JP6302185B2 - 検出装置、露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置、露光装置及び物品の製造方法に関する。

フォトリソグラフィー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、レチクル（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、ＭＥＭＳやＣＯＭＳイメージセンサ（ＣＩＳ）などの特殊な素子（貫通ヴィア工程を用いた積層デバイス）を製造することが露光装置に要求されている。このような特殊な素子の製造においては、基板（例えば、Ｓｉウエハ）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特殊工程が行われる。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。

Ｓｉウエハは、赤外光（波長８００ｎｍ以上の光）に対して透過性を有する。そこで、赤外光を用いて、基板の表面側から基板の裏面側のアライメントマークを検出（観察）するアライメント検出系が考えられている。このように、昨今では、基板の裏面側の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。

一方、露光装置におけるアライメント検出系の形態は、オフアクシスアライメント（ＯＡ）検出系と、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｕｔｏ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）検出系とに大別される。ＯＡ検出系は、投影光学系を介さずに、基板上のアライメントマークを光学的に検出する検出系である。また、ＴＴＬ検出系は、露光光の波長とは異なる波長のアライメント光を用いて、投影光学系を介して、基板上のアライメントマークを検出する検出系である。

このようなアライメント検出系で検出される検出信号には、アライメントマークに対する照明むら、受光素子又は撮像素子などの感度むら、光学系を構成するレンズの膜むら、光学系へのごみの付着などに起因する歪みなどのノイズ成分が含まれている。かかるノイズ成分はアライメントマーク誤差の原因となるため、検出信号からノイズ成分を除去する技術（以下、「下地補正」と称する）が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の技術では、基板上のアライメントマークが存在しない領域（非マーク領域）をアライメント検出系で検出して得られる検出信号を、歪みなどのノイズ成分を表す下地信号として記憶し、アライメントマークの検出信号を下地信号で補正している。

特開２００９−１１５５１５号公報

裏面アライメントにおいても下地補正が必要となるため、特許文献１の技術を適用することが考えられる。この場合、基板の裏面側のアライメントマークの検出信号を、基板の表面側の非マーク領域を検出して得られた下地信号で補正するのが一般的である。

しかしながら、本発明者の鋭意検討の結果、裏面アライメントにおいて、基板の表面側の非マーク領域を検出して得られた下地信号を用いて下地補正を行う場合、検出信号からノイズ成分を十分に除去できないことがわかった。アライメント検出系を通過するアライメントマークからの光を考えると、基板の表面側のアライメントマークを検出する場合と、基板の裏面側のアライメントマークを検出する場合とでは、アライメント検出系における通過位置が異なる。これは、基板の表面側のアライメントマークを検出する場合と、基板の裏面側のアライメントマークを検出する場合とでは、アライメント光が基板の表面で反射する際の位置が異なるからである。下地信号はアライメント検出系に起因するノイズ成分を表しているため、アライメントマークからの光のアライメント検出系における通過位置が異なると、下地信号も異なることになる。従って、裏面アライメントにおいて、基板の表面側の非マーク領域を検出して得られた下地信号を用いて下地補正を行ったとしても、検出信号からノイズ成分を除去することができず、アライメント誤差を生じてしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、基板の裏面又は基板内の面に形成されたマークを検出するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検出装置は、基板のマークの位置を検出する検出装置であって、前記基板を透過しない波長の第１光で前記基板の第１面に形成された第１被検マークを照明し、前記基板を透過する波長の第２光で前記基板の第２面に形成された第２被検マークを前記第１面を介して照明し、前記第１面側からの光により前記第１被検マークの像を、前記第２面側からの光により前記第２被検マークの像を形成する光学系と、前記光学系により形成された前記第１被検マークの像及び前記第２被検マークの像のそれぞれを検出して第１被検マーク信号及び第２被検マーク信号を取得する検出部と、前記第１被検マーク信号及び前記第２被検マーク信号を用いて、前記第１被検マークの位置及び前記第２被検マークの位置のそれぞれを求める処理部と、を有し、前記処理部は、前記光学系によって前記第２面の前記第２被検マークが形成されていない第２面側非マーク領域を前記第２光で照明し、前記第２面側非マーク領域からの光を前記検出部で検出して取得される第２面側下地信号を前記第２被検マーク信号から減算し、前記第２面側下地信号が減算された前記第２被検マーク信号に基づいて、前記第２被検マークの位置を求めることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、基板の裏面又は基板内の面に形成されたマークを検出するのに有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 基板ステージに配置されるステージ基準プレートの構成を示す図である。 基板アライメント検出系の具体的な構成を示す概略図である。 基板に形成された表面側マークの位置を求める場合における下地補正を説明するための図である。 基板に形成された裏面側マークの位置を求める場合における問題点を説明するための図である。 表面アライメントと裏面アライメントとの間で下地信号が異なる理由を説明するための図である。 互いに異なる厚さを有する基板のそれぞれについて、裏面アライメント時に基板の表面で反射された光の経路を示す図である。 互いに異なる厚さを有する複数の基板のそれぞれに対応する複数の裏面側下地信号の取得を説明するための図である。 基板に形成された裏面側マークの位置を求める場合における下地補正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。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明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、レチクル１を保持するレチクルステージ２と、基板３を保持する基板ステージ４と、レチクルステージ２に保持されたレチクル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、レチクル１のパターン（の像）を基板ステージ４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１７とを有する。

露光装置１００は、本実施形態では、レチクル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）、レチクル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、レチクル１を固定して（即ち、ステップ・アンド・リピート方式で）、レチクル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レチクル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方向を、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。

照明光学系５は、レチクル１、具体的には、レチクル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。

レチクルステージ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。レチクルステージ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。

レチクルステージ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。レチクルステージ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駆動装置を制御し、レチクルステージ２に保持されたレチクル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、レチクル１のパターンを所定の投影倍率βで基板３に投影する。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、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。

レチクルアライメント検出系１３は、レチクルステージ２の近傍に配置される。レチクルアライメント検出系１３は、レチクルステージ２に保持されたレチクル１の上のレチクル基準マーク（不図示）と、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３８とを検出する。

レチクル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、レチクル１の上のレチクル基準マークと、投影光学系６を介して基準マーク３８とを照明する。また、レチクルアライメント検出系１３は、レチクル基準マーク及び基準マーク３８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、レチクル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、レチクル１の上のレチクル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３８の位置及びフォーカスを合わせることで、レチクル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。

レチクルアライメント検出系１４は、基板ステージ４に配置される。レチクル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３８が透過型のマークである場合に使用される。レチクル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、レチクル１の上のレチクル基準マーク及び基準マーク３８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、レチクルアライメント検出系１４は、透過光の光量を検出する。これにより、レチクル１の上のレチクル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３８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、レチクルアライメント検出系１３、或いは、レチクルアライメント検出系１４のどちらを用いても、レチクル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、基板３の表面（第１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、レチクル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３８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３９とを有する。ステージ基準プレート１１は、複数の基準マーク３８や複数の基準マーク３９を有していてもよい。また、基準マーク３８と基準マーク３９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３８と基準マーク３９とは、共通のマークであってもよい。

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、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、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３９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、基板３に形成されたアライメントマークや基準マーク３９の位置を検出し、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３の裏面又は基板内の面（第２面）に形成されたアライメントマーク（以下、「裏面側マーク（第２被検マーク）」とする）に基板アライメント検出系１６のフォーカス（焦点）を合わせる場合には、イメージオートフォーカス計測を用いる。ＡＦ検出系４１は、基板３の表面に斜入射で光を投射し、その反射光（の位置）をセンサで検出する。基板３の裏面側に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせるためには、ＡＦ検出系４１を用いて基板３の表面に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた後、基板ステージ４を基板３の厚さに対応する距離だけＺ軸方向に移動すればよい。但し、基板３の面内の厚さのばらつきがフォーカス合わせ誤差になってしまう可能性がある。このような場合には、基板アライメント検出系１６の画像コントラストを検出するイメージオートフォーカス計測を実施すればよい。イメージオートフォーカス計測は、ベストフォーカス位置において、アライメントマークのコントラストが最も高くなるという原理を利用している。従って、基板３の面内の厚さのばらつきの影響を受けないため、フォーカス合わせ誤差の問題を回避することができる。なお、ここでの「裏面側マーク」とは、上述したように、基板３を表側から見たときの裏側の外面に形成されたアライメントマークだけではなく、基板３の内部の面（例えば、多層膜の面）に形成されているアライメントマークも含むものである。

また、基板アライメント検出系の構成は、一般的には、オフアクシスアライメント（ＯＡ）検出系、及び、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｕｔｏ 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、本発明は、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、基板３の位置を検出する検出装置として機能する。ここでは、基板アライメント検出系１６が基板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（第１被検マーク）」とする）１９を検出する場合を例に説明する。但し、表面側マーク１９の検出と同様にして、基板アライメント検出系１６は、基板３に形成された裏面側マークを検出することもできる。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第１光として可視光（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光）、及び、基板３を透過する波長の第２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から射出された光は、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板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を波長フィルタ板２２に配置し、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アライメントマークを照明する。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。

開口絞り板２４には、互いに照明σ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、アライメント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、開口絞り板２４は、新たな開口絞りを追加することが可能な構成を有する。

開口絞り板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及び第２結像光学系３３を介して、光電変換素子（例えば、ＣＣＤセンサで構成された検出部）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（表面側マーク信号（第１被検マーク信号））を取得する。また、光電変換素子３４の上に裏面側マークの像が形成される場合には、光電変換素子３４は、裏面側マークの像を撮像して検出信号（裏面側マーク信号（第２被検マーク信号））を取得する。

処理部３５は、光電変換素子３４で取得される検出信号、及び、記憶部３６に記憶された下地信号に基づいて、基板３に形成された表面側マーク１９の位置及び裏面側マークの位置のそれぞれを求める。記憶部３６には、複数のアライメント条件のそれぞれに対応する複数の下地信号や互いに異なる厚さを有する複数の基板のそれぞれに対応する複数の下地信号が記憶されている。ここで、下地信号とは、基板上のアライメントマークが存在しない領域（非マーク領域）を基板アライメント検出系１６で検出して得られる検出信号である。換言すれば、下地信号は、アライメントマークに対する照明むら、光電変換素子３４の感度むら、基板アライメント検出系１６の光学系を構成するレンズの膜むら、光学系へのごみの付着などに起因する歪みなどのノイズ成分を表す信号である。また、下地信号は、本実施形態では、表面側下地信号（第１面側下地信号）と、裏面側下地信号（第２面側下地信号）とを含む。表面側下地信号は、基板３の表面の表面側マーク１９が形成されていない表面側非マーク領域（第１面側非マーク領域）を可視光で照明し、かかる表面側非マーク領域からの光を光電変換素子３４で検出して取得される。裏面側下地信号は、基板３の裏面の裏面側マークが形成されていない裏面側非マーク領域（第２面側非マーク領域）を赤外光で照明し、かかる裏面側非マーク領域からの光を光電変換素子３４で検出して取得される。処理部３５は、基板３の表面や裏面のアライメント面のＺ軸方向の位置を、制御部１７から取得することができる。処理部３５は、後述するように、記憶部３６に記憶された複数の下地信号から最適な下地信号を選択し、かかる下地信号を光電変換素子３４で取得された検出信号から減算（除去）する（下地補正）。そして、処理部３５は、下地信号が減算された検出信号（補正信号）に基づいて、基板３（に形成されたアライメントマーク）の位置を求める。なお、基板３の厚さは、計測部３７で計測される。計測部３７は、例えば、表面計測部と、裏面計測部とで構成される。表面計測部は、基板３の表面で反射された光の光量を検出する光量センサを含み、基板アライメント検出系１６の光軸方向における基板３の表面の位置を計測する。裏面計測部は、基板３の裏面を撮像する撮像素子を含み、基板アライメント検出系１６の光軸方向における基板３の裏面の位置を計測する。従って、計測部３７は、基板３の表面と裏面との相対距離、即ち、基板３の厚さを計測することができる。

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からの表面側マーク信号に干渉縞の信号が加算され、表面側マーク１９（の位置）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からのマーク信号に干渉縞の信号が加算されることを低減している。

また、基板３に形成された表面側マーク１９を高精度に検出するためには、光電変換素子３４において表面側マーク１９の像を明確に検出しなければならない。換言すれば、基板アライメント検出系１６のフォーカスが表面側マーク１９に合っていなければならない。そこで、ＡＦ検出系４１を用いて、表面側マーク１９を基板アライメント検出系１６のベストフォーカスに位置させた状態で、表面側マーク１９を検出する。

図４（ａ）乃至図４（ｄ）を参照して、基板３に形成された表面側マーク１９の位置を求める場合における下地補正について説明する。図４（ａ）は、表面側マーク１９の断面構造を示す図であって、横方向が位置を示し、縦方向が高さを示している。また、図４（ｂ）は、表面側マーク１９を基板アライメント検出系１６で検出して得られる表面側マーク信号を示す図であって、横軸が位置を示し、縦軸が表面側マーク信号の強度を示している。表面側マーク１９を基板アライメント検出系１６で検出した場合、通常、図４（ｂ）に示すように、表面側マーク信号には歪みが生じている。かかる歪みは、アライメントマークに対する照明むら、光電変換素子３４の感度むら、基板アライメント検出系１６の光学系を構成するレンズの膜むら、光学系へのごみの付着などに起因し、アライメント誤差となる。

そこで、基板３の表面の表面側マーク１９が形成されていない表面側非マーク領域を基板アライメント検出系１６で検出して、図４（ｃ）に示すような表面側下地信号（即ち、基板アライメント検出系１６が有するノイズ成分）を記憶部３６に予め記憶させる。例えば、表面側下地信号は、ステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせてから、基板アライメント検出系１６の視野に表面側非マーク領域が位置するように基板ステージ４を移動させて取得する。そして、図４（ｃ）に示す表面側下地信号を図４（ｂ）に示す表面側マーク信号から減算して、図４（ｄ）に示すような表面側補正信号を生成する。下地補正後の表面側補正信号（図４（ｄ））は、下地補正前の表面側マーク信号（図４（ｂ））と比較して、歪みが低減されている。従って、アライメント誤差が低減され、高精度なアライメントが可能となる。

図５（ａ）乃至図５（ｄ）を参照して、基板３に形成された裏面側マーク４０の位置を求める場合において、裏面側マーク信号を表面側下地信号で補正する際の問題点について説明する。図５（ａ）は、裏面側マーク４０の断面構造を示す図であって、横方向が位置を示し、縦方向が高さを示している。また、図５（ｂ）は、裏面側マーク４０を基板アライメント検出系１６で検出して得られる裏面側マーク信号を示す図であって、横軸が位置を示し、縦軸が裏面側マーク信号の強度を示している。裏面側マーク４０を検出する場合（裏面アライメント）、表面側マーク１９を検出する場合（表面アライメント）と比較して、基板３の表面での反射が大きい。従って、基板アライメント検出系１６のデフォーカス面に位置する基板３の表面で反射される光が光電変換素子３４で検出されるため、ノイズ成分が多くなる傾向がある。これにより、図５（ｂ）に示す裏面側マーク信号は、図４（ｂ）に示す表面側マーク信号よりも歪みが大きくなる。ここで、図５（ｃ）に示すような表面側下地信号を用いて、図５（ｂ）に示す裏面側マーク信号を下地補正することを考える。但し、表面アライメントと裏面アライメントとの間では、下地信号が異なるため、図５（ｃ）に示す表面側下地信号を図５（ｂ）に示す裏面側マーク信号から減算しても、図５（ｄ）に示すように、補正残差（歪み）が残り、アライメント誤差となってしまう。

図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、表面アライメントと裏面アライメントとの間で下地信号が異なる理由について説明する。図６（ａ）は、表面アライメント時に基板３の表面で反射された光の経路を示す図であって、図６（ｂ）は、裏面アライメント時に基板３の表面で反射された光の経路を示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）に点線で示すように、裏面アライメント時に基板３の表面で反射された光の経路は、表面アライメント時に基板３の表面で反射された光の経路と異なる。下地信号には、基板アライメント検出系１６の光学系を構成するレンズの膜むらなどに起因するノイズ成分が含まれているため、基板３の表面で反射された光の基板アライメント検出系１６における通過位置が異なると、下地信号も異なることになる。換言すれば、表面アライメントと裏面アライメントとでは、下地信号が異なる。

また、互いに異なる厚さを有する基板３のそれぞれについて、裏面アライメント時に基板３の表面で反射された光の経路を図７（ａ）乃至図７（ｃ）に示す。基板３の厚さが異なると、図７（ａ）乃至図７（ｃ）に示すように、基板３の表面に入射する光の位置（即ち、反射位置）が異なるため、基板３の表面で反射された光の基板アライメント検出系１６における通過位置が異なる。従って、基板３の厚さに応じて、下地信号が異なることになる。

例えば、基板３の厚さが厚い場合、図７（ａ）に示すように、基板３の表面で反射された光は、基板アライメント検出系１６の中心付近の特定の位置を通過する。但し、基板３の厚さが薄くなると、図７（ｂ）に示すように、基板３の表面で反射された光は、基板３の厚さが厚い場合（図７（ａ））よりも、基板アライメント検出系１６の外側の位置を通過する。基板３の厚さが更に薄くなると、基板３の表面で反射された光は、基板３の厚さが薄い場合（図７（ｂ））よりも、基板アライメント検出系１６の更に外側の位置を通過する。

そこで、本実施形態では、図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示すように、基板ステージ４を移動させて基板３のＺ軸方向の位置を変更しながら下地信号を取得する。具体的には、基板アライメント検出系１６の光軸方向に基板３を移動させて基板３の表面と裏面との間の複数の位置のそれぞれに基板アライメント検出系１６からの赤外光を集光する。そして、かかる複数の位置のそれぞれに対応して基板３の表面で反射される赤外光を光電変換素子３４で検出して取得された複数の検出信号を、複数の裏面側下地信号として記憶部３６に記憶させる。なお、基板３の表面と複数の位置のそれぞれとの距離は、基板３の厚さに対応している。例えば、図８（ａ）と図７（ａ）とでは、基板３の表面で反射された光の基板アライメント検出系１６における通過位置が同じである。また、図８（ｂ）と図７（ｂ）とでは、基板３の表面で反射された光の基板アライメント検出系１６における通過位置が同じである。同様に、図８（ｃ）と図７（ｃ）とでは、基板３の表面で反射された光の基板アライメント検出系１６における通過位置が同じである。このように、本実施形態では、互いに異なる厚さを有する複数の基板を準備することなく、１つの基板のＺ軸方向の位置を変更することによって、任意の厚さの基板に対応する裏面側下地信号を取得して記憶部３６に記憶させることができる。

図９（ａ）乃至図９（ｄ）を参照して、基板３に形成された裏面側マーク４０の位置を求める場合における下地補正について説明する。図９（ａ）は、裏面側マーク４０の断面構造を示す図であって、横方向が位置を示し、縦方向が高さを示している。また、図９（ｂ）は、裏面側マーク４０を基板アライメント検出系１６で検出して得られる裏面側マーク信号を示す図であって、横軸が位置を示し、縦軸が裏面側マーク信号の強度を示している。図９（ｃ）は、基板３の表面と裏面との相対的な距離、即ち、基板３の厚さに応じて、記憶部３６に記憶された複数の裏面側下地信号から選択された最適な裏面側下地信号を示す図である。図９（ｄ）は、図９（ｃ）に示す裏面側下地信号を図９（ｂ）に示す裏面側マーク信号から減算して生成される裏面側補正信号を示す図である。図９（ｄ）に示す裏面側補正信号は、図５（ｄ）に示す信号（表面側下地信号を裏面側マーク信号から減算した信号）と比較して、歪みが低減されている。従って、アライメント誤差が低減され、高精度なアライメントが可能となる。

以下、基板３に形成された裏面側マーク４０の位置を求める場合における下地補正を詳細に説明する。まず、露光装置１００において裏面アライメントを実施する前に、裏面側下地信号を取得するための基板を露光装置１００に搬入する。かかる基板は、裏面アライメントの対象となる基板３であってもよいし、基板３の表面の反射特性と同等な反射特性を有する基板であってもよい。これは、表面アライメントと裏面アライメントとで下地信号が異なるのは、上述したように、基板３の表面で反射される光が原因だからである。裏面側下地信号を取得するための基板は、実際の基板３の厚さと同等な厚さを有し、標準的には、７７５μｍの厚さを有する。これにより、基板の表面のＺ軸方向の位置と裏面側下地信号の取得時の基板アライメント検出系１６のベストフォーカスの位置との相対距離を大きく変化させることができる。従って、より広範囲な基板の厚さに対応した裏面側下地信号を取得することができる。

次いで、ＡＦ検出系４１を用いて、裏面側下地信号を取得するための基板の表面を基板アライメント検出系１６のベストフォーカスに合わせる。そして、基板ステージ４をＺ軸方向に移動させて、基板アライメント検出系１６のベストフォーカスが基板の内部（即ち、基板の表面と裏面との間）に位置するようにする。この状態において、基板の裏面側非マーク領域を基板アライメント検出系１６で検出して裏面側下地信号を取得し、かかる裏面側下地信号を取得したときの基板ステージ４のＺ軸方向の位置を、例えば、制御部１７のメモリなどに記憶する。このような処理を基板ステージ４のＺ軸方向の位置を変更しながら行って、基板の表面からの相対距離に応じた裏面側下地信号を記憶部３６に記憶する。

次に、裏面アライメントの対象となる基板３を露光装置１００に搬入する。そして、ＡＦ検出系４１を用いて、基板３の表面のＺ軸方向の位置を取得し、予め取得した基板３の屈折率及び厚さに基づいて、基板ステージ４を移動させる。なお、イメージオートフォーカス計測を実施して、基板３に形成された裏面側マーク４０のＺ軸方向の位置を取得してもよい。次いで、基板３の厚さ、又は、基板３の表面と裏面との相対距離に基づいて、記憶部３６に記憶された複数の裏面側下地信号から、基板３の厚さに対応する最適な裏面側下地信号（図９（ｃ））を選択する。ここで、露光装置１００で処理される基板３の厚さ、又は、基板３の表面と裏面との相対距離は、例えば、計測部３７で予め計測され、制御部１７のメモリや記憶部３６などに記憶されている。換言すれば、制御部１７のメモリや記憶部３６は、露光装置１００で処理される複数の基板３と複数の基板３のそれぞれの厚さとの関係を管理する管理部として機能する。従って、処理部３５は、かかる管理部で管理された関係に基づいて、記憶部３６に記憶された複数の裏面側下地信号から、裏面側マーク４０の位置を求める基板３の厚さに対応する最適な裏面側下地信号を選択することができる。

次いで、基板３に形成された裏面側マーク４０を検出して裏面側マーク信号（図９（ｂ））を取得し、かかる裏面側マーク信号から選択した裏面側下地信号を減算して裏面側補正信号（図９（ｄ））を生成する。裏面側補正信号は、上述したように、裏面側マーク信号と比較して、歪みが低減されている。従って、裏面側補正信号に基づいて、基板３に形成された裏面側マーク４０を高精度に求めることによって、アライメント誤差が低減され、高精度なアライメントが可能となる。

本実施形態では、基板３に形成された裏面側マーク４０を検出する際には、８００ｎｍ以上の波長の光、即ち、赤外光で裏面側マーク４０を照明している。但し、基板３が１０μｍ以下の厚さのＳｉウエアである場合には、基板３の内部での照明光の吸収が少ないため、可視光を用いることも可能である。

また、本実施形態では、基板３がＳｉウエハである場合について説明したが、基板３がＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物ウエハである場合やボロン、ヒ素などのドーパント材を加えたウエハである場合にも同様な効果を発揮する。なお、基板３は、表面が研磨されたウエハであってもよいし、ウエハとガラス基板とが貼り合わせてあってもよい。

また、本実施形態では、裏面側下地信号を予め取得して記憶部３６に記憶させているが、基板３に形成された裏面側マーク４０を検出するときに取得してもよい。この場合、かかる基板３に対応する裏面側下地信号（即ち、最適な裏面側下地信号）を常に取得することができるため、基板３の厚さなどを計測する必要はない。

露光装置１００による露光処理について説明する。光源から発せられた光は、照明光学系５を介して、レチクル１を照明する。レチクル１を通過してパターンを反映する光は、投影光学系６を介して、基板３に結像される。この際、基板３は、基板アライメント検出系１６の検出結果に基づいて、高精度に位置決めされている。従って、露光装置１００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。かかるデバイスなどの物品は、露光装置１００を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

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 (9)

1. 基板のマークの位置を検出する検出装置であって、
   前記基板を透過しない波長の第１光で前記基板の第１面に形成された第１被検マークを照明し、前記基板を透過する波長の第２光で前記基板の第２面に形成された第２被検マークを前記第１面を介して照明し、前記第１面側からの光により前記第１被検マークの像を、前記第２面側からの光により前記第２被検マークの像を形成する光学系と、
   前記光学系により形成された前記第１被検マークの像及び前記第２被検マークの像のそれぞれを検出して第１被検マーク信号及び第２被検マーク信号を取得する検出部と、
   前記第１被検マーク信号及び前記第２被検マーク信号を用いて、前記第１被検マークの位置及び前記第２被検マークの位置のそれぞれを求める処理部と、を有し、
   前記処理部は、前記光学系によって前記第２面の前記第２被検マークが形成されていない第２面側非マーク領域を前記第２光で照明し、前記第２面側非マーク領域からの光を前記検出部で検出して取得される第２面側下地信号を前記第２被検マーク信号から減算し、前記第２面側下地信号が減算された前記第２被検マーク信号に基づいて、前記第２被検マークの位置を求めることを特徴とする検出装置。
2. 互いに異なる厚さを有する複数の基板のそれぞれに対応する複数の第２面側下地信号を記憶する記憶部を更に有し、
   前記処理部は、前記記憶部に記憶された複数の第２面側下地信号から、前記第２被検マークの位置を求める基板の厚さに対応する第２面側下地信号を選択することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記基板の厚さを計測する計測部を更に有し、
   前記処理部は、前記計測部の計測結果に基づいて、前記記憶部に記憶された複数の第２面側下地信号から、前記第２被検マークの位置を求める基板の厚さに対応する第２面側下地信号を選択することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
4. 前記複数の基板と前記複数の基板のそれぞれの厚さとの関係を管理する管理部を更に有し、
   前記処理部は、前記関係に基づいて、前記記憶部に記憶された複数の第２面側下地信号から、前記第２被検マークの位置を求める基板の厚さに対応する第２面側下地信号を選択することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
5. 前記処理部は、前記光学系の光軸方向に前記基板を移動させて前記基板の第１面と第２面との間の複数の位置のそれぞれに前記光学系からの前記第２光を集光し、前記複数の位置のそれぞれに対応して前記基板の第１面で反射される光を前記検出部で検出して取得された複数の信号を、前記複数の第２面側下地信号として前記記憶部に記憶させ、
   前記基板の第１面と前記複数の位置のそれぞれとの距離は、前記複数の基板のそれぞれの厚さに対応することを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか１項に記載の検出装置。
6. 前記計測部は、
   前記基板の第１面で反射された光の光量を検出する光量センサを含み、前記光学系の光軸方向における前記基板の第１面の位置を計測する第１面計測部と、
   前記基板の第２面を撮像する撮像素子を含み、前記光学系の光軸方向における前記基板の第２面の位置を計測する第２面計測部と、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
7. 前記第２面側下地信号は、前記第２被検マークの位置を求めるときに取得されることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
8. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、
   前記基板を保持するステージと、
   前記基板のマークの位置を検出する請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の検出装置と、
   前記検出装置の検出結果に基づいて、前記ステージの位置を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする露光装置。
9. 請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップと、
   を有し、現像された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

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