数の被露光領域の間のスクライブライン領域に形成される請求項1又は2に記載のマーク検出装置。   3. The second mark according to claim 1, wherein the second mark is formed in a region near an edge portion of the surface of the substrate or a scribe line region between a plurality of exposed regions arranged on the surface of the substrate. Mark detection device. 前記第2マークは、直交する2方向の位置を規定するマークである請求項1〜3のいずれか一項に記載のマーク検出装置。   The mark detection apparatus according to claim 1, wherein the second mark is a mark that defines a position in two orthogonal directions. 基板に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、
裏面に第1マークが形成された基板を一時的に保持する基板保持部と、
前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記裏面の前記第1マークの位置情報を検出する第1検出部と、
前記基板の表面であって該表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部の位置情報を検出する第2検出部と、
前記第1マークと前記特徴部との位置関係を記憶する記憶部と、
を備えるマーク検出装置。
A mark detection device for detecting a mark formed on a substrate,
A substrate holding part for temporarily holding the substrate on which the first mark is formed on the back surface;
A first detection unit that detects position information of the first mark on the back surface in a state where the substrate is held by the substrate holding unit;
A second detector for detecting position information of a feature that is distinguishable from a pattern or reflectance distribution in the surface of the substrate and in other regions of the surface;
A storage unit that stores a positional relationship between the first mark and the feature unit;
A mark detection apparatus comprising:
前記基板の裏面に形成された前記第1マークは、前記裏面に直線に沿って配置された複数の凹部を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載のマーク検出装置。   The mark detection device according to claim 1, wherein the first mark formed on the back surface of the substrate has a plurality of concave portions arranged along a straight line on the back surface. 前記基板は、直径が300〜450mmの円板状である請求項1〜6のいずれか一項に記載のマーク検出装置。   The mark detection apparatus according to claim 1, wherein the substrate has a disk shape with a diameter of 300 to 450 mm. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のマーク検出装置と、
前記基板を保持して移動するステージと、
前記マーク検出装置によって検出される前記基板の裏面に形成された前記第1マーク又は前記基板の表面の前記第2マークの位置情報に基づいて、前記基板の前記パターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正する制御部と、
を備える露光装置。
In an exposure apparatus that illuminates a pattern with exposure light and exposes the substrate through the pattern and the projection optical system with the exposure light,
The mark detection device according to any one of claims 1 to 4,
A stage for holding and moving the substrate;
Based on positional information of the first mark formed on the back surface of the substrate detected by the mark detection device or the second mark on the surface of the substrate, at least one of a position and a rotation angle of the substrate with respect to the pattern A control unit for correcting
An exposure apparatus comprising:
露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
請求項5に記載のマーク検出装置と、
前記基板を保持して移動するステージと、
前記マーク検出装置によって検出される前記基板の裏面に形成された前記第1マーク又は前記基板の表面の前記特徴部の位置情報に基づいて、前記基板の前記パターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正する制御部と、
を備える露光装置。
In an exposure apparatus that illuminates a pattern with exposure light and exposes the substrate through the pattern and the projection optical system with the exposure light,
A mark detection device according to claim 5;
A stage for holding and moving the substrate;
Based on positional information of the first mark formed on the back surface of the substrate detected by the mark detection device or the characteristic portion of the surface of the substrate, at least one of a position and a rotation angle of the substrate with respect to the pattern is determined. A control unit to correct,
An exposure apparatus comprising:
基板に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、
裏面に第1マークが形成された基板を基板保持部で一時的に保持することと、
前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記裏面の前記第1マークの位置情報を検出することと、
検出された前記第1マークの位置情報に基づいて、前記基板の表面に第2マークを形成することと、
前記第1マークと前記第2マークとの位置関係を記憶することと、
前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記表面の前記第2マークの位置情報を検出することと、
を含むマーク検出方法。
A mark detection method for detecting a mark formed on a substrate,
Temporarily holding the substrate on which the first mark is formed on the back surface by the substrate holding unit;
Detecting the position information of the first mark on the back surface in a state where the substrate is held by the substrate holding unit;
Forming a second mark on the surface of the substrate based on the detected position information of the first mark;
Storing a positional relationship between the first mark and the second mark;
Detecting the position information of the second mark on the surface in a state where the substrate is held by the substrate holding unit;
Mark detection method including
前記第2マークを形成することは、
前記第2マークに対応するパターンを介して前記基板を露光することと、
前記基板を現像することと、を含む請求項10に記載のマーク検出方法。
Forming the second mark comprises:
Exposing the substrate through a pattern corresponding to the second mark;
The mark detection method according to claim 10, comprising developing the substrate.
前記第2マークは、前記基板の表面のエッジ部の近傍の領域、又は前記基板の表面に配置される複数の被露光領域間のスクライブライン領域に形成される請求項10又は11に記載のマーク検出方法。   The mark according to claim 10 or 11, wherein the second mark is formed in a region in the vicinity of an edge portion on the surface of the substrate or a scribe line region between a plurality of exposed regions arranged on the surface of the substrate. Detection method. 前記第2マークは、直交する2方向の位置を規定するマークである請求項10〜12のいずれか一項に記載のマーク検出方法。   The mark detection method according to claim 10, wherein the second mark is a mark that defines a position in two orthogonal directions. 基板に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、
裏面に第1マークが形成された基板を基板保持部で一時的に保持することと、
前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記裏面の前記第1マークの位置情報を検出することと、
前記基板の表面であって該表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部の位置情報を検出することと、
前記第1マークと前記特徴部との位置関係を記憶することと、
を含むマーク検出方法。
A mark detection method for detecting a mark formed on a substrate,
Temporarily holding the substrate on which the first mark is formed on the back surface by the substrate holding unit;
Detecting the position information of the first mark on the back surface in a state where the substrate is held by the substrate holding unit;
Detecting positional information of features on the surface of the substrate that can be distinguished from patterns or reflectance distributions in other regions of the surface;
Storing a positional relationship between the first mark and the feature;
Mark detection method including
前記基板の裏面に形成された前記第1マークは、前記裏面に直線に沿って配置された複数の凹部を有する請求項10〜14のいずれか一項に記載のマーク検出方法。   The said 1st mark formed in the back surface of the said board | substrate is a mark detection method as described in any one of Claims 10-14 which has several recessed part arrange | positioned along the straight line in the said back surface. 前記基板は、直径が300〜450mmの円板状である請求項10〜15のいずれか一項に記載のマーク検出方法。   The mark detection method according to claim 10, wherein the substrate has a disk shape with a diameter of 300 to 450 mm. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して基板を露光する露光方法において、
請求項10〜13のいずれか一項に記載のマーク検出方法を用いて前記基板の裏面に形成された前記第1マーク又は前記基板の表面に形成された前記第2マークの位置情報を検出することと、
前記基板をステージに載置することと、
前記マーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、前記基板の前記パターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正することと、
を含む露光方法。
In an exposure method of illuminating a pattern with exposure light and exposing the substrate through the pattern with the exposure light,
The position information of the said 1st mark formed in the back surface of the said board | substrate using the mark detection method as described in any one of Claims 10-13, or the said 2nd mark formed in the surface of the said board | substrate is detected. And
Placing the substrate on a stage;
Correcting at least one of a position and a rotation angle of the substrate with respect to the pattern based on position information detected by the mark detection method;
An exposure method comprising:
露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して基板を露光する露光方法において、
請求項14に記載のマーク検出方法を用いて前記基板の裏面に形成された前記第1マーク又は前記基板の表面の前記特徴部の位置情報を検出することと、
前記基板をステージに載置することと、
前記マーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、前記基板の前記パターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正することと、
を含む露光方法。
In an exposure method of illuminating a pattern with exposure light and exposing the substrate through the pattern with the exposure light,
Using the mark detection method according to claim 14 to detect position information of the first mark formed on the back surface of the substrate or the characteristic portion of the surface of the substrate;
Placing the substrate on a stage;
Correcting at least one of a position and a rotation angle of the substrate with respect to the pattern based on position information detected by the mark detection method;
An exposure method comprising:
請求項8又は9に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
Forming a pattern of a photosensitive layer on a substrate using the exposure apparatus according to claim 8 or 9,
Processing the substrate on which the pattern is formed;
A device manufacturing method including:
請求項17又は18に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
Forming a pattern of a photosensitive layer on a substrate using the exposure method according to claim 17 or 18,
Processing the substrate on which the pattern is formed;
A device manufacturing method including:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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