JPH1187239A - 位置検出方法および位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マスクなどの被位置決め部材を実質的に走査す
ることなく、また複数回の画面継ぎ動作も行うことな
く、被位置決め部材上に形成したマークの基準位置を求
めることができる位置検出方法を提供する。 【解決手段】被位置検出部材１に位置検出用マーク３を
形成する。この位置検出用マーク３は、所定の基準点と
当該基準点からの位置情報を含んだ複数のマーク要素が
形成されている。そして、検出器１７により位置検出用
マーク３に形成されたマーク要素の少なくとも一つを検
出し、検出されたマーク要素に基づいて、基準点と検出
器１７の検出原点との相対位置を求め、求められた相対
位置に基づいて、検出器１７の検出原点に対する被位置
検出部材１の位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置の
マスクなどの位置決めにおける、被位置検出部材の位置
検出方法、位置検出装置、およびその被位置検出部材等
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置は、マスクに形成された
パターンを、フォトレジスト等の感光剤が塗布された半
導体ウエハやガラスプレート等の感光基板上に転写する
ために用いられる。半導体露光装置では、マスクと基板
とを相対的に高精度に位置合わせ（アライメント）する
必要があるが、この位置合わせは、例えば次のように行
われる。マスクの周縁部の両側にマスクアライメント用
マークを形成しておき、このマスクをマスクステージ上
に載置し、両マスクアライメント用マークの位置を一対
のマスクアライメント顕微鏡によって検出する。両マス
クアライメント顕微鏡の光軸と投影光学系の光軸との位
置関係は予め分かっているため、このアライメント顕微
鏡の検出動作によって、マスクと投影光学系との相対的
な位置関係を知ることができる。この検出動作を一般に
マスクアライメントと言う。

【０００３】マスクアライメントの結果に基づいて、マ
スクの中央位置が投影光学系の光軸と一致するようにマ
スクステージを駆動する。次いで両マスクアライメント
用マークと、基板ステージ上の基準マーク（フィデュー
シャルマーク）とをマスクアライメント顕微鏡の視野に
入れて、マスク上の座標と基板ステージの座標との対応
付け（ファインアライメント）を行う。次いで例えばオ
フアクシス系のアライメント光学系を用いてフィデュ−
シャルマ−クを検出することによって、すなわちベース
ライン計測を行い、基板ステージの座標と基板上の座標
との対応付けを行う。これによってマスク上の座標と基
板ステージの座標と基板上の座標との対応付けがすべて
分かるため、基板ステージをベースライン計測結果に基
づいて駆動することにより、マスクに対して基板を高精
度にアライメントすることができる。

【０００４】マスクアライメント顕微鏡は、一般的にマ
スク全体を一度に観察できるほど低倍率で設計されてお
らず、精度を上げる目的で局所的にマスクの一部を観察
できる高い倍率で設計される。したがって、マスク上に
おけるマスクアライメント顕微鏡の視野は、マスクに比
べて狭い。このため、マスクが搬送系を介してマスクス
テージに搬送された後、マスクアライメント顕微鏡でア
ライメント用マークを観察してもアライメント用マーク
の中心がマスクアライメント顕微鏡の視野に入らないこ
とが多い。このため、従来のアライメント用マークは、
図１１に示すように搬送直後のマスク１０１のマスクア
ライメント用マークがマスクアライメント顕微鏡の視野
１０２内に常に入るように形状が工夫され、例えば十字
型のマークの場合、そのマーク中心からｘ、ｙの２次元
方向に十分に長いｘライン１０３及びｙライン１０４を
有して形成されていた。これにより、後述するマスク１
０１に形成されたマスク用マーク１０３、１０４のサー
チアライメントを効率的に行えていた。図１１のＰＡ
は、回路パターンが描かれたパターンエリアである。

【０００５】アライメント用マークの中心をアライメン
ト顕微鏡の検出原点（視野のほぼ中心）に位置合わせを
する、サーチ計測（サーチアライメント）は、ＳＲＡ
（ScanReticle Alignment）顕微鏡によるものや、ＶＲ
Ａ（Video Reticle Alignment）顕微鏡によるもの等が
ある。ＳＲＡ顕微鏡を用いたサーチ計測では、基板ステ
ージ上のフィデューシャルマークから発光された光によ
って、投影光学系を通してマスクに形成されたマスクア
ライメント用マークを照明する。そしてマスクをｘ方向
に走査して、マスクアライメント用マークのｙライン１
０４を横切ったときの光量のピーク位置を計測すること
により、マスクアライメント用マークの中心のｘ座標を
測定し、同様にマスクをｙ方向に走査して、マスクアラ
イメント用マークのｘライン１０３を横切ったときの光
量のピーク位置を計測することにより、ｙ座標を測定
し、こうしてマスクアライメント用マークの中心のｘ，
ｙ座標を検出するものである。この手法は、ＵＳＰ Ｎ
ｏ．４７９４４２６において詳細に開示されている。

【０００６】ＶＲＡ顕微鏡を用いたサーチ計測は、画像
信号に基づいてマスクアライメント用マークの中心位置
を検出するものであり、この場合には次のように画面継
ぎによる計測を行う。すなわちマスクをマスクステージ
上に載置した暫定的な位置においてＶＲＡ顕微鏡によっ
て画像信号を取得し、次いでｘ軸とｙ軸に対して例えば
４５°の方向に、且つ前回の画像と一定程度画像が重な
る距離だけマスクを移動して、画像信号を取得する。こ
れを繰り返すことにより、何回かの画面継ぎによってｘ
ライン１０３とｙライン１０４とを横切ることになるか
ら、これによってマスクアライメント用マークの中心の
ｘ，ｙ座標を検出するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体露光装置の能力
として、マスク上の回路パターンと基板上のパターンと
の重ね合わせ精度と共に、単位時間当たりに処理できる
基板の枚数（スループット）が重要視されている。露光
装置の運用上、マスクのアライメントは頻繁に行われる
ものではないが、ロット移行時間の短縮と言う観点に立
てば、マスクのアライメント処理時間を短縮することは
重要である。

【０００８】しかるに従来のマスクアライメントの手法
では、サーチ計測にかかる時間が長いという問題点があ
る。すなわちＳＲＡ顕微鏡を用いたサーチ計測では、マ
スクをｘ方向に走査する工程と、ｙ方向に走査する工程
とが不可欠である。またＶＲＡ顕微鏡を用いたサーチ計
測では、マスクの走査方向はｘ方向とｙ方向との双方に
交差する一方向だけであるが、複数回の画面継ぎ計測を
行う必要がある。本発明の目的は、マスクなどの被位置
決め部材を実質的に走査することなく、また複数回の画
面継ぎ動作も行うことなく、被位置決め部材上に形成し
たマークの基準位置を求めることができる位置検出方
法、位置検出装置、被位置検出部材、半導体露光装置等
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来のマスク
アライメント用マークのｘラインとｙラインとに規定さ
れた第１〜第４象限の有効活用を図り、これらの象限に
も適宜マークを描くことにより、上記目的を達成するも
のである。すなわち、本発明の位置検出方法は、位置検
出用マークが形成された被位置検出部材の位置を検出す
る。そして、位置検出用マークに所定の基準点と当該基
準点からの位置情報を含んだ複数のマーク要素を形成
し、検出器により位置検出用マークに形成されたマーク
要素の少なくとも一つを検出し、検出されたマーク要素
に基づいて、基準点と検出器の検出原点との相対位置を
求め、求められた相対位置に基づいて、検出器の検出原
点に対する被位置検出部材の位置を検出する。この場
合、複数のマーク要素は、各々が異なる図形であること
が好ましい。また、図形は平行線を含むことが好まし
く、相対位置は、この平行線の間隔から求められる。ま
た、図形は矩形形状の図形を含むことが好ましく、相対
位置は、この矩形形状の大きさから求められる。また、
図形は２重矩形を含むことが好ましく、相対位置は、こ
の２重矩形のうちの外側矩形内の内側矩形の位置から求
められる。また、基準点は位置検出用マークの中心点で
あることが好ましい。なお、被位置検出部材は、半導体
露光装置に使用されるマスクであり、位置検出用マーク
がマスクに形成されているものであってもよい。

【００１０】本発明の位置検出装置は、被位置検出部材
の位置を検出する。この被位置検出部材は、所定の基準
点と当該基準点からの位置情報を含んだ複数のマーク要
素を含んだ位置検出用マークが形成されている。そし
て、位置検出装置は、マーク要素の少なくとも一つを検
出する検出器と、検出器の検出結果に基づいて、基準点
と検出器の検出原点との相対位置を演算する演算器と含
む。本発明の位置検出部材は、位置検出装置により位置
が検出される部材である。そして、所定の位置に形成さ
れた位置検出用マークを有し、この位置検出用マーク
は、所定の基準点と当該基準点からの位置情報を含んだ
複数のマーク要素を含み、マーク要素は、少なくとも一
つが該位置検出装置の検出器により検出されるように配
列されている。

【００１１】なお、ここで、被位置検出部材は、必ずし
も移動自在に配置されている必要はない。しかしマーク
検出器に対して、マークのうちの特定の位置を位置決め
しようとするときには、マークの１次元的に延び又は２
次元的に広がる方向に、被位置検出部材を移動するよう
にステージを設け、このステージ上に被位置検出部材を
取り付けることとなる。その際、各マーク要素の大きさ
がマーク検出器の視野内にちょうど入る程度とすると、
現実にそのマーク要素の全体をマーク検出器の視野内に
入れるためには、ステージを若干駆動する必要を生じ
る。同様に、各マーク要素の大きさが十分に小さくと
も、その配列がまばらであると、現実にあるマーク要素
をマーク検出器の視野内に入れるためには、ステージを
若干駆動する必要を生じる。そこで各マーク要素の大き
さと配列は、ステージを駆動することなく、少なくとも
１つのマーク要素がマーク検出器の視野内に入るように
定めることが好ましい。

【００１２】マーク検出器によって検出した１つのマー
ク要素から、そのマーク要素の全体のマークにおける位
置関係を知るためには、複数のマーク要素をいずれも互
いに非同一となるように形成する必要がある。ここで、
被位置検出部材の２次元的な位置決めは、互いに直交す
る２方向に、それぞれ１次元的な位置決めを行えば良
い。したがって１次元的な位置決め、例えば横方向のみ
の位置決めを図る場合について、各マーク要素を互いに
非同一に形成する手法を説明する。１つの手法として、
各マーク要素に、それぞれ固有の１つの距離ないしは間
隔（正の値のみを取る距離）を付与することができる。
例えば各マーク要素に１本の縦線を配置し、その縦線の
太さを各マーク要素ごとに変更することにより、各マー
ク要素を識別することができる。しかし各マーク要素に
配置する縦線を２本とし、２本の縦線の間隔を各マーク
要素ごとに変更することがより好ましい。また別の手法
として、各マーク要素にそれぞれ固有の２つの間隔の組
みを付与することができる。この場合、２つの間隔の組
みとしては、２つの間隔の順序が異なるときには当然に
別の組みとして識別することが好ましい。同様に、各マ
ーク要素にそれぞれ固有の３つの間隔の組みを付与する
ことにより、各マーク要素を識別することもできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。以下の実施の形態は、本発明を半導体露光
装置のマスク１の位置決め技術に適用したものである。
先ず図１は露光装置を示し、マスク１はマスクステージ
１０上に載置されており、マスク１には図２に示すよう
に回路パターン１１が描かれており、また回路パターン
１１の周辺に、左右一対のマスクアライメント用マーク
２が描かれている。マスク１上に描かれた回路パターン
１１は照明光学系１２によって照明され、その像は投影
光学系１３によって基板１４上に結像する。基板１４は
基板ステージ１５上に載置されており、基板ステージ１
５上には、基板１４と同一の高さにフィデューシャルマ
ークが描かれているフィデューシャルマーク板１６が取
り付けられている。またマスク１上に描かれたマスクア
ライメント用マーク２に対向して、それぞれマスクアラ
イメント顕微鏡１７が配置されている。このマスクアラ
イメント顕微鏡１７には、２次元ＣＣＤセンサ（不図
示）が設けられており、２次元ＣＣＤセンサにより撮像
された画像について画像処理が行われる。他方、投影光
学系１３の側方には、基板１４ないしはフィデューシャ
ルマーク板１６に対向して、オフアクシスアライメント
光学系１８が配置されている。

【００１４】マスクステージ１０は、マスク１をその平
面方向、すなわちｘ−ｙ平面方向に移動するように形成
されており、投影光学系１３に対するマスクステージ１
０のｘ方向の位置はＸ位置検出用干渉計１９Ｘにより、
ｙ方向の位置はＹ位置検出用干渉計１９Ｙ（図８）によ
り計測され、ｘ−ｙ面内での回転角度は、Ｘ位置検出用
干渉計１９ＸとＹ位置検出用干渉計１９Ｙによって計測
される。また基板ステージ１５は、基板１４をｘ−ｙ平
面とこれに直交するｚ方向とに移動するように形成され
ており、投影光学系１３に対する基板ステージ１５のｘ
方向の位置と、ｙ方向の位置と、ｘ−ｙ面内での回転角
度も、マスクステージ位置検出用干渉計１９Ｘ、１９Ｙ
と同様に配置される複数の干渉計（図示せず）によって
計測され、ｚ方向の位置は斜入射光学系（図示せず）に
よって計測される。

【００１５】図３はマスクアライメント用マークを拡大
して示す。但し、左右のマスクアライメント用マークは
同一のマーク形状若しくは対称的形状であるから、一方
のみを示している。この実施の形態のマスクアライメン
ト用マーク２は、複数本の縦線４と複数本の横線５とか
らなる。この実施の形態では、隣接する２本の縦線４
と、隣接する２本の横線５とによって区画された領域
が、１つの区画３となっている。各区画３は、マスク１
を移動することなく、少なくとも１つの区画３がマスク
アライメント顕微鏡１７の視野に入る程度の大きさに形
成されている。以下、横方向と縦方向とで原理的な相違
はないから、横方向すなわちｘ方向についてだけ説明す
る。１つの区画３の左側の縦線４Ｓと下側の横線５Ｓを
全体のマスクアライメント用マーク２のｘ方向およびｙ
方向の基準線としｘ−ｙ座標系を定める。基準縦線４Ｓ
のｘ座標はｘ＝０、基準横線５Ｓのｙ座標はｙ＝０であ
る。基準縦線４Ｓとその右側の縦線４との間隔をＤ₀、
各区画３を構成する左右の縦線４の間隔は、右側の区画
に進むに従ってｄずつ増加し、左側の区画に進むに従っ
てｄずつ減少する。

【００１６】マスクアライメント顕微鏡の視野内に入っ
た１つの区画（例えば図３における区画３Ｎ、以下、測
定区画３Ｎと呼ぶ）の左右の縦線４の間隔Ｄは次の式
（１）で表される。 Ｄ＝Ｄ₀＋ｎｄ（ｎ＝０、±１、±２、‥‥）…（１） 測定区画３Ｎの左側の縦線４のｘ座標は、次式（２）で
与えられる。 ｘ＝Ｄ₀＋［Ｄ₀＋ｄ］＋［Ｄ₀＋２ｄ］＋‥‥＋［Ｄ₀＋（ｎ−１）ｄ］ ＝ｎＤ₀＋ｎ（ｎ−１）ｄ／２…（２） いま、マスクアライメント顕微鏡１７の視野内に入った
測定区画３Ｎの左右の縦線４の間隔Ｄが測定されると、
式（１）よりｎが求まる。このｎの値を式（２）に代入
すると測定区画３Ｎの左側の縦線４のｘ座標ｘｃを求め
ることができる。上下の横線についても同様にして、測
定区画３Ｎの下側の横線のｙ座標を求めることができ
る。かくして１つの区画３を形成する隣接する２本の縦
線４の間隔Ｄと、隣接する２本の横線５の間隔をマスク
アライメント顕微鏡１７によって測定することにより、
基準縦線４Ｓと基準横線５Ｓに対する、測定した区画３
Ｎの位置関係、すなわちｘ−ｙ座標系のｘ、ｙ座標を知
ることができる。

【００１７】他方、マスクアライメント顕微鏡１７の座
標系Ｘ−Ｙ（図３に示す。以下、顕微鏡座標系Ｘ−Ｙと
呼ぶ）を基準とした、測定した区画３Ｎの位置関係は、
その区画３Ｎを顕微鏡で測定することによって知ること
ができる。具体的には、図３において、顕微鏡座標系Ｘ
−Ｙを基準とした測定区画３Ｎの左側の縦線のＸ座標Ｘ
ｋは、マスクアライメント顕微鏡１７で測定した画像を
画像処理することにより求まる。以上により、顕微鏡座
標系Ｘ−Ｙを基準とした測定区画３Ｎの左側の縦線のＸ
座標Ｘｋと、基準縦線４Ｓすなわち座標系ｘ−ｙを基準
とした測定区画３Ｎの左側の縦線のｘ座標ｘｃの値が求
まると、次式（３）より、顕微鏡座標系Ｘ−Ｙを基準と
した基準縦線４ＳのＸ座標ＸＣを求めることができる。 ＸＣ＝Ｘｋ−ｘｃ…（３） 顕微鏡座標系Ｘ−Ｙを基準とした基準横線５ＳのＹ座標
ＹＣについても同様に算出することができる。

【００１８】顕微鏡座標系Ｘ−Ｙを基準とした、基準縦
線４Ｓ又は基準横線５Ｓの座標とは、換言すれば、基準
縦線４Ｓ又は基準横線５Ｓの位置を、顕微鏡の座標系Ｘ
−Ｙの原点に一致させるために必要な移動量にほかなら
ない（正確には、座標値の符号を反転させた値が移動量
である）。それ故、基準縦線４Ｓと基準横線５Ｓの交点
を、マスクアライメント顕微鏡座標系Ｘ−Ｙの原点（検
出原点）０Ｇに合致させるために必要なマスク１の移動
方向と移動量を、直ちに知ることができる。もっとも現
実には、マスクアライメント用マークは左右に１つづつ
あり、これらに対向してそれぞれマスクアライメント顕
微鏡が配置されている。したがって左右の顕微鏡の検出
原点０Ｇを結ぶラインと、左側のマークの基準線４Ｓ，
５Ｓの交点（ｘ−ｙ座標系の原点）と右側のマークの基
準線４Ｓ，５Ｓの交点とを結ぶラインとを合致させるこ
とは可能ではあるが、左右の顕微鏡とマークのそれぞれ
について、基準線４Ｓ，５Ｓの交点をそれぞれの顕微鏡
の座標系の原点に合致させることは不可能である。した
がって左右の交点の中央位置と、左右の顕微鏡の原点の
中央位置とを合致させることになる。

【００１９】図８は、上記の内容に基づき、半導体露光
装置内においてマスク１の位置決めを行う位置決め装置
の構成図である。図１と重複する構成要素には同一符号
を付し、図１にない構成要素について説明する。符号２
１はマイクロプロセッサやその周辺回路から構成される
制御装置である。制御装置２１は、位置決め装置の制御
を行うとともに、半導体露光装置全体の制御も行う。符
号２２は、制御装置２１の制御によりマスクステージ１
０を駆動する駆動装置であり、リニアモータなどで構成
される。

【００２０】図９は、この位置決め装置の一つのマスク
アライメント顕微鏡１７において、顕微鏡座標原点とマ
スクの基準縦線４ＳとのＸ方向のずれ量を求めるための
制御の概要を示すフローチャートである。このフローチ
ャートは、制御装置２１およびこれに接続される構成要
素において実行される。

【００２１】ステップＳ１では、マスクアライメント顕
微鏡１７により撮像された画像を画像処理し、画像の中
にあるマスクアライメント用マークの一つの区画３のＸ
方向の間隔Ｄを測定する。ステップＳ２で、測定された
Ｄの値と上述した式（１）よりｎの値を計算する。ステ
ップＳ３で、ステップＳ２で求めたｎの値を上述した式
（２）に代入して、基準縦線４Ｓを基準とした測定区画
３Ｎの左側の縦線のｘ座標の値ｘｃを求める。ステップ
Ｓ４で、マスクアライメント顕微鏡１７により撮像され
た画像を画像処理し、画像の中における区画３Ｎの左側
の縦線の位置を求め、顕微鏡座標系Ｘ−Ｙを基準とした
区画３Ｎの左側の縦線のＸ座標の値Ｘｋを求める。ステ
ップＳ５で、ステップＳ３で求めたｘｃおよびステップ
Ｓ４で求めたＸｋの値を式（３）に代入して、顕微鏡座
標系Ｘ−Ｙを基準とした基準縦線４ＳのＸ座標ＸＣを求
める。このＸＣの値が、顕微鏡座標原点とマスクの基準
縦線４ＳとのＸ方向のずれ量である。

【００２２】Ｙ方向のずれ量ＹＣも同様に求めるこがで
きる。さらに、他方のマスクアライメント顕微鏡におけ
る顕微鏡座標原点とマスクの基準原点とのずれ量、すな
わちＸ方向およびＹ方向のずれ量も同様な考え方で求め
ることができる。詳細な内容については省略する。

【００２３】図１０は、左右のマスクアライメント顕微
鏡で測定した値に基づきマスクを位置決めする制御を示
すフローチャートである。ステップＳ１１で、左側マス
クアライメント顕微鏡１７において、顕微鏡座標原点と
マスクアライメント用マークの基準原点とのずれ量、す
なわちＸ方向のずれ量ＸＣ１およびＹ方向のずれ量ＹＣ
１を求める。ステップＳ１２で、右側マスクアライメン
ト顕微鏡１７において、顕微鏡座標原点とマスクアライ
メント用マークの基準原点とのずれ量、すなわちＸ方向
のずれ量ＸＣ２およびＹ方向のずれ量ＹＣ２を求める。
ステップＳ１１およびステップＳ１２は、図９の制御フ
ローチャートに基づくものである。

【００２４】ステップＳ１３で、ステップＳ１１および
Ｓ１２において求めたずれ量ＸＣ１、ＹＣ１，ＸＣ２，
ＹＣ２に基づいて、左右の顕微鏡の検出原点を結ぶライ
ンと、左側のマークの基準線４Ｓ、５Ｓの交点と右側の
マークの基準線４Ｓ、５Ｓの交点とを結ぶラインとを合
致させるとともに、左右の顕微鏡の原点間の中央位置と
左右のマークの基準線４Ｓ、５Ｓの交点間の中央位置と
を合致させるように、マスクステージ１０を駆動装置２
２を介して駆動する。マスクステージ１０の駆動にあた
っては、干渉計１９Ｘ、１９Ｙでマスクステージ１０の
位置を測定しながら行う。これにより、マスクアライメ
ント顕微鏡の検出原点とマスクアライメント用マークの
基準原点とが一致するようになる。

【００２５】以上により、マスクアライメントのうちい
わゆるサーチアライメント（サーチ計測とサーチ計測結
果に基づくマスクの移動）が終了すると、次に、マスク
に対してファインアライメントを行う。ファインアライ
メントとは、マスクアライメント用マーク２と、基板ス
テージ１５上のフィデューシャルマーク板１６に形成さ
れた開口パターンとを位置合わせすることを言う。以下
に、図１２を使用してこのファインアライメントについ
て説明する。図１２は、図１の露光装置において、ファ
インアライメントを説明するために、光源２３およびフ
ァイバーグラス２４を追加し、フィデューシャルマーク
板１６を投影光学系１３の光軸上に移動させた状態の図
である。共通する構成要素には同一符号を付しその説明
を省略する。

【００２６】基板ステージ１５上には、フィデューシャ
ルマークが形成されたフィデューシャルマーク板１６が
取り付けられている。このフィデューシャルマーク板１
６には、光が透過する開口部が例えば２箇所２１、２２
設けられ、開口部２１、２２にはマスクアライメント用
マークに対応するアライメントパターンとしての開口パ
ターン（いわゆるフィデューシャルマーク、以下これも
符号２１、２２とする）が形成されている。

【００２７】光源２３は、露光光ＥＬと同一波長のアラ
イメント光ＡＬを射出し、光ファイバー２４を介して開
口パターン２１、２２を照射する。アライメント光ＡＬ
は、開口パターン２１、２２、投影レンズ１３、および
マスク１のマスクアライメント用マーク２を透過してア
ライメント顕微鏡１７で受光される。アライメント顕微
鏡１７は共役の位置関係にある開口パターン２１、２２
とマスクアライメント用マーク２とを同時に光電検出し
て、各々のマークの相対位置を信号処理（画像処理）を
介して検出する。

【００２８】制御装置２１（図８）は、アライメント顕
微鏡１７で検出された開口パターン２１，２２とマスク
アライメント用マーク２との相対位置に基づいて、その
相対位置における位置ずれがゼロになるように駆動装置
２２（図８）を介してマスクステージ１０（図８、図１
２）を駆動し、マスク１を移動する。以上のマスクに対
するファインアライメントによりマスクアライメント用
マーク２と開口パターン２１、２２とが正確に位置合わ
せされ、基板ステージ側の座標系におけるマスクの位置
が正確に管理されることになる。次いでオフアクシスア
ライメント光学系１８を使用した、基板ステージの座標
と基板上の座標との対応付け、すなわちベースライン計
測を行う。このベースライン計測は例えばＵＳＰ Ｎ
ｏ．５２４３１９５（特開平４−３２４９２３号公報）
に詳細に開示されているので、ここでの説明は省略す
る。

【００２９】マスクアライメント用マークの変形例１ 図４はマスクアライメント用マークの変形例１を示す。
上記の実施の形態では、隣接する２本の縦線と２本の横
線とによって区画された領域によって、各区画３が形成
されていたが、この変形例１では、孤立マークによって
各区画３を形成したものである。すなわち変形例１のマ
スクアライメント用マーク２は、複数個の長方形６から
なり、各長方形６が１つの区画３を構成している。各長
方形６の図心（左右の辺の中央線と上下の辺の中央線と
の交点）は、ｘ方向とｙ方向とに碁盤の目状に位置して
いる。但し、ｘ方向のピッチとｙ方向のピッチとは、必
ずしも同一である必要はない。各長方形６の大きさと配
列ピッチは、マスク１を移動することなく、少なくとも
１つの長方形６がマスクアライメント顕微鏡の視野に入
る程度に形成されている。以下、横方向と縦方向とで原
理的な相違はないから、横方向すなわちｘ方向について
だけ説明する。いずれか１つの長方形６Ｓを全体のマス
クアライメント用マーク２の基準とし、基準長方形６Ｓ
の図心を通過する点をｘ−ｙ座標の原点とする。各長方
形６の図心のｘ方向のピッチをＰとする。また、基準長
方形６Ｓの左右の辺の間隔をＤ₀とする。各長方形６の
左右の辺の間隔Ｄは、右側の長方形に進むに従って、ｄ
ずつ増加するように形成されている。

【００３０】いま、マスクアライメント顕微鏡の視野内
に入った１つの長方形６の左右の辺の間隔Ｄを測定した
結果、Ｄ＝Ｄ₀＋ｎｄ（ｎ＝０、±１、±２、‥‥）で
あったとすると、測定した長方形６の図心のｘ座標は、 ｘ＝ｎＰ で与えられる。なお上式は、ｎ＝（Ｄ−Ｄ₀）／ｄを代
入することにより、 ｘ＝（Ｐ／ｄ）・Ｄ−（Ｐ／ｄ）・Ｄ₀ と表される。したがってこの実施例では、測定した長方
形６の図心のｘ座標は、その長方形６の左右の辺の間隔
Ｄの１次関数で表される。かくして１つの長方形６の左
右の辺の間隔Ｄと、上下の辺の間隔をマスクアライメン
ト顕微鏡によって測定することにより、基準長方形６Ｓ
の図心に対する、測定した長方形６の図心の位置関係を
知ることができる。すなわち、基準長方形６Ｓの図心を
原点とするｘ−ｙ座標系における測定図形６の図心の
ｘ、ｙ座標を求めることができる。

【００３１】他方、マスクアライメント顕微鏡の座標系
Ｘ−Ｙに対する、測定した長方形６の位置関係は、その
長方形６を顕微鏡で測定することによって分かる。すな
わち、顕微鏡座標系Ｘ−Ｙを基準とした、基準長方形６
Ｓの図心のＸ、Ｙ座標を知ることができる。その結果、
基準長方形６Ｓの図心（ｘ−ｙ座標系の原点）を、マス
クアライメント顕微鏡の座標系の原点（検出原点）に合
致させるために必要なマスク１の移動方向と移動量を、
直ちに知ることができる。

【００３２】マスクアライメント用マークの変形例２ 図５はマスクアライメント用マーク２の変形例２を示
す。上記実施の形態および変形例１において各区画３の
位置情報を与える間隔は、正の値のみを取る距離であっ
たが、この変形例２では、正の値も負の値も取り得る距
離によって、各区画３の位置情報を与えるものである。
すなわち変形例２のマスクアライメント用マーク２は、
複数個の外側長方形７と、各外側長方形７の内部に配置
された内側長方形８とからなり、これらの内外の長方形
７，８によって、１つの区画３が構成されている。各外
側長方形７は互いに合同に形成され、且つｘ方向とｙ方
向とに碁盤の目状に配置されている。但し、ｘ方向のピ
ッチとｙ方向のピッチとは、必ずしも同一である必要は
ない。各外側長方形７の大きさと配列ピッチは、マスク
１を移動することなく、少なくとも１つの外側長方形７
がマスクアライメント顕微鏡の視野に入る程度に形成さ
れている。また、各内側長方形８も互いに合同に形成さ
れている。しかしながら、各内側長方形８の外側長方形
７内での位置関係は、各区画３ごとに異なる。以下、横
方向と縦方向とで原理的な相違はないから、横方向すな
わちｘ方向についてだけ説明する。

【００３３】いずれか１つの外側長方形７Ｓを全体のマ
スクアライメント用マーク２の基準とし、基準外側長方
形７Ｓの図心をｘ−ｙ座標の原点とする。各外側長方形
７の図心のｘ方向のピッチをＰとする。本変形例では、
基準外側長方形７Ｓにのみ、基準外側長方形７Ｓである
ことを明示するために、更にその外側に最外長方形７Ｒ
が描かれている。また基準外側長方形７Ｓでは、内外の
長方形７Ｓ，８の図心は一致している。しかし基準外側
長方形７Ｓよりも右側の長方形７，８に行くに従って、
内側長方形８の図心は外側長方形７の図心よりもｄずつ
右側に移動し、同様に左側の長方形７，８に行くに従っ
て、内側長方形８の図心は外側長方形７の図心よりもｄ
ずつ左側に、すなわち−ｄずつ右側に移動している。

【００３４】いま、マスクアライメント顕微鏡の視野内
に入った１つの外側長方形７の図心から、その内部の内
側長方形８の図心までのｘ方向の距離Ｄを測定した結
果、Ｄ＝ｎｄ（ｎ＝０、±１、±２、‥‥）であったと
すると、測定した外側長方形７の図心のｘ座標は、 ｘ＝ｎＰ で与えられる。上式は、ｎ＝Ｄ／ｄを代入することによ
り、 ｘ＝（Ｐ／ｄ）・Ｄ と表される。したがってこの変形例では、測定した外側
長方形７の図心のｘ座標は、その外側長方形の図心から
その内部の内側長方形８の図心までのｘ方向の距離Ｄの
１次関数で表され、より詳細には比例している。かくし
て１つの外側長方形７の図心からその内部の内側長方形
８の図心までのｘ方向の距離Ｄと、ｙ方向の距離をマス
クアライメント顕微鏡によって測定することにより、基
準外側長方形７Ｓの図心を原点とする座標系ｘ−ｙにお
いて、測定した外側長方形７の図心の位置関係、すなわ
ちｘ、ｙ座標を知ることができる。

【００３５】他方、マスクアライメント顕微鏡の座標系
Ｘ−Ｙに対する、測定した外側長方形７の図心の位置関
係は、その外側長方形７を顕微鏡で測定することによっ
て分かる。すなわち、顕微鏡座標系Ｘ−Ｙを基準とし
た、基準外側長方形７Ｓの図心のＸ−Ｙ座標を知ること
ができる。その結果、基準外側長方形７Ｓの図心（座標
系ｘ−ｙの原点）を、マスクアライメント顕微鏡の座標
系Ｘ−Ｙの原点（検出原点）に合致させるために必要な
マスク１の移動方向と移動量を、直ちに知ることができ
る。

【００３６】次にこの変形例２について、数値を挙げて
より詳しく説明する。各外側長方形７は１辺１５０μｍ
の正方形とすることができ、各内側長方形８は１辺５０
μｍの正方形とすることができ、最外長方形７Ｒは１辺
２５０μｍの正方形とすることができる。また各外側正
方形７の配列ピッチは、ｘ方向に４５０μｍとすること
ができ、ｙ方向に３００μｍとすることができる。この
場合、マスクアライメント顕微鏡の画像範囲９は次のよ
うになる。すなわち先ず当然に、 画像範囲＞区画の大きさ である必要があり、したがって１５０μｍ×１５０μｍ
以上の広さが必要である。しかしこれでは多くの場合、
マスクステージ１０を駆動しないことには、外側正方形
７の全域を画像範囲９内に収めることはできない。

【００３７】そこでｘ方向に隣接する２個の外側正方形
のうち、左側の外側正方形はその左端部が画像範囲９か
ら欠けてしまいそうになり、右側の外側正方形はその右
端部が画像範囲９から欠けてしまいそうな状態が、マス
クステージ１０を駆動することなく、少なくとも１つの
外側正方形をｘ方向に検出できる限界となる。それ故、 画像範囲＞区画の大きさ＋配列ピッチ とすることが好ましく、したがってマスクアライメント
顕微鏡の画像範囲９は、ｘ方向には１５０＋４５０＝６
００μｍよりも長い必要があり、ｙ方向には１５０＋３
００＝４５０μｍよりも長い必要がある。したがってマ
スクアライメント顕微鏡の画像範囲９として、ｘ＝６６
０μｍ、ｙ＝５００μｍのものを用いることができる。

【００３８】また内側正方形８の図心の単位シフト量ｄ
は、ｘ方向にもｙ方向にも９μｍとすることができる。
この場合、 ｘ＝（Ｐ／ｄ）・Ｄ＝（４５０／９）・Ｄ＝５０×Ｄ であるから、内側正方形８の図心のシフト量Ｄの５０倍
が、基準外側正方形７Ｓの図心から測定した外側正方形
７の図心までの距離となる。また内側正方形８が外側正
方形７の外側にはみ出さない限度より、基準外側正方形
７Ｓの上下左右にそれぞれ５つの外側正方形を配置する
ことができる。したがって、都合１１×１１の配列の外
側正方形を配置することができ、それ故、全体のマスク
アライメント用マークの大きさは、 ｘ＝１０×４５０＋１５０＝４６５０μｍ ｙ＝１０×３００＋１５０＝３１５０μｍ となる。

【００３９】次に具体的な計測手順について説明する。
左右のマスクアライメント顕微鏡によって観測された左
右のマスクアライメント用マークの画像の処理は同じで
あるから、当面、一方についてだけ説明する。先ず、マ
スクアライメント顕微鏡によって観測されたマスクアラ
イメント用マークの画像の中から、外側正方形７を選択
する。すなわち複数の外側正方形７が観測されるときに
は、任意の外側正方形７を選択する。次いで、選定した
外側正方形７を構成する左右の辺の縦線について、マス
クアライメント顕微鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準とした位置
Ｘ₁₁，Ｘ₁₂を測定する。すなわちマスクアライメント顕
微鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準としたときには、大文字を用
いることとする。同様に上下の辺の横線についても、マ
スクアライメント顕微鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準とした位
置Ｙ₁₁，Ｙ₁₂を測定する。次いで、選定した外側正方形
７の内部に配置された内側正方形８を構成する左右の辺
の縦線について、マスクアライメント顕微鏡の座標系Ｘ
−Ｙを基準とした位置Ｘ₂₁，Ｘ₂₂を測定する。同様に上
下の辺の横線についても、マスクアライメント顕微鏡の
座標系Ｘ−Ｙを基準とした位置Ｙ₂₁，Ｙ₂₂を測定する。
内側正方形８のサーチ範囲は、外側正方形７の内部に限
られるから、この処理手順によって内側正方形８を探す
画像範囲が限定でき、処理の高速化を図ることができ
る。

【００４０】次いで、マスクアライメント顕微鏡の座標
系Ｘ−Ｙを基準とした、外側正方形７の左右の辺の中央
縦線の位置Ｘ₁、上下の辺の中央横線の位置Ｙ₁、内側正
方形８の左右の辺の中央縦線の位置Ｘ₂、上下の辺の中
央横線の位置Ｙ₂を次式により求める。 Ｘ₁＝（Ｘ₁₁＋Ｘ₁₂）／２ Ｙ₁＝（Ｙ₁₁＋Ｙ₁₂）／２ Ｘ₂＝（Ｘ₂₁＋Ｘ₂₂）／２ Ｙ₂＝（Ｙ₂₁＋Ｙ₂₂）／２

【００４１】次いで、外側正方形７の中央縦線から内側
正方形８の中央縦線までの距離Ｄ、外側正方形７の中央
横線から内側正方形８の中央横線までの距離Ｈを次式に
より求める。 Ｄ＝Ｘ₂−Ｘ₁ Ｈ＝Ｙ₂−Ｙ₁ この結果、基準外側正方形７Ｓの図心を基準とした、す
なわちｘ−ｙ座標系における測定した外側正方形７の図
心の位置（ｘ₁，ｙ₁）は、 ｘ₁＝５０×Ｄ ｙ₁＝５０×Ｈ となる。

【００４２】他方、［マスクアライメント顕微鏡の座標
系Ｘ−Ｙを基準とした、基準外側正方形７Ｓの図心位置
（ＸＣ、ＹＣ）］＝［マスクアライメント顕微鏡の座標
系Ｘ−Ｙを基準とした、測定した外側正方形７の図心位
置（Ｘ１、Ｙ１）］−［基準外側正方形７Ｓの図心（座
標系ｘ−ｙ）を基準とした、測定した外側正方形７の図
心位置（ｘ１、ｙ１）］であるから、マスクアライメン
ト顕微鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準とした基準外側正方形７
Ｓの位置（ＸＣ，ＹＣ）は、次のようになる。 ＸＣ≡Ｘ₁−ｘ₁＝Ｘ₁−５０×Ｄ ＹＣ≡Ｙ₁−ｙ₁＝Ｙ₁−５０×Ｈ

【００４３】以上の処理を左右のマスクアライメント顕
微鏡についてそれぞれ行う。右側のマスクアライメント
顕微鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準とした右側のマスクアライ
メント用マークの基準外側正方形７Ｓの位置を（Ｘ_R，
Ｙ_R）と、左側のマスクアライメント顕微鏡の座標系Ｘ
−Ｙを基準とした左側のマスクアライメント用マークの
基準外側正方形７Ｓの位置（Ｘ_L，Ｙ_L）を、実際にはそ
れぞれの基準外側正方形７Ｓを観測していないにも拘ら
ず、正確に知ることができる。

【００４４】この結果、左右のマスクアライメント用マ
ークの基準外側正方形７Ｓの中央位置（Ｘ_C，Ｙ_C）と、
マスクの回転角度θは、左右のマスクアライメント顕微
鏡の中央を原点とした座標系を基準として、 Ｘ_C＝（Ｘ_R＋Ｘ_L）／２ Ｙ_C＝（Ｙ_R＋Ｙ_L）／２ θ＝（Ｙ_R−Ｙ_L）／（Ｌ＋Ｘ_R−Ｘ_L） となる。但し、Ｌは両マスクアライメント顕微鏡の原点
間の距離である。この結果をもとにマスクステージを駆
動し、ファインアライメントを行う。なお本変形例のマ
スクアライメント用マークでは、外側長方形７の内部に
内側長方形８を配置したが、外側長方形７の内部に十文
字状の図形を配置することもできる。

【００４５】マスクアライメント用マークの変形例３ 図６はマスクアライメント用マーク２の変形例３を示
す。上記の実施の形態および変形例１、変形例２の区画
３では、１つの方向（ｘ又はｙ）につき１つの間隔ない
しは距離を持っていたが、この変形例３は、各区画が、
１つの方向（ｘ又はｙ）について２つの間隔を持つもの
である。すなわち変形例３のマスクアライメント用マー
ク２は、複数本の縦線４と複数本の横線５とからなり、
隣接する３本の縦線４と、隣接する３本の横線５とによ
って区画された領域が、１つの区画３となっている。し
たがって隣接する区画３は互いにオーバーラップしてい
る。また各区画３は、マスク１を移動することなく、少
なくとも１つの区画３がマスクアライメント顕微鏡の視
野に入る程度に形成されている。

【００４６】中央の縦線４Ｓ、横線５Ｓは、全体のマス
クアライメント用マーク２の基準線であり、座標系ｘ−
ｙの座標軸と一致する。基準縦線４Ｓのｘ座標はｘ＝０
である。その他の縦線は左右対称に配置されている。基
準縦線４Ｓからそのとなりの縦線までの間隔は１２５μ
ｍ、次の間隔は３０μｍ、以降の間隔は１０μｍずつ広
がり、最後の間隔は２００μｍとなっている。したがっ
て基準縦線４Ｓから最も右側の縦線までの距離、又は最
も左側の縦線までの距離は、 １２５＋３０＋４０＋５０＋６０＋‥‥‥＋１９０＋２
００＝２１９５μｍ である。また全体の縦線の本数は３７本、全体のアライ
メントマークの横幅は、２１９５×２＝４３９０μｍで
ある。

【００４７】同様に、基準横線５Ｓのｙ座標は、ｙ＝０
である。その他の横線は上下対称に配置されている。基
準横線５Ｓからそのとなりの横線までの間隔は１２５μ
ｍ、次の間隔は３０μｍ、以降の間隔は６μｍずつ広が
り、最後の間隔は１５０μｍとなっている。したがって
基準横線５Ｓから最も上側の横線までの距離、又は最も
下側の横線までの距離は、 １２５＋３０＋３６＋４２＋４８＋‥‥‥＋１９４＋２
００＝２０１５μｍ である。また全体の横線の本数は４３本、全体のマスク
アライメント用マークの縦幅は、２０１５×２＝４０３
０μｍである。なお各縦線と横線との線幅は１５μｍで
ある。

【００４８】この変形例では、例えば縦線は左右対称に
配置されているから、隣接する２本の縦線の間隔が同じ
となるような縦線が２カ所にある。それ故本変形例で
は、隣接する３本の縦線と隣接する３本の横線によって
区画される領域を、１つの区画としている。またこの場
合、マスクアライメント顕微鏡の画像範囲９は次のよう
になる。すなわち画像範囲９の最小の横幅は、隣接する
４本の縦線の距離の最大値で決定されるから、１８０＋
１９０＋２００＝５７０μｍ（より正確には、線幅１５
μｍを考慮して、５８５μｍ）となる。同様に画像範囲
９の最小の縦幅は、隣接する４本の横線の距離の最大値
で決定されるから、１３８＋１４４＋１５０＝４３２μ
ｍ（より正確には、線幅１５μｍを考慮して、５４７μ
ｍ）となる。したがってマスクアライメント顕微鏡の画
像範囲９として、ｘ＝６６０μｍ、ｙ＝５００μｍのも
のを用いることができる。

【００４９】具体的な計測手順は次のようにして行う。
左右のマスクアライメント顕微鏡によって観測された左
右のマスクアライメント用マークの画像の処理は同じで
あるから、当面、一方についてだけ説明する。先ずマス
クアライメント顕微鏡によって観測されたマスクアライ
メント用マークの画像の中から、隣接する３本の縦線と
３本の横線とによって区画された区画を選択する。すな
わち４本以上の縦線や４本以上の横線が観測されるとき
には、複数の区画があることになるが、任意の区画を選
択する。次いで、選定した区画を構成する３本の縦線に
ついて、左側の縦線から順に、マスクアライメント顕微
鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準とした位置Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃を測
定する。すなわちマスクアライメント顕微鏡の座標系Ｘ
−Ｙを基準としたときには、座標を大文字のＸ、Ｙで表
す。同様に３本の横線についても、下側から順に、マス
クアライメント顕微鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準とした位置
Ｙ₁，Ｙ₂，Ｙ₃を測定する。位置Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃の測定に
際しては、画像信号をｙ方向に圧縮して信号のピーク位
置を検出し、同様に位置Ｙ₁，Ｙ₂，Ｙ₃の測定に際して
は、画像信号をｘ方向に圧縮して信号のピーク位置を検
出する。

【００５０】次いで、選定した区画の左側２本の縦線の
間隔Ｄ₁、右側２本の縦線の間隔Ｄ₂、下側２本の横線の
間隔Ｈ₁、上側２本の横線の間隔Ｈ₂を次式により求め
る。 Ｄ₁＝Ｘ₂−Ｘ₁ Ｄ₂＝Ｘ₃−Ｘ₂ Ｈ₁＝Ｙ₂−Ｙ₁ Ｈ₂＝Ｙ₃−Ｙ₂

【００５１】この結果、基準縦線４Ｓを基準とした、す
なわち座標系ｘ−ｙにおける選定した３本の縦線のうち
の中央の縦線の位置ｘ₂は、次のようになる。 Ｄ₁＝Ｄ₂＋１０のとき：ｘ₂＝−１２５−３０−４０−
５０−‥‥−Ｄ₂ Ｄ₁＝３０、Ｄ₂＝１２５のとき：ｘ₂＝−１２５ Ｄ₁＝Ｄ₂＝１２５のとき：ｘ₂＝０ Ｄ₁＝１２５、Ｄ₂＝３０のとき：ｘ₂＝１２５ Ｄ₁＝Ｄ₂−１０のとき：ｘ₂＝１２５＋３０＋４０＋５
０＋‥‥＋Ｄ₁

【００５２】同様に、基準横線５Ｓを基準とした、すな
わち座標系ｘ−ｙにおける選定した３本の横線のうちの
中央の横線の位置ｙ₂は、次のようになる。 Ｈ₁＝Ｈ₂＋６のとき：ｙ₂＝−１２５−３０−３６−４
２−‥‥−Ｈ₂ Ｈ₁＝３０、Ｈ₂＝１２５のとき：ｙ₂＝−１２５ Ｈ₁＝Ｈ₂＝１２５のとき：ｙ₂＝０ Ｈ₁＝１２５、Ｈ₂＝３０のとき：ｙ₂＝１２５ Ｈ₁＝Ｈ₂−６のとき：ｙ₂＝１２５＋３０＋３６＋４２
＋‥‥＋Ｈ₁

【００５３】したがって、マスクアライメント顕微鏡の
座標系Ｘ−Ｙを基準とした基準縦線４Ｓの位置ＸＣと基
準横線５Ｓの位置ＹＣは、 ＸＣ≡Ｘ₂−ｘ₂ ＹＣ≡Ｙ₂−ｙ₂ から容易に求めることができる。

【００５４】以上の処理を左右のマスクアライメント顕
微鏡についてそれぞれ行う。右側のマスクアライメント
顕微鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準とした右側のマスクアライ
メント用マークの基準縦線４Ｓと基準横線５Ｓの位置
（Ｘ_R，Ｙ_R）と、左側のマスクアライメント顕微鏡の座
標系Ｘ−Ｙを基準とした左側のマスクアライメント用マ
ークの基準縦線４Ｓと基準横線５Ｓの位置（Ｘ_L，Ｙ_L）
を、実際にはそれぞれの基準縦線４Ｓと基準横線５Ｓを
観測していないにも拘らず、正確に知ることができる。

【００５５】この結果、左右のマスクアライメント用マ
ークの基準縦線４Ｓと基準横線５Ｓの中央位置（Ｘ_C，
Ｙ_C）と、マスクの回転角度θは、左右のマスクアライ
メント顕微鏡の中央を原点とした座標系を基準として、 Ｘ_C＝（Ｘ_R＋Ｘ_L）／２ Ｙ_C＝（Ｙ_R＋Ｙ_L）／２ θ＝（Ｙ_R−Ｙ_L）／（Ｌ＋Ｘ_R−Ｘ_L） となる。但し、Ｌは両マスクアライメント顕微鏡の原点
間の距離である。この結果をもとにマスクステージを駆
動し、ファインアライメントを行う。

【００５６】マスクアライメント用マークの変形例４ 図７はマスクアライメント用マーク２の変形例４を示
す。この実施例のマスクアライメント用マーク２は、上
記変形例３と同様であるが、間隔の配列が上記変形例３
とは異なる。すなわち上記変形例３では、各縦線の間隔
は、中央部を除いて基本的に１０μｍづつ変化し、各横
線の間隔は、基本的に６μｍづつ変化させていたが、こ
の変形例４は、この間隔の変化量を一定としない構成と
したものである。

【００５７】中央の縦線４Ｓ、横線５Ｓは、全体のマス
クアライメント用マーク２の基準線であり、座標系ｘ−
ｙの座標軸と一致する。基準縦線４Ｓのｘ座標は、ｘ＝
０である。その他の縦線は左右対称に配置されている。
基準縦線４Ｓから左右に順に並ぶ各縦線の間隔をＰ（＝
１２５μｍ）、Ａ（＝２００μｍ）、Ｂ（＝１８０μ
ｍ）、Ｃ（＝１７０μｍ）、Ｄ（＝１６０μｍ）、Ｅ
（＝１９０μｍ）、Ｆ（＝１５０μｍ）、Ａ、Ｃ、Ｅ、
Ａ、Ｄ、Ｆ、Ｂ、Ｅと配列することができる。ここで、
Ａ（＝１９０μｍ）、Ｅ（＝２００μｍ）としたり、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆは１８０、１７０、１６０、１５０μｍ
のそれぞれいずれかの値をとるようにしてもよい。上記
の配列「ＰＡＢＣＤＥＦＡＣＥＡＤＦＢＥ」は、隣り合
う間隔の組み合わせがどれも同一とならないように考え
られている。この組み合わせは、例えば次のような手法
で考えることができる。まず、６つの頂点ＡＢＣＤＥＦ
がその順に並べられた正６角形を考える。この正６角形
において、できるだけ長い一筆書きになるような要領で
各点をなぞる。例えば、まず、ＡＢＣＤＥＦＡと順にな
ぞり、次に一つおきにＣＥＡとなぞり、次にＤＦＢＥと
なぞると、正６角形の頂点を結ぶ最も長い一筆書きが完
成する。この一筆書きの要領でＡＢＣＤＥＦを並べる
と、隣り合う組み合わせが同一とならない配列が考えら
れる。上記ではこの配列の先頭にＰを付加している。な
お、ＡとＥは、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆよりも出現回数が多いの
で、長い間隔を割り当てている。基準縦線４Ｓから左方
に向けての間隔の配列も同じであり、したがってｘ方向
の間隔の配列は、真ん中を対称にした ＥＢＦＤＡＥＣＡＦＥＤＣＢＡＰＰＡＢＣＤＥＦＡＣＥ
ＡＤＦＢＥ となる。上式より明らかなように、隣接する２つの間隔
の順序を考慮した組みは、いずれも互いに非同一となっ
ている。また、全体の縦線の本数は３１本、全体のマス
クアライメント用マークの横幅は、５２３０μｍであ
る。

【００５８】同様に、基準横線５Ｓのｙ座標はｙ＝０で
ある。その他の横線は上下対称に配置されている。基準
横線５Ｓからそのとなりの横線までの間隔をＰ＝１２５
μｍとし、ＡとＥが各別に１５０μｍと１４４μｍと
し、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆは、各別に１３８、１３２、１２
６、１２０μｍとして、基準横線５Ｓから上方に向けて
の間隔の配列も、下方に向けての間隔の配列も、ｘ方向
の配列と同じに形成されている。したがって全体の横線
の本数も３１本、全体のマスクアライメント用マークの
縦幅は、４０７８μｍである。このように本変形例によ
れば、線（刻線）の本数を減らすことができる。また本
変形例のマスクアライメント顕微鏡の画像範囲９は、変
形例３と同じであり、すなわち画像範囲９の最小の横幅
は５７０μｍ、最小の縦幅は４３２μｍである。したが
ってマスクアライメント顕微鏡の画像範囲９として、ｘ
＝６６０μｍ、ｙ＝５００μｍのものを用いることがで
きる。

【００５９】但し本変形例では、選定した区画の左側２
本の縦線の間隔Ｄ₁と、右側２本の縦線の間隔Ｄ₂の測定
結果から、基準縦線４Ｓを基準とした、選定した３本の
縦線のうちの中央の縦線の位置ｘ₂を求める処理を、数
式によって行うことはできない。したがって位置ｘ₂を
間隔Ｄ₁、Ｄ₂の関数として、テーブルｘ₂（Ｄ₁、Ｄ₂）
の形で保有しておくことになる。テーブルｘ₂（Ｄ₁、Ｄ
₂）によって中央の縦線の位置ｘ₂を求めた後には、マス
クアライメント顕微鏡の座標系Ｘ−Ｙを基準とした基準
縦線４Ｓの位置ＸＣは、 Ｘ≡Ｘ₂−ｘ₂ から容易に求めることができる。但しＸ₂は、マスクア
ライメント顕微鏡の座標系Ｘ−Ｙにおける、選定した３
本の縦線のうちの中央の縦線の位置（Ｘ座標）である。

【００６０】その際この変形例では、縦線と横線とで間
隔Ａ〜Ｆは異なるものの、間隔の配列については同じ配
列を用いているから、中央の縦線の位置ｘ₂を求めるた
めのテーブルｘ₂（Ｄ₁、Ｄ₂）と、中央の横線の位置ｙ₂
を求めるためのテーブルｙ₂（Ｈ₁、Ｈ₂）とは同じ形式
となる。したがって１つのテーブルだけを保有すること
により、位置（ｘ₂，ｙ₂）を得ることができ、こうして
顕微鏡座標系Ｘ−Ｙにおける基準縦線４Ｓと基準横線５
Ｓの位置座標（Ｘ，Ｙ）を得ることができる。なお当然
に、縦線と横線とで用いる間隔の種類Ａ〜Ｆの個数を変
えることもできる。但しその場合には、中央の縦線の位
置ｘ₂を求めるためのテーブルｘ₂（Ｄ₁、Ｄ₂）と、中央
の横線の位置ｙを求めるためのテーブルｙ₂（Ｈ₁、
Ｈ₂）との２種類のテーブルを保有することになる。な
お以上の各変形例では、本発明を２次元的な位置決めに
適用した場合について説明したが、本発明は、１次元的
な位置決めにも適用することができる。

【００６１】なお、図３〜図７における縦線横線の数な
どは、図の大きさの都合上すべてが書ききれず本文説明
の数より少なく記載されているが、これらの図の内容に
限定されるものではない。上記の実施の形態では、半導
体露光装置におけるマスクの例で説明をしたが、この内
容に限定する必要はない。本発明は、レチクルやウエ
ハ、さらには、顕微鏡や撮像装置などでマークを観察あ
るいは撮像して位置検出や位置決めを行う被位置検出部
材全般に適用することができる。また、荷電粒子線露光
装置やＸ線露光装置などにおけるマスクなどの位置検出
などにも適用できる。荷電粒子線露光装置の場合、位置
検出された結果に基づき、マスクなどを駆動しなくて
も、電子ビームを偏向するなどして位置ずれを補正する
ようにしてもよい。

【００６２】また、上記実施の形態では、アライメント
顕微鏡１７には２次元ＣＣＤセンサを使用した例を説明
したが、この内容に限定する必要はない。平行線間隔を
検出するのであれば１次元ラインセンサであってもよ
い。また、上記実施の形態では、平行線間隔や矩形形状
のいわゆる図形が異なる例で説明をしたが、この内容に
限定する必要はない。例えば、アライメント顕微鏡１７
により検出されるマスクアライメント用マークの透過率
を位置に応じて異ならせるようにしてもよい。つまり、
検出される線幅もしくは線と線の間隔等の図形情報は同
じであるが、例えばマーク中心を通る線の透過率を最も
高くし、マーク中心からの位置が遠い線ほど透過率を低
くする。そして、この透過率の異なる線を検出すること
によりその線の濃淡値（０〜２５５）を求め、マーク中
心線の濃淡値との差分を計算することにより、マーク中
心からの距離を求めるようにしてもよい。この場合は、
単に輝度等を検出できる光電素子を設けるだけでもよ
い。

【００６３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、実際には
マーク検出手段によって全体のマークの１つのマーク要
素（図形、区画）しか観測していないにも拘らず、その
マーク要素（図形、区画）の全体のマークにおける位置
関係を知ることができる。他方、マーク検出器に対する
観察されたマーク要素の位置関係はそのマーク要素を観
察することによって分かるから、結局、全体のマークを
走査することなく、マーク検出器に対するマークの基準
位置の位置関係を直ちに知ることができる。したがって
マーク検出器とマークの基準位置との位置合わせを行う
ための処理時間を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】露光装置の一例を示す断面図である。

【図２】マスクの一例を示す概略平面図である。

【図３】本発明の一実施例によるマスクアライメント用
マークを示す概略平面図である。

【図４】本発明の変形例１によるマスクアライメント用
マークを示す概略平面図である。

【図５】本発明の変形例２によるマスクアライメント用
マークを示す概略平面図である。

【図６】本発明の変形例３によるマスクアライメント用
マークを示す概略平面図である。

【図７】本発明の変形例４によるマスクアライメント用
マークを示す概略平面図である。

【図８】本発明の位置決め装置の構成図である。

【図９】顕微鏡座標原点のマスクの基準縦線４ＳとのＸ
方向のずれ量を求めるための制御を示すフローチャート
である。

【図１０】マスクを位置決めする制御を示すフローチャ
ートである。

【図１１】従来技術のマスクを示す概略平面図である。

【図１２】ファインアライメントを説明する露光装置の
断面図である。

【符号の説明】

１…マスク ２…マスクアライメ
ント用マーク ３…区画 ４…縦線 ４Ｓ…基準縦線 ５…横線 ５Ｓ…基準横線 ６…長方形 ６Ｓ…基準長方形 ７…外側長方形 ７Ｓ…基準外側長方形 ７Ｒ…最外長方形 ８…内側長方形 ９…画像範囲 １０…マスクステージ １１…回路パターン １２…照明光学系 １３…投影光学系 １４…基板 １５…基板ステージ １６…フィデューシャルマーク １７…マスクアライ
メント顕微鏡 １８…オフアクシスアライメント光学系 １９…干渉計

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】位置検出用マークが形成された被位置検出
   部材の位置検出方法において、 前記位置検出用マークに所定の基準点と当該基準点から
   の位置情報を含んだ複数のマーク要素を形成し、 検出器により、前記位置検出用マークに形成された前記
   マーク要素の少なくとも一つを検出し、 検出された前記マーク要素に基づいて、前記基準点と前
   記検出器の検出原点との相対位置を求め、 求められた前記相対位置に基づいて、前記検出器の検出
   原点に対する前記被位置検出部材の位置を検出すること
   を特徴とする位置検出方法。
2. 【請求項２】前記複数のマーク要素は、各々が異なる図
   形であることを特徴とする請求項１記載の位置検出方
   法。
3. 【請求項３】前記図形は、平行線を含み、 前記相対位置は、前記平行線の間隔から求められること
   を特徴とする請求項２記載の位置検出方法。
4. 【請求項４】前記図形は、矩形形状の図形を含み、 前記相対位置は、前記矩形形状の大きさから求められる
   ことを特徴とする請求項２記載の位置検出方法。
5. 【請求項５】前記図形は、２重矩形を含み、 前記相対位置は、前記２重矩形のうちの外側矩形内の内
   側矩形の位置から求められることを特徴とする請求項２
   記載の位置検出方法。
6. 【請求項６】前記基準点は前記位置検出用マークの中心
   点であることを特徴とする請求項１記載の位置検出方
   法。
7. 【請求項７】前記被位置検出部材は、半導体露光装置に
   使用されるマスクであり、 前記位置検出用マークは前記マスクに形成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の位置検出方法。
8. 【請求項８】被位置検出部材の位置を検出する位置検出
   装置において、 前記被位置検出部材は、所定の基準点と当該基準点から
   の位置情報を含んだ複数のマーク要素を含んだ位置検出
   用マークが形成され、 前記マーク要素の少なくとも一つを検出する検出器と、 前記検出器の検出結果に基づいて、前記基準点と前記検
   出器の検出原点との相対位置を演算する演算器とを含む
   ことを特徴とする位置検出装置。
9. 【請求項９】前記複数のマーク要素は、各々が異なる図
   形であることを特徴とする請求項８記載の位置検出装
   置。
10. 【請求項１０】前記図形は、平行線を含み、 前記相対位置は、前記平行線の間隔から求められること
    を特徴とする請求項９記載の位置検出装置。
11. 【請求項１１】前記図形は、矩形形状の図形を含み、 前記相対位置は、前記矩形形状の大きさから求められる
    ことを特徴とする請求項９記載の位置検出装置。
12. 【請求項１２】前記図形は、２重矩形を含み、 前記相対位置は、前記２重矩形のうちの外側矩形内の内
    側矩形の位置から求められることを特徴とする請求項９
    記載の位置検出装置。
13. 【請求項１３】前記基準点は前記位置検出用マークの中
    心点であることを特徴とする請求項８記載の位置検出装
    置。
14. 【請求項１４】前記被位置検出部材は、半導体露光装置
    に使用されるマスクであり、 前記位置検出用マークは前記マスクに形成されているこ
    とを特徴とする請求項８記載の位置検出装置。
15. 【請求項１５】位置検出装置により、位置が検出される
    被位置検出部材において、 所定の位置に検出された位置検出用マークを有し、 前記位置検出用マークは、所定の基準点と当該基準点か
    らの位置情報を含んだ複数のマーク要素を含み、 前記マーク要素は、少なくとも一つが該位置検出装置の
    検出器により検出されるように配列されることを特徴と
    する被位置検出部材。
16. 【請求項１６】前記複数のマーク要素は、各々が異なる
    図形であることを特徴とする請求項１５記載の被位置検
    出部材。
17. 【請求項１７】前記図形は、平行線を含み、 前記相対位置は、前記平行線の間隔から求められること
    を特徴とする請求項１６記載の被位置検出部材。
18. 【請求項１８】前記図形は、矩形形状の図形を含み、 前記相対位置は、前記矩形形状の大きさから求められる
    ことを特徴とする請求項１６記載の被位置検出部材。
19. 【請求項１９】前記図形は、２重矩形を含み、 前記相対位置は、前記２重矩形のうちの外側矩形内の内
    側矩形の位置から求められることを特徴とする請求項１
    ６記載の被位置検出部材。
20. 【請求項２０】前記基準点は前記位置検出用マークの中
    心点であることを特徴とする請求項１５記載の被位置検
    出部材。
21. 【請求項２１】前記被位置検出部材は、半導体露光装置
    に使用されるマスクであることを特徴とする請求項１５
    記載の被位置検出部材。
22. 【請求項２２】マスク上のパターンを照明する照明光学
    系と、 前記照明光学系により照明されたパターンの像を感光基
    板に投影する投影光学系と、 マスクが搭載されるマスクステージと、 マスク上に形成されたマスクアライメント用マークを検
    出するマスクアライメント顕微鏡と、 前記マスクステージを駆動する駆動装置と、 前記マスクアライメント顕微鏡の検出結果に基づき前記
    駆動装置を制御する制御装置とを備える半導体露光装置
    において、 該マスクアライメント用マークは、所定の基準点と当該
    基準点からの位置情報を含んだ複数のマーク要素を含
    み、 該複数のマーク要素は、少なくとも一つが前記マスクア
    ライメント顕微鏡により検出されるように配列され、 前記制御装置は、前記マスクアライメント顕微鏡により
    検出されたマーク要素位置情報に基づいて、前記マスク
    アライメント顕微鏡の検出原点と該マスクアライメント
    用マークの基準点との相対位置を求め、前記求められた
    相対位置に基づいて前記マスクステージを駆動するよう
    前記駆動装置を制御することを特徴とする半導体露光装
    置。