JP2017215617A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板のアライメントマークを基板の吸着面側から検出する光学系を用いてアライメントマークを検出する際の検出エラーを低減する。【解決手段】 基板を保持する保持部と、保持部に対する位置が固定して設けられ、保持部に保持される基板のアライメントマークを基板の保持面側から検出するための光学系と、光学系の検出視野の位置を測定するための基準マークと、を有し、基準マークは、光学系により基板の保持面側から検出される基板のアライメントマークが光学系の検出視野内に入るように基準マークの位置に基づいて保持部に基板を配置するためのマークである、ことを特徴とする基板保持装置。【選択図】 図６

Description

本発明は、基板保持装置に関する。

フォトリソグラフィ技術を用いてデバイス（例えば、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド）を製造する際に、マスクのパターンを投影光学系によってウエハなどの基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。

近年では、メモリやロジックなどのＩＣチップだけではなく、貫通ヴィア工程を用いた積層デバイス、例えば、ＭＥＭＳやＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）などの素子を製造するために露光装置が使用されている。このような素子の製造においては、従来のＩＣチップの製造と比較して、線幅解像度や重ね合わせ精度は緩いが、深い焦点深度が必要となる。

また、露光装置では、基板（例えば、Ｓｉウエハ）の裏面側（チャックにより吸着される面側）に形成されたアライメントマークに基づいて、基板の表面側を露光する工程が行われる。かかる工程は、例えば、基板の表面側から貫通ヴィアを形成し、基板の裏面側の回路と導通させるために必要となる。このように、昨今では、基板の裏面側に形成されたアライメントマークの検出（以下、「裏面アライメント」と称する）への技術的なサポートが重要になってきている。特に、基板の裏面側に形成されたアライメントマークに基づいて基板の表面側を露光する露光工程を行うためには、基板の表面側に形成されたアライメントマークと裏面側に形成されたアライメントマークとの重ね合わせ検査が必要となる。

裏面アライメントとしては、基板の裏面側（基板ステージ）にアライメントマーク検出用の光学系を構成する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、基板ステージに設けられたアライメントマーク検出用の光学系を用いて、基板ステージ側からマークを観察し、マークの像を検出することが記載されている。

特開２００２−２８０２９９号公報

特許文献１のように、基板ステージにアライメントマーク検出用の光学系を構成した場合には、アライメントマーク検出用の光学系の検出視野に位置する基板のアライメントマークだけしか検出することができない。

なお、基板ステージには基板を吸着するチャックが配置され、交換可能に設けられている。基板を吸着するチャックをステージ上から外して別のチャックをステージ上に配置したときに、ステージ上に配置されるチャックの位置がずれる場合がある。この場合、チャックと一体的に設けられたアライメントマーク検出用の光学系はチャックのずれとともにずれてしまい、アライメントマーク検出用の光学系の検出視野がずれてしまう。したがって、アライメントマーク検出用の光学系の検出視野と基板のマークとが相対的にずれてしまい、基板ステージ側から基板のマークを検出することが困難となってしまう。

そこで、本発明は、基板のアライメントマークを基板の吸着面側から検出する光学系を用いてアライメントマークを検出する際の検出エラーを低減することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての基板保持装置は、基板を保持する基板保持装置であって、前記基板を保持する保持部と、前記保持部に対する位置が固定して設けられ、前記保持部に保持される前記基板のアライメントマークを前記基板の保持面側から検出するための光学系と、前記光学系の検出視野の位置を測定するための基準マークと、を有し、前記基準マークは、前記光学系により前記基板の保持面側から検出される前記基板のアライメントマークが前記光学系の検出視野内に入るように前記基準マークの位置に基づいて前記保持部に前記基板を配置するためのマークである、ことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての基板保持装置は、前記基準マークを複数、有することを特徴とする。

本発明によれば、基板のアライメントマークを基板の吸着面側から検出する光学系を用いてアライメントマークを検出する際の検出エラーを低減することができる。

露光装置の概略図である。 基板と基板ステージの平面図である。 基板アライメント検出系の概略図である。 基板の断面図である。 光学系１６０の構成を説明するための図である。 基板とチャックを説明するための図である。 基準マークの図である。 チャックの交換、アライメントのフローチャートである。 プリアライメント検出器の概略図である。 搬送ハンドの構成を示す図である。 アライメントマークの検出の様子を示す図である。 基準マークの変形例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、パターンを基板上に形成するリソグラフィ装置（パターン形成装置）の一例である。露光装置１００は、マスク（レチクル）１を保持するマスクステージ２と、基板３を保持する基板ステージ４と、マスクステージ２に保持されたマスク１を照明する照明光学系５とを有する。また、露光装置１００は、マスク１のパターンの像を基板ステージ４上に保持された基板３に投影する投影光学系６と、露光装置１００の全体の動作を統括的に制御する制御部（コンピュータ）１７とを有する。

露光装置１００は、本実施形態では、マスク１と基板３とを走査方向に互いに同期走査しながら（即ち、ステップ・アンド・スキャン方式で）、マスク１のパターンを基板３に転写する走査型露光装置（スキャナー）である。但し、露光装置１００は、マスク１を固定して（即ち、ステップ・アンド・リピート方式で）、マスク１のパターンを基板３に投影する露光装置（ステッパー）であってもよい。

以下では、投影光学系６の光軸と一致する方向（光軸方向）をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でマスク１及び基板３の走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りのそれぞれの回転方向を、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。

照明光学系５は、マスク１、具体的には、マスク上の所定の照明領域を、均一な照度分布の光（露光光）で照明する。露光光としては、例えば、超高圧水銀ランプのｇ線（波長約４３６ｎｍ）やｉ線（波長約３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長約１４３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長約１５７ｎｍ）などが用いられる。また、より微細な半導体素子を製造するために、数ｎｍ〜数百ｎｍの極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）を露光光として用いてもよい。

マスクステージ２は、投影光学系６の光軸に垂直な平面内、即ち、ＸＹ平面内で２次元移動可能に、且つ、θＺ方向に回転可能に構成される。マスクステージ２は、リニアモータなどの駆動装置（不図示）によって１軸駆動又は６軸駆動される。

マスクステージ２には、ミラー７が配置されている。また、ミラー７に対向する位置には、レーザ干渉計９が配置されている。マスクステージ２の２次元方向の位置及び回転角はレーザ干渉計９によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。制御部１７は、レーザ干渉計９の計測結果に基づいてマスクステージ２の駆動装置を制御し、マスクステージ２に保持されたマスク１を位置決めする。

投影光学系６は、複数の光学素子を含み、マスク１のパターンを所定の投影倍率βで基板３に投影する。基板３には感光剤（レジスト）が塗布されており、マスク１のパターンの像が感光剤に投影されると、感光剤に潜像パターンが形成される。投影光学系６は、本実施形態では、投影倍率βとして、例えば、１／４又は１／５を有する縮小光学系である。

基板ステージ４は、基板を吸着して保持するチャックを介して基板３を保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを含む。基板ステージ４は、リニアモータなどの駆動装置によって駆動される。基板を吸着して保持するチャックは、基板ステージ４に対して着脱可能に設けられている。

基板ステージ４には、ミラー８が配置されている。また、ミラー８に対向する位置には、レーザ干渉計１０及び１２が配置されている。基板ステージ４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθＺ方向の位置はレーザ干渉計１０によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。同様に、基板ステージ４のＺ軸方向の位置、θＸ方向及びθＹ方向の位置はレーザ干渉計１２によってリアルタイムに計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。制御部１７は、レーザ干渉計１０及び１２の計測結果に基づいて基板ステージ４の駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３を位置決めする。

マスクアライメント検出系１３は、マスクステージ２の近傍に配置される。マスクアライメント検出系１３は、投影光学系６を介して、マスクステージ２に保持されたマスク１の上のマスク基準マーク（不図示）と、基板ステージ４に配置されたステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９とを検出する。

マスクアライメント検出系１３は、基板３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、マスク１の上のマスク基準マークと、投影光学系６を介して基準マーク３９とを照明する。また、マスクアライメント検出系１３は、マスク基準マーク及び基準マーク３９からの反射光を撮像素子（例えば、ＣＣＤカメラなどの光電変換素子）で検出する。かかる撮像素子からの検出信号に基づいて、マスク１と基板３との位置合わせ（アライメント）が行われる。この際、マスク１の上のマスク基準マークとステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９との位置及びフォーカスを合わせることで、マスク１と基板３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。

マスクアライメント検出系１４は、基板ステージ４に配置される。マスクアライメント検出系１４は、透過型の検出系であって、基準マーク３９が透過型のマークである場合に使用される。マスクアライメント検出系１４は、基板３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、マスク１の上のマスク基準マーク及び基準マーク３９を照明し、かかるマークからの透過光を光量センサで検出する。この際、基板ステージ４をＸ軸方向（又はＹ軸方向）及びＺ軸方向に移動させながら、マスクアライメント検出系１４は、基準マークを透過した透過光の光量を検出する。これにより、マスク１の上のマスク基準マークとステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９との位置及びフォーカスを合わせることができる。このように、マスクアライメント検出系１３、或いは、マスクアライメント検出系１４のどちらを用いても、マスク１と基板３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。

ステージ基準プレート１１は、その表面が基板３の表面とほぼ同じ高さになるように、基板ステージ４のコーナーに配置される。ステージ基準プレート１１は、基板ステージ４の１つのコーナーに配置されていてもよいし、基板ステージ４の複数のコーナーに配置されていてもよい。

ステージ基準プレート１１は、図２に示すように、マスクアライメント検出系１３又は１４によって検出される基準マーク３９と、基板アライメント検出系１６によって検出される基準マーク４０とを有する。図２は、ウエハ３およびウエハステージ４をＺ方向から見た平面図である。ステージ基準プレート１１は、複数の基準マーク３９や複数の基準マーク４０を有していてもよい。また、基準マーク３９と基準マーク４０との位置関係（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）は、所定の位置関係に設定されている（即ち、既知である）。なお、基準マーク３９と基準マーク４０とは、共通のマークであってもよい。なお、図２に示すように、ウエハ３の各ショット領域の間のスクライブラインにアライメント用のマークが形成されている。

フォーカス検出系１５は、基板３の表面に光を投射する投射系と、基板３の表面で反射した光を受光する受光系とを含み、基板３のＺ軸方向の位置を検出して、かかる検出結果を制御部１７に出力する。制御部１７は、フォーカス検出系１５の検出結果に基づいて基板ステージ４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３のＺ軸方向の位置及び傾斜角を調整する。

基板アライメント検出系１６は、マークを照明する照明系、かかるマークからの光によりマークの像を形成する結像系などの光学系を含む。基板アライメント検出系１６は、各種マーク、例えば、基板３に形成されたアライメントマークやステージ基準プレート１１の上の基準マーク４０を検出し、かかる検出結果を制御部１７に出力する。制御部１７は、基板アライメント検出系１６の検出結果に基づいて基板ステージ４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置又はθＺ方向の回転角度を調整する。

また、基板アライメント検出系１６は、基板アライメント検出系用のフォーカス検出系（ＡＦ検出系）４１を含む。ＡＦ検出系４１は、フォーカス検出系１５と同様に、基板３の表面に光を投射する投射系と、基板３の表面で反射した光を受光する受光系とを含む。フォーカス検出系１５は、投影光学系６のフォーカス合わせに用いるのに対して、ＡＦ検出系４１は、基板アライメント検出系１６のフォーカス合わせに用いる。

基板側のマークを検出する検出系の構成は、一般的には、オフアクシスアライメント（ＯＡ）検出系と、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）検出系の２つに大別される。ＯＡ検出系は、投影光学系を介さずに、基板に形成されたアライメントマークを光学的に検出する。ＴＴＬ検出系は、投影光学系を介して、露光光の波長とは異なる波長の光（非露光光）を用いて基板に形成されたアライメントマークを検出する。基板アライメント検出系１６は、本実施形態では、ＯＡ検出系であるが、アライメントの検出方式を限定するものではない。例えば、基板アライメント検出系１６がＴＴＬ検出系である場合には、投影光学系６を介して、基板に形成されたアライメントマークを検出するが、基本的な構成は、ＯＡ検出系と同様である。

図３を参照して、基板アライメント検出系１６について詳細に説明する。図３は、基板アライメント検出系１６の具体的な構成を示す概略図である。基板アライメント検出系１６は、各種マークを検出する検出部として機能する。例えば、基板アライメント検出系１６は、基板３の表面（第１面）に形成されたアライメントマーク（第１マーク）を検出し、基板３の裏面（第１面とは反対側の第２面）に形成されたアライメントマーク（第２マーク）も検出する。ここで、基板の裏面とは、基板を吸着して保持するチャックにより吸着される基板の吸着面側の面であり、基板の表面は基板の吸着面とは反対側の面であって、パターン形成用の感光剤が塗布される面である。また、後述のように、基板アライメント検出系１６は、チャックに形成された基準マークを検出する。説明を簡単にするために、図３では、図２に示す基板３の表面側に形成されたアライメントマーク（以下、「表面側マーク」とする）１９を基板アライメント検出系１６が検出する場合を例に説明する。また、基板３は、Ｓｉウエハであるものとする。

光源２０は、基板３を透過しない波長の光として可視光（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光）、及び、基板３を透過する波長の光として赤外光（例えば、８００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長の光）を射出する。光源２０からの光は、第１リレー光学系２１、波長フィルタ板２２及び第２リレー光学系２３を通過して、基板アライメント検出系１６の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に位置する開口絞り２４に到達する。

波長フィルタ板２２には、透過させる光の波長帯域が互いに異なる複数のフィルタが配置され、制御部１７の制御下において、複数のフィルタから１つのフィルタが選択されて基板アライメント検出系１６の光路に配置される。本実施形態では、可視光を透過する可視光用のフィルタ及び赤外光を透過する赤外光用のフィルタが波長フィルタ板２２に配置され、これらのフィルタを切り替えることで、可視光及び赤外光のいずれか一方の光でマークを照明する。なお、波長フィルタ板２２は、新たなフィルタを追加することが可能な構成を有する。

開口絞り２４として、互いに照明σ（開口径）が異なる複数の開口絞りが配置され、制御部１７の制御下において、基板アライメント検出系１６の光路に配置する開口絞りを切り替えることで、マークを照明する光の照明σを変更することができる。なお、開口絞り２４として、新たな開口絞りを追加することが可能な構成を有する。

開口絞り２４に到達した光は、第１照明系２５及び第２照明系２７を介して、偏光ビームスプリッター２８に導かれる。偏光ビームスプリッター２８に導かれた光のうち紙面に垂直なＳ偏光は、偏光ビームスプリッター２８で反射され、ＮＡ絞り２６及びλ／４板２９を透過して円偏光に変換される。λ／４板２９を透過した光は、対物レンズ３０を通過して、基板３に形成された表面側マーク１９を照明する。なお、ＮＡ絞り２６は、制御部１７の制御下において、絞り量を変えることでＮＡを変更することができる。

表面側マーク１９からの反射光、回折光及び散乱光は、対物レンズ３０を通過し、λ／４板２９を透過して紙面に平行なＰ偏光に変換され、ＮＡ絞り２６を介して、偏光ビームスプリッター２８を透過する。偏光ビームスプリッター２８を透過した光は、リレーレンズ３１、第１結像系３２、コマ収差調整用光学部材３５及び第２結像系３３を介して、光電変換素子（例えば、ＣＣＤなどのセンサ）３４の上に表面側マーク１９の像を形成する。光電変換素子３４は、表面側マーク１９の像を撮像（検出）して検出信号を取得する。また、光電変換素子３４の上に基板の裏面に形成されたアライメントマークの像が形成される場合には、光電変換素子３４は、かかるアライメントマークの像を撮像して検出信号を取得する。

基板アライメント検出系１６が基板３に形成された表面側マーク１９を検出する場合、表面側マーク１９の上には、レジスト（透明層）が塗布（形成）されているため、単色光又は狭い波長帯域の光では干渉縞が発生してしまう。従って、光電変換素子３４からの検出信号に干渉縞の信号が加算され、表面側マーク１９を高精度に検出することができなくなる。そこで、一般的には、広帯域の波長の光を射出する光源を光源２０として用いて、光電変換素子３４からの検出信号に干渉縞の信号が加算されることを低減している。

処理部４５は、光電変換素子３４で撮像されたマークの像に基づいてマークの位置を求める処理を行う。但し、処理部４５の機能は、制御部１７、又は、外部の制御装置が有していてもよい。

上述の基板のアライメントマークの検出方法として、基板の表面側からマークを照明して検出する例を説明したが、本実施例では、基板の裏面側からマークを照明して検出する例を説明する。

まず、検出対象のアライメントマークが形成されている基板について説明する。本実施例では、図４に示すように、積層構造の基板３１０の間にアライメントマークが形成されている例を示す。図４は、その基板３１０の概略断面図である。基板３１０には、第１ウエハ３０１と第２ウエハ３０３の間に、赤外光を透過させにくい材料で構成された金属層または高ドープ層などの中間層３０２が形成されている。第２ウエハ３０３にはアライメントマーク３０４が形成されており、第２ウエハ３０３の下面がチャックによって吸着される。第２ウエハ３０３のアライメントマーク３０４は、アライメントマーク３０４の検出位置に基づいて基板３１０の位置合わせを行い、第１ウエハ３０１上にパターンを形成する工程のために用いられる。

中間層３０２は赤外光を透過させにくいため、第１ウエハ３０１の側から赤外光を用いてアライメントマーク３０４を検出することが困難である。そこで、本実施例では、第２ウエハ３０３の側からアライメントマーク３０４を検出する。図５に、第２ウエハ３０３の側からアライメントマーク３０４を検出するための光学系１６０を示す。図５は、光学系１６０を含む構成の断面図である。光学系１６０は、基板を吸着して保持するチャック４００（保持部）の内部で位置が固定されており、チャック４００と一体的に構成されている。光学系１６０は、基板アライメント検出系１６からの照明光を反射するミラー１６１、ミラー１６１で反射された光を基板３１０へ導くレンズ、および、鏡筒等で構成されている。光学系１６０は、基板アライメント検出系１６からの照明光を用いて基板３１０のアライメントマーク３０４を照明し、基板３１０から離れた位置にある像面１６３にアライメントマーク３０４の像を形成するリレー（結像）光学系である。基板アライメント検出系１６は、その像面１６３に形成されたアライメントマーク３０４の像を検出し、アライメントマーク３０４の位置を求める。なお、像面１６３のＺ方向高さは、設計で任意に変更することができる。そのため、基板（ウエハ）の厚みとマーク位置によって変化する像面１６３の高さの範囲がステージ４のＺ方向駆動範囲内に収まるように設定できる。

照明光の光源や光電変換素子は基板アライメント検出系１６に設けられ、光学系１６０にはリレー光学系を構成することによって、チャック４００の熱変形を抑え、軽量化を図っている。照明光の波長は、例えば１０００ｎｍ以上のシリコンを透過する赤外光の波長とするのが望ましい。なお、基板３１０におけるアライメントマーク３０４の位置、つまり、チャック４００による基板３１０の吸着面３１２からアライメントマーク３０４までの距離が変わると、像面１６３の位置が変わる。そのため、吸着面３１２からアライメントマーク３０４までの距離に応じて、基板アライメント検出系１６で検出できる焦点深度内に像面１６３が入るように、ステージ４をＺ方向へ移動させる。

本実施例では、マークの位置計測精度と光学系の大きさを考慮し、光学系１６０による検出（観察）視野はφ１ｍｍ程度であり、光学系１６０の倍率は１倍である。位置計測精度は５００ｎｍ程度である。例えば、光学系１６０を倍率縮小系にすると、観察視野は拡大するが計測精度が悪化する。また、光学系１６０のレンズ径をさらに大きくすると観察視野は拡大するが、チャック４００内のスペースの制約がある。

図６に、チャック４００をＺ方向からみた上面図を示す。なお、図６は、チャック４００が基板３１０を吸着している状態を示す。チャック４００には、点線で示す光学系１６０の他に、光学系１６０に対してＸ方向にずれた位置に光学系１６０´が設けられている。光学系１６０´は光学系１６０の構成と同じである。図５に示す光学系１６０は、図６の断面Ｙ−Ｙ´における断面図を示している。光学系１６０は、その観察視野（検出視野）１６４内でアライメントマーク３０４を照明して、像面１６３にアライメントマーク３０４の像を形成する。また、基板３１０には、アライメントマーク３０４の他に、アライメントマーク３０４に対してＸ方向にずれた位置にアライメントマーク３０４´が設けられている。光学系１６０´は、その観察視野１６４´内でアライメントマーク３０４´を照明して、像面１６３´にアライメントマーク３０４´の像を形成する。これにより、光学系１６０と光学系１６０´を用いて、基板３１０のＸ、Ｙ方向の位置、および、基板の中心位置に対するＺ軸回りの回転角度（回転位置）θを計測することができる。光学系１６０、１６０´の観察視野１６４、１６４´は、チャック４００がずれずに基板ステージ４に配置されたときに、Ｙ方向の位置が同じになるように配置されている。光学系１６０と光学系１６０´の構成（光路長）を同じにしているため、像面１６３、１６３´も、チャック４００がずれずに基板ステージ４に配置されたときにＹ方向の位置が同じになるように配置されている。

なお、基板３１０（ウエハ３０３）を露光する際のショットレイアウトでは、光学系１６０、１６０´の観察視野に合わせたマークを設計する必要がある。光学系１６０、１６０´のそれぞれの観察視野の中心位置は、基板３１０の中心を（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）として、（−６７．２０，−３５．５０）、（６７．２０，−３５．５０）とした。Ｙ方向の像高を同じにした理由は、ショットレイアウトを配置する際のＸ方向の制約を少なくするためである。例えば、Ｙ＝−３５．５０位置に一列に１ｍｍ間隔で複数のマークを入れることで、光学系１６０、１６０´の観察視野内で必ず計測が可能となる。または、（−６７．２０，−３５．５０）、（６７．２０，−３５．５０）の位置の視野に合うように、座標を特定してマークを配置するという事でも良い。なお、Ｚ軸回りの回転角度θを検出するために、マークは少なくとも２眼分必要となる。観察視野の像高は、Ｙ＝０またはＸ＝０上としても良いし、任意で設定可能である。

チャック４００は、基板ステージ４に対して着脱可能に設けられている。吸着すべき基板に応じて、又は、メンテナンスのために、チャック４００が別のチャックへ交換される。光学系１６０の観察視野の像高（Ｘ、Ｙ方向の位置）がチャック４００に対して固定である。そのため、チャック４００に吸着される基板３１０のショットレイアウトやアライメントマークの位置が変更になった場合、光学系１６０でアライメントマークを検出できない場合がある。その場合、チャックを取り外し、チャックに対して光学系１６０の観察視野の位置が異なる新たなチャックへ交換する。つまり、チャック４００に吸着される基板３１０のショットレイアウトやアライメントマークの位置に応じてチャックを交換し、光学系１６０の観察視野の像高を変更する。また、光学系１６０の汚損や損傷した時に光学系１６０が設けられたチャック４００ごと容易に交換することができる。

露光装置１００は、チャック４００を搬入又は搬出するチャック交換機構（不図示）を有する。チャックを搬出する時は、基板ステージ４上で真空吸着されているチャックの吸着力をＯＦＦにした後、チャック交換機構でチャックを持ち上げて、基板ステージ４から移動させる。また、チャックを搬入する時は、チャック交換機構で基板ステージ４上に移動させて、基板ステージ４上に突き出ている２本以上の位置決めピンにチャック側の位置決め穴を差し込んで、位置決めを行う。その後、チャックの吸着力をＯＮにすることでチャックを基板ステージ４上に固定する。なお、この際に、位置決めピンに対して、チャック側の位置決め穴を大きくしてすき間ができるようにしておくことで、チャック側の位置決め穴に基板ステージ４側の位置決めピンをはめ込むことが容易にできる。ただし、すき間を大きく取り過ぎると、基板ステージ４上においてチャックの位置決め誤差が大きくなり、例えば、チャックが大きくθ回転するなどして、光学系１６０の観察視野が所定の位置からずれてしまう。光学系１６０の観察視野が所定の位置からずれてしまうと、チャック４００上に基板３１０を予め決められた位置に配置したとき、基板３１０のアライメントマーク３０４を検出することができないおそれがある。

そこで、本実施例では、図５、６に示すように、光学系１６０の検出視野の位置を測定するための基準マーク４０１、４０１´がチャック４００上の所定の位置に固定して設けられている。基準マーク４０１は、チャック４００上に固定されたマーク板４１０に設けられている。また、基準マーク４０１´は、チャック４００上に固定されたマーク板４１０´に設けられている。基準マークは、Ｘ、Ｙ方向の位置を測定するために、２次元的に特徴をもったマークが好ましい。例えば、田の字や、＋の字のようなＸ、Ｙ両方向に幅を持ったマーク等である。基準マーク４０１と基準マーク４０１´の各位置は、チャック４００の回転角度θをより高い精度で算出するために、チャック（基板配置領域）の中心位置（図６の１点鎖線の交点）からできるだけ離れた位置に設けるのがよい。図６では、チャック４００のＸ方向の最外の縁付近に基準マーク４０１と基準マーク４０１´を配置した例を示している。また、基準マーク４０１、４０１´は、チャック４００がずれずに基板ステージ４に配置されたときに、Ｙ方向の位置が同じになるように配置されていてもよい。

図７に基準マーク４０１が設けられるマーク板４１０の一例を示す。マーク板４１０には、基準マーク４０１の位置を検出しやすくするため、基準マーク４０１の模索用として、基準マーク４０１の位置を表す、例えば矢印マーク４０２などが形成されている。マーク板４１０の大きさは、例えば、Ｘ、Ｙ方向、□３ｍｍであり、チャック４００が基板ステージ４上に配置されるときに生じうる配置誤差よりも大きく設定されている。そのため、チャック４００を交換した場合にも、基準マーク４０１を確実に検出できるようにしている。なお、基準マーク４０１の汚損や損傷に備えて、別の種類のマーク４０３を予備で配置してもよい。

基準マーク４０１は、チャック４００の中心位置に対するチャック４００全体のＺ軸回りの回転角度を計測するために、離間された、少なくとも２つ以上のマークを持つこととする。図６に示すように、チャック４００には２ヶ所の部材上のそれぞれに基準マーク４０１、４０１´が設けられているが、例えば、１つの部材上に２つのマークを形成してもよい。基準マーク４０１、４０１´は、基板アライメント検出系１６によって検出される。基板アライメント検出系１６は、基板ステージ４を移動させて、基準マーク４０１と、基準マーク４０１´とを順次検出して、各基準マークの位置を計測する。そして、予め得られているチャックの中心位置と基準マーク４０１、４０１´の相対位置（設計値等）と、計測された基準マーク４０１、４０１´の位置とから、チャック４００の位置を求める。具体的には、チャック４００の位置として、Ｘ、Ｙ方向の位置及びチャックの中心位置に対するＺ軸回りの回転角度θｃを求める。なお、光学系１６０、１６０´は基準マーク（チャック４００）に対して所定の位置に固定されているため、その所定の位置の情報と、計測された基準マークの位置と、から光学系１６０、１６０´の観察視野の位置を求めることができる。つまり、計測された基準マーク４０１、４０１´の位置からチャック４００の位置を求めることは、光学系１６０、１６０´の観察視野の位置を求めることと同等である。

なお、基準マーク４０１、４０１´と、光学系１６０、１６０´の観察視野との相対的位置関係は、設計値を使用しても良いし、予め測定しておいてもよい。測定する場合、例えば、チャック吸着面（裏面）側のマークと、反対側（表面側）のマークとの相対位置が既知の工具基板を用いる。工具基板をチャック４００に吸着し、光学系１６０、１６０´を用いて裏面側のマークを検出し、光学系１６０、１６０´の検出視野の中心位置に対する裏面側のマークの位置を求める。次に、基板アライメント検出系１６を用いて、表面側のマークを検出することで、表面側のマークの位置を求める。したがって、求められたこれらの位置と、裏面側マークと表面側マークの相対位置と、から、基板ステージ４の座標系における、光学系１６０、１６０´の検出視野の中心位置を求めることができる。基準マーク４０１、４０１´の位置は、基板アライメント検出系１６を用いて検出する。これにより、基準マーク４０１、４０１´と、光学系１６０、１６０´の観察視野との相対的位置を実測することできる。

基板を吸着して保持するチャックの交換から基板をアライメントして露光するまでの方法を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。まず、装置の事前調整としてベースラインが計測されている。具体的には、マスクアライメント検出系１３が、投影光学系６を介して、基板ステージ４に配置されたステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９とを検出する。また、基板アライメント検出系１６を用いてステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９を検出する。検出された２つの位置から、マスクアライメント検出系１３（投影光学系６）と基板アライメント検出系１６の光軸間距離（ベースライン）が求められる。

Ｓ１において、交換前のチャックの基準マーク４０１、４０１´の位置を基板アライメント検出系１６を用いて測定する（Ｓ１）。具体的には、基板アライメント検出系１６は基準マーク４０１、４０１´を検出し、基準マーク４０１、４０１´のそれぞれの中心位置を測定する。位置は基板ステージ４の座標系で計測される。測定された基準マークの位置から、交換前のチャックのＸ、Ｙ方向の位置、および、交換前のチャックの中心位置に対するＺ軸回りの回転角度θを求めることができる。次に、チャック交換機構を用いて、別のチャックへ交換する（Ｓ２）。チャックを交換した際、前述のように、基板ステージ上におけるチャックの配置誤差が生じうる。そのため、交換後のチャックの基準マーク４０１、４０１´の位置を基板アライメント検出系１６を用いて測定する（Ｓ３）。測定方法はＳ１と同様である。測定された基準マークの位置から、交換後のチャックのＸ、Ｙ方向の位置、および、交換後のチャックの中心位置に対するＺ軸回りの回転角度θを求めることができる。そして、チャック交換前後における、チャックのＸ、Ｙ方向の位置差及びＺ軸回りの回転角度差を制御部１７のメモリ（記憶部）に記憶する（Ｓ４）。なお、交換前後における基準マークの計測位置をそのまま記憶しておいてもよい。基準マーク４０１、４０１´と、光学系１６０、１６０´の観察視野との相対的位置は、前述のように既知であるため、Ｓ３で測定された基準マークの位置から光学系１６０、１６０´の観察視野の位置を求めることができる。なお、チャック交換前後における基準マークの回転角度差が基板ステージ４のＺ軸回りの回転角度の駆動範囲よりも大きい場合には、チャックのＺ軸回りの回転角度を調整して基板ステージ上に配置し直してもよい。基板ステージ上にチャックを初めて配置する場合や、前回配置したチャックの基準マークの位置情報が得られない場合などでは、Ｓ１、Ｓ２を行うことなく、Ｓ４において、交換後のチャックの位置及び回転角度の情報をメモリに記憶しておけばよい。

露光装置１００は、基板を保持し、基板の中心位置を計測するプリアライメント（ＰＡ）検出器５０（プリアライメント検出部）を有する。図９にＰＡ検出器５０を示す。ＰＡ検出器５０は、基板をＹ方向に移動させるステージ５１と、基板をＸ方向に移動させるステージ５２と、基板をＸＹ平面上で回転駆動できるステージ５３と、を有する。また、ＰＡ検出器５０は、基板の外周、ノッチ５５又はオリフラを検出することが可能な複数のカメラ５４（計測部）と、カメラ５４で検出された情報から基板の位置を算出する不図示の処理部（コンピュータ）とを、有している。ＰＡ検出器５０において、ＸＹ平面内における基板３１０の中心位置が算出される。具体的には、ＰＡ検出器５０は、まずは基板３１０の位置ずれを検出するため、基板をＺ軸回りに３６０度回転させて、カメラ５４で基板の外周の形状を観察する。基板の外周の形状から理想的な基板の中心位置を処理部によって計算する。また、ノッチ５５またはオリフラがある基板に関しては、基板の回転方向の位置も測定できる。図１０に基板を搬送する搬送ハンド６０（搬送部）の構成を示す。基板を搬送する際に、搬送ハンド６０がＰＡ検出器５０のステージ５３上にある基板３１０の下に入り込む。その際、ＰＡ検出器５０のステージ５３による基板３１０の吸着を予め弱めておき、搬送ハンド６０がＺ方向に下がった状態から、搬送ハンド６０がＺ方向に基板３１０と接触する位置まで上昇する。搬送ハンド６０にも吸着機構があり、搬送ハンド６０によって基板３１０の吸着を行った後、搬送ハンド６０はさらにＺ方向に上昇する。その後、搬送ハンド６０はガイド６１に沿って、基板ステージ４の位置まで基板３１０を移動させることができる。

Ｓ４の後、光学系１６０、１６０´により基板の吸着面側から検出される基板のアライメントマークが光学系１６０、１６０´の検出視野内に入るように、ＰＡ検出器５０から基板ステージ４上に基板を配置する（Ｓ５）。基板ステージ４上への配置は、Ｓ３で測定された基準マーク４０１、４０１´の位置に基づいて行われる。例えば、搬送ハンド６０によって基板ステージ４まで基板を移動させる際に、搬送ハンド６０が基板を保持した状態で、基板ステージ４のＸ、Ｙ方向の位置やＺ軸回りの回転角度を、Ｓ４でメモリに記憶された位置や回転角度の差分をオフセットとして補正する。または、３軸以上の自由度をもった搬送ハンドであれば、搬送ハンドの位置制御系において、Ｓ４でメモリに記憶された位置や回転角度の差分をオフセットとして入力し、搬送ハンドの位置を補正してもよい。または、ＰＡ検出器で基板の中心位置を求めた後に、ＰＡ検出器のステージ上において、基板のＸ、Ｙ方向の位置やＺ軸回りの回転角度を、Ｓ４でメモリに記憶された位置や回転角度の差分だけ変更させる。その後、搬送ハンドが基板をＰＡ検出器から基板ステージ４まで移動させてもよい。または、基板ステージ４上における、チャック４００（光学系１６０、１６０´の検出視野）の位置や角度を調整してもよい。または、これらの補正方法を組合せてもよい。なお、Ｚ軸回りの回転角度は、ＰＡ検出器で基板ステージ４の座標系に合わせた角度から、できるだけ補正量を小さくした方が望ましい。なぜならば、Ｚ軸回りの回転角度を基板ステージ４の座標系で補正して露光を行う際に、基板の回転角度が基板ステージ４の角度駆動範囲を超えた場合には、基板の回転を補正する動作が必要になる。具体的には、基板をピンで持ち替えて基板ステージのみを回転させて、基板の回転を補正する。そうすると、スループットが低下する。そのため、光学系１６０の観察視野１６４内に基板のアライメントマークを配置する場合に、Ｚ軸回りの回転角度の補正量はなるべく小さい方がよい。

基板ステージ４には不図示のチャックの昇降機構及び、チャック下降時に突出する吸着ピンがある。基板ステージ４への基板受け渡し前に、チャックは昇降機構により下降しており、吸着ピンが突出している。搬送ハンドをＺ方向に下降させて、基板が吸着ピンに接触する前に搬送ハンドの吸着を弱めておく。さらに、搬送ハンドを下降させて、吸着ピンにて基板を吸着して、基板が受け渡される。搬送ハンドはその後、水平方向に後退して基板ステージ４上から離れる。基板ステージ４では搬送ハンドが移動したことを確認してから、チャックを昇降機構により上昇駆動させる。チャックの吸着機構に基板が接触する前に吸着ピンの吸着を弱めておく。さらに、チャックを上昇させて、チャックにて基板を吸着して、チャックへ基板が受け渡される。

以上により、光学系１６０、１６０´により基板の吸着面側から検出される基板のアライメントマークが光学系１６０、１６０´の検出視野内に入り、アライメントマークの検出エラーをなくすことができる。また、検出エラーのために基板の置き直しやチャックの交換や置き直しをすることが、不要となり、スループットが向上する。

次に、光学系１６０、１６０´の検出視野内にある基板３１０のアライメントマーク３０４、３０４´を検出する。検出されたアライメントマーク３０４、３０４´の位置から、基板のＸ、Ｙ方向の位置およびＺ軸回りの回転角度（姿勢）を求める（Ｓ６）。図１１を用いて、アライメントマーク３０４、３０４´の検出を説明する。アライメントマーク３０４、３０４´の位置を光学系１６０、１６０´および基板アライメント検出系１６を用いて計測する。基板アライメント検出系１６の光電変換素子３４の位置基準で、計測して得られたアライメントマーク３０４、３０４´の位置を（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）とする。基板のＺ軸回りの回転角度θは、Ｙ２−Ｙ１＝ΔＹを、光学系１６０と光学系１６０´の観察視野間の距離で割って算出される。なお、基板のＺ軸回りの回転角度の補正に関しては、基板ステージ４の座標系で、算出された回転角度θから、基準マークを基準としたチャック４００の回転ずれ分θｃを差し引いて、実際の基板ステージ４の走りに対する回転角度補正量を算出する必要がある。図１１には、基準マークを基準としたチャック４００の回転ずれ分θｃがない場合の図を示している。基準マークを基準としたチャック４００の回転ずれ分θｃがある場合は、観察視野１６４、１６４´の位置がずれ、合わせて像面１６３、１６３´もずれる。

次に、Ｓ６で求められた基板の位置姿勢と、Ｓ３で測定された基準マーク位置から求められる光学系１６０、１６０´の観察視野（チャック）の位置とに基づいて、基板の位置合わせを行う。具体的には、基板のＸ、Ｙ方向位置とＺ軸回りの回転角度について投影光学系（基板ステージ４の座標系）に対して位置合わせする（Ｓ７）。そして、露光装置１００は、基板３１０の表面側、つまり、ウエハ３０１上に塗布された感光剤にマスク１のパターンの像を投影して、感光剤に潜像パターンを形成する（Ｓ８）。Ｓ７において、基板の位置合わせを行った後に基板上にパターンを形成することで、基板の裏側のパターンと表側のパターンとの重ね合わせ精度を向上させることができる。

（変形例）
なお、基準マーク４０１、４０１´を、マーク板４１０に設けるのではなく、図１２に示すように、チャック４００を構成する部材の表面に形成したマーク４２０、４２０´としても良い。その場合は、チャック４００の表面上にも基板アライメント検出系１６のピントが合うように基板ステージ４のＺ方向のストロークを確保する必要がある。

また、基準マーク４０１、４０１´を設けることなく、Ｓ３において、基準マーク４０１、４０１´を検出することなく、工具基板を用いて、光学系１６０、１６０´の検出視野の中心位置を求めてもよい。この場合、前述のように、チャック吸着面（裏面）側のマークと、反対側（表面側）のマークとの相対位置が既知の工具基板を用いる。工具基板をチャック４００に吸着し、光学系１６０、１６０´を用いて裏面側のマークを検出し、光学系１６０、１６０´の検出視野の中心位置に対する裏面側のマークの位置を求める。次に、基板アライメント検出系１６を用いて、表面側のマークを検出することで、表面側のマークの位置を求める。したがって、求められたこれらの位置と、裏面側マークと表面側マークの相対位置と、から、基板ステージ４の座標系における、光学系１６０、１６０´の検出視野の中心位置を求めることができる。

また、基板面におけるアライメントマーク３０４の位置は、ショットレイアウト、基板（デバイス）の種類によって様々である。そのため、チャック４００内において光学系１６０、１６０´の観察視野を移動可能に構成して、光学系１６０、１６０´の観察視野を移動させることでアライメントマーク３０４を検出してもよい。これによって、基板面における任意の像高のアライメントマークを検出することができ、ショットレイアウト、基板の種類（アライメントマークの位置）ごとにチャック４００を交換する手間を省くことができる。

また、基板は基板３１０に限定されることなく、基板の裏面、つまり、チャック４００による基板３１０の吸着面３１２に対向する表面にアライメントマークが形成されていてもよい。なお、その場合には、光学系１６０によりアライメントマークを照明する光はシリコン等の基板を透過する必要が無いので、赤外波長でなくとも良い。

また、チャック４００が適用される装置は露光装置に限定されるものではなく、描画装置やインプリント装置などのリソグラフィ装置にも適用することができる。ここで、描画装置は、荷電粒子線（電子線やイオンビームなど）で基板を描画するリソグラフィ装置であり、インプリント装置は、基板上のインプリント材（樹脂など）をモールドにより成形してパターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。また、基板は、Ｓｉウエハに限定されるものではなく、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、サファイア、ドーパントＳｉ、ガラス基板などであってもよい。

（物品の製造方法）
次に、前述のリソグラフィ装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。かかる物品は、前述のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）に形成する工程と、パターンが形成された基板を加工（現像、エッチングなど）する工程とを含む。本物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。または、前述のリソグラフィ装置は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）などの物品を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (6)

1. 基板を保持する基板保持装置であって、
   前記基板を保持する保持部と、
   前記保持部に対する位置が固定して設けられ、前記保持部に保持される前記基板のアライメントマークを前記基板の保持面側から検出するための光学系と、
   前記光学系の検出視野の位置を測定するための基準マークと、を有し、
   前記基準マークは、前記光学系により前記基板の保持面側から検出される前記基板のアライメントマークが前記光学系の検出視野内に入るように前記基準マークの位置に基づいて前記保持部に前記基板を配置するためのマークである、ことを特徴とする基板保持装置。
2. 前記基準マークを複数、有することを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記基準マークは、前記保持部を構成する部材に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持装置。
4. 前記基準マークは、前記保持部に取り付けられた部材に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持装置。
5. 前記光学系は、前記保持部の内部に固定して設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の基板保持装置。
6. 前記光学系は、前記保持部の内部に固定して設けられているリレー光学系である、ことを特徴とする請求項５に記載の基板保持装置。

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