JP2015018904A - マーク検出方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の裏面にマークが設けられている場合に、そのマークを効率的に検出するとともに、そのマークの検出が困難になった場合にもその基板の位置情報を検出できるようにする。
【解決手段】ウエハＷに形成されたマークを検出するマーク検出装置８であって、裏面にマーク４６が形成されたウエハＷを一時的に保持するウエハ受け渡し装置６６と、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、マーク４６の位置情報を検出するマーク検出部５２と、検出されたマーク４６の位置情報に基づいて、ウエハＷの表面に代替マークを形成するマーク形成部と、マーク４６と代替マークとの位置関係を記憶する記憶部と、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、代替マークの位置情報を検出するマーク検出部５２及びエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂと、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板に設けられたマークを検出するマーク検出技術、そのマーク検出技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を生産するためのフォトリソグラフィ工程で使用される、いわゆるステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置による露光対象の基板として、円板状の半導体ウエハ（以下、単にウエハという。）がある。電子デバイスを製造する際のスループット（生産性）を高めるために、そのウエハの直径のＳＥＭＩ(Semiconductor Equipment and Materials International)規格(SEMI standards)は、数年ごとに１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍとほぼ１．２５〜１．５倍の割合で大きくなってきている。

また、従来のウエハのエッジ部には、外形基準で回転角を検出するための切り欠き部としてのノッチ又はオリエンテーションフラットが形成されていた。そして、ウエハを露光装置にロードする際には、予めプリアライメント系によってウエハの切り欠き部の位置を検出しておき、この結果に基づいてウエハの回転角等の大まかな調整を行っていた（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第６２２５０１２号

最近、電子デバイスを製造する際のスループットをより高めるために、ＳＥＭＩ規格では、直径４５０ｍｍのウエハの規格化が行われている。このように大型化したウエハでは、回転角を検出するための切り欠き部をエッジ部に設けると、ウエハに歪み等が生じる恐れがある。そこで、大型化したウエハでは、回転角を検出するために、裏面に例えば凹部よりなる小さいマークを設けることが検討されている。

これに関して、ウエハは、従来、裏面が支持された状態で露光装置に搬送されており、プリアライメント系は、ウエハの表面（デバイスパターンが形成される面）側からウエハの切り欠き部を検出していたため、従来の技術ではウエハの裏面に設けられたマークの検出を行うことは困難である。さらに、ウエハは多くの工程を経るため、搬送及び／又は加工中の摩耗によるウエハ裏面のマークの消失、又は加工中にウエハの裏面のマークが感光材料又は薄膜に覆われることなどによって、そのマークの検出が困難になる恐れがある。そこで、ウエハの裏面のマークの検出が困難になった場合の対策も考えておくことが好ましい。

本発明の態様は、このような事情に鑑み、基板の裏面にマークが設けられている場合に、そのマークを効率的に検出できるようにするとともに、そのマークの検出が困難になった場合にもその基板の位置情報を検出できるようにすることを目的とする。

第１の態様によれば、基板に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、裏面に第１マークが形成された基板を一時的に保持する基板保持部と、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その裏面のその第１マークの位置情報を検出する第１検出部と、検出されたその第１マークの位置情報に基づいて、その基板の表面に第２マークを形成するためのマーク形成部と、その第１マークとその第２マークとの位置関係を記憶する記憶部と、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その表面のその第２マークの位置情報を検出する第２検出部と、を備えるマーク検出装置が提供される。

第２の態様によれば、基板に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、裏面に第１マークが形成された基板を一時的に保持する基板保持部と、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その裏面のその第１マークの位置情報を検出する第１検出部と、その基板の表面であって該表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部の位置情報を検出する第２検出部と、その第１マークとその特徴部との位置関係を記憶する記憶部と、を備えるマーク検出装置が提供される。

第３の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、第１の態様のマーク検出装置と、その基板を保持して移動するステージと、そのマーク検出装置によって検出されるその基板の裏面に形成されたその第１マーク又はその基板の表面のその第２マークの位置情報に基づいて、その基板のそのパターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正する制御部と、を備える露光装置が提供される。

第４の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、第２の態様のマーク検出装置と、その基板を保持して移動するステージと、そのマーク検出装置によって検出されるその基板の裏面に形成されたその第１マーク又はその基板の表面のその特徴部の位置情報に基づいて、その基板のそのパターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正する制御部と、を備える露光装置が提供される。

第５の態様によれば、基板に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、裏面に第１マークが形成された基板を基板保持部で一時的に保持することと、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その裏面のその第１マークの位置情報を検出することと、検出されたその第１マークの位置情報に基づいて、その基板の表面に第２マークを形成することと、その第１マークとその第２マークとの位置関係を記憶することと、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その表面のその第２マークの位置情報を検出することと、を含むマーク検出方法が提供される。

第６の態様によれば、基板に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、裏面に第１マークが形成された基板を基板保持部で一時的に保持することと、その基板保持部にその基板が保持されている状態で、その裏面のその第１マークの位置情報を検出することと、その基板の表面であって該表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部の位置情報を検出することと、その第１マークとその特徴部との位置関係を記憶することと、を含むマーク検出方法が提供される。

第７の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターンを介して基板を露光する露光方法において、第５の態様のマーク検出方法を用いてその基板の裏面に形成されたその第１マーク又はその基板の表面に形成されたその第２マークの位置情報を検出することと、その基板をステージに載置することと、そのマーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、その基板のそのパターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正することと、を含む露光方法が提供される。

第８の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターンを介して基板を露光する露光方法において、第６の態様のマーク検出方法を用いてその基板の裏面に形成されたその第１マーク又はその基板の表面のその特徴部の位置情報を検出することと、その基板をステージに載置することと、そのマーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、その基板のそのパターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正することと、を含む露光方法が提供される。

第９の様態によれば、本発明の態様の露光装置又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、基板保持部に基板が保持されている状態で、その基板の裏面の第１マークの位置情報を検出しているため、その第１マークを効率的に検出できる。また、基板の表面の第２マーク又は特徴部とその第１マークとの位置関係を記憶しているため、その第１マークの検出が困難になった場合でも、その第２マーク又は特徴部を検出することで、その基板の位置情報を検出できる。

第１の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す一部を断面で表した図である。 図１中のウエハステージを示す平面図である。 図１の露光装置の制御系等を示すブロック図である。 （Ａ）はウエハの表面を示す平面図、（Ｂ）はウエハ裏面のマークを示す拡大図、（Ｃ）は図４（Ｂ）の断面図、（Ｄ）は変形例のマークを示す拡大図、（Ｅ）は別の変形例のマークを示す拡大図、（Ｆ）は第１の従来例のウエハの切り欠き部を示す平面図、（Ｇ）は第２の従来例のウエハの切り欠き部を示す平面図である。 （Ａ）は図１中のマーク検出装置の機構部を示す平面断面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図である。 （Ａ）は図５（Ｂ）中のマーク検出部を示す図、（Ｂ）は図６（Ａ）中のウエハのエッジ部の近傍を示す部分拡大図、（Ｃ）は図６（Ｂ）中のプリズムの表面を示す平面図である。 マーク検出方法を含む露光方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は搬送アームからウエハ受け渡し装置にウエハを渡した状態を示す平面図、（Ｂ）は図８（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図である。 （Ａ）は代替マークの像が露光されたウエハを示す平面図、（Ｂ）は図９（Ａ）中の被検領域ＦＶＢ及びこの近傍を示す拡大図、（Ｃ）は図９（Ａ）中の被検領域ＦＶＡ２及びこの近傍を示す拡大図、（Ｄ）は変形例の代替マークを示す拡大図、（Ｅ）は別の変形例の代替マークを示す拡大図、（Ｆ）はさらに別の変形例の代替マークを示す拡大図である。 第２の実施形態に係るマーク検出装置の機構部を示す一部を断面で表した図である。 電子デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態につき図１〜図９（Ｆ）を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るマーク検出装置を備えた露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、スキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の投影露光装置である。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を備えている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面内でレチクルＲとウエハ（半導体ウエハ）Ｗとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取って説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転方向をθｘ、θｙ、及びθｚ方向とも称する。本実施形態では、Ｚ軸に直交する平面（ＸＹ平面）はほぼ水平面に平行である。

露光装置ＥＸは、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示される照明系ＩＬＳと、照明系ＩＬＳからの露光用の照明光（露光光）ＩＬ（例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、又は固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波など）により照明されるレチクルＲ（マスク）を保持して移動するレチクルステージＲＳＴとを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲから射出された照明光ＩＬでウエハＷ（基板）を露光する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵと、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴと、ウエハＷのマークの位置情報（角度情報を含む、以下同様）を含むウエハＷの位置情報を検出するプリアライメント系としてのマーク検出装置８と、装置全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御装置２０（図３参照）等とを備えている。また、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置は、上記のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸よりなる座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で規定されるため、この座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をステージ座標系とも称する。

レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に真空吸着等により保持され、レチクルＲのパターン面（下面）には、回路パターンなどが形成されている。本実施形態では、レチクルステージＲＳＴのレチクルＲに対してＹ方向（走査方向）にずれた位置に、補助レチクルＲＡ（補助マスク）が固定され、補助レチクルＲＡのパターン面（下面）の例えば中央に、後述のウエハＷの裏面のマークの代替マークとして使用可能なマークを形成するための代替マーク用パターン２１が形成されている。代替マーク用パターン２１は、一例として、Ｘ方向に所定間隔で配列された複数のＹ方向に細長い開口パターンと、Ｙ方向に所定間隔で配列された複数のＸ方向に細長い開口パターンとを組み合わせた２次元の位置を規定可能なパターンである。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図３のレチクルステージ駆動系２５によって、不図示のレチクルベース上のＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能である。

レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計２４によって、移動鏡２２（又は鏡面加工されたステージ端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計２４の計測値は、図３の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系２５を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。

図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。不図示のフレーム機構に対して複数の防振装置（不図示）を介して平板状のフレーム（以下、計測フレームという）１６が支持されており、投影ユニットＰＵは、計測フレーム１６に形成された開口内にフランジ部ＦＬを介して設置されている。投影光学系ＰＬは、例えば両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。

照明系ＩＬＳからの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内の回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと光学的に共役な領域）に形成される。ウエハＷは、一例としてシリコン等の半導体よりなる直径が４５０ｍｍの大型の円板状の基材ＳＵにフォトレジストＰＲ（感光材料）を数１０〜２００ｎｍ程度の厚さで塗布したものである（図４（Ｃ）参照）。すなわち、一例としてウエハＷは４５０ｍｍウエハである。直径４５０ｍｍの基材の厚さは、現在では例えば９００〜１１００μｍ程度（例えば９２５μｍ程度）と想定されている。

ウエハＷが４５０ｍｍウエハである場合、図４（Ａ）に示すように、ウエハＷの円形のエッジ部に切り欠き部を設けない形態も検討されている。すなわち、図４（Ａ）に示すウエハＷでは、上記したエッジ部にノッチやオリエンテーションフラットなどの切り欠き部は設けられていない。この場合、ウエハＷの表面Ｗａ（基材ＳＵのフォトレジストＰＲが塗布された面）は、縦横に規則的に多数のショット領域ＳＡに区画され、各ショット領域ＳＡにそれぞれデバイスパターンＤＰが形成される。ショット領域ＳＡが例えば幅２６ｍｍ程度で長さ３３ｍｍ程度の大きさであれば、ウエハＷの表面Ｗａには例えば１８０個程度のショット領域ＳＡが形成される。なお、ウエハＷの１回目の露光に際しては、ウエハＷの表面Ｗａはショット領域ＳＡには区画されていない。

また、ウエハＷの表面Ｗａに対向する面、又はウエハＷの基材ＳＵのフォトレジストＰＲが塗布されていない面をウエハＷの裏面Ｗｂと称する。図４（Ｂ）は、ウエハＷの裏面Ｗｂの一部を示し、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）の断面図である。図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように、ウエハＷが４５０ｍｍウエハである場合、ウエハＷの裏面Ｗｂのエッジ部Ｗｆから例えば１ｍｍから数ｍｍ程度までの周縁領域４７内に、ウエハＷの半径方向に沿って一列の複数の小さい凹部４６ａよりなるマーク４６を形成する。一例として、凹部４６ａは直径が１００μｍ程度の円形であって、その深さが２０〜７０μｍ程度である。図４（Ｃ）では、凹部４６ａは円柱状であるが、凹部４６ａは半球面状でもよい。一例として、マーク４６の方向（複数の凹部４６ａの中心を通る直線に沿った方向）は、ウエハＷの基材ＳＵの一つの結晶軸の方向に対して所定の角度に、例えば平行に設定してもよい。また、マーク４６の方向とウエハＷの表面のショット領域ＳＡの長手方向（又は短手方向）とが平行になるように、ショット領域ＳＡを形成してもよい。

一例として、マーク４６は、微小なドリルによる切削、又は加工用レーザ光の照射によって形成できる。さらに、マーク４６は、ウエハＷの裏面Ｗｂに対する部分的なフォトレジストの塗布、マーク用パターンの露光、現像、エッチング、及びレジスト剥離を含むリソグラフィ工程で形成することも可能である。なお、マーク４６において、複数の凹部４６ａを半径方向に複数列形成してもよい。さらに、マーク４６は、複数の凹部４６ａをウエハＷのエッジ部に平行な円周方向に一列に又は複数列に形成したものでもよい。また、マーク４６の代わりに、図４（Ｄ）に示すように、複数の凹部をウエハＷの半径方向に並べた複数列（一列でもよい）の部分マーク４６Ａ１，４６Ａ２と、複数の凹部をウエハＷの円周方向に並べた一列（又は複数列）のマーク部４６Ａ３とを含むマーク４６Ａを使用してもよい。さらに、マーク４６の代わりに、図４（Ｅ）に示すように、ウエハＷの半径方向（又は円周方向）に沿って並べた１本又は複数本の細長い凹部よりなるマーク４６Ｂを使用してもよい。

なお、本実施形態ではウエハＷの裏面Ｗｂの一箇所にマーク４６を形成しているが、マーク４６の個数は特に限定はなく、例えば３つなど複数のマーク４６形成してもよい。また、複数のマーク４６が裏面Ｗｂに形成される場合には、それぞれのマークを見分けるため形状を異ならせることが好ましい。例えば図４（Ｄ）に示すマーク４６が裏面Ｗｂに複数させる場合には、各マーク４６のうちマーク部４６Ａ３の高さ（ウエハＷのエッジからの距離）を異ならせることなどが考えられる。これによりウエハＷの裏面Ｗｂに複数形成された各マーク４６を個別に判別することが可能となる。また、例えば図４（Ｂ）のマーク４６に、図４（Ｄ）で示したマーク部４６Ａ３を追加した形状のマークを裏面Ｗｂに複数形成する場合には、上記と同様に各マーク４６のうちマーク部４６Ａ３の高さ（ウエハＷのエッジからの距離）を異ならせることが望ましい。

図１の露光装置ＥＸにおいて、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ９１を保持する鏡筒４０の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置３８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑ（例えば純水）を供給するための供給管３１Ａ及び回収管３１Ｂを介して、液体供給装置３４及び液体回収装置３６（図３参照）に接続されている。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置３８は設けなくともよい。

また、露光装置ＥＸは、レチクルＲのアライメントを行うためにレチクルＲのアライメントマーク（レチクルマーク）の投影光学系ＰＬによる像の位置を計測する空間像計測系（不図示）と、ウエハＷのアライメントを行うために使用される例えば画像処理方式（ＦＩＡ系）のアライメント系ＡＬと、照射系９０ａ及び受光系９０ｂよりなりウエハＷの表面の複数箇所のＺ位置を計測する斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、多点ＡＦ系という）９０（図３参照）と、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するためのエンコーダ６（図３参照）と、を備えている。空間像計測系は例えばウエハステージＷＳＴ内に設けられている。アライメント系ＡＬは、ウエハＷの２層目以降のレイヤに露光する際に、ウエハＷの表面Ｗａの各ショット領域ＳＡに付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）のうちから選択された所定のウエハマークの位置を検出するために使用される。

アライメント系ＡＬは、図２に示すように、一例として投影光学系ＰＬに対して−Ｙ方向に離れて配置されたウエハＷの直径程度の長さの領域に、Ｘ方向（非走査方向）にほぼ等間隔で配列された５眼のアライメント系ＡＬｃ，ＡＬｂ，ＡＬａ，ＡＬｄ，ＡＬｅから構成され、５眼のアライメント系ＡＬａ〜ＡＬｅで同時にウエハＷの異なる位置のウエハマークを検出できるように構成されている。また、アライメント系ＡＬａ〜ＡＬｅに対して−Ｙ方向に離れた位置で、かつある程度−Ｘ方向及び＋Ｘ方向にシフトした位置に、それぞれウエハＷをロードするときのウエハステージＷＳＴの中心位置であるローディング位置ＬＰ、及びウエハＷをアンロードするときのウエハステージＷＳＴの中心位置であるアンローディング位置ＵＰが設定されている。ローディング位置ＬＰの上方（＋Ｚ方向）に、図１に示すように、ウエハ受け渡し装置６６が配置されている。

図１において、ウエハ受け渡し装置６６の本体部６７は、一例として計測フレーム１６とは独立に支持されたフレーム部材ＦＲ１に、Ｚ方向に移動可能に支持されている。また、ローディング位置ＬＰの近くに、コータ・デベロッパ（不図示）側から露光装置ＥＸにウエハＷを搬入するウエハ搬送ロボットＷＬＤが設置されている。ウエハ搬送ロボットＷＬＤは、一例として、床面に設置された本体部６４と、本体部６４に対して順次回転可能に設けられた第１及び第２の中間アーム６３，６２と、第２の中間アーム６２の先端部に回転可能に設けられるとともに、ウエハＷを真空吸着で保持して搬送するフォーク形の搬送アーム６１（図８（Ａ）参照）とを有する。ウエハ搬送ロボットＷＬＤの搬送アーム６１は、−Ｙ方向側に設置された回転テーブル（不図示）に載置されたウエハＷをウエハ受け渡し装置６６の下方まで搬送する。ウエハ受け渡し装置６６及びウエハ搬送ロボットＷＬＤの動作は搬送制御系５０（図３参照）によって制御される。

また、ウエハ受け渡し装置６６の本体部６７の周囲に、ウエハＷの裏面に形成されたマーク４６（図４（Ｂ）参照）及びこの近傍のエッジ部の位置情報（角度情報を含む、以下同様）を検出するマーク検出部５２、並びにウエハＷの互いに異なる２箇所のエッジ部の位置情報を検出する２つのエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂが配置されている。一例として、マーク検出部５２は、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すウエハＷの裏面の被検領域でマーク４６の像を撮像すると同時に、マーク４６の近傍のウエハＷのエッジ部の像を撮像する。図４（Ａ）のマーク検出部５２による被検領域ＦＶＢは、実質的にウエハＷの裏面のマーク４６を含む第１の被検領域（第１の視野）、及びそのマーク４６の近傍のエッジ部を含む第２の被検領域（第２の視野）を合わせた領域である。エッジ検出部５３Ａ，５３Ｂは、被検領域ＦＶＢとともにウエハＷのエッジ部をほぼ等角度間隔で分割した位置にある２つの被検領域（視野）ＦＶＡ２，ＦＶＡ１でウエハＷのエッジ部の像を撮像する。

本実施形態では、マーク検出部５２及びエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂは、それぞれウエハＷのエッジ部の近傍のウエハＷの表面にあるパターン及びある領域内の反射率分布をも検出可能である。マーク検出部５２及びエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂの検出信号は演算部５５（図３参照）に供給される。演算部５５は、それらの検出信号を処理してウエハＷの中心のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びウエハＷの回転角（例えばウエハＷのマーク４６に平行な方向と、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸に平行な軸とがなす角度）を算出し、算出結果を主制御装置２０に供給する。演算部５５には磁気記憶装置等の記憶部５６が接続されている。

照明系ＩＬＳ、補助レチクルＲＡを備えるレチクルステージＲＳＴ、及び投影光学系ＰＬを含んで、ウエハＷのエッジ部の近傍のウエハＷの表面に、ウエハＷの裏面のマーク４６の代替マークを形成するためのパターン２１の像を露光する露光部よりなるマーク形成部が構成されている。この露光部、ウエハ受け渡し装置６６、搬送制御系５０、マーク検出部５２、エッジ検出部５３Ａ，５３Ｂ、演算部５５、及び記憶部５６を含んで、マーク検出装置８が構成されている。主制御装置２０は、演算部５５から供給されるウエハＷの中心位置及び回転角を用いて、例えばウエハＷの大まかな位置及び回転角の補正であるプリアライメントを行うことができる。マーク検出装置８の詳細な構成及び動作については後述する。なお、搬送制御系５０及び演算部５５は、主制御装置２０を構成するコンピュータのソフトウェア上の互いに異なる機能であってもよい。

さらに、図２のアンローディング位置ＵＰの上方には、ウエハＷの搬出時に使用される別のウエハ受け渡し装置（不図示）が配置され、アンローディング位置ＵＰの近くには、搬出（アンロード）されたウエハＷをコータ・デベロッパ側に搬出する別のウエハ搬送ロボット（不図示）が配置されている。なお、ウエハ受け渡し装置６６によってその搬出用のウエハ受け渡し装置を兼用することも可能である。

また、図２において、多点ＡＦ系９０の照射系９０ａ及び受光系９０ｂは、一例としてアライメント系ＡＬａ〜ＡＬｅと投影光学系ＰＬとの間の領域に沿って配置されている。この構成によって、ローディング位置ＬＰでウエハＷをウエハステージＷＳＴにロードした後、ウエハステージＷＳＴを駆動して、ウエハＷをから投影光学系ＰＬの下方の露光開始位置までほぼＹ方向に移動することによって、多点ＡＦ系９０によるウエハ表面のＺ位置の分布の計測、及びアライメント系ＡＬａ〜ＡＬｅによるウエハ表面の複数のウエハマークの位置計測を効率的に行うことができる。多点ＡＦ系９０及びアライメント系ＡＬの計測結果は主制御装置２０に供給される。

図１において、ウエハステージＷＳＴは、不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受（エアパッド）を介して、ベース盤ＷＢのＸＹ平面に平行な上面ＷＢａに非接触で支持されている。ウエハステージＷＳＴは、例えば平面モータ、又は直交する２組のリニアモータを含むステージ駆動系１８（図３参照）によってＸ方向及びＹ方向に駆動可能である。ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体３０と、ステージ本体３０上に搭載されたＺステージ部としてのウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体３０内に設けられて、ステージ本体３０に対するウエハテーブルＷＴＢのＺ位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺステージ駆動部とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢの中央の開口の内側には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な載置面上に保持するウエハホルダ４４が設けられている。

本実施形態では、ウエハステージＷＳＴのウエハテーブルＷＴＢ及びウエハホルダ４４を含む部分（Ｚステージ部）は、ステージ本体３０に対してθｚ方向に指定された角度だけ回転可能に構成されている。主制御装置２０がステージ駆動系１８を介してそのＺステージ部のθｚ方向の回転角を制御する。なお、Ｚステージ部のみを回転するのではなく、ステージ本体３０及びＺステージ部を全体としてθｚ方向に回転するようにしてもよい。

また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハＷの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハＷの載置領域よりも一回り大きな円形の開口が形成された高い平面度の平板状のプレート体２８が設けられていてもよい。
なお、上述の局所液浸装置３８を設けたいわゆる液浸型の露光装置の構成にあっては、プレート体２８は、さらに図２に示されるように、その円形の開口２８ａを囲む、外形（輪郭）が矩形で、表面に撥液化処理が施されたプレート部（撥液板）２８ｂ、及びプレート部２８ｂを囲む周辺部２８ｅを有する。周辺部２８ｅの上面に、プレート部２８ｂをＹ方向に挟むようにＸ方向に細長い１対の２次元の回折格子１２Ａ，１２Ｂが固定され、プレート部２８ｂをＸ方向に挟むようにＹ方向に細長い１対の２次元の回折格子１２Ｃ，１２Ｄが固定されている。回折格子１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれＸ方向、Ｙ方向を周期方向とする周期が１μｍ程度の２次元の格子パターンが形成された反射型の回折格子である。

図１において、計測フレーム１６の底面に、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むように、回折格子１２Ｃ，１２Ｄに計測用のレーザ光（計測光）を照射して、回折格子に対するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３次元の相対位置を計測するための複数の３軸の検出ヘッド１４が固定されている。さらに、計測フレーム１６の底面に、投影光学系ＰＬをＹ方向に挟むように、回折格子１２Ａ，１２Ｂに計測用のレーザ光を照射して、回折格子に対する３次元の相対位置を計測するための複数の３軸の検出ヘッド１４が固定されている（図２参照）。さらに、複数の検出ヘッド１４にレーザ光（計測光及び参照光）を供給するための一つ又は複数のレーザ光源（不図示）も備えられている。

図２において、投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光している期間では、Ｙ方向の一列Ａ１内のいずれか２つの検出ヘッド１４は、回折格子１２Ａ又は１２Ｂに計測光を照射し、回折格子１２Ａ，１２Ｂから発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部４２（図３参照）に供給する。これと並列に、Ｘ方向の一行Ａ２内のいずれか２つの検出ヘッド１４は、回折格子１２Ｃ又は１２Ｄに計測光を照射し、回折格子１２Ｃ，１２Ｄから発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部４２（図３参照）に供給する。これらの一列Ａ１及び一行Ａ２の検出ヘッド１４用の計測演算部４２では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）と計測フレーム１６（投影光学系ＰＬ）とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対位置（相対移動量）を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で求め、それぞれ求めた計測値を切り替え部９２Ａ及び９２Ｂに供給する。計測値の切り替え部９２Ａ，９２Ｂでは、回折格子１２Ａ〜１２Ｄに対向している検出ヘッド１４に対応する計測演算部４２から供給される相対位置の情報を主制御装置２０に供給する。

一列Ａ１及び一行Ａ２内の複数の検出ヘッド１４、レーザ光源（不図示）、複数の計測演算部４２、切り替え部９２Ａ，９２Ｂ、及び回折格子１２Ａ〜１２Ｄから３軸のエンコーダ６が構成されている。このようなエンコーダ及び上述の５眼のアライメント系の詳細な構成については、例えば米国特許出願公開第２００８／０９４５９３号明細書に開示されている。主制御装置２０は、エンコーダ６から供給される相対位置の情報に基づいて、計測フレーム１６（投影光学系ＰＬ）に対するウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びθｚ方向の回転角等の情報を求め、この情報に基づいてステージ駆動系１８を介してウエハステージＷＳＴを駆動する。

なお、エンコーダ６と並列に、又はエンコーダ６の代わりに、ウエハステージＷＳＴの３次元的な位置を計測するレーザ干渉計を設け、このレーザ干渉計の計測値を用いて、ウエハステージＷＳＴを駆動してもよい。
そして、露光装置ＥＸの露光時には、基本的な動作として先ずレチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われる。その後、レチクルＲへの照明光ＩＬの照射を開始して、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターンの一部の像をウエハＷの表面の一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを投影光学系ＰＬの投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期して移動（同期走査）する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。その後、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向に移動する動作（ステップ移動）と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、例えば液浸法でかつステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。

この際に、エンコーダ６の検出ヘッド１４においては、計測光及び回折光の光路長はレーザ干渉計に比べて短いため、レーザ干渉計と比べて、計測値に対する空気揺らぎの影響が非常に小さい。このため、レチクルＲのパターン像をウエハＷに高精度に転写できる。なお、本実施形態では、計測フレーム１６側に検出ヘッド１４を配置し、ウエハステージＷＳＴ側に回折格子１２Ａ〜１２Ｄを配置している。この他の構成として、計測フレーム１６側に回折格子１２Ａ〜１２Ｄを配置し、ウエハステージＷＳＴ側に検出ヘッド１４を配置してもよい。

次に、ウエハＷの裏面のマーク４６の位置情報を含むウエハＷの位置情報を検出するための本実施形態のマーク検出装置８の構成及び動作につき詳細に説明する。
図５（Ａ）は図１中のマーク検出装置８の機構部を示す平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図である。なお、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）のＡＡ線に沿う断面図でもある。マーク検出装置８の機構部は、上述の露光部の他に、ウエハ受け渡し装置６６、マーク検出部５２、及びエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂを備えている。図５（Ｂ）において、ウエハ受け渡し装置６６は、円板状の本体部６７と、本体部６７の上面に固定されるとともに、フレーム部材ＦＲ１に形成された開口内にＺ方向に移動可能に配置された円柱状のスライド部材６９と、スライド部材６９の上端に固定されたフランジ部６９Ｆと、フレーム部材ＦＲ１に対してフランジ部６９ＦのＺ方向の位置を制御する複数のアクチュエータ７０と、を有する。アクチュエータ７０としては、例えば直動型のねじ機構、又はエアーシリンダ等が使用可能であり、フランジ部６９ＦのＺ位置を計測するセンサ（不図示）も装着されている。図３の搬送制御系５０がそのセンサの計測値に基づいてアクチュエータ７０を駆動することで、フランジ部６９Ｆにスライド部材６９を介して連結された本体部６７のＺ位置を制御できる。なお、本体部６７のＺ位置を制御する機構としては、アクチュエータ７０を用いる機構以外の任意の機構を使用できる。

また、本体部６７はウエハＷよりもわずかに大きい円形である。そして、ウエハ受け渡し装置６６は、本体部６７の底面に固定された複数の短い円柱状の非接触の吸引装置（以下、サクションカップという。）６８と、本体部６７の側面にほぼ等角度間隔（ここでは１２０度間隔）で固定された連結部材７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ（図５（Ａ）参照）と、連結部材７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃに対して回転用のモータ７１Ａｍ，７１Ｂｍ等によって回転可能に取り付けられたＬ字形の吸着部７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃとを備えている。サクションカップ６８は、ベルヌーイカップ又はベルヌーイチャックと呼ぶこともできる。吸着部７２Ａ〜７２Ｃの先端部は、代表的に点線の位置Ｂ５で示すように、それぞれ対応するモータ７１Ａｍ等によって本体部６７の側面方向に退避可能である。さらに、吸着部７２Ａ〜７２Ｃの先端部は、それぞれ対応するモータ７１Ａｍ等によって本体部６７の底面と平行になるまで回転可能であり、この状態で吸着部７２Ａ〜７２Ｃの先端部にウエハＷを支持可能である。吸着部７２Ａ〜７２Ｃの先端部には真空吸着用の穴（不図示）が設けられ、この穴から可撓性を持つ配管（不図示）を介して真空ポンプ（不図示）で気体を吸引することで、ウエハＷを吸着保持できる。

図５（Ｂ）は、本体部６７の底面の複数のサクションカップ６８に所定間隔を隔てて対向するように、吸着部７２Ａ〜７２Ｃの先端部でウエハＷを保持している状態を示す。図５（Ａ）に示すように、複数のサクションカップ６８は、一例としてウエハＷの表面の中心及び複数の同心円状に配置された位置に対向するように配置されている。なお、図５（Ａ）において、本体部６７は２点鎖線で表されている。

サクションカップ６８は、矢印Ｂ１で示すように、それぞれほぼウエハＷに対向する面に沿って放射状に可変の流量で清浄な気体を噴き出しており、その面とウエハＷとの距離が大きくなると、ベルヌーイ効果による負圧が発生してウエハＷがサクションカップ６８側に吸引され、その面とウエハＷとの距離が小さくなると、圧力エアクッション効果によってウエハＷをサクションカップ６８から離す力が作用する。この結果、サクションカップ６８とウエハＷとの距離を、非接触でその気体の流量に応じた値に維持できる。そして、搬送制御系５０が、複数のサクションカップ６８とウエハＷとの距離を互いに独立に制御することで、実質的に非接触に保持しているウエハＷの形状を例えばウエハステージＷＳＴ側に凸となる形状（以下、下凸形状という）を含む任意の形状に設定できる。例えば複数のサクションカップ６８によってウエハＷを下凸形状にして非接触に保持し、ウエハＷの下方にウエハステージＷＳＴのウエハホルダ４４を移動し、吸着部７２Ａ〜７２Ｃの先端部を本体部６７の側面方向に退避させて、アクチュエータ７０を駆動して本体部６７をウエハホルダ４４側に降下させることで、大型のウエハＷを変形させることなくウエハホルダ４４の上面に載置することができ、ウエハＷの残留歪みの発生を防止できる。

また、マーク検出部５２は、連結部材７１Ａ（吸着部７２Ａ）の近傍で本体部６７に固定された第１光学系５４Ａと、吸着部７２Ａに装着された第２光学系５４Ｂと、を有する。また、エッジ検出部５３Ａ及び５３Ｂは、それぞれ連結部材７１Ｂ及び７１Ｃの近傍で本体部６７に固定されている。なお、マーク検出部５２の第１光学系５４Ａ及びエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂは、フレーム部材ＦＲ１に固定してもよい。

図６（Ａ）は、図５（Ｂ）中のマーク検出部５２を示す。図６（Ａ）において、ウエハＷはウエハ受け渡し装置６６の吸着部７２Ａ（不図示）の先端部に保持され、ウエハＷの裏面にマーク４６が形成されている。また、マーク検出部５２の第１光学系５４Ａは、ウエハＷのフォトレジストに対する感光性の低い波長域である例えば可視域の検出用の光（以下、検出光という）をほぼ−Ｚ方向に射出する光源７３を有する。一例として、光源７３は発光ダイオード（ＬＥＤ）であるが、光源７３として、ランプとライトガイドとの組み合わせ等も使用できる。光源７３から射出される検出光のうち、ウエハＷのエッジ部の検出に使用される第１検出光ＤＬ１を点線で表し、ウエハＷの裏面のマーク４６の検出に使用される第２検出光ＤＬ２を実線で表している。なお、後述するウエハＷ上面に形成される膜材料等の回り込みによるマーク４６が汚染されている可能性を考慮して、少なくとも第２検出光ＤＬ２は波長帯域が広い光（ブロードバンドな検出光）を用いることが好ましい。

第１光学系５４Ａは、光源７３から射出された検出光ＤＬ１，ＤＬ２をそれぞれ集光及びコリメートする照明用の第１レンズ系７４Ａ及び第２レンズ系７４Ｂと、そのコリメートされた検出光ＤＬ１，ＤＬ２をほぼ−Ｙ方向に反射するミラーＭ１と、ミラーＭ１で反射された検出光ＤＬ１，ＤＬ２の一部をほぼ−Ｚ方向のウエハＷ側に向かう検出光ＤＬ１，ＤＬ２として分岐するハーフプリズム７６と、分岐された検出光ＤＬ１，ＤＬ２を集光する第１対物レンズ系７７Ａと、を有する。さらに、第１光学系５４Ａは、第１対物レンズ系７７Ａとともに結像光学系を形成する第２対物レンズ７７Ｂと、ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型等の２次元の撮像素子７９と、撮像素子７９の受光面の一部の領域の前面に配置されて第２検出光ＤＬ２の光路長を補正する光路長補正用ガラス板８０と、ミラーＭ１とハーフプリズム７６との間に配置された照明用の開口絞り（以下、照明σ絞りという）７５Ａと、ハーフプリズム７６と第２対物レンズ系７７Ｂとの間に配置された結像用の開口絞り７５Ｂと、を有する。第１光学系５４Ａは鏡筒部材（不図示）に支持されている。

一例として、ウエハＷのエッジ部は被検領域（視野）の中心部にあり、ウエハＷの裏面のマーク４６は被検領域の周辺部にあるため、照明σ絞り７５Ａ内で第１検出光ＤＬ１はほぼ光軸に平行であり、第２検出光ＤＬ２は光軸に対して比較的大きく傾斜している。また、ウエハ受け渡し装置６６の吸着部７２Ａ（図６（Ａ）では不図示）内にウエハＷの裏面のマーク４６に対向するように、マーク検出部５２の第２光学系５４Ｂとしての直角プリズム形の光学部材８２が設けられている。一例として、光学部材８２は、ウエハＷの裏面に平行な入射面と、この入射面に４５度で交差するとともに互いに直交する２つの反射面とを有する。

図６（Ｂ）の部分拡大図で示すように、光学部材８２の入射面は、ウエハＷのエッジ部及びこの近傍の領域に対向する部分が反射面８２ｂとなり、反射面８２ｂにＹ方向に接する部分（マーク４６に対向する部分を含む）が透過面８２ａ，８２ｃ（図６（Ｃ）参照）となっている。図６（Ｃ）は図６（Ｂ）内の光学部材８２の平面図である。図６（Ｃ）に示すように、光学部材８２の入射面の透過面８２ｃにＸ方向に隣接する部分が反射面８２ｄ，８２ｅとなり、反射面８２ｄ，８２ｅ中にＹ方向に細長いライン状の指標マーク８３Ａ，８３Ｂが形成されている。一例として、指標マーク８３Ａ，８３Ｂは反射面８２ｄ，８２ｅの他の領域よりも反射率が低い領域（黒色部）であるが、指標マーク８３Ａ，８３Ｂを他の領域よりも反射率が高い領域としてもよい。

マーク検出部５２において、第１対物レンズ系７７Ａから射出された第１検出光ＤＬ１は光学部材８２の反射面８２ｂ（図６（Ｂ）参照）に入射する。その反射面８２ｂで反射された第１検出光ＤＬ１は、ウエハＷのエッジ部の外側を通過し、第１対物レンズ系７７Ａ、ハーフプリズム７６Ａ、及び第２対物レンズ系７７Ｂを介して、撮像素子７９の受光面の中央部にウエハＷのエッジ部の像を形成する。

一方、第１対物レンズ系７７Ａから射出された第２検出光ＤＬ２は、光学部材８２の透過面８２ａ、光学部材８２の直交する２つの反射面、及び光学部材８２の透過面８２ｃ（図６（Ｃ）参照）を介して、ウエハＷの裏面のマーク４６を含む被検領域に入射する。さらに、光学部材８２の直交する２つの反射面で反射された第２検出光ＤＬ２の一部は、図６（Ｃ）の透過面８２ｃを挟むように設けられた２つの指標マーク８３Ａ，８３Ｂを照明する。マーク４６を含む被検領域で反射されて光学部材８２の透過面８２ｃを通過した光束、及び指標マーク８３Ａ，８３Ｂを含む領域で反射された光束を含む第２検出光ＤＬ２は、光学部材８２の直交する２つの反射面、及び光学部材８２の透過面８２ａを介して第１対物レンズ系７７Ａに戻される。第１対物レンズ系７７Ａに戻された第２検出光ＤＬ２は、ハーフプリズム７６Ａ、第２対物レンズ系７７Ｂ、及び光路長補正用ガラス板８０を介して、撮像素子７９の受光面の周辺部に、ウエハＷのマーク４６の像及び指標マーク８３Ａ，８３Ｂの像を形成する。

本実施形態では、図５（Ａ）の吸着部７２Ａ〜７２ＣによりウエハＷを保持した状態で、図６（Ａ）のマーク検出部５２において、対物レンズ系７７Ａ，７７Ｂよりなる結像光学系に関して、ウエハＷの表面と撮像素子７９の受光面とは光学的に共役である。また、その結像光学系、光学部材８２、及び光路長補正用ガラス板８０に関して、ウエハＷの裏面（マーク４６が形成されている面）と撮像素子７９の受光面とは光学的に共役である。このため、撮像素子７９の受光面にはウエハＷのエッジ部の像及び裏面のマーク４６の像がそれぞれ高いコントラストで形成される。撮像素子７９がそれらの像を撮像して得られる検出信号（ここでは撮像信号）は、図３の演算部５５に供給される。演算部５５でその検出信号を処理することでマーク４６及びマーク４６の近傍のウエハＷのエッジ部の位置情報が求められる。

また、図５（Ａ）のエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂは、それぞれ図６（Ａ）のマーク検出部５２の第１光学系５４Ａと同様の構成である。エッジ検出部５３Ａ及び５３Ｂは、それぞれ対応する被検領域ＦＶＡ２，ＦＶＡ１内のウエハＷのエッジ部の像を撮像し、得られる検出信号（撮像信号）を演算部５５に供給する。演算部５５においてその検出信号を処理することで、対応するエッジ部の位置情報を求めることができる。

次に、本実施形態の露光装置ＥＸにおいて、マーク検出装置８を用いてウエハＷの裏面のマーク４６の位置情報等を検出する検出方法、及びこの検出方法を用いる露光方法の一例につき図７のフローチャートを参照して説明する。この方法の動作は主制御装置２０及び搬送制御系５０によって制御される。まず、図７のステップ１０２において、図１のレチクルステージＲＳＴにレチクルＲがロードされ、レチクルＲのアライメントが行われる。この際に、補助レチクルＲＡのアライメントは予め行われている。その後、不図示のコータ・デベロッパからウエハ搬送ロボットＷＬＤの搬送アーム６１に、フォトレジストが塗布されたウエハＷが受け渡され、ウエハＷを保持した搬送アーム６１の先端部が、図８（Ａ）に示すように、ウエハ受け渡し装置６６の複数のサクションカップ６８の下方に移動する（ステップ１０４）。なお、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図であり、図８（Ａ）は図８（Ｂ）のＡＡ線に沿う断面図に相当する。

この際に、本体部６７に装着された３つの吸着部７２Ａ〜７２Ｃは、代表的に図８（Ｂ）の点線の位置Ｂ４，Ｂ５で示すように、Ｙ方向に移動するウエハＷと衝突しない位置に退避している。搬送アーム６１の２本のアーム部６１ａ，６１ｂの間には、吸着部７２Ａが通過できるだけの隙間が確保されている。その後、図８（Ｂ）に実線で示すように、吸着部７２Ａ〜７２Ｃを回転させて、吸着部７２Ａ〜７２Ｃの先端部でウエハＷを保持し、ウエハ受け渡し装置６６の本体部６７をわずかに＋Ｚ方向に上昇させることによって、搬送アーム６１からウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが受け渡される（ステップ１０６）。この動作とほぼ並行して、ウエハステージＷＳＴは、ウエハ受け渡し装置６６の下方のウエハのローディング位置ＬＰに移動する。そして、搬送アーム６１は、矢印Ｂ８で示すように−Ｙ方向に移動する。

その後、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、マーク検出部５２の第１光学系５４Ａから検出光ＤＬ１，ＤＬ２をウエハＷのエッジ部を含む被検領域に照射し、吸着部７２Ａ内の第２光学系５４Ｂ（図６（Ｂ）の光学部材８２）で反射される第１検出光ＤＬ１によって、第１光学系５４Ａ内の撮像素子７９（図６（Ａ）参照）の受光面にそのエッジ部の像を形成する。これと同時に、ウエハＷの裏面で反射される第２検出光ＤＬ２及び図６（Ｃ）の指標マーク８３Ａ，８３Ｂを含む領域で反射される第２検出光ＤＬ２を第２光学系５４Ｂを介して受光し、撮像素子７９の受光面にウエハＷの裏面のマーク４６及び指標マーク８３Ａ，８３Ｂの像を形成する。撮像素子７９の検出信号は演算部５５に供給される。

演算部５５ではその検出信号を処理して、一例として、指標マーク８３Ａ，８３Ｂを基準として、ウエハＷのエッジ部のＸ方向、Ｙ方向の位置を含む第１の位置情報、並びにマーク４６の中心のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びマーク４６の回転角を含む第２の位置情報を求める（ステップ１０８）。一例として、指標マーク８３Ａ，８３Ｂに平行な方向の、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸に対する角度（傾斜角）は既知である。そこで、ウエハ裏面のマーク４６の回転角として、例えばステージ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸に対する傾斜角が求められる。なお、指標マーク８３Ａ，８３Ｂを使用することなく、例えば撮像素子７９内の所定の位置の一つ又は複数の画素（例えば中心及び周辺の４箇所の画素）を基準としてその第１及び第２の位置情報を求めてもよい。

また、ステップ１０８と実質的に並行に、エッジ検出部５３Ａ，５３ＢからウエハＷのエッジ部を含む被検領域ＦＶＡ２，ＦＶＡ１内に検出光を照射し、２箇所のエッジ部の像を撮像して得られる検出信号を演算部５５に供給する。演算部５５は、その検出信号から対応する２つのエッジ部の像のＸ方向、Ｙ方向の位置を含む第３の位置情報を求める（ステップ１１０）。さらに、演算部５５は、そのウエハＷの３つのエッジ部の像の位置、及びマーク４６の像の回転角より、ウエハＷの中心のステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向の位置、及びマーク４６（ひいてはウエハＷ自体）のステージ座標系のＹ軸に対する回転角を算出し、算出結果を記憶部５６に記憶するとともに、主制御装置２０に供給する（ステップ１１２）。

そして、図５（Ｂ）の状態からウエハ受け渡し装置６６の複数のサクションカップ６８でウエハＷを下凸形状となるように非接触で保持した状態で、ウエハ受け渡し装置６６の本体部６７を−Ｚ方向に降下させながら、吸着部７２Ａ〜７２Ｃを外側に退避させる。さらに、本体部６７とともにウエハＷを降下させて、ウエハＷの中央部がウエハステージＷＳＴのウエハホルダ４４の表面に接触したときに、ウエハホルダ４４側の真空吸着を開始し、複数のサクションカップ６８の保持を解除することで、ウエハＷの裏面の全面がウエハホルダ４４に載置され、吸着される（ステップ１１４）。この際に、ステップ１１２で求められたウエハＷの中心位置がウエハホルダ４４の中心に来るように、ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置を補正しておいてもよい。この場合には、この補正をウエハＷの位置の補正とみなすこともできる。その後、ウエハ受け渡し装置６６の本体部６７は上昇する。

そして、主制御装置２０は、一例として、ステージ駆動系１８を介して、ステップ１１２で求められたマーク４６（ウエハＷ）の回転角が既知の目標値になるようにウエハステージＷＳＴ（又はウエハホルダ４４が固定された部分）の回転角を補正し、ステップ１１２で求められたウエハＷの中心位置が目標位置に来るようにウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に移動する（ステップ１１６）。これによって、ウエハＷのプリアライメントが行われたことになる。プリアライメントを行うことによって、ウエハＷの１層目のレイヤに露光する場合には、ウエハＷの多数のショット領域ＳＡの配列方向が、例えばウエハＷのマーク４６で規定される方向に応じて設定される。さらに、ウエハＷの２層目以降のレイヤに露光する場合には、プリアライメントが行われているため、ウエハＷの表面の検出対象のショット領域ＳＡに付設されたウエハマークを迅速にアライメント系ＡＬの被検領域（視野）内に追い込むことができ、ウエハＷの最終的なアライメント（ファイン・アライメント）を効率的に行うことができる。

その後、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷを投影光学系ＰＬの下方（露光位置）に移動する過程で、アライメント系ＡＬを用いてウエハＷのアライメントが行われる（ステップ１１８）。そして、図１のレチクルステージＲＳＴを駆動して、補助レチクルＲＡの代替マーク用パターン２１を照明系ＩＬＳの照明領域ＩＡＲ内の中央に移動し、照明系ＩＬＳ内のレチクルブラインドを用いて、代替マーク用パターン２１を含む狭い領域にのみ照明光ＩＬが照射されるように照明領域を制限する。さらに、ウエハステージＷＳＴを駆動して、図９（Ａ）に示すように、例えばマーク検出部５２の被検領域ＦＶＢとなっていた領域内のウエハＷの表面のエッジ部Ｗｆに近い領域２６Ａの一部を、図１の投影光学系ＰＬの露光領域ＩＡ内に移動する。その領域２６Ａは、完全なショット領域ＳＡが形成されない領域（いわゆる欠けショットとなる領域）であり、かつデバイス用のレチクルＲのパターンの像が露光されないウエハＷの周辺領域である。

そして、図９（Ｂ）に示すように、ウエハＷの裏面のマーク４６に対向するウエハＷの表面Ｗａの領域２６Ａ内に、補助レチクルＲＡの代替マーク用パターン２１の像（代替マーク像）２１ＡＰを露光する（ステップ１２０）。なお、この代替マーク用パターン２１は、後述のとおりウエハＷの裏面のマーク４６との位置関係が予め考慮されて露光される。このとき主制御装置２０は、マーク４６と代替マーク用パターン２１との位置関係を記憶しておいてもよし、露光装置ＥＸの主制御装置２０がアクセス可能な外部のデータベースに保存されていてもよい。

一例として、ウエハＷのフォトレジストがポジ型である場合、像２１ＡＰは、Ｙ方向に配列された複数（ここでは３本）の光量の大きいラインパターン部と、Ｘ方向に配列された複数（ここでは３本）の光量の大きいラインパターン部とから構成されている。なお、図９（Ｂ）及び（Ｃ）内の代替マーク用パターン２１の像２１ＡＰ，２１ＣＰは、ショット領域ＳＡに対して相対的に大きく表されている。また、代替マーク用パターン２１は、デバイス用パターンのうちの最も微細なパターンと比べると線幅が広いため、代替マーク用パターン２１の像は液浸方式を使用することなく、ドライ方式で露光してもよい。

さらに、ウエハステージＷＳＴを駆動して、図９（Ａ）に示すように、エッジ検出部５３Ａ及び５３Ｂの被検領域ＦＶＡ２，ＦＶＡ１となっていた領域内のウエハＷの表面のエッジ部Ｗｆに近い領域２６Ｃ及び２６Ｂの一部を、順次、投影光学系ＰＬの露光領域ＩＡ内に移動し、それぞれ代替マーク用パターン２１の像２１ＣＰ及び２１ＢＰを露光する。領域２６Ｃ及び２６Ｂも図９（Ｃ）に示すようにレチクルＲのパターンの像が露光されないウエハＷの周辺領域にある。

これらの像２１ＡＰ〜２１ＣＰの露光時のウエハステージＷＳＴのステージ座標系における位置情報が演算部５５に供給されている。演算部５５では、像２１ＡＰ〜２１ＣＰを露光したときのウエハステージＷＳＴの位置情報から、像２１ＡＰ〜２１ＣＰの各中心のＸ方向、Ｙ方向の位置に基づいて算出されるウエハＷの中心位置及び回転角（例えば像２１ＢＰ，２１ＣＰの中心を結ぶ直線に直交する方向の、ステージ座標系のＹ軸に対する角度）を算出する。そして、この算出結果の、ステップ１１２で算出され、かつステップ１１６で補正された後のウエハＷの中心位置及び回転角（ここでは０度）に対するオフセット（δｘ，δｙ）及びδθを求め、これらのオフセット（δｘ，δｙ）及びδθを記憶部５６に記憶する（ステップ１２２）。その傾斜角のオフセットδθは、ウエハＷの裏面のマーク４６の方向に対する、像２１ＡＰ〜２１ＣＰ（ひいては後述の代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭ）の各中心から求められるウエハＷの回転角のオフセット角（相対角度）と言うことができる。

その後、例えばステップ１１８のアライメントの結果を用いてウエハＷを駆動することで、ウエハＷの各ショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される（ステップ１２４）。その後、ウエハステージＷＳＴをアンローディング位置ＵＰに移動し、例えば別のウエハ受け渡し装置を降下させ、ウエハホルダ４４からそのウエハ受け渡し装置にウエハＷを受け渡すことで、ウエハＷがアンロードされる（ステップ１２６）。アンロードされたウエハＷはコータ・デベロッパ（不図示）に搬送されて現像され（ステップ１３０）、その後、例えばエッチング工程（ステップ１３２）を経て次のレイヤのパターン形成工程（ステップ１３４）に移行する。また、露光装置ＥＸにおいて、次のウエハに露光する場合には（ステップ１２８）、次のウエハに対してステップ１０４〜１２６の動作が繰り返される。

そのステップ１３２を経たウエハＷの表面には、図９（Ａ）に示すように、マーク検出部５２の被検領域ＦＶＢ、及びエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂの被検領域ＦＶＡ２，ＦＶＡ１となる領域に、それぞれ２次元の代替マーク２１ＡＭ，２１ＣＭ，２１ＢＭが形成されている。代替マーク２１ＡＭ等は、それぞれ代替マーク用パターン２１の像２１ＡＰ等の光量の大きい部分が凹部となった凹凸マークである。その後、代替マーク２１ＡＭ，２１ＣＭ，２１ＢＭが形成されたウエハＷの次のレイヤに露光を行う場合には、適宜、代替マーク２１ＡＭ、２１ＣＭ、２１ＢＭを用いたマーク検出が行われる。例えばウエハＷの表面に対する露光動作が繰り返されると、ウエハＷの裏面にレジスト材料などの膜材料（異物）が回り込むことがある。そして回り込んだ膜材料が異物としてウエハＷの裏面のマーク４６に付着した場合、マーク検出部５２によるマーク４６の検出が困難となってしまう可能性がある。また、ウエハＷの露光処理などにおいて、マーク４６が何らかの原因（磨耗など）でマーク検出部５２によるマーク４６の検出が困難になる場合も考えられる。

上記のような場合には、図７のステップ１０８，１１０の代わりに、ステップ１０８Ａの動作が実行される。
このステップ１０８Ａにおいて、図５（Ｂ）に示すように、ウエハ受け渡し装置６６の吸着部７２Ａ〜７２ＣによってウエハＷが保持されている状態で、マーク検出部５２の第１光学系５４Ａからの第１検出光ＤＬ１がウエハＷのエッジ部に照射される。そして、図６（Ａ）の光学部材８２で反射された第１検出光ＤＬ１、及び図９（Ａ）のウエハＷの表面の代替マーク２１ＡＭを含む部分で反射された第１検出光ＤＬ１が、図５（Ｂ）の第１光学系５４Ａに戻され、第１光学系５４Ａ内の撮像素子７９（図６（Ａ）参照）によってウエハＷのエッジ部及び代替マーク２１ＡＭの像が撮像され、この検出信号が演算部５５に供給される。なお、このステップ１０８Ａでは、ウエハＷのエッジ部の像は必ずしも必要ではない。また、撮像素子７９の受光面の周辺部には、ウエハＷの裏面のマーク４６の不鮮明な像が形成される可能性もあるが、その不鮮明な像は使用されない。

この代替マーク２１ＡＭの像の撮像と並行して、図５（Ａ）のエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂによって図９（Ａ）のウエハＷの表面の代替マーク２１ＣＭ，２１ＢＭの像が撮像され、この検出信号が演算部５５に供給される。演算部５５では、図７のステップ１１２に対応する工程で、それらの検出信号を処理して、代替マーク２１ＡＭ，２１ＢＭ，２１ＣＭの中心位置に基づいてウエハＷの中心位置及びウエハＷの回転角（例えば代替マーク２１ＢＭ，２１ＣＭの中心を結ぶ直線に直交する方向の、ステージ座標系のＹ軸に対する角度）を算出する。さらに、演算部５５は、例えばこれらの算出結果からステップ１２２で記憶した位置及び回転角のオフセット（δｘ，δｙ）及びδθを差し引いてウエハＷの中心位置及び回転角を求め、求めた結果を記憶部５６に記憶する。

その後、ステップ１１６でウエハＷの中心及び回転角を補正することで、ウエハＷの中心位置及び回転角は、マーク検出部５２によって検出されるウエハＷの裏面のマーク４６及びウエハＷのエッジ部の位置と、エッジ検出部５３Ａ，５３Ｂによって検出されるウエハＷの２箇所のエッジ部の位置とから求められる結果に基づいて設定された場合と同じ位置及び回転角に設定される。

この露光方法によれば、ウエハＷの外形に切り欠き部がなく、ウエハＷの裏面にマーク４６が形成されている場合に、マーク検出装置８によってマーク４６及びウエハＷの３箇所のエッジ部の位置情報を検出し、この検出結果からウエハＷの中心位置及びマーク４６（ウエハＷ）の回転角を求めることで、ウエハＷのプリアライメントを行うことができる。従って、ウエハＷの２層目以降に露光する場合には、ウエハＷの最終的なアライメントを効率的に行うことができ、レチクルＲのパターンの像を高い重ね合わせ精度でウエハＷの各ショット領域に露光できる。また、ウエハＷの２層目以降に露光する場合に、ウエハＷの裏面のマーク４６の検出が困難となっていても、ウエハＷの表面に形成した代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭに基づいてウエハＷの中心及び回転角を正確に検出でき、この検出結果に基づいてウエハＷのプリアライメントを正確に行うことができる。

なお、図４（Ｆ）に示すように、直径が３００ｍｍ等であって、切り欠き部としてノッチ部ＮＴが設けられている従来のウエハＷ１を使用する場合、例えば２つの被検領域（視野）ＦＶＡ１，ＦＶＡ２でウエハＷ１のエッジ部の位置が検出され、被検領域ＦＶＡ３でノッチ部ＮＴの位置及び方向が検出され、これらの検出結果からウエハＷ１の中心及び回転角が求められていた。一方、図４（Ｇ）に示すように、直径が３００ｍｍ等であって、切り欠き部としてオリエンテーションフラット部ＯＦが設けられているウエハＷ２を使用する場合、例えば２つの被検領域ＦＶＡ２，ＦＶＡ３でオリエンテーションフラット部ＯＦの位置及び角度が検出され、被検領域ＦＶＡ１でウエハＷ２のエッジ部の位置が検出され、これらの検出結果からウエハＷ２の中心及び回転角が求められていた。そして、このようにして求められたウエハＷ１，Ｗ２の中心及び回転角に基づいてウエハＷ１，Ｗ２のプリアライメントが行われていた。

これに対して、本実施形態のように外形に切り欠き部がなく、裏面にマーク４６が形成されたウエハＷを使用する場合には、マーク検出装置８を用いてそのウエハ裏面のマーク４６の位置情報を検出することによって、ウエハＷのプリアライメントを行うことができる。
また、本実施形態の露光装置によれば、ウエハ受け渡し装置６６を用いてウエハＷを実質的に非接触状態で下凸形状にして、ウエハＷをウエハステージＷＳＴのウエハホルダ４４に載置している。このため、ウエハＷが４５０ｍｍウエハのように大型であっても、ウエハＷの残留歪み等がない状態で、ウエハＷの平面度を高く維持した状態で、ウエハＷをウエハホルダ４４に保持できる。従って、大型のウエハＷを用いて高いスループットを得るとともに、ウエハＷの全面で露光精度（解像度等）を高く維持して、レチクルＲのパターンの像を高精度に露光できる。

上述のように本実施形態の露光装置ＥＸは、ウエハＷ（基板）に形成されたマークの位置情報（角度情報を含む）を検出するマーク検出装置８を備えている。そして、マーク検出装置８は、裏面にマーク４６（第１マーク）が形成されたウエハＷを一時的に保持するウエハ受け渡し装置６６（基板保持部）と、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、マーク４６の位置情報を検出するマーク検出部５２（第１検出部）と、検出されたマーク４６の位置情報に基づいて、ウエハＷの表面に代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭ（第２マーク）を形成するための像２１ＡＰ〜２１ＣＭを露光する露光部（照明系ＩＬＳ、補助レチクルＲＡを備えるレチクルステージＲＳＴ、及び投影光学系ＰＬ）を含むマーク形成部と、を備えている。さらに、マーク検出装置８は、マーク４６と代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭとの位置関係（例えばマーク４６の方向に対する、代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭの各中心から求められるウエハＷの回転角のオフセット）を記憶する記憶部５６と、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭの位置情報を検出するマーク検出部５２及びエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂ（第２検出部）と、を備えている。

また、本実施形態のウエハＷのマークの位置情報を検出するマーク検出方法は、裏面にマーク４６が形成されたウエハＷをウエハ受け渡し装置６６で一時的に保持するステップ１０６と、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、マーク４６の位置情報を検出するステップ１０８と、を有する。さらに、そのマーク検出方法は、検出されたマーク４６の位置情報に基づいて、ウエハＷの表面に代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭを形成するステップ１２０，１３０，１３２と、マーク４６と代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭとの位置関係を記憶するステップ１２２と、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭの位置情報を検出するステップ１０８Ａと、を有する。

本実施形態によれば、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、ウエハＷの裏面のマーク４６の位置情報を検出している。すなわち、ウエハＷをウエハステージＷＳＴに載置するまでの搬送中にマーク４６を検出しているため、ウエハＷが４５０ｍｍウエハのように大型で、かつ裏面にマーク４６が形成されている場合であっても、マーク４６の位置情報を効率的に検出できる。さらに、ウエハＷの表面に形成される代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭと、ウエハＷの裏面のマーク４６との位置関係を記憶しているため、マーク４６の検出が困難になった場合でも、代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭの位置情報を検出することによって、この検出結果に基づいて、ウエハＷの裏面のマーク４６の位置情報を検出した場合と同様に、ウエハＷの回転角を含む位置情報を検出できる。

また、本実施形態の露光装置ＥＸは、露光用の照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターンを介してウエハＷを露光する露光装置であって、マーク検出装置８と、マーク検出装置８によって検出されるウエハＷの裏面のマーク４６又はウエハＷの表面の代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭの位置情報に基づいて、ウエハＷの中心の位置及び回転角を補正する主制御装置２０（制御部）と、を備えている。そして、露光装置ＥＸによる露光方法は、本実施形態のマーク検出方法を用いてウエハＷのマーク４６又は代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭの位置情報を検出するステップ１０８，１０８Ａと、ウエハＷをウエハステージＷＳＴに載置するステップ１１４と、そのマーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、ウエハＷの中心の位置及び回転角を補正するステップ１１６と、を有する。

本実施形態の露光装置又は露光方法によれば、大型のウエハＷを使用することによって高いスループットを得ることができる。さらに、ウエハＷの裏面にマーク４６が形成されていても、さらにマーク４６の検出が困難であっても、そのマーク４６又は代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭの位置情報を効率的に検出でき、この検出結果を用いてウエハＷの位置及び回転角を補正することでプリアライメントが行われる。このため、その後のウエハＷの最終的なアライメントを効率的に行うことができ、より高いスループットを得ることができる。

なお、上記の実施形態では以下のような変形が可能である。
まず、上記の実施形態では、ステップ１１６でウエハＷの中心の位置及び回転角を補正しているが、その位置及び回転角の少なくとも一方を補正するだけでもよい。
また、上記の実施形態では、ウエハＷは一例として４５０ｍｍウエハであるが、例えば３００ｍｍウエハ、又は他の任意の大きさのウエハにおいても、切り欠き部を設ける代わりに裏面にマークを設けるような場合には、上記の実施形態のマーク検出装置８と同様の検出装置又は検出方法を用いてそのウエハの裏面のマークを検出し、この検出結果に基づいてそのウエハＷの表面に代替マークを形成しても良い。

また、上記の実施形態では、ウエハＷの裏面のマーク４６の代替マークとして、図９（Ｂ）のような２次元の代替マーク２１ＡＭ等が使用されているが、その代替マークの形状は任意である。例えば、その代替マークとして、図９（Ｄ）に示すように、枠状の凹部（又は凸部でもよい、以下同様）よりなる中心部２７Ａａと、この中心部２７ＡａをＸ方向及びＹ方向に挟むようにそれぞれ配置された複数の凹部よりなるラインパターンと、を含む２次元のマーク２７Ａを使用できる。さらに、その代替マークとして、図９（Ｅ）に示すように、Ｘ方向に細長い凹部よりなる複数のラインパターン２７ＢＹと、ラインパターン２７ＢＹをＸ方向に挟むように配置された複数のＹ方向に細長い凹部よりなるラインパターン２７ＢＸと、を含む２次元のマーク２７Ｂを使用できる。

また、ウエハＷの裏面のマーク４６の代替マークとして、図９（Ｆ）に示すように、図４（Ｂ）のマーク４６と同様に、Ｙ方向（ウエハＷの中心に対して半径方向）に複数の小さい凹部２７Ｃａを形成した代替マーク２７Ｃを使用することもできる。この代替マーク２７Ｃは、図４（Ｂ）のマーク４６と同様に、複数の凹部２７Ｃａの中心を通る直線の方向をこの代替マーク２７Ｃの方向とみなすことができる。代替マーク２７Ｃを使用するとき、マーク４６と代替マーク２７Ｃとの位置関係として、マーク４６の方向と代替マーク２７Ｃの方向との間の角度（相対角度）を記憶してもよい。

また、上記の実施形態では、代替マーク２１ＡＰ等はウエハＷの表面のエッジ部Ｗｆに近い周辺領域に形成されているが、図９（Ｂ）又は（Ｃ）に示すように、ウエハＷの表面の隣接する複数のショット領域ＳＡ間のスクライブライン領域ＳＬ内に、代替マーク２１ＡＰ等を形成してもよい。なお、代替マーク２１ＡＰ等は、実際にはスクライブライン領域ＳＬ内に容易に収まる程度の大きさである。

また、上記の実施形態では、ウエハＷの裏面のマーク４６の代替マークとして、図９（Ａ）に示すように、ウエハＷの表面に３個の代替マーク２１ＡＭ〜２１ＣＭを形成している。しかしながら、代替マークは、例えばウエハＷの裏面のマーク４６に対応させて、ウエハＷの表面に一つのみを形成してもよい。このために、一例として、ウエハＷの裏面のマーク４６に対応させて、ウエハＷの表面のマーク検出部５２による被検領域内に、図９（Ｆ）に示す一つの代替マーク２７Ｃを形成してもよい。この場合、図７のステップ１１６でウエハＷの回転角をウエハＷの裏面のマーク４６の方向がステージ座標系のＹ軸に平行になるように補正した後、ステップ１２０で、代替マーク２７Ｃを形成するための補助レチクル（不図示）のパターンの像（複数のドットパターンの像）の方向をＹ軸に平行にしてそのパターンの像を露光してもよい。このとき、代替マーク２７Ｃの方向はマーク４６の方向に平行になっているため、代替マーク２７Ｃとマーク４６との位置関係として、それらのマーク間の相対角度が０度であることが記憶される。従って、この後、ウエハＷの裏面のマーク４６が検出できない場合には、マーク検出部５２によってウエハＷの表面の代替マーク２７Ｃを検出し、この代替マーク２７Ｃの方向をウエハＷの方向とすることによって、マーク４６を検出した場合と同様に、ウエハＷの回転角を正確に補正できる。

また、上記の実施形態では、ウエハＷの裏面のマーク４６の検出結果に基づいてウエハＷの表面に代替マークを形成している。しかしながら、ウエハＷの表面に代替マークを形成する代わりに、図９（Ｂ）に示すように、ウエハＷの表面Ｗａのある領域であって、その表面内のパターン（例えばデバイス用の回路パターンＤＰ１）又は反射率分布（例えば基材ＳＵの表面又はあるレイヤの反射率分布）が他の領域のパターン又は反射率分布と識別可能な領域（以下、特徴部という）ＣＰの位置情報を検出してもよい。

特徴部ＣＰをマーク検出部５２で検出する場合、一例として、マーク検出部５２の撮像素子７９で撮像されるウエハＷの表面の像から、ある画素を中心とする部分領域を選択し、この部分領域をＸ方向及びＹ方向に１画素ずつ例えば数画素までずらして得られる複数のシフト部分領域を選択する。さらに、一例として、その部分領域と、複数のシフト部分領域との間の複数の画素の検出信号の差分の絶対値の積算値を識別値とする。そして、その部分領域と、その複数のシフト部分領域との間の識別値がそれぞれ予め定めた閾値よりも大きいときに、その部分領域を他の領域と識別可能な特徴部ＣＰの像とみなすことができる。

この場合、演算部５５では、そのマーク検出部５２からの検出信号を処理して、その特徴部ＣＰの像の画素毎の検出信号の分布を求め、この検出信号の分布を記憶部５６に記憶させる。さらに、演算部５５では、ウエハＷの裏面のマーク４６の像の方向と、その特徴部ＣＰの像の方向（例えば特徴部ＣＰの像内のある２つの位置（画素）を通る直線の方向）とがなす角度、及びマーク４６の像の中心と特徴部ＣＰの像の中心との位置ずれ量を、マーク４６と特徴部ＣＰとの相対位置の情報として求め、この相対位置の情報を補正情報として記憶部５６に記憶させる。その後、ウエハＷの次のレイヤに露光する場合であって、かつウエハＷの裏面のマーク４６の検出が困難である場合には、マーク検出部５２によって検出されるウエハＷのエッジ部を含む被検領域の画像から、特徴部ＣＰの像の検出信号の分布に最も近い検出信号の分布を持つ領域を特徴部ＣＰの像として求める。そして、この特徴部ＣＰの像の位置と方向とを求め、この位置と方向とを上記の記憶してある補正情報で補正することによって、ウエハＷの裏面のマーク４６の位置及び方向を正確に推定できる。このため、この推定されるマーク４６の位置及び方向を用いて、ステップ１１２でウエハＷの中心及び回転角を正確に算出できる。

この特徴部ＣＰを検出する場合のマーク検出装置８は、裏面にマーク４６が形成されたウエハＷを一時的に保持するウエハ受け渡し装置６６と、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、ウエハＷの裏面のマーク４６の位置情報を検出するマーク検出部５２（第１検出部）と、ウエハＷの表面であってこの表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部ＣＰの位置情報を検出するマーク検出部５２（第２検出部）と、マーク４６と特徴部ＣＰとの位置関係（相対角度等）を記憶する記憶部５６と、を備えている。

なお、本実施形態では、マーク４６を検出するマーク検出部５２と、特徴部ＣＰを検出するマーク検出部５２とは同一であるが、特徴部ＣＰを検出する検出部はマーク検出部５２と異なっていてもよい。
また、その特徴部ＣＰを検出する場合のマーク検出方法は、裏面にマーク４６が形成されたウエハＷをウエハ受け渡し装置６６で一時的に保持するステップ１０６と、ウエハ受け渡し装置６６にウエハＷが保持されている状態で、マーク４６の位置情報を検出するステップ１０８と、を有する。さらに、そのマーク検出方法は、ウエハＷの表面の特徴部ＣＰの位置情報を検出し（ステップ１０８に対応する工程）、マーク４６と特徴部ＣＰとの位置関係を記憶する（ステップ１１２に対応する工程）。

このように特徴部ＣＰを用いる場合にも、ウエハＷが４５０ｍｍウエハのように大型で、かつ裏面にマーク４６が形成されていても、マーク４６の位置情報を効率的に検出できる。さらに、ウエハＷの表面の特徴部ＣＰと、ウエハＷの裏面のマーク４６との位置関係を記憶しているため、マーク４６の検出が困難になった場合でも、特徴部ＣＰの位置情報を検出することによって、この検出結果に基づいて、ウエハＷの裏面のマーク４６の位置情報を検出した場合と同様に、ウエハＷの回転角を含む位置情報を検出できる。そして、この検出結果に基づいてウエハＷのプリアライメントを正確に行うことができる。

なお、代替マーク２７は、ウエハＷの表面に形成される任意の層に設けることができる。例えば実験やシュミレーション等でマーク４６の汚染度合いの傾向を把握しておき、この実験やシュミレーション結果に基づく知見から特定の層に代替マーク２７を形成しても良い。さらに、上記した実験の結果やシュミレーションの結果を主制御装置２０がアクセス可能なデータベースに保存しておき、主制御装置２０が適宜アクセスできる状態としてもよい。また、代替マーク２７はウエハＷの表面の特定の１層だけに形成してもよいし、複数の層に代替マーク２７を形成してもよい。

［第２の実施形態］
第２の実施形態につき図１０を参照して説明する。本実施形態の露光装置の基本的な構成は図１の露光装置ＥＸとほぼ同様であるが、マーク検出装置の構成、及びウエハステージＷＳＴの位置計測機構の一部の構成が異なっている。なお、図１０において、図１、及び図５（Ａ）、（Ｂ）に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係るマーク検出装置８Ａの機構部を示す。マーク検出装置８Ａでは、ウエハＷを一時的に保持する基板保持部として、第１の実施形態のウエハ受け渡し装置６６の代わりにウエハ搬送ロボットＷＬＤが使用されている。また、ウエハステージＷＳＴのウエハホルダ４４中にはＺ方向に移動可能に真空吸着可能な複数の棒状部材（センターピン）（不図示）が配置され、これらの棒状部材を介してウエハ搬送ロボットＷＬＤの搬送アーム６１からウエハホルダ４４にウエハＷを受け渡すことができるように構成されている。従って、本実施形態では、図５（Ａ）のウエハ受け渡し装置６６は必ずしも必要ではない。

また、図１０は、ベース盤ＷＢ上のウエハステージＷＳＴが、ウエハ搬送ロボットＷＬＤのウエハＷを保持する搬送アーム６１の下方のローディング位置ＬＰに向かって−Ｙ方向に移動している状態を示している。本実施形態の露光装置のウエハステージＷＳＴのステージ本体３０の底面部には、Ｙ方向に貫通するように開口部３０ａが形成され、開口部３０ａの上面に、図２の回折格子１２Ａ〜１２Ｄと同様の２次元の回折格子１２Ｅが固定されている。

また、床面に対して防振装置（不図示）を介して安定にフレーム部材ＦＲ２が支持されている。フレーム部材ＦＲ２の底面にＬ字形の分岐フレームＦＲ３が固定されている。ウエハ搬送ロボットＷＬＤの搬送アーム６１等は、分岐フレームＦＲ３に設けられた切り欠き部ＦＲ３ｂ内を移動可能である。分岐フレームＦＲ３のＹ方向に平行な細長い平板状のロッド部ＦＲ３ａの＋Ｙ方向側の端部に、図２の検出ヘッド１４と同様に、回折格子１２Ｅに計測ビームを照射して回折格子１２Ｅ（ひいてはウエハステージＷＳＴ）との間のＸ方向、Ｙ方向の相対変位を計測する検出ヘッド１４Ａが固定されている。すなわち、ウエハステージＷＳＴを−Ｙ方向に移動すると、分岐フレームＦＲ３のロッド部ＦＲ３ａがステージ本体３０の開口部３０ａ内に差し込まれ、ロッド部ＦＲ３ａに設けられた検出ヘッド１４Ａによってステージ本体３０に設けられた回折格子１２Ｅを検出可能となる。このように本実施形態の露光装置は、図３のエンコーダ６に加えて、回折格子１２Ｅ及び検出ヘッド１４Ａよりなる付加的なエンコーダを備えている。この付加的なエンコーダによって、ローディング位置ＬＰの近傍でウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置を計測できる。

また、本実施形態のマーク検出部５２Ａは、フレーム部材ＦＲ２に設けられた第１光学系５４Ｃと、分岐フレームＦＲ３のロッド部ＦＲ３ａに設けられた第２光学系５４Ｄとを有する。第１光学系５４Ｃは、ウエハＷのエッジ部を含む領域に検出光ＤＬ１を照射し、そのウエハＷからの反射光を受光し、内部の第１の撮像素子７９Ａによってそのエッジ部の像を撮像する。

また、第２光学系５４Ｄにおいて、光源７３Ａから射出された検出光ＤＬ１と同じ波長域の検出光ＤＬ２は、照明用のレンズ系７４Ａを介してハーフプリズム７６Ａに入射し、ハーフプリズム７６Ａで＋Ｚ方向に分岐された検出光ＤＬ２はウエハＷの裏面のマーク４６を含む被検領域を照明する。この被検領域で反射された検出光ＤＬ２は、ハーフプリズム７６Ａを通過し、ロッド部ＦＲ３ａに設けられた開口（不図示）を通過し、ロッド部ＦＲ３ａの底面側でミラーＭ２により反射される。反射された検出光ＤＬ２は、対物レンズ系７７Ｃ，７７Ｄ（結像光学系）を介して第２の撮像素子７９Ｂの受光面にウエハＷの裏面のマーク４６の像を形成する。撮像素子７９Ａ，７９ＢはそれぞれウエハＷのエッジ部及びマーク４６の像を撮像し、検出信号を図３の演算部５５に供給する。

また、フレームＦＲ２に、第１光学系５４ＣとともにウエハＷのエッジ部に沿ってほぼ等角度間隔でエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂと同様の構成のエッジ検出部５３Ａ１，５３Ｂ１が設けられている。エッジ検出部５３Ａ１，５３Ｂ１によってウエハＷの２箇所のエッジ部の像が撮像され、検出信号が演算部５５に供給される。演算部５５ではそれらの検出信号を処理してウエハＷの中心の位置及び回転角を求める。その後、ウエハステージＷＳＴを搬送アーム６１の下方（ローディング位置ＬＰ）に移動して、搬送アーム６１からウエハステージＷＳＴのウエハホルダ４４にウエハＷを受け渡した後、ウエハＷの位置及び回転角を補正することでウエハＷのプリアライメントが行われる。

また、第１の実施形態と同様に、ウエハＷの表面に図９（Ａ）の代替マーク用のパターンの像２１ＡＰ，２１ＢＰ，２１ＣＰが露光され、現像、及びエッチングによって代替マーク２１ＡＭ，２１ＢＭ，２１ＣＭが形成される。これらの代替マーク２１ＡＭ，２１ＢＭ，２１ＣＭの位置情報は、図１０のマーク検出部５２Ａの第１光学系５４Ｃ、及びエッジ検出部５３Ｂ１，５３Ａ１によって検出することができる。従って、第１の実施形態と同様に、ウエハＷの裏面のマーク４６の検出が困難であっても、代替マーク２１ＡＭ，２１ＢＭ，２１ＣＭの位置情報を検出することによって、この検出結果に基づいてウエハＷのプリアライメントを行うことができる。

なお、上記の各実施形態では、ウエハＷのエッジ部を検出するために撮像方式の第１光学系５４Ｃ、及びエッジ検出部５３Ａ，５３Ｂ等が使用されている。別の構成として、例えばウエハＷのエッジ部を通るように平行な光ビームを照射し、そのエッジ部を通過した光を集光光学系を介してフォトマルチプライア又はフォトダイオード等の光電検出器で受光し、この受光量（検出信号）からそのエッジ部の位置を検出してもよい。
また、上記の実施形態では、マーク形成部として補助レチクルのパターンを露光する露光部が使用されているが、マーク形成部としては、例えばレーザパルスを照射してウエハの表面にマークを形成する装置など、他の任意の装置を使用できる。

また、上記の各実施形態では、ウエハＷの裏面のマーク４６の位置を検出するために、撮像方式のマーク検出部５２及び第２光学系５４Ｄが使用されている。別の構成として、例えばマーク４６に可干渉性を持つ光ビームを照射し、マーク４６から発生する回折光を検出することによって、マーク４６の位置情報を検出する検出部を使用してもよい。
また、第１の実施形態において、ウエハ受け渡し装置６６に代えて第２の実施形態で示したウエハ搬送ロボットＷＬＤを用いても良い。
また、マーク４６の汚染対策として、例えばウエハＷの裏面を洗浄してもよい。洗浄方法としては種々の手法を用いることができ、例えばウエハホルダ４４にウエハＷが載置される前に裏面を光洗浄してもよい。または、ウエハホルダ４４にウエハＷが載置される前にウエハＷの裏面に所定の薬液を塗布して薬液洗浄してもよいし、ウエハＷの裏面を砥石等で研磨してもよい。

また、上記の各実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１１に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理（現像等）することと、を含んでいる。この際に、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法によれば、基板が大型で裏面にマークが形成されていても、その基板のマークを効率的に検出し、基板のアライメントを効率的に行うことができるため、極めて大きいスループット（生産性）で電子デバイスを高精度に製造できる。

なお、本発明は、上述の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光装置にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。

ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＬＤ…ウエハ搬送ロボット、８，８Ａ…マーク検出装置、２１ＡＭ〜２１ＣＭ…代替マーク、４４…ウエハホルダ、４６…ウエハ裏面のマーク、５２…マーク検出部、５３Ａ，５３Ｂ…エッジ検出部、５５…演算部、６６…ウエハ受け渡し装置、６７…本体部、６８…サクションカップ、７２Ａ〜７２Ｃ…吸着部

Claims (20)

1. 基板に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、
   裏面に第１マークが形成された基板を一時的に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記裏面の前記第１マークの位置情報を検出する第１検出部と、
   検出された前記第１マークの位置情報に基づいて、前記基板の表面に第２マークを形成するためのマーク形成部と、
   前記第１マークと前記第２マークとの位置関係を記憶する記憶部と、
   前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記表面の前記第２マークの位置情報を検出する第２検出部と、
   を備えるマーク検出装置。
2. 前記マーク形成部は、
   前記第２マークに対応するパターンを介して前記基板を露光する露光部を有する請求項１に記載のマーク検出装置。
3. 前記第２マークは、前記基板の表面のエッジ部の近傍の領域、又は前記基板の表面に配置される複数の被露光領域の間のスクライブライン領域に形成される請求項１又は２に記載のマーク検出装置。
4. 前記第２マークは、直交する２方向の位置を規定するマークである請求項１〜３のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
5. 基板に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、
   裏面に第１マークが形成された基板を一時的に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記裏面の前記第１マークの位置情報を検出する第１検出部と、
   前記基板の表面であって該表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部の位置情報を検出する第２検出部と、
   前記第１マークと前記特徴部との位置関係を記憶する記憶部と、
   を備えるマーク検出装置。
6. 前記基板の裏面に形成された前記第１マークは、前記裏面に直線に沿って配置された複数の凹部を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
7. 前記基板は、直径が３００〜４５０ｍｍの円板状である請求項１〜６のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
8. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のマーク検出装置と、
   前記基板を保持して移動するステージと、
   前記マーク検出装置によって検出される前記基板の裏面に形成された前記第１マーク又は前記基板の表面の前記第２マークの位置情報に基づいて、前記基板の前記パターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正する制御部と、
   を備える露光装置。
9. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
   請求項５に記載のマーク検出装置と、
   前記基板を保持して移動するステージと、
   前記マーク検出装置によって検出される前記基板の裏面に形成された前記第１マーク又は前記基板の表面の前記特徴部の位置情報に基づいて、前記基板の前記パターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正する制御部と、
   を備える露光装置。
10. 基板に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、
    裏面に第１マークが形成された基板を基板保持部で一時的に保持することと、
    前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記裏面の前記第１マークの位置情報を検出することと、
    検出された前記第１マークの位置情報に基づいて、前記基板の表面に第２マークを形成することと、
    前記第１マークと前記第２マークとの位置関係を記憶することと、
    前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記表面の前記第２マークの位置情報を検出することと、
    を含むマーク検出方法。
11. 前記第２マークを形成することは、
    前記第２マークに対応するパターンを介して前記基板を露光することと、
    前記基板を現像することと、を含む請求項１０に記載のマーク検出方法。
12. 前記第２マークは、前記基板の表面のエッジ部の近傍の領域、又は前記基板の表面に配置される複数の被露光領域間のスクライブライン領域に形成される請求項１０又は１１に記載のマーク検出方法。
13. 前記第２マークは、直交する２方向の位置を規定するマークである請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
14. 基板に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、
    裏面に第１マークが形成された基板を基板保持部で一時的に保持することと、
    前記基板保持部に前記基板が保持されている状態で、前記裏面の前記第１マークの位置情報を検出することと、
    前記基板の表面であって該表面の他の領域内のパターン又は反射率分布と識別可能な特徴部の位置情報を検出することと、
    前記第１マークと前記特徴部との位置関係を記憶することと、
    を含むマーク検出方法。
15. 前記基板の裏面に形成された前記第１マークは、前記裏面に直線に沿って配置された複数の凹部を有する請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
16. 前記基板は、直径が３００〜４５０ｍｍの円板状である請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
17. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して基板を露光する露光方法において、
    請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のマーク検出方法を用いて前記基板の裏面に形成された前記第１マーク又は前記基板の表面に形成された前記第２マークの位置情報を検出することと、
    前記基板をステージに載置することと、
    前記マーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、前記基板の前記パターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正することと、
    を含む露光方法。
18. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して基板を露光する露光方法において、
    請求項１４に記載のマーク検出方法を用いて前記基板の裏面に形成された前記第１マーク又は前記基板の表面の前記特徴部の位置情報を検出することと、
    前記基板をステージに載置することと、
    前記マーク検出方法によって検出された位置情報に基づいて、前記基板の前記パターンに対する位置及び回転角の少なくとも一方を補正することと、
    を含む露光方法。
19. 請求項８又は９に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
    を含むデバイス製造方法。
20. 請求項１７又は１８に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
    を含むデバイス製造方法。

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