JP2012195380A - マーク検出方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の裏面に設けられた被検マークの位置情報を高精度に検出する。
【解決手段】マーク検出方法は、ウエハの表面の第１のデフォーカス量を計測するステップ３２４と、第１のデフォーカス量に基づいてウエハの表面の合焦を行いつつ、ウエハの表面で反射する波長の光を含むアライメント光を用いてウエハの表面のマークを検出するステップ３２６と、ウエハの表面の第２のデフォーカス量を計測するステップ３４０と、その第２のデフォーカス量を補正して得られるデフォーカス量に基づいてウエハの裏面の合焦を行いつつ、ウエハを透過する波長の光を含むアライメント光を用いてウエハの裏面のマークを検出するステップ３４２と、を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウエハ又はガラス基板等の物体に設けられたマークの位置情報を検出するためのマーク検出技術、こ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。

従来、例えば半導体デバイスを製造するリソグラフィ工程で使用される露光装置は、半導体ウエハ（以下、単にウエハという。）の複数の層間での重ね合わせ精度を高く維持するために、アライメント系を用いて複数のショット領域から選択されたショット領域（アライメントショット）に付設されたマーク（ウエハマーク）の位置を検出している。そして、検出されたマーク位置を例えばＥＧＡ方式で統計処理して、各ショット領域の配列座標を求め、この配列座標に基づいてウエハを駆動することによって、ウエハの各ショット領域にレチクルのパターンの像を高精度に重ね合わせて露光している。

最近では、ウエハアライメントを効率的に行うために、３眼以上の複数軸のアライメント系を備え、これらのアライメント系に対してウエハを所定方向に相対移動することと、複数軸のアライメント系とウエハとを相対的に静止させて、複数軸のアライメント系でウエハの一列のアライメントショットに付設されたマークの位置を検出することとを繰り返すようにした露光装置が開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この露光装置では、複数軸のアライメント系の被検マーク（被検面）に対するデフォーカス量を個別に計測し、この計測されたデフォーカス量に基づいて各アライメント系に被検面を合焦させて被検マークの検出を行っていた。

国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット 国際公開第２００８／０２９７５７号パンフレット

従来のアライメント系は、被検マークがウエハの表面に形成されていることを前提としている。これに対して、最近は、半導体デバイスの構造が三次元化しており、プロセスによっては、基板の裏面の被検マークを検出し、この検出結果に基づいて基板と転写対象のパターンとの位置合わせを行うことが求められることがある。しかしながら、従来のアライメント系では、基板の裏面に合焦を行って、かつその裏面の被検マークの位置情報を検出することは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑み、物体の裏面に設けられた被検マークの位置情報を高精度に検出できるようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、基板に設けられたマークの位置情報を検出するマーク検出方法が提供される。このマーク検出方法は、マーク検出系に対する第１基板の表面の第１の面位置情報を計測することと、その第１の面位置情報に基づいてそのマーク検出系に対するその第１基板の表面の合焦を行いつつ、そのマーク検出系からその第１基板の表面で反射する第１の波長の光を含む第１光束をその第１基板に照射してその第１基板の表面の第１マークを検出することと、そのマーク検出系に対する第２基板の表面の第２の面位置情報を計測することと、その第２の面位置情報のオフセットを補正して得られる面位置情報に基づいて、そのマーク検出系に対するその第２基板の裏面の合焦を行いつつ、そのマーク検出系からその第２基板を透過する第２の波長の光を含む第２光束をその第２基板に照射してその第２基板の裏面の第２マークを検出することと、を含むものである。

また、第２の態様によれば、露光光でパターンを介して物体を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、本発明のマーク検出方法を用いて第１基板の表面の第１マークを検出する工程と、この検出結果に基づいてその第１基板と転写対象のパターンとの位置合わせを行って、その第１基板を露光する工程と、そのマーク検出方法を用いて第２基板の裏面の第２マークを検出する工程と、この検出結果に基づいてその第２基板と転写対象のパターンとの位置合わせを行って、その第２基板を露光する工程と、を含むものである。

また、第３の態様によれば、基板に設けられたマークの位置情報を検出するマーク検出装置が提供される。このマーク検出装置は、その基板の表面の面位置情報を計測する第１検出系と、その基板の表面で反射する第１の波長の光を含む第１光束及びその基板を透過する第２の波長の光を含む第２光束を切り換えてその基板に照射する照射系と、その基板から戻されるその第１の波長の光を含む第１反射光又はその第２の波長の光を含む第２反射光を受光してその基板の表面の第１マーク又はその基板の裏面の第２マークの像を検出する第２検出系と、その第２検出系の光軸方向にその第２検出系とその基板との相対位置を調整する駆動機構と、その照射系からその基板にその第２光束が照射されるときに、その第１検出系で計測される面位置情報のオフセットを補正して得られる面位置情報に基づいて、その駆動機構を制御してその第２検出系に対するその基板の合焦を行う合焦制御装置と、を備えるものである。

また、第４の態様によれば、露光光でパターンを介して物体を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、本発明のマーク検出装置を備え、そのマーク検出装置の複数のマークの検出結果に基づいてその物体とそのパターンとの位置合わせを行うものである。
また、第５の態様によれば、本発明の露光方法又は露光装置を用いて物体に感光パターンを形成することと、その露光された物体をその感光パターンに基づいて処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明によれば、マーク検出系（第２検出系）に対する第２基板の表面の第２の面位置情報を計測し、その第２の面位置情報のオフセットを補正して得られる面位置情報に基づいて、そのマーク検出系に対するその第２基板の裏面の合焦を行うことができる。この状態で、そのマーク検出系からその第２基板を透過する第２の波長の光を含む第２光束をその第２基板に照射して、その第２基板の裏面の第２マークを検出することにより、物体の裏面に設けられた被検マークの位置情報を高精度に検出できる。

実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。 図１のウエハアライメント装置を示す図である。 アライメント系でウエハの裏面のウエハマークを検出している状態を示す図である。 ＡＦ系の検出結果のオフセットを求める方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は撮像信号の一例を示す図、（Ｂ）フォーカス信号の一例を示す図である。 アライメント方法及び露光方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は基板の表面のマークを検出しているアライメント系を示す図、（Ｂ）は基板の裏面のマークを検出しているアライメント系を示す図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

本発明の実施形態の一例につき図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、一例として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（走査型露光装置）である。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、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とウエハ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軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

図１において、露光装置ＥＸは、露光用の照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲを照明する照明系１０、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷの表面に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。さらに、露光装置ＥＸは、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御装置２０（図２参照）と、ウエハＷの表面に設けられたアライメントマークとしてのウエハマークの検出を行うウエハアライメント装置４８とを備えている。

照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、光源と、照明光学系とを有し、照明光学系は、一例として回折光学素子または空間光変調器等を含む光量分布形成光学系と、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ又はロッドインテグレータなど）と、レチクルブラインド等（いずれも不図示）とを有する。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲのパターン面（レチクル面）のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度分布で照明する。照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。

レチクルステージＲＳＴの上面には、回路パターンなどが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージＲＳＴは、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。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１１６によって、移動鏡１５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１１６の計測値は、図２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ステージ駆動系１２４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。

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、該鏡筒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。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）を有する。投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲ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に共役な領域）に形成される。ウエハＷ（半導体ウエハ）は、例えば直径が２００ｍｍから４５０ｍｍ程度の円板状のシリコン等よりなる基材の表面に、感光剤（感光層）であるフォトレジストを所定の厚さ（例えば数１０〜２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。本実施形態のウエハＷの各ショット領域には、これまでのパターン形成工程によって所定の単層又は複数層の回路パターン及び対応するウエハマークが形成されている。なお、露光対象のウエハの中には、複数層の基板を貼り合わせて構成され、その最上層の基板の裏面にウエハマークが形成されているものもある。その最上層の基板は、近赤外光をウエハマークが検出できる程度は透過する材料から形成されている。

なお、露光装置ＥＸでは、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１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８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を供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な回収口とを有する。その供給口は、供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置（不図示）に接続されている。その回収口は、回収管３１Ｂを介して、液体Ｌｑを回収可能な液体回収装置（不図示）に接続されている。局所液浸装置としては、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書等に開示されている装置を使用できる。

図１において、ベース盤１２の上面にウエハステージＷＳＴが配置され、ウエハステージＷＳＴの位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向の角度）を計測するＹ軸干渉計を含むウエハ干渉計１６が設けられている。ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に移動するＸＹステージを有するステージ本体９１と、ステージ本体９１の上面に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対してＺ方向、θｘ方向、及びθｙ方向にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）を相対的に微小駆動するＺステージ１２５（図２参照）とを備えている。ウエハ干渉計１６の計測値は、図２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ステージ制御系１２４を介してそのＸＹステージの動作を制御する。主制御装置２０はステージ１２５の動作を制御する。

ウエハテーブルＷＴＢの中央には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同じ高さの、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成された低熱膨張率のプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８の一部には、ベースライン計測用の基準マークが形成されるとともに、レチクルＲのパターンの像の位置を計測するためのスリットが形成された基準部材ＦＭ（図２参照）が設けられている。基準部材ＦＭの底面には、そのスリットを通過した光束を受光する空間像計測装置４５（図５参照）が設けられている。

また、投影光学系ＰＬの側面にウエハＷのウエハマークの位置情報を検出するアライメント系５０の光学系が配置されている。アライメント系５０の光学系は、不図示のフレームに支持されている。本実施形態のアライメント系５０は、画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系である。
図２は、図１中のアライメント系５０を含むウエハアライメント装置４８の構成を示す。図２において、アライメント系５０は、ウエハマークを照明する照明系４９Ｃと、ウエハマークの像を検出する検出系４９Ａと、検出系４９Ａに対する被検面のデフォーカス量（面位置情報）を検出するオートフォーカス用の面位置検出系（以下、ＡＦ系という）４９Ｂとを備えている。さらに、アライメント系５０は、検出信号処理系１２７及びオフセット補正系１２９を備えている（詳細後述）。

アライメント時には、光ガイド５１から可視光から近赤外光までの波長域を含む広帯域の光が射出される。光ガイド５１から射出された光は波長選択フィルタ５２Ａを通過して可視光（波長４００〜７５０ｎｍ程度）のアライメント光ＩＬ１が選択される。波長選択フィルタ５２Ａは交換装置５２Ｄによって近赤外光（波長７６０ｎｍ〜２．５μｍ程度）を選択する波長選択フィルタ５２Ｂと交換可能である。なお、アライメント光の波長を切り替える場合には、光源自体を切り替えてもよい。

アライメント光ＩＬ１は、レンズ系５３Ａ及び５３Ｂを介してビームスプリッター５４Ａに入射する。ビームスプリッター５４Ａで−Ｚ方向に反射されたアライメント光ＩＬ１は、ビームスプリッター５４Ｂ及び第１対物レンズ５５を介してウエハＷの表面のウエハマークＷＭ１に照射される。ウエハマークＷＭ１はフォトレジスト層ＰＲで覆われている。光ガイド５１、波長選択フィルタ５２Ａ，５２Ｂ、交換装置５２Ｄ、レンズ系５３Ａ及び５３Ｂ、ビームスプリッター５４Ａ及び５４Ｂ、及び第１対物レンズ５５から照明系４９Ｃが構成されている。

ウエハマークＷＭ１で反射されたアライメント光ＩＬ１は、第１対物レンズ５５、ビームスプリッター５４Ｂ，５４Ａ、及び第２対物レンズ５６を介して、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ型の２次元の撮像素子５７の受光面にウエハマークＷＭ１の像を形成する。第１対物レンズ５５、ビームスプリッター５４Ｂ，５４Ａ、第２対物レンズ５６、及び撮像素子５７から検出系４９Ａが構成されている。検出系４９Ａの光軸はＺ軸に平行である。撮像素子５７の撮像信号を例えば非計測方向に積算して得られる検出信号ＤＳが検出信号処理系１２７に供給される。

検出信号処理系１２７では、オフセットを求める際には検出信号ＤＳをオフセット補正系１２９に供給する。通常のアライメント時には、検出信号処理系１２７は、検出信号ＤＳを例えば所定のスライスレベルで２値信号に変換し、この２値信号から撮像素子５７の特定の画素を基準としてウエハマークＷＭ１のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を求め、位置ずれ量を主制御装置２０を介してＥＧＡ演算部１２６に供給する。ＥＧＡ演算部１２６では、その位置ずれ量に主制御装置２０から供給されるウエハステージＷＳＴの座標（Ｘ，Ｙ）を加算して、ウエハステージＷＳＴの座標で規定される座標系（ステージ座標系）におけるウエハマークの座標を求める。

また、検出系４９Ａに対するデフォーカス量を検出するために、光ガイド５８から可視光を含む波長域の光が射出される。光ガイド５８から射出された光は波長選択フィルタ５９を通過して可視光（波長４００〜７５０ｎｍ程度）のフォーカス検出光ＡＦＬが選択される。波長選択フィルタ５９を通過したフォーカス検出光ＡＦＬは、集光レンズ６０によってスリットパターンが形成されたスリット板６１を照明する。スリットパターンから射出されるフォーカス検出光ＡＦＬは、ビームスプリッター６２で反射され、レンズ系６３を介してビームスプリッター５３Ｂに入射する。ビームスプリッター５３Ｂで反射されたフォーカス検出光ＡＦＬは、第１対物レンズ５５を介してウエハＷの表面（フォトレジスト層ＰＲの裏面）の検出系４９Ａの検出領域（ここではウエハマークＷＭ１が形成されている領域）内に、そのスリットパターンの像を形成する。そのウエハＷの表面で反射されたフォーカス検出光ＡＦＬは、第１対物レンズ５５、ビームスプリッター５４Ｂ、レンズ系６３、ビームスプリッター６２、及びレンズ系６４を介して瞳分割用のミラー６５に入射する。ミラー６５でＸ方向に分かれて反射された光束はレンズ系６６を介して一次元のラインセンサ６７の受光面に、Ｘ方向に離れた２つのスリットパターンの像を形成する。ラインセンサ６７の検出信号がフォーカス信号処理系１２８に供給される。なお、ラインセンサ６７の代わりに２次元の撮像素子も使用可能である。

光ガイド５８からレンズ系６３までの光学部材、ビームスプリッター５４Ｂ、第１対物レンズ５５、レンズ系６４からラインセンサ６７までの光学部材、及びフォーカス信号処理系１２８を含んでＡＦ系４９Ｂが構成されている。フォーカス信号処理系１２８は、ラインセンサ６７の検出信号からその２つのスリットパターンの像の間隔と所定の基準の間隔との差分に対応するフォーカス信号ＦＳを生成し、生成したフォーカス信号ＦＳをオフセット補正系１２９に供給する。オフセット補正系１２９は、そのフォーカス信号ＦＳに対応するデフォーカス量を後述の第１のオフセットで補正したデフォーカス量を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、アライメント時に、そのデフォーカス量に基づいてＺステージ１２５を駆動して、被検マーク（被検面）のアライメント系５０（検出系４９Ａ）に対する合焦を行う。この場合、アライメント光ＩＬ１を用いた場合の検出系４９Ａのベストフォーカス位置と、ＡＦ系４９Ｂで検出されるベストフォーカス位置とのＺ方向の差分である第１のオフセットの初期値は０である。実際には、その第１のオフセットは後述のキャリブレーションによって補正量δＺ１が加算される。

また、図３に示すように、ウエハＷの裏面のウエハマークＷＭ２が検出対象である場合には、光ガイド５１から射出される光から波長選択フィルタ５２Ｂによって近赤外光（波長７６０ｎｍ〜２．５μｍ程度）よりなるアライメント光ＩＬ２が選択され、アライメント光ＩＬ２がウエハＷを透過してウエハＷの裏面のウエハマークＷＭ２に照射される。この場合のウエハＷの基材は、近赤外光に対して少なくとも裏面のマークが観察できる程度の透過率を有する。そして、ウエハマークＷＭ２で反射されたアライメント光ＩＬ２が第１対物レンズ５５等を介して撮像素子５７の受光面にウエハマークＷＭ２の像を形成する。撮像素子５７の検出信号を図２の検出信号処理系１２７で処理することで、ウエハマークＷＭ２の位置ずれ量が求められる。

また、図３において、ＡＦ系４９Ｂからは可視光のフォーカス検出光ＡＦＬがウエハＷの表面に照射され、ウエハＷの表面からのフォーカス検出光ＡＦＬの反射光がＡＦ系４９Ｂのラインセンサ６７の受光面に２つのスリットパターンの像を形成する。ラインセンサ６７の検出信号をフォーカス信号処理系１２８で処理して得られるフォーカス信号ＦＳがオフセット補正系１２９に供給され、そのフォーカス信号ＦＳに対応するデフォーカス量を後述の第２のオフセットで補正したデフォーカス量を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、アライメント時に、そのデフォーカス量に基づいてＺステージ１２５を駆動して、被検マークのアライメント系５０（検出系４９Ａ）に対する合焦を行う。この場合、アライメント光ＩＬ２を用いた場合の検出系４９Ａのベストフォーカス位置と、ＡＦ系４９Ｂで検出されるベストフォーカス位置とのＺ方向の差分である第２のオフセットは初期値ではＺｏｆである。実際には、その第２のオフセットには後述のキャリブレーションによって補正量δＺ２が加算される。なお、アライメント光ＩＬ１とアライメント光ＩＬ２とでは、波長が異なるため、検出系４９Ａにおける軸上色収差の相違によってベストフォーカス位置が異なっている。

図１に戻り、本実施形態の露光装置ＥＸは、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、多点ＡＦ系と略述する）（不図示）を備えている。この多点ＡＦ系の検出結果に基づいて、露光時に投影光学系ＰＬの像面に対するウエハＷの各ショット領域の合焦が行われる。

ウエハＷの露光時には、主制御装置２０は、レチクルＲのパターンに応じて照明条件を設定する。そして、レチクルＲのアライメント及びウエハアライメント装置４８を用いたウエハＷのアライメントが行われた後、ウエハステージＷＳＴの移動（ステップ移動）によってウエハＷが走査開始位置に移動する。その後、照明光ＩＬの発光を開始して、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬによる像でウエハＷを露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを介してレチクルＲ及びウエハＷを投影倍率を速度比として同期して移動することで、ウエハＷの一つの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。このようにウエハＷのステップ移動と走査露光とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が露光される。

次に、本実施形態の露光装置ＥＸにおいて、アライメント系５０のＡＦ系４９Ｂで検出されるデフォーカス量のオフセットを求める方法（キャリブレーション方法）の一例につき図４のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御装置２０によって制御される。
先ず、図４のステップ３０２において、図２に示すように、ウエハステージＷＳＴに表面にウエハマークが設けられたウエハ（ウエハＷとする）がロードされ、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷのウエハマークＷＭ１が検出系４９Ａの検出領域に移動する。なお、例えば不図示のサーチアライメントマークの検出等によって、ウエハＷの大まかなアライメントが行われている（以下同様）。次のステップ３０４において、照明系４９Ｃで可視光のアライメント光ＩＬ１を選択してウエハＷに照射し、検出系４９Ａの撮像素子５７から出力される検出信号ＤＳを検出信号処理系１２７からオフセット補正系１２９に供給する。これと並行して、ＡＦ系４９Ｂで検出されるフォーカス信号ＦＳもオフセット補正系１２９に供給される。この状態でウエハステージＷＳＴのＺステージ１２５を介してウエハＷをＺ方向に移動する。

この結果、図５（Ａ）に示すように、検出信号ＤＳはウエハＷのＺ位置に応じてコントラストが変化し、図５（Ｂ）に示すように、フォーカス信号ＦＳは被検面のＺ位置に応じて変化する。そこで、オフセット補正系１２９は、一例として、検出信号ＤＳのコントラストが最大になるときのＺ位置を検出系４９Ａのベストフォーカス位置として、このときのフォーカス信号ＦＳ１から求められるＺ位置を第１のオフセットの補正量δＺ１とする。この補正量δＺ１が記憶される。

次のステップ３１０において、図３に示すように、ウエハステージＷＳＴに裏面にウエハマークＷＭ２が設けられたウエハ（ウエハＷとする）がロードされ、ウエハステージＷＳＴの駆動によりウエハＷのウエハマークＷＭ２が検出系４９Ａの検出領域に移動する。次のステップ３１２において、照明系４９Ｃで近赤外光のアライメント光ＩＬ２を選択してウエハＷに照射し、検出系４９Ａの撮像素子５７から出力される検出信号ＤＳを検出信号処理系１２７からオフセット補正系１２９に供給する。これと並行して、ＡＦ系４９Ｂで検出されるフォーカス信号ＦＳもオフセット補正系１２９に供給される。この状態でウエハステージＷＳＴのＺステージ１２５を駆動してウエハＷをＺ方向に移動する。

オフセット補正系１２９は、一例として、検出信号ＤＳのコントラストが最大になるときのＺ位置を検出系４９Ａのベストフォーカス位置として、このときの図５（Ｂ）のフォーカス信号ＦＳ２に対応するＺ位置を第２のオフセットの補正量δＺ２とする。この補正量δＺ２が記憶される。これによって、アライメント系５０のＡＦ系４９Ｂによるデフォーカス量の検出結果のオフセットの補正値が求められたことになる。

次に、本実施形態の露光装置ＥＸにおけるアライメント及び露光動作の一例につき、図６のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御装置２０によって制御される。
先ず、図１のレチクルステージＲＳＴにレチクルＲ１をロードし、主制御装置２０は、不図示の露光データファイルより露光対象のウエハの情報を読み出し、この情報から、検出対象のウエハマークがウエハの最上層（又は単層）の基板の表面又は裏面のどちらに形成されているのかを認識する。ここでは、被検マークは単層の基板の表面にあるとする。

その後、図６のステップ３２０において、図７（Ａ）に示すように、ウエハＷ１がウエハステージＷＳＴにロードされる。一例として、ウエハＷ１は、厚さｄ１が７８０μｍ程度のシリコンの平板の基材よりなる基板７０の第１面Ｂ１（ここでは表面）の各ショット領域にウエハマーク７１を付設し、かつ第１面Ｂ１に所定の厚さのフォトレジスト層ＰＲ１を形成したものである。次のステップ３２２において、主制御装置２０はアライメント系５０の照明系４９Ｃで可視光のアライメント光ＩＬ１を設定し、オフセット補正系１２９に可視光用のオフセットを設定させる。ここでは、オフセットとしてステップ３０８で求めた補正値δＺ１が設定される。

次のステップ３２４において、ウエハマーク７１を検出系４９Ａの検出領域内に移動し、ＡＦ系４９Ｂからフォーカス検出光ＡＦＬを照射して、第１面Ｂ１のデフォーカス量ΔＦ１を計測する。次のステップ３２６において、主制御装置２０がそのデフォーカス量ΔＦ１を相殺するようにＺステージ１２５を駆動することによって、オートフォーカス方式で第１面Ｂ１が検出系４９Ａのベストフォーカス位置に合焦される。この状態で、検出系４９Ａによってウエハマーク７１の像の位置ずれ量を検出し、検出結果をＥＧＡ演算部１２６に供給する。実際には、ウエハＷ１の所定の複数のアライメントショットに付設されたウエハマークの位置が検出される。次のステップ３２８において、ＥＧＡ演算部１２６は、計測された複数のウエハマークの座標を用いて例えばＥＧＡ方式でウエハＷ１のショット領域の配列座標を算出する。次のステップ３３０において、その配列座標に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動することで、レチクルＲ１のパターンの像がウエハＷ１の各ショット領域に露光される。露光後のウエハＷ１は、不図示のコータ・デベロッパで現像される（ステップ３３２）。次のステップ３３４において、ウエハＷ１は不図示のエッチング装置等においてパターン形成が行われる。さらに、パターン形成後のウエハＷ１の裏面を薄くした後、ウエハＷ１の表面（第１面に）接着剤を介してウエハサポート基板を固定することでウエハＷ２が製造される。この場合、ウエハＷ２の表面は薄く加工されたウエハＷ１の裏面であり、ウエハＷ２の表面（第２面）にフォトレジストが塗布される。

このときに、露光装置ＥＸ側では、図１のレチクルステージＲＳＴにレチクルＲ２をロードし、主制御装置２０は、不図示の露光データファイルより検出対象のウエハマークがウエハの最上層（又は単層）の基板の表面又は裏面のどちらに形成されているのかを認識する。ここでは、被検マークは最上層の基板の裏面にあるとする。
その後、図６のステップ３３６において、図７（Ｂ）に示すように、ウエハＷ２がウエハステージＷＳＴにロードされる。一例として、ウエハＷ２は、厚さｄ２が１００μｍ程度のシリコンの基板７０ａの第１面（ここでは裏面）に接着剤７２を介して厚さｄ３が７８０μｍ程度の絶縁体等からなるウエハサポート基板７３を固定したものである。さらに、ウエハＷ２の最上層の基板７０ａの第２面Ｂ２（ここでは表面）にフォトレジスト層ＰＲ２が形成され、基板７０ａの第１面Ｂ１（ここでは裏面）の各ショット領域に対応する位置にウエハマーク７１が形成されている。なお、図７（Ｂ）のウエハマーク７１は、図７（Ａ）のウエハマーク７１と異なっていてもよい。

次のステップ３３８において、主制御装置２０はアライメント系５０の照明系４９Ｃで近赤外光のアライメント光ＩＬ２を設定し、オフセット補正系１２９に近赤外光用のオフセットを設定させる。ここでは、オフセットとしてステップ３１６で求めた補正値δＺ２が設定される。
次のステップ３４０において、ウエハＷ２のウエハマーク７１を検出系４９Ａの検出領域内に移動し、ＡＦ系４９Ｂからフォーカス検出光ＡＦＬを照射して、第２面Ｂ２のデフォーカス量ΔＦ２を計測する。次のステップ３４２において、主制御装置２０がそのデフォーカス量ΔＦ２を相殺するようにＺステージ１２５を駆動することによって、オートフォーカス方式で第１面Ｂ１が検出系４９Ａのベストフォーカス位置に合焦される。この状態で、検出系４９Ａによって基板７０ａの第１面Ｂ１（ここでは裏面）のウエハマーク７１の像の位置ずれ量を検出し、検出結果をＥＧＡ演算部１２６に供給する。実際には、ウエハＷ２の所定の複数のアライメントショットに付設されたウエハマークの位置が検出される。次のステップ３４４において、ＥＧＡ演算部１２６は、計測された複数のウエハマークの座標を用いて例えばＥＧＡ方式でウエハＷ２のショット領域の配列座標を算出する。次のステップ３４６において、その配列座標に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動することで、レチクルＲ２のパターンの像がウエハＷ２の各ショット領域の第２面Ｂ２（表面）に露光される。露光後のウエハＷ２は、不図示のコータ・デベロッパで現像された後（ステップ３４８）、不図示のエッチング装置等でパターン形成が行われる（ステップ３５０）。

このようにして、本実施形態によれば、基板（ウエハ）の表面又は裏面のどの面にウエハマークがある場合でも、アライメント系５０を用いてオートフォーカス方式でそのウエハマークの位置情報を高精度に検出できる。従って、基板の裏面のパターンとの位置合わせを高精度に行うようにして、その表面にパターンを露光できるため、３次元構造の電子デバイスを高精度に製造できる。

上述のように本実施形態のウエハアライメント装置４８は、ウエハＷの表面のデフォーカス量を計測するＡＦ系４９Ｂと、ウエハＷの表面で反射する可視光のアライメント光ＩＬ１及びウエハＷ（又はこの最上層の基板）を透過する近赤外光のアライメント光ＩＬ２を切り換えてウエハＷに照射する照明系４９Ｃと、ウエハＷから戻されるアライメント光ＩＬ１を含む第１反射光又はアライメント光ＩＬ２を含む第２反射光を受光してウエハＷの表面のウエハマークＷＭ１又はウエハＷの裏面のウエハマークＷＭ２の像を検出する検出系４９Ａと、を有する。さらに、ウエハアライメント装置４８は、検出系４９Ａの光軸方向（Ｚ方向）に検出系４９ＡとウエハＷとの相対位置を調整するＺステージ１２５と、照明系４９ＣからウエハＷにアライメント光ＩＬ２が照射されるときに、ＡＦ系４９Ｂで計測されるデフォーカス量を、補正量δＺ２だけ補正されたオフセットを用いて補正して得られるデフォーカス量に基づいて、Ｚステージ１２５を制御して検出系４９Ａに対するウエハＷの合焦を行う主制御装置２０と、を備えている。

また、ウエハアライメント装置４８によるウエハマークの検出方法は、ウエハＷ１の表面のデフォーカス量を計測するステップ３２４と、このデフォーカス量に基づいてウエハＷ１の表面の検出系４９Ａに対する合焦を行いつつ、ウエハＷ１の表面で反射する波長の光を含むアライメント光ＩＬ１を用いてウエハＷ１の表面のウエハマーク７１を検出するステップ３２６と、ウエハＷ２（基板７０ａ）の表面のデフォーカス量を計測するステップ３４０と、このデフォーカス量をオフセットで補正して得られるデフォーカス量に基づいて、検出系４９Ａに対するウエハＷ２の最上層の基板７０ａの裏面の合焦を行いつつ、基板７０ａを透過するアライメント光ＩＬ２を用いて基板７０ａの裏面のウエハマーク７１を検出するステップ３４２と、を含んでいる。

本実施形態によれば、検出系４９Ａに対するウエハＷ２（基板７０ａ）の表面のデフォーカス量を計測し、そのデフォーカス量を補正して得られるデフォーカス量に基づいて、そのマーク検出系に対するその第２基板の裏面の合焦を行うことができる。この状態で、検出系４９Ａから基板７０ａを透過するアライメント光ＩＬ２を基板７０ａに照射して、基板７０ａの裏面のウエハマーク７１を検出することにより、基板７０ａの裏面に設けられたウエハマーク７１の位置情報を高精度に検出できる。

なお、ウエハアライメント装置４８の検出対象の表面にウエハマークがある基板と、裏面にウエハマークがある基板とは同一でもよく、異なっていてもよい。
また、本実施形態の露光装置ＥＸは、照明光ＩＬでレチクルＲ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、ウエハアライメント装置４８を備え、ウエハアライメント装置４８のアライメント系５０の検出結果に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷとレチクルＲのパターンとの位置合わせを行っている。

また、露光装置ＥＸによる露光方法は、ウエハアライメント装置４８を用いたアライメント方法を用いてウエハ（又は最上層の基板）の表面又は裏面の複数のウエハマークの位置情報を検出するステップ３２６，３４２、この検出結果に基づいて、ウエハＷとレチクルＲのパターンとの位置合わせを行いながらウエハＷを露光するステップ３３０，３４６とを含んでいる。

これらの露光装置ＥＸ及び露光方法によれば、必要に応じてウエハ（基板）の裏面のウエハマークの位置情報を高精度に検出できるため、ウエハ（基板）の裏面のパターンと表面に露光するパターンとの重ね合わせ精度を向上できる。
なお、本実施形態では、アライメント系５０は一軸であるが、アライメント系５０は複数軸であってもよい。

また、上記の実施形態の露光装置（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（マイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図８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マスク（レチクル）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）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置ＥＸ（露光方法）によりレチクルのパターンを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。

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又は露光方法を用いて基板（物体）を露光することと、その露光された基板を現像する（処理する）ことと、を含んでいる。この際に、基板の裏面のウエハマークも高精度に検出できるため、３次元構造の電子デバイスを高精度に製造できる。
なお、上記の実施形態において、上述の走査露光型の露光装置（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（ステッパー等）も使用できる。さらに、液浸型露光装置以外の、ドライ露光型の露光装置も同様に使用することができる。

また、上記の実施形態は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などの電子デバイス（マイクロデバイス）だけでなく、光露光装置及びＥＵＶ露光装置などで使用されるマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

このように、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。

ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＭ１，ＷＭ２…ウエハマーク、２０…主制御装置２０、４８…ウエハアライメント装置、４９Ａ…検出系、４９Ｂ…ＡＦ系、４９Ｃ…照明系、７１…ウエハマーク、１２５…Ｚステージ

Claims (14)

1. 基板に設けられたマークの位置情報を検出するマーク検出方法であって、
   マーク検出系に対する第１基板の表面の第１の面位置情報を計測することと、
   前記第１の面位置情報に基づいて前記マーク検出系に対する前記第１基板の表面の合焦を行いつつ、前記マーク検出系から前記第１基板の表面で反射する第１の波長の光を含む第１光束を前記第１基板に照射して前記第１基板の表面の第１マークを検出することと、
   前記マーク検出系に対する第２基板の表面の第２の面位置情報を計測することと、
   前記第２の面位置情報のオフセットを補正して得られる面位置情報に基づいて、前記マーク検出系に対する前記第２基板の裏面の合焦を行いつつ、前記マーク検出系から前記第２基板を透過する第２の波長の光を含む第２光束を前記第２基板に照射して前記第２基板の裏面の第２マークを検出することと、
   を含むことを特徴とするマーク検出方法。
2. 前記マーク検出系によって前記第２基板の裏面の前記第２マークを検出するときに、前記マーク検出系の光軸方向に前記マーク検出系と前記第２基板との相対位置を変化させて、前記第２マークの像のコントラストの変化に基づいて前記オフセットを補正すること、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のマーク検出方法。
3. 前記マーク検出系に対する前記第１基板又は第２基板の表面の面位置情報を計測するときに、それぞれ
   前記マーク検出系から前記第１基板又は第２基板に前記第１基板又は第２基板で反射する第３の波長の光を含む光束を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載のマーク検出方法。
4. 前記第１及び前記第３の波長の光は可視光であり、前記第２の波長の光は近赤外光であることを特徴とする請求項３に記載のマーク検出方法。
5. 前記第２基板の前記第２マークが形成されている裏面は、接着層を介してベース基板に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
6. 露光光で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１〜５のいずれか一項に記載のマーク検出方法を用いて第１基板の表面の第１マークを検出する工程と、
   該検出結果に基づいて前記第１基板と転写対象のパターンとの位置合わせを行って、前記第１基板を露光する工程と、
   前記マーク検出方法を用いて第２基板の裏面の第２マークを検出する工程と、
   該検出結果に基づいて前記第２基板と転写対象のパターンとの位置合わせを行って、前記第２基板を露光する工程と、
   を含むことを特徴とする露光方法。
7. 基板に設けられたマークの位置情報を検出するマーク検出装置において、
   前記基板の表面の面位置情報を計測する第１検出系と、
   前記基板の表面で反射する第１の波長の光を含む第１光束及び前記基板を透過する第２の波長の光を含む第２光束を切り換えて前記基板に照射する照射系と、
   前記基板から戻される前記第１の波長の光を含む第１反射光又は前記第２の波長の光を含む第２反射光を受光して前記基板の表面の第１マーク又は前記基板の裏面の第２マークの像を検出する第２検出系と、
   前記第２検出系の光軸方向に前記第２検出系と前記基板との相対位置を調整する駆動機構と、
   前記照射系から前記基板に前記第２光束が照射されるときに、前記第１検出系で計測される面位置情報のオフセットを補正して得られる面位置情報に基づいて、前記駆動機構を制御して前記第２検出系に対する前記基板の合焦を行う合焦制御装置と、
   を備えることを特徴とするマーク検出装置。
8. 前記合焦制御装置は、
   前記第２検出系によって前記基板の裏面の前記第２マークを検出するときに、前記駆動機構を介して前記第２検出系と前記基板との相対位置を変化させて、前記第２マークの像のコントラストの変化に基づいて前記オフセットを補正することを特徴とする請求項７に記載のマーク検出装置。
9. 前記第１検出系は、前記基板に前記基板で反射される第３の波長の光を含む光束を照射し、前記基板の表面からの反射光を検出することを特徴とする請求項７又は８に記載のマーク検出装置。
10. 前記第１の波長及び前記第３の波長の光は可視光であり、前記第２の波長の光は近赤外光であることを特徴とする請求項９に記載のマーク検出装置。
11. 前記基板の裏面に前記第２マークが形成されている状態で、前記基板の裏面は、接着層を介してベース基板に固定されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
12. 露光光でパターンを介して物体を露光する露光装置において、
    請求項７〜１１のいずれか一項に記載のマーク検出装置を備え、
    前記マーク検出装置による複数のマークの検出結果に基づいて前記物体と前記パターンとの位置合わせを行うことを特徴とする露光装置。
13. 請求項６に記載の露光方法を用いて基板に感光パターンを形成することと、
    前記露光された基板を前記感光パターンに基づいて処理することと、
    を含むデバイス製造方法。
14. 請求項１２に記載の露光装置を用いて基板に感光パターンを形成することと、
    前記露光された基板を前記感光パターンに基づいて処理することと、
    を含むデバイス製造方法。

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