(57)【要約】      （修正有）【課題】基板保持部に保持された基板の基板保持部の側の面に設けられたマークを観察するのに有利なリソグラフィ装置を提供する。【解決手段】基板４にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、基板を保持する基板保持部５２と、基板保持部に取り付けられる鏡筒ＶＬと、鏡筒に収容され、基板保持部の側の第１面に設けられたマークＡＭの像ＩＭを形成する光学系６と、を有し、単位熱量に対する鏡筒及び光学系の膨張量は、単位熱量に対する基板保持部の膨張量よりも小さく、光学系は、光学系の物体面に位置するマークを平行移動させた像を光学系の像面に形成するように構成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に取り付けられる鏡筒と、
前記鏡筒に収容され、前記基板の前記基板保持部の側の第１面に設けられたマークの像を形成する光学系と、を有し、
単位熱量に対する前記鏡筒及び前記光学系の膨張量は、単位熱量に対する前記基板保持部の膨張量よりも小さく、
前記光学系は、前記光学系の物体面に位置する前記マークを平行移動させた像を前記光学系の像面に形成するように構成されていることを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項２】
前記光学系は、前記光学系の物体面に位置する前記マークの正立正像を前記光学系の像面に形成するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
【請求項３】
前記光学系は、前記基板保持部に保持された前記基板の前記第１面とは反対側の第２面を含む平面内に前記マークの像を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のリソグラフィ装置。
【請求項４】
前記光学系は、前記マークを平行移動させた像を形成するための、隣接する反射面が直交するように構成されたダハプリズム又はダハミラーを含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項５】
前記光学系は、前記マークの中間像を形成するように構成され、
前記光学系は、前記マークを平行移動させた像を形成するための、前記光学系の光軸と平行な方向に関して像を反転させるペンタプリズム又はペンタミラーを含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項６】
前記光学系によって形成された前記マークの像を撮像する撮像部を更に有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項７】
前記マークを赤外光で照明する照明部を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項８】
レチクルのパターンを前記基板に投影する投影光学系を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項９】
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面を有する基板保持部と、
前記基板保持部に取り付けられる鏡筒と、
前記鏡筒に収容され、前記基板の前記基板保持部の側の第１面に設けられたマークの像を形成する光学系と、を有し、
単位熱量に対する前記鏡筒及び前記光学系の膨張量は、単位熱量に対する前記基板保持部の膨張量よりも小さく、
前記光学系は、前記光学系の物体面に位置する前記マークを平行移動させた像を前記光学系の像面に形成するように構成されていることを特徴とする基板保持装置。
【請求項１０】
基板に設けられたマークを検出する検出装置であって、
前記基板を保持する請求項９に記載の基板保持装置と、
前記基板保持装置の光学系の像面に形成された前記マークの像を検出する検出部と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、
前記工程で前記パターンが形成された前記基板を処理する工程と、
処理された前記基板から物品を製造する工程と、
を有することを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ装置、基板保持装置、検出装置及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの製造工程では、基板の両面に対して露光を行うことがある。このような場合、基板の一方の面（例えば、表面）に露光を行う際に、基板の他方の面（例えば、裏面）に形成されたフィーチャとの位置を正確に合わせることが必要となる。
【０００３】
基板の材料がシリコン（Ｓｉ）であれば、シリコンを透過する赤外線を用いて、基板の表面側から基板の裏面のマークを観察することでアライメントを行うことができる。但し、デバイスの製造工程において、基板上に金属層などの不透明な層が存在している場合には、シリコンを透過する赤外線を用いても基板の裏面のマークを観察することはできない。
【０００４】
そこで、基板の裏面側、例えば、基板ステージや基板チャックなどの基板を保持する基板保持部に、基板の裏面のマークを観察する観察光学系を設ける（内蔵させる）技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された観察光学系は、２つの折り曲げミラーを用いて、基板の裏面のマークの像を基板の表面とほぼ同じレベルに結像している。この際、基板の裏面のマークは、観察光学系の光軸に対して反転して結像される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２８０２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
露光装置では、露光に伴って、基板ステージや基板チャックなどの基板保持部に露光エネルギーが蓄積し、基板保持部の温度が上昇することが知られている。基板保持部の温度が上昇すると、基板保持部が熱膨張し、基板保持部に設けられている観察光学系の位置が変化する。これにより、観察光学系によって結像されたマークの像の位置が変化してしまうため、アライメントエラーが引き起こされるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、基板保持部に保持された基板の基板保持部の側の面に設けられたマークを観察するのに有利なリソグラフィ装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのリソグラフィ装置は、基板にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、前記基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に取り付けられる鏡筒と、前記鏡筒に収容され、前記基板の前記基板保持部の側の第１面に設けられたマークの像を形成する光学系と、を有し、単位熱量に対する前記鏡筒及び前記光学系の膨張量は、単位熱量に対する前記基板保持部の膨張量よりも小さく、前記光学系は、前記光学系の物体面に位置する前記マークを平行移動させた像を前記光学系の像面に形成するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、例えば、基板保持部に保持された基板の基板保持部の側の面に設けられたマークを観察するのに有利なリソグラフィ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】本実施形態における観察光学系の構成を示す概略図である。
【図３】本実施形態で用いるダハプリズムの正投影図である。
【図４】本実施形態における観察光学系の位置の変化によって、アライメントマークの像が受ける影響を説明するための図である。
【図５】本実施形態における観察光学系に用いるダハプリズムの構成を説明するための図である。
【図６】本実施形態における観察光学系の構成を示す概略図である。
【図７】本実施形態で用いるペンタプリズムの正投影図である。
【図８】従来技術における観察光学系の構成を示す概略図である。
【図９】観察光学系の配置の一例を示す図である。
【図１０】アライメントマークの像からアライメントマークの位置を求める処理を説明するための図である。
【図１１】基板チャックの一例を示す概略斜視図である。
【図１２】鏡筒の一例を示す概略斜視図である。
【図１３】アライメントマークの像からアライメントマークの位置を求める過程において、騙されが発生するメカニズムを説明するための図である。
【図１４】従来技術における観察光学系の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、基板４にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、本実施形態では、レチクル２に形成されたパターンを、投影光学系３を介して基板４に投影して基板４を露光する。露光装置１は、レチクル２のパターンを投影する投影光学系３と、基板４を保持する基板チャック５２と、基板ステージ５４と、基板チャック５２に内蔵された観察光学系６と、スコープ７と、ＣＰＵやメモリなどを含む制御部８とを有する。
【００１４】
基板チャック５２（基板保持部）は、基板４を吸着して保持（固定）する。基板ステージ５４は、基板チャック５２を保持して移動可能なステージであって、基板チャック５２に保持された基板４を位置決めする。
【００１５】
本実施形態における観察光学系６を説明する前に、従来技術における観察光学系１０００について説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、従来技術における一般的な観察光学系１０００の構成を示す概略図である。図８（ａ）は、基板４の側方から見た観察光学系１０００を示しており、図８（ｂ）は、基板４の上方から見た観察光学系１０００を示している。ここでは、観察光学系１０００は、基板チャック５２に内蔵されているものとする。
【００１６】
基板チャック５２に保持された基板４の裏面（基板４の基板チャック５２の側の第１面）には、アライメントマークＡＭが形成されている。観察光学系１０００は、アライメントマークＡＭを基板４の裏面側から観察（検出）し、アライメントマークＡＭの像（実像）ＩＭを基板４の表面（基板４の第１面とは反対側の第２面）とほぼ同じレベルに形成（結像）する。観察光学系１０００によって形成された像ＩＭを、スコープ（アライメント顕微鏡）７を用いて観察することによって、基板４の位置合わせ（アライメント）を行う。
【００１７】
観察光学系１０００は、アライメントマークＡＭの像ＩＭを基板４の表面とほぼ同じレベルに形成するために、２つの折り曲げミラー１０１１及び１０１２を含む。折り曲げミラー１０１１及び１０１２は、図８（ａ）に示すように、アライメントマークＡＭの位置ＰＡにある点を像ＩＭの位置ＰＡ’に投影し、アライメントマークＡＭの位置ＰＢにある点を像ＩＭの位置ＰＢ’に投影する。また、折り曲げミラー１０１１及び１０１２は、図８（ｂ）に示すように、アライメントマークＡＭの位置ＰＣにある点を像ＩＭの位置ＰＣ’に投影する。
【００１８】
図８（ｂ）に示すように、基板４の上方から観察光学系１０００を見た状態で、物体面側（アライメントマーク側）の視野の中心を原点とし、光軸ＡＸと平行にｘ軸が定義し、ｘ軸に直交する方向にｙ軸を定義した座標系ＣＳ１を設定する。この場合、座標系ＣＳ１は、座標系ＣＳ２として像面側（アライメントマークの像側）に投影される。座標系ＣＳ２のｘ’軸は、座標系ＣＳ１のｘ軸と同じ向きであるが、座標系ＣＳ２のｙ’軸は、座標系ＣＳ１のｙ軸を反転した向きになっている。従って、基板４の上方から見たときにアルファベットの「Ｆ」の形状を有するアライメントマークＡＭが基板４の裏面に形成されているとすると、かかるアライメントマークＡＭの像ＩＭは、図８（ｂ）に示すように、光軸ＡＸに対して反転した形状で投影される。
【００１９】
図９は、基板４の上方から観察光学系１０００の配置の一例を示す図である。基板チャック５２は、基板４を保持するための保持領域５２ａを含む。基板４は、例えば、６インチウエハ、８インチウエハ、１２インチウエハ、角型パネルなどを含む。基板チャック５２には、２つの観察光学系１０００が内蔵されている。基板４の裏面に設けられた２つのアライメントマークＡＭを２つの観察光学系１０００で観察することで、基板４の位置ずれ、回転ずれ、倍率ずれなどを取得して補正することができる。観察光学系１０００の物体面側の視野ＦＶＯに、基板４の裏面に設けられたアライメントマークＡＭが配置され、観察光学系１０００の像面側の視野ＦＶＩにアライメントマークＡＭの像ＩＭが形成される。従って、観察光学系１０００の像面側の視野ＦＶＩに形成されたアライメントマークＡＭの像ＩＭを観察することで、観察光学系１０００の物体面側の視野ＦＶＯに存在するアライメントマークＡＭの位置（即ち、基板４の姿勢）を求めることができる。
【００２０】
図１０を参照して、アライメントマークＡＭの像ＩＭからアライメントマークＡＭの位置を求める処理について説明する。かかる処理は、制御部８によって実行される。図１０は、図９に示す観察光学系１０００の１つを拡大して示している。観察光学系１０００の像面側の視野ＦＶＩに座標系ＣＳ４を設定する。座標系ＣＳ４は、像面側の視野ＦＶＩの中心を原点とし、像面側の視野ＦＶＩの中心と物体面側の視野ＦＶＯの中心とを結ぶ線に平行にｘ１軸を定義し、ｘ１軸に直交する方向にｙ１軸を定義した座標系である。また、観察光学系１０００の物体面側の視野ＦＶＯに座標系ＣＳ３を設定する。座標系ＣＳ３は、物体面側の視野ＦＶＯの中心を原点とし、像面側の視野ＦＶＩの中心と物体面側の視野ＦＶＯの中心とを結ぶ線に平行にｘ２軸を定義し、ｘ２軸に直交する方向にｙ２軸を定義した座標系である。但し、ｘ１軸とｘ軸とは同じ向きであるが、ｙ１軸とｙ２軸とは反転した向きになっている。
【００２１】
観察光学系１０００の像面側の視野ＦＶＩに存在するアライメントマークＡＭの像ＩＭを観察したところ、アライメントマークＡＭの像ＩＭが位置１０４２で観察されたとする。位置１０４２を座標系ＣＳ４における座標値で表現し、かかる座標値を座標系ＣＳ３で展開した位置１０３２がアライメントマークＡＭの位置となる。これは、図８（ｂ）に示す関係から明らかである。このようにして、観察光学系１０００によって形成されたアライメントマークＡＭの像ＩＭの位置から基板４の裏面上のアライメントマークＡＭの位置を特定することができる。
【００２２】
ここで、基板チャック５２に露光エネルギーが蓄積し、基板チャック５２の温度が上昇して熱膨張した場合を考える。図９を参照するに、基板チャック５２’（保持領域５２ａ’）は、基板チャック５２（保持領域５２）が熱膨張した状態を示している。なお、図９では、基板チャック５２の熱膨張を誇張しているが、実際には、基板チャック５２の線膨張係数（２〜３×１０−６程度）に温度上昇（数℃程度）を乗じた程度の変化にすぎない。基板チャック５２の熱膨張に伴って、基板チャック５２に内蔵された観察光学系１０００の位置も変化し、図９では、観察光学系１０００’として示している。
【００２３】
基板チャック５２の熱膨張に応じて、観察光学系１０００の位置が変化するメカニズムを詳細に説明する。基板チャック５２は、例えば、セラミックやアルミなどの材料で構成されている。一方、観察光学系１０００を収容する鏡筒は、ＳＵＳなどの線膨張係数が十分に小さい材料で構成され、温度変化による膨張や変形を最小限に抑えるようにしている。具体的には、単位熱量に対する観察光学系１０００及び鏡筒の膨張量が、単位熱量に対する基板チャック５２の膨張量よりも小さくなるように構成されている。また、観察光学系１０００を収容する鏡筒は、ネジなどの連結部を介して、基板チャック５２に連結されている（取り付けられている）。これにより、鏡筒に収容された観察光学系１０００に含まれるレンズや折り曲げミラーなどの光学素子の位置の変化が最小限に維持され、光学性能や収差の変化を最小限に抑えることができる。
【００２４】
図１１及び図１２を参照して、基板チャック５２と、観察光学系１０００を収容する鏡筒ＶＬとの連結について説明する。図１１は、観察光学系１０００を内蔵するための基板チャック５２の一例を示す概略斜視図である。基板チャック５２は、基板４の裏面のアライメントマークＡＭが存在する位置（即ち、観察光学系１０００の物体面側の視野ＦＶＯ）に対応する位置にチャック側窓５２ｂを有する。また、基板チャック５２は、チャック側窓５２ｂから基板チャック５２の端部まで延在するトンネル状又は切り欠き状のスペース５２ｃを有する。スペース５２ｃは、観察光学系１０００を配置（内蔵）するためのスペースである。図１２は、観察光学系１０００を収容する鏡筒ＶＬの一例を示す概略斜視図である。鏡筒ＶＬは、観察光学系１０００の物体面側の視野ＦＶＯ及び像面側の視野ＦＶＩに対応する位置に鏡筒側窓ＷＤを有する。また、鏡筒ＶＬには、鏡筒ＶＬを基板チャック５２に連結するためのネジ穴ＳＨが形成されている。鏡筒ＶＬを、基板チャック５２のスペース５２ｃに配置し、ネジ穴ＳＨを介して、ネジなどの連結部ＣＰで基板チャック５２に取り付ける（ネジ止めする）ことで、鏡筒ＶＬを基板チャック５２に連結する。このような構成にすることで、基板チャック５２や連結部ＣＰが熱膨張した場合であっても、観察光学系１０００及び鏡筒ＶＬは熱膨張せずに、その位置のみを変化させることができる。
【００２５】
基板チャック５２の熱膨張に応じて、観察光学系１０００の位置が変化すると、その変化量が既知ではないため、アライメントマークＡＭの像ＩＭからアライメントマークＡＭの位置を求める過程において、騙されが発生する。図１３を参照して、アライメントマークＡＭの像ＩＭからアライメントマークＡＭの位置を求める過程において、騙されが発生するメカニズムについて説明する。図１３に示すように、基板チャック５２が熱膨張して、観察光学系１０００が位置１１００から位置１１００’に変化したとする。この場合、観察光学系１０００の物体面側の視野ＦＶＯも位置１２００から位置１２００’に平行移動し、観察光学系１０００の像面側の視野ＦＶＩも位置１３００から位置１３００’に平行移動する。それに応じて、座標系ＣＳ３は座標系ＣＳ３’となり、座標系ＣＳ４は座標系ＣＳ４’となる。
【００２６】
一方、制御部８では、観察光学系１０００の位置が変化したことを検知しておらず、観察光学系１０００が位置１１００に存在していると認識しているとする。例えば、アライメントマークＡＭが位置１４００に存在しているとすると、アライメントマークＡＭの像ＩＭは、座標系ＣＳ３’と座標系ＣＳ４’との関係から、位置１５００に形成される。この場合、制御部８は、観察光学系１０００の位置が変化したことを検知していないため、座標系ＣＳ３と座標系ＣＳ４との関係に基づいて、アライメントマークＡＭの像ＩＭ（の位置１５００）からアライメントマークＡＭの位置を求めることになる。その結果、アライメントマークＡＭが存在する位置として、位置１４００ではなく、位置１６００が特定される。アライメントマークＡＭが実際に存在する位置１４００とアライメントマークＡＭが存在すると特定した位置１６００との差が騙されとなる。かかる騙されはアライメントエラーとなり、アライメント精度（重ね合わせ精度）の低下を引き起こす。
【００２７】
そこで、本実施形態では、上述したような騙されが発生しないように観察光学系６を構成している。具体的には、観察光学系６において、観察光学系６の物体面に位置するアライメントマークＡＭの正立正像を観察光学系６の像面に形成することを実現する。ここで、正立正像とは、光軸の状態によらず、像面に投影された物体の像が物体面上の物体と上下左右の向きが全て一致する像を意味する。光軸の状態とは、光軸が直線である状態だけではなく、例えば、折り曲げミラーやプリズムによって光軸が折り曲げられているような状態を含む。従って、正立正像とは、光軸が折り曲げられていようがいまいが、物体面と像面との向きの関係が維持されることを意味している。
【００２８】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本実施形態における観察光学系６の構成を示す概略図である。図２（ａ）は、基板４の側方から見た観察光学系６を示しており、図２（ｂ）は、基板４の上方から見た観察光学系６を示している。観察光学系６は、基板チャック５２に内蔵されている。
【００２９】
観察光学系６は、基板チャック５２の内部に設けられる鏡筒ＶＬに収容され、基板チャック５２に保持された基板４の裏面（第１面）に形成されたアライメントマークＡＭの像を形成する。鏡筒ＶＬは、図１２に示すように、ネジなどの連結部ＣＰを介して、基板チャック５２に連結されている。また、上述したのと同様に、単位熱量に対する観察光学系６及び鏡筒ＶＬの膨張量が、単位熱量に対する基板チャック５２（及び連結部ＣＰ）の膨張量よりも小さくなるように構成されている。観察光学系６は、アライメントマークＡＭを基板４の裏面側から観察（検出）し、アライメントマークＡＭの像（実像）ＩＭを基板４の表面（第２面）とほぼ同じレベルに形成（結像）する。換言すれば、観察光学系６は、基板４の表面を含む平面内にアライメントマークＡＭの像ＩＭを形成する。観察光学系６によって形成された像ＩＭは、スコープ７で観察される。スコープ７は、本実施形態では、アライメントマークＡＭの像ＩＭを撮像する撮像部として機能する。そして、制御部８は、スコープ７で得られたアライメントマークＡＭの像ＩＭ（の位置）から、上述したように、アライメントマークＡＭの位置を求める。
【００３０】
従来技術においては、観察光学系１０００の物体面側及び像面側の両方において、折り曲げミラー１０１１及び１０１２を用いて光軸ＡＸを折り曲げている。一方、本実施形態では、観察光学系６の物体面側及び像面側のうちの一方、本実施形態では、像面側に、ダハプリズム（屋根型プリズム）１３を用いている。また、観察光学系６の物体面側及び像面側のうちの一方、本実施形態では、物体面側には、折り曲げミラー１１を用いている。なお、本実施形態では、ダハプリズム１３を用いる場合を例に説明するが、ダハプリズム１３の２つの反射面をミラーで代替した構成、即ち、隣接する反射面が直交するように構成されたダハミラーを用いても実質的に同じ効果が得られる。
【００３１】
図３を参照して、ダハプリズム１３の形状について説明する。図３は、本実施形態で用いるダハプリズム１３の正投影図である。ダハプリズム１３は、４つの面１３１、１３２、１３３及び１３４から構成される。面１３１と面１３２とは直角をなしている（直交している）。同様に、面１３３と面１３４とも直角をなしている。また、面１３３と面１３４とが接する稜線１３５と面１３１とは４５度の角度をなしている。
【００３２】
アライメントマークＡＭからの光は、面１３１に入射し、面１３２から射出する。面１３１に入射した光は、面１３１で反射されてから面１３４で反射される経路、又は、面１３４で反射されてから面１３３で反射される経路を介して、面１３２から射出する（但し、稜線１３５に入射する光は除く）。ダハプリズム１３は、アライメントマークＡＭの光を２つの面で反射する過程において、稜線１３５と光軸ＡＸとを含む平面に関して像を反転させる特性を有する。
【００３３】
ダハプリズム１３を用いることによって、観察光学系６において、アライメントマークＡＭとアライメントマークＡＭの像ＩＭとの関係は、図２（ｂ）に示すようになる。図２（ａ）に示すように、アライメントマークＡＭの位置ＰＡにある点は像ＩＭの位置ＰＡ’に投影され、アライメントマークＡＭの位置ＰＢにある点は像ＩＭの位置ＰＢ’に投影される。また、図２（ｂ）に示すように、アライメントマークＡＭの位置ＰＣにある点は像ＩＭの位置ＰＣ’に投影される。従って、物体面側（アライメントマーク側）の視野に設定された座標系ＣＳ１は、像面側（アライメントマークの像側）では、座標系ＣＳ２となる。このように、本実施形態では、座標系ＣＳ１と座標系ＣＳ２との間において、ｘ軸及びｙ軸の両方とも同じ向きとなる。換言すれば、観察光学系６は、観察光学系６の物体面に位置するアライメントマークＡＭを平行移動させた像を観察光学系６の像面に形成するように構成されている。これにより、基板４の上方から見たときにアルファベットの「Ｆ」の形状を有するアライメントマークＡＭが基板４の裏面に形成されているとすると、かかるアライメントマークＡＭの像ＩＭは、図２（ｂ）に示すように、そのまま同じ向きで投影される。
【００３４】
図４を参照して、アライメントマークＡＭとアライメントマークＡＭの像ＩＭとがこのような関係にある場合に、観察光学系６の位置の変化によって、アライメントマークＡＭの像ＩＭがどのような影響を受けるのかについて説明する。図４に示すように、基板チャック５２が熱膨張して、観察光学系６が位置１０１から位置１０１’に変化したとする。この場合、観察光学系６の物体面側の視野も位置１０３から位置１０３’に平行移動し、観察光学系６の像面側の視野も位置１０４から位置１０４’に平行移動する。それに応じて、物体面側に設定された座標系ＣＳ３は座標系ＣＳ３’となり、像面側に設定された座標系ＣＳ４は座標系ＣＳ４’となる。
【００３５】
ここで、基板４の裏面に設けられたアライメントマークＡＭが位置Ａに存在する場合を考える。観察光学系６の位置が変化する前では、アライメントマークＡＭの像ＩＭは、座標系ＣＳ３と座標系ＣＳ４との関係から、位置Ｂに形成される。また、観察光学系６の位置が変化した後でも、アライメントマークＡＭの像ＩＭは、座標系ＣＳ３’と座標系ＣＳ４’との関係から、位置Ｂに形成される。このように、本実施形態では、観察光学系６の位置に関わらず、アライメントマークＡＭの位置ＡとアライメントマークＡＭの像ＩＭの位置Ｂとの関係が維持されている。従って、制御部８が観察光学系６の位置が変化したことを検知しておらず、観察光学系６が位置１０１に存在していると認識していた場合でも、上述したような騙されが発生しない。
【００３６】
本実施形態では、観察光学系６の位置が変化した場合においても、観察光学系６によって形成されるアライメントマークＡＭの像ＩＭの位置が変化しないため、アライメントエラーが引き起こされることを抑制することができる。換言すれば、観察光学系６の位置が変化しても、アライメントエラーを引き起こさない観察光学系６を提供することができる。
【００３７】
なお、本実施形態で用いられるダハプリズム１３には、稜線１３５が存在する。実際の製品においては、稜線１３５には、ピリや欠けなどを防止するために、面取り加工が施されている。従って、稜線１３５は、細い幅を有する線状の領域となるため、稜線１３５に入射した光は失われる。これにより、観察光学系６の像面側の視野内に、一部欠けた部分が生じる場合がある。このような場合には、ダハプリズム１３を、図５に示すように、ダハプリズム１３の片側の面、例えば、面１３３のみを用いるような構成にすればよい。これにより、稜線１３５に入射する光はアライメントマークＡＭの像ＩＭの形成に用いないため、上述した不具合を回避することができる。
【００３８】
本実施形態では、観察光学系６として、アライメントマークＡＭの像ＩＭを形成する結像光学系を用いている。一方、従来技術では、図１４に示すように、結像光学系ではなく、単純に、折り曲げプリズム（又は折り曲げミラー）２０００を用いて、基板４の裏面に設けられたアライメントマークＡＭを観察することも提案されている。
【００３９】
本実施形態における観察光学系６は、図１４に示すような折り曲げプリズム２０００を用いる従来技術と比較して、以下のような利点を有する。まず、折り曲げプリズム２０００を用いる従来技術では、スコープ７のフォーカス面を基板４の裏面のアライメントマークＡＭの位置に合わせる必要があるため、折り曲げられた光路の長さだけ作動距離（ワーキングディスタンス）が必要となる。従って、作動距離の大きなスコープが必要となる。一方、本実施形態では、基板チャック５２に保持された基板４の表面とほぼ同じレベルにアライメントマークＡＭの像ＩＭが形成されるため、スコープ７の作動距離に関する制約がない。作動距離が大きいと空気揺らぎなどの影響も大きくなるため、作動距離に関する制約がないことは、精度上で有利となる。
【００４０】
また、折り曲げプリズム２０００を用いる従来技術では、基板４の裏面のアライメントマークＡＭでアライメントする工程用と、基板４の表面のアライメントマークでアライメントする工程用に、作動距離の異なる２種類のスコープが必要となる。なお、１つのスコープ７で両者を兼用する場合には、スコープ７及び基板ステージ５４の少なくとも一方を鉛直方向に移動させる必要がある。かかる移動量は、折り曲げた光路の分だけ、具体的には、少なくとも数ｍｍが必要である。水平方向の位置を高精度に管理しながら、鉛直方向に移動させることは、技術的に難易度が高い。一方、本実施形態では、スコープ７及び基板ステージ５４の少なくとも一方を鉛直方向に移動させる必要はない。また、１つのスコープ７で、基板４の裏面のアライメントマークＡＭでアライメントする工程及び基板４の表面のアライメントマークでアライメントする工程を実行することができる。
【００４１】
次に、アライメントマークＡＭのデザイン及び配置の自由度に関して説明する。折り曲げプリズム２０００を用いる従来技術では、基板４の裏面のアライメントマークＡＭのある一点からの光は、図１４に示すように、折り曲げプリズム２０００の内部を広がりながら進み、射出面では、一定の大きさを有する。折り曲げプリズム２０００の射出端における光の径は、マージナル光線と主光線とがなす角の正接、及び、折り曲げプリズム２０００の内部の光路の長さに比例する。マージナル光線と主光線とがなす角は、スコープ７の開口数（ＮＡ）で決定され、解像力を決定する重要な要因である。これは、スコープ７のＮＡ及び視野の大きさ、及び、折り曲げプリズム２０００の内部の光路の長さが決定されると、それらの光線を通過させるために、折り曲げプリズム２０００のサイズに一定の制約が課されることを意味する。スコープ７のＮＡが大きいほど、光路の長さが長いほど、視野が広いほど、大きなサイズの折り曲げプリズムが必要となる。折り曲げプリズムのサイズは機械的に決定され、自由度はない。但し、基板チャック５２や基板ステージ５４には有限のスペースしかないため、折り曲げプリズム２０００を無制限に大きくできるわけではない。換言すれば、基板チャック５２や基板ステージ５４に配置可能なサイズの折り曲げプリズムを用いる場合、光路の長さを一定以上に長くできない。従って、アライメントマークＡＭが基板４の裏面の周縁部に存在する場合にしか対応できない。また、スコープ７のＮＡを一定以上に大きくできず、必要な解像力が得られないため、あるサイズよりも大きなアライメントマークを基板４の裏面に設ける必要がある。一方、本実施形態では、観察光学系６を結像光学系で構成しているため、レンズによって光の広がりを抑える効果があることに加え、設計自由度が高いため、物体間距離が長くなっても光束径が大きくならないように工夫する余地が大きい。従って、アライメントマークＡＭが基板４の裏面の周縁部に存在する場合だけでなく、基板４の裏面の内側部に存在する場合にも対応可能である。また、この場合でも、解像力を犠牲にする必要がないため、アライメントマークＡＭのデザインに関する制約も緩くすることができる。
【００４２】
また、観察光学系６は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ダハプリズム１３の代わりに、ペンタプリズム１４を用いてもよい。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態における観察光学系６の構成を示す概略図である。図６（ａ）は、基板４の側方から見た観察光学系６を示しており、図６（ｂ）は、基板４の上方から見た観察光学系６を示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す観察光学系６は、アライメントマークＡＭの中間像を形成するように構成され、本実施形態では、中間結像面を有する２回結像系で構成されている。観察光学系６の物体面側及び像面側のうちの一方、本実施形態では、像面側に、ペンタプリズム１４を用いている。
【００４３】
図７を参照して、ペンタプリズム１４の形状について説明する。図７は、本実施形態で用いるペンタプリズム１４の正投影図である。ペンタプリズム１４は、五角柱形状を有する。面１４１と面１４４とは直角をなしている（直交している）。アライメントマークＡＭからの光は、面１４１に入射し、面１４２及び１４３で反射され、面１４４から射出する。ペンタプリズム１４は、折り曲げミラーで反射した場合と比較して、観察光学系６の光軸と平行な方向に関して像を反転させる特性を有する。なお、本実施形態では、ペンタプリズム１４を用いているが、ペンタプリズム１４の２つの面１４２及び１４３をミラーで代替した構成を有するペンタミラーを用いても実質的に同じ効果が得られる。
【００４４】
ペンタプリズム１４を用いることによって、観察光学系６において、アライメントマークＡＭとアライメントマークＡＭの像ＩＭとの関係は、図６（ｂ）に示すようになる。図６（ａ）に示すように、アライメントマークＡＭの位置ＰＡにある点は像ＩＭの位置ＰＡ’に投影され、アライメントマークＡＭの位置ＰＢにある点は像ＩＭの位置ＰＢ’に投影される。また、図６（ｂ）に示すように、アライメントマークＡＭの位置ＰＣにある点は像ＩＭの位置ＰＣ’に投影される。従って、物体面側（アライメントマーク側）の視野に設定された座標系ＣＳ１は、像面側（アライメントマークの像側）では、座標系ＣＳ２となる。このように、本実施形態では、座標系ＣＳ１と座標系ＣＳ２との間において、ｘ軸及びｙ軸の両方とも同じ向きとなる。これにより、基板４の上方から見たときにアルファベットの「Ｆ」の形状を有するアライメントマークＡＭが基板４の裏面に形成されているとすると、かかるアライメントマークＡＭの像ＩＭは、図６（ｂ）に示すように、そのまま同じ向きで投影される。
【００４５】
このように、ペンタプリズム１４を用いても、観察光学系６の位置に関わらず、アライメントマークＡＭの位置とアライメントマークＡＭの像ＩＭの位置との関係は維持される。従って、制御部８が観察光学系６の位置が変化したことを検知しておらず、観察光学系６が位置１０１に存在していると認識していた場合でも、上述したような騙されが発生しない。これにより、アライメントエラーを引き起こさない観察光学系６を提供することができる。
【００４６】
また、アライメントマークＡＭを照明する光は、波長１μｍ以上の赤外光を用いるとよい。この場合、露光装置１は、アライメントマークＡＭを赤外光で照明する照明部（不図示）を有する。かかる照明部は、スコープ７の内部に設けてもよいし、スコープ７の外部に設けてもよい。半導体デバイス用のシリコン材料は、一般的に、１〜１０μｍの波長帯域の光を透過する。従って、かかる波長帯域の光を用いてアライメントマークＡＭを観察することで、アライメントマークＡＭが基板４の裏面に露出しておらず、基板４の内部に埋まった状態になっていても、アライメントマークＡＭの観察が可能となる。但し、アライメントマークＡＭを照明する光の波長が長いと、ガラスや反射防止膜などが対応している光学材料が限定されるため、１〜２μｍ程度の波長が好適である。
【００４７】
本実施形態の露光装置１によれば、観察光学系６の位置が変化した場合であっても、基板チャック５２に保持された基板４の裏面に設けられたアライメントマークＡＭの位置を高精度に求めることができる。従って、露光装置１は、基板４の表面に露光を行う際に、基板４の裏面に設けられたアライメントマークＡＭの位置に基づいて、基板４のアライメントを高精度に行うことができる。
【００４８】
また、基板４を保持する面を有する基板チャック５２と、鏡筒ＶＬと、観察光学系６とを有する基板保持装置も本発明の一側面を構成する。更に、かかる基板保持装置と、スコープ７（観察光学系６の像面に形成されたマークの像を検出する検出部）とを有する検出装置も本発明の一側面を構成する。
【００４９】
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置１を用いて、基板にパターンを形成する工程と、パターンが形成された基板を処理する工程と、処理された基板から物品を製造する工程とを含む。また、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、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。
【００５０】
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。例えば、本発明は、リソグラフィ装置を露光装置に限定するものではなく、インプリント装置や描画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、インプリント装置は、基板上に供給されたインプリント材とモールドとを接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることにより、モールドのパターンが転写された硬化物のパターンを形成する。また、描画装置は、荷電粒子線（電子線）やレーザビームで基板に描画を行うことにより基板上にパターン（潜像パターン）を形成する。上述した物品の製造方法は、これらのリソグラフィ装置を用いて行ってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１：露光装置    ２：レチクル    ３：投影光学系    ４：基板    ５２：基板チャック    ６：観察光学系    ７：スコープ    ８：制御部    ＡＭ：アライメントマーク    ＶＬ：鏡筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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