(57)【要約】【課題】透過性基板に設けられたマークを透過性基板のいずれの面側からでも検出することができるアライメント装置及び露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】所定パターンＰＡが転写される基板Ｗと所定パターンＰＡとをアライメントするアライメント装置ＡＬにおいて、基板Ｗが透過性基板Ｗであり、所定パターンＰＡを転写される透過性基板Ｗの第１面側から透過性基板Ｗを通して、第１面とは反対の第２面に形成されたマークを検出する検出系１０を有するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定パターンが転写される基板と前記所定パターンとをアライメントするアライメント装置であって、
前記基板が透過性基板であり、前記所定パターンを転写される前記透過性基板の第１面側から前記透過性基板を通して、前記第１面とは反対の第２面に形成されたマークを検出する検出系を有することを特徴とするアライメント装置。
【請求項２】
前記検出系は、前記マークの像を検出する像検出部を有することを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
【請求項３】
前記検出系は検出光学系を含み、前記検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整する調整部を備えることを特徴とする請求項２に記載のアライメント装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記検出系と前記マークとの相対距離を変化させることによって、前記検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする請求項３に記載のアライメント装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記検出系の検出特性を変化させる検出特性調整部を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のアライメント装置。
【請求項６】
前記マークに対してビームを照射する照明系を備え、
前記検出特性調整部は、前記ビームの波長を調整することを特徴とする請求項５に記載のアライメント装置。
【請求項７】
前記マークの像を検出する像検出部は、前記マークの像に応じた信号を発生する出力部を備え、
前記調整部は、前記信号のゲインを調整することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアライメント装置。
【請求項８】
前記調整部は、前記透過性基板の厚みに応じて、前記検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする請求項３に記載のアライメント装置。
【請求項９】
前記マークに対してビームを照射する照明系を備え、
前記ビームに対する前記透過性基板の屈折率に応じて前記検出光学系の光軸方法のおける前記マークの位置を調整することを特徴とする請求項３又は請求項８に記載のアライメント装置。
【請求項１０】
前記検出系の検出特性を変化させる検出特性調整部を含むことを特徴とする請求項２に記載のアライメント装置。
【請求項１１】
前記検出系は、前記マークに対してビームを照射する照明系を備え、
前記検出特性調整部は、前記ビームの波長を調整することを特徴とする請求項１０に記載のアライメント装置。
【請求項１２】
前記マークの像を検出する像検出部は、前記マークの像に応じた信号を発生する出力部を備え、
前記調整部は、前記信号のゲインを調整することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のアライメント装置。
【請求項１３】
透過性基板に所定パターンを転写する露光装置であって、請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載のアライメント装置を備え、該アライメント装置で前記透過性基板と前記所定パターンとをアライメントして、前記所定パターンを前記透過性基板に転写することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
透過性基板の第１面に所定パターンを露光するための露光装置であって、
前記所定パターンを転写される前記透過性基板の第１面側から前記透過性基板を通して前記第１面とは反対側の第２面に形成されたマークを検出する検出系を含み、該検出系による検出結果に応じて前記透過性基板と前記所定パターンとをアライメントするアライメント装置を備え、
前記アライメント装置によってアライメントされた透過性基板の第１面に前記所定パターンを露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の露光装置は、さらに、前記所定パターンを投影する投影光学系と、前記投影光学系による像面位置と前記透過性基板の前記第１面との相対位置関係を検出する検出系を備え、
前記アライメント装置の検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整する調整部が、前記検出系による検出結果に基づいて、前記アライメント装置の検出光学系の光軸方向における前記マークに位置を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の露光装置において、
前記調整部は、前記透過性基板の厚みと前記検出系による検出結果とに応じて、前記アライメント装置の検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
請求項１５又は請求項１６に記載の露光装置において、
前記アライメント装置は前記マークに対してビームを投射する照明系を備え、
前記調整部は、前記ビームに対する前記透過性基板の屈折率と前記検出系の検出結果とに応じて、前記アライメント装置の検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
所定パターンが転写される基板と前記所定パターンとをアライメントするアライメント方法であって、
前記基板が透過性基板であり、前記所定パターンを転写される前記透過性基板の第１面側から前記透過性基板を通して、前記第１面とは反対側の第２面に形成されたマークを検出する工程を含むことを特徴とするアライメント方法。
【請求項１９】
前記マークを検出する工程は、前記マークの像を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１８に記載のアライメント方法。
【請求項２０】
前記マークを検出する工程は、検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１９に記載のアライメント方法。
【請求項２１】
前記マークの前記光軸方向の位置を調整する工程において、前記検出光学系と前記マークとの相対距離を変化させることによって、前記光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする請求項２０に記載のアライメント方法。
【請求項２２】
前記マークの前記光軸方向の位置を調整する工程は、前記検出光学系の検出特性を変化させる工程を含むことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載のアライメント方法。
【請求項２３】
前記マークを検出する工程は、前記マークに対してビームを照射する工程を含み、さらに、前記ビームの波長を調整することを特徴とする請求項２２に記載のアライメント方法。
【請求項２４】
前記マークを検出する工程は、前記マークの像に応じた信号を発生する工程を含み、さらに、前記信号のゲインを調整することを特徴とする請求項２２又は請求項２３に記載のアライメント方法。
【請求項２５】
前記マークの前記光軸方向の位置を調整する工程において、前記透過性基板の厚みに応じて、前記検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする請求項２０に記載のアライメント方法。
【請求項２６】
前記マークに対して前記ビームを照射する工程を含み、
前記ビームに対する前記透過性基板の屈折率に応じて前記検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする請求項２０又は請求項２５に記載のアライメント方法。
【請求項２７】
前記マークを検出する際の検出特性を変化させる工程を含むことを特徴とする請求項１９に記載のアライメント方法。
【請求項２８】
前記マークを検出する際に、前記マークに対してビームを照射する工程を含み、前記検出特性を変化させる際に、前記ビームの波長を調整することを特徴とする請求項２７に記載のアライメント方法。
【請求項２９】
前記マークを検出する際に、前記マークの像に応じた信号を発生する工程を含み、さらに、前記信号のゲインを調整することを特徴とする請求項２７又は請求項２８に記載のアライメント方法。
【請求項３０】
透過性基板に所定パターンを転写する露光方法であって、
請求項１８から請求項２９のうちいずれか一項に記載のアライメント方法で前記透過性基板と前記所定パターンとをアライメントして、前記所定パターンを前記透過性基板に転写することを特徴とする露光方法。
【請求項３１】
透過性基板の第１面に所定パターンを露光するための露光方法であって、
前記所定パターンを転写される前記透過性基板の第１面側から、前記透過性基板を通して、前記第１面とは反対の第２面に形成されたマークを検出し、前記検出結果に応じて前記透過性基板と前記所定パターンとをアライメントし、アライメントされた前記透過性基板の第１面に前記所定パターンを露光することを特徴とする露光方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の露光方法は、さらに、
前記所定パターンを投影する投影光学系による像面位置と前記透過性基板の前記第１面との相対位置関係を検出する工程を含み、
前記投影光学系の像面位置と前記透過性基板の前記第１面との相対位置関係に基づいて、前記検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の露光方法において、
前記投影光学系の像面位置と前記透過性基板の前記第１面との相対位置関係と、前記透過性基板の厚みとに応じて、前記検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項３４】
請求項３２又は請求項３３に記載の露光方法において、
前記マークを検出する際に前記マークに対してビームを照射する工程を含み、さらに、前記投影光学系の像面位置と前記透過性基板の前記第１面との相対位置関係と、前記ビームに対する前記透過性基板の透過率とに応じて、前記検出光学系の光軸方向における前記マークの位置を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項３５】
基板保持部上に保持された透明基板上の複数のショット領域それぞれの位置情報を検出する方法であって、前記複数のショット領域のうちの所定数のショット領域に対応して形成されたマークの位置情報を計測し、前記所定数の位置情報に基づく所定演算処理を実行することによって、前記複数のショット領域それぞれの位置情報を決定する位置情報検出方法において、
前記所定数のショット領域を決定する際に、前記基板保持部材上の構造物と前記マークとの相対位置関係に基づいて、前記マークの位置情報計測が実行される前記所定数のショット領域を決定することを特徴とする位置情報検出方法。
【請求項３６】
請求項３５の方法において、
前記基板保持部材上の構造物と前記マークとの相対位置関係を、前記基板保持部材上での前記構造物の位置情報、又は、前記基板保持部材上の前記構造物の形状情報に基づいて決定することを特徴とする位置情報検出方法。
【請求項３７】
請求項３５又は請求項３６に記載の方法において、
前記相対位置関係を、前記透明基板のサイズ情報、前記複数ショット領域それぞれのショットサイズ情報、前記透明基板上での前記複数ショット領域の配列情報、各ショット内における前記マークの位置情報、前記マークのサイズ情報、の少なくとも１つに基づいて決定することを特徴とする位置情報検出方法。
【請求項３８】
請求項３５から請求項３７のうちいずれか一項に記載の方法において、
前記基板保持部材上の構造物と前記マークとの間の距離が、前記マークの位置情報の計測に干渉しない距離以上離れているショットを、前記マークの位置情報計測が実行されるショット領域として選択することを特徴とする位置情報検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクのパターンを半導体ウエハ等の基板に位置合わせして投影露光する露光装置に用いられる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路、液晶ディスプレイ等の電子デバイスの微細パターンを形成するフォトリソグラフィ工程では、レチクルやフォトマスク等のマスクのパターンをウエハやガラスプレート等の基板上に転写する走査露光方式等の露光装置が知られている。このような露光装置においては、基板上に複数層にわたって相互に所定の位置関係を保ってパターンを露光する必要があるため、基板上の２層目以降の層にパターンを転写する際には、その下の層に形成されているパターンとこれから転写するパターンとの位置合わせ（アライメント）が高精度に行なわれる。したがって、投影露光装置には、基板上の各ショット領域に形成した位置検出用（アライメント用）のマークを検出するアライメントセンサが設けられ、このアライメントセンサの検出結果に基づいて基板上の各ショット領域に形成された既存パターンの正確な位置を計測している。通常、アライメントセンサは、基板の露光面に設けられたマークを検出するので露光装置の露光照明系側に設けられるが、例えば、特開平９−１３９３４２号公報で示すようにノッチやオリフラ（オリエンテーション・フラット）と呼ばれる切り欠きの無い基板（ノッチレスウエハ）に設けられたマークを検出する場合や、特開平９−１１５８１２号公報で示すように基板の両面に相互に所定の位置関係を保つようにパターンを形成する場合のように、ウエハステージ側に配置したアライメントセンサを用いて基板に設けられたマークを検出する技術がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１３９３４２号公報（第３頁、第４図）
【特許文献２】
特開平９−１１５８１２号公報（第６頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような技術では、基板に対して露光照明系側に配置したアライメントセンサとは別個にウエハステージ側にもアライメントセンサ（あるいはその一部）を配置する必要があるため、装置が複雑化して高価になるという問題がある。また、ウエハステージの下方にアライメントセンサを配置するため、ウエハステージの形状に制約が生じたり、アライメントセンサの設置場所を確保するために装置が大型化したりするという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、透過性を有する基板の片面に設けられたマークを基板のいずれの面側からでも検出することができるアライメント装置及び露光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のアライメント装置、露光装置、アライメント方法、及び露光方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、所定パターン（ＰＡ）が転写される基板（Ｗ）と所定パターン（ＰＡ）とをアライメントするアライメント装置（ＡＬ）であって、基板（Ｗ）が透過性基板（Ｗ）であり、所定パターン（ＰＡ）を転写される透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）側から透過性基板（Ｗ）を通して第１面（Ｓ１）とは反対の第２面（Ｓ２）に形成されたマーク（Ｍ）を検出する検出系（１０）を有するようにした。この発明によれば、透過性基板の第１面をアライメントする場合に、透過性基板の第２面に設けられたマークの検出を第１面側から行うことができるので、検出系を第２面側に配置する必要がなく、第１面側に配置すれば足りる。したがって、第１面及び第２面のアライメントにおいて、同一の検出系を用いることができるので、複数の検出系を配置することによる装置の大型化、複雑化、高コスト化を抑えることができる。また、透過性基板の両面が所定の位置関係を持つようにアライメントする場合には、それぞれの面を同一のマークと同一の検出系を用いてアライメントを行うので、第１面と第２面との相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、基板の両面にそれぞれマークを設けたり、透過性基板の両面側にそれぞれ異なる検出系を設けたりする必要がないので、両面のマークの相対位置ずれや２つの検出系の相対検出誤差がなく、第１面と第２面とを所定の位置関係を持つように正確にアライメントを行うことができる。
【０００６】
また、検出系（１０）がマーク（Ｍ）の像を検出する像検出部（２７）を有するものでは、例えば、基板を保持するためにウエハホルダ上に彫られた溝が基板をとおして見える場合であっても、像検出部がマークの像のみを検出するので、この溝をマークと見誤って検出することを防止できる。また、検出系（１０）が検出光学系（１２）を含み、検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整する調整部（３０）を備えるものでは、検出光学系の焦点位置とマークとの位置がずれているためにマークを検出できない場合であっても、調整部により検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出系がマークを検出することが可能となる。また、調整部（３０）が検出系（１０）とマーク（Ｍ）との相対距離（Ｌ）を変化させることによって、検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、例えば、検出光学系をマークに近づけたり、或いはマークを検出光学系に近づけたりすることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、調整部（３０）が検出系（１０）の検出特性を変化させる検出特性調整部（３３）を含むものでは、例えは、検出系の光学特性を変化させて焦点位置を移動させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マーク（Ｍ）に対してビームを照射する照明系（１１）を備え、検出特性調整部（３３）がビームの波長を調整するものでは、検出特性調整部がビームの波長を調整して検出光学系の焦点位置を移動させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マーク（Ｍ）の像を検出する像検出部（２７）がマーク（Ｍ）の像に応じた信号（ＣＳ）を発生する出力部（２８）を備え、調整部（３０）が信号（ＣＳ）のゲインを調整するものでは、出力部から発生するマークの像に応じた信号が検出光学系の焦点位置とマークとの相対距離に対応してゲインが変化する特性を利用して、この信号のゲインが上昇するように検出系の検出特性を変化させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、調整部（３０）が透過性基板（Ｗ）の厚み（ｗｔ）に応じて、検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、検出光学系の焦点位置が第１面に合っている場合に、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を透過性基板の厚みの分だけ変化させることにより、容易に検出光学系の焦点位置を第２面に設けられたマークに合わせることができる。また、マーク（Ｍ）に対してビームを照射する照明系（１１）を備え、ビームに対する透過性基板（Ｗ）の屈折率（ｎｄ）に応じて検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向のおけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、照明系から照射されたビームが透過性基板を透過する際の屈折を考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置をマークに確実に合わせることができる。また、検出系（１０）の検出特性を変化させる検出特性調整部（３３）を含むものでは、例えば、検出光学系の焦点距離や焦点深度等を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。また、検出系（１０）がマーク（Ｍ）に対してビームを照射する照明系（１１）を備え、検出特性調整部（３３）がビームの波長を調整するものでは、検出特性調整部がビームの波長を調整して検出光学系の焦点位置を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。また、マーク（Ｍ）の像を検出する像検出部（２７）がマークの像に応じた信号（ＣＳ）を発生する出力部（２８）を備え、調整部（３０）が信号（ＣＳ）のゲインを調整するものでは、検出部によるマークの検出が最適な時に出力部から発生する信号のゲインが略最大となる特性を利用して、この信号のゲインが最大となるように検出系の検出特性を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。
【０００７】
第２の発明は、透過性基板（Ｗ）に所定パターン（ＰＡ）を転写する露光装置（ＳＴＰ）であって、第１の発明のアライメント装置（ＡＬ）を備え、アライメント装置（ＡＬ）で透過性基板（Ｗ）と所定パターン（ＰＡ）とをアライメントして、所定パターン（ＰＡ）を透過性基板（Ｗ）に転写するようにした。この発明によれば、透過性基板の第２面に設けられたマークの検出を第２面側のみならず、第１面側からも行うことができるので、アライメント装置の検出系をウエハステージ側に設けたり、透過性基板の両面側にそれぞれ異なる検出系を設けたりする必要がなくなる。また、透過性基板の両面にそれぞれ所定の位置関係を持つようにパターンを形成する場合には、それぞれの面の露光処理に先立つアライメントでは、同一のマークを同一の検出系で検出してアライメントを行うので、第１面に形成されるパターンと第２面に形成されるパターンとの相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、透過性基板の両面にそれぞれマークを設けたり、２つの検出系を設けたりする必要がないので、両面のマークの相対位置ずれや２つの検出系の相対検出誤差に起因する第１面のパターンと第２面のパターンとの相対位置ずれをなくすことができる。
【０００８】
第３の発明は、透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）に所定パターン（ＰＡ）を露光するための露光装置（ＳＴＰ）であって、所定パターン（ＰＡ）を転写される透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）側から透過性基板（Ｗ）を通して第１面（Ｓ１）とは反対側の第２面（Ｓ２）に形成されたマーク（Ｍ）を検出する検出系（１０）を含み、検出系（１０）による検出結果に応じて透過性基板（Ｗ）と所定パターン（ＰＡ）とをアライメントするアライメント装置（ＡＬ）を備え、アライメント装置（ＡＬ）によってアライメントされた透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）に所定パターン（ＰＡ）を露光するようにした。この発明によれば、透過性基板の第１面に所定パターンを転写する場合に、検出系が透過性基板の第２面に設けられたマークを第１面側から検出することができるので、検出系を第２面側（ウエハステージ側）に配置する必要がなく、スペース効率がよくなる。したがって、このような検出系を含むアライメント装置を用いることで、露光装置が大型化または複雑化せず、装置の製造コストを抑えることができる。
【０００９】
また、所定パターン（ＰＡ）を投影する投影光学系（９０）と、投影光学系（９０）による像面位置と透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）との相対位置関係を検出する検出装置（６１）を備え、アライメント装置（ＡＬ）の検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整する調整部（３０）が、検出装置（６１）による検出結果に基づいて、アライメント装置（ＡＬ）の検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）に位置を調整するものでは、露光装置に備わる検出装置の検出結果を用いて検出光学系の焦点位置を第１面に合わせた後に、さらに検出光学系の光軸方向におけるマークに位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、調整部（３０）が透過性基板（Ｗ）の厚み（ｗｔ）と検出装置（６１）による検出結果とに応じて、アライメント装置（ＡＬ）の検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、透過性基板の厚みも考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を変化させることにより、容易に検出光学系の焦点位置を第１面から第２面に設けられたマークに合わせることができる。また、アライメント装置（ＡＬ）がマーク（Ｍ）に対してビームを投射する照明系（１１）を備え、調整部（３０）がビームに対する透過性基板（Ｗ）の屈折率（ｎｄ）と検出装置（６１）の検出結果とに応じて、アライメント装置（ＡＬ）の検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、照明系から照射されたビームが透過性基板を透過する際の屈折を考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置を第１面から第２面に設けられたマークに合わせることができる。
【００１０】
第４の発明は、所定パターン（ＰＡ）が転写される基板（Ｗ）と所定パターン（ＰＡ）とをアライメントするアライメント方法であって、基板（Ｗ）が透過性基板（Ｗ）であり、所定パターン（ＰＡ）を転写される透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）側から透過性基板（Ｗ）を通して、第１面（Ｓ１）とは反対側の第２面（Ｓ２）に形成されたマーク（Ｍ）を検出する工程を含むようにした。この発明によれば、透過性基板の第１面をアライメントする場合に、透過性基板の第２面に設けられたマークの検出を第２面側からのみならず、１面側からも行うことができるので、必要に応じてマークを検出する方向を変えることが可能となる。また、透過性基板の両面を所定の位置関係を持つようにアライメントする場合には、それぞれの面を同一のマークを用いてアライメントを行うので、第１面と第２面との相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、基板の両面にそれぞれマークを設ける必要がないので、両面のマークの相対位置ずれがなく、第１面と第２面とが所定の位置関係を持つように正確にアライメントすることができる。
【００１１】
また、マーク（Ｍ）を検出する工程が、マーク（Ｍ）の像を検出する工程を含むものでは、例えば、基板を保持するためにウエハホルダ上に彫られた溝が基板をとおして見える場合には、マークの像を検出する工程を設けることにより、この溝をマークと見誤って検出することを防止できる。また、マーク（Ｍ）を検出する工程が、検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整する工程を含むものでは、検出光学系がマークを検出できない場合であっても、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整する工程を設けることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マーク（Ｍ）の光軸（ＡＢ）方向の位置を調整する工程において、検出光学系（１２）とマーク（Ｍ）との相対距離（Ｌ）を変化させることによって、光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置が不適当なためにマークを検出できない場合であっても、検出光学系とマークとの相対距離を変化させることによって、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マーク（Ｍ）の光軸（ＡＢ）方向の位置を調整する工程が、検出光学系（１２）の検出特性を変化させる工程を含むものでは、例えは、検出光学系の光学特性を変化させて検出光学系の焦点位置を移動させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マーク（Ｍ）を検出する工程が、マーク（Ｍ）に対してビームを照射する工程を含み、さらに、ビームの波長を調整するものでは、マークに照射するビームの波長を調整して検出光学系の焦点位置を移動させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マーク（Ｍ）を検出する工程が、マーク（Ｍ）の像に応じた信号（ＣＳ）を発生する工程を含み、さらに、信号（ＣＳ）のゲインを調整するものでは、検出光学系の焦点位置とマークとの相対距離に対応してマークの像に応じた信号のゲインが変化する特性を利用して、この信号のゲインが上昇するように検出光学系の検出特性を変化させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マーク（Ｍ）の光軸（ＡＢ）方向の位置を調整する工程において、透過性基板（Ｗ）の厚み（ｗｔ）に応じて、検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、検出光学系の焦点位置が第１面に合っている場合に、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を透過性基板の厚みの分だけ変化させることにより、容易に検出光学系の焦点位置を第２面に設けられたマークに合わせることができる。また、マーク（Ｍ）に対してビームを照射する工程を含み、ビームに対する透過性基板（Ｗ）の屈折率（ｎｄ）に応じて検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、検出光学系から照射されたビームが透過性基板を透過する際の屈折を考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置をマークに確実に合わせることができる。また、マーク（Ｍ）を検出する際の検出特性を変化させる工程を含むものでは、例えば、検出光学系の焦点距離や焦点深度等を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。また、マーク（Ｍ）を検出する際に、マーク（Ｍ）に対してビームを照射する工程を含み、検出特性を変化させる際に、ビームの波長を調整するものでは、マークに対して照射するビームの波長を調整して検出光学系の焦点位置を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。また、マーク（Ｍ）を検出する際に、マーク（Ｍ）の像に応じた信号（ＣＳ）を発生する工程を含み、さらに、信号（ＣＳ）のゲインを調整するものでは、マークの像に応じた信号のゲインが検出光学系によるマークの検出が良好な時に略最大となる特性を利用して、この信号のゲインが最大となるように検出光学系の検出特性を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。
【００１２】
第５の発明は、透過性基板（Ｗ）に所定パターン（ＰＡ）を転写する露光方法であって、第４の発明のアライメント方法で透過性基板（Ｗ）と所定パターン（ＰＡ）とをアライメントして、所定パターン（ＰＡ）を透過性基板（Ｗ）に転写するようにした。この発明によれば、透過性基板の第２面に設けられたマークの検出を第２面側のみならず、第１面側からも行うことができるので、検出光学系をウエハステージ側に設けたり、透過性基板の両面側にそれぞれ異なる検出光学系を設けたりする必要がなくなる。また、透過性基板の両面にそれぞれ所定の位置関係を持つようにパターンを形成する場合には、それぞれの面の露光処理に先立つアライメントでは、同一のマークを同一の検出光学系で検出してアライメントを行うので、第１面に形成されるパターンと第２面に形成されるパターンとの相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、透過性基板の両面にそれぞれマークを設けたり、２つの検出光学系を設けたりする必要がないので、両面のマークの相対位置ずれや２つの検出光学系の相対検出誤差に起因する第１面のパターンと第２面のパターンとの相対位置ずれをなくすことができる
【００１３】
第６の発明は、透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）に所定パターン（Ｓ１）を露光するための露光方法であって、所定パターン（ＰＡ）を転写される透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）側から、透過性基板（Ｗ）を通して、第１面（Ｓ１）とは反対の第２面（Ｓ２）に形成されたマーク（Ｍ）を検出し、検出結果に応じて透過性基板（Ｗ）と所定パターン（ＰＡ）とをアライメントし、アライメントされた透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）に所定パターン（ＰＡ）を露光するようにした。この発明によれば、透過性基板の第１面に所定パターンを転写する場合に、検出光学系が透過性基板の第２面に設けられたマークを第２面側からのみならず、第１面側からも検出することができるので、必要に応じてマークを検出する方向を変えることが可能となる。また、透過性基板の両面のそれぞれに所定の位置関係を持つようにパターンを露光する場合には、それぞれの面を同一のマークを用いてアライメントを行うので、第１面のパターンと第２面のパターンとの相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、基板の両面にそれぞれマークを設ける必要がないので、両面のマークの相対位置ずれがなく、第１面のパターンと第２面のパターンとが所定の位置関係を持つように正確に露光することができる。
【００１４】
また、所定パターン（ＰＡ）を投影する投影光学系（９０）による像面位置と透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）との相対位置関係を検出する工程を含み、投影光学系（９０）の像面位置と透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）との相対位置関係に基づいて、検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、投影光学系による像面位置と第１面との相対位置の検出結果を用いて、検出光学系の焦点位置を第１面に合わせた後に、さらに検出光学系の光軸方向におけるマークに位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、投影光学系（９０）の像面位置と透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）との相対位置関係と、透過性基板（Ｗ）の厚み（ｗｔ）とに応じて、検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、透過性基板の厚みも考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を変化させることにより、容易に検出光学系の焦点位置を第１面から第２面に設けられたマークに合わせることができる。また、マーク（Ｍ）を検出する際にマーク（Ｍ）に対してビームを照射する工程を含み、さらに、投影光学系（９０）の像面位置と透過性基板（Ｗ）の第１面（Ｓ１）との相対位置関係と、ビームに対する透過性基板（Ｗ）の透過率（ｎｄ）とに応じて、検出光学系（１２）の光軸（ＡＢ）方向におけるマーク（Ｍ）の位置を調整するものでは、照射されたビームが透過性基板を透過する際の屈折を考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置を第１面から第２面に設けられたマークに合わせることができる。
【００１５】
第６の発明は、基板保持部（５３）上に保持された透過性基板（Ｗ）上の複数のショット領域（ＳＡ）それぞれの位置情報を検出する方法であって、複数のショット領域（ＳＡ）のうちの所定数のショット領域（ＳＡ）に対応して形成されたマーク（Ｍ）の位置情報を計測し、所定数の位置情報に基づく所定演算処理を実行することによって、複数のショット領域（ＳＡ）それぞれの位置情報を決定する位置情報検出方法において、所定数のショット領域（ＳＡ）を決定する際に、基板保持部材（５３）上の構造物とマーク（Ｍ）との相対位置関係に基づいて、マーク（Ｍ）の位置情報計測が実行される所定数のショット領域（ＳＡ）を決定するようにした。この発明によれば、アライメントセンサがマークを検出する際に、ウエハホルダの溝の縁の部分とマークとが重ならないショットについて選択的にマーク検出を行い、その結果に基づいて基板上の複数のショット領域の位置情報を求めることが可能となる。特に、ウエハホルダ上の構造物とマークとが重ならないショットを選択することにより、確実にアライメントを行うことができる。
【００１６】
また、基板保持部材（５３）上の構造物とマーク（Ｍ）との相対位置関係を、基板保持部材（５３）上で構造物での位置情報、又は基板保持部材（５３）上の構造物の形状情報に基づいて決定するようにしたものでは、ウエハホルダ上の構造物とマークとが所定の位置関係となるショットを確実に選択することが可能となる。
また、相対位置関係を、透過性基板（Ｗ）のサイズ情報、複数ショット領域（ＳＡ）それぞれのショットサイズ情報、透過性基板（Ｗ）上での複数ショット領域（ＳＡ）の配列情報、各ショット（ＳＡ）内におけるマーク（Ｍ）の位置情報、マーク（Ｍ）のサイズ情報、の少なくとも１つに基づいて決定するものでは、ウエハホルダ上の構造物とマークとが所定の位置関係となるショットのなかから、更にアライメント処理に有利等の条件に合うショットを選択することが可能となる。
また、基板保持部材（５３）上の構造物とマーク（Ｍ）との間の距離が、マーク（Ｍ）の位置情報の計測に干渉しない距離以上離れているショット（ＳＡ）を、マーク（Ｍ）の位置情報計測が実行されるショット領域（ＳＡ）として選択するものでは、ウエハホルダ上の構造物とマークとが重ならないショットを確実に選択することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアライメント装置、及び露光装置の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、第１実施形態に適用される半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置ＳＴＰの構成を示す模式図である。この露光装置ＳＴＰは、レチクル（マスク）Ｒとガラス等の透過性基板（ウエハ）Ｗとを一次元方向に同期移動させつつ、レチクルＲに形成された所定パターンＰＡ（回路パターン等）を投影光学系９０を介して基板Ｗの各ショット領域ＳＡに転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパ）であり、レチクルＲの所定パターンＰＡの像を基板Ｗの各ショット領域に位置合わせするアライメント系（アライメント装置）ＡＬ、露光装置ＳＴＰ全体を統括的に制御する主制御系４０、基板Ｗを保持するウエハステージ５０、パターンＰＡの結像面に基板Ｗの露光面Ｗｆを焦点合わせする合焦系６０、レチクルＲを保持するレチクルステージ７０、光源からの照明光（エネルギビーム）によりレチクルＲを照明する露光照明系８０、及びレチクルＲから射出される照明光を基板Ｗ上に投射する投影光学系９０等から構成される。
なお、図１において、投影光学系９０の光軸に平行な方向をＺ方向とし、投影光学系９０の光軸に垂直な平面内で紙面に平行な方向をＸ方向、これに直交する方向（紙面に直交）をＹ方向とする。
【００１８】
アライメント系ＡＬは、基板Ｗ上のショット領域ＳＡに設けられたアライメント用のマークＭをオフ・アクシス方式でＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）式のアライメントセンサ（検出系）１０で測定し、その測定結果に基づいて基板Ｗを載せたウエハステージ５０を所定の位置に移動させることにより、レチクルＲの所定パターンＰＡの像を基板Ｗの各ショット領域ＳＡに正確に位置合わせする、いわゆるアライメントを行う。アライメントセンサ１０は、照明系１１、検出光学系１２、撮像素子２５、画像処理部２６から構成され、投影光学系９０の側方に、投影光学系９０と所定の位置関係で配置される。照明系１１は、ハロゲンランプ１３から対物レンズ１９により構成され、ハロゲンランプ１３より照射された広帯域の光（ビーム）をコンデンサーレンズ１４によって光ガイド１５の一端面に集光し、光ガイド１５を通ってフォトレジスト層の感光波長（短波長）域と赤外波長域とをカットするフィルター１６に到達させる。そして、レンズ系１７を経てハーフミラー１８で反射させた照明光を対物レンズ１９を介して基板Ｗに垂直に照射する。検出光学系１２は、ハーフミラー１８から第２リレー系２４により構成される。そして、基板Ｗからの反射光が対物レンズ１９を通り、ハーフミラー１８を透過して、レンズ系２０によって指標板２１に結像する。この指標板２１は対物レンズ１９とレンズ系２０とによって基板Ｗと共役に配置され、矩形の透明窓内にＸ方向とＹ方向とのそれぞれに伸びた直線状の指標マークを有する。そして、マークＭの像が指標板２１の透明窓内に結像されると、この指標マーク像及びマークＭの像の光束が第１リレー系２２を経てハーフミラー２３に入射して二分割される。二分割された光束は、それぞれ第２リレー系２４Ｘ、及び２４Ｙを経て、ＣＣＤカメラ等の撮像素子２５Ｘ及び２５Ｙ上に結像する。そして、結像した像の画像情報が撮像素子２５Ｘ、２５Ｙから画像処理部２６に出力される。なお、検出光学系１２の光軸ＡＢは基板Ｗ上で垂直となるように定められており、マークＭの検出時に光軸ＡＢの倒れによる検出誤差はほとんど生じない。画像処理部２６は、撮像素子２５Ｘ、２５Ｙからの画像情報を受け取るとともに、後述する干渉計５２からのウエハステージ５０の位置情報も受け取る。そして、指標マークに対するマークＭのずれを画像処理（波形処理）により求め、そのずれと干渉計５２から得た位置情報に基づいて、マークＭのＸ方向の位置、及びＹ方向の位置を算出し、主制御系４０に出力する。なお、画像処理部２６は、画像処理に先だって撮像素子２５Ｘ、２５Ｙから得た画像情報からマークＭの像のみを検出する像検出部２７としても機能する。また、画像処理部２６は、検出されたマークＭの像に応じた信号（以下、画像信号ＣＳと称す）を主制御系４０に出力する出力部２８を備える。
【００１９】
ところで、アライメントセンサ１０によりマークＭを検出する際に、その焦点位置ＦＰ付近にマークＭが存在していないと、撮像素子２５Ｘ及び２５Ｙにより得られる画像がいわゆるピンぼけ状態となり、画像処理部２６によるマークＭの検出精度が低下し、正確なアライメントを行うことが困難となる。なお、焦点位置ＦＰをマークＭに合わせた場合に最適な検出結果を得られるとは限らないが、焦点位置ＦＰ付近にマークＭが存在すれば良好な検出が可能となる。そのため、アライメント系ＡＬは、検出光学系１２の光軸ＡＢ方向（略Ｚ方向に等しい）におけるマークＭの位置を調整する調整部３０を備える。そして、調整部３０は、Ｚステージ駆動部６６がＺステージ６５とともに基板ＷをＺ方向に移動させることにより、アライメントセンサ１０とマークＭとの相対距離Ｌ（図５参照）を変化させる。なお、Ｚステージ６５及びＺステージ駆動部６６は、合焦系６０の一部でもある。更に、調整部３０は、出力部２８から得られる画像信号ＣＳのゲインが最大となるように基板ＷをＺ方向に移動させて、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークＭに合わせる。すなわち、図２に示すように、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰとマークＭとの相対距離Ｌが変化すると、画像信号ＣＳがそれに対応して変化し、焦点位置ＦＰがマークＭに略合致すると画像信号ＣＳのゲインが最大となる性質を利用して、焦点位置ＦＰをマークＭに合わせるものである。図２は、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰと、その際に得られる画像信号ＣＳのゲインとの関係を示す模式図である。なお、画像信号ＣＳとして、例えば、検出されたマークＭの像のコントラスト成分を利用することが考えられる。
【００２０】
図１に戻り、アライメントセンサ１０から画像情報等を受け取る主制御系４０は、各種演算処理を行う演算部４１と、各種情報を記録する記憶部４２とから構成され、アライメントセンサ１０の他、後述する干渉計５２、７３、オートフォーカスセンサ６１等から各種情報を得て、演算部４１がそれらの情報と記憶部４２に記憶された各種情報とに基づいてレチクルステージ駆動部７２、ウエハステージ駆動部５１等の各駆動部を駆動することにより、露光装置ＳＴＰ全体を統括的に制御する。例えば、主制御系４０は、アライメントセンサ１０から基板Ｗに設けられたマークＭの位置情報を受け取ると、その情報に基づいてウエハステージ駆動部５１を駆動して、ウエハステージ５０を所定の位置に移動させることにより、レチクルＲの所定パターンＰＡの像を基板Ｗの各ショット領域ＳＡに正確に合わせるように制御する。また、Ｚステージ駆動部６６駆動して、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークＭに合わせるように制御する。
【００２１】
アライメントの際に基板ＷをＸ方向またはＹ方向に移動させるウエハステージ５０は、ウエハステージ駆動部５１によって駆動されて、基板Ｗ上に形成された各ショット領域ＳＡにレチクルＲの所定パターンＰＡの像を転写するためにＸ方向およびＹ方向に一定量ずつステッピング移動し、さらに回転方向（θ方向）に微動可能である。そして、ウエハステージ５０のＸ方向およびＹ方向の位置は、レーザ干渉式測長器（以下、干渉計５２と称す）により逐次検出され主制御系４０に出力される。なお、ウエハステージ５０上には、Ｚステージ６５と、基板Ｗを真空吸着して保持するウエハホルダ（基板保持部）５３とが搭載される。
【００２２】
Ｚステージ６５及びＺステージ駆動部６６を構成要素とする合焦系６０は、基板Ｗの露光面Ｗｆの高さ（Ｚ方向の位置）を斜入射光式のオートフォーカスセンサ（検出装置）６１で測定し、その測定結果に基づいてウエハステージ５０上に設けられたＺステージ６５が基板ＷをＺ方向に微小移動させることにより、投影光学系９０の像面に対する焦点深度内に露光面Ｗｆを収める、焦点合わせを行う。オートフォーカスセンサ６１は、投影光学系９０の側方に設けられ、露光面Ｗｆに対して斜め方向から非感光性の光を照射する投光系６２と、その反射光を受光する受光系６３と、受光系６３からの信号を処理する信号処理部６４とから構成され、露光面Ｗｆと投影光学系９０の像面とのずれ量（Ｚ方向のずれ量）を検出して主制御系４０に出力する。そして、そのずれ量に対応して、主制御系４０がＺステージ駆動部６６を駆動し、Ｚステージ６５が移動して、露光面Ｗｆの高さ及びその傾斜角が制御される。
【００２３】
レチクルステージ７０は、コラム７１に支持されており、レチクルＲの所定パターンＰＡの面側を下方にして保持するとともにレチクルステージ駆動部７２によって駆動されてＸ方向に一次元走査移動し、さらにＹ方向、及び回転方向（θ方向）に微動可能である。なお、レチクルステージ７０のＸ方向およびＹ方向の位置は、レーザ干渉式測長器（以下、干渉計７３と称す）によって逐次検出され主制御系４０に出力される。
【００２４】
露光照明系８０は、露光用光源８１から照射された露光光を照明光学系８２を介してレチクルＲ上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射させる。露光光としては、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ２エキシマレーザ光、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）等が用いられる。
【００２５】
投影光学系９０は、レチクルＲを通して射出される照明光を所定の投影倍率β（βは、例えば１／５）で縮小して、レチクルＲの所定パターンＰＡの像を基板Ｗ上の１つのショット領域ＳＡ内に結像させる。
【００２６】
次に、第１実施形態に係るアライメント装置ＡＬ、及び露光装置ＳＴＰの動作について図を参照して説明する。図３は、露光装置ＳＴＰにおける露光手順を示すフローチャート図である。また、基板Ｗは、所定の厚みｗｔを有し、その片面にアライメント用のマークＭが予め設けられる（以下、この面を第２面Ｓ２と称す）。図４（ａ）は、基板Ｗの第２面Ｓ２の各ショット領域ＳＡに設けられたマークＭを示す模式図であり、図４（ｂ）は、マークＭＸを拡大した図である。基板Ｗの第２面Ｓ２の各ショット領域ＳＡには、Ｘ方向用のマークＭＸとＹ方向用のマークＭＹが設けられ、マークＭＸ及びマークＭＹには、所定の長さＮと幅Ｈを持った帯状マークが一定間隔Ｐで５本並べたものが設けられる。
まず、ステップ１００において、透過性を有する基板Ｗが、不図示のウエハローダによりウエハステージ５０上のウエハホルダ５３に搬入される。そして、第２面の反対の面（以下、第１面Ｓ１と称す）が露光照明系８０側を向くように搬入される。したがって、第２面がウエハステージ５０側を向くように搬入されてウエハホルダ５３によって保持されるので、マークＭとウエハホルダ５３とが接する状態となり、第１面Ｓ１側から透過性基板Ｗを通して、第２面Ｓ２に設けられたマークＭを検出する必要が生じることになる。なお、前工程において、露光面Ｗｆにはフォトレジストを塗布しておく。
【００２７】
ステップ１１０において、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークに合わせる作業に先だって、投影光学系９０の像面を露光面Ｗｆである第１面Ｓ１に合わせる合焦作業が行われる。オートフォーカスセンサ６１の出力結果に基づいて、Ｚステージ駆動部６６を駆動して、Ｚステージ６５を移動させることにより、投影光学系９０の像面に対する焦点深度内に露光面Ｗｆが収められる。そして、ステップ１２０において、ウエハステージ５０が基板Ｗをアライメントセンサ１０の直下に移動させた後に、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークＭに合わせる（マークＭの位置調整）作業が行われる。ここで、アライメントセンサ１０と投影光学系９０とは予め所定の位置関係で配置されていることから、その位置関係に基づいてＺステージ６５を更に移動させることにより、焦点位置ＦＰをマークＭに合わせることができる。すなわち、マークＭが露光面Ｗｆにある場合には、オートフォーカスセンサ６１の検出結果に基づいて焦点位置ＦＰをマークＭに合わせることができる。しかし、第１面Ｓ１を露光する場合には、マークＭがウエハホルダ側に存在するので、焦点位置ＰＦを露光面ＷｆからマークＭまで移動させる作業が必要となる。なお、アライメントセンサ１０の焦点深度が基板Ｗの厚みｗｔ程度の深さを有していれば、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰを露光面Ｗｆ上から移動させることなく、そのまま基板Ｗを通してマークＭを検出できる可能性があるが、通常、アライメントセンサ１０の焦点深度は基板Ｗの厚みｗｔよりも浅いのでアライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰを露光面Ｗｆ（第１面Ｓ１）からマークＭまで移動させる必要がある。ところで、第１面Ｓ１からマークＭまでの距離Ｄ（図５参照）は、予め求めることができる距離である。したがって、焦点位置ＦＰが第１面Ｓ１にある場合には、焦点位置ＦＰとマークＭとの相対距離Ｌを距離Ｄだけ変化させれば、確実にアライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークＭに略一致させることができる。そこで、第１面Ｓ１からマークＭまでの距離Ｄを予め記憶部４２に記憶させ、その情報に基づいて主制御系４０がＺステージ駆動部６６を駆動することにより、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰとマークＭとの相対距離Ｌが変化して、短時間かつ確実に焦点位置ＦＰをマークＭに合わせることができる。ここで、図５は、図１におけるアライメントセンサ１０と基板Ｗとを拡大した概念図である。なお、第１面Ｓ１からマークＭまでの距離Ｄは、基板Ｗの厚みｗｔと基板Ｗの屈折率ｎｄとを考慮して定める。例えば、基板Ｗの厚みｗｔが２．０ｍｍ、屈折率ｎｄが１．５の場合には、距離Ｄを３．０ｍｍ（＝２．０ｍｍ×１．５）と設定しておくことにより、基板Ｗの屈折率ｎｄに影響されずに焦点位置ＦＰをマークＭに略一致させることができる。なお、マークＭ自体の厚みは、アライメントセンサ１０の焦点深度に比べて薄い場合が多いので無視してもよい。同様に、基板Ｗの塗布されたレジスト膜の屈折率も無視可能である。そして、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークＭに略一致させるとともに、更に、主制御系４０が画像信号ＣＳを監視しながら、Ｚステージ駆動部６６を駆動してＺステージ６５を���動させて、画像信号ＣＳが略最大となる状態で基板Ｗを保持する。このようにして、マークＭの検出を良好に行える状態が確保される。
なお以上では、一旦、投影光学系９０の像面を第１面Ｓ１に合わせる合焦作業を行った後に、Ｚステージ６５を移動させることにより、アライメントセンサの焦点位置ＦＰにマークＭを合わせる作業を行う方法を記載している。これは、最初から調整部３０の機能を用いてアライメントセンサの焦点位置ＦＰにマークＭをあわせようとした場合、調整部３０が基板Ｗの厚みのばらつき等の影響により誤差が発生して適正な位置にマークＭを合わせられない可能性があるためである。基板Ｗの厚みのばらつき等が調整部３０による調整にどの程度影響するかは、アライメントセンサのＮＡなどの特性と関連している。よって、アライメントセンサが基板Ｗの厚みのばらつき等による影響を充分に許容できる特性を備えている場合、一旦、投影光学系９０の像面を第１面Ｓ１に合わせる合焦作業を行うことなく、最初から調整部３０の機能を用いてアライメントセンサの焦点位置ＦＰにマークＭを合わせる方法を採用してもよい。
【００２８】
次に、ステップ１３０において、アライメントセンサ１０は画像情報を取得し、画像処理部２６において画像処理技術を用いてマークＭの像のみを検出する。ここで、図６は、透過性基板Ｗが載せられたウエハホルダ５３を示す模式図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。ウエハホルダ５３の吸着面には、基板Ｗを吸着するために、図６に示すような複数の円形の溝が所定の幅で一定間隔で刻まれている。このウエハホルダ５３上に透過性基板Ｗを載せると、ウエハホルダ５３の溝が基板Ｗを透過して見える（図６（ａ）参照）。そして、マークＭも一定間隔Ｐで並べられた帯状のマーク（図４参照）であることから、マークＭがウエハホルダ５３の溝と略平行に並んだ場合には、アライメントセンサ１０がウエハホルダの溝をマークＭと間違えて検出してしまう可能性が生じる。特に、第２面Ｓ２がウエハホルダ５３側を向く場合には、マークＭとウエハホルダ５３の溝とが接するので、アライメントセンサ１０がマークＭとウエハホルダ５３との像を同時に取得してしまうので、検出ミスの可能性が高い。そこで、画像処理部２６において、画像処理を行うことによりマークＭのみを検出することにより、ウエハホルダ５３の溝をマークＭと見誤って検出しないようにしている。画像処理の方法としては、例えば、事前にマークＭの特徴を記憶しておき、記憶された特徴に類似しているものを画像内から１つまたは複数ヶ所探し出し（サーチ）、その位置と品質（登録された物との類似度）を検出するパターン認識（サーチ）技術等が用いられる。そして、マークＭが検出されると、画像処理部２６によりマークＭのＸ位置、Ｙ位置が求められ、主制御系４０に出力される。
【００２９】
ステップ１４０において、主制御系４０は、マークＭのＸ位置、Ｙ位置に基づき基板Ｗのサーチアライメントやグローバルアライメント（ＥＧＡ）などのアライメント作業を行う。そして、ステップＳ１５０において、アライメントされた基板Ｗの各ショット領域ＳＡにレチクルＲの所定パターンＰＡが投影露光される。露光された基板Ｗは、ウエハローダにより露光装置ＳＴＰから搬出され（Ｓ１６０）、現像、エッチング、ドーピング処理が順次行われる（Ｓ１７０）。
【００３０】
そして、ステップ１８０において、更に層を重ねてパターンを形成するか否かが判断され、層を重ねる場合にはステップ１９０において第１面Ｓ１にフォトレジストが塗布され、再度、ステップ１００に戻る。なお、ここでレチクルＲの入れ換えが行われる場合もある。このような処理が複数回行われることにより、第１面Ｓ１に多層のパターンが形成されて、第１面Ｓ１の処理が完了する。
【００３１】
第１面Ｓ１の処理が完了すると、ステップ２００において、裏面（ここでは第２面Ｓ２）にパターンを形成（露光）するか否かが判断される。裏面の露光を行わない場合には、一連の処理を終了する。一方、裏面にもパターンを形成する場合には、ステップ２１０において、基板Ｗを反転させ、基板Ｗの第２面Ｓ２が露光照明系８０側を向くようにして、再度、ウエハステージ５０上に運ばれてウエハホルダ５３により保持される。したがってアライメント用のマークＭが露光照明系８０側に配置されるので、マークＭを透過性基板Ｗを通して検出する必要がなくなり、従来の露光装置における作業と同様な作業を行うことにより、第２面Ｓ２が処理される。このようにして、基板Ｗの第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２にパターンが形成され、第１面Ｓ１に形成されるパターンと第２面Ｓ２に形成されるパターンとの位置関係が所定の位置関係を正確に備える透過性基板Ｗが製造される。なお、第１面Ｓ１を処理した後に第２面Ｓ２の処理を行う場合に限らず、第２面Ｓ２の処理の後に第１面Ｓ１を処理してもよい。また、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の両面にパターンを形成する場合に限らず、第１面Ｓ１或いは第２面Ｓ２のいずれかの面のみにパターンを形成する場合であってもよい。
なお以上では、ウエハホルダ５３上に透過性基板Ｗを載せると、ウエハホルダ５３の溝が基板Ｗを透過して見えるが、これを画像処理を用いてマークＭを特定する方法を述べた。
ところで、アライメントセンサがマークを検出する際にウエハホルダの溝が基板を透過してみえることにより悪影響を受けるのは、ウエハホルダの溝の縁の部分とマークとが重なる場合である。言い換えると、ウエハホルダの溝の縁の部分マークとが重ならない状況では、たとえウエハホルダの溝が基板を透過して見えていたとしても、アライメントセンサによるマークの検出には影響がない。
通常、基板Ｗ上には、複数のショット領域が形成されており、各ショット領域に対応してマークが形成されている。一方、基板上の複数のショット領域それぞれに位置情報を検出する方法としては、各ショットに対応するマークを逐一検出する方法の他に、基板上の複数のショット領域から所定数（例えば８つ）のサンプルショット領域を選択し、このサンプルショット領域の対応するマークをアライメントセンサで検出し、その結果に基づいて、基板上の複数のショット領域全ての位置情報を計算によって求める方法がある（以下、この方法をＥＧＡと称す）。言い換えると、たとえ検出不可能なマークがあろうとも、検出可能なマークだけを選択的に検出して、全てのショット領域の位置情報を求めることが可能である。
アライメントセンサがマークを検出する再にウエハホルダの溝が基板を透過して見えるという問題でいうと、ウエハホルダの溝の縁の部分とマークとが重ならないショットについて選択的にマーク検出を行い、その結果に基づいて基板上の複数のショット領域の位置情報を求めることが可能である。そして、ウエハホルダの溝の縁の部分とマークとが重なるか否かは、基板上のショット配列、及びショット内でのマーク位置に基づいて求めることが可能となる。
以下、ウエハホルダの溝の寸法情報、基板上のショット配列、及びショットないでのマークの位置に基づいて、どのショットにおいて、ウエハホルダの溝の縁の部分とマークとが重ならないかを求め、この結果に基づいてマーク検出を実行するショットを自動的に選択し、選択的なマーク検出を行うアライメント方法を説明する。
【００３２】
選択的なマーク検出を行うアライメント方法では、ウエハ裏面に形成された全てのアライメントマークのうち、以下の条件を満たすものを選出してアライメントを行う。第１に、ウエハ上、計測可能な位置にあること（すなわち、有効ウエハ径以内のショット上にあること等）。第２に、ウエハホルダ上の構造物と重ならないこと、である。
そして、図７に示すフローチャートに従って、アライメントマークの選択を行う。
まず、ステップ３１０（Ｓ３１０）では、アライメントマークＭの検出の障害となるウエハホルダ上での構造物（例えば、リングチャック部分など）の位置又は形状が入力される。
ステップ３２０では、ウエハＷのサイズ、ウエハＷのショットサイズ、ショット配列、マークサイズ、ショット内のマーク位置等、ウエハＷ上でアライメントマークＭがどの位置にあるかを計算するために必要な情報が入力される。
さらに、ステップ３３０では、禁止領域情報が入力される。禁止領域情報とは、アライメントマークＭと構造物とが、どの程度の距離だけ離間していなければならないのか、すなわち、アライメントマークＭと構造物とが干渉しないための距離情報等である。禁止領域は、ウエハホルダとウエハＷとの位置関係に生じ得る誤差量などから求められる。例えば、ウエハＷの投入精度やウエハ外形に対するアライメントマーク位置の変動量などである。
ステップ３４０では、判定対象ショットを選択する。判定対象ショットは、任意に選ばれる。例えば、エッジ部分のショットから、順次、隣り合うショットが選択される。
ステップ３５０では、ステップ３２０において入力された各種情報に基づいて、判定対象ショット内にあるアライメントマークＭの座標を算出する。
さらに、ステップ３６０では、アライメント可能なショット上のアライメントマークＭであるとともに、アライメントマークＭ自体も有効ウエハ径内に存在するかが判断される。
ステップ３７０では、ステップ３１０，３２０，３５０において入力或いは求められた情報に基づいて、ウエハホルダ上の構造物と干渉するか否かが判断される。そして、ウエハホルダ上の構造物と干渉しないと判断された場合にのみ、ステップ３８０に進み、そのショット領域を有効ショットとして記憶する。
そして、ステップ３９０において、判断したショットが最終ショットであるかが判断される。更に次のショット領域のアライメントマークＭについて処理を行う場合には、再度、ステップ３４０に戻り、上述した処理を繰り返す。
そして、最終ショットと判断された場合には、ステップ４００において、有効ショットのうち、アライメントに使用するショットを選択する。
以上のように、ウエハホルダの溝の寸法情報、基板上のショット配列、及びショット内でのマークの位置に基づいて、どのショットにおいて、ウエハホルダの溝の縁の部分とマークとが重ならないかを求め、この結果に基づいてマーク検出を実行するショットを自動的に選択し、選択されたマークにより、アライメント処理を行う。
【００３３】
なお、アライメントマークは、ショット内に複数配置することが可能である。この場合、マーク毎に上述した有効ショット判定を行い、もっともアライメント（ＥＧＡ）に有効なショット配列が選択できるマークを採用することにより、よりアライメント精度を向上させることができる。
ＥＧＡに有効なショットの配列の判断方法として、最も単純なのは、ショット数が多いほど有利とする方法である。しかしながら、ショット数が多くても、それらが狭い範囲に密集して存在する場合には、アライメントショットから遠く離れたショットにおいて重ね合わせ精度が不利になってしまう。また、アライメントショットが縦一列、或いは横一列などの配列になった場合には、ＥＧＡ計算自体が不可能となってしまう。したがって、一般的にはアライメントに有利と考えられるショットの配置、すなわち、アライメントショットは、なるべくウエハの中心からある程度の半径（ウエハ半径の１／２程度）以上にあり、かつ互いの間隔が大きいものが有利であると判断されるべきである。
このような判定を定量的に行うためには、以下のような方法がある。
ＥＧＡは、アライメントセンサの計測再現性を一定（計測対象のマークにより誤差が変化することがない）と仮定し、最小自乗法によりショット配列の近似式を計算する方法である。したがって、ショット配列が決まれば、アライメントセンサの計測再現性がショット配列式の計算誤差にどのように伝播するかが計算可能である。ショット配列式の誤差が推測できれば、この式に基づいて露光を行った際の重ね合わせ誤差も計算できる。そこで、アライメントショット配列から予想される重ね合わせ精度を比較することで、ショット配列の有利さを定量的に判断できる。
なお、アライメントに必要なショット数を超える多くのショットが有効となった場合、使用するショットを絞り込むことにより、処理時間を短縮することができる。どのショットを使用するかについては、上述したショット配列の有利さの判定を用いることができる。
【００３４】
次に、本発明に係るアライメント装置ＡＬ、及び露光装置ＳＴＰの第２実施形態について図を参照して説明する。図８は、第２実施形態に適用される半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置ＳＴＰ２の構成を示す模式図である
露光装置ＳＴＰ２のアライメント系ＡＬは、検出光学系１２の光軸ＡＢ方向におけるマークＭの位置を調整するために調整部３１を備える。調整部３１は、アライメントセンサ１０とマークＭとの相対距離Ｌ（図５参照）を変化させるセンサ駆動部３２、Ｚステージ駆動部６６、及びアライメントセンサ１０の検出特性を変化させる検出特性調整部３３とから構成される。センサ駆動部３２は、アライメントセンサ１０全体を検出光学系１２の光軸ＡＢ方向に移動させるものであり、また、Ｚステージ駆動部６６は、Ｚステージ６５とともに基板ＷをＺ方向に移動させるものであって、これらを単独或いは複合的に駆動することにより、アライメントセンサ１０と基板Ｗとの相対距離Ｌを変化させる。また、検出特性調整部３３は、例えば、検出光学系１２の光学特性を調整したり、ハロゲンランプ１３から照射されるビームの波長を調整したりすることにより、アライメントセンサ１０の焦点距離Ｌ１（図５参照）を延ばしたり、焦点深度を深くしたりして、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰとマークＭとの位置を調整する。そして、Ｚステージ駆動部６６、センサ駆動部３２、及び検出特性調整部３３のなかから最適な手段を選択して駆動させたり、或いはこれらを複合的に駆動させたりして、相対距離Ｌや焦点距離Ｌ１を変化させて、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークＭに合わせる。なお、これらの駆動部は、主制御系４０により制御される。更に、調整部３１は、出力部２８から得られる画像信号ＣＳのゲインが最大となるように、Ｚステージ駆動部６６、センサ駆動部３２、及び検出特性調整部３３を選択的或いは複合的に駆動して、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークＭに合わせる。また、アライメントセンサ１０から照射されるビームの波長を調整することにより、マークＭの検出を良好に行える状態にすることも可能である。
なお、露光装置ＳＴＰ２の他の構成要素は、露光装置ＳＴＰと同一であり、同一の符号を付してあるので、説明を省略する。
【００３５】
露光装置ＳＴＰ２の動作は、露光装置ＳＴＰの動作と略同一である。ただし、上述したステップ１２０（図２参照）等において、主制御系４０がセンサ駆動部３２、Ｚステージ駆動部６６、検出特性調整部３３を駆動することにより、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰとマークＭとの相対距離Ｌや焦点距離Ｌ１等を変化させて、短時間かつ確実に焦点位置ＦＰをマークＭに合わせる。更に、画像信号ＣＳを監視しながら、センサ駆動部３２及びＺステージ駆動部６６を駆動してアライメントセンサ１０及びＺステージ６５を上下させるとともに、検出特性調整部３３を駆動してアライメントセンサ１０の検出特性を変化させことにより、画像信号ＣＳが略最大となる状態で基板Ｗとアライメントセンサ１０とを保持する。すなわち、露光装置ＳＴＰ２は、状況に応じて調整部３１を選択的或いは複合的に駆動させて、アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰをマークＭに合わせることができる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
【００３７】
アライメントセンサ１０の焦点位置ＦＰとマークＭとのずれを検出する方法として、画像信号ＣＳを利用した方式を用いたが、これに限らず、位相検出方式を用いてもよい。また、これらパッシブ方式に限らず、赤外光で距離を測定するアクティブ方式を用いてもよい。
アライメントセンサには、ＦＩＡ式のアライメントセンサに限らず、ＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ  ｓｔｅｐ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式やＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサを用いてもよい。
また、投影光学系を介することなく直接基板上のマークの位置情報を検出するオフ・アクシス方式のアライメントセンサに限らず、投影光学系を介して基板上のマークの位置情報を検出するＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  ｌｅｎｓ）方式や投影光学系を介して基板とレチクルとを同時に観察して両者の相対位置関係を検出するＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  ｒｅｔｉｃｕｌｅ）方式のアライメントセンサを用いてもよい。
アライメント方法としては、グローバルアライメント方法に限らず、ダイ・バイ・ダイ方法を用いてもよい。
【００３８】
また、パターン形成板に形成されるパターンの数や配置位置、及び形状は任意に定めてよい。
【００３９】
また、任意の露光層を有する基板に対しても良好に基板表面の位置情報を検出するために、特開平９−２６６１４９号公報に記載されているように、露光すべき感光基板を用いて面位置検出装置の検出誤差を算出するようにしてもよい。
【００４０】
また、本発明が適用される露光装置として、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置を用いてもよい。
【００４１】
また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。
【００４２】
また、露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
また、本発明が適用される工程、あるいは装置としては、ＤＶＤ等の光ピックアップ素子、特に、その有機プレーナー素子の製造工程、装置が挙げられる。
【００４３】
また、本発明が適用される露光装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用いずに直接基板上にパターンを形成する構成としてもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。
【００４４】
また、投影光学系としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（このとき、レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
【００４５】
また、ウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００４６】
また、ウエハステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００４７】
また、レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００４８】
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００４９】
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査工程等を経て製造される。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明は、所定パターンが転写される基板と所定パターンとをアライメントするアライメント装置であって、基板が透過性基板であり、所定パターンを転写される透過性基板の第１面側から透過性基板を通して第１面とは反対の第２面に形成されたマークを検出する検出系を有するようにした。このため、透過性基板の第１面をアライメントする場合に、透過性基板の第２面に設けられたマークの検出を第１面側から行うことができるので、検出系を第２面側に配置する必要がなく、第１面側に配置すれば足りる。したがって、第１面及び第２面のアライメントにおいて、同一の検出系を用いることができるので、複数の検出系を配置することによる装置の大型化、複雑化、高コスト化を抑えることができる。また、透過性基板の両面が所定の位置関係を持つようにアライメントする場合には、それぞれの面を同一のマークと同一の検出系を用いてアライメントを行うので、第１面と第２面との相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、基板の両面にそれぞれマークを設けたり、透過性基板の両面側にそれぞれ異なる検出系を設けたりする必要がないので、両面のマークの相対位置ずれや２つの検出系の相対検出誤差がなく、第１面と第２面とを所定の位置関係を持つように正確にアライメントを行うことができる。
【００５１】
また、検出系がマークの像を検出する像検出部を有するようにしたので、例えば、基板を保持するためにウエハホルダ上に彫られた溝が基板をとおして見える場合であっても、像検出部がマークの像のみを検出するので、この溝をマークと見誤って検出することを防止できる。また、検出系が検出光学系を含み、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整する調整部を備えるようにしたので、検出光学系の焦点位置とマークとの位置がずれているためにマークを検出できない場合であっても、調整部により検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出系がマークを検出することが可能となる。また、調整部が検出系とマークとの相対距離を変化させることによって、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、例えば、検出光学系をマークに近づけたり、或いはマークを検出光学系に近づけたりすることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、調整部が検出系の検出特性を変化させる検出特性調整部を含むようにしたので、例えは、検出系の光学特性を変化させて焦点位置を移動させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マークに対してビームを照射する照明系を備え、検出特性調整部がビームの波長を調整するようにしたので、検出特性調整部がビームの波長を調整して検出光学系の焦点位置を移動させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マーク（Ｍ）の像を検出する像検出部がマークの像に応じた信号を発生する出力部を備え、調整部が信号のゲインを調整するようにしたので、出力部から発生するマークの像に応じた信号が検出光学系の焦点位置とマークとの相対距離に対応してゲインが変化する特性を利用して、この信号のゲインが上昇するように検出系の検出特性を変化させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、調整部が透過性基板の厚みに応じて、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、検出光学系の焦点位置が第１面に合っている場合に、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を透過性基板の厚みの分だけ変化させることにより、容易に検出光学系の焦点位置を第２面に設けられたマークに合わせることができる。また、マークに対してビームを照射する照明系を備え、ビームに対する透過性基板の屈折率に応じて検出光学系の光軸方向のおけるマークの位置を調整するようにしたので、照明系から照射されたビームが透過性基板を透過する際の屈折を考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置をマークに確実に合わせることができる。また、検出系の検出特性を変化させる検出特性調整部を含むようにしたので、例えば、検出光学系の焦点距離や焦点深度等を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。また、検出系がマークに対してビームを照射する照明系を備え、検出特性調整部がビームの波長を調整するようにしたので、検出特性調整部がビームの波長を調整して検出光学系の焦点位置を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。また、マークの像を検出する像検出部がマークの像に応じた信号を発生する出力部を備え、調整部が信号のゲインを調整するようにしたので、検出部によるマークの検出が最適な時に出力部から発生する信号のゲインが略最大となる特性を利用して、この信号のゲインが最大となるように検出系の検出特性を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。
【００５２】
第２の発明は、透過性基板に所定パターンを転写する露光装置であって、請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載のアライメント装置を備え、アライメント装置で透過性基板と所定パターンとをアライメントして、所定パターンを透過性基板に転写するようにした。これにより、透過性基板の第２面に設けられたマークの検出を第２面側のみならず、第１面側からも行うことができるので、アライメント装置の検出系をウエハステージ側に設けたり、透過性基板の両面側にそれぞれ異なる検出系を設けたりする必要がなくなる。また、透過性基板の両面にそれぞれ所定の位置関係を持つようにパターンを形成する場合には、それぞれの面の露光処理に先立つアライメントでは、同一のマークを同一の検出系で検出してアライメントを行うので、第１面に形成されるパターンと第２面に形成されるパターンとの相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、透過性基板の両面にそれぞれマークを設けたり、２つの検出系を設けたりする必要がないので、両面のマークの相対位置ずれや２つの検出系の相対検出誤差に起因する第１面のパターンと第２面のパターンとの相対位置ずれをなくすことができる。
【００５３】
第３の発明は、透過性基板の第１面に所定パターンを露光するための露光装置であって、所定パターンを転写される透過性基板の第１面側から透過性基板を通して第１面とは反対側の第２面に形成されたマークを検出する検出系を含み、検出系による検出結果に応じて透過性基板と所定パターンとをアライメントするアライメント装置を備え、アライメント装置によってアライメントされた透過性基板の第１面に所定パターンを露光するようにした。これにより、透過性基板の第１面に所定パターンを転写する場合に、検出系が透過性基板の第２面に設けられたマークを第１面側から検出することができるので、検出系を第２面側（ウエハステージ側）に配置する必要がなく、スペース効率がよくなる。したがって、このような検出系を含むアライメント装置を用いることで、露光装置が大型化または複雑化せず、装置の製造コストを抑えることができる。
【００５４】
また、所定パターンを投影する投影光学系と、投影光学系による像面位置と透過性基板の第１面との相対位置関係を検出する検出装置を備え、アライメント装置の検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整する調整部が、検出装置による検出結果に基づいて、アライメント装置の検出光学系の光軸方向におけるマークに位置を調整するようにしたので、露光装置に備わる検出装置の検出結果を用いて検出光学系の焦点位置を第１面に合わせた後に、さらに検出光学系の光軸方向におけるマークに位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、調整部が透過性基板の厚みと検出装置による検出結果とに応じて、アライメント装置の検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、透過性基板の厚みも考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を変化させることにより、容易に検出光学系の焦点位置を第１面から第２面に設けられたマークに合わせることができる。また、アライメント装置がマークに対してビームを投射する照明系を備え、調整部がビームに対する透過性基板の屈折率と検出装置の検出結果とに応じて、アライメント装置の検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、照明系から照射されたビームが透過性基板を透過する際の屈折を考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置を第１面から第２面に設けられたマークに合わせることができる。
【００５５】
第４の発明は、所定パターンが転写される基板と所定パターンとをアライメントするアライメント方法であって、基板が透過性基板であり、所定パターンを転写される透過性基板の第１面側から透過性基板を通して、第１面とは反対側の第２面に形成されたマークを検出する工程を含むようにした。これにより、透過性基板の第１面をアライメントする場合に、透過性基板の第２面に設けられたマークの検出を第２面側からのみならず、１面側からも行うことができるので、必要に応じてマークを検出する方向を変えることが可能となる。また、透過性基板の両面を所定の位置関係を持つようにアライメントする場合には、それぞれの面を同一のマークを用いてアライメントを行うので、第１面と第２面との相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、基板の両面にそれぞれマークを設ける必要がないので、両面のマークの相対位置ずれがなく、第１面と第２面とが所定の位置関係を持つように正確にアライメントすることができる。
【００５６】
また、マークを検出する工程が、マークの像を検出する工程を含むようにしたので、例えば、基板を保持するためにウエハホルダ上に彫られた溝が基板をとおして見える場合には、マークの像を検出する工程を設けることにより、この溝をマークと見誤って検出することを防止できる。また、マークを検出する工程が、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整する工程を含むようにしたので、検出光学系がマークを検出できない場合であっても、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整する工程を設けることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マークの光軸方向の位置を調整する工程において、検出光学系とマークとの相対距離を変化させることによって、光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置が不適当なためにマークを検出できない場合であっても、検出光学系とマークとの相対距離を変化させることによって、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マークの光軸方向の位置を調整する工程が、検出光学系の検出特性を変化させる工程を含むようにしたので、例えは、検出光学系の光学特性を変化させて検出光学系の焦点位置を移動させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マークを検出する工程が、マークに対してビームを照射する工程を含み、さらに、ビームの波長を調整するようにしたので、マークに照射するビームの波長を調整して検出光学系の焦点位置を移動させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マークを検出する工程が、マークの像に応じた信号を発生する工程を含み、さらに、信号のゲインを調整するようにしたので、検出光学系の焦点位置とマークとの相対距離に対応してマークの像に応じた信号のゲインが変化する特性を利用して、この信号のゲインが上昇するように検出光学系の検出特性を変化させることにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、マークの光軸方向の位置を調整する工程において、透過性基板の厚みに応じて、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、検出光学系の焦点位置が第１面に合っている場合に、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を透過性基板の厚みの分だけ変化させることにより、容易に検出光学系の焦点位置を第２面に設けられたマークに合わせることができる。また、マークに対してビームを照射する工程を含み、ビームに対する透過性基板の屈折率に応じて検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、検出光学系から照射されたビームが透過性基板を透過する際の屈折を考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置をマークに確実に合わせることができる。また、マークを検出する際の検出特性を変化させる工程を含むようにしたので、例えば、検出光学系の焦点距離や焦点深度等を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。また、マークを検出する際に、マークに対してビームを照射する工程を含み、検出特性を変化させる際に、ビームの波長を調整するようにしたので、マークに対して照射するビームの波長を調整して検出光学系の焦点位置を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。また、マークを検出する際に、マークの像に応じた信号を発生する工程を含み、さらに、信号のゲインを調整するようにしたので、マークの像に応じた信号のゲインが検出光学系によるマークの検出が良好な時に略最大となる特性を利用して、この信号のゲインが最大となるように検出光学系の検出特性を変化させることにより、マークの検出を良好な状態で行うことができる。
【００５７】
第５の発明は、透過性基板に所定パターンを転写する露光方法であって、請求項１８から請求項２９のうちいずれか一項に記載のアライメント方法で透過性基板と所定パターンとをアライメントして、所定パターンを透過性基板に転写するようにした。これにより、透過性基板の第２面に設けられたマークの検出を第２面側のみならず、第１面側からも行うことができるので、検出光学系をウエハステージ側に設けたり、透過性基板の両面側にそれぞれ異なる検出光学系を設けたりする必要がなくなる。また、透過性基板の両面にそれぞれ所定の位置関係を持つようにパターンを形成する場合には、それぞれの面の露光処理に先立つアライメントでは、同一のマークを同一の検出光学系で検出してアライメントを行うので、第１面に形成されるパターンと第２面に形成されるパターンとの相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、透過性基板の両面にそれぞれマークを設けたり、２つの検出光学系を設けたりする必要がないので、両面のマークの相対位置ずれや２つの検出光学系の相対検出誤差に起因する第１面のパターンと第２面のパターンとの相対位置ずれをなくすことができる
【００５８】
第６の発明は、透過性基板の第１面に所定パターンを露光するための露光方法であって、所定パターンを転写される透過性基板の第１面側から、透過性基板を通して、第１面とは反対の第２面に形成されたマークを検出し、検出結果に応じて透過性基板と所定パターンとをアライメントし、アライメントされた透過性基板の第１面に所定パターンを露光するようにした。これにより、透過性基板の第１面に所定パターンを転写する場合に、検出光学系が透過性基板の第２面に設けられたマークを第２面側からのみならず、第１面側からも検出することができるので、必要に応じてマークを検出する方向を変えることが可能となる。また、透過性基板の両面のそれぞれに所定の位置関係を持つようにパターンを露光する場合には、それぞれの面を同一のマークを用いてアライメントを行うので、第１面のパターンと第２面のパターンとの相対位置の誤差の発生を抑えることができる。すなわち、基板の両面にそれぞれマークを設ける必要がないので、両面のマークの相対位置ずれがなく、第１面のパターンと第２面のパターンとが所定の位置関係を持つように正確に露光することができる。
【００５９】
また、所定パターンを投影する投影光学系による像面位置と透過性基板の第１面との相対位置関係を検出する工程を含み、投影光学系の像面位置と透過性基板の第１面との相対位置関係に基づいて、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、投影光学系による像面位置と第１面との相対位置の検出結果を用いて、検出光学系の焦点位置を第１面に合わせた後に、さらに検出光学系の光軸方向におけるマークに位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置をマークに合わせることが可能となる。また、投影光学系の像面位置と透過性基板の第１面との相対位置関係と、透過性基板の厚みとに応じて、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、透過性基板の厚みも考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を変化させることにより、容易に検出光学系の焦点位置を第１面から第２面に設けられたマークに合わせることができる。また、マークを検出する際にマークに対してビームを照射する工程を含み、さらに、投影光学系の像面位置と透過性基板の第１面との相対位置関係と、ビームに対する透過性基板の透過率とに応じて、検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整するようにしたので、照射されたビームが透過性基板を透過する際の屈折を考慮して検出光学系の光軸方向におけるマークの位置を調整することにより、検出光学系の焦点位置を第１面から第２面に設けられたマークに合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に適用される露光装置の構成を示す模式図である。
【図２】アライメントセンサの焦点位置と、その際に得られる画像信号のゲインとを示す模式図である。
【図３】露光装置における露光手順を示すフローチャート図である。
【図４】基板に設けられたマークを示す模式図である。
【図５】図１におけるアライメントセンサの要部と基板とを拡大した概念図である。
【図６】透過性基板が載せられたウエハホルダを示す模式図である。
【図７】選択的なマーク検出を行うアライメント方法の手順を示すフローチャート図である。
【図８】第２実施形態に適用される露光装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
ＰＡ  所定パターン
ＳＡ  ショット領域
Ｗ    基板（透過性基板）
ＡＬ  アライメント系（アライメント装置）
Ｓ１  第１面
Ｓ２  第２面
Ｍ    マーク
ＡＢ  光軸
Ｌ    相対距離
ｗｔ  厚み
ＣＳ  画像信号（信号）
ＳＴＰ、ＳＴＰ２  露光装置
１０  アライメントセンサ（検出系）
１１  照明系
１２  検出光学系
２７  像検出部
２８  出力部
３０、３１  調整部
３２  検出特性調整部
５３  ウエハホルダ（基板保持部）
６１  オートフォーカスセンサ（検出装置）
９０  投影光学系
【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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