JP7114277B2 - パターン形成装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パターン形成装置及び物品の製造方法に関する。

フォトリソグラフィ技術を用いて半導体素子や液晶表示素子等のデバイスを製造する際に、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。

また、露光装置では、シリコンウエハ等の基板の裏面側（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露光工程が行われる。露光工程は、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、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）が求められている。

特許文献１は、裏面アライメントを実行するために、基板の裏面側にアライメントマーク検出用の光学系を配置したリソグラフィ装置を開示している。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の位置によって、基板を露光するための露光光がアライメントマーク検出用の光学系に入射することがある。

ここで、アライメントマーク検出用の光学系に含まれる光学部材に露光光が照射されると、光学部材の色つきや透過率の低下等の光学特性の変化が生じ得る。アライメントマーク検出用の光学系の光学特性が変化すると、アライメントマークを用いた位置合わせ制御に要する時間が増大し、デバイス製造の生産性の低下を招くおそれがある。また、アライメントマークの検出精度の低下に伴う位置合わせ精度の低下を招くおそれもある。

そこで、本発明は、基板に設けられたアライメントマークを基板の吸着面側から検出するための光学系における光学特性の変化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パターン形成装置は、基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、前記基板を保持する保持部と、前記保持部の内部に設けられた光学系であって、前記保持部によって保持された基板に設けられた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第１光学系と、前記第１光学系を介して像面に形成された前記アライメントマークの像を検出する検出部と、前記基板上にパターンを形成するためのパターン形成光を照射する第２光学系と、を有し、前記第１光学系は、前記第２光学系から照射され前記第１光学系に入射された前記パターン形成光と、前記検出部から照射され前記第１光学系に入射された前記アライメントマークを検出するためのアライメントマーク検出光とを分離する分離素子を含み、前記分離素子は、前記分離素子を通過した後に前記第１光学系の光学素子に入射する前記パターン形成光の光量を低減する、ことを特徴とする。

また、本発明における物品の製造方法は、保持された基板に設けられた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ことにより前記基板の位置合わせを行う位置合わせ工程と、前記位置合わせが行われた基板に対してパターンを形成するパターン形成工程と、前記パターンが形成された基板を加工することによって物品を製造する製造工程とを含む物品の製造方法であって、前記位置合わせ工程において、前記基板上にパターンを形成するためのパターン形成光と前記アライメントマークを検出するためのアライメントマーク検出光を波長分離する波長分離素子を通った前記アライメントマーク検出光を用いて、前記アライメントマークの検出を行うことを特徴とする。

本発明によれば、基板に設けられたアライメントマークを基板の吸着面側から検出するための光学系における光学特性の変化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。 光学系１００の構成を説明するための図である。 基板とチャックの配置関係を説明するための図である。 実施例１における光学系１００の構成を示す図である。 実施例２における光学系１００の構成を示す図である。 実施例３における光学系１００の構成を示す図である。 実施例４における光学系１００の構成を示す図である。

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２００の構成を示す概略図である。露光装置２００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２００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１０２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２００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１０２に投影する投影光学系（第２光学系）６と、露光装置２００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２００は、本実施形態では、マスク１と基板１０２とを走査方向に互いに同期走査しながら、マスク１のパターンを基板１０２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２００は、マスク１を固定して、マスク１のパターンを基板１０２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１０２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。一般的な露光光として波長領域が１００ｎｍから４００ｎｍの近紫外光が用いられる。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。以下、露光光をパターン形成光とも称する。

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１０２に投影する。基板１０２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基板保持装置としてのチャックを介して基板１０２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１０２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１０２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１０２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１０２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１０２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１０２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１０２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１０２の表面に光を投射する投射系と、基板１０２の表面で反射した光を受光する受光系とを含み、基板１０２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１０２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１０２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１０２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１０２の表面に光を投射する投射系と、基板１０２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１０２の表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１０２の裏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１０２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１０２は、Ｓｉウエハであるものとする。

光源２０は、基板１０２を透過しない波長の光として可視光（例えば、波長領域４００ｎｍ～８００ｎｍの光）、及び、基板１０２を透過する波長の光として赤外光（例えば、波長領域８００ｎｍ～１５００ｎｍ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１０２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１０２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。

以上、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。以下、基板の裏面側からマークを照明して検出する構成について説明する。

図４は、チャック１０１側からアライメントマーク１０３を検出するための光学系（第１光学系）１００を示している。図４は、光学系１００を含む構成の断面図である。光学系１００は、基板１０２を吸着して保持するチャック１０１（保持部）の内部で位置が固定されており、チャック１０１と一体的に構成されている。アライメントマーク１０３は、基板１０２の裏面に設けられたり、基板１０２の表面と裏面の間に設けられる。

光学系１００は、基板アライメント検出系１６からの照明光（以下、アライメントマーク検出光と称する）を透過または反射するレンズ１０４、１０７、ミラー１０５、１０６、及び鏡筒等で構成されている。光学系１００は、アライメントマーク検出光を用いて基板１０２のアライメントマーク１０３を照明し、基板１０２から離れた位置にある像面にアライメントマーク１０３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、像面に形成されたアライメントマーク１０３の像を検出し、アライメントマーク１０３の位置を求める。なお、像面の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、基板の厚みとマーク位置によって変化する像面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。

アライメントマーク検出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１００にはリレー光学系を構成することによって、チャック１０１の熱変形を抑え、軽量化を図っている。アライメントマーク検出光の波長は、８００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の近赤外光の波長とするのが望ましい。この波長領域の光はシリコンを透過する。

なお、基板１０２におけるアライメントマーク１０３の位置、つまり、チャック１０１による基板１０２の吸着面からアライメントマーク１０３までの距離が変わると、像面の位置が変わる。そのため、吸着面からアライメントマーク１０３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が入るように、ステージ４をＺ方向へ移動させる。

本発明例では、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１００による検出（観察）視野はφ１ｍｍ程度であり、光学系１００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１００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１００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１０１内のスペースの制約がある。

図５に、チャック１０１をＺ方向からみた上面図を示す。なお、図５は、チャック１０１が基板１０２を吸着している状態を示す。チャック１０１には、点線で示す光学系１００の他に、光学系１００に対してＸ方向にずれた位置に光学系１００´が設けられている。光学系１００´は光学系１００の構成と同じである。

図４に示す光学系１００は、図５の断面Ｙ－Ｙ´における断面図を示している。光学系１００は、その観察視野（検出視野）１６４内でアライメントマーク１０３を照明して、像面１６３にアライメントマーク１０３の像を形成する。また、基板１０２には、アライメントマーク１０３の他に、アライメントマーク１０３に対してＸ方向にずれた位置にアライメントマーク１０３´が設けられている。光学系１００´は、その観察視野１６４´内でアライメントマーク１０３´を照明して、像面１６３´にアライメントマーク１０３´の像を形成する。これにより、光学系１００と光学系１００´を用いて、基板１０２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１００、１００´の観察視野１６４、１６４´は、チャック１０１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１００と光学系１００´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１０１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。

チャック１０１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１０１が別のチャックへ交換される。光学系１００の観察視野の像高（Ｘ、Ｙ方向の位置）がチャック１０１に対して固定である。そのため、チャック１０１に吸着される基板１０２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１００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１００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１０１に吸着される基板１０２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１００の観察視野の像高を変更する。また、光学系１００の汚損や損傷した時に光学系１００が設けられたチャック１０１ごと容易に交換することができる。

露光装置２００は、チャック１０１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１００の観察視野が所定の位置からずれてしまう。光学系１００の観察視野が所定の位置からずれてしまうと、チャック１０１上に基板１０２を予め決められた位置に配置したとき、基板１０２のアライメントマーク１０３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に示すように、光学系１００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１０１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１０１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１０１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１０１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５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５では、チャック１０１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１０１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。

続いて本発明の課題について詳しく説明する。図５に示したように、一般にアライメントマーク１０３の像面１６３は、基板１０２のエッジ付近に設定されるため、基板１０２の周辺領域のパターンを形成するときにおける露光光は光学系１００に入射しやすい。アライメントマーク１０３の像面１６３を基板１０２のエッジから大きく離して設定することも考えられるが、この場合、光学系１００が大型化してしまう。

光学系１００が大型化すると、基板１０２を保持するチャック１０１や基板ステージ４の大型化を招くため、光学系１００はできる限り小型のものであることが好ましい。

露光光が光学系１００に入射したときに発生し得る課題について説明する。露光光としては、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長約１４３ｎｍ）等が用いられている。このような波長領域の光が光学系１００に入射すると、光学系１００に含まれるレンズやプリズム等の光学部材のソラリゼーションや透過率の低下等を招くおそれがある。

アライメントマーク検出用の光学系１００の光学特性が変化すると、アライメントマークを用いた位置合わせ制御に要する時間が増大し、デバイス製造の生産性の低下を招くおそれがある。また、アライメントマークの検出精度の低下に伴う位置合わせ精度の低下を招くおそれもある。

そこで、本発明では、光学系１００に含まれ、光学特性が変化し得る光学部材に入射する露光光の光量を大幅に低減させるために、露光光とアライメントマーク検出光とを波長分離する波長分離素子を光学系１００に設けている。なお、屈折率の高い硝材は、一般的にソラリゼーション等の光学特性の変化を起こしやすいことが知られている。一方、光学系１００の大型化を抑制するためには、屈折率の高い硝材を用いた光学部材を用いることが好ましい。

一般に、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．８０以上の硝材は、露光光である近紫外光に対する耐性が低く、ソラリゼーション等の光学特性の変化を起こしやすい。そこで下記各実施例において、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．８０以上の硝材（硝子材料）を用いた光学部材を露光光から保護するために、ダイクロイックプリズム等の波長分離素子を光学系１００に配置している。

以上説明したように、本発明では、光学系１００の大型化を抑制するために屈折率の高い硝材を用いた光学部材を用いつつ、屈折率の高い硝材を用いた光学部材に対する露光光の照射量を低減させるための波長分離素子を光学系１００に設けている。以下、本発明における各実施例の構成について詳細に説明する。

（実施例１）
図６は、実施例１における光学系１００の構成を示す図である。図４と同一の部材については図４と同一の番号を付している。図６は基板１０２の周辺領域にパターンを形成するときにおける露光光の照射領域２０２とアライメントマーク検出光の照射領域２０１の関係を表している。露光光の照射領域２０２とアライメントマーク検出光の照射領域２０１が重なることは、光学系１００に対して露光光が入射し得ることを示している。

実施例１では、露光光を吸収または反射し、アライメントマーク検出光を透過する光学特性を有する波長分離素子としてのダイクロイック膜（波長分離膜）をレンズ１０７´に蒸着させている。これにより、レンズ１０７´に入射される露光光の光量を大幅に低減することができる。このような構成は、ソラリゼーション等の光学特性の変化を起こしやすい材料である、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．８０以上の硝材（硝子材料）を用いてレンズ１０７´が構成される場合に特に効果的である。

また本実施例の構成を採用することにより、レンズ１０７´以外の光学素子に対する露光光の入射量を大幅に低減することができる。レンズ１０７´の少なくとも一部の領域にダイクロイック膜を蒸着させれば本発明の効果を得ることができるが、レンズ１０７´全面にダイクロイック膜を設けることが好ましい。

さらに、実施例１においては、基板１０２が配置されていない状態でチャック１０１に露光光が照射される場合を考慮して、レンズ１０４´にダイクロイック膜を設けている。ダイクロイック膜は、露光光を吸収または反射し、アライメントマーク検出光を透過する光学特性を有する。これにより、レンズ１０４´とレンズ１０７´の間に配置されたレンズ等の光学部材を露光光から保護することができる。

ダイクロイック膜をレンズに蒸着させる方法以外にも、露光光を吸収または反射し、アライメントマーク検出光を透過する光学特性を有するダイクロイックフィルター（波長分離フィルタ）を光学系１００の光路中に配置しても良い。さらに、ダイクロイック膜を蒸着させたレンズを複数配置することで、波長分離効果を向上させることも可能である。

また、露光光が偏光特性を有する場合には、偏光板や偏光フィルタ３０１を光学系１００の光路中に配置することで、光学特性が変化し得る光学部材に入射する露光光の照射量を大幅に低減させることができる。露光光が偏光特性を有しない場合は、偏光フィルタ３０１を設けなくてもよい。

（実施例２）
図７は、実施例２における光学系１００の構成を示す図である。図６と同一の部材については図６と同一の番号を付している。

実施例２の光学系１００は、実施例１の光学系１００における反射ミラー１０６を、露光光を透過し、アライメントマーク検出光を反射するダイクロイックプリズム４０１に置き換えたものである。ダイクロイックプリズム４０１の面４０１ａにおいて、露光光は透過され、アライメントマーク検出光は反射される。これにより、ダイクロイックプリズム４０１からアライメントマーク１０３に至るまでの光路中に配置された光学部材に入射する露光光の照射量を大幅に低減させることができる。

（実施例３）
図８は、実施例３における光学系１００の構成を示す図である。図６と同一の部材については図６と同一の番号を付している。

実施例３の光学系１００においては、露光光を吸収または反射し、アライメントマーク検出光を透過する光学特性を有する光学膜を設けたプリズム５０１、５０２が配置されている。プリズム５０１には、光学膜５０１ａが設けられている。光学膜５０１ａにより露光光を吸収または反射することで、プリズム５０１への露光光の入射量を低減することができる。このような構成は、ソラリゼーション等の光学特性の変化を起こしやすい材料である、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．８０以上の硝材（硝子材料）を用いてプリズム５０１が構成される場合に、特に効果的である。

プリズム５０２には、光学膜５０２ａが設けられている。光学膜５０２ａにより露光光を吸収または反射することで、プリズム５０２への露光光の入射量を低減することができる。チャック１０１上に基板１０２が配置されていない状態で露光光の照射が行われる場合には、露光光がプリズム５０２に入射することが考えられる。このような場合であっても、光学膜５０２ａを設けることでプリズム５０２への露光光の入射量を低減することができる。

（実施例４）
図９は、実施例４における光学系１００の構成を示す図である。図８と同一の部材については図８と同一の番号を付している。実施例４は、実施例３におけるプリズム５０２をダイクロイックプリズム６０１に変更したものである。図９は基板１０２´の中央領域にパターンを形成するときにおける露光光の照射領域２０２を表しており、露光光の照射領域２０２にアライメントマーク１０３が位置している。

本実施例では、基板１０２´の材質がガラス等の露光光を透過するものであることを想定している。このとき、基板１０２´を透過した露光光の光学系１００への入射量が大きくなるため、本実施例では、アライメントマーク検出光を反射し、基板１０２´を透過した露光光を透過するダイクロイックプリズム６０１を配置している。面６０１ａにおいて、アライメントマーク検出光は反射され、露光光は透過する。

基板１０２´を透過した露光光をダイクロイックプリズム６０１により透過させることで、基板１０２´を透過した露光光が光学系１００に含まれる光学部材で反射されて基板１０２´上のレジストを感光してしまうリスクを低減することができる。

（その他の変形例）
基板は基板１０２に限定されることなく、基板の裏面、つまり、チャック１０１による基板１０２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１００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１０１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。リソグラフィ装置として、各実施例として説明した光学系１００を含むリソグラフィ装置が用いられる。

物品の製造方法としては、まずはじめに保持された基板に設けられたアライメントマークを基板の保持面側から検出することにより基板の位置合わせを行う位置合わせ工程が行われる。さらに、位置合わせが行われた基板に対してパターンを形成するパターン形成工程と、パターンが形成された基板を加工（現像、エッチングなど）する工程が行われる。

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 (26)

1. 基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
   前記基板を保持する保持部と、
   前記保持部の内部に設けられた光学系であって、前記保持部によって保持された基板に設けられた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第１光学系と、
   前記第１光学系を介して像面に形成された前記アライメントマークの像を検出する検出部と、
   前記基板上にパターンを形成するためのパターン形成光を照射する第２光学系と、を有し、
   前記第１光学系は、前記第２光学系から照射され前記第１光学系に入射された前記パターン形成光と、前記検出部から照射され前記第１光学系に入射された前記アライメントマークを検出するためのアライメントマーク検出光と、を分離する分離素子を含み、
   前記分離素子は、前記分離素子を通過した後に前記第１光学系の光学素子に入射する前記パターン形成光の光量を低減する、
   ことを特徴とするパターン形成装置。
2. 前記分離素子は、前記パターン形成光と前記アライメントマーク検出光との波長分離を行う波長分離素子であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
3. 前記波長分離素子は、前記パターン形成光を吸収または反射し、前記アライメントマーク検出光を透過することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成装置。
4. 前記波長分離素子は、前記アライメントマーク検出光を透過するレンズに設けられた波長分離膜であることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成装置。
5. 前記波長分離膜が設けられたレンズは、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．８０以上の硝子材料から構成されていることを特徴とする請求項４に記載のパターン形成装置。
6. 前記波長分離素子は、前記アライメントマーク検出光を反射するプリズムに設けられた波長分離膜であることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成装置。
7. 前記波長分離膜が設けられたプリズムは、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．８０以上の硝子材料から構成されていることを特徴とする請求項６に記載のパターン形成装置。
8. 前記波長分離素子は、前記アライメントマーク検出光の光路中に配置された波長分離フィルタであることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成装置。
9. 前記波長分離素子は、前記パターン形成光を透過し、前記アライメントマーク検出光を反射するダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成装置。
10. 前記波長分離素子は、前記基板を透過した前記パターン形成光を透過し、前記アライメントマーク検出光を反射するダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成装置。
11. 前記パターン形成光は紫外光であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
12. 前記紫外光は波長領域が１００ｎｍから４００ｎｍの近紫外光であることを特徴とする請求項１１に記載のパターン形成装置。
13. 前記アライメントマーク検出光は、波長領域が８００ｎｍから１５００ｎｍの近赤外光であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
14. 前記検出部は、前記アライメントマークの像を検出することで、前記アライメントマークの位置を取得することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
15. 前記検出部の検出視野と前記パターン形成光の照射領域とが重なることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
16. 前記検出部は、前記第２光学系から前記第２光学系の光軸に垂直な方向に離れて配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
17. 前記検出部は、前記アライメントマーク検出光を前記第２光学系の光軸に沿った方向に前記第１光学系に向けて照射することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
18. 前記第１光学系は、前記保持部に対する位置が固定されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
19. 前記第１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１８に記載のパターン形成装置。
20. 移動可能なステージをさらに有し、
    前記保持部は、前記ステージに対して着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
21. 前記分離素子は、前記第１光学系の光学素子に入射する前記パターン形成光の光量を低減することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
22. 前記分離素子は、前記第１光学系の光軸に対して垂直な面に沿って配置されることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
23. 前記分離素子は前記第１光学系の光学素子よりも前記アライメントマーク検出光の光源に近い位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
24. 基板上にパターンを形成するパターン形成装置に用いられ、前記基板を保持する基板保持装置であって、
    内部に設けられた光学系であって、前記基板に設けられた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第１光学系を有し、
    前記第１光学系は、前記基板上にパターンを形成するためのパターン形成光を照射する第２光学系から照射され前記第１光学系に入射された前記パターン形成光と、前記第１光学系を介して像面に形成された前記アライメントマークの像を検出する検出部から照射され前記第１光学系に入射された前記アライメントマークを検出するためのアライメントマーク検出光と、を分離する分離素子を含み、
    前記分離素子は、前記分離素子を通過した後に前記第１光学系の光学素子に入射する前記パターン形成光の光量を低減する、
    ことを特徴とする基板保持装置。
25. 前記分離素子は、前記パターン形成光を吸収または反射し、前記アライメントマーク検出光を透過することを特徴とする請求項２４に記載の基板保持装置。
26. 基板保持装置に保持された基板に設けられたアライメントマークを、前記基板保持装置の内部に設けられた第１光学系を介して像面に形成された前記アライメントマークの像を検出する検出部により前記基板の保持面側から検出することにより前記基板の位置合わせを行う位置合わせ工程と、
    前記位置合わせが行われた基板に対してパターンを形成するパターン形成工程と、
    前記パターンが形成された基板を加工することによって物品を製造する製造工程とを含む物品の製造方法であって、
    前記位置合わせ工程において、前記基板上にパターンを形成するためのパターン形成光を照射する第２光学系から照射され前記第１光学系に入射された前記パターン形成光と、前記検出部から照射され前記第１光学系に入射された前記アライメントマークを検出するためのアライメントマーク検出光と、を分離する分離素子を通った前記アライメントマーク検出光を用いて、前記アライメントマークの検出を行い、
    前記分離素子は、前記分離素子を通過した後に前記第１光学系の光学素子に入射する前記パターン形成光の光量を低減する、
    ことを特徴とする物品の製造方法。

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