JP2011114209A - Projection exposure device - Google Patents

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成朗 村上
Takechika Nishi
健爾 西
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exposure method capable of performing projection exposure by positioning a reticle and a photosensitive substrate through alignment of a reverse-surface mark and a reticle mark. <P>SOLUTION: The projection exposure device is configured to perform projection exposure of a pattern on the reticle R onto the substrate through a projection optical system 17 by measuring a position of the reverse-surface mark provided on a reverse surface of the photosensitive substrate. In the projection exposure device, a first reference mark FM1 is provided at a position conjugate to the reticle mark RM provided on the reticle, a first measuring sensor for measuring them are disposed, further, a second reference mark FM2 is provided at a position conjugate to the reverse-surface mark, a second measuring sensor for measuring them are disposed, and the first reference mark and second reference mark are disposed at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate on a substrate stage. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置やプリント基板、ＬＣＤ、ＭＥＭＳの生産等に使用される投影露光方法に関するものであり、さらに詳細には、基板の裏面に設けられた裏面マークとレチクル上のレチクルマークの位置合わせを行い、レチクルパターンを感光性基板上に投影露光する投影露光装置に関するものである。   The present invention relates to a projection exposure method used for production of a semiconductor device, a printed circuit board, an LCD, a MEMS, and the like. More specifically, the back surface mark provided on the back surface of the substrate and the position of the reticle mark on the reticle. The present invention relates to a projection exposure apparatus that performs alignment and projects a reticle pattern onto a photosensitive substrate.

パワートランジスタ、マイクロマシンまたはプリント基板等の製造においては、マスクのパターンを正確にシリコンウエハ、エポキシ樹脂等の感光性基板の所定の位置に露光することが重要である。上述の位置合わせは、通常、レチクル及び感光性基板のアライメントマークを重ね合わせるようにして行っている。特に、ある製造工程においては、感光性基板の両面にパターンを焼き付けることがあり、裏面のパターンに対する表面のパターンの位置を正確に合わせることが重要である。   In manufacturing a power transistor, a micromachine, a printed circuit board, or the like, it is important to accurately expose a mask pattern at a predetermined position on a photosensitive substrate such as a silicon wafer or an epoxy resin. The above-described alignment is usually performed by overlapping the reticle and the alignment mark on the photosensitive substrate. In particular, in a certain manufacturing process, a pattern may be printed on both surfaces of the photosensitive substrate, and it is important to accurately align the position of the front surface pattern with respect to the back surface pattern.

すなわち、表面にパターン形成された感光性基板を裏返して、裏側の面に露光してパターンを作る際、上記パターン形成済の面（裏返すことにより露光面に対し裏面側になる）に付された裏面マークとレチクルのレチクルマークの位置合わせを行い、裏面と表面のパターンの位置合わせを行う必要がある（以下、このようなアライメントを裏面アライメントという）。上記位置ズレの精度は、例えば、マイクロマシンの製造工程においては、線幅の微細化により、近年では０．５μｍ以下が要求される。   That is, when the photosensitive substrate patterned on the front surface is turned over and the back side surface is exposed to create a pattern, it is attached to the patterned surface (the reverse side is the back side with respect to the exposed surface). It is necessary to align the back surface mark and the reticle mark of the reticle, and to align the back surface and front surface patterns (hereinafter, such alignment is referred to as back surface alignment). For example, in the manufacturing process of a micromachine, the accuracy of the positional deviation is required to be 0.5 μm or less in recent years due to the fine line width.

従来より、この種の装置に於いて、上述の裏面アライメントは感光性基板の厚さ分、アライメント光学系のフォーカス位置が異なるという問題がある。これを解決する手段としては、特開昭６３−２４６１８（特許文献１）や特開平９−１１５８１２（特許文献２）が知られている。どちらの特許文献においても、感光性基板をレチクルと検出光学系との間から退避させた状態で、検出光学系によりレチクルのレチクルマークを検出してレチクルの位置合せを行ない、次に基板をレチクルと検出光学系との間に位置付けた状態で、検出光学系により基板の裏面マークを検出して基板の位置合せを行なう。   Conventionally, in this type of apparatus, the above-described back surface alignment has a problem that the focus position of the alignment optical system differs by the thickness of the photosensitive substrate. As means for solving this, Japanese Patent Laid-Open No. 63-24618 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 9-115812 (Patent Document 2) are known. In both patent documents, with the photosensitive substrate retracted from between the reticle and the detection optical system, the reticle mark on the reticle is detected by the detection optical system to align the reticle, and then the substrate is moved to the reticle. The substrate is aligned by detecting the back surface mark of the substrate by the detection optical system in a state of being positioned between the detection optical system and the detection optical system.

特許文献１では、レチクルのレチクルマークを検出するとき、及び基板の裏面マークを検出するときの双方において、検出光学系の基準面に位置合せマークが結像する様に、検出光学系のレンズを動かす方法を取っている。   In Patent Document 1, when detecting a reticle mark of a reticle and when detecting a back surface mark of a substrate, the lens of the detection optical system is arranged so that the alignment mark forms an image on the reference surface of the detection optical system. Taking a way to move.

一方、特許文献２では、レチクルのレチクルマークを検出するとき、及び基板の裏面マークを検出するときに、（１）基板ステージをＺ方向に動かす、（２）基板の厚さに対応した透明部材を出し入れする、（３）投影光学系及び／またはレチクルをＺ方向に動かすことで、検出光学系の基準面に位置合せマークが結像する様に制御している。   On the other hand, in Patent Document 2, when detecting a reticle mark of a reticle and when detecting a back surface mark of a substrate, (1) move the substrate stage in the Z direction, and (2) a transparent member corresponding to the thickness of the substrate (3) By moving the projection optical system and / or reticle in the Z direction, control is performed so that the alignment mark forms an image on the reference plane of the detection optical system.

特開昭６３−２４６１８JP-A-63-24618 特開平９−１１５８１２JP-A-9-115812

しかし、特許文献１の方法では、基板の厚さ分フォーカスを制御するため、レンズをＺ方向に駆動する必要があり、メカのガタ等によるドリフトが大きくなるという問題がある。更に、アライメント光学系はＸＹ及びθ方向の計測の為、少なくとも２つ配置しなければならず、Ｚ方向に駆動機構を有する光学系はコストアップになるという問題もある。
一方、特許文献２の方法では、レチクルマークのアライメントを行なった後に、（１）基板ステージをＺ方向に動かす、（２）基板の厚さに対応した透明部材を出し入れする、（３）投影光学系及び／またはレチクルをＺ方向に動かす必要がある。この駆動を行なう場合も、基板の厚さに対応する距離だけ基板ステージや光学部材等を動かす必要があり、Ｚ方向駆動によるＸＹ方向のドリフトや透明部材の挿入時の傾き誤差、投影光学系及び／またはレチクルのＺ方向駆動によるＸＹ方向のドリフトが大きくなるという問題が発生する。 However, in the method of Patent Document 1, since the focus is controlled by the thickness of the substrate, it is necessary to drive the lens in the Z direction, and there is a problem that drift due to mechanical backlash or the like increases. Furthermore, at least two alignment optical systems must be arranged for measurement in the XY and θ directions, and there is a problem that an optical system having a drive mechanism in the Z direction increases the cost.
On the other hand, in the method of Patent Document 2, after the alignment of the reticle mark, (1) the substrate stage is moved in the Z direction, (2) a transparent member corresponding to the thickness of the substrate is taken in and out, (3) projection optics It is necessary to move the system and / or reticle in the Z direction. Even when this drive is performed, it is necessary to move the substrate stage, the optical member, and the like by a distance corresponding to the thickness of the substrate, the drift in the XY direction due to the Z direction drive, the tilt error when inserting the transparent member, the projection optical system, and There is a problem that drift in the XY directions due to driving of the reticle in the Z direction increases.

例えば、感光性基板としてウェハを用いた場合、ウェハの厚さは７００μｍ±７５μｍ程度である。上述の方法では、この分Ｚ方向への機構の駆動が必要となる。ＸＹ方向の必要精度を０．５μｍとすると、０．７ｍｒａｄ程度のＸＹドリフト量に抑える必要がある。これを実現する為の機構は非常に高価なものとなることは、容易に想像できる。これを基板ステージで行なう場合であるが、通常の露光装置に必要なＺ駆動のストロークは、５００μｍ程度とされている。一般的な基板ステージのＺ駆動には、ＸＹ方向のシフトが少なく、小スペースで設計できる板バネが使われることが多いが、裏面アライメントに合わせた駆動ストロークを持たせることで、板バネの歪が倍に大きくなり、固定しているネジ部でのＸＹドリフトや基板ステージ自体の歪も大きくなる。駆動ストロークを大きくするとういうことは、この様に、更なる精度悪化や、スループットの低下を招く恐れもある。   For example, when a wafer is used as the photosensitive substrate, the thickness of the wafer is about 700 μm ± 75 μm. In the above-described method, it is necessary to drive the mechanism in the Z direction. If the required accuracy in the XY direction is 0.5 μm, it is necessary to suppress the XY drift amount to about 0.7 mrad. It can be easily imagined that the mechanism for realizing this is very expensive. In the case where this is performed on the substrate stage, the Z drive stroke required for a normal exposure apparatus is set to about 500 μm. A plate spring that can be designed in a small space with little shift in the XY direction is often used for the Z drive of a general substrate stage. However, by providing a drive stroke that matches the backside alignment, Becomes twice as large, and the XY drift at the fixed screw portion and the distortion of the substrate stage itself also increase. In this way, increasing the driving stroke may cause further deterioration in accuracy and a decrease in throughput.

また、従来の方法では、裏面アライメント光学系によりレチクル上のレチクルマークをアライメントする。即ち、レチクルマークのウェハ面上投影像をリレー光学系によりリレーし、その共役な位置に検出光学系を配置する必要がある。しかし、レチクルマークのウェハ面上投影像の共役位置は、ウェハステージの駆動位置と干渉するので、実質的に、検出光学系を配置することは難しいという問題もある。   In the conventional method, the reticle mark on the reticle is aligned by the back surface alignment optical system. That is, it is necessary to relay the projected image of the reticle mark on the wafer surface by a relay optical system and to arrange the detection optical system at a conjugate position. However, since the conjugate position of the projected image of the reticle mark on the wafer surface interferes with the drive position of the wafer stage, there is a problem that it is substantially difficult to dispose the detection optical system.

本発明は上述の従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、基板の厚さ分、各機構部分を駆動させなくても、裏面マークとレチクルマークとのアライメントにより、レチクルと感光性基板との位置合わせを行い、感光性基板上にレチクルパターンを投影露光することが可能な露光方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems of the prior art, and the reticle and the photosensitivity can be obtained by aligning the back surface mark and the reticle mark without driving each mechanism portion by the thickness of the substrate. It is an object of the present invention to provide an exposure method capable of aligning with a substrate and projecting and exposing a reticle pattern on a photosensitive substrate.

更には、レチクルマークのウェハ面上投影像を観察する共役位置に裏面アライメント光学系を配置しなくても、裏面マークとレチクルマークとのアライメントにより、レチクルと感光性基板との位置合わせを行い、感光性基板上にレチクルパターンを投影露光することが可能な露光方法を提供することを目的とする。   Furthermore, alignment of the reticle and the photosensitive substrate is performed by alignment of the back surface mark and the reticle mark without arranging the back surface alignment optical system at the conjugate position for observing the projected image of the reticle mark on the wafer surface. It is an object of the present invention to provide an exposure method capable of projecting and exposing a reticle pattern on a photosensitive substrate.

上記課題を解決するため、本発明の第１の手段においては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に第１の基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に第２の基準マークを設けると共に、それらを計測する第２の計測センサが配置されており、前記第１の基準マーク及び前記第２の基準マークを基板ステージ上の前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。   In order to solve the above problems, in the first means of the present invention, the pattern on the reticle is measured on the substrate via the projection optical system by measuring the position of the back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate. And a first reference sensor provided at a position conjugate with the reticle mark provided on the reticle, a first measurement sensor for measuring them is disposed, and the back surface mark. A second reference mark is provided at a conjugate position, and a second measurement sensor for measuring the second reference mark is disposed, and the first reference mark and the second reference mark are placed on the photosensitive substrate on the substrate stage. It arrange | positioned at the distance corresponding to the thickness of.

ここで図４を用いて、本発明に係る第１の手段の概要を説明する。図４は、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭと第１基準マークＦＭ１との共役関係、及びウェハＷ裏面に存在するウェハマークＷＭと第２基準マークＦＭ２との共役関係を示したものである。レチクルアライメント顕微鏡１４は、レチクルマークＲＭと共役な関係にあるマークのアライメントが可能な光学系であり、図４（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２が、ウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。   Here, the outline | summary of the 1st means based on this invention is demonstrated using FIG. FIG. 4 shows the conjugate relationship between the reticle mark RM on the reticle R and the first reference mark FM1, and the conjugate relationship between the wafer mark WM existing on the back surface of the wafer W and the second reference mark FM2. The reticle alignment microscope 14 is an optical system capable of aligning marks having a conjugate relationship with the reticle mark RM. FIG. 4A shows the reticle alignment microscope 14 in a state where the wafer W is not mounted on the wafer holder 20. Is used to indicate alignment of the reticle mark RM and the reference mark FM1. In this figure, in order to easily explain the conjugate condition, the projection optical system 17 for projecting the pattern on the reticle R onto the wafer W surface, and the conjugate relationship between the wafer W surface and the reference mark 22 are shown. The relay optical system 24 is expressed by using a simple lens. Further, by connecting the wafer holder 20, the relay optical system 24 and the reference mark 22, the wafer holder 20, the relay optical system 24 and the reference mark 22 are on a wafer stage 21 (not shown) for driving the wafer. This is schematically shown.

実線で示された光束は、ウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とが共役な関係にあることを示している。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ１とを、レチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作により、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１の位置関係を計測することができる。   A light beam indicated by a solid line indicates that the reticle mark RM and the reference mark FM1 are in a conjugate relationship in a state where the wafer W is not mounted. In other words, the reticle mark RM on the reticle R and the reference mark FM1 on the reference mark 22 placed on the wafer stage 21 can be aligned by the reticle alignment microscope 14, and the reticle mark RM and the reference mark can be aligned by the alignment operation. The positional relationship of the mark FM1 can be measured.

図５（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１０１から出力された照明光は、レンズ１０２、ハーフミラー１０３及びレンズ１０４によりレチクルマークＲＭを照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）により基準マークＦＭ１上も照射する。レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１からの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１０３を透過した光束が、レンズ１０５により計測センサ１０６上に導かれる。図を見て分かる様に、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１は、計測センサ１０６面に対して共役な位置関係にあるので、レチクルマークＲＭの投影像と基準マークＦＭ１の投影像とが計測センサ１０６上に投影されることになる。   FIG. 5A shows a state in which the reticle mark RM and the reference mark FM1 are measured by the reticle alignment microscope 14. The illumination light output from the alignment illumination system 101 irradiates the reticle mark RM through the lens 102, the half mirror 103, and the lens 104. The illumination light is also irradiated on the reference mark FM1 by the relay system 100 (projection optical system 17 and relay optical system 24). The reflected light from the reticle mark RM and the reference mark FM 1 returns again on the same optical path, and the light beam that has passed through the half mirror 103 is guided onto the measurement sensor 106 by the lens 105. As can be seen from the figure, since the reticle mark RM and the reference mark FM1 are in a conjugate positional relationship with respect to the surface of the measurement sensor 106, the projection image of the reticle mark RM and the projection image of the reference mark FM1 are the measurement sensor 106. Will be projected on top.

図５（Ｂ）にはレチクルマークＲＭ、基準マークＦＭ１、及び共役位置に無い基準マークＦＭ２のパターン形状（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図５（Ｃ）の上図では計測センサ１０６上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは説明を簡単にする為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１０６は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを、図５（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図５（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１は鮮明な像となって表れるが、非共役位置にある基準マークＦＭ２は、デフォーカスによりアライメント精度に影響が無いレベルとなっているのが確認できる。   FIG. 5B shows the pattern shape of the reticle mark RM, the reference mark FM1, and the reference mark FM2 that is not in the conjugate position (the black portion is the chrome surface and the bright portion is the glass surface). In the upper diagram, a projected image on the measurement sensor 106 is shown (in fact, the chrome surface is reflected, so the contrast of the image is reversed, but here, for the sake of simplicity, the chrome surface portion is shown. (Shown in black). The measurement sensor 106 is a two-dimensional CCD, and can be shown as measurement data obtained by adding the light intensity distribution data of the projected image in the vertical direction on the drawing at the dotted line portion in the upper drawing of FIG. This is shown in the lower part of FIG. Although the reticle mark RM and the reference mark FM1 in the conjugate relationship appear as clear images, it can be confirmed that the reference mark FM2 in the non-conjugated position has a level that does not affect the alignment accuracy due to defocusing.

ここで、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２を同じ形状にして重ね合せている理由は、両マーク共に基準マーク２２上に形成されているので、デフォーカス量や位置が変化することが無い。よって、投影光学系のＮＡ条件等で、基準マークＦＭ２のデフォーカス像がアライメント精度に影響があった場合でも、一定のオフセットとなり、システムオフセットして取り除けば、アライメント再現性としては影響が出ない為である。   Here, the reason why the fiducial mark FM1 and fiducial mark FM2 are overlapped in the same shape is that both marks are formed on the fiducial mark 22, so that the defocus amount and position do not change. Therefore, even if the defocus image of the reference mark FM2 has an influence on the alignment accuracy due to the NA condition of the projection optical system, etc., it becomes a constant offset, and if it is removed by system offset, the alignment reproducibility is not affected. Because of that.

次に図４（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置したときの、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いて、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。基準マークＦＭ２は、上述の基準マークＦＭ１が描画された基準マーク２２のガラスプレートの反対面に描画されているので、ガラスプレートがピッチングまたはローリング誤差を持たない限り、その位置関係がずれることは無い。即ち、ウェハ裏面アライメント光学系２３により基準マークＦＭ２をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ１との位置関係を計測することとなり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。   Next, in FIG. 4B, the wafer stage 21 is moved so that the wafer back surface mark WM and the reference mark FM2 can be aligned using the wafer back surface alignment optical system 23 when the wafer W is set in the wafer holder 20. It shows where you did it. Since the fiducial mark FM2 is drawn on the opposite surface of the glass plate of the fiducial mark 22 on which the fiducial mark FM1 is drawn, the positional relationship does not shift unless the glass plate has a pitching or rolling error. . That is, by aligning the reference mark FM2 with the wafer backside alignment optical system 23, the positional relationship between the wafer backside alignment optical system 23 and the reference mark FM1 is measured. As a result, the reticle mark RM and the wafer backside alignment optical system are measured. A distance D to 23 measurement points (hereinafter referred to as a baseline value D) can be obtained.

更に、図４（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２が共役な関係にあることを実線で示している。即ち、基準マークＦＭ２に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに計測したズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけ、ウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。   Further, in FIG. 4B, a solid line indicates that the wafer back surface mark WM and the reference mark FM2 of the installed wafer W are in a conjugate relationship. That is, the deviation x of the wafer back surface mark WM can be measured with respect to the reference mark FM2 by the wafer back surface alignment optical system 23, and only D + x obtained by adding the measured deviation x to the baseline value D described above. By moving the wafer stage 21, the wafer back surface mark WM can be superimposed on the projection position of the reticle mark RM on the wafer.

図６（Ａ）では、基準マークＦＭ２を裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１０７から出力された照明光は、レンズ１０８、ハーフミラー１０９及びレンズ１１０により基準マークＦＭ２を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ２及びウェハ裏面マークＷＭの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１０９を透過した光束が、レンズ１１１により計測センサ１１２上に導かれる。図を見て分かる様に、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とは、計測センサ１１２面に対して共役な位置関係にあるので、ウェハ裏面マークＷＭの投影像と基準マークＦＭ２の投影像とが計測センサ１１２上に投影されることとなる。   FIG. 6A shows a state in which the reference mark FM2 is measured by the back surface alignment optical system 23. The illumination light output from the alignment illumination system 107 irradiates the reference mark FM2 through the lens 108, the half mirror 109, and the lens 110. The illumination light is also irradiated on the wafer back surface mark WM by the relay optical system 24. The reflected light of the reference mark FM2 and the wafer back surface mark WM returns again through the same optical path, and the light beam that has passed through the half mirror 109 is guided onto the measurement sensor 112 by the lens 111. As can be seen from the figure, since the wafer back surface mark WM and the reference mark FM2 are in a positional relationship conjugate to the surface of the measurement sensor 112, the projection image of the wafer back surface mark WM and the projection image of the reference mark FM2 are It will be projected onto the measurement sensor 112.

図６（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭ、基準マークＦＭ２、及び共役位置に無い基準マークＦＭ１のパターン形状（基準マークは黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図６（Ｃ）の上図では、計測センサ１１２上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１１２は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを、図６（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図６（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるウェハ裏面マークＷＭ及び基準マークＦＭ２は鮮明な像となって表れるが、非共役位置にある基準マークＦＭ１は、デフォーカスによりアライメント精度に影響が無いレベルとなっているのが確認できる。   FIG. 6B shows the pattern shape of the wafer back surface mark WM, the reference mark FM2, and the reference mark FM1 that is not in the conjugate position (the black portion is the chrome surface and the bright portion is the glass surface). 6C shows a projected image on the measurement sensor 112 (actually, since the chrome surface is reflected, the brightness of the image is reversed, but here for the sake of simplicity). The chrome surface is shown in black). The measurement sensor 112 is a two-dimensional CCD, and can be shown as measurement data obtained by adding the light intensity distribution data of the projected image in the vertical direction on the drawing at the dotted line portion in the upper drawing of FIG. This is shown in the lower part of FIG. Although the wafer back surface mark WM and the reference mark FM2 in a conjugate relationship appear as clear images, it can be confirmed that the reference mark FM1 in the non-conjugated position has a level that does not affect the alignment accuracy due to defocusing. .

上述の様に、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２共に基準マーク２２上に形成されているので、デフォーカス量や位置が変化することが無い。よって、基準マークＦＭ１のデフォーカス像がアライメント精度に影響があった場合でも、一定のオフセットとなり、システムオフセットして取り除けば、アライメント再現性としては影響が出ないことが分かる。   As described above, since both the reference mark FM1 and the reference mark FM2 are formed on the reference mark 22, the defocus amount and position do not change. Therefore, even when the defocus image of the fiducial mark FM1 has an effect on the alignment accuracy, it becomes a constant offset, and if the system offset is removed, the alignment reproducibility is not affected.

図４（Ｃ）では、Ｄ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。   FIG. 4C shows a state in which the wafer stage 21 is moved by D + x and the wafer back surface mark WM is superimposed on the on-wafer projection position of the reticle mark RM. Originally, the distance between the exposure position on the wafer W and the position of the wafer back surface mark WM and the distance between the reticle mark RM and the reticle exposure center are known from the design values. The projected image can be accurately projected and exposed on the wafer surface according to the position of the wafer back surface mark WM.

この様に、第１の基準マークＦＭ１及び第２の基準マークＦＭ２を、基板ステージ上の感光性基板の厚さに対応する距離に配置しているので、図４、図５、図６で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１のアライメント位置、並びに基準マークＦＭ２及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。   In this way, the first reference mark FM1 and the second reference mark FM2 are arranged at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate on the substrate stage, and will be described with reference to FIGS. As described above, it is not necessary to control the movement of the wafer stage 21 in the Z direction corresponding to the thickness of the photosensitive substrate from the series of alignment operations to the exposure operation, and high alignment accuracy and high-speed processing can be realized. Furthermore, since the alignment position of the reticle mark RM and the reference mark FM1 and the alignment position of the reference mark FM2 and the wafer back surface alignment optical system 23 can be separated by the baseline value D, the wafer back surface alignment optical system 23 can be moved to any position. It becomes possible to install in.

次に、同等の効果が期待できる第２の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと、基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと前記基準マークを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及び前記裏面マークを計測する第２の計測センサを配置する様にした。   Next, as a second means that can be expected to have the same effect, the pattern on the reticle is placed on the substrate via the projection optical system by measuring the position of the back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate. An apparatus for projection exposure, wherein a reticle mark provided on a reticle, a reference mark is provided at a conjugate position on a substrate stage, a first measurement sensor for measuring them is arranged, and the back surface mark An alignment optical system having two focal points at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate capable of simultaneously measuring the reference mark, and further measuring the reference mark and the back surface mark in the alignment optical system The second measurement sensor is arranged.

ここで図７を用いて、第２の手段の概略を説明する。図７はレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ１の共役関係、並びにウェハＷ裏面に存在するウェハ裏面マークＷＭ及び基準マークＦＭ１の共役関係を示したものである。レチクルアライメント顕微鏡１４は、レチクルマークＲＭと共役な関係にあるマークのアライメントが可能な光学系であり、図７（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２が、ウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。   Here, the outline of the second means will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the conjugate relationship between the reticle mark RM and the reference mark FM1 on the reticle R, and the conjugate relationship between the wafer back surface mark WM and the reference mark FM1 existing on the back surface of the wafer W. The reticle alignment microscope 14 is an optical system capable of aligning marks having a conjugate relationship with the reticle mark RM. FIG. 7A shows the reticle alignment microscope 14 in a state where the wafer W is not mounted on the wafer holder 20. Is used to indicate alignment of the reticle mark RM and the reference mark FM1. In this figure, in order to easily explain the conjugate condition, the projection optical system 17 for projecting the pattern on the reticle R onto the wafer W surface, and the conjugate relationship between the wafer W surface and the reference mark 22 are shown. The relay optical system 24 is expressed by using a simple lens. Further, by connecting the wafer holder 20, the relay optical system 24 and the reference mark 22, the wafer holder 20, the relay optical system 24 and the reference mark 22 are on a wafer stage 21 (not shown) for driving the wafer. This is schematically shown.

実線で示された光束は、ウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とが共役な関係にあることを示している。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ１とをレチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作によりレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１との位置関係を計測することができる。尚、詳細説明はＦＭ２が存在しないこと以外は、図５の説明内容と同じなので、ここでは省略する。   A light beam indicated by a solid line indicates that the reticle mark RM and the reference mark FM1 are in a conjugate relationship in a state where the wafer W is not mounted. In other words, the reticle mark RM on the reticle R and the reference mark FM1 on the reference mark 22 placed on the wafer stage 21 can be aligned by the reticle alignment microscope 14, and the reticle mark RM and the reference mark FM1 are aligned by the alignment operation. Can be measured. The detailed description is the same as the description of FIG. 5 except that FM2 does not exist, and is omitted here.

次に、図７（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置した場合の、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いて、ウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ１とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。２焦点光学系の搭載されたウェハ裏面アライメント光学系２３により、基準マークＦＭ１をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ１との位置関係を計測することとなり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。   Next, in FIG. 7B, the wafer stage 21 is placed so that the wafer back surface mark WM and the reference mark FM1 can be aligned using the wafer back surface alignment optical system 23 when the wafer W is set in the wafer holder 20. It shows where it has moved. By aligning the reference mark FM1 with the wafer backside alignment optical system 23 on which the bifocal optical system is mounted, the positional relationship between the wafer backside alignment optical system 23 and the reference mark FM1 is measured. As a result, the reticle mark A distance D (hereinafter referred to as a baseline value D) between the RM and the measurement point of the wafer back surface alignment optical system 23 can be obtained.

更に、図７（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ１との共役条件が、２焦点光学系（ここでは２焦点レンズ２５を説明用に使用している）により、実線と点線の２つの光束に分かれていることを示している。後述するが、どちらの光束も計測センサ面では共役な関係にある。即ち、基準マークＦＭ１に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに、計測されたズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハＷ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。   Further, in FIG. 7B, the conjugate condition between the wafer back surface mark WM and the reference mark FM1 of the installed wafer W is determined by the bifocal optical system (here, the bifocal lens 25 is used for explanation). This indicates that the light beam is divided into two light beams, a solid line and a dotted line. As will be described later, both light fluxes have a conjugate relationship on the measurement sensor surface. That is, the deviation x of the wafer back surface mark WM can be measured with respect to the reference mark FM1 by the wafer back surface alignment optical system 23, and D + x obtained by adding the measured deviation amount x to the above-described baseline value D. By moving the wafer stage 21 only, the wafer back surface mark WM can be superimposed on the projection position on the wafer W of the reticle mark RM.

図８では、第２の手段に第４の手段を適用した場合について説明する。図８（Ａ）では、基準マークＦＭ１を裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１１３から出力された照明光はレンズ１１４、ハーフミラー１１５、及び２焦点レンズ２５により基準マークＦＭ１を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ１及びウェハ裏面マークＷＭの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１１５を透過した光束が、レンズ１１６により計測センサ１１７上に導かれる。ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’は、２焦点レンズ２５により、計測センサ１１７面に対して共役な位置関係にあることを、図８（Ａ）の光束（点線で示す）で表している。更に、基準ＦＭ１も２焦点レンズ２５により計測センサ１１７面に対して共役な位置関係となる（実線で示す）ので、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１の投影像とが、計測センサ１１７面上に投影されることとなる。   FIG. 8 illustrates a case where the fourth means is applied to the second means. FIG. 8A shows a state in which the reference mark FM1 is measured by the back surface alignment optical system 23. The illumination light output from the alignment illumination system 113 irradiates the reference mark FM1 through the lens 114, the half mirror 115, and the bifocal lens 25. The illumination light is also irradiated on the wafer back surface mark WM by the relay optical system 24. The reflected light of the reference mark FM1 and the wafer back surface mark WM returns again through the same optical path, and the light beam that has passed through the half mirror 115 is guided onto the measurement sensor 117 by the lens 116. The projected image WM ′ of the wafer back surface mark WM indicates that the bifocal lens 25 is in a conjugate positional relationship with the surface of the measurement sensor 117 by a light beam (indicated by a dotted line) in FIG. Further, since the reference FM1 is also conjugated to the measurement sensor 117 surface by the bifocal lens 25 (shown by a solid line), the projection image WM ′ of the wafer back surface mark WM and the projection image of the reference mark FM1 are measured. It is projected onto the sensor 117 surface.

ここで、２焦点レンズ２５について少し詳しく説明する。２焦点レンズとは、方解石という複屈折（透明な方解石を通して向こう側を見ると二重に見える光学的特徴）をおこす鉱物を用いたレンズであり、偏光方向に依存した２つの焦点を有する。照明光がランダム偏光なので、２焦点レンズ２５により２つの焦点が形成されている。一方の偏光が実線の光束を示し、それに直交するもう一方向の偏光が点線の光束を示している。共に計測センサ１１７面と共役な条件にすることができる。   Here, the bifocal lens 25 will be described in some detail. The bifocal lens is a lens using a mineral that produces birefringence (calcite that looks double when viewed through the transparent calcite), and has two focal points depending on the polarization direction. Since the illumination light is randomly polarized, two focal points are formed by the bifocal lens 25. One polarized light indicates a solid light beam, and polarized light in another direction orthogonal thereto indicates a dotted light beam. Both conditions can be conjugate to the measurement sensor 117 surface.

図８（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’、及び基準マークＦＭ１のパターン形状（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図８（Ｃ）の上図では、計測センサ１１７上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１１７は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図８（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図８（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるウェハ裏面マークＷＭ、及び基準マークＦＭ１が鮮明な投影像となっているのが確認できる。尚、第１実施例と異なり、ＦＭ２が存在していないので、基準マークＦＭ１の位置とウェハ裏面マークＷＭの位置とを干渉しない様にすることが可能となる。   FIG. 8B shows the projected image WM ′ of the wafer back surface mark WM and the pattern shape of the reference mark FM1 (the black portion is the chrome surface and the bright portion is the glass surface), and FIG. In the upper diagram, a projected image on the measurement sensor 117 is shown (in reality, the chrome surface is reflected, so the brightness of the image is reversed, but for the sake of simple explanation, the chrome surface portion is blackened). Shown). This measurement sensor 117 is a two-dimensional CCD, and can be shown as measurement data obtained by adding the light intensity distribution data of the projected image in the vertical direction on the drawing at the dotted line portion in the upper drawing of FIG. This is shown in the lower part of FIG. It can be confirmed that the wafer back surface mark WM and the reference mark FM1 which are in a conjugate relationship are clear projected images. Unlike the first embodiment, since FM2 does not exist, it is possible to prevent the position of the reference mark FM1 and the position of the wafer back surface mark WM from interfering with each other.

図７（Ｃ）では、Ｄ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。   FIG. 7C shows a state in which the wafer stage 21 is moved by D + x and the wafer back surface mark WM is superimposed on the projection position of the reticle mark RM on the wafer. Originally, the distance between the exposure position on the wafer W and the position of the wafer back surface mark WM and the distance between the reticle mark RM and the reticle exposure center are known from the design values. The projected image can be accurately projected and exposed on the wafer surface according to the position of the wafer back surface mark WM.

この様に、２焦点光学系の焦点を感光性基板の厚さに対応する距離だけ離れる様に設計しているので、図７、図８で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ１とのアライメント位置、及び基準マークＦＭ１とウェハ裏面アライメント光学系２３とのアライメント位置は、ベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。   As described above, since the focal point of the bifocal optical system is designed to be separated by a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate, the series of alignment operations to exposure operations are performed as described with reference to FIGS. Thus, control such as movement in the Z direction of the wafer stage 21 corresponding to the thickness of the photosensitive substrate becomes unnecessary, and high alignment accuracy and high-speed processing can be realized. Furthermore, since the alignment position between the reticle mark RM and the reference mark FM1 and the alignment position between the reference mark FM1 and the wafer back surface alignment optical system 23 can be separated by the baseline value D, the wafer back surface alignment optical system 23 can be separated. It can be installed at an arbitrary position.

尚、図７、図８による説明では、２焦点光学系を裏面アライメント光学系２３内に設けているが、リレー光学系２４内に２焦点光学系を設置しても同様の効果が得られるのは言うまでもない。これは、ウェハ裏面アライメント光学系２３及びリレー光学系２４を合わせて、アライメント光学系としての機能が得られる為である。   7 and 8, the bifocal optical system is provided in the back surface alignment optical system 23. However, the same effect can be obtained even if the bifocal optical system is installed in the relay optical system 24. Needless to say. This is because the wafer back surface alignment optical system 23 and the relay optical system 24 are combined to provide a function as an alignment optical system.

同様の効果が期待できる手段として、第３の手段では、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、基板ステージ上の前記裏面マークと共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及びレチクルマークを計測する第２の計測センサを配置する様にした。   As a means that can expect the same effect, the third means projects the pattern on the reticle onto the substrate via the projection optical system by measuring the position of the back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate. An exposure apparatus, in which a reference mark is provided at a position conjugate with the back surface mark on the substrate stage, a first measurement sensor for measuring them is disposed, and the reticle mark provided on the reticle and the reticle mark An alignment optical system having two focal points at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate, capable of simultaneously measuring a reference mark, and further measuring the reference mark and the reticle mark in the alignment optical system. Two measurement sensors were arranged.

ここで、図９を用いて、第３の手段の概要を説明する。図９は、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２、並びにウェハＷ裏面に存在するウェハマークＷＭ及び基準マークＦＭ２の共役関係を示したものである。図９（Ａ）はウェハＷがウェハホルダ２０上に搭載されていない状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いてレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２とをアライメントしているところを示している。この図では、共役条件を判り易く説明する為に、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ面上に投影する為の投影光学系１７、及びウェハＷ面と基準マーク２２とを共役関係にする為のリレー光学系２４を簡単なレンズを用いることで表現している。更には、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２を連結させることで、ウェハホルダ２０、リレー光学系２４及び基準マーク２２がウェハを駆動させる為のウェハステージ２１（図示せず）上にあることを模式的に表している。   Here, the outline of the third means will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a conjugate relationship between the reticle mark RM and the reference mark FM2 on the reticle R, and the wafer mark WM and the reference mark FM2 existing on the back surface of the wafer W. FIG. 9A shows a state where the reticle mark RM and the reference mark FM2 are aligned using the reticle alignment microscope 14 in a state where the wafer W is not mounted on the wafer holder 20. In this figure, in order to easily explain the conjugate condition, the projection optical system 17 for projecting the pattern on the reticle R onto the wafer W surface, and the conjugate relationship between the wafer W surface and the reference mark 22 are shown. The relay optical system 24 is expressed by using a simple lens. Further, by connecting the wafer holder 20, the relay optical system 24 and the reference mark 22, the wafer holder 20, the relay optical system 24 and the reference mark 22 are on a wafer stage 21 (not shown) for driving the wafer. Is schematically represented.

更に、第３の手段に第４の手段を適用した場合であるが、図９（Ａ）ではウェハＷを搭載しない状態で、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２との共役関係が２焦点光学系（ここでは２焦点レンズ２６を説明用に使用している）により、実線と点線の２つの光束に分かれていることを示している。後述するが、どちらの光束も計測センサ面では共役な関係にある。即ち、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭとウェハステージ２１に設置された基準マーク２２上の基準マークＦＭ２とをレチクルアライメント顕微鏡１４によりアライメントすることが可能であり、アライメント動作によりレチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２との位置関係を計測することができる。   Further, in the case where the fourth means is applied to the third means, the conjugate relationship between the reticle mark RM and the reference mark FM2 is shown in FIG. Here, the bifocal lens 26 is used for explanation), which indicates that the light beam is divided into two light beams, a solid line and a dotted line. As will be described later, both light fluxes have a conjugate relationship on the measurement sensor surface. That is, the reticle mark RM on the reticle R and the reference mark FM2 on the reference mark 22 placed on the wafer stage 21 can be aligned by the reticle alignment microscope 14, and the reticle mark RM and the reference mark FM2 are aligned by the alignment operation. Can be measured.

図１０（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１１８から出力された照明光は、レンズ１１９、ハーフミラー１２０、及び２焦点レンズ２６によりレチクルマークＲＭを照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）により基準マークＦＭ２上も照射する。レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２からの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１２０を透過した光束が、レンズ１２１により計測センサ１２２上に導かれる。図を見て分かる様に、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２とは、２焦点レンズ２６により、計測センサ１２２面に対して共役な位置関係にあるので、レチクルマークＲＭの投影像と基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とが計測センサ１２２上に投影されることになる。   FIG. 10A shows how the reticle alignment microscope 14 measures the reticle mark RM and the projected image FM2 'of the reference mark FM2. The illumination light output from the alignment illumination system 118 irradiates the reticle mark RM through the lens 119, the half mirror 120, and the bifocal lens 26. The illumination light is also irradiated on the reference mark FM2 by the relay system 100 (projection optical system 17 and relay optical system 24). The reflected light from the reticle mark RM and the reference mark FM2 returns again through the same optical path, and the light beam transmitted through the half mirror 120 is guided onto the measurement sensor 122 by the lens 121. As can be seen from the figure, the reticle mark RM and the reference mark FM2 are in a positional relationship conjugate to the measurement sensor 122 plane by the bifocal lens 26, so that the projected image of the reticle mark RM and the reference mark FM2 are The projection image FM2 ′ is projected onto the measurement sensor 122.

図１０（Ｂ）には、レチクルマークＲＭ（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）、及び基準マーク投影像ＦＭ２’を示しており、図１０（Ｃ）の上図では、計測センサ１２２上での投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１２２は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１０（Ｃ）の上図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１０（Ｃ）の下図で示している。共役関係にあるレチクルマークＲＭ、及び基準マークＦＭ２が鮮明な投影像となっているのが確認できる。   FIG. 10B shows a reticle mark RM (a black portion is a chrome surface and a bright portion is a glass surface) and a reference mark projection image FM2 ′. In the upper diagram of FIG. The projected image on the sensor 122 is shown (in reality, the chrome surface is reflected, so the brightness of the image is reversed, but for the sake of simplicity, the chrome surface portion is shown in black). The measurement sensor 122 is a two-dimensional CCD, and can be shown as measurement data obtained by adding the light intensity distribution data of the projected image in the vertical direction on the drawing at the dotted line portion in the upper diagram of FIG. This is shown in the lower part of FIG. It can be confirmed that the reticle mark RM and the reference mark FM2 which are in a conjugate relationship are clear projected images.

次に図９（Ｂ）では、ウェハＷをウェハホルダ２０に設置した場合の、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いてウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とをアライメントできる様に、ウェハステージ２１を移動したところを示している。ウェハ裏面アライメント光学系２３により基準マークＦＭ２をアライメントすることで、ウェハ裏面アライメント光学系２３と基準マークＦＭ２との位置関係を計測することになり、その結果、レチクルマークＲＭとウェハ裏面アライメント光学系２３の計測点との距離Ｄ（以後、ベースライン値Ｄと称する）を求めることができる。   Next, in FIG. 9B, the wafer stage 21 is moved so that the wafer back surface mark WM and the reference mark FM2 can be aligned using the wafer back surface alignment optical system 23 when the wafer W is set in the wafer holder 20. However, it shows. By aligning the reference mark FM2 by the wafer backside alignment optical system 23, the positional relationship between the wafer backside alignment optical system 23 and the reference mark FM2 is measured. As a result, the reticle mark RM and the wafer backside alignment optical system 23 are measured. The distance D to the measurement point (hereinafter referred to as the baseline value D) can be obtained.

更に、図９（Ｂ）では、設置されたウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと基準マークＦＭ２とが共役な関係にあることを実線で示している。即ち、基準マークＦＭ２に対し、ウェハ裏面マークＷＭのズレ量ｘをウェハ裏面アライメント光学系２３により計測することが可能であり、上述のベースライン値Ｄに、計測させたズレ量ｘを加えたＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動することで、レチクルマークＲＭのウェハＷ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせることが可能となる。尚、詳細説明については、ＦＭ１が存在しないこと以外は、図６の説明内容と同じなので、ここでは省略する。   Further, in FIG. 9B, a solid line indicates that the wafer back surface mark WM and the reference mark FM2 of the installed wafer W are in a conjugate relationship. That is, the deviation x of the wafer back surface mark WM can be measured with respect to the reference mark FM2 by the wafer back surface alignment optical system 23, and D + x obtained by adding the measured deviation amount x to the above-described baseline value D. By moving the wafer stage 21 only, the wafer back surface mark WM can be superimposed on the projection position on the wafer W of the reticle mark RM. The detailed description is the same as the description of FIG. 6 except that FM1 does not exist, and is omitted here.

そして、図９（Ｃ）ではＤ＋ｘだけウェハステージ２１を移動し、レチクルマークＲＭのウェハ上投影位置にウェハ裏面マークＷＭを重ね合わせた状態を示す。元々、設計値により、ウェハＷ上露光位置とウェハ裏面マークＷＭの位置との距離、及びレチクルマークＲＭとレチクル露光中心との距離は判っているので、これらを計算に加味することで、レチクルパターンの投影像を、ウェハ裏面マークＷＭの位置に応じて正確にウェハ表面に投影露光することができる。   FIG. 9C shows a state in which the wafer stage 21 is moved by D + x, and the wafer back surface mark WM is superimposed on the projection position of the reticle mark RM on the wafer. Originally, the distance between the exposure position on the wafer W and the position of the wafer back surface mark WM and the distance between the reticle mark RM and the reticle exposure center are known from the design values. The projected image can be accurately projected and exposed on the wafer surface according to the position of the wafer back surface mark WM.

この様に、２焦点光学系の焦点を感光性基板の厚さに対応する距離だけ離れる様に設計しているので、図９、図１０で説明した通り、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭ２のアライメント位置、並びに基準マークＦＭ２及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。   As described above, since the focal point of the bifocal optical system is designed to be separated by a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate, as described with reference to FIGS. Thus, control such as movement in the Z direction of the wafer stage 21 corresponding to the thickness of the photosensitive substrate becomes unnecessary, and high alignment accuracy and high-speed processing can be realized. Furthermore, the alignment position of the reticle mark RM and the reference mark FM2, and the alignment position of the reference mark FM2 and the wafer back surface alignment optical system 23 can be separated by the baseline value D. Therefore, the wafer back surface alignment optical system 23 can be moved to any position. It becomes possible to install in.

尚、２焦点レンズとして複屈折を用いた２焦点レンズ２５、２６を示したが、その他にも第５の手段として、２焦点光学系は軸上色収差を有する光学系であり、２つの異なる照明波長を用いれば、同様の効果を得ることができる。一般にウェハ表面に存在するマークを計測する場合、マークはレジスト等、感光性材料を介してアライメントが行われる。その為、レジスト膜厚による干渉縞の発生を抑える白色波長や、感光させる波長が使用できない等の制約より、長波長（０．５〜０．８μｍ程度の波長帯域）がアライメント用照明波長として使われる。   The bifocal lenses 25 and 26 using birefringence are shown as the bifocal lens. However, as a fifth means, the bifocal optical system is an optical system having axial chromatic aberration, and two different illuminations are used. If the wavelength is used, the same effect can be obtained. In general, when a mark present on a wafer surface is measured, the mark is aligned through a photosensitive material such as a resist. For this reason, a long wavelength (wavelength band of about 0.5 to 0.8 μm) is used as the alignment illumination wavelength due to restrictions such as the white wavelength that suppresses the generation of interference fringes due to the resist film thickness and the inability to use a photosensitive wavelength. Is called.

しかし、感光性基板の裏面にあるマークにはレジスト等のアライメント精度に影響を与えるものが無い為、短波長、単波長等、あらゆる波長を選択することが可能となる。例えば２つの波長を用いて光学設計を行う際、感光性基板の厚さ分だけ軸上の色収差が発生する様にすれば、図７及び図１０の実線と点線で示した光束の様な２焦点光学系を設計することが可能となる。但し、この場合、波長に応じて倍率色収差も発生する。よって、それぞれのマークをレンズ中心でアライメントするか、中心からの距離に応じた倍率色収差のソフトウェアによる補正等を考える必要がある。尚、この方法では、非計測面手前の対物レンズだけで２焦点レンズを構成する必要は無く、レチクルアライメント顕微鏡１４やウェハ裏面アライメント光学系２３内の全てのレンズにより、２つの焦点を発生させれば良い。但し、投影光学系を通る光は露光波長にする必要がある。   However, since there is no mark on the back surface of the photosensitive substrate that affects the alignment accuracy of the resist or the like, any wavelength such as a short wavelength or a single wavelength can be selected. For example, when an optical design is performed using two wavelengths, if axial chromatic aberration is generated by the thickness of the photosensitive substrate, 2 as shown by the solid and dotted lines in FIGS. It becomes possible to design a focus optical system. However, in this case, lateral chromatic aberration also occurs depending on the wavelength. Therefore, it is necessary to consider alignment of the respective marks at the center of the lens or correction by a software of lateral chromatic aberration corresponding to the distance from the center. In this method, it is not necessary to form a bifocal lens with only the objective lens in front of the non-measurement surface, and two focal points can be generated by all the lenses in the reticle alignment microscope 14 and the wafer back surface alignment optical system 23. It ’s fine. However, the light passing through the projection optical system needs to have an exposure wavelength.

第４の手段及び第５の手段どちらに於いても、２焦点を形成する光束は殆ど同じ場所を通るので、光学レンズ等の熱によるドリフト等が生じた場合であっても、両光束に同じ量の誤差が発生する。よって、光学系のテレセン（傾き）が変化しない限り、２焦点のＸＹ方向の位置が変わることが無く、安定したアライメント精度を得ることができる。   In both the fourth means and the fifth means, since the light beams forming the two focal points pass through almost the same place, even if a drift due to heat or the like of the optical lens or the like occurs, it is the same for both light beams. A quantity error occurs. Therefore, as long as the telecentricity (tilt) of the optical system does not change, the position of the two focal points in the XY direction does not change, and stable alignment accuracy can be obtained.

次に、第２の手段の２焦点光学系と同様の効果を得ることができる第６の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な基板ステージ上の位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。   Next, as a sixth means capable of obtaining the same effect as the two-focus optical system of the second means, by measuring the position of the back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate, An apparatus for projecting and exposing a pattern onto a substrate via a projection optical system, wherein a reference mark is provided at a position on the substrate stage conjugate with a reticle mark provided on the reticle, and a first is used to measure them. A second measurement sensor disposed at a position conjugate with the back surface mark, and a third measurement sensor disposed at a position conjugate with the reference mark; The measurement sensor and the third measurement sensor are arranged at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate.

第６の手段の概略を説明するが、具体的な原理は、図７を用いて説明しているので、ここでは省略する。異なる部分は図８で説明したウェハ裏面アライメント光学系２３の構成についてであり、図１１にて説明を行う。図１１（Ａ）では、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１とをウェハ裏面アライメント光学系２３にて計測する様子を示している。アライメント照明系１２３から出力された照明光は、レンズ１２４、ハーフミラー１２５、及びレンズ１２６により基準マークＦＭ１を照射する。同照明光は、リレー光学系２４によりウェハ裏面マークＷＭ上も照射する。基準マークＦＭ１及びウェハ裏面マークＷＭからの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１２５を透過しレンズ１２７で導かれた光束のうち、ハーフミラー１２８を透過した光束が計測センサ１２９上に導かれる。一方、ハーフミラー１２８で反射した光束は、計測センサ１３０上に導かれる。   The outline of the sixth means will be described, but the specific principle has been described with reference to FIG. A different part is about the structure of the wafer back surface alignment optical system 23 demonstrated in FIG. 8, and it demonstrates in FIG. FIG. 11A shows how the wafer back surface alignment optical system 23 measures the projection image WM ′ of the wafer back surface mark WM and the reference mark FM1. The illumination light output from the alignment illumination system 123 irradiates the reference mark FM1 through the lens 124, the half mirror 125, and the lens 126. The illumination light is also irradiated on the wafer back surface mark WM by the relay optical system 24. Reflected light from the reference mark FM1 and the wafer back surface mark WM returns again on the same optical path, and among the light beams transmitted through the half mirror 125 and guided by the lens 127, the light beam transmitted through the half mirror 128 is guided onto the measurement sensor 129. . On the other hand, the light beam reflected by the half mirror 128 is guided onto the measurement sensor 130.

図を見て分かる様に、計測センサ１２９は、基準マークＦＭ１に対して計測センサ１２９の面が共役な位置関係（実線で示す）になる様に設置されており、計測センサ１３０は、ウェハ裏面マークの投影像ＷＭ’に対して計測センサ１３０の面が共役な位置関係（点線で示す）になる様に設置されている。よって、基準マークＦＭ１の投影像が計測センサ１２９上に投影され、ウェハ裏面マークＷＭの投影像が計測センサ１３０上に投影されることになる。   As can be seen from the figure, the measurement sensor 129 is installed so that the surface of the measurement sensor 129 has a conjugate positional relationship (indicated by a solid line) with respect to the reference mark FM1. The surface of the measurement sensor 130 is placed in a conjugate positional relationship (indicated by a dotted line) with respect to the projected image WM ′ of the mark. Therefore, the projection image of the reference mark FM1 is projected onto the measurement sensor 129, and the projection image of the wafer back surface mark WM is projected onto the measurement sensor 130.

図１１（Ｂ）には、ウェハ裏面マークＷＭの投影像ＷＭ’と基準マークＦＭ１（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）とを示しており、図１１（Ｃ）の上左図では、計測センサ１２９上での基準マークＦＭ１の投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１２９は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１１（Ｃ）の上左図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１１（Ｃ）の下左図で示している。ここにはウェハ裏面マークＷＭの投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、基準マークＦＭ１の計測に影響が無いのが確認できる。また、図１１（Ｃ）の上右図では、計測センサ１３０上でのウェハ裏面マークＷＭの投影像を示している。この計測センサ１３０は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１１（Ｃ）の上右図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１１（Ｃ）の下右図で示している。ここには基準マークＦＭ１の投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、ウェハ裏面マークＷＭの計測に影響が無いのが確認できる。   FIG. 11B shows the projected image WM ′ of the wafer back surface mark WM and the reference mark FM1 (the black portion is the chrome surface and the bright portion is the glass surface). In the figure, the projected image of the fiducial mark FM1 on the measurement sensor 129 is shown (in reality, the chrome surface is reflected, so the contrast of the image is reversed, but here, for the sake of simple explanation, the chrome surface portion is shown. Is shown in black). The measurement sensor 129 is a two-dimensional CCD, and can be shown as measurement data obtained by adding the light intensity distribution data of the projected image in the vertical direction on the drawing at the dotted line portion in the upper left diagram of FIG. This is shown in the lower left diagram of FIG. Although there is also a projection image of the wafer back surface mark WM here, it is in a defocused state and the mark shapes are different and do not overlap, so it can be confirmed that there is no influence on the measurement of the reference mark FM1. 11C shows a projected image of the wafer back surface mark WM on the measurement sensor 130. The measurement sensor 130 is a two-dimensional CCD, and can be shown as measurement data obtained by adding the light intensity distribution data of the projected image in the vertical direction on the drawing at the dotted line portion in the upper right diagram of FIG. This is shown in the lower right diagram of FIG. Although there is also a projected image of the reference mark FM1, it is in a defocused state and the mark shapes are different and do not overlap, so that it can be confirmed that there is no influence on the measurement of the wafer back surface mark WM.

これら計測センサ１２９により検出された基準マークＦＭ１の位置と、計測センサ１３０により検出されたウェハ裏面マークＷＭの位置の相対ズレ量を求めることで、図７、図８で説明した内容と同様の効果が期待できる。尚、一般的にセンサを２つに分けた場合、その両方のセンサ位置がドリフトすることでアライメント誤差が発生する。しかし、この方法では、ハーフミラー１２８よりも基準マークＦＭ１側は全て光学系を共有しているので、光学系にドリフトが発生しても同じ誤差となり、相対的誤差にはならない。又、ハーフミラー１２８よりも計測センサ側は拡大倍率が大きく、計測センサとしても２次元ＣＣＤを用いているので、アライメント誤差としては影響が少ない（例えば、投影倍率が２０倍ならば、メカニカルなドリフトの影響は１／２０となる）。   By obtaining the relative shift amount between the position of the reference mark FM1 detected by the measurement sensor 129 and the position of the wafer back surface mark WM detected by the measurement sensor 130, the same effect as the contents described in FIGS. Can be expected. In general, when the sensor is divided into two, an alignment error occurs due to drift of both sensor positions. However, in this method, the reference mark FM1 side from the half mirror 128 shares the same optical system, so even if a drift occurs in the optical system, the same error occurs and it does not become a relative error. Further, since the magnification on the measurement sensor side is larger than that of the half mirror 128 and a two-dimensional CCD is used as the measurement sensor, there is little influence on the alignment error (for example, if the projection magnification is 20 times, mechanical drift Will be 1/20).

次に、第３の手段の２焦点光学系と同様の効果を得ることができる第７の手段としては、感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記裏面マークと基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置する様にした。   Next, as a seventh means that can obtain the same effect as that of the two-focus optical system of the third means, the position of the back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate is measured, so that the position on the reticle is measured. An apparatus for projecting and exposing a pattern onto a substrate via a projection optical system, wherein a reference mark is provided at a conjugate position on the back surface mark and the substrate stage, and a first measurement sensor for measuring them is disposed. And a second measurement sensor disposed at a position conjugate with the reticle mark provided on the reticle, and a third measurement sensor disposed at a position conjugate with the reference mark. The measurement sensor and the third measurement sensor are arranged at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate.

第７の手段の概略を説明するが、具体的な原理は、図９を用いて説明しているので、ここでは省略する。異なる部分は、図１０で説明したレチクルアライメント顕微鏡１４の構成についてであり、図１２にて説明を行う。図１２（Ａ）では、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’とをレチクルアライメント顕微鏡１４にて計測する様子を示している。アライメント照明系１３１から出力された照明光は、レンズ１３２、ハーフミラー１３３、及びレンズ１３４により基準マークＦＭ２を照射する。同照明光は、リレー系１００（投影光学系１７及びリレー光学系２４）によりレチクルマークＲＭ上も照射する。基準マークＦＭ２及びレチクルマークＲＭからの反射光は再び同じ光路を戻り、ハーフミラー１３３を透過しレンズ１３５で導かれた光束のうち、ハーフミラー１３６を透過した光束が計測センサ１３７上に導かれる。一方、ハーフミラー１３６で反射した光束は、計測センサ１３８上に導かれる。   The outline of the seventh means will be described, but the specific principle is described with reference to FIG. A different part is about the structure of the reticle alignment microscope 14 demonstrated in FIG. 10, and it demonstrates in FIG. FIG. 12A shows a state in which the reticle alignment microscope 14 measures the reticle mark RM and the projection image FM2 'of the reference mark FM2. The illumination light output from the alignment illumination system 131 irradiates the reference mark FM2 through the lens 132, the half mirror 133, and the lens 134. The illumination light is also irradiated on the reticle mark RM by the relay system 100 (projection optical system 17 and relay optical system 24). Reflected light from the fiducial mark FM2 and the reticle mark RM returns again on the same optical path, and among the light beams transmitted through the half mirror 133 and guided by the lens 135, the light beam transmitted through the half mirror 136 is guided onto the measurement sensor 137. On the other hand, the light beam reflected by the half mirror 136 is guided onto the measurement sensor 138.

図を見て分かる様に、計測センサ１３７は基準マークの投影像ＦＭ２’に対して計測センサ１３７の面が共役な位置関係（実線で示す）になる様に設置されており、計測センサ１３８はレチクルマークＲＭに対して計測センサ１３８の面が共役な位置関係（点線で示す）になる様に設置されている。よって、基準マークＦＭ２の投影像が計測センサ１３７上に投影され、レチクルマークＲＭの投影像が計測センサ１３８上に投影されることとなる。   As can be seen from the figure, the measurement sensor 137 is installed so that the surface of the measurement sensor 137 has a conjugate positional relationship (indicated by a solid line) with respect to the projected image FM2 ′ of the reference mark. The surface of the measurement sensor 138 is placed in a conjugate positional relationship (indicated by a dotted line) with respect to the reticle mark RM. Therefore, the projection image of the reference mark FM2 is projected onto the measurement sensor 137, and the projection image of the reticle mark RM is projected onto the measurement sensor 138.

図１２（Ｂ）には、レチクルマークＲＭと基準マークＦＭ２の投影像ＦＭ２’（黒い部分がクロム面、明るい部分がガラス面となる）を示しており、図１２（Ｃ）の上左図では計測センサ１３８上でのレチクルマークＲＭの投影像を示している（実際にはクロム面が反射するので、像の明暗は逆となるが、ここでは簡単に説明する為、クロム面部分を黒く示している）。この計測センサ１３８は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１２（Ｃ）の上左図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１２（Ｃ）の下左図で示している。ここには基準マークＦＭ２の投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、レチクルマークＲＭの計測に影響が無いのが確認できる。
また、図１２（Ｃ）の上右図では、計測センサ１３７上での基準マークＦＭ２の投影像を示している。この計測センサ１３７は２次元ＣＣＤであり、投影像の光量強度分布データを図１２（Ｃ）の上右図の点線の部分で図面上の上下方向に加算した計測データとして示すことが可能であり、これを図１２（Ｃ）の下右図で示している。ここにはレチクルマークＲＭの投影像もあるが、デフォーカス状態であり、マーク形状が異なり重なっていないので、基準マークＦＭ２の計測に影響が無いのが確認できる。 FIG. 12B shows a projection image FM2 ′ of the reticle mark RM and the reference mark FM2 (the black portion is the chrome surface and the bright portion is the glass surface). In the upper left diagram of FIG. The projection image of the reticle mark RM on the measurement sensor 138 is shown (in reality, the chrome surface is reflected, so the contrast of the image is reversed, but for the sake of simple explanation, the chrome surface portion is shown in black. ing). This measurement sensor 138 is a two-dimensional CCD, and can be shown as measurement data obtained by adding the light intensity distribution data of the projected image in the vertical direction on the drawing at the dotted line portion in the upper left diagram of FIG. This is shown in the lower left diagram of FIG. Although there is a projected image of the reference mark FM2 here, it is in a defocused state and the mark shapes are different and do not overlap, so it can be confirmed that there is no influence on the measurement of the reticle mark RM.
In addition, the upper right diagram in FIG. 12C shows a projected image of the reference mark FM2 on the measurement sensor 137. This measurement sensor 137 is a two-dimensional CCD, and can be shown as measurement data obtained by adding the light intensity distribution data of the projected image in the vertical direction on the drawing at the dotted line portion in the upper right diagram of FIG. This is shown in the lower right diagram of FIG. Although there is also a projection image of the reticle mark RM here, it is in a defocused state and the mark shapes are different and do not overlap, so it can be confirmed that there is no influence on the measurement of the reference mark FM2.

これら計測センサ１３８により検出されたレチクルマークＲＭの位置と、計測センサ１３７により検出された基準マークＦＭ２の位置の相対ズレ量を求めることで、図９、図１０で説明した内容と同様の効果が期待できる。尚、一般的にセンサを２つに分けた場合、その両方のセンサ位置がドリフトすることでアライメント誤差が発生する。しかし、この方法では、ハーフミラー１３６よりもレチクルマークＲＭ側は全て光学系を共有しているので、光学系にドリフトが発生しても同じ誤差となるので、相対的誤差にはならない。又、ハーフミラー１３６よりも計測センサ側は拡大倍率が大きく、計測センサとしても２次元ＣＣＤを用いているので、アライメント誤差としては影響が少ない（例えば、投影倍率が２０倍ならば、メカニカルなドリフトの影響は１／２０となる）。   By obtaining the relative shift amount between the position of the reticle mark RM detected by the measurement sensor 138 and the position of the reference mark FM2 detected by the measurement sensor 137, the same effect as the contents described in FIGS. I can expect. In general, when the sensor is divided into two, an alignment error occurs due to drift of both sensor positions. However, in this method, the reticle mark RM side from the half mirror 136 shares the same optical system, so that even if drift occurs in the optical system, the same error occurs, so that it does not become a relative error. In addition, since the magnification on the measurement sensor side is larger than that of the half mirror 136 and a two-dimensional CCD is used as the measurement sensor, there is little influence on the alignment error (for example, if the projection magnification is 20 times, mechanical drift Will be 1/20).

以上の様に、本発明では第１の手段から第７の手段のうちの一つを用いて感光性基板の厚さに対応する様にしている。これらの方法により、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が不要となり、高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更には、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭのアライメント位置、並びに基準マークＦＭ及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるので、ウェハ裏面アライメント光学系２３を任意の位置に設置することが可能となる。しかし、一つの方法で行なわなくても、第１の手段から第７の手段の少なくとも２つを組み合わせることで同様の効果が期待できる。例えば、第１手段を用いる場合に、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２とが重なる可能性がある。これは基準マーク２２のプレートの厚さを大きくすれば解消するが、それではウェハの厚さに対応できない。そこで第６または第７の手段を用いて、計測センサを２つに分けて、それぞれの基準マークＦＭ１とＦＭ２とを別々の計測センサで計測すれば良い。僅かなドリフト誤差が発生しても、マーク同士が重なることによる問題は解決できる。   As described above, in the present invention, one of the first to seventh means is used to cope with the thickness of the photosensitive substrate. By these methods, it is not necessary to control the movement of the wafer stage 21 in the Z direction corresponding to the thickness of the photosensitive substrate from a series of alignment operations to exposure operations, and high alignment accuracy and high-speed processing can be realized. Furthermore, since the alignment position of the reticle mark RM and the reference mark FM and the alignment position of the reference mark FM and the wafer back surface alignment optical system 23 can be separated by the baseline value D, the wafer back surface alignment optical system 23 can be moved to any position. It becomes possible to install in. However, the same effect can be expected by combining at least two of the first to seventh means without using one method. For example, when the first means is used, there is a possibility that the reference mark FM1 and the reference mark FM2 overlap. This can be eliminated by increasing the thickness of the plate of the reference mark 22, but this cannot cope with the thickness of the wafer. Therefore, the measurement sensors may be divided into two using the sixth or seventh means, and the respective reference marks FM1 and FM2 may be measured by separate measurement sensors. Even if a slight drift error occurs, the problem of overlapping marks can be solved.

例えば、第２の手段または第３の手段で２焦点光学系を用いた場合、ウェハの厚さに対応する様に２焦点光学系を設計すると、設計が難しく色々な制約を受ける可能性もある。そこで、設計し易い２焦点光学系のＺ方向の距離とウェハの厚さの差分を、第６又は第７の手段を用いて、計測センサを２つに分けて、それぞれの基準マークＦＭ１とＦＭ２とを別々の計測センサで計測する様にしても良い。僅かなドリフト誤差が発生しても、２焦点光学系の設計自由度は大きくなる。   For example, when a bifocal optical system is used in the second means or the third means, if the bifocal optical system is designed so as to correspond to the thickness of the wafer, the design may be difficult and various restrictions may be imposed. . Therefore, the difference between the distance in the Z direction of the easy-to-design bifocal optical system and the thickness of the wafer is divided into two measurement sensors using the sixth or seventh means, and the respective reference marks FM1 and FM2 are divided. May be measured by separate measurement sensors. Even if a slight drift error occurs, the degree of freedom in designing the bifocal optical system increases.

勿論、計測センサを２つに分けることに問題があるならば、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２とを設け、２焦点光学系のＺ方向の距離と、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２のＺ方向の距離との差がウェハの厚さとなる様に設計すれば、同様の効果が期待できる。この様に、第１の手段から第７の手段を少なくとも２つ組み合わせることで、コスト、メカニカルな精度、装置の配置の為のスペース条件等、さまざまな用途に対応できる上に、一つの方法で実現する場合と同等の効果が期待できる。   Of course, if there is a problem in dividing the measurement sensor into two, the reference mark FM1 and the reference mark FM2 are provided, the distance in the Z direction of the bifocal optical system, and the reference mark FM1 and the reference mark FM2 in the Z direction. The same effect can be expected if the design is such that the difference from the distance is the thickness of the wafer. In this way, by combining at least two of the first to seventh means, it is possible to cope with various uses such as cost, mechanical accuracy, space conditions for arrangement of the apparatus, etc. An effect equivalent to that achieved can be expected.

更に、第１の手段から第７の手段までは、一つの手段を用いて感光性基板の厚さに対応する様にしているが、感光基板の厚さは一定ではなく、第１の手段から第７の手段ではそれ以外の長さに設定することも可能である。例えば、ウェハの厚さの半分に設定した場合でも、一連のアライメント動作から露光動作に至るまで、感光性基板の厚さに対応したウェハステージ２１のＺ方向移動等の制御が半分で良いことになり、従来技術より高いアライメント精度、高速処理が実現できる。更に、レチクルマークＲＭ及び基準マークＦＭのアライメント位置、並びに基準マークＦＭ及びウェハ裏面アライメント光学系２３のアライメント位置はベースライン値Ｄだけ離すことができるという効果は得ることができる。よって、完全にウェハの厚さに対応する条件としなくても、本発明の効果を用いることになるのは言うまでもない。   Further, from the first means to the seventh means, one means is used to correspond to the thickness of the photosensitive substrate, but the thickness of the photosensitive substrate is not constant, and from the first means. In the seventh means, other lengths can be set. For example, even when the wafer thickness is set to half, the control of the movement of the wafer stage 21 in the Z direction corresponding to the thickness of the photosensitive substrate may be half from the series of alignment operations to the exposure operation. Therefore, higher alignment accuracy and higher speed processing can be realized than in the prior art. Furthermore, the effect that the alignment position of the reticle mark RM and the reference mark FM and the alignment position of the reference mark FM and the wafer back surface alignment optical system 23 can be separated by the baseline value D can be obtained. Therefore, it goes without saying that the effect of the present invention is used even if the conditions do not completely correspond to the thickness of the wafer.

第１実施形態の説明図。Explanatory drawing of 1st Embodiment. 第２実施形態の説明図。Explanatory drawing of 2nd Embodiment. 第３実施形態の説明図。Explanatory drawing of 3rd Embodiment. （Ａ）第１の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第１の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第１の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。(A) Explanatory drawing of the reticle alignment in a 1st means. (B) Baseline measurement in 1st means, wafer back surface alignment explanatory drawing. (C) Position explanatory drawing of the wafer back surface mark and the exposure position in the first means. （Ａ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第１の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。(A) Conjugation condition diagram of reticle alignment microscope in first means. FIG. 5B is a detection mark shape diagram of the reticle alignment microscope in the first means. (C) Image processing explanatory drawing of the reticle alignment microscope in the first means. （Ａ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第１の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。(A) Conjugate condition diagram of wafer back surface alignment optical system in first means. FIG. 5B is a detection mark shape diagram of the wafer back surface alignment optical system in the first means. (C) Image processing explanatory drawing of the wafer back surface alignment optical system in the first means. （Ａ）第２の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第２の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第２の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。(A) Explanatory drawing of the reticle alignment in a 2nd means. (B) Baseline measurement in 2nd means, wafer back surface alignment explanatory drawing. (C) Position explanatory drawing of the wafer back surface mark and the exposure position in the second means. （Ａ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第２の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。(A) Conjugate condition diagram of wafer back surface alignment optical system in second means. FIG. 6B is a detection mark shape diagram of the wafer back surface alignment optical system in the second means. (C) Image processing explanatory drawing of the wafer back surface alignment optical system in a 2nd means. （Ａ）第３の手段に於けるレチクルアライメントの説明図。（Ｂ）第３の手段に於けるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント説明図。（Ｃ）第３の手段に於けるウェハ裏面マークと露光位置の位置合わせ説明図。(A) Explanatory drawing of the reticle alignment in a 3rd means. (B) Baseline measurement in 3rd means, wafer back surface alignment explanatory drawing. (C) Position explanatory drawing of the wafer back surface mark and exposure position in the third means. （Ａ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第３の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。(A) Conjugate condition diagram of reticle alignment microscope in third means. (B) Detection mark shape diagram of the reticle alignment microscope in the third means. (C) Image processing explanatory view of the reticle alignment microscope in the third means. （Ａ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の共役条件図。（Ｂ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の検出マーク形状図。（Ｃ）第６の手段に於けるウェハ裏面アライメント光学系の画像処理説明図。(A) Conjugate condition diagram of wafer back surface alignment optical system in sixth means. (B) The detection mark shape figure of the wafer back surface alignment optical system in the 6th means. (C) Image processing explanatory drawing of the wafer back surface alignment optical system in the 6th means. （Ａ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の共役条件図。（Ｂ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の検出マーク形状図。（Ｃ）第７の手段に於けるレチクルアライメント顕微鏡の画像処理説明図。(A) Conjugation condition diagram of reticle alignment microscope in seventh means. (B) Detection mark shape diagram of a reticle alignment microscope in the seventh means. (C) Image processing explanatory drawing of the reticle alignment microscope in the seventh means. 第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が２本ある時の説明図。Explanatory drawing when there are two wafer back surface alignment optical systems in 1st Embodiment. （Ａ）第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が１本の時の右マーク検出。（Ｂ）第１実施形態でウェハ裏面アライメント光学系が１本の時の左マーク検出。(A) Right mark detection when the wafer backside alignment optical system is one in the first embodiment. (B) Left mark detection when the wafer back surface alignment optical system is one in the first embodiment. （Ａ）第１実施形態でウェハ厚が標準の時のリレー光学系の側面図による説明図。（Ｂ）第１実施形態でウェハ厚が標準より薄いときの説明図。(A) Explanatory drawing by the side view of a relay optical system when wafer thickness is standard in 1st Embodiment. (B) Explanatory drawing when wafer thickness is thinner than standard in 1st Embodiment. （Ａ）第２実施形態でウェハ裏面アライメント光学系による左マーク検出。（Ｂ）第２実施形態でウェハ裏面アライメント光学系による右マーク検出。(A) Detection of the left mark by the wafer back surface alignment optical system in the second embodiment. (B) Right mark detection by the wafer backside alignment optical system in the second embodiment. （Ａ）第２実施形態でリレー光学系の側面図による左マーク検出を示した図。（Ｂ）第２実施形態でリレー光学系の側面図による右マーク検出を示した図。(A) The figure which showed the left mark detection by the side view of a relay optical system in 2nd Embodiment. (B) The figure which showed the right mark detection by the side view of a relay optical system in 2nd Embodiment. （Ａ）第３実施形態のウェハ裏面アライメント光学系によるベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態のウェハ裏面アライメント光学系による裏面マーク検出図。(A) Baseline measurement figure by wafer back surface alignment optical system of 3rd Embodiment. (B) The back surface mark detection figure by the wafer back surface alignment optical system of 3rd Embodiment. （Ａ）第３実施形態で第１の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第１の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。(A) Baseline measurement chart showing the time when the first means is used in the third embodiment. (B) The wafer back surface mark measurement figure which shows the time of using the 1st means in 3rd Embodiment. （Ａ）第３実施形態で第２の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第２の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。(A) Baseline measurement chart showing the time when the second means is used in the third embodiment. (B) The wafer back surface mark measurement figure which shows the time of using the 2nd means in 3rd Embodiment. （Ａ）第３実施形態で第３の手段を用いた時を示すベースライン計測図。（Ｂ）第３実施形態で第３の手段を用いた時を示すウェハ裏面マーク計測図。(A) Baseline measurement diagram showing the time when the third means is used in the third embodiment. (B) The wafer back surface mark measurement figure which shows the time of using the 3rd means in 3rd Embodiment. 第１の手段を用いた時に基準マークＦＭ１とＦＭ２の形状を変えた時の説明図。Explanatory drawing when the shape of the reference marks FM1 and FM2 is changed when the first means is used.

次に、図１を用いて、本発明を実施する際に用いられる第１形態の投影露光装置について説明する。制御装置１は、ステージ制御装置２、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５に指令を出し、一連の制御を行うメイン制御システムである。   Next, a first embodiment of the projection exposure apparatus used in carrying out the present invention will be described with reference to FIG. The control device 1 is a main control system that issues a command to the stage control device 2, the alignment / focus control device 3, the aperture control device 4, and the exposure amount control device 5 to perform a series of controls.

この投影露光装置のシステムを簡単に説明していくと、ｉ線やｈ、ｇ線に代表されるレジストを感光可能な露光波長を射出する超高圧水銀灯６から射出された光束は、楕円鏡７により偏向され、照明均一手段であるロッド光学系９の入射面に集光される。ロッド光学系の入射手前には、上述の露光量制御装置５により制御される露光用シャッター８があり、露光開始の指令情報及び、積算露光量モニター（図示せず）の結果に基づく露光終了情報により開閉が制御されている。   Briefly describing the system of this projection exposure apparatus, a light beam emitted from an ultrahigh pressure mercury lamp 6 that emits an exposure wavelength capable of exposing a resist represented by i-line, h, or g-line is an elliptical mirror 7. And is condensed on the incident surface of the rod optical system 9 which is a uniform illumination means. Before the entrance of the rod optical system, there is an exposure shutter 8 controlled by the above-described exposure amount control device 5, and exposure start command information and exposure end information based on the result of an integrated exposure amount monitor (not shown). The opening and closing is controlled by.

ロッド９から射出される均一化された照明光は、リレー光学系（レンズ１０、ダイクロイックミラー１１、レンズ１３）によりレチクル上で所定の大きさに拡大され、所定の照明σでレチクルＲ上を照明する。その際、リレー光学系内には上述の照明σを決定する開口絞り１２が瞳位置に設置されており、レチクルＲの直上にはレチクルの視野を決定するブラインド１５が設置されている。共に、上述の開口部制御装置４により制御される。   Uniform illumination light emitted from the rod 9 is enlarged to a predetermined size on the reticle by the relay optical system (lens 10, dichroic mirror 11, lens 13), and illuminates the reticle R with a predetermined illumination σ. To do. At that time, the aperture stop 12 for determining the illumination σ described above is installed at the pupil position in the relay optical system, and the blind 15 for determining the field of view of the reticle is installed immediately above the reticle R. Both are controlled by the opening control device 4 described above.

レチクルＲであるが、レチクルステージ１６上に設置され、レチクルＲ上に配置された上述のレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲ（上述では１つのレチクルマークＲＭで説明したが、ここではレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒそれぞれに対応した２つのレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲを用いる）が、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置に、レチクルＲまたはレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒを相対的に移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３により、ＸＹ及びθ方向にレチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対するレチクルＲのアライメント動作が行なわれる。   Although it is the reticle R, it is set on the reticle stage 16 and the above-described reticle marks RML and RMR arranged on the reticle R (in the above description, the single reticle mark RM has been described. Here, however, the reticle alignment microscopes 14L and 14R respectively. The reticle R or the reticle alignment microscopes 14L, 14R is relatively moved to a position where the reticle alignment microscopes 14L, 14R can be observed. Then, the alignment / focus control device 3 performs the alignment operation of the reticle R with respect to the reticle alignment microscopes 14L and 14R in the XY and θ directions.

レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対して正確にレチクルが設置された状態で、図４（Ａ）、図７（Ａ）、図９（Ａ）で説明した通り、ステージ制御装置２はウェハステージ２１Ａ上に設置された基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ上のマークを、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ａを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルＲ位置と基準マーク２２位置のアライメントを実行する。   With the reticle being accurately installed with respect to the reticle alignment microscopes 14L and 14R, as described with reference to FIGS. 4A, 7A, and 9A, the stage controller 2 is mounted on the wafer stage 21A. The wafer stage 21A is moved to a position at which the marks on the reference marks 22L and 22R placed on can be observed with the reticle alignment microscopes 14L and 14R. Then, the alignment / focus control device 3 performs alignment between the reticle R position and the reference mark 22 position.

次に、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した通り、ステージ制御装置２は、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを観察できる位置にウェハステージ２１Ａを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒとのアライメントを実行する。この一連の動作により、制御装置１はレチクルパターンの投影像の位置とウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒの計測位置との距離（ベースライン量）とを算出する。   Next, as described with reference to FIGS. 4B, 7B, and 9B, the stage control apparatus 2 is positioned so that the reference marks 22L and 22R can be observed with the wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R. The wafer stage 21A is moved. Then, the alignment / focus control device 3 executes alignment between the wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R and the reference marks 22L and 22R. Through this series of operations, the control device 1 calculates the distance (baseline amount) between the position of the projected image of the reticle pattern and the measurement positions of the wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R.

上述のレチクルアライメントとベースライン量との計測は、レチクルを交換した際に必ず行われる動作であり、その後、ウェハステージ２１Ａ上のウェハホルダ２０ＡにウェハＷが搭載される。ウェハＷの裏面には、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで観察できる位置に、ウェハ裏面マークＷＭＬとウェハ裏面マークＷＭＲとが描画されている。尚、図１では、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒからの照明光が基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを透過し、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒでそれぞれ２回偏向されて、ウェハ裏面のウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲを照射し、その反射戻り光をウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒで受光している様子を、点線を用いて簡略的に示している。詳細については、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）を用いて説明しているので、ここではシーケンスに関する説明は省略する。   The above-described measurement of reticle alignment and baseline amount is an operation that is always performed when the reticle is replaced, and thereafter, the wafer W is mounted on the wafer holder 20A on the wafer stage 21A. On the back surface of the wafer W, a wafer back surface mark WML and a wafer back surface mark WMR are drawn at positions that can be observed by the wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R. In FIG. 1, the illumination light from the wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R passes through the reference marks 22L and 22R and is deflected twice by the relay optical systems 24L and 24R, respectively, so that the wafer back surface marks WML, A state in which the WMR is irradiated and the reflected return light is received by the wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R is simply shown using dotted lines. Details are described with reference to FIG. 4B, FIG. 4C, FIG. 7B, FIG. 7C, FIG. 9B, and FIG. The description regarding the sequence is omitted.

図１３には、ウェハステージ２１Ａ上のウェハホルダ２０Ａと、ウェハホルダ２０Ａの左右の切欠き部を利用して、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒに、ウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲの画像をリレーするウェハステージ２１Ａに埋め込まれて配置されたリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒとを示し、更には、基準マーク２２Ｌ、２２Ｒとウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒとの位置関係を平面図で示している。また、図１５は、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒ及び基準マーク２２Ｌ、２２Ｒの構造及び共役関係を説明する為の、第１の手段で説明した発明を例とした側面から見た断面図である。尚、レチクルアライメント顕微鏡１４については、図５、図１０、図１２で説明しており、ウェハ裏面アライメント光学系２３についても、図６、図８、図１１で説明しているので、ここでは説明を省略し、アライメント光学系を構成する、基準マーク２２、リレー光学系２４についての説明を中心に行う。   FIG. 13 shows a wafer stage that relays images of wafer back surface marks WML and WMR to wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R using wafer holder 20A on wafer stage 21A and the left and right cutouts of wafer holder 20A. The relay optical systems 24L and 24R arranged embedded in 21A are shown, and the positional relationship between the reference marks 22L and 22R and the wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R is shown in a plan view. FIG. 15 is a cross-sectional view of the relay optical systems 24L and 24R and the reference marks 22L and 22R as viewed from the side, taking the invention described in the first means as an example to explain the structure and conjugate relationship. The reticle alignment microscope 14 has been described with reference to FIGS. 5, 10, and 12, and the wafer back surface alignment optical system 23 has also been described with reference to FIGS. 6, 8, and 11, and will be described here. Will be mainly described with reference to the reference mark 22 and the relay optical system 24 constituting the alignment optical system.

図１５（Ａ）で示した様に、リレー光学系２４Ｌ、２４Ｒは、２つの反射ミラー２７、３０とリレーレンズ２８、２９とで構成されており、ウェハ裏面マークＷＭは、基準マーク２２のプレート上面に描画された基準マークＦＭ２と共役であり、ウェハＷの表面は、上述のプレート下面に描画された基準マークＦＭ１と共役な関係になっている。基準マーク２２のプレートの厚さは、標準的なウェハ厚（０．７ｍｍ）×プレート屈折率（１．６）程度であり、上述のプレート上面とウェハ表面の高さがほぼ一致する構成である。上述のベースライン計測時には、斜入射オートフォーカス系１９を用いて、基準マーク２２のプレート上面が露光面と一致する様に、ウェハステージ２１ＡをＺ方向に駆動する。ウェハのアライメントや露光時は、斜入射オートフォーカス系１９を用いて、ウェハ表面が露光面と一致する様に制御されるので、上述の基準プレート上面とウェハ表面の高さをほぼ一致させておくことで、ベースライン計測、ウェハ裏面アライメント及び露光時に、殆どウェハステージ２１ＡをＺ駆動させる必要がなくなり、精度、スループット共に良好な結果が得られる。   As shown in FIG. 15A, the relay optical systems 24L and 24R are composed of two reflecting mirrors 27 and 30 and relay lenses 28 and 29, and the wafer back surface mark WM is the plate of the reference mark 22. It is conjugate with the reference mark FM2 drawn on the upper surface, and the surface of the wafer W has a conjugate relationship with the reference mark FM1 drawn on the lower surface of the plate. The thickness of the plate of the reference mark 22 is a standard wafer thickness (0.7 mm) × plate refractive index (1.6), and the height of the above plate upper surface and the wafer surface is substantially the same. . During the above-described baseline measurement, the wafer stage 21A is driven in the Z direction using the oblique incidence autofocus system 19 so that the plate upper surface of the reference mark 22 coincides with the exposure surface. At the time of wafer alignment and exposure, the oblique incidence autofocus system 19 is used to control the wafer surface so that it coincides with the exposure surface. Therefore, the height of the above-described reference plate upper surface and the wafer surface are substantially matched. As a result, it is not necessary to drive the wafer stage 21 </ b> A almost at the time of baseline measurement, wafer backside alignment, and exposure, and good accuracy and throughput can be obtained.

図１５（Ｂ）ではウェハの厚さ公差は±７５μｍ程度とされているので、例えば、ウェハの厚さが標準よりもｄだけ薄い場合の共役関係を示している。上述の様に、ウェハアライメント時に、基準マーク２２のプレート上面にフォーカスを合わせると、ベースライン計測及びウェハ裏面アライメントは良好に行えるが、露光の際、ウェハ表面と露光面とを合わせる為に、ｄだけウェハステージ２１Ａを上に駆動させる必要がある。但し、動かす量は数十μｍＺと小さいので、誤差としては小さい。仮に誤差が大きい場合でも、動かす量は数十μｍＺなので、例えば、アライメント光学系のＮＡが０．１程度ならば、アライメント光学系の焦点深度内となる。よって、少なくとも一回、ウェハ裏面アライメント後にウェハ露光面までスウェハステージを移動させ、その両方での基準マーク２２の位置ズレ量を計測しておけば、ウェハステージが大きく上下駆動する際の駆動横ズレ誤差を補正することが可能になる。   In FIG. 15B, since the wafer thickness tolerance is about ± 75 μm, for example, a conjugate relationship is shown when the wafer thickness is thinner than the standard by d. As described above, when focusing on the upper surface of the plate of the reference mark 22 during wafer alignment, baseline measurement and wafer rear surface alignment can be performed satisfactorily. However, in order to align the wafer surface and the exposure surface during exposure, d Only the wafer stage 21A needs to be driven upward. However, since the amount to move is as small as several tens of μm Z, the error is small. Even if the error is large, the amount of movement is several tens of μm Z. Therefore, for example, if the NA of the alignment optical system is about 0.1, the depth of focus is within the alignment optical system. Therefore, if the wafer stage is moved to the wafer exposure surface after the wafer back surface alignment at least once and the positional deviation amount of the reference mark 22 is measured in both of them, the lateral driving when the wafer stage is largely driven up and down is measured. It becomes possible to correct the deviation error.

その他にも、ウェハの厚さ公差が小さいので、厚さの公差に応じてウェハ裏面アライメント光学系に焦点調整機構を設けてフォーカス位置の制御を行っても、誤差は小さい。更には、アライメント光学系の焦点深度内なので、元々ウェハ表面と露光面とを合わせた状態、即ち、基準マーク２２のフォーカス位置からｄだけズレたデフォーカス位置で、ベースライン計測やウェハ裏面アライメントを行っても誤差としては小さい。この様に、いずれの方法でアライメントを実行しても、本発明に於いては良好なスループット、アライメント精度が得られる。   In addition, since the wafer thickness tolerance is small, even if a focus adjustment mechanism is provided in the wafer backside alignment optical system according to the thickness tolerance and the focus position is controlled, the error is small. Furthermore, since it is within the depth of focus of the alignment optical system, baseline measurement and wafer backside alignment are performed in a state where the wafer surface and the exposure surface are originally aligned, that is, in a defocus position shifted by d from the focus position of the reference mark 22. Even if it is done, the error is small. As described above, regardless of which method is used for alignment, good throughput and alignment accuracy can be obtained in the present invention.

この第１実施形態では、ウェハ裏面アライメント光学系２３Ｌ、２３Ｒを採用しているが、ウェハＷのアライメントはＸＹ及びθ方向のアライメントなので、ウェハ裏面上離れた位置にあるウェハ裏面マークＷＭＬとウェハ裏面マークＷＭＲとをアライメントする必要があり、その２つのマーク位置をほぼ同時に計測してスループットを向上させることが目的である。図１４（Ａ）の様に、ウェハ裏面アライメント光学系２３を一本だけ配置し、基準マーク２２Ｒ及びウェハ裏面マークＷＭＲを計測し、次に、図１４（Ｂ）の様に、ウェハステージ２１Ａを右に移動して、ウェハ裏面アライメント光学系２３により、基準マーク２２Ｌ及びウェハ裏面マークＷＭＬを計測する方法を取っても良い。スループットは遅くなるが、１本の光学系でアライメントを行うことが可能となるので、製造コストを抑えることができる。   In this first embodiment, the wafer back surface alignment optical systems 23L and 23R are employed, but since the alignment of the wafer W is the alignment in the XY and θ directions, the wafer back surface mark WML and the wafer back surface that are separated from each other on the wafer back surface. The mark WMR needs to be aligned, and the purpose is to improve the throughput by measuring the two mark positions almost simultaneously. As shown in FIG. 14A, only one wafer back surface alignment optical system 23 is disposed, and the reference mark 22R and the wafer back surface mark WMR are measured. Then, as shown in FIG. A method of moving to the right and measuring the reference mark 22L and the wafer back surface mark WML by the wafer back surface alignment optical system 23 may be used. Although the throughput is slow, since it is possible to perform alignment with a single optical system, manufacturing costs can be reduced.

この様にしてレチクルＲとウェハＷの位置合わせを行なった後に、露光量制御装置５により制御される露光用シャッター８により、露光開始の指令情報及び積算露光量モニター（図示せず）の結果に基づく露光終了情報により開閉が制御され、レチクル上に露光光が照射される。レチクルＲ上のレチクルパターンを透過した光束は、投影光学系１７によりその共役位置にあるレジストが塗布されたウェハＷ上に、上述のレチクルパターンの投影像を形成する。投影像の形成については、必要な解像度、焦点深度を得る為に、投影光学系の瞳位置に設置されたＮＡ絞り１８の絞りの大きさが、開口部制御装置４で制御されている。   After aligning the reticle R and the wafer W in this way, the exposure shutter 8 controlled by the exposure amount control device 5 causes the exposure start command information and the result of the integrated exposure amount monitor (not shown) to be obtained. Opening and closing is controlled by the exposure end information based on the exposure information, and exposure light is irradiated onto the reticle. The light beam that has passed through the reticle pattern on the reticle R forms a projection image of the above-described reticle pattern on the wafer W coated with the resist at its conjugate position by the projection optical system 17. As for the formation of the projected image, the aperture control device 4 controls the size of the aperture of the NA aperture 18 installed at the pupil position of the projection optical system in order to obtain the necessary resolution and depth of focus.

以上のように、露光の手順としては、レチクルＲの設置、レチクルアライメント顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２とのアライメント、ウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、ウェハ裏面アライメント光学系２３によるウェハ裏面マークＷＭアライメントの工程を経て、レチクルＲのレチクルパターン像が投影光学系１７によりその共役位置にあるレジストが塗布されたウェハＷ上に投影露光される。尚、図１５では第１の手段を例に取り説明したが、第１の実施形態では、第１の手段から第７の手段いずれを用いても良好なスループット、アライメント精度を得ることが可能である。   As described above, the exposure procedure includes setting of the reticle R, alignment of the reticle R and the reference mark 22 using the reticle alignment microscope 14, and alignment of the reference mark 22 using the wafer backside alignment optical system 23. After the measurement and the wafer back surface mark WM alignment process by the wafer back surface alignment optical system 23, the reticle pattern image of the reticle R is projected and exposed onto the wafer W coated with the resist at the conjugate position by the projection optical system 17. In FIG. 15, the first means has been described as an example. However, in the first embodiment, it is possible to obtain good throughput and alignment accuracy by using any of the first to seventh means. is there.

この様に、第１の実施形態では、リレー光学系２４に少なくとも２つの反射面を設けて、ウェハＷより上方に設置されたウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた方法について説明した。しかし、この方法では、図１３で示した様に、ウェハステージ２１Ａの表面に基準マーク２２を配置する必要があり、ウェハ裏面マーク数を増やした場合、ウェハステージの大きさを大きくする必要がある。そこで第２の実施形態では、リレー光学系２４から反射面を除去し、ウェハＷの下方にウェハ裏面アライメント光学系２３を設置した方法について説明していく。   As described above, in the first embodiment, the method using the wafer back surface alignment optical system 23 provided above the wafer W by providing the relay optical system 24 with at least two reflecting surfaces has been described. However, in this method, as shown in FIG. 13, it is necessary to arrange the reference mark 22 on the front surface of the wafer stage 21A, and when the number of wafer back surface marks is increased, the size of the wafer stage needs to be increased. . Therefore, in the second embodiment, a method in which the reflecting surface is removed from the relay optical system 24 and the wafer back surface alignment optical system 23 is installed below the wafer W will be described.

尚、第２の実施形態では、第１の実施形態とウェハステージ２１Ｂ、ウェハホルダ２０Ｂ、及びリレー光学系２４の構成が異なっている。ここでは、例えば４つのウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲ、ＷＭＵ、ＷＭＤを計測する場合について説明していく。尚、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した様に、各ウェハ裏面マークＷＭＬ、ＷＭＲ、ＷＭＵ、ＷＭＤに対応するリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒ、２４Ｕ、２４Ｄ、及び基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ、２２Ｕ、２２Ｄがあり、ウェハステージ２１Ｂを順次移動することで、ウェハ裏面アライメント光学系２３により、それぞれの位置でウェハ裏面マークＷＭと基準マーク２２とを同時に計測できる構成となっている。   In the second embodiment, the configurations of the wafer stage 21B, the wafer holder 20B, and the relay optical system 24 are different from those of the first embodiment. Here, for example, a case where four wafer back surface marks WML, WMR, WMU, and WMD are measured will be described. As described in FIGS. 4B, 7B, and 9B, the relay optical systems 24L, 24R, 24U, 24D corresponding to the wafer back surface marks WML, WMR, WMU, and WMD are provided. And reference marks 22L, 22R, 22U, and 22D, and the wafer back surface alignment optical system 23 can simultaneously measure the wafer back surface mark WM and the reference mark 22 at each position by moving the wafer stage 21B sequentially. It has become.

まず、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対してレチクルＲが設置された状態で、ステージ制御装置２が、ウェハステージ２１Ｂ上に設置された基準マーク２２Ｌ、２２Ｒを、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ｂを移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ位置とのアライメントを実行する。この様子を図２で示している。尚、それ以外の構成は第１の実施形態と同じなので、共通部分の説明については省略する。上述の様に、ウェハステージ２１Ｂ上には、基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ以外にも、ウェハ裏面マークＷＭＵ、ＷＭＤに対応する基準マーク２２Ｕ、２２Ｄが存在する。これらの基準マークはウェハステージ２１Ｂに固定されており、互いの相対位置は変化することが無いので、上述のレチクルアライメント時に、少なくともレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２Ｌ、２２Ｒ位置とのアライメントを実行すれば、ＸＹ及びθの位置ズレ誤差を計測することができる。但し、ウェハステージ２１Ｂの熱膨張等により、お互いの基準マーク座標が変化することもある。この場合は、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒの少なくとも一方で、基準マーク２２Ｕ、２２Ｄが観察できる位置までウェハステージ２１Ｂを移動し、各基準マークの相対位置を計測しておけば良い。   First, the stage control device 2 can observe the reference marks 22L and 22R installed on the wafer stage 21B with the reticle alignment microscopes 14L and 14R in a state where the reticle R is installed with respect to the reticle alignment microscopes 14L and 14R. The wafer stage 21B is moved to the position. Then, the alignment / focus control device 3 executes alignment between the reticle marks RML and RMR and the positions of the reference marks 22L and 22R. This is shown in FIG. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description of the common parts is omitted. As described above, the reference marks 22U and 22D corresponding to the wafer back surface marks WMU and WMD exist on the wafer stage 21B in addition to the reference marks 22L and 22R. Since these reference marks are fixed to the wafer stage 21B and their relative positions do not change, at least the alignment of the reticle marks RML, RMR and the positions of the reference marks 22L, 22R is executed during the reticle alignment described above. Then, the positional deviation errors of XY and θ can be measured. However, the mutual reference mark coordinates may change due to thermal expansion of the wafer stage 21B. In this case, the wafer stage 21B may be moved to a position where the reference marks 22U and 22D can be observed by at least one of the reticle alignment microscopes 14L and 14R, and the relative position of each reference mark may be measured.

図１７は、図２に示されたリレー光学系２４Ｌ、２４Ｒを拡大した側面から見た断面図である。ウェハ裏面アライメント光学系２３で、基準マーク２２Ｌ上の基準マークＦＭＬとウェハ裏面マークＷＭＬとを計測できる位置に、ウェハステージ２１Ｂを移動したときの様子を図１７（Ａ）に示し、リレー光学系２４Ｌには、基準マークＦＭＬとウェハ裏面マークＷＭＬとを共役にするためのレンズ３１Ｌ、３２Ｌが設置されている。そのときの各部分の配置を示したのが、図１６（Ａ）の平面図となる。また、ウェハ裏面アライメント光学系２３で、基準マーク２２Ｒ上の基準マークＦＭＲとウェハ裏面マークＷＭＲとを計測できる位置に、ウェハステージ２１Ｂを移動したときの様子を図１７（Ｂ）に示し、リレー光学系２４Ｒには、基準マークＦＭＲとウェハ裏面マークＷＭＲとを共役にするためのレンズ３１Ｒ、３２Ｒが設置されている。そのときの各部分の配置を示したのが、図１６（Ｂ）の平面図となる。尚、同様にして、ウェハ裏面マークＷＭＵ、ＷＭＤに対応したリレー光学系２４Ｕ、２４Ｄと基準マークＦＭＵ、ＦＭＤとがあるが、ここでは説明を省略する。   FIG. 17 is a cross-sectional view of the relay optical systems 24L and 24R shown in FIG. FIG. 17A shows a state when the wafer stage 21B is moved to a position where the wafer back surface alignment optical system 23 can measure the reference mark FML and the wafer back surface mark WML on the reference mark 22L, and the relay optical system 24L. Are provided with lenses 31L and 32L for conjugating the reference mark FML and the wafer back surface mark WML. The arrangement of each part at that time is shown in the plan view of FIG. Further, FIG. 17B shows a state in which the wafer stage 21B is moved to a position where the wafer backside alignment optical system 23 can measure the reference mark FMR on the reference mark 22R and the wafer backside mark WMR. The system 24R is provided with lenses 31R and 32R for conjugating the reference mark FMR and the wafer back surface mark WMR. The arrangement of each part at that time is shown in the plan view of FIG. Similarly, there are relay optical systems 24U and 24D and reference marks FMU and FMD corresponding to the wafer back surface marks WMU and WMD, but the description thereof is omitted here.

ウェハ裏面アライメント光学系２３はウェハステージ２１Ｂの移動により、図１６の矢印で示した順に、各基準マークＦＭと各ウェハ裏面マークＷＭとの相対位置ズレ量を計測していく。予め、ベースライン計測により、レチクルＲの投影位置、各基準マークＦＭのウェハステージ２１Ｂ上の位置、及びウェハ裏面アライメント光学系２３の計測位置は判っているので、上述の相対ズレ量から各ウェハ裏面マークの位置に対応したウェハ露光位置を算出することができる。尚、図１７では第３の手段を例にとり説明したが、第２の実施形態では、第１の手段から第７の手段いずれを用いても良好なスループット、アライメント精度を得ることが可能である。   The wafer back surface alignment optical system 23 measures the relative positional deviation between each reference mark FM and each wafer back surface mark WM in the order indicated by the arrows in FIG. 16 by the movement of the wafer stage 21B. Since the projection position of the reticle R, the position of each fiducial mark FM on the wafer stage 21B, and the measurement position of the wafer back surface alignment optical system 23 are known in advance by the baseline measurement, each wafer back surface is determined from the above-described relative shift amount. The wafer exposure position corresponding to the mark position can be calculated. In FIG. 17, the third means has been described as an example. However, in the second embodiment, it is possible to obtain good throughput and alignment accuracy by using any of the first to seventh means. .

この様に、第２の実施形態では、ウェハ裏面マーク毎にリレー光学系２４及び基準マーク２２を配置し、ウェハＷより下方に設置されたウェハ裏面アライメント光学系２３を用いた方法ついて説明した。しかし、この方法では、図１７に示した様に、ウェハ裏面マーク毎にリレー光学系２４及び基準マーク２２を複数配置する必要があり、ウェハステージが重たくなり高価になる。そこで第３の実施形態では、リレー光学系２４及び基準マーク２２をウェハ裏面マーク下から切り離し、共通化する方法について説明していく。   As described above, in the second embodiment, the method using the wafer back surface alignment optical system 23 in which the relay optical system 24 and the reference mark 22 are arranged for each wafer back surface mark and is disposed below the wafer W has been described. However, in this method, as shown in FIG. 17, it is necessary to arrange a plurality of relay optical systems 24 and reference marks 22 for each wafer back surface mark, which makes the wafer stage heavy and expensive. Accordingly, in the third embodiment, a method for separating the relay optical system 24 and the reference mark 22 from the bottom of the wafer back surface mark and making them common will be described.

第３の実施形態では、第２の実施形態に比べ、ウェハステージ２１Ｃ、ウェハホルダ２０Ｃ、リレー光学系２４の構成が異なってくる。ここでは、例えば８つのウェハ裏面マークＷＭを計測する場合について説明していく。尚、それ以外の構成は第１の実施形態と同じなので、共通部分の説明については省略する。但し、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）で説明した内容と光学配置が異なるので、図１９、図２０、図２１を用いて配置や共役関係については別途説明を行う。   In the third embodiment, the configurations of the wafer stage 21C, the wafer holder 20C, and the relay optical system 24 are different from those in the second embodiment. Here, for example, a case where eight wafer back surface marks WM are measured will be described. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description of the common parts is omitted. However, since the optical arrangement is different from the contents described in FIG. 4B, FIG. 7B, and FIG. 9B, the arrangement and the conjugate relationship will be separately described with reference to FIG. 19, FIG. 20, and FIG. Do.

まず、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒに対してレチクルＲが設置された状態で、ステージ制御装置２が、ウェハステージ２１Ｃ上に設置された基準マーク２２を、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒで観察できる位置にウェハステージ２１Ｂを順次移動する。そして、アライメント・フォーカス制御装置３が、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上のＦＭ位置とのアライメントを実行する。この様子が図３に示されている。レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２位置とのアライメントを実行すれば、ステージの走り座標基準でＸＹ及びθの位置ズレ誤差を計測することができる。   First, in a state in which the reticle R is installed with respect to the reticle alignment microscopes 14L and 14R, the stage control device 2 is positioned at a position where the reference mark 22 installed on the wafer stage 21C can be observed with the reticle alignment microscopes 14L and 14R. The wafer stage 21B is moved sequentially. Then, the alignment / focus control device 3 executes alignment between the reticle marks RML, RMR and the FM position on the reference mark 22. This is shown in FIG. If alignment between the reticle marks RML and RMR and the position of the reference mark 22 is executed, the positional deviation errors of XY and θ can be measured on the basis of the running coordinate of the stage.

図１９は、第１の手段を用いた場合における、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭと同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ２を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図１９（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図１９（Ｂ）に示される。   FIG. 19 is an enlarged cross-sectional view of the wafer back surface alignment optical system 23 shown in FIG. 3 viewed from the side when the first means is used. The state when the wafer stage 21C is moved to a position where the reference mark FM2 on the reference mark 22 arranged at the same height as the wafer back surface mark WM of the wafer W can be measured by the wafer back surface alignment optical system 23 is shown in FIG. FIG. 19B shows a state when the wafer stage 21C is moved to a position where the wafer back surface mark WM of the wafer W can be measured by the wafer back surface alignment optical system 23 as shown in FIG.

尚、図１９（Ａ）に示す様に、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ１位置とは共役であり、基準マークＦＭ１はウェハＷ表面と同じ高さに配置されている。レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ１とが重なる様に、ウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒにより、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ１とのアライメントが可能となる。この様に、基準マーク２２の位置をウェハ裏面マーク位置と別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第１の手段においては、ウェハＷの厚さに対応する様に、基準マーク２２のプレート表裏に基準マークＦＭ１及びＦＭ２が配置されているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第１の手段で説明した通りである。   As shown in FIG. 19A, the reticle marks RML, RMR and the position of the reference mark FM1 on the reference mark 22 are conjugate, and the reference mark FM1 is arranged at the same height as the surface of the wafer W. By moving the wafer stage 21C so that the projection positions of the reticle marks RML and RMR on the wafer stage overlap with the reference mark FM1, the reticle alignment microscopes 14L and 14R respectively move the reticle marks RML and RMR and the reference mark FM1. Can be aligned. Thus, the relay optical system can be removed by arranging the position of the reference mark 22 separately from the wafer back surface mark position. In the first means, since the fiducial marks FM1 and FM2 are arranged on the front and back of the fiducial mark 22 so as to correspond to the thickness of the wafer W, no error occurs. As described in the first means.

図２０は、第２の手段を用いた場合の、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。ウェハ裏面アライメント光学系２３は、２焦点光学系である。ウェハＷの表面と同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ１を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２０（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２０（Ｂ）に示される。図を見れば判る様に、２焦点光学系の１つの焦点は基準マークＦＭであり、もう一つの焦点はウェハ裏面になる様に設計されている。   FIG. 20 is an enlarged cross-sectional view of the wafer back surface alignment optical system 23 shown in FIG. 3 as viewed from the side surface when the second means is used. The wafer back surface alignment optical system 23 is a bifocal optical system. FIG. 20A shows a state in which the wafer stage 21C is moved to a position where the reference mark FM1 on the reference mark 22 arranged at the same height as the front surface of the wafer W can be measured by the wafer back surface alignment optical system 23. FIG. 20B shows a state when the wafer stage 21C is moved to a position where the wafer back surface mark WM of the wafer W can be measured by the wafer back surface alignment optical system 23. As can be seen from the figure, one focal point of the bifocal optical system is the reference mark FM, and the other focal point is designed to be the back surface of the wafer.

尚、図２０（Ａ）に示す様に、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ１位置とは共役であり、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ１とが重なる様に、ウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４ＲによりレチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ１とのアライメントが可能になる。この様に、基準マーク位置を別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第２の手段においては、ウェハ裏面アライメント光学系２３に２焦点光学系を利用しているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第２の手段で説明した通りである。   As shown in FIG. 20A, the reticle marks RML, RMR and the position of the reference mark FM1 on the reference mark 22 are conjugate, and the projection position of the reticle marks RML, RMR on the wafer stage and the reference mark FM1 By moving the wafer stage 21C so that they overlap each other, the reticle marks RML, RMR and the reference mark FM1 can be aligned by the reticle alignment microscopes 14L, 14R. Thus, the relay optical system can be removed by arranging the reference mark positions separately. In the second means, since a bifocal optical system is used for the wafer back surface alignment optical system 23, an error does not occur, but the operation and effect are as described in the second means.

図２１は、第３の手段を用いた場合の、図３に示されたウェハ裏面アライメント光学系２３を拡大して側面から見た断面図である。レチクルアライメント顕微鏡１４は、２焦点光学系である。ウェハＷの裏面と同じ高さに配置されている基準マーク２２上の基準マークＦＭ２を、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２１（Ａ）に示され、ウェハＷのウェハ裏面マークＷＭを、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる位置にウェハステージ２１Ｃを移動したときの様子が、図２１（Ｂ）に示される。図を見れば判る様に、２焦点光学系の１つの焦点は基準マークＦＭ２であり、もう一つの焦点はウェハ表面になる様に設計されている。   FIG. 21 is an enlarged cross-sectional view of the wafer back surface alignment optical system 23 shown in FIG. 3 viewed from the side surface when the third means is used. The reticle alignment microscope 14 is a bifocal optical system. FIG. 21A shows a state where the wafer stage 21C is moved to a position where the reference mark FM2 on the reference mark 22 arranged at the same height as the back surface of the wafer W can be measured by the wafer back surface alignment optical system 23. FIG. 21B shows a state when the wafer stage 21C is moved to a position where the wafer back surface mark WM of the wafer W can be measured by the wafer back surface alignment optical system 23. As can be seen from the figure, one focus of the bifocal optical system is the reference mark FM2, and the other focus is designed to be the wafer surface.

尚、レチクルアライメント顕微鏡１４は２焦点光学系なので、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マーク２２上の基準マークＦＭ２位置とは計測センサ１２２上で共役であり、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲのウェハステージ上の投影位置と基準マークＦＭ２とが重なる様にウェハステージ２１Ｃをそれぞれ移動することで、レチクルアライメント顕微鏡１４Ｌ、１４Ｒにより、レチクルマークＲＭＬ、ＲＭＲと基準マークＦＭ２とのアライメントが可能となる。この様に、基準マーク位置を別に配置することで、リレー光学系を取り除くことができる。尚、第３の手段においては、レチクルアライメント顕微鏡１４に２焦点光学系を利用しているので、誤差が発生しないが、その作用効果については、第３の手段で説明した通りである。   Since the reticle alignment microscope 14 is a bifocal optical system, the reticle marks RML, RMR and the position of the reference mark FM2 on the reference mark 22 are conjugate on the measurement sensor 122, and projection of the reticle marks RML, RMR on the wafer stage is performed. By moving the wafer stage 21C so that the position and the reference mark FM2 overlap each other, the reticle alignment microscopes 14L and 14R can align the reticle marks RML and RMR with the reference mark FM2. Thus, the relay optical system can be removed by arranging the reference mark positions separately. In the third means, no error occurs because the reticle alignment microscope 14 uses a bifocal optical system, but the operation and effects thereof are as described in the third means.

以上、図１９、図２０、図２１を用いて第３の実施形態に第１の手段から第３の手段を用いた場合について説明したが、第４の手段から第７の手段についても同様に用いることができるのは言うまでもない。第３の実施形態では、基準マーク２２を別の位置に配置しているので、リレー光学系２４を取り除くことが可能となっている。その為、図１８の様にウェハ裏面マークを多数配置しても、そのウェハステージ２１Ｃ及びウェハホルダ２０Ｃの様に裏面マーク位置に開口を設け、ウェハ裏面アライメント光学系２３で計測できる構成にするだけで良く、シンプルなステージ機構とすることが可能となる。尚、図１８（Ａ）は、ベースライン計測を行っている状態を示す平面図であり、図１８（Ｂ）は、ウェハ裏面アライメントを実行している状態を示す平面図である。   As described above, the case where the first to third means are used in the third embodiment has been described with reference to FIGS. 19, 20, and 21. The same applies to the fourth to seventh means. Needless to say, it can be used. In the third embodiment, since the reference mark 22 is arranged at another position, the relay optical system 24 can be removed. Therefore, even if a large number of wafer back surface marks are arranged as shown in FIG. 18, an opening is provided at the back surface mark position as in the wafer stage 21C and the wafer holder 20C so that the wafer back surface alignment optical system 23 can measure. A good and simple stage mechanism can be achieved. FIG. 18A is a plan view showing a state in which baseline measurement is performed, and FIG. 18B is a plan view showing a state in which wafer backside alignment is performed.

尚、第１の手段では、基準マーク２２のプレート表裏に基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２を設けているが、両面にパターンを描画するのが高価な場合には、片面にパターンが描画されたプレートを貼り合わせて両面にパターンを設ける様にしても良い。更に、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２の投影像が重なる問題については、図２２の様に、パターン形状を変えて、投影像が重ならない様にすることも可能である。更に、基板の厚さが大きく異なる場合は、基準マークＦＭ１及び基準マークＦＭ２の間隔を変えた数種類の段差構造のプレートを用いて、基板の厚さに応じて最適なものを使い分けても良い。以上の様に、本発明の主旨を逸脱しない条件で、色々なバリエーションを考える事が可能である。   In the first means, the fiducial mark FM1 and fiducial mark FM2 are provided on the front and back of the fiducial mark 22, but if it is expensive to draw a pattern on both sides, the plate on which the pattern is drawn on one side May be provided to form a pattern on both sides. Further, with respect to the problem that the projected images of the fiducial mark FM1 and fiducial mark FM2 overlap, it is also possible to change the pattern shape so that the projected images do not overlap as shown in FIG. Further, when the thicknesses of the substrates are greatly different, the most suitable plate may be used depending on the thickness of the substrate by using several kinds of stepped structure plates with different intervals between the reference marks FM1 and FM2. As described above, various variations can be considered under the conditions that do not depart from the gist of the present invention.

１ 制御装置、
２ ステージ制御装置
３ アライメント・フォーカス制御装置
４ 開口部制御装置
５ 露光量制御装置
６ 超高圧水銀灯
７ 楕円鏡
８ 露光用シャッター
９ ロッド光学系
１０ レンズ
１１ ダイクロイックミラー
１２ 開口絞り
１３ レンズ
１４ レチクルアライメント顕微鏡
１５ ブラインド
１６ レチクルステージ
１７ 投影光学系
１８ ＮＡ可変絞り
１９ 斜入射オートフォーカス系
２０，２０Ａ、Ｂ、Ｃ ウェハホルダ
２１、２１Ａ、Ｂ、Ｃ ウェハステージ
２２ 基準マーク
２３ ウェハ裏面アライメント光学系
２４、２４Ｌ、Ｒ リレー光学系
２５、２６ ２焦点レンズ
２７、３０ 反射ミラー、
２８、２９ リレーレンズ
１０１、１０７、１１３、１１８、１２３、１３１ アライメント照明系
１０２、１０４、１０５、１０８、１０９、１１１、１１３、１１４、１１６、１１９、１２１、１２４、１２６、１２７、１３２、１３４、１３５ レンズ
１０３、１０９、１１５、１２０、１２５、１２８、１３３、１３６ ハーフミラー
１０６、１１２、１１７、１２２、１２９、１３０、１３７、１３８ 計測センサ 1 control device,
2 Stage control device 3 Alignment / focus control device 4 Aperture control device 5 Exposure amount control device 6 Ultra high pressure mercury lamp 7 Elliptical mirror 8 Exposure shutter 9 Rod optical system 10 Lens 11 Dichroic mirror 12 Aperture stop 13 Lens 14 Reticle alignment microscope 15 Blind 16 Reticle stage 17 Projection optical system 18 NA variable aperture 19 Oblique incidence autofocus system 20, 20A, B, C Wafer holder 21, 21A, B, C Wafer stage 22 Reference mark 23 Wafer back surface alignment optical system 24, 24L, R Relay Optical system 25, 26 Bifocal lens 27, 30 Reflecting mirror,
28, 29 Relay lenses 101, 107, 113, 118, 123, 131 Alignment illumination systems 102, 104, 105, 108, 109, 111, 113, 114, 116, 119, 121, 124, 126, 127, 132, 134 135 Lens 103, 109, 115, 120, 125, 128, 133, 136 Half mirror 106, 112, 117, 122, 129, 130, 137, 138 Measurement sensor

Claims (7)

感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に第１の基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に第２の基準マークを設けると共に、それらを計測する第２の計測センサが配置されており、前記第１の基準マーク及び前記第２の基準マークが基板ステージ上の前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。   An apparatus for projecting and exposing a pattern on a reticle onto a substrate via a projection optical system by measuring the position of a back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate, the reticle provided on the reticle A first reference mark is provided at a position conjugate with the mark, and a first measurement sensor for measuring the first reference mark is disposed. Further, a second reference mark is provided at a position conjugate with the back surface mark, and these are measured. A second measurement sensor is disposed, and the first reference mark and the second reference mark are disposed at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate on the substrate stage. Projection exposure apparatus. 感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと、基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及び前記裏面マークを計測する第２の計測センサが配置されていることを特徴とする投影露光装置。   A device for projecting and exposing a pattern on a reticle onto a substrate via a projection optical system by measuring the position of a back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate. The reticle mark provided on the reticle A thickness of the photosensitive substrate, wherein a reference mark is provided at a conjugate position on the substrate stage, a first measurement sensor for measuring the reference mark is disposed, and the back surface mark and the reference mark can be measured simultaneously. And a second measurement sensor for measuring the reference mark and the back surface mark is disposed in the alignment optical system. Projection exposure apparatus. 感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、基板ステージ上の前記裏面マークと共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと前記基準マークとを同時に計測できる、前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系を有し、更に前記アライメント光学系内に、前記基準マーク及びレチクルマークを計測する第２の計測センサが配置されていることを特徴とする投影露光装置。   An apparatus for projecting and exposing a pattern on a reticle onto a substrate via a projection optical system by measuring the position of a back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate, and the back surface mark on the substrate stage A thickness of the photosensitive substrate, in which a reference mark is provided at a conjugate position, a first measurement sensor for measuring the reference mark is disposed, and the reticle mark provided on the reticle and the reference mark can be simultaneously measured. And an alignment optical system having two focal points at a distance corresponding to the projection, and a second measurement sensor for measuring the reference mark and the reticle mark is disposed in the alignment optical system. Exposure device. 前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系が複屈折レンズを用いたものであることを特徴とする、請求項２または３に記載の投影露光装置。   4. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein the alignment optical system having two focal points at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate uses a birefringent lens. 前記感光性基板の厚さに対応する距離に２つの焦点を有するアライメント光学系が、軸上色収差を有する光学系であり、２つの異なる照明波長を用いたものであることを特徴とする、請求項２または３に記載の投影露光装置。   The alignment optical system having two focal points at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate is an optical system having axial chromatic aberration, and uses two different illumination wavelengths. Item 4. The projection exposure apparatus according to Item 2 or 3. 感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な基板ステージ上の位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記裏面マークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。   A device for projecting and exposing a pattern on a reticle onto a substrate via a projection optical system by measuring the position of a back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate. The reticle mark provided on the reticle A reference mark is provided at a position on the substrate stage conjugate with the first measurement sensor, a first measurement sensor for measuring them is arranged, a second measurement sensor arranged at a position conjugate with the back surface mark, and the reference mark And a third measurement sensor arranged at a conjugate position, and the second measurement sensor and the third measurement sensor are arranged at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate. A projection exposure apparatus. 感光性基板の裏面に設けられた裏面マークの位置を計測することで、レチクル上のパターンを、投影光学系を介して基板上に投影露光する装置であって、前記裏面マークと基板ステージ上の共役な位置に基準マークを設けると共に、それらを計測する第１の計測センサが配置され、更に前記レチクル上に設けられたレチクルマークと共役な位置に配置された第２の計測センサと、前記基準マークと共役な位置に配置された第３の計測センサとを有し、前記第２の計測センサ及び前記第３の計測センサが前記感光性基板の厚さに対応する距離に配置されていることを特徴とする投影露光装置。   An apparatus for projecting and exposing a pattern on a reticle onto a substrate via a projection optical system by measuring the position of a back surface mark provided on the back surface of the photosensitive substrate, the back surface mark and a substrate stage A reference mark is provided at a conjugate position, a first measurement sensor for measuring the reference mark is arranged, a second measurement sensor arranged at a position conjugate with the reticle mark provided on the reticle, and the reference A third measurement sensor arranged at a position conjugate with the mark, and the second measurement sensor and the third measurement sensor are arranged at a distance corresponding to the thickness of the photosensitive substrate. A projection exposure apparatus characterized by the above.
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