JPH11150063A - 位置ずれ検出方法及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

位置ずれ検出方法及びそれを用いたデバイスの製造方法

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JPH11150063A
JPH11150063A JP9331261A JP33126197A JPH11150063A JP H11150063 A JPH11150063 A JP H11150063A JP 9331261 A JP9331261 A JP 9331261A JP 33126197 A JP33126197 A JP 33126197A JP H11150063 A JPH11150063 A JP H11150063A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１物体と第２物体との相対的な位置ずれを
高精度に検出することができ、高精度なアライメントを
行うことのできる位置ずれ検出方法及びそれを用いたデ
バイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 第１物体と第２物体とを対向させて、双
方の所定方向の相対的な位置ずれを該第１物体に第１グ
レーティングレンズと、そのミラーイメージより成る第
２グレーティングレンズを設け、該第２物体に第３グレ
ーティングレンズと、そのミラーイメージより成る第４
グレーティングレンズを設け、該第１，第３グレーティ
ングレンズを介した第１光束の所定面上に入射する第１
入射位置と、該第２，第４グレーティングレンズを介し
た第２光束の所定面上に入射する第２入射位置とをセン
サーで検出して、双方の所定方向の相対的な位置ずれを
検出していること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は位置ずれ検出方法及
びそれを用いたデバイスの製造方法に関し、例えば、Ｉ
Ｃ，ＬＳＩ等の半導体デバイス，ＣＣＤ等の撮像デバイ
ス、液晶パネル等の表示デバイス、そして磁気ヘッド等
のデバイスを製造するリソグラフィー工程において使用
される露光装置や走査型露光装置において、マスクやレ
チクル（以下「マスク」という。）等の第１物体面上に
形成されている微細な電子回路パターンをウエハ等の第
２物体面上に露光転写する際にマスクとウエハの相対的
な位置決め（アライメント）を行なう場合に好適なもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来よりデバイス製造用の露光装置にお
いては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能向
上を図るための重要な一要素となっている。半導体集積
回路で代表的なＤＲＡＭにおいては解像パターン像の最
小線幅の１／３から１／４程度の総合重ね合わせ精度が
必要とされている。特に最近の露光装置の位置合わせに
おいては、半導体の高集積化のために、２０ｎｍ以下の
位置合わせ精度が要求されている。
【０００３】例えば現在研究レベルである１ＧｂｉｔＤ
ＲＡＭでは総合重ね合わせ精度が４０ｎｍから５０ｎｍ
が要求され、そのうち位置合わせ精度に割り当てられる
精度は１０ｎｍから１５ｎｍになる。
【０００４】多くの露光装置にはマスクとウエハそれぞ
れに位置合わせ用のマーク、所謂アライメントマークを
設けておいて各々のアライメントマークの位置ずれを光
学的に検出してその値に基づいてマスクとウエハの位置
合わせ（アライメント）を行っている。アライメントマ
ークの検出の方法としては、マークを光学的に拡大して
ＣＣＤ上に投影して画像処理によるもの、マークに直線
回折格子を用いてその回折光の位相を計測するもの、ま
たはマークにゾーンプレート（グレーティングレンズ）
を用いてそのゾーンプレートで回折した光を所定面で検
出し、その光の位置ずれを検出するもの等がある。
【０００５】これらの検出方法のうちアライメントマー
クとして直線回折格子やゾーンプレートを用いる方式
は、マーク内の欠陥に影響されにくいという意味で半導
体プロセスに強い比較的高精度のアライメントができる
という特徴がある。
【０００６】図２３はゾーンプレートを利用した従来の
位置検出装置の概略図である。同図において光源７２か
ら射出した平行光束はハーフミラー７４を通過後、集光
レンズ７６で集光点７８に集光された後、マスク６８面
上のマスクアライメントパターン６８ａ及び支持台６２
に載置したウエハ６０面上のウエハアライメントパター
ン６０ａを照射する。これらのアライメントパターン６
８ａ，６０ａは反射型のゾーンプレートより構成され、
各々集光点７８を含む光軸と直交する平面上に集光点を
形成する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集
光レンズ７６とレンズ８０により検出器８２上に導光し
て検出している。
【０００７】そして検出器８２からの出力信号に基づい
て制御回路８４により駆動回路６４を駆動させてマスク
６８をウエハ６０の相対的な位置決めを行っている。図
２４は図２３に示したマスクアライメントパターン６８
ａとウエハアライメントパターン６０ａからの光束の結
像関係を示した説明図である。
【０００８】同図において集光点７８から発散した光束
はマスクアライメントパターン６８ａよりその一部の光
束が回折し、集光点７８近傍にマスク位置を示す集光点
７８ａを形成する。又、その他の一部の光束はマスク６
８を０次透過光として透過し、波面を変えずにウエハ６
０面上のウエハアライメントパターン６０ａに入射す
る。このとき光束はウエハアライメントパターン６０ａ
により回折された後、再びマスク６８を０次透過光とし
て透過し、集光点７８近傍に集光しウエハ位置をあらわ
す集光点７８ｂを形成する。
【０００９】同図においてはウエハ６０により回折され
た光束が集光点を形成する際には、マスク６８は単なる
素通し状態としての作用をする。
【００１０】このようにして形成されたウエハアライメ
ントパターン６０ａによる集光点７８ｂの位置は、ウエ
ハ６０のマスク６８に対するマスク・ウエハ面に沿った
方向（横方向）のずれ量Δσに応じて集光点７８を含む
光軸と直交する平面に沿って該ずれ量Δσに対応した量
のずれ量Δσ′として形成される。
【００１１】このずれ量Δσ′をセンサー上に設けた絶
対座標系を基準として測定することによってずれ量Δσ
を求めている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】一般にマスクとウエハ
との相対的な位置ずれを検出し、双方のアライメントを
行うには、マスクとウエハとが所定の範囲内の間隔とな
るように制御した後に、マスク及びウエハ面上に設けた
位置合わせ用の所謂アライメントパターンを介したとき
にセンサーから得られる位置情報を利用してこれにより
双方のアライメントを行なっている。
【００１３】このような方法においては、マスク及びウ
エハのアライメントマークの開口からのフランフォーフ
ァ回折光がセンサーの中央部に入射し、信号光との干渉
を引き起こしその結果アライメント信号の、Ｓ／Ｎ比が
低下し、マスクとウエハの相対ずれ量に対する信号の非
線形が生じてくるという問題点があった。
【００１４】このフランフォーファ回折光の影響を低減
する方法としては、図２５に示すようにマスク回路パタ
ーンとウエハ回路パターンの位置ずれが無い状態で、マ
スク側アライメントマークＷＡに対してウエハ側アライ
メントマークＷＡを偏心させて配置する方法がある。こ
のようにすれば、信号光に対して、開口からのフランフ
ォーファ回折光が空間的に離れているために、干渉の影
響が少なく、信号は良好となる。
【００１５】しかしながら、この方法ではウエハ側アラ
イメントマークＷＡが図２５に示すようにアライメント
検出方向に関して非対称な形状をしているため、アライ
メントマーク内で非対称な回折効率むらを生じやすいと
いう問題点があった。
【００１６】マーク内の回折効率分布が非対称になる
と、センサー上の信号光のビームスポットも非対称にな
り、その結果、スポットのピーク位置及び重心位置がず
れて検出エラーになってくる。アライメントマーク内の
回折効率分布の非対称性が信号光のスポットの非対称性
に影響する度合いは、マスクとウエハの間隔（ギャッ
プ）が設計ギャップに対してずれるほど、デフォーカス
したスポットになるため顕著になる。
【００１７】アライメントマーク内で回折効率むらは、
アライメントマークがアライメント方向に対してパワー
を持っているためピッチ（すなわち線幅）がパターン内
で変化しており、デバイスプロセスにおけるエッチン
グ、蒸着などの行程において、すべての線幅に関して線
幅と段差をウエハ全面においてコントロールするのが困
難なため生じると考えられている。
【００１８】特に、回路パターンの微細化により回路パ
ターンの線幅が０．１５μｍ以下になり、アライメント
マークの線幅が数μｍから１０μｍ程度と対象とする線
幅のレンジが広くなりことと、また、ウエハの大口径化
の流れにより、今後一層ウエハ内のアライメントマーク
の線幅、段差の不均一性によるアライメント検出エラー
の問題は大きくなってくる。
【００１９】さらに、マスク側アライメントマークで回
折し、ウエハ側アライメントマークで回折してマスクを
透過する信号光の他に、マスク側アライメントマークを
透過した後、ウエハ側アライメントマークで回折して、
マスク側アライメントマークで回折する不要回折光が存
在し、ウエハ側アライメントマークの段差が変化する場
合、信号光と不要回折光の強度比が変化して検出誤差が
生じていた。更に、スループット上有利なグローバルア
ライメントでは、ウエハプロセスによる局所的な歪みを
補正できないという問題があった。
【００２０】以上は、半導体プロセスが起因する重ね合
わせ精度の劣化の問題であるが、アライメント検出系の
敏感度が大きいことにより生じる重ね合わせ精度の劣化
が生じている。アライメントマークが正常に作製されて
いる場合においても、たとえば図２６に示すように信号
光が光軸から角度θを持っている場合には、マスクとウ
エハの間隔設定誤差δｇにより、スポット位置はｔａｎ
（θ）・δｇだけ変位し、検出誤差になっていた。
【００２１】このような、ギャップ変動などアライメン
ト検出系の敏感度に起因する重ね精度の劣化やプロセス
によるアライメントマークの変形、局所的な歪みによる
重ね精度の劣化については、ゾーンプレート（グレーテ
ィングレンズ）を用いるアライメント方式のみの問題点
ではなく、先に示したようなその他のアライメント方式
にも共通する課題となっている。
【００２２】本発明は、第１物体（マスク）と第２物体
（ウエハ）に各々位置ずれ検出方向（ｘ）にパワーを持
つ適切に設定した複数のグレーティングレンズを設け、
マスクとウエハのグレーティングレンズを介した光のス
ポットの所定面上における入射位置ずれをもとにマスク
とウエハの相対的な位置ずれを高精度に検出することが
でき、高精度なアライメントを行うことのできる位置ず
れ検出方法およびそれを用いたデバイスの製造方法の提
供を目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明の位置ずれ検出方
法は、 (1-1) 第１物体と第２物体とを対向させて、双方の所定
方向の相対的な位置ずれを該第１物体に設けた第１アラ
イメントマークと該第２物体に設けた第２アライメント
マークを用いて検出する際、該第１アライメントマーク
は第１グレーティングレンズと該第１グレーティングレ
ンズのミラーイメージより成る第２グレーティングレン
ズを有し、該第２アライメントマークは第３グレーティ
ングレンズと該第３グレーティングレンズのミラーイメ
ージより成る第４グレーティングレンズを有し、該第
１，第３グレーティングレンズを介した第１光束の所定
面上に入射する第１入射位置と、該第２，第４グレーテ
ィングレンズを介した第２光束の所定面上に入射する第
２入射位置とをセンサーで検出して、双方の所定方向の
相対的な位置ずれを検出していることを特徴としてい
る。
【００２４】特に、 (1-1-1) 前記第１，第２アライメントマークは直線グレ
ーティングレンズより構成されていることを特徴として
いる。
【００２５】(1-2) 第１物体と第２物体とを対向させ
て、双方の所定方向の相対的な位置ずれを該第１物体に
設けた第１アライメントマークと該第２物体に設けた第
２アライメントマークを用いて検出する際、該第１アラ
イメントマークは第１，第５グレーティングレンズと該
第１，第５グレーティングレンズのミラーイメージより
成る第２，第６グレーティングレンズを有し、該第２ア
ライメントマークは第３，第７グレーティングレンズと
該第３，第７グレーティングレンズのミラーイメージよ
り成る第４，第８グレーティングレンズを有し、該第
１，第３グレーティングレンズを介した第１光束の所定
面上に入射する第１入射位置と、該第２，第４グレーテ
ィングレンズを介した第２光束の所定面上に入射する第
２入射位置、該第５，第７グレーティングレンズを介し
た第３光束の所定面上に入射する第３入射位置、該第
６，第８グレーティングレンズを介した第４光束の所定
面上に入射する第４入射位置とをセンサーで検出し、該
第１入射位置と第３入射位置との光束間隔をｄ１と、該
第２入射位置と第４入射位置との光束間隔ｄ２とを利用
して、双方の所定方向の相対的な位置ずれを検出してい
ることしている。
【００２６】特に、 (1-2-1) 前記第１光束の所定面上に入射する第１入射位
置と、前記第２光束の所定面上に入射する第２入射位置
を第１センサーで検出し、前記第３光束の所定面上に入
射する第３入射位置と前記第４光束の所定面上に入射す
る第４入射位置を第２センサーで検出していることを特
徴としている。
【００２７】(1-2-2) 前記第１，第７グレーティングレ
ンズは凸レンズを作用をし、前記第３，第５グレーティ
ングレンズは凹レンズを作用していることを特徴として
いる。
【００２８】(1-3) 第１物体と第２物体とを対向させ
て、双方の所定方向の相対的な位置ずれを該第１物体に
設けた第１アライメントマークと該第２物体に設けた第
２アライメントマークを用いて検出する際、該第１アラ
イメントマークは第１グレーティングレンズと該第１グ
レーティングレンズのミラーイメージより成る第２グレ
ーティングレンズ、そして直線グレーティングレンズを
有し、該第２アライメントマークは第３グレーティング
レンズと該第３グレーティングレンズのミラーイメージ
より成る第４グレーティングレンズを有し、該第１，第
３グレーティングレンズを介した第１光束の所定面上に
入射する第１入射位置と、該第２，第４グレーティング
レンズを介した第２光束の所定面上に入射する第２入射
位置、該直線グレーティングレンズで回折し、該第２物
体で反射した第５光束の所定面上に入射する第５入射位
置とをセンサーで検出して、該第１入射位置と第５入射
位置との光束間隔ｄ１と、該第２入射位置と第５入射位
置との光束間隔ｄ２とを利用して、双方の所定方向の相
対的な位置ずれを検出していることを特徴としている。
【００２９】この他構成(1-1）又は(1-2)又は(1-3)にお
いて (1-3-1) 前記第１物体と第２物体の双方の所定方向の相
対的な位置ずれは双方の対向する面と平行面内の位置ず
れ又は／及び対向する面の面方向の間隔であることを特
徴としている。
【００３０】本発明の露光装置は、 (2-1) 構成(1-1)又は(1-3)のいずれか１つの位置ずれ検
出方法を用いて第１物体面と第２物体面との光軸の位置
合わせを行って該第１物体面上のパターンを第２物体面
上に投影していることを特徴としている。
【００３１】本発明のデバイスの製造方法は、 (3-1) 構成(1-1)又は(1-3)のいずれか１つの位置ずれ検
出方法を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行っ
た後に、レチクル面上のパターンをウエハ面上に投影露
光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイ
スを製造していることを特徴としている。
【００３２】(3-2) 構成(1-1)又は(1-3)のいずれか１つ
の露光装置を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを
行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面上に投
影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデ
バイスを製造していることを特徴としている。
【００３３】本発明の露光方法は、 (4-1) 第１の基板上（マスク）の第１のパターンを、あ
らかじめ所定のショット配列にしたがって形成された複
数の第２のパターンをもつ第２の基板（ウエハ）に対し
て、順次供給される第２の基板上のパターンに、アライ
メント検出系により位置合わせ後、露光転写する露光方
法において、順次供給される所定数の第２基板のうち少
なくとも一枚の基板におけるパターン配列の設計値から
のずれ量を該アライメント検出系で計測し、これにより
第２基板上の実際の配列を求める第１工程と、前記第１
工程により求められた実際の配列と、設計上の配列の関
係を、所定の変換パラメータで記述したときの誤差が最
小になるように該変換パラメータを決定する第２工程
と、該変換パラメータにより第１の基板に対する第２の
基板の位置決めを行う第３工程と、第２基板上のパター
ンの位置ずれを計測し、露光する第４工程と、第２基板
上に所定ショット数だけ第１のパターンを転写した後、
第２基板上の第１のパターンと第２のパターンの位置ず
れを計測する第５工程と、第４工程と第５工程で得られ
た位置ずれ量から、第２基板上のパターン毎に位置合わ
せする（ダイバイダイモード）、第２基板上の複数のパ
ターンの位置ずれから第２基板上の配列誤差を補正する
（グローバルモード）、第２基板上の複数のパターンの
位置ずれから第２基板上の配列誤差を補正し、補正残差
が所定量を越えている場合は更に位置合わせを行う（グ
ローバル／ダイバイダイ併用モード）の選択を行う第６
工程と、次回供給される第２基板からは、第６工程で選
択されたモードで位置合わせを行い、露光する第７工程
とを有することを特徴としている。
【００３４】特に、 (4-1-1) 前記グローバルモード及び、グローバル／ダイ
バイダイ併用モードは、該第４工程の位置ずれ計測値と
該第５工程の位置ずれ計測値の差分値から、アライメン
ト検出系のだまされ計測ショットを決定する工程と、該
だまされ計測ショット以外のショットの第４工程の位置
ずれ計測値を用いて、その配列誤差が最小になる第２の
変換パラメータを算出し、第２の変換パラメータを用い
て第５工程の計測値を補正することにより、全ショット
の位置ずれが最小となるサンプルショットを決定する工
程を含むことを特徴としている。
【００３５】(4-1-2) 前記第７工程は、該アライメント
検出系で、更に第１基板と第２基板の間隔を計測し、該
計測値が所定量を越えている場合は間隔を所定量以下に
合わせた後、露光することを含むことを特徴としてい
る。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明の位置ずれ検出方法では、
マスクとウエハの位置ずれに対し、回折光のスポット間
隔を増大せしめる第１，第３のグレーティングレンズ
と、マスクとウエハの位置ずれに対し、スポット間隔を
減少せしめ、かつ第１，第３のグレーティングレンズを
マーク中心線（ｙ）でミラーイメージに折り返して形成
したパターンを有する第２，第４グレーティングレンズ
を該第１，第３グレーティングレンズに対して隣接して
配置し、第１，第３のグレーティングレンズからの回折
光から得られる第１のスポットＢ１及び、第２，第４の
グレーティングレンズからの回折光から得られる第２の
スポットＢ２を用いてマスクとウエハの位置ずれとマス
クとウエハの間隔を検出することによって、ウエハ側グ
レーティングレンズ内の回折効率むら等のプロセスばら
つき、及びギャップ設定誤差の影響を低減し、高精度な
位置ずれ検出装置を行っている。
【００３７】また、本発明の位置ずれ検出方法では、マ
スクとウエハに各々アライメントマークを設けて、露光
光を遮光あるいは吸収させない位置に第１，第２アライ
メント光学ヘッド９Ｌ，９Ｒを配置して、斜めからアラ
イメント光を照射し、アライメントマークからの光を受
光し、露光位置で位置ずれ検出、ギャップ計測を可能に
し、グローバルアライメント終了後に、各ショット露光
前に位置ずれを検出し、露光されたウエハの重ねずれを
測定し、位置ずれ測定値と重ねずれ測定値を用いて、グ
ローバルアライメントモード、グローバル／ダイバイダ
イ併用モード、ダイバイダイモードの選択を行うことと
し、ウエハプロセスによるアライメント系のだまされ、
局所的な歪みの影響を受けないでマスクとウエハとの高
精度な位置ずれ検出方法を行っている。
【００３８】又、本発明の位置ずれ検出方法では、前記
各ショットのアライメント系の位置ずれ測定値と重ねず
れ測定値の比較によりアライメント検出系のだまされシ
ョットを特定し、そのショットをグローバル測定ショッ
トから除外し、ウエハ全面でのショットの重ねずれが最
小となるグローバル測定ショットの選定を行うことと
し、ウエハプロセスによるアライメント系のだまされの
影響を受けないでマスクとウエハとの高精度な位置ずれ
検出を行っている。
【００３９】次に本発明の位置ずれ検出方法及びそれを
用いたデバイスの製造方法について説明する。
【００４０】図１は本発明の実施形態１の要部概略図、
図２は図１のアライメントマークでの回折の様子を示す
説明図、図３は図１のセンサ面上での信号波形の説明
図、図４は第１物体（マスク）と第２物体（ウエハ）と
の相対的な位置関係における信号特性の説明図、図５は
図１の位置ずれ検出方法の光学系の光路を展開したとき
の説明図、図６は図１のアライメントマークの概略図で
ある。
【００４１】本実施形態は本発明の位置ずれ検出装置を
Ｘ線を露光高原とするデバイス製造用の露光装置に適用
したときを示している。図中、１は第１物体としてのマ
スク、２は第２物体としてのウエハであり、アライメン
ト光学ユニット１９（１９Ｌ，１９Ｒ）からの光束を、
マスク１に設けたアライメントマーク３（３Ｌ，３Ｒ）
に斜方向から入射させ、露光光を遮断しないようにして
アライメントを行っている。
【００４２】これによってアライメント光学ユニット１
９を固定にして、第１物体１と第２物体２とのアライメ
ントを行うと同時に、露光することができるようにして
いる。特にダイバイダイアライメント方式での露光装置
のスループットの向上を行っている。
【００４３】次に本実施形態における各要素について説
明する。図１において、マスク１上には、マスク１とウ
エハ２との位置ずれ検出方向であるＸ方向にのみパワー
をもつフレネルゾーンプレート（グレーティングレン
ズ）からなるアライメントマーク（第１アライメントマ
ーク，マスク側マーク）３Ｌ，３Ｒがあり、ウエハ２上
にはアライメントマーク３Ｌと３Ｒとそれぞれ位置決め
されるべきＸ方向にのみパワーをもつフレネルゾーンプ
レート（グレーティングレンズ）からなるアライメント
マーク（第２アライメントマーク，ウエハ側マーク）４
Ｌ，４Ｒがある。
【００４４】１９Ｌ，１９Ｒはそれぞれ、アライメント
マーク３Ｌ，４Ｌとアライメントマーク３Ｒ，４Ｒの位
置ずれを検出する第１，第２のアライメント光学ユニッ
トであり、ＸＹ方向に移動可能なステージ７Ｌ，７Ｒに
載っている。アライメント光学ユニット１９Ｌと１９Ｒ
は同じ構成をしているので、以下は一方のアライメント
光学ユニット１９Ｌについて説明する。
【００４５】１０Ｌは半導体レーザー（光源）であり、
光源１０Ｌから出射された光は投光用レンズ１１Ｌとハ
ーフミラー１３Ｌを介し、レンズ１４Ｌで集光されミラ
ー１５Ｌで反射してマスク１上のアライメントマーク
（第１アライメントマーク）３Ｌに投光角θで照射され
る。アライメントマーク３Ｌは出射光をマスク１の法線
方向（−Ｚ方向）に射出させ、アライメントマーク（第
２アライメントマーク）４Ｌに入射させている。マーク
４Ｌに入射した光は投光角θと同じ角度θで回折され
る。マーク４Ｌからの回折光でマスク１を単に透過した
１１０光はミラー１５Ｌで反射され、レンズ１４Ｌとハ
ーフミラー１３Ｌを透過してセンサー１２Ｌに集光す
る。センサー１２Ｌは１次元のラインセンサーを使用し
ている。
【００４６】なお、図１中の５はウエハチャックであ
り、ウエハ１を吸着しており、６はＸＹＺステージを示
している。マスク１とウエハ２はＺステージを駆動する
ことにより所定の間隔で保持されている。
【００４７】図１には図示していないが、Ｘ方向のずれ
検出用の第１，第２のアライメント光学ユニット１９
Ｌ，１９Ｒの２つのほかに、本実施形態ではＹ方向の位
置ずれを検出するために、Ｙ方向にパワーを持つフレネ
ルゾーンプレートからなるアライメントマークをマスク
１とウエハ２のスクライブライン上に設けてあり、その
アライメントマーク検出用の第３のアライメント光学ユ
ニットがある。
【００４８】各アライメント光学ユニット内のセンサー
からの信号はＣＰＵ１６に入り、Ｘ方向検出用の２つア
ライメント光学ユニットのセンサー出力の平均値からＸ
方向ずれ量を求め、出力の差から回転量を求め、Ｙ方向
のアライメント光学ユニットのセンサー出力からＹ方向
のずれ量を算出して、ウエハ２内の数ショットの位置ズ
レを検出して、周知のグローバルアライメント方法はダ
イバイダイアライメント方法によってマスク１とウエハ
２を位置合わせするようにステージ駆動ドライバー１７
に信号を送るようにしている。アライメント光学ユニッ
ト１９Ｌ，１９Ｒは、何れも露光光であるＸ線を露光領
域内は遮光しない位置におかれている。
【００４９】次に図１２を用いて図１のアライメント光
学ユニット１９（１９Ｌ，１９Ｒ）内の投光用レンズ１
１（１１Ｌ，１１Ｒ）および、受光レンズ１４（１４
Ｌ，１４Ｒ）の働きについて説明する。
【００５０】光源１０からの光２０は投光用レンズ１１
で一度集光され、ハーフミラー１３で反射されて、レン
ズ１４に入射する。ここで、レンズ１１とレンズ１４
は、レンズ１４に関して、レンズ１１による集光点１１
ａがマスク１と概略共役になるように設計している。こ
のようにして、マスク１上の投射ビームスポットがアラ
イメントマーク３Ｌ，３Ｒより少し大きめになるように
している。一方受光側は、１１０光の集光面２３をレン
ズ１４によって等倍でセンサー１２にリレーするように
設計してある。
【００５１】次に図５を用いて本実施形態の位置ずれ検
出の基本原理の説明を行う。同図において、実際にはウ
エハ２で反射回折する光を用いているが、それと等価な
透過型レンズの配置で示している。マスク側マーク３０
ａ，３１ａで１次回折され、ウエハ側マーク３０ａ，３
１ａで１次回折され、マスク１を単に透過する光（１１
０光）と、マスク側マーク３０ａ，３１ａを透過し、先
にウエハ側マーク３０ａ，３１ａで１次回折され、次に
マスク側マーク３０ａ，３１ａで回折される光（０１１
光）の光路を重ねて示している。
【００５２】マスク１上には、スクライブライン上にＸ
方向にのみパワーを持つフレネルゾーンプレートからな
るアライメントマーク（グレーティングレンズ）３０ａ
があり、その透過１次回折光は集光作用を受ける。アラ
イメントマーク（グレーティングレンズ）３０ｂはウエ
ハ２上のスクライブライン上に設けられており、Ｘ方向
のみにパワーをもつフレネルゾーンプレートからなり、
これにより反射回折光（図５では透過）は発散作用を受
ける。回折光はマスクを透過して、センサー１２に集光
する。
【００５３】このように、マスク１側で凸レンズ作用を
受け、ウエハ側２で凹レンズ作用を受けるようなゾーン
プレートの組み合わせ（グレーティングレンズ３０ａと
グレーティングレンズ３０ｂ）を以下は凸凹系と呼ぶこ
とにする。
【００５４】またマスク１とウエハ２のぞれぞれのスク
ライブライン上に凸凹系のアライメントマーク３０ａ，
３０ｂ対に隣接する位置にＸ方向にのみパワーを持つフ
レネルゾーンプレートからなるアライメントマーク（グ
レーティングレンズ）３１ａおよびアライメントマーク
（グレーティングレンズ）３１ｂを設けている。マスク
１上のアライメントマーク３１ａは、その透過１次回折
光に発散作用を与え、ウエハ２上のアライメントマーク
３１ｂはその反射回折光に集光作用を与える。ここで図
１の第１アライメントマーク３Ｌはアライメントマーク
３０ａ，３１ａに相当し、第２アライメントマーク４Ｌ
はアライメントマーク３０ｂ，３１ｂに相当している。
【００５５】このようにマスク１側で凹レンズ作用を、
ウエハ２側で凸レンズ作用を受けるようなアライメント
マーク（ゾーンプレート）の組み合わせ（アライメント
マーク３１ａと３１ｂ）を以下、凹凸系と呼ぶ。凹凸系
を通った光は、凸凹系を通った光と同様にセンサー１２
上に集光する。
【００５６】以上はマスク側マーク（マスク側アライメ
ントマーク）で１次回折され、ウエハ側マーク（ウエハ
側アライメントマーク）で１次回折され、マスクを透過
する光（１１０光）で、先に述べたように実際にはマス
ク側マークを透過し、先にウエハ側マークで１次回折さ
れ、次にマスク側マークで回折される光（０１１光）
が、１１０光に近い位置に概略集光する。
【００５７】図５はこのときの様子を示したものであ
る。２３は（１１０光）の集光面である。マスク１のア
ライメントマーク３０ａ，３１ａのそれぞれの焦点距離
をＦｍ１，Ｆｍ２、ウエハ２のアライメントマーク３０
ｂ，３１ｂのそれぞれの焦点距離をＦｗ１，Ｆｗ２とし
て、マスク１とウエハ２の間隔をｇ、マスク１から集光
面２３までの距離をＬとすると、マスク１とウエハ２の
Ｘ方向のずれｘにより、集光面Ｘ方向の凸凹系（３０
ａ，３０ｂ）、凹凸系（３１ａ，３１ｂ）の１１０光の
集光点の位置Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ、 Ｓ１＝（１−Ｌ／（Ｆｍ１−ｇ））・ｘ ‥‥‥（１） Ｓ２＝（１−Ｌ／（Ｆｍ２−ｇ））・ｘ ‥‥‥（２） となる。
【００５８】一方、集光面２３上におけるＸ方向の凸凹
系、凹凸系の０１１光の集光点の位置Ｓ３，Ｓ４はそれ
ぞれ、 Ｓ３＝（Ｌ’／（Ｆｗ１−ｇ））・ｘ ‥‥‥（３） Ｓ４＝（Ｌ”／（Ｆｗ２−ｇ））・ｘ ‥‥‥（４） となる。
【００５９】ここで、Ｌ’、Ｌ”はそれぞれ凸凹系と凹
凸系の０１１光が集光する位置と、マスク１までの距離
である。
【００６０】また、１１０光を集光面２３に集光させる
条件として、 １／（Ｆｍ１−ｇ）＋１／Ｌ＝−１／Ｆｗ１ ‥‥‥（５） １／（Ｆｍ２−ｇ）＋１／Ｌ＝−１／Ｆｗ２ ‥‥‥（６） が必要である。
【００６１】本実施形態では、位置Ｓ１のマスクとウエ
ハの位置ずれｘに対する倍率が１００倍になるようにＬ
＝１８．７ｍｍ、ｇ＝３０μｍとし、Ｆｍ１＝２１４μ
ｍ、Ｆｗ１＝−１８４μｍとしている。
【００６２】図９は凹凸系の１１０光の倍率を変えた時
のＧＡＰ１μｍ当たりのスポット位置変化量を測定した
ものであり、倍率が低くなるほど変化量が徐々に少なく
なっている。凸凹系のＧＡＰ１μｍ当たりのセンサー上
でのスポット変化量は、１０μｍあったため、凹凸系１
１０光の倍率は７０倍のものを使用した。このときアラ
イメントマーク３１ａ，３１ｂの焦点距離の設計値Ｆｍ
２，Ｆｗ２はそれぞれ−２６０μｍ、２９４μｍであ
る。
【００６３】一方、位置Ｓ２の倍率については、マスク
１とウエハ２の位置ずれｘに対する倍率が−１００倍に
なるようにアライメントマーク３１ａ，３１ｂの焦点距
離の設計値Ｆｍ２，Ｆｗ２をそれぞれ−２４０μｍ，２
７０μｍとしている。ここで、１式から４式より、凸凹
系の１１０光（Ｓ１）と０１１光（Ｓ３）の倍率差によ
り生じるセンサー１２上での位置ずれ量（Ｓ１−Ｓ３）
は、それぞれのビームスポットの広がりに比べて小さい
ため、図３に示すようにセンサー１２上では見かけ上１
つのスポットＢ１に見える。
【００６４】また凹凸系の１１０光（Ｓ２）と０１１光
（Ｓ４）についても同様であり、凹凸系のスポットとし
て、見かけ上１つのスポットＢ２をなす。従って、この
凸凹系（３０ａ，３０ｂ）と凹凸系（３１ａ，３１ｂ）
のスポット間隔ｄ１を計測することにより約２００倍に
拡大されたマスク１とウエハ２の相対位置ずれを検出す
ることができる。
【００６５】図６は本実施形態で用いているマスク１上
の第１アライメントマーク３Ｌとウエハ２上の第２アラ
イメントマークＬ４の説明図である。
【００６６】図６に示すようにアライメントマーク３０
ａと３０ｂの反転したパターンのミラーイメージマーク
（アライメントマーク）３０ａｍ、３０ｂｍ及び、アラ
イメントマーク３１ａと３１ｂのミラーイメージマーク
（アライメントマーク）３１ａｍ、３１ｂｍを隣接して
配置する。
【００６７】ここで第１アライメントマーク（３Ｌ）を
構成するアライメントマーク３０ａ，３０ａｍ，３１
ａ，３１ａｍは順に第１，第２，第５，第６グレーティ
ングレンズに相当し、第２アライメントマーク（４Ｌ）
を構成するアライメントマーク３０ｂ，３０ｂｍ，３１
ｂ，３１ｂｍは順に第３，第４，第７，第８グレーティ
ングレンズに相当している。
【００６８】アライメントマーク３０ａｍと３０ｂｍ及
びアライメントマーク３１ａｍと３１ｂｍのマーク群を
逆マークと呼ぶことにする。センサー１２上では、順マ
ーク凸凹系スポットＢ１、順マーク凹凸系スポットＢ
３、逆マーク凸凹系スポットＢ２、逆マーク凹凸系スポ
ットＢ４の４つの信号スポットが形成できるが、マスク
１とウエハ２のずれが無い場合において、図２で示す通
り、順マーク凸凹系（３０ａ，３０ｂ）からの回折光が
−５度の方向に回折し、順マーク凹凸系（３１ａ，３１
ｂ）からの回折光が＋２．５度の方向に回折するように
しており、順マークのミラーイメージである逆マーク凸
凹系（３０ａｍ，３０ｂｍ）からの回折光が＋５度の方
向に回折し、凹凸系からの回折光が−２．５度の方向に
回折するようにしてあるため、図３に示すように４つの
信号スポットＢ１からＢ４は分離した状態にある。
【００６９】図４は、マスクに対してウエハをずらした
時の順マーク凸凹系スポットと順マーク凹凸系スポット
Ｂ１３の間隔ｄ１と逆マーク凸凹系スポットＢ２と逆マ
ーク凹凸系スポットＢ４の間隔ｄ２を２つのギャップで
測定したものである。間隔ｄ１のマスク／ウエハずれに
対する倍率Ｍ＝２１０倍であり、間隔ｄ２のマスク／ウ
エハずれに対する倍率ｍ＝−２１０倍＝−Ｍであった。
【００７０】また、ギャップを変化させた場合、スポッ
ト間隔ｄ１，ｄ２は、マスク／ウエハずれ±３μｍの範
囲では図４のように共にスポット間隔が広がる（又は狭
まる）方向にオフセットとして変化することが分かった
（ギャップ変化によるスポット変化量をスポット間隔ｄ
１、ｄ２共にＥｇとする）。
【００７１】続いて、半導体デバイス製造プロセスで生
じるウエハ側アライメントマークの変化によるスポット
間隔ｄ１，ｄ２の変化について述べる。先に述べた通
り、４つの信号スポットＢ１からＢ４は１１０光と０１
１光の２つの光の合成スポットであり、例えば順マーク
のスポットＢ１，Ｂ３について凹凸系の１１０光と０１
１光のビームスポット間隔が凸凹系の１１０光と０１１
光のビームスポット間隔より広い場合においては、０１
１光の光量が１１０光の光量に比べて増大するとスポッ
ト間隔は広がる方向に変化する。
【００７２】一方、順マークのミラーイメージで形成さ
れている逆マークについても、０１１光の光量が１１０
光の光量に比べて増大するとスポット間隔は広がる方向
に変化する。なお、１１０光と０１１光の強度比は、ウ
エハ上アライメントマークへの入射角が異なるため、ア
ライメントマークの段差が変化する場合に変化する。
【００７３】また、アライメントマークは位置ずれ検出
方向にパワーを持っているため、マーク内のグレーティ
ングのピッチ（線幅）は位置ずれ検出方向に変化してい
るため、アライメントマーク内の線幅に応じてそのマー
ク上のレジストに膜厚むらを生じせしめ、その結果アラ
イメントマーク内に回折効率むらが生じる。この回折効
率むらは、ビームスポット波形の変形をもたらし、スポ
ット間隔を変化せしめる。
【００７４】順マークのスポット間隔ｄ１は回折効率む
らにより、広がる方向に変化する場合、そのミラーイメ
ージで形成した逆マークのスポット間隔ｄ２も同一方
向、同量だけ変化する。なお、マーク上のレジストむら
は、一般にレジストがスピンコーティングで塗布される
ため、ウエハの中心に依存して変化し、更に、下地アラ
イメントマークの段差、デューティ比によってその変化
の様子が異なってくる。
【００７５】以上説明したように、下地マークの段差変
化や、レジストの塗布むらなどがプロセスにより変化し
た場合のスポット間隔変化量Ｅｐはスポット間隔ｄ１，
ｄ２共に等しく、かつ同一方向になる。従って、スポッ
ト間隔ｄ１，ｄ２はマスク／ウエハずれ量をｘ、マスク
／ウエハずれに対するスポット間隔の倍率をＭ、マスク
／ウエハずれの無い場合のスポット間隔をｄ０とし、ギ
ャップ設定誤差により生じるスポット間隔変化量Ｅｇ、
プロセスによるマーク変化により生じるスポット間隔変
化量Ｅｐを用いて以下のように表すことが出来る。
【００７６】 ｄ１＝ Ｍ＊ｘ＋Ｅｇ＋Ｅｐ＋ｄ０ ‥‥‥（７） ｄ２＝−Ｍ＊ｘ＋Ｅｇ＋Ｅｐ＋ｄ０ ‥‥‥（８） （７）＋（８）の計算から、マスク／ウエハずれ量ｘ
は、 ｘ＝（ｄ１−ｄ２）／２Ｍ ‥‥‥（９） となる。
【００７７】（９）式より、初期スポット間隔ｄ０、ギ
ャップ設定誤差により生じるスポット間隔変化量Ｅｇ、
マーク変化により生じるスポット間隔変化量Ｅｐがすべ
てキャンセルでき、順マークのスポット間隔ｄ１と逆マ
ークのスポット間隔ｄ２を計測することで、ギャップ設
定誤差及び、アライメントマークの変形に影響されず
に。マスクに対するウエハのずれを計測することが出来
る。
【００７８】一方、本実施形態ではスポットＢ１とＢ３
の間隔をｄ１、スポットＢ４とＢ２のスポット間隔ｄ２
を検出して（９）式によりマスク／ウエハずれを算出す
る方法を示したが、スポットＢ１とＢ４の間隔をｄ１、
スポットＢ２とＢ３の間隔をｄ２としても、同様にギャ
ップ設定誤差により生じるスポット間隔変化量Ｅｇ、マ
ーク変化により生じるスポット間隔変化量Ｅｐをキャン
セルしてマスク／ウエハずれを計測できる。
【００７９】さらに、（９）式を別の見方で解釈する
と、凸凹系ビーム位置Ｂ１と凸凹系ミラーイメージマー
クのビーム位置Ｂ２の平均位置と、凹凸系ビーム位置Ｂ
３と凹凸系ミラーイメージマークのビーム位置Ｂ４の平
均位置との間隔を計測していることになる。
【００８０】このとき、ウエハ側マークのプロセスによ
る変形や、ギャップの設定誤差に伴う信号波形の非対称
性は、マークがミラーイメージで形成されているため、
その信号波形についても、図３のようにミラーイメージ
の信号波形になる。したがって、ミラーイメージ波形同
士の平均位置は、波形の非対称性に影響されにくい。
【００８１】以上のようにして、本実施形態ではマスク
１とウエハ２との位置ずれを検出し、双方のアライメン
トを高精度に行っている。
【００８２】図７は本発明の実施形態２に係るアライメ
ント光の光路説明図、図８は本実施形態２における信号
波形の説明図である。
【００８３】実施形態１では、アライメント信号光を１
つのラインセンサーで受光したのに対し、本実施形態で
は、凸凹系マークからの回折光と凹凸系マークからの回
折光をそれぞれ異なるラインセンサー１２ａ，１２ｂで
受光することにより、より検出レンジの広いアライメン
ト系を実施している点が異なっているだけであり、その
他の構成は基本的に全く同じである。
【００８４】即ちアライメントマーク（順マーク、逆マ
ーク）の配置及び、アライメント方向のパワーすなわ
ち、各レンズの焦点距離等は、実施形態１のそれと同じ
設計になっている。
【００８５】図７において、波長λ＝８３０ｎｍのアラ
イメント光の入射角θ１を１２度、凸凹系マークからの
回折角θ２を１５度、凹凸系マークからの回折角θ３を
２０度としている。マスクアライメントマークからは、
真下（−ｚ方向）に回折させる場合の各グレーティング
レンズのｙ方向のピッチは次のように設定している。
【００８６】マスク側アライメントマークについて、各
グレーティングレンズのｙ方向のピッチＰｍは、Ｐｍ＝
λ／ｓｉｎ（１２度）＝３．９９μｍ。ウエハ側アライ
メントマークについては、凸凹系グレーティングレンズ
のｙ方向のピッチＰｗ１は、Ｐｗ１＝λ／ｓｉｎ（１５
度）＝３．２１μｍ、凹凸系グレーティングレンズのｙ
方向のピッチＰｗ２はＰｗ２＝λ／ｓｉｎ（２０度）＝
２．４３μｍとなっている。
【００８７】図８に示すようにセンサー１２ａ上のスポ
ットＢ１、Ｂ２の位置及び、センサー１２ｂ上のスポッ
トＢ３、Ｂ４の位置を検出して、スポットＢ１とＢ３の
間隔ｄ１とスポットＢ４とＢ２の間隔ｄ２を求め、前述
した（９）式によりマスク／ウエハのずれ量ｘを算出し
ている。
【００８８】図９は本発明の実施形態３に係るアライメ
ントマークの説明図、図１０は実施形態３に係る信号波
形の説明図である。
【００８９】実施形態１では図２に示すようにマスク上
の第１アライメントマーク３Ｌと、ウエハ上の第２アラ
イメントマークＬ４上のアライメントマークを各々４つ
のグレーティングレンズで構成し、４つのビームスポッ
トからマスク／ウエハずれ量ｘを検出していた。
【００９０】これに対して本実施形態では図９に示すよ
うにマスク上の第１アライメントマーク３Ｌには凸レン
ズ３０ａ、そのミラーイメージで形成した凸レンズ３０
ａｍ、さらに直線グレーティング３５を配置している。
【００９１】また、ウエハ上の第２アライメントマーク
４Ｌには、凹レンズ３０ｂとそのミラーイメージで形成
した凹レンズ３０ｂｍを配置している。センサー上で
は、図１０のようにマーク３０ａ，３０ｂで回折した光
スポットＢ１とマーク３０ａ、３０ｂのミラーイメージ
マークである３０ａｍ、３０ｂｍで回折した光スポット
Ｂ２を受光している。
【００９２】更にセンサーの中央では、マスクの直線グ
レーティング３５で回折し、ウエハで単に反射し、マス
クを透過した光スポットＢ５を受光している。
【００９３】スポットＢ１とスポットＢ５の間隔ｄ１
と、スポットＢ５とスポットＢ２の間隔ｄ２を検出する
こにより、（９）式によりマスク／ウエハずれ量ｘを算
出している。直線グレーティング３５回折格子３０ａで
回折した光は、マスク／ウエハずれ量ｘに対して感度が
無いが、この信号光を利用することにより、ウエハのチ
ルトに対して３つのスポットが同一方向に変位するた
め、ウエハチルトの影響を除去することが出来る。
【００９４】本実施形態では、実施形態１に比べて、約
１／２の検出感度になるが、マスクとウエハで、アライ
メントマークの占める面積を減少させることができると
いう利点がある。
【００９５】図１１は本発明の実施形態４の要部概略図
である。本実施形態は本発明の位置ずれ検出装置のＸ線
を露光光源とするデバイス製造用の露光装置に適用した
ときを示している。図中、１は第１物体としてのマス
ク、２は第２物体としてのウエハであり、アライメント
光学ユニット１９からの光束を用いて双方のアライメン
ト（位置合わせ）を行う場合を示している。
【００９６】図１において、マスク１上には、マスク１
とウエハ２との位置ずれ検出方向であるＸ方向にのみパ
ワーをもつ直線フレネルゾーンプレートからなるアライ
メントマーク（第１のアライメントマーク）３Ｌ，３Ｒ
があり、ウエハ２上にはアライメントマーク３Ｌと３Ｒ
とそれぞれ位置決めされるべきＸ方向にのみパワーをも
つ直線フレネルゾーンプレートからなるアライメントマ
ーク（第２アライメントマーク）４Ｌ，４Ｒがある。
【００９７】１９Ｌ，１９Ｒはそれぞれ、アライメント
マーク３Ｌ，４Ｌとアライメントマーク３Ｒ，４Ｒの位
置ずれを検出するアライメント光学ユニットであり、Ｘ
Ｙ方向に移動可能なステージ７Ｌ，７Ｒに載っている。
アライメント光学ユニット１９Ｌと１９Ｒは同じ構成を
しているので、以下アライメント光学ユニット１９Ｌに
ついて説明する。
【００９８】１０Ｌは半導体レーザー（光源）であり、
光源１０Ｌから出射された光は投光用レンズ１１Ｌとハ
ーフミラー１３Ｌを介し、レンズ１４Ｌで集光されミラ
ー１５Ｌで反射してマスク１上のアライメントマーク
（第１アライメントマーク）３Ｌに垂直で照射される。
アライメントマーク３Ｌは出射光をマスク１の法線方向
（−Ｚ方向）に射出させ、アライメントマーク（第２ア
ライメントマーク）４Ｌに入射させている。マーク４Ｌ
に入射した光は垂直で＋Ｚ方向に回折される。回折光は
マスク１を透過して、ミラー１５Ｌで反射され、レンズ
１４Ｌとハーフミラー１３Ｌを透過してセンサー１２Ｌ
に集光する。センサー１２Ｌは１次元のラインセンサー
を使用している。
【００９９】なお、図１１中の５はウエハチャックであ
り、ウエハ１を吸着しており、６はＸＹＺステージを示
している。マスク１とウエハ２はＺステージを駆動する
ことにより所定の間隔で保持されている。
【０１００】図１１には図示していないが、Ｘ方向のず
れ検出用の第１，第２アライメント光学ユニット１９
Ｌ，１９Ｒの２つのほかに、本実施形態ではＹ方向の位
置ずれを検出するために、Ｙ方向にパワーを持つ直線フ
レネルゾーンプレートからなるアライメントマークをマ
スク１とウエハ２のスクライブライン上に設けてあり、
そのアライメントマーク検出用の第３のアライメント光
学ユニットがある。
【０１０１】各アライメント光学ユニット内のセンサー
からの信号はＣＰＵ１６に入り、Ｘ方向検出用の２つ光
学ユニットのセンサー出力の平均値からＸ方向ずれ量を
求め、出力の差から回転量を求め、Ｙ方向のアライメン
ト光学ユニットのセンサー出力からＹ方向のずれ量を算
出して、ウエハ２内の数ショットの位置ずれを検出し
て、周知のグローバルアライメント方法又はダイバイダ
イアライメント方法によってマスク１とウエハ２を位置
合わせするようにステージ駆動ドライバーに信号を送る
ようにしている。
【０１０２】なお、本実施形態において露光時には第
１，第２，第３のアライメント光学ユニットがショット
の中心から離れる方向に移動して、露光光を遮断しない
ようにしている。
【０１０３】図１３は本実施形態で使用した第１、第２
アライメントマーク３Ｌ，４Ｌの概念図である。それぞ
れのマークの焦点距離及び配置は実施形態１と同様に設
計されている。
【０１０４】図１３において、マスク上の第１アライメ
ントマーク３Ｌとして凸レンズマーク４０ａと凹レンズ
４１ａとそれぞれのミラーイメージマーク４０ａｍ、４
１ａｍ及び、ウエハ上の第２アライメントマーク４Ｌと
して凹レンズ４０ｂと凸レンズ４１ｂのミラーイメージ
マーク４０ｂｍ、４１ｂｍを隣接して配置している。
【０１０５】実施形態１と同様に各グレーティングレン
ズからの回折光のビームスポットのスポット間隔ｄ１、
ｄ２を検出することにより、マスク／ウエハの位置ずれ
量ｘを算出している。
【０１０６】図１３のように本実施形態では、直線のグ
レーティングレンズを使用しているため、アライメント
マークの作製が容易であるという効果がある。
【０１０７】以上の各実施形態の説明では、プロキシミ
ティｘ線露光装置の例で説明したが、ｘ線縮小露光装
置、光を露光光に使用する縮小投影露光装置へも同様に
適用することができる。
【０１０８】次に、本発明の実施形態５について説明す
る。本実施形態は、前述の実施形態の応用であり、同じ
くデバイス製造用の露光装置に適用したものである。装
置の全系は図１の実施形態と同様である。
【０１０９】図１におけるアライメントマーク３Ｌ（４
Ｌ）、３Ｒ（４Ｒ）内のグレーティングレンズを図１４
に示すグレーティングレンズに置き換えたのものであ
る。図１４において、マスク１上には凸レンズ作用をす
るゾーンプレート５０ａ、凹レンズ作用をするゾーンプ
レート５１ａを設けてあり、各マークはそれぞれレンズ
の中心軸がアライメント検出方向に偏心させてある。ま
た、マスク１上には、ゾーンプレート５０ａ、５１ａの
ｙ軸に関するミラーイメージマーク５０ａｍ、５１ａｍ
をミラーイメージ位置に設けてある。
【０１１０】一方、ウエハ上には、凹レンズ作用をする
ゾーンプレート５０ｂと凸レンズ作用をするゾーンプレ
ート５１ｂがあり、それぞれのゾーンプレートｙ軸に関
するミラーイメージ位置に、ミラーイメージマーク５０
ｂｍ，５１ｂｍを配置している。それぞれのゾーンプレ
ートであるグレーティングレンズの焦点距離は実施形態
１と同様である。
【０１１１】実施形態１との本実施形態との違いは、実
施形態１がマスクから垂直に回折させて、ウエハ側レン
ズの変心により、センサー中央部からビームスポットを
離しているのに対し、本実施形態は、マスク側マークを
予め変心させて、その回折光をアライメント検出方向に
傾けることにより、センサー中央部のノイズの影響を受
けない位置までセンサー中央部から離している点であ
る。
【０１１２】ここで、図１４で示されるようにウエハ側
の全てのグレーティングレンズ５０ｂ，５１ｂ，５０ｂ
ｍ，５１ｂｍの中心軸は、それぞれのマークの中心軸と
一致している（軸対称なマーク形状）。
【０１１３】したがって、その回折光のビームプロファ
イルは対称な形状になる。即ち、プロセスにより、グレ
ーティング内のピッチに依存して回折効率が変化する場
合においても、ビームプロファイルの対称性を保ちなが
ら変形するため、各ビームスポット重心位置の変動が極
めて少なくなり、プロセスに対する依存性が少ない。
【０１１４】実施形態１と同様に、凸凹系（５０ａ，５
０ｂ）のセンサー上でのビームスポット重心位置Ｂ１と
凹凸系（５１ａ，５１ｂ）のビームスポット重心位置Ｂ
３の間隔をｄ１、凸凹系のミラーイメージマーク（５０
ａｍ，５０ｂｍ）からのセンサー上でのビームスポット
重心位置Ｂ２と凹凸系のミラーイメージマーク（５１ａ
ｍ，５１ｂｍ）からのビームスポット重心位置Ｂ４の間
隔をｄ２とすると、式７、８において、Ｅｐ＝０と近似
できる。
【０１１５】ここで７式、８式の和を取ると次式が成り
立つ。
【０１１６】 Ｅｇ＝（ｄ１＋ｄ２）／２＋ｄ０ ‥‥‥（１０） マスク１とウエハ２間の間隔（ギャップ）ｇは、ｍを倍
率、ｇ０をオフセットとして、 ｇ＝（ｄ１＋ｄ２）／ｍ＋ｇ０ ‥‥‥（１１） と表すことができる。
【０１１７】１１式のように、横（Ｘ）方向のずれが少
ない場合（３μｍ以下）の場合は、位置ずれに依存せ
ず、ギャップ（Ｚ）方向の検出をサブミクロンオーダー
の精度で検出することができた。なお、オフセットｇ０
については、他のギャップセンサー（例えば靜電容量セ
ンサー）を用いて校正する必要がある。
【０１１８】続いて、本実施形態において、位置決め方
法について説明する。図１５は、ショット毎に位置決め
を行うダイバイダイアライメントを使用した場合のマス
ク１とウエハ２の関係を示したものである。図１５
（Ａ）において、マスク１の下にウエハ２上の所定のシ
ョットがステージ精度で送られきた後、位置ずれ測定、
ギャップ測定を行い、ギャップの設定位置が所定量を越
えている場合には、ギャップの追込みを行い、その後位
置ずれ（シフト、回転）を所定トレランス内に追い込
む。
【０１１９】次に図１５（Ｂ）で露光を行い、図１５
（Ｃ）のように次ショットへウエハステージ５をステッ
プさせる。このように、アライメント計測ギャップ（Ｇ
ａ）とギャップ計測ギャップ（Ｇｇ）、露光ギャップ
（Ｇｅ）、ステップギャップ（Ｇｓ）が一致している場
合がスループットを考える上では有利である。
【０１２０】もちろんプロキシミティ露光装置では、露
光ギャップが狭い程、解像度に優れているため、アライ
メントギャップ（Ｇａ）とギャップ計測ギャップ（Ｇ
ｇ）とステップギャップ（Ｇｓ）を一致させ（例えばＧ
ａ＝Ｇｇ＝Ｇｓ＝３０μｍ）、露光ギャップ（Ｇｅ）の
み狭いギャップ（例えばＧｅ＝１５μｍ）に設定するよ
うにしてもよい。
【０１２１】図１５の（Ｂ）では、アライメントギャッ
プで計測されたギャップを基に、露光ギャップが所定量
になるようにＺ軸ステージを送り込んだ後露光する。
【０１２２】なお、本実施形態では、マスク側とウエハ
側にマークを設けて、その回折光からギャップの測定を
しているため、最初のレイヤーを露光する際には、ウエ
ハ側にマークが無くてもギャップ計測ができる別のギャ
ップ計測用のマークをマスク上に設けておく必要がある
（例えば、本出願人による特願平２−１６７４１３号公
報等）。
【０１２３】続いて、ウエハのショット配列を測定して
それに、本露光装置のウエハステージ軸を合わせるグロ
ーバルアライメントシーケンスで露光する場合を図１６
を用いて説明する。
【０１２４】図１６（Ａ），（Ｂ）で予め決定してある
数ショットの位置ずれ、ギャップをそれぞれ測定し、ウ
エハに転写されているショット配列と本露光装置のウエ
ハステージ軸とのずれを求め各ショットの補正量を求
め、更にギャップ測定値からウエハ表面形状の情報を求
める。
【０１２５】図１６（Ｃ）でショット配列ずれを補正し
てウエハステージを露光ショットにステップさせて、更
に、ウエハ表面形状データをもとに、ギャップの設定を
行う。図１６（Ｄ）で露光を行う。
【０１２６】以下順次、図１６（Ｃ）と図１６（Ｄ）を
繰り返す。ギャップの設定値に関しては、 Ｇｍ＝Ｇｍｓ≠Ｇｅｓ＝Ｇｅ 又は Ｇｍ＝Ｇｍｓ＝Ｇｅｓ＝Ｇｅ の２つから選択できるようにしている。
【０１２７】ダイバイダイアライメントとグローバルア
ライメントのどちらの方法においても、本実施形態のよ
うに、位置ずれとギャップの測定が同一ギャップ（Ｇｍ
＝Ｇａ＝Ｇｇ）で行うことができ、両者のギャップが異
なる方式に比べてスループット上有利である。
【０１２８】また、本実施形態のように、露光位置にお
いても位置ずれ（及びギャップ測定）ができる場合に
は、更に特別の効果がある。グローバルアライメントで
は通常、ショット配列の変換パラメータとして、シフト
（Ｓｘ，Ｓｙ）、回転（Ｒｘ，Ｒｙ）、スケール（Ｂ
ｘ，Ｂｙ）の６つのパラメータで極座標系を一次式で変
換するのが一般的である。しかしながらこの場合におい
ては、 （ａ１）ウエハプロセスやウエハチャッキング状態の違
いにより生じる局所的な歪成分が補正できない （ａ２）アライメント計測ショットでの位置ずれ計測誤
差が全ショットに影響を及ぼすという２つの課題があ
る。
【０１２９】以下、この２つの課題に対する対処方法に
ついて説明する。（ａ１）の課題について、本発明では
図１７に示すように、通常のグローバルアライメントを
行い、露光ショットにステップした後、再度位置ずれを
測定するようにしている。ウエハショット位置が一次変
換された極座標系にのる場合においては、この時の位置
ずれ量は、ほぼゼロになる。
【０１３０】しかし、図１８に示すように局所的歪が発
生しているショットについては、この位置ずれ量が急激
に増加する。従って、ある許容値（本実施例ではシフ
ト；２０ｎｍ，ローテーション０．２ｕｒａｄ）を設け
て、この値を越えるショットにおいては、ダイバイダイ
的に、Ｘ、Ｙ、及びチップローテーションを補正するモ
ード（グローバル／ダイバイダイ併用モード）を設けて
いる。
【０１３１】また、ギャップ測定値が許容値を超える場
合にもＺチルトステージで補正する。
【０１３２】更に局所的な歪の発生する位置は、プロセ
スロット毎、あるいは、使用している複数のステッパー
の組合せが同じ場合には、再現性が良い。従って、先行
ウエハを用いて重ね合わせ精度検定装置のデータによ
り、露光時のアライメント検出系の測定データを校正し
た後に、上記のように、グーローバルアライメントを主
に、局所歪が大きいショットについてはダイバイダイア
ライメント露光を行うようにするのが好ましい。
【０１３３】続いて（ａ２）の課題に対する対処につい
て説明する。図１９は先行ウエハとして数枚をロット投
入に先駆けて露光するフローを示している。
【０１３４】同図のように、アライメント系の検出値と
して、各ショットの位置ずれ量を計測しながら、露光を
行い、露光終了後、重ね合わせ精度検定装置で重ね精度
検定値を得る。
【０１３５】その後、アライメントモードを決定する。
本発明による装置は、３つのアライメントモードを有し
ており、図２０はアライメントモードの決定方法を示す
フロー図でる。図２０において、第１ステップで重ね精
度検定値をもとに、シフト（Ｓｘ，Ｓｙ），回転（Ｒ
ｘ，Ｒｙ），スケール（Ｂｘ，Ｂｙ）の６つのパラメー
タで補正し、その残差から局所歪位置とその量を把握す
る。
【０１３６】第２ステップでは、位置ずれ測定値と重ね
精度検定値との差分から、アライメント検出系の測定だ
まされ量とそのショットを把握する。測定だまされショ
ットが無く、スループットの制限が緩い場合には（Ａ）
ダイバイダイアライメントモードにより露光する。
【０１３７】測定だまされショットが無く、スループッ
トの制限が厳しい場合には、前述の（Ｂ）グローバル／
ダイバイダイ併用アライメントモードにより露光する。
アライメント系にだまされショットが存在する場合は、
グローバルアライメント測定ショットの最適化を行う。
【０１３８】本発明による最適化の手法は、前述の第２
ステップで把握しただまされショット以外のショットか
ら、仮想グローバル測定ショット数（例えば４ショッ
ト）の検定値を抽出し、その値をもとに、仮想グローバ
ル測定ショットを最小化するシフト（Ｓｘ，Ｓｙ），回
転（Ｒｘ，Ｒｙ），スケール（Ｂｘ，Ｂｙ）の６つのパ
ラメータを算出し、そのパラメータで全ショットの検定
値を補正する。
【０１３９】この作業を全てのグローバル測定ショット
の組み合わせについて算出し、その中で、補正後の検定
値のばらつきが最小になる測定ショットの組み合わせを
用いるようにしている。これにより、グローバルアライ
メントの測定ショットにアライメント検出系のだまされ
が含まれなくなり、プロセスだまされによる重ね合わせ
精度の劣化を防ぐことが可能である。
【０１４０】なお、だまされショットが有る場合、ある
いは、だまされショットは無いが、局所歪みが少なくか
つスループットが厳しい場合は（Ｃ）グローバルアライ
メント単独モードを使用するようにしている。
【０１４１】次に、本発明の実施形態６について説明す
る。本実施形態は、前述の実施形態の応用であり、同じ
くデバイスの製造用の露光装置に適用したものである。
装置の全系は図１の実施形態１と同様であり、図１にお
けるアライメントマーク３Ｌ（４Ｌ），３Ｒ（４Ｌ）内
のグレーティングレンズを図２１に示すグレーティング
レンズに置き換えたのものである。
【０１４２】図２１において、マスク１上には凸レンズ
作用をするゾーンプレート５５ａ、凹レンズ作用をする
ゾーンプレート５６ａを設けてあり、各マークはそれぞ
れレンズの中心軸がアライメント検出方向に偏心させて
ある。また、マスク１上には、ゾーンプレート５５ａ，
５６ａのｙ軸に関するミラーイメージマーク５５ａｍ，
５６ａｍをミラーイメージ位置に設けてある。
【０１４３】一方、ウエハ上には、凹レンズ作用をする
ゾーンプレート５５ｂと凸レンズ作用をするゾーンプレ
ート５６ｂがあり、それぞれのゾーンプレートｙ軸に関
するミラーイメージ位置に、ミラーイメージマーク５５
ｂｍ，５６ｂｍを配置している。
【０１４４】それぞれのゾーンプレートであるグレーテ
ィングレンズの焦点距離は実施形態５と同様である。実
施形態５との本実施形態との違いは、マスク側マークの
形（開口）の違いである。実施形態５のマークは矩形で
あり、その回折光はフランフォーファの回折により、図
２２（Ａ）のようにマークの辺に垂直にサイドローブが
発生する。
【０１４５】このとき、２つのビームスポットのサイド
ローブが互いに影響しない位置で計測する必要がある。
しかし、ながら本実施形態で使用するアライメントマー
クにおいては、図２２（Ｂ）に示すように、センサー面
から離れる方向にサイドローブが発生することになり、
各信号スポットをより近づけることが可能となる。これ
は、アライメント検出系内の受光レンズのＮＡを小さく
できるため、アライメント検出系の小型化が可能であ
る。あるいは、同じアライメント検出系を用いる場合に
は計測ダイナミックレンジを広くできるという利点があ
る。
【０１４６】本実施形態では、マスク側のマークを六角
形にしたが、サイドローブの発生する方向がセンサーか
ら離れる方向にあれば他の形（多角形状）でも同様の効
果が得られる。また、マスク側のみでなく、ウエハ側マ
ークの形状を、六角形にしてもよい。
【０１４７】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【０１４８】図２７は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造
のフローを示す。
【０１４９】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【０１５０】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【０１５１】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【０１５２】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１５３】図２８は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
【０１５４】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【０１５５】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１５６】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。
【０１５７】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、第１物体
（マスク）と第２物体（ウエハ）に各々位置ずれ検出方
向（ｘ）にパワーを持つ適切に設定した複数のグレーテ
ィングレンズを設け、マスクとウエハのグレーティング
レンズを介した光のスポットの所定面上における入射位
置ずれをもとにマスクとウエハの相対的な位置ずれを高
精度に検出することができ、高精度なアライメントを行
うことのできる位置ずれ検出方法およびそれを用いたデ
バイスの製造方法を達成することができる。
【０１５８】特に本発明によれば、マスクとウエハに位
置ずれ検出方向（ｘ）にパワーを持つグレーティングレ
ンズを設け、マスクとウエハのグレーティングレンズを
介した光のスポットの位置ずれをもとにマスクとウエハ
の位置ずれを検出する際に、マスクとウエハの位置ずれ
に対し、回折光のスポット間隔を増大せしめる第１，第
３グレーティングレンズと、第１，第３のグレーティン
グレンズをマーク中心線（ｙ）でミラーイメージに折り
返して形成したパターンを有し、マスクとウエハの位置
ずれに対しスポット間隔を減少せしめる第２，第４のグ
レーティングレンズを第１，第３グレーティングレンズ
に対して隣接して配置し、第１，第３グレーティングレ
ンズからの回折光から得られる第１のスポットＢ１及
び、第２，第４のグレーティングレンズからの回折光か
ら得られる第２のスポットＢ２を用いてマスクとウエハ
の位置ずれ及び間隔を検出することにより、ウエハ側グ
レーティングレンズ内の回折効率むら等の半導体製造プ
ロセスばらつき、及びギャップ設定誤差の影響を低減
し、より高精度に位置ずれを検出することができる。
【０１５９】その結果、半導体チップの歩留まりを向上
させることができる。さらには、ギャップの設定精度を
緩和することができるため、半導体露光装置のスループ
ットを向上させる効果もある。
【０１６０】また、本発明によれば、マスクとウエハに
アライメントマークを設けて、露光光を遮光あるいは吸
収させない位置に第１，第２アライメント光学ヘッドを
配置して、斜めからアライメント光を照射し、アライメ
ントマークからの光を受光し、露光位置で位置ずれ検
出、ギャップ計測を可能にし、グローバルアライメント
終了後に、各ショット露光前に位置ずれを検出し、露光
されたウエハの重ねずれを測定し、位置ずれ測定値と重
ねずれ測定値を用いて、グローバルアライメントモー
ド、グローバル／ダイバイダイ併用モード、ダイバイダ
イモードの選択を行うこととし、ウエハプロセスによる
アライメント系のだまされ、局所的な歪みの影響を受け
なず、高精度な位置決め及び露光が可能となる。
【０１６１】更に、本発明によれば、前記各ショットの
アライメント系の位置ずれ測定値と重ねずれ測定値の比
較によりアライメント検出系のだまされショットを特定
し、そのショットをグローバル測定ショットから除外
し、ウエハ全面でのショットの重ねずれが最小となるグ
ローバル測定ショットの選定を行うこととし、ウエハプ
ロセスによるアライメント系のだまされの影響を受けな
ず、高精度な位置決め及び露光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】図１のアライメントマークの説明図
【図３】図１のセンサー面上での信号波形の説明図
【図４】本発明の実施形態１の信号特性の説明図
【図５】本発明の実施形態１の位置ずれ検出の原理説明
図
【図６】本発明の実施形態１のアライメントマークの説
明図
【図７】本発明の実施形態２の一部分の概略図
【図８】本発明の実施形態２のセンサー面上での信号波
形の説明図
【図９】本発明の実施形態３のアライメントマークの説
明図
【図１０】本発明の実施形態３のセンサー面上での信号
波形の説明図
【図１１】本発明の実施形態４の要部概略図
【図１２】本発明に係るアライメント光学ヘッドの説明
図
【図１３】本発明の実施形態４のアライメントマークの
説明図
【図１４】本発明の実施形態５のアライメントマークの
説明図
【図１５】本発明に係るダイバイダイアライメントのと
きのマスクとウエハとの関係を示す説明図
【図１６】本発明に係るグローバルアライメントのとき
のマスクとウエハとの関係を示す説明図
【図１７】本発明に係るグローバル／ダイバイダイアラ
イメントへ異様モードのシーケンス
【図１８】本発明に係るダイバイダイショットの選択方
法の説明図
【図１９】本発明に係る先行ウエハ露光シーケンスの説
明図
【図２０】本発明に係るアライメントモードの選択方法
の説明図
【図２１】本発明の実施形態６のアライメントマークの
説明図
【図２２】本発明に係るアライメントマークの説明図
【図２３】従来の位置ずれ検出装置の要部概略図
【図２４】図２３の一部分の説明図
【図２５】従来のアライメントマークの説明図
【図２６】従来の位置ずれ検出装置の一部分の説明図
【図２７】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
【図２８】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
【符号の説明】
１ マスク ２ ウエハ ３Ｌ，３Ｒ マスク側アライメントマーク ４Ｌ，４Ｒ ウエハ側アライメントマーク ５ ウエハチャック ６ ウエハステージ（Ｘ，Ｙ，Ｚチルト） ７Ｌ，７Ｒ ピックアップステージ １０Ｌ，１０Ｒ アライメント光源 １１Ｌ，１１Ｒ，１４Ｌ，１４Ｒ レンズ １２Ｌ，１２Ｒ センサー １３Ｌ，１３Ｒ ハーフミラー １５Ｌ，１５Ｒ ミラー １９Ｌ，１９Ｒ アライメントピックアップ ３０ａ，３０ａｍ，５０ａ，５０ａｍ 透過凸形
グレーティングレンズ ３０ｂ，３０ｂｍ ，５０ｂ，５０ｂｍ 反射凹形
グレーティングレンズ ３１ａ，３１ａｍ ，５１ａ，５１ａｍ 透過凹形
グレーティングレンズ ３１ｂ，３１ｂｍ，５１ｂ，５１ｂｍ 反射凸形
グレーティングレンズ ３５ 直線グレーティング ４０ａ，４０ａｍ 透過凸形直線グレーティン
グレンズ ４０ｂ，４０ｂｍ 反射凹形直線グレーティン
グレンズ ４１ａ，４１ａｍ 透過凹形直線グレーティン
グレンズ ４１ｂ，４１ｂｍ 反射凸形直線グレーティン
グレンズ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１物体と第２物体とを対向させて、双
    方の所定方向の相対的な位置ずれを該第１物体に設けた
    第１アライメントマークと該第２物体に設けた第２アラ
    イメントマークを用いて検出する際、該第１アライメン
    トマークは第１グレーティングレンズと該第１グレーテ
    ィングレンズのミラーイメージより成る第２グレーティ
    ングレンズを有し、該第２アライメントマークは第３グ
    レーティングレンズと該第３グレーティングレンズのミ
    ラーイメージより成る第４グレーティングレンズを有
    し、該第１，第３グレーティングレンズを介した第１光
    束の所定面上に入射する第１入射位置と、該第２，第４
    グレーティングレンズを介した第２光束の所定面上に入
    射する第２入射位置とをセンサーで検出して、双方の所
    定方向の相対的な位置ずれを検出していることを特徴と
    する位置ずれ検出方法。
  2. 【請求項２】 第１物体と第２物体とを対向させて、双
    方の所定方向の相対的な位置ずれを該第１物体に設けた
    第１アライメントマークと該第２物体に設けた第２アラ
    イメントマークを用いて検出する際、該第１アライメン
    トマークは第１，第５グレーティングレンズと該第１，
    第５グレーティングレンズのミラーイメージより成る第
    ２，第６グレーティングレンズを有し、該第２アライメ
    ントマークは第３，第７グレーティングレンズと該第
    ３，第７グレーティングレンズのミラーイメージより成
    る第４，第８グレーティングレンズを有し、該第１，第
    ３グレーティングレンズを介した第１光束の所定面上に
    入射する第１入射位置と、該第２，第４グレーティング
    レンズを介した第２光束の所定面上に入射する第２入射
    位置、該第５，第７グレーティングレンズを介した第３
    光束の所定面上に入射する第３入射位置、該第６，第８
    グレーティングレンズを介した第４光束の所定面上に入
    射する第４入射位置とをセンサーで検出し、該第１入射
    位置と第３入射位置との光束間隔をｄ１と、該第２入射
    位置と第４入射位置との光束間隔ｄ２とを利用して、双
    方の所定方向の相対的な位置ずれを検出していることを
    特徴とする位置ずれ検出方法。
  3. 【請求項３】 第１物体と第２物体とを対向させて、双
    方の所定方向の相対的な位置ずれを該第１物体に設けた
    第１アライメントマークと該第２物体に設けた第２アラ
    イメントマークを用いて検出する際、該第１アライメン
    トマークは第１グレーティングレンズと該第１グレーテ
    ィングレンズのミラーイメージより成る第２グレーティ
    ングレンズ、そして直線グレーティングレンズを有し、
    該第２アライメントマークは第３グレーティングレンズ
    と該第３グレーティングレンズのミラーイメージより成
    る第４グレーティングレンズを有し、該第１，第３グレ
    ーティングレンズを介した第１光束の所定面上に入射す
    る第１入射位置と、該第２，第４グレーティングレンズ
    を介した第２光束の所定面上に入射する第２入射位置、
    該直線グレーティングレンズで回折し、該第２物体で反
    射した第５光束の所定面上に入射する第５入射位置とを
    センサーで検出して、該第１入射位置と第５入射位置と
    の光束間隔ｄ１と、該第２入射位置と第５入射位置との
    光束間隔ｄ２とを利用して、双方の所定方向の相対的な
    位置ずれを検出していることを特徴とする位置ずれ検出
    方法。
  4. 【請求項４】 前記第１光束の所定面上に入射する第１
    入射位置と、前記第２光束の所定面上に入射する第２入
    射位置を第１センサーで検出し、前記第３光束の所定面
    上に入射する第３入射位置と前記第４光束の所定面上に
    入射する第４入射位置を第２センサーで検出しているこ
    とを特徴とする請求項２の位置ずれ検出方法。
  5. 【請求項５】 前記第１，第７グレーティングレンズは
    凸レンズを作用をし、前記第３，第５グレーティングレ
    ンズは凹レンズを作用していることを特徴とする請求項
    ２の位置ずれ検出方法。
  6. 【請求項６】 前記第１，第２アライメントマークは直
    線グレーティングレンズより構成されていることを特徴
    とする請求項１の位置ずれ検出方法。
  7. 【請求項７】 前記第１物体と第２物体の双方の所定方
    向の相対的な位置ずれは双方の対向する面と平行面内の
    位置ずれ又は／及び対向する面の面方向の間隔であるこ
    とを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の位
    置ずれ検出方法。
  8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれか１項記載の位
    置ずれ検出方法を用いて第１物体面と第２物体面との光
    軸の位置合わせを行って該第１物体面上のパターンを第
    ２物体面上に投影していることを特徴とする露光装置。
  9. 【請求項９】 請求項１から７のいずれか１項記載の位
    置ずれ検出方法を用いてレチクルとウエハとの位置合わ
    せを行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面上
    に投影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介し
    てデバイスを製造していることを特徴とするデバイスの
    製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項８の露光装置を用いてレチクル
    とウエハとの位置合わせを行った後に、レチクル面上の
    パターンをウエハ面上に投影露光し、その後、該ウエハ
    を現像処理工程を介してデバイスを製造していることを
    特徴とするデバイスの製造方法。
  11. 【請求項１１】 第１の基板上（マスク）の第１のパタ
    ーンを、あらかじめ所定のショット配列にしたがって形
    成された複数の第２のパターンをもつ第２の基板（ウエ
    ハ）に対して、順次供給される第２の基板上のパターン
    に、アライメント検出系により位置合わせ後、露光転写
    する露光方法において、順次供給される所定数の第２基
    板のうち少なくとも一枚の基板におけるパターン配列の
    設計値からのずれ量を該アライメント検出系で計測し、
    これにより第２基板上の実際の配列を求める第１工程
    と、前記第１工程により求められた実際の配列と、設計
    上の配列の関係を、所定の変換パラメータで記述したと
    きの誤差が最小になるように該変換パラメータを決定す
    る第２工程と、該変換パラメータにより第１の基板に対
    する第２の基板の位置決めを行う第３工程と、第２基板
    上のパターンの位置ずれを計測し、露光する第４工程
    と、第２基板上に所定ショット数だけ第１のパターンを
    転写した後、第２基板上の第１のパターンと第２のパタ
    ーンの位置ずれを計測する第５工程と、第４工程と第５
    工程で得られた位置ずれ量から、第２基板上のパターン
    毎に位置合わせする（ダイバイダイモード）、第２基板
    上の複数のパターンの位置ずれから第２基板上の配列誤
    差を補正する（グローバルモード）、第２基板上の複数
    のパターンの位置ずれから第２基板上の配列誤差を補正
    し、補正残差が所定量を越えている場合は更に位置合わ
    せを行う（グローバル／ダイバイダイ併用モード）の選
    択を行う第６工程と、次回供給される第２基板からは、
    第６工程で選択されたモードで位置合わせを行い、露光
    する第７工程とを有することを特徴とする露光方法。
  12. 【請求項１２】 前記グローバルモード及び、グローバ
    ル／ダイバイダイ併用モードは、該第４工程の位置ずれ
    計測値と該第５工程の位置ずれ計測値の差分値から、ア
    ライメント検出系のだまされ計測ショットを決定する工
    程と、該だまされ計測ショット以外のショットの第４工
    程の位置ずれ計測値を用いて、その配列誤差が最小にな
    る第２の変換パラメータを算出し、第２の変換パラメー
    タを用いて第５工程の計測値を補正することにより、全
    ショットの位置ずれが最小となるサンプルショットを決
    定する工程を含むことを特徴とする請求項１１の露光方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記第７工程は、該アライメント検出
    系で、更に第１基板と第２基板の間隔を計測し、該計測
    値が所定量を越えている場合は間隔を所定量以下に合わ
    せた後、露光することを含むことを特徴とする請求項１
    １の露光方法。
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