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WO1999004417A1 - Position sensing method and position sensor - Google Patents

Position sensing method and position sensor Download PDF

Info

Publication number
WO1999004417A1
WO1999004417A1 PCT/JP1998/003133 JP9803133W WO9904417A1 WO 1999004417 A1 WO1999004417 A1 WO 1999004417A1 JP 9803133 W JP9803133 W JP 9803133W WO 9904417 A1 WO9904417 A1 WO 9904417A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mark
mask
mask alignment
rectangle
position detection
Prior art date
Application number
PCT/JP1998/003133
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Kida
Original Assignee
Nikon Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corporation filed Critical Nikon Corporation
Priority to AU81293/98A priority Critical patent/AU8129398A/en
Publication of WO1999004417A1 publication Critical patent/WO1999004417A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Definitions

  • the present invention relates to a position detection method of a position detection member, a position detection device, and a position detection member thereof in positioning a mask or the like of a semiconductor exposure apparatus.
  • a semiconductor exposure apparatus is used to transfer a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate such as a semiconductor wafer or a glass plate coated with a photosensitive agent such as a photo resist.
  • a semiconductor exposure apparatus it is necessary to align (align) a mask and a substrate with relatively high precision. This alignment is performed, for example, as follows.
  • Mask alignment marks are formed on both sides of the peripheral edge of the mask, the mask is placed on a mask stage, and the positions of both mask alignment marks are detected by a pair of mask alignment microscopes. Since the positional relationship between the optical axes of both mask alignment microscopes and the optical axis of the projection optical system is known in advance, the relative positional relationship between the mask and the projection optical system must be known by the detection operation of this alignment microscope. Can be. This detection operation is generally called mask alignment.
  • the mask stage is driven based on the results of the mask alignment so that the center position of the mask coincides with the optical axis of the projection optical system.
  • the mask alignment marks and the fiducial marks on the substrate stage are placed in the field of view of the mask alignment microscope, and the coordinates on the mask and the coordinates of the substrate stage are correlated (fine). Alignment).
  • a fiducial By detecting the mark, that is, performing baseline measurement, the coordinates of the substrate stage and the coordinates on the substrate are correlated. As a result, the correspondence between the coordinates on the mask, the coordinates of the substrate stage, and the coordinates on the substrate can all be known, so that the substrate is driven relative to the mask by driving the substrate stage based on the baseline measurement results. Alignment can be performed with high precision.
  • the mask alignment microscope is generally not designed with a low magnification so that the entire mask can be observed at one time, but with a high magnification that can partially observe the mask for the purpose of improving accuracy. Therefore, the field of view of the mask alignment microscope on the mask is narrower than that of the mask. For this reason, after the mask is transferred to the mask stage via the transfer system, even if the alignment mark is observed with the mask alignment microscope, the center of the alignment mark may not be in the field of view of the mask alignment microscope. Many.
  • the shape of the conventional alignment mark is devised so that the mask alignment mark of the mask 101 immediately after transport always falls within the field of view 102 of the mask alignment microscope, as shown in Fig. 11.
  • the mark is formed to have a sufficiently long X line 103 and y line 104 in the x and y two-dimensional directions from the center of the mark.
  • PA in FIG. 11 is a pattern area where a circuit pattern is drawn.
  • Search measurement using a VRA microscope detects the center position of a mask alignment mark based on an image signal.
  • measurement is performed by screen joining as follows. That is, an image signal is acquired by a VRA microscope at a provisional position where the mask is placed on the mask stage, and then, for example, in the direction of 45 ° with respect to the X-axis and the y-axis, and the same as the previous image. The image signal is acquired by moving the mask by the distance where the images overlap. By repeating this, the screen crosses the X line 103 and the y line 104 several times, so that the X and y coordinates of the center of the mask alignment mark can be changed. It is to detect. Disclosure of the invention
  • the conventional mask alignment method has a problem that the time required for search measurement is long. That is, in the search measurement using the SRA microscope, the step of scanning the mask in the X direction and the step of scanning the mask in the y direction are indispensable. In the search measurement using a VRA microscope, the mask scanning direction is only one direction that intersects both the X direction and the y direction, but it is necessary to perform multiple screen joint measurement.
  • An object of the present invention is to provide a position at which a reference position of a mark formed on a positioning target can be obtained without substantially scanning a positioning target such as a mask and without performing a plurality of screen joining operations.
  • An object of the present invention is to provide a detection method, a position detection device, a position detection member, a semiconductor exposure device, and the like.
  • the present invention makes effective use of the first to fourth quadrants defined on the X and y lines of the conventional mask alignment mark, and draws marks in these quadrants as appropriate.
  • the above object is achieved.
  • the position detection method of the present invention detects the position of the position detection member on which the position detection mark is formed. Then, a plurality of mark elements including a predetermined reference point and position information from the reference point are formed on the position detection mark, and at least one of the mark elements formed on the position detection mark is detected by the detector. Then, based on the detected mark element, the relative position between the reference point and the detection origin of the detector is obtained, and based on the obtained relative position, the position of the position detection member with respect to the detection origin of the detector is detected. I do. In this case, it is preferable that each of the plurality of mark elements is a different figure. Further, the figure preferably includes parallel lines, and the relative position is obtained from the interval between the parallel lines.
  • the graphic preferably includes a rectangular graphic, and the relative position is obtained from the size of the rectangular shape.
  • the figure preferably includes a double rectangle, and the relative position is obtained from the position of the inner rectangle in the outer rectangle of the double rectangle.
  • the reference point is the center point of the position detection mark.
  • the position detection member is a mask used in a semiconductor exposure apparatus, and a position detection mark may be formed on the mask.
  • the position detection device of the present invention detects the position of the position detection member.
  • the position detection member has a position detection mark including a predetermined reference point and a plurality of mark elements including position information from the reference point.
  • the position detection device includes a detector that detects at least one of the mark elements, and a calculator that calculates the relative position between the reference point and the detection origin of the detector based on the detection result of the detector. Including.
  • the position detection member of the present invention is a member whose position is detected by a position detection device, and has a position detection mark formed at a predetermined position, and the position detection mark has a predetermined reference. It includes a plurality of mark elements including points and position information from the reference point, and the mark elements are arranged so that at least one of them is detected by a detector of the position detection device.
  • the present invention even though only one mark element (figure, section) of the entire mark is actually observed by the mark detector, It is possible to know the positional relationship of elements (graphics, sections) in the entire mark. On the other hand, since the positional relationship of the observed mark element with respect to the mark detector can be determined by observing the mark element, the positional relationship of the reference position of the mark with respect to the mark detector is immediately determined without scanning the entire mark. You can know. Therefore, the processing time for aligning the mark detector with the reference position of the mark can be greatly reduced.
  • the position detection member does not necessarily have to be movably disposed. However, when attempting to position a specific position of the mark with respect to the mark detector, the stage is moved so that the position detection member moves in the direction in which the mark extends one-dimensionally or two-dimensionally. Is provided, and the position detection member is mounted on this stage.
  • each mark element is just within the field of view of the mark detector, it is necessary to slightly drive the stage to actually put the entire mark element in the field of view of the mark detector. Occurs.
  • the size and arrangement of each mark element is determined so that at least one mark element is within the field of view of the mark detector without driving the stage.
  • the two-dimensional positioning of the position detection member may be performed by performing one-dimensional positioning in two directions orthogonal to each other. Therefore, in the case where one-dimensional positioning, for example, positioning only in the horizontal direction is to be performed, a method of forming the mark elements non-identical to each other will be described.
  • each mark element can be given a unique distance or distance (distance that takes only positive values). For example, by arranging one vertical line for each mark element and changing the thickness of the vertical line for each mark element, each mark element can be identified. However, it is more preferable to arrange two vertical lines for each mark element and to change the interval between the two vertical lines for each mark element. Alternatively, each mark element can be given a unique set of two intervals. In this case, as a set of two intervals, when the order of the two intervals is different, it is naturally preferable to identify as another set. Similarly, each mark element can be identified by giving each mark element a unique set of three intervals. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a sectional view showing an example of the exposure apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the mask.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to Modification Example 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to Modification 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to Modification 3 of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to Modification 4 of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the positioning device of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the control for obtaining the amount of displacement in the X direction between the microscope coordinate origin and the reference vertical line 4S of the mask.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the control for positioning the mask.
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing a conventional mask.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of an exposure apparatus for explaining a fine alignment.
  • Figure 1 shows the dew 2 shows an optical device, in which a mask 1 is placed on a mask stage 10, a circuit pattern 11 is drawn on the mask 1 as shown in FIG. A pair of mask alignment marks 2 are drawn.
  • the circuit pattern 11 drawn on the mask 1 is illuminated by the illumination optical system 12, and an image thereof is formed on the substrate 14 by the projection optical system 13.
  • the substrate 14 is placed on a substrate stage 15, and a fiducial mark plate 16 on which a fiducial mark is drawn at the same height as the substrate 14 is placed on the substrate stage 15.
  • a mask alignment microscope 17 is arranged so as to be opposed to the mask alignment mark 2 drawn on the mask 1.
  • the mask alignment microscope 17 is provided with a two-dimensional CCD sensor (not shown), and performs image processing on an image captured by the two-dimensional CCD sensor.
  • an office alignment optical system 18 is arranged so as to face the substrate 14 or the fiducial mark plate 16.
  • the mask stage 10 is formed so as to move the mask 1 in the plane direction, that is, the x_y plane direction.
  • the position of the mask stage 10 in the X direction with respect to the projection optical system 13 is the X position detection interference.
  • the position in the y direction is measured by the interferometer 19 Y for detecting the Y position (Fig. 8), and the rotation angle in the X-y plane is determined by interferometers 19 X and Y for the X position. It is measured by the interferometer for position detection 19 Y.
  • the substrate stage 15 is formed so as to move the substrate 14 in the X--y plane and the z direction orthogonal thereto, and the position of the substrate stage 15 in the X direction with respect to the projection optical system 13 is provided.
  • the y-direction position and the rotation angle in the X-y plane are also measured by multiple interferometers (not shown) arranged in the same way as the mask stage position interferometers 19 X and 19 Y
  • the position in the z direction is measured by an oblique incidence optical system (not shown).
  • Figure 3 shows the mask alignment mark on an enlarged scale. However, since the left and right mask alignment marks have the same mark shape or symmetric shape, only one of them is shown.
  • the mask alignment mark 2 of this embodiment includes a plurality of vertical lines 4 and a plurality of horizontal lines 5. In this embodiment, an area defined by two adjacent vertical lines 4 and two adjacent horizontal lines 5 is one section 3.
  • Each parcel 3 has at least one parcel 3 without moving mask 1. It is formed in a size enough to fit in the field of view of the squaring microscope 17.
  • the horizontal direction that is, the X direction will be described.
  • a vertical line 4 S on the left side of one section 3 and a horizontal line 5 S on the lower side are used as reference lines in the X and y directions of the entire mask alignment mark 2 to define an X-y coordinate system.
  • D is the distance between the reference vertical line 4 S and the right vertical line 4.
  • measurement section 3N The distance D between the left and right vertical lines 4 of one section (for example, section 3N in Fig. 3, hereinafter referred to as measurement section 3N) within the field of view of the mask alignment microscope is expressed by the following equation (1). .
  • the x coordinate of the vertical line 4 on the left side of the measurement section 3N is given by the following equation (2).
  • n is obtained from the equation (1). This value of n is calculated as
  • the y-coordinate of the lower horizontal line of the measurement section 3N can be obtained for the upper and lower horizontal lines.
  • the distance D between two adjacent vertical lines 4 forming one section 3 and the distance between two adjacent horizontal lines 5 are measured by a mask alignment microscope 17 to obtain a reference vertical line 4.
  • the positional relationship of the measured section 3 N with respect to S and the reference horizontal line 5 S, that is, the x and y coordinates of the X—y coordinate system can be known.
  • the positional relationship of the measurement section 3 mm is as follows. Can be determined by measuring with a microscope. Specifically, in Figure 3 The X coordinate X k of the vertical line on the left side of the measurement section 3 N based on the microscope coordinate system X—Y is obtained by processing the image measured with the mask alignment microscope 17. X-coordinate X k of the vertical line on the left side of measurement section 3 N with reference to system X—Y and reference vertical line 4 S, ie, the vertical line on the left side of measurement section 3 N with reference to coordinate system x_y. When the value of the X coordinate X c is obtained, the X coordinate XC of the reference vertical line 4 S based on the microscope coordinate system X—Y can be obtained from the following equation (3).
  • the Y coordinate YC of the reference horizontal line 5S based on the microscope coordinate system X—Y can be calculated in the same manner.
  • the coordinates of the reference vertical line 4 S or the reference horizontal line 5 S with respect to the microscope coordinate system X—Y are, in other words, the position of the reference vertical line 4 S or the reference horizontal line 5 S, and the microscope coordinate system X—Y This is nothing but the amount of movement required to match the origin of the coordinate (accurately, the value obtained by inverting the sign of the coordinate value is the amount of movement). Therefore, the direction and amount of movement of the mask 1 necessary to match the intersection of the reference vertical line 4 S and the reference horizontal line 5 S with the origin (detection origin) OG of the mask alignment microscope coordinate system X—Y , You can know immediately.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a positioning device that positions the mask 1 in the semiconductor exposure apparatus based on the above description. Components that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and components that are not shown in FIG.
  • Reference numeral 21 denotes a control device including a microprocessor and its peripheral circuits. The control device 21 controls the positioning device and also controls the entire semiconductor exposure apparatus.
  • Reference numeral 22 denotes a driving device that drives the mask stage 10 under the control of the control device 21. It is composed of
  • FIG. 9 is a flow chart showing an outline of control for obtaining a shift amount in the X direction between the microscope coordinate origin and the reference vertical line 4S of the mask in one of the mask alignment microscopes 17 of this positioning apparatus. This flowchart is executed in the control device 21 and components connected thereto.
  • step S1 the image captured by the mask alignment microscope 17 is subjected to image processing, and the interval D in the X direction of one section 3 of the mask alignment mark in the image is measured.
  • step S2 the value of n is calculated from the measured value of D and the above equation (1).
  • step S3 the value of n obtained in step S2 is substituted into the above equation (2), and the value of the X coordinate of the vertical line on the left side of the measurement section 3N with respect to the reference vertical line 4S is obtained.
  • Find xc the image taken by the mask alignment microscope 17 is image-processed, the position of the vertical line on the left side of section 3N in the image is determined, and the section based on the microscope coordinate system XY is determined.
  • step S5 Find the X coordinate value X k of the vertical line to the left of N.
  • step S5 the value of xc obtained in step S3 and the value of Xk obtained in step S4 are substituted into equation (3), and X of the reference vertical line 4S with respect to the microscope coordinate system X—Y is used.
  • coordinates XC This value of XC is the amount of displacement in the X direction between the microscope coordinate origin and the reference vertical line 4S of the mask.
  • the displacement Y C in the Y direction can be obtained in the same manner. Furthermore, the amount of deviation between the microscope coordinate origin and the reference origin of the mask in the other mask alignment microscope, that is, the amount of deviation in the X and Y directions can be obtained in the same way. Detailed contents are omitted.
  • FIG. 10 is a flowchart showing control for positioning the mask based on values measured by the left and right mask alignment microscopes.
  • the left mask alignment microscope 17 obtains a shift amount between the microscope coordinate origin and the reference origin of the mask alignment mark, that is, a shift amount XC1 in the X direction and a shift amount YC1 in the Y direction.
  • the right mask alignment microscope 17 obtains a shift amount between the microscope coordinate origin and the reference origin of the mask alignment mark, that is, a shift amount XC2 in the X direction and a shift amount YC2 in the Y direction.
  • Step SI 1 and step S 12 are based on the control flowchart of FIG.
  • step S13 based on the displacement amounts XC1YC1, XC2, and YC2 obtained in steps S11 and S12, a line connecting the detection origins of the left and right microscopes and a reference line of the left mark.
  • the line connecting the intersection of 4S and 5S with the reference line of the right mark 4S and 5S is matched, and the center position between the origins of the left and right microscopes and the reference line of the left and right marks 4
  • the mask stage 10 is driven via the driving device 22 so as to match the center position between the intersections of S and 5S.
  • the mask stage 10 is driven while measuring the position of the mask stage 10 with the interferometers 19X and 19Y. As a result, the detection origin of the mask alignment microscope and the reference origin of the mask alignment mark come into agreement.
  • FIGS. Fig. 12 shows the exposure system of Fig. 1 in which a light source 23 and a fiber glass 24 are added to explain the fine alignment, and the fiducial mark plate 16 is connected to the projection optical system 13
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state where the light source is moved on the optical axis.
  • the common components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • a fiducial mark plate 16 on which a fiducial mark is formed is mounted on the substrate stage 15.
  • the fiducial mark plate 16 is provided with, for example, two openings 21 and 22 through which light passes, and the openings 21 and 22 have alignment patterns corresponding to the marks for mask alignment. (A so-called fiducial mark, hereinafter also referred to as reference numerals 21 and 22) are formed.
  • the light source 23 emits the alignment light AL having the same wavelength as the exposure light EL, and irradiates the aperture patterns 21 and 22 through the optical fiber 24.
  • the alignment light AL passes through the aperture patterns 21 and 22, the projection lens 13 and the mask alignment mark 2 of the mask 1, and is received by the alignment microscope 17.
  • Alignment The microscope 17 simultaneously photoelectrically detects the aperture patterns 21 and 22 and the mark 2 for mask alignment, which are in a conjugate positional relationship, and detects the relative position of each mark through signal processing (image processing). .
  • the controller 21 (FIG. 8) eliminates the positional deviation at the relative position to zero.
  • the mask stage 10 (FIGS. 8 and 12) is driven via the driving device 22 (FIG. 8) to move the mask 1 as described above.
  • the mask alignment mark 2 and the opening patterns 21 and 22 are accurately aligned, and the position of the mask in the coordinate system on the substrate stage side is accurately controlled. Will be.
  • FIG. 4 shows a first modification of the mask alignment mark.
  • each section 3 is formed by an area partitioned by two adjacent vertical lines and two horizontal lines.
  • each section 3 is formed by an isolated mark. It was formed.
  • the mask alignment mark 2 of Modification 1 is composed of a plurality of rectangles 6, and each rectangle 6 forms one section 3.
  • the centroids (intersections of the center lines of the left and right sides and the center lines of the upper and lower sides) of each rectangle 6 are arranged in a grid pattern in the X and y directions.
  • the pitch in the X direction and the pitch in the y direction need not necessarily be the same.
  • the size and arrangement pitch of each rectangle 6 is such that at least one rectangle 6 can enter the field of view of the mask alignment microscope without moving the mask 1.
  • the X direction since there is no difference in principle between the horizontal direction and the vertical direction, only the horizontal direction, that is, the X direction will be described.
  • One of the rectangles 6S is used as a reference for the entire mask alignment mark 2, and The point passing through the centroid of the reference rectangle 6S is set as the origin of the x-y coordinates.
  • P be the pitch of the centroid of each rectangle 6 in the X direction.
  • Do be the interval between the left and right sides of the reference rectangle 6S.
  • the distance D between the left and right sides of each rectangle 6 is formed so as to increase by d as it proceeds toward the right rectangle.
  • the measured X coordinate of the centroid of the rectangle 6 is represented by a linear function of the distance D between the left and right sides of the rectangle 6.
  • the position of the measured centroid of the rectangle 6 with respect to the centroid of the reference rectangle 6S is obtained.
  • the positional relationship of the measured rectangle 6 with respect to the coordinate system XY of the mask alignment microscope can be determined by measuring the rectangle 6 with a microscope. That is, it is possible to know the X and Y coordinates of the centroid of the reference rectangle 6S based on the microscope coordinate system XY. As a result, the direction and amount of movement of mask 1 required to match the centroid (the origin of the X-y coordinate system) of the reference rectangle 6S with the origin (the detection origin) of the coordinate system of the mask alignment microscope are determined. , You can know immediately.
  • FIG. 5 shows a second modification of the mask alignment mark 2.
  • the interval at which the position information of each section 3 is given is a distance that takes only a positive value.
  • both positive and negative values can be taken.
  • the position information of each section 3 is given by the distance.
  • the mask alignment mark 2 of Modification 2 is composed of a plurality of outer rectangles 7 and an inner rectangle 8 arranged inside each outer rectangle 7, and these inner and outer rectangles 7, Block 3 is configured.
  • the outer rectangles 7 are formed congruently with each other, and are arranged in a grid pattern in the X direction and the y direction.
  • the pitch in the X direction and the pitch in the y direction need not necessarily be the same.
  • each outer rectangle 7 The size and the arrangement pitch of each outer rectangle 7 are formed such that at least one outer rectangle 7 can enter the field of view of the mask alignment microscope without moving the mask 1. Also, each inner rectangle 8 is formed congruently with each other. However, the positional relationship of each inner rectangle 8 within the outer rectangle 7 differs for each section 3.
  • the horizontal direction that is, the X direction will be described.
  • One of the outer rectangles 7 S is used as a reference for the entire mask alignment mark 2, and the centroid of the reference outer rectangle 7 S is used as the origin of the X—y coordinates.
  • P be the pitch of the centroid of each outer rectangle 7 in the X direction.
  • the outermost rectangle 7R is further drawn only on the reference outer rectangle 7S to clearly indicate that it is the reference outer rectangle 7S.
  • the centroids of the inner and outer rectangles 7S and 8 coincide.
  • the centroid of the inner rectangle 8 moves to the right by d more than the centroid of the outer rectangle 7, and similarly the left rectangle 7, As we go to 8, the centroid of the inner rectangle 8 moves to the left by d, ie, to the right by d, than the centroid of the outer rectangle 7.
  • the X coordinate of the centroid of the measured outer rectangle 7 Is expressed as a linear function of the distance D in the x direction from the centroid of its outer rectangle to the centroid of its inner inner rectangle 8, and is more specifically proportional.
  • a diagram of the reference outer rectangle 7S is obtained.
  • the positional relationship of the measured centroid of the outer rectangle 7, that is, the x and y coordinates can be known.
  • the measurement for the coordinate system X-Y of the mask alignment microscope The positional relationship between the centroids of the outer rectangle 7 is determined by measuring the outer rectangle 7 with a microscope. That is, the X-Y coordinates of the centroid of the reference outer rectangle 7S based on the microscope coordinate system X-Y can be known.
  • each outer rectangle 7 can be a square with sides 1 5 0 // m
  • each inner rectangle 8 can be a square with sides 50 m
  • the outermost rectangle 7 R is sides 250 m can be square.
  • the arrangement pitch of each outer square 7 can be 450 m in the X direction and 300 m in the y direction.
  • the image range 9 of the mask alignment microscope is as follows. That is, first of all,
  • the left side of the outer square is likely to be missing from the image range 9, and the right outer square is the right end.
  • the unit shift d of the centroid of the inner square 8 can be 9 m in both the X and y directions. in this case,
  • the inner square 8 does not protrude outside the outer square 7
  • five outer squares can be arranged on the upper, lower, left and right sides of the reference outer square 7S. Therefore, the outer squares of the 1 1 X 11 array can be conveniently placed, and therefore the size of the overall mask alignment mark is
  • the outer square 7 is selected from the image of the mask alignment mark observed by the mask alignment microscope. In other words, when multiple outer squares 7 are observed, any outer square 7 is selected.
  • the vertical lines of the left and right sides of the outer positive square 7 selected position Xu relative to the coordinate system X- Y mask ⁇ Rye instrument microscope, measuring the X 12. That is, capital letters are used when the coordinate system X- ⁇ of the mask alignment microscope is used as a reference.
  • the position Yu relative to the coordinate system X- Upsilon of Masukuaraimen bets microscope measuring the Y 12.
  • the position X, of the central vertical line of the left and right sides of the outer square 7, the position ⁇ , of the central horizontal line of the upper and lower sides,, and the left and right sides of the inner square 8 position chi 2 central vertical line of the position Upsilon 2 central horizontal line of the upper and lower sides Ru determined by the following equation.
  • the distance D from the central vertical line of the outer square 7 to the central vertical line of the inner square 8 and the distance H from the central horizontal line of the outer square 7 to the central horizontal line of the inner square 8 are calculated by the following equations.
  • the above processing is performed for each of the left and right mask alignment microscopes.
  • the center position (Xe, Yc) of the reference outer square 7S of the left and right mask alignment marks and the rotation angle 0 of the mask are based on the coordinate system with the origin at the center of the left and right mask alignment microscopes.
  • L is the distance between the origins of both mask alignment microscopes. Based on this result, the mask stage is driven and fine alignment is performed.
  • the inner rectangle 8 is arranged inside the outer rectangle 7, but a cross-shaped figure can be arranged inside the outer rectangle 7.
  • FIG. 6 shows a third modification of the mask alignment mark 2.
  • the section 3 had one interval or distance in one direction (X or y). It has two intervals in one direction (X or y).
  • the mask alignment mark 2 of Modification 3 is composed of a plurality of vertical lines 4 and a plurality of horizontal lines 5, and is defined by three adjacent vertical lines 4 and three adjacent horizontal lines 5.
  • the divided area is one section 3. Therefore, adjacent sections 3 overlap each other. Also, each section 3 does not have to move the mask 1. At least one section 3 is formed so that it is within the field of view of the mask alignment microscope.
  • the central vertical line 4S and horizontal line 5S are reference lines for the entire mask alignment mark 2, and coincide with the coordinate axes of the coordinate system X_y.
  • Other vertical lines are arranged symmetrically.
  • the interval from the reference vertical line 4 S to the next vertical line is 1 25 wm, the next interval is 30 m, the subsequent intervals are widened by 10 ⁇ m, and the last interval is 200 im I have. Therefore, the distance from the reference vertical line 4 S to the rightmost vertical line or the leftmost vertical line is:
  • the other horizontal lines are arranged vertically symmetrically.
  • the interval from the reference horizontal line 5S to the adjacent horizontal line is 125 m, the next interval is 30 ⁇ m, the subsequent intervals are 6 m wide, and the last interval is 150 nm. Therefore, the distance from the reference horizontal line 5 S to the uppermost horizontal line, or the distance from the lowermost horizontal line, is
  • the width of each vertical and horizontal line is 15 m.
  • a specific measurement procedure is performed as follows.
  • the processing of the left and right mask alignment mark images observed by the left and right mask alignment microscopes is the same, so only one of them will be described for the time being.
  • the section divided by three adjacent vertical lines and three horizontal lines is selected. That is, when four or more vertical lines or four or more horizontal lines are observed, there are multiple sections, but an arbitrary section is selected.
  • the positions ⁇ , ⁇ 2 , and ⁇ 3 are measured in order from the left vertical line with respect to the coordinate system XY of the mask alignment microscope. That is, when the coordinate system X-— of the mask alignment microscope is used as a reference, the coordinates are represented by capital letters X and ⁇ .
  • the image signal is compressed in the y direction to detect the peak position of the signal.
  • the image signal is Compress in the X direction to detect the peak position of the signal.
  • the center position (Xc, Yc) of the reference vertical line 4S and the reference horizontal line 5S of the left and right mask alignment marks and the rotation angle 0 of the mask are determined with the origin at the center of the left and right mask alignment microscopes.
  • L is the distance between the origins of both mask alignment microscopes. Based on this result, the mask stage is driven to perform fine alignment.
  • FIG. 7 shows a fourth modification of the mask alignment mark 2.
  • the mask alignment mark 2 of this modification is the same as that of the above-described modification 3, but the arrangement of the intervals is different from that of the above-mentioned modification 3. That is, in the above-described modification 3, the interval between the vertical lines basically changes by 10 m except for the central portion, and the interval between the horizontal lines basically changes by 6 m except for the central portion.
  • No. 4 has a configuration in which the amount of change in the interval is not constant.
  • the central vertical line 4 S and horizontal line 5 S are the reference lines for the entire mask alignment mark 2 and coincide with the coordinate axes of the coordinate system X—y.
  • B, C, D, and F are 180, 170, 160, and 150 m, respectively. Either value may be taken.
  • the above array “PABCDEFACE AD FBE” is a combination of adjacent intervals None is thought to be the same. This combination can be considered, for example, by the following method.
  • any combination considering the order of two adjacent intervals is not the same as each other.
  • the total number of vertical lines is 31 and the width of the entire mask alignment mark is 5230 m.
  • the other horizontal lines are arranged vertically symmetrically.
  • a and E are respectively 150 m and 144 m
  • B, C, D, and F are 1 3 8 1 3 2 1 2 6 1 2 0 ⁇
  • Both the arrangement of the spacing upward from the reference horizontal line 5 S and the arrangement of the spacing downward are the same as the arrangement in the X direction It has been. Therefore, the total number of horizontal lines is 31 and the overall width of the mask alignment mask is 408 m. As described above, according to the present modification, the number of lines (carved lines) can be reduced.
  • the selected vertical line 4S was used as a reference.
  • Book vertical line Of central processing for obtaining the position chi 2 vertical lines it can not be done by a formula. Therefore, the position X 2 is stored as a function of the interval DD 2 in the form of a table x 2 (D, D 2 ).
  • X 2 is the position (X coordinate) of the center vertical line of the selected three vertical lines in the coordinate system X- ⁇ of the mask alignment microscope.
  • the table for obtaining the position X 2 of the central vertical line is used.
  • x 2 (D ,, D 2 ) has the same format as the table y 2 (H, H 2 ) for determining the position of the center horizontal line y 2 . Therefore, by carrying only one table, the position (x 2, y can be obtained, and this, a microscope coordinate system X- reference vertical line 4 in Upsilon S and the reference horizontal line 5 S position coordinates (X, ⁇ ) can be obtained.
  • the present invention is not limited to this.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to any position detection member that performs position detection or positioning by observing or imaging a mark with a reticle or wafer, or a microscope or an imaging device. It can also be applied to position detection of masks in charged particle beam exposure equipment and X-ray exposure equipment. Charged particle beam exposure In the case of the apparatus, the position deviation may be corrected based on the result of the position detection, such as by deflecting the electron beam without driving the mask or the like.
  • a one-dimensional line sensor may be used as long as it detects the parallel line interval.
  • the transmittance of the mask alignment mark detected by the alignment microscope 17 may be made different depending on the position.
  • the shape information such as the detected line width or the distance between lines is the same, but for example, the transmittance of the line passing through the center of the mark is the highest, and the line that is farther from the mark center is more transparent. Decrease rate.
  • the gray value (0 to 255) of the line is obtained, and the difference from the gray value of the mark center line is calculated to obtain the distance from the mark center. You may do so. In this case, it is sufficient to simply provide a photoelectric element capable of detecting luminance and the like.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

A position sensing mark is provided on an object whose position is to be measured. The position sensing mark comprises a predetermined reference point and a plurality of mark elements including information on positions relative to the reference point. At least one mark element is detected by a detector and, in accordance with the detected mark element, the relative position of the detection origin of the detector relative to the reference point is found and, in accordance with the relative position, the position of the object relative to the detection origin of the detector is found.

Description

明細書 位置検出方法および位置検出装置 本出願は日本国特許出願平成 9年第 2 0 5 2 8 0号 (平成 9年 7月 1 4 日出願) を基礎として、 その内容は引用文としてここに組み込まれる。 技術分野  Description Position detection method and position detection device This application is based on Japanese Patent Application No. 2005-28080 (filed on July 14, 1997), the contents of which are hereby incorporated by reference. Be incorporated. Technical field
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。 背景技術  The present invention relates to a position detection method of a position detection member, a position detection device, and a position detection member thereof in positioning a mask or the like of a semiconductor exposure apparatus. Background art
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ェ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 (ァライメン 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。  A semiconductor exposure apparatus is used to transfer a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate such as a semiconductor wafer or a glass plate coated with a photosensitive agent such as a photo resist. In a semiconductor exposure apparatus, it is necessary to align (align) a mask and a substrate with relatively high precision. This alignment is performed, for example, as follows.
マスクの周縁部の両側にマスクァライメン 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、 両マスクァライメン ト用マークの位置を一対 のマスクァライメント顕微鏡によって検出する。 両マスクァ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、 このァライメン 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ァライメン トと言う。  Mask alignment marks are formed on both sides of the peripheral edge of the mask, the mask is placed on a mask stage, and the positions of both mask alignment marks are detected by a pair of mask alignment microscopes. Since the positional relationship between the optical axes of both mask alignment microscopes and the optical axis of the projection optical system is known in advance, the relative positional relationship between the mask and the projection optical system must be known by the detection operation of this alignment microscope. Can be. This detection operation is generally called mask alignment.
マスクァライメン 卜の結果に基づいて、 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。 次いで両マスクァライメン卜用マ —クと、 基板ステージ上の基準マーク (フイデユーシャルマーク) とをマスクァ 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 (ファインァライメント) を行う。  The mask stage is driven based on the results of the mask alignment so that the center position of the mask coincides with the optical axis of the projection optical system. Next, the mask alignment marks and the fiducial marks on the substrate stage are placed in the field of view of the mask alignment microscope, and the coordinates on the mask and the coordinates of the substrate stage are correlated (fine). Alignment).
次いで例えばオファクシス系のァライメント光学系を用いてフイデユーシャル マー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、 基板ステ一 ジの座標と基板上の座標との対応付けを行う。 これによつ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 を高精度にァライメントすることができる。 Next, for example, a fiducial By detecting the mark, that is, performing baseline measurement, the coordinates of the substrate stage and the coordinates on the substrate are correlated. As a result, the correspondence between the coordinates on the mask, the coordinates of the substrate stage, and the coordinates on the substrate can all be known, so that the substrate is driven relative to the mask by driving the substrate stage based on the baseline measurement results. Alignment can be performed with high precision.
マスクァライメン 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ァライメント顕 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、 マスクァライメント顕微鏡でァライメン ト用マークを 観察してもァライメント用マークの中心がマスクァライメント顕微鏡の視野に入 らないことが多い。  The mask alignment microscope is generally not designed with a low magnification so that the entire mask can be observed at one time, but with a high magnification that can partially observe the mask for the purpose of improving accuracy. Therefore, the field of view of the mask alignment microscope on the mask is narrower than that of the mask. For this reason, after the mask is transferred to the mask stage via the transfer system, even if the alignment mark is observed with the mask alignment microscope, the center of the alignment mark may not be in the field of view of the mask alignment microscope. Many.
このため、 従来のァライメント用マークは、 図 1 1 に示すように搬送直後のマ スク 1 0 1 のマスクァライメント用マークがマスクァライメント顕微鏡の視野 1 0 2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 1 0 3及び yライン 1 0 4を有して形成されていた。 これにより、 後述するマスク 1 0 1 に形成されたマ スク用マーク 1 0 3、 1 0 4のサーチァライメントを効率的に行えていた。 図 1 1 の P Aは、 回路パターンが描かれたパターンエリアである。  For this reason, the shape of the conventional alignment mark is devised so that the mask alignment mark of the mask 101 immediately after transport always falls within the field of view 102 of the mask alignment microscope, as shown in Fig. 11. For example, in the case of a cross-shaped mark, the mark is formed to have a sufficiently long X line 103 and y line 104 in the x and y two-dimensional directions from the center of the mark. As a result, the search alignment of the mask marks 103 and 104 formed on the mask 101 described later was performed efficiently. PA in FIG. 11 is a pattern area where a circuit pattern is drawn.
ァライメン ト用マークの中心をァライメン 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 (サーチァライメント) は、 S RA (Scan Reticle Alignment) 顕微鏡によるものや、 VRA (Video Reticle Alignment) 顕微鏡によるもの等がある。  The alignment of the alignment mark center to the detection origin of the alignment microscope (almost the center of the visual field) is performed. Reticle Alignment) There is a thing by a microscope.
S R A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 —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 ァライメン 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、 マスクァ ライメント用マークの yライン 1 0 4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、 マスクァライメン 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、 マスクァライメント用マークの Xライン 1 0 3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 てマスクァ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、 U S P N o . 4 7 9 4 4 2 6 において詳細に開示されている。 In search measurement using an SRA microscope, light emitted from a fiducial mark on a substrate stage illuminates a mask alignment mark formed on a mask through a projection optical system. Then, by scanning the mask in the X direction and measuring the peak position of the amount of light when the mask alignment mark crosses the y line 104, the X coordinate of the center of the mask alignment mark is measured. The mask is scanned in the y direction and the X-line 103 of the mask alignment mark is The y-coordinate is measured by measuring the peak position of the light quantity at the time of cutting, and thus the X and y coordinates of the center of the mask alignment mark are detected. This approach is disclosed in detail in USPN No. 4,794,426.
V R A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ァライメン 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 V R A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 4 5 ° 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 1 0 3 と yライン 1 0 4 とを横切ることになるから、 これによつ てマスクァライメン ト用マークの中心の X , y座標を検出するものである。 発明の開示  Search measurement using a VRA microscope detects the center position of a mask alignment mark based on an image signal. In this case, measurement is performed by screen joining as follows. That is, an image signal is acquired by a VRA microscope at a provisional position where the mask is placed on the mask stage, and then, for example, in the direction of 45 ° with respect to the X-axis and the y-axis, and the same as the previous image. The image signal is acquired by moving the mask by the distance where the images overlap. By repeating this, the screen crosses the X line 103 and the y line 104 several times, so that the X and y coordinates of the center of the mask alignment mark can be changed. It is to detect. Disclosure of the invention
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、 マスクのァライメン 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、 マスクのァ ライメント処理時間を短縮することは重要である。  As the capability of semiconductor exposure equipment, importance is placed on the number of substrates that can be processed per unit time (throughput), as well as the overlay accuracy of the circuit pattern on the mask and the pattern on the substrate. Mask alignment is not frequent in the operation of exposure equipment, but it is important to reduce the mask alignment processing time from the viewpoint of reducing the lot transfer time.
しかるに従来のマスクァライメン 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 S R A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 V R A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。  However, the conventional mask alignment method has a problem that the time required for search measurement is long. That is, in the search measurement using the SRA microscope, the step of scanning the mask in the X direction and the step of scanning the mask in the y direction are indispensable. In the search measurement using a VRA microscope, the mask scanning direction is only one direction that intersects both the X direction and the y direction, but it is necessary to perform multiple screen joint measurement.
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。  An object of the present invention is to provide a position at which a reference position of a mark formed on a positioning target can be obtained without substantially scanning a positioning target such as a mask and without performing a plurality of screen joining operations. An object of the present invention is to provide a detection method, a position detection device, a position detection member, a semiconductor exposure device, and the like.
本発明は、 従来のマスクァ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。 The present invention makes effective use of the first to fourth quadrants defined on the X and y lines of the conventional mask alignment mark, and draws marks in these quadrants as appropriate. Thus, the above object is achieved.
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。  That is, the position detection method of the present invention detects the position of the position detection member on which the position detection mark is formed. Then, a plurality of mark elements including a predetermined reference point and position information from the reference point are formed on the position detection mark, and at least one of the mark elements formed on the position detection mark is detected by the detector. Then, based on the detected mark element, the relative position between the reference point and the detection origin of the detector is obtained, and based on the obtained relative position, the position of the position detection member with respect to the detection origin of the detector is detected. I do. In this case, it is preferable that each of the plurality of mark elements is a different figure. Further, the figure preferably includes parallel lines, and the relative position is obtained from the interval between the parallel lines.
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。  Further, the graphic preferably includes a rectangular graphic, and the relative position is obtained from the size of the rectangular shape.
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。  The figure preferably includes a double rectangle, and the relative position is obtained from the position of the inner rectangle in the outer rectangle of the double rectangle.
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。  Preferably, the reference point is the center point of the position detection mark.
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。  Note that the position detection member is a mask used in a semiconductor exposure apparatus, and a position detection mark may be formed on the mask.
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を含む。  The position detection device of the present invention detects the position of the position detection member. The position detection member has a position detection mark including a predetermined reference point and a plurality of mark elements including position information from the reference point. The position detection device includes a detector that detects at least one of the mark elements, and a calculator that calculates the relative position between the reference point and the detection origin of the detector based on the detection result of the detector. Including.
本発明の被位置検出部材は、 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。  The position detection member of the present invention is a member whose position is detected by a position detection device, and has a position detection mark formed at a predetermined position, and the position detection mark has a predetermined reference. It includes a plurality of mark elements including points and position information from the reference point, and the mark elements are arranged so that at least one of them is detected by a detector of the position detection device.
以上のように、 本発明によれば、 実際にはマーク検出器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 つ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。 As described above, according to the present invention, even though only one mark element (figure, section) of the entire mark is actually observed by the mark detector, It is possible to know the positional relationship of elements (graphics, sections) in the entire mark. On the other hand, since the positional relationship of the observed mark element with respect to the mark detector can be determined by observing the mark element, the positional relationship of the reference position of the mark with respect to the mark detector is immediately determined without scanning the entire mark. You can know. Therefore, the processing time for aligning the mark detector with the reference position of the mark can be greatly reduced.
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。  Here, the position detection member does not necessarily have to be movably disposed. However, when attempting to position a specific position of the mark with respect to the mark detector, the stage is moved so that the position detection member moves in the direction in which the mark extends one-dimensionally or two-dimensionally. Is provided, and the position detection member is mounted on this stage.
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 —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。  At this time, assuming that the size of each mark element is just within the field of view of the mark detector, it is necessary to slightly drive the stage to actually put the entire mark element in the field of view of the mark detector. Occurs. Similarly, even if the size of each mark element is sufficiently small, if the arrangement is sparse, it is necessary to slightly drive the stage in order to bring the actual mark element into the field of view of the mark detector. Therefore, it is preferable that the size and arrangement of each mark element is determined so that at least one mark element is within the field of view of the mark detector without driving the stage.
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。  In order to know the positional relationship of the mark element in the entire mark from one mark element detected by the mark detector, it is necessary to form all of the mark elements so as to be non-identical to each other. Here, the two-dimensional positioning of the position detection member may be performed by performing one-dimensional positioning in two directions orthogonal to each other. Therefore, in the case where one-dimensional positioning, for example, positioning only in the horizontal direction is to be performed, a method of forming the mark elements non-identical to each other will be described.
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。 周様に、 各マ一 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。 図面の簡単な説明 As one method, each mark element can be given a unique distance or distance (distance that takes only positive values). For example, by arranging one vertical line for each mark element and changing the thickness of the vertical line for each mark element, each mark element can be identified. However, it is more preferable to arrange two vertical lines for each mark element and to change the interval between the two vertical lines for each mark element. Alternatively, each mark element can be given a unique set of two intervals. In this case, as a set of two intervals, when the order of the two intervals is different, it is naturally preferable to identify as another set. Similarly, each mark element can be identified by giving each mark element a unique set of three intervals. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1 は、 露光装置の一例を示す断面図である。  FIG. 1 is a sectional view showing an example of the exposure apparatus.
図 2は、 マスクの一例を示す概略平面図である。  FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the mask.
図 3は、 本発明の第 1実施例によるマスクァライメン ト用マークを示す概略平 面図である。  FIG. 3 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to the first embodiment of the present invention.
図 4は、 本発明の変形例 1 によるマスクァライメント用マークを示す概略平面 図である。  FIG. 4 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to Modification Example 1 of the present invention.
図 5は、 本発明の変形例 2 によるマスクァライメント用マークを示す概略平面 図である。  FIG. 5 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to Modification 2 of the present invention.
図 6は、 本発明の変形例 3 によるマスクァライメン ト用マークを示す概略平面 図である。  FIG. 6 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to Modification 3 of the present invention.
図 7 は、 本発明の変形例 4によるマスクァライメント用マークを示す概略平面 図である。  FIG. 7 is a schematic plan view showing a mask alignment mark according to Modification 4 of the present invention.
図 8は、 本発明の位置決め装置の構成図である。  FIG. 8 is a configuration diagram of the positioning device of the present invention.
図 9は、 顕微鏡座標原点とマスクの基準縦線 4 S 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ヤ一卜である。  FIG. 9 is a flowchart showing the control for obtaining the amount of displacement in the X direction between the microscope coordinate origin and the reference vertical line 4S of the mask.
図 1 0は、 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。  FIG. 10 is a flowchart showing the control for positioning the mask.
図 1 1 は、 従来技術のマスクを示す概略平面図である。  FIG. 11 is a schematic plan view showing a conventional mask.
図 1 2は、 ファイ ンァライメン トを説明する露光装置の断面図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 12 is a cross-sectional view of an exposure apparatus for explaining a fine alignment. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
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 1 0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 1 1 が描かれており、 また回路パターン 1 1 の 周辺に、 左右一対のマスクァライメン卜用マーク 2が描かれている。 マスク 1 上 に描かれた回路パターン 1 1 は照明光学系 1 2によって照明され、 その像は投影 光学系 1 3 によって基板 1 4上に結像する。 基板 1 4は基板ステージ 1 5上に載 置されており、 基板ステージ 1 5上には、 基板 1 4 と同一の高さにフイデュ一シ ャルマークが描かれているフイデュ一シャルマーク板 1 6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ァライメント用マーク 2 に対向して、 それぞれ マスクァライメント顕微鏡 1 7が配置されている。 このマスクァライメント顕微 鏡 1 7 には 2次元 C C Dセンサ (不図示) が設けられており、 2次元 C C D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 1 3の 側方には、 基板 1 4ないしはフイデュ一シャルマーク板 1 6 に対向して、 オファ クシスァライメント光学系 1 8が配置されている。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the present invention is applied to a technique for positioning a mask 1 of a semiconductor exposure apparatus. First, Figure 1 shows the dew 2 shows an optical device, in which a mask 1 is placed on a mask stage 10, a circuit pattern 11 is drawn on the mask 1 as shown in FIG. A pair of mask alignment marks 2 are drawn. The circuit pattern 11 drawn on the mask 1 is illuminated by the illumination optical system 12, and an image thereof is formed on the substrate 14 by the projection optical system 13. The substrate 14 is placed on a substrate stage 15, and a fiducial mark plate 16 on which a fiducial mark is drawn at the same height as the substrate 14 is placed on the substrate stage 15. A mask alignment microscope 17 is arranged so as to be opposed to the mask alignment mark 2 drawn on the mask 1. The mask alignment microscope 17 is provided with a two-dimensional CCD sensor (not shown), and performs image processing on an image captured by the two-dimensional CCD sensor. On the other hand, on the side of the projection optical system 13, an office alignment optical system 18 is arranged so as to face the substrate 14 or the fiducial mark plate 16.
マスクステージ 1 0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 1 3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 1 9 Xにより、 y方向の位置は Y位置検出用 干渉計 1 9 Y (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 1 9 Xと Y位置検出用干渉計 1 9 Yによって計測される。 また基板ステ —ジ 1 5は、 基板 1 4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 1 3 に対する基板ステージ 1 5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 1 9 X、 1 9 Y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。  The mask stage 10 is formed so as to move the mask 1 in the plane direction, that is, the x_y plane direction. The position of the mask stage 10 in the X direction with respect to the projection optical system 13 is the X position detection interference. The position in the y direction is measured by the interferometer 19 Y for detecting the Y position (Fig. 8), and the rotation angle in the X-y plane is determined by interferometers 19 X and Y for the X position. It is measured by the interferometer for position detection 19 Y. The substrate stage 15 is formed so as to move the substrate 14 in the X--y plane and the z direction orthogonal thereto, and the position of the substrate stage 15 in the X direction with respect to the projection optical system 13 is provided. And the y-direction position and the rotation angle in the X-y plane are also measured by multiple interferometers (not shown) arranged in the same way as the mask stage position interferometers 19 X and 19 Y The position in the z direction is measured by an oblique incidence optical system (not shown).
図 3はマスクァライメント用マークを拡大して示す。 但し、 左右のマスクァラ ィメン 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ァ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 スクァライメン ト顕微鏡 1 7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。 Figure 3 shows the mask alignment mark on an enlarged scale. However, since the left and right mask alignment marks have the same mark shape or symmetric shape, only one of them is shown. The mask alignment mark 2 of this embodiment includes a plurality of vertical lines 4 and a plurality of horizontal lines 5. In this embodiment, an area defined by two adjacent vertical lines 4 and two adjacent horizontal lines 5 is one section 3. Each parcel 3 has at least one parcel 3 without moving mask 1. It is formed in a size enough to fit in the field of view of the squaring microscope 17. Hereinafter, since there is no difference in principle between the horizontal direction and the vertical direction, only the horizontal direction, that is, the X direction will be described.
1つの区画 3 の左側の縦線 4 S と下側の横線 5 Sを全体のマスクァライメン 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 4 Sの X座標は x = 0、 基準横線 5 Sの y座標は y = 0である。 基準縦線 4 S と その右側の縦線 4 との間隔を D。、 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。  A vertical line 4 S on the left side of one section 3 and a horizontal line 5 S on the lower side are used as reference lines in the X and y directions of the entire mask alignment mark 2 to define an X-y coordinate system. The X coordinate of the reference vertical line 4S is x = 0, and the y coordinate of the reference horizontal line 5S is y = 0. D is the distance between the reference vertical line 4 S and the right vertical line 4. The interval between the left and right vertical lines 4 constituting each section 3 increases by d as one goes to the right section, and decreases by d as one goes to the left section.
マスクァライメン 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 3 N、 以下、 測定区画 3 Nと呼ぶ) の左右の縦線 4の間隔 Dは次の式 ( 1 ) で表される。  The distance D between the left and right vertical lines 4 of one section (for example, section 3N in Fig. 3, hereinafter referred to as measurement section 3N) within the field of view of the mask alignment microscope is expressed by the following equation (1). .
D = D n d (n = 0、 ± 1、 ± 2、 ·. ··) . . . ( 1 )  D = D n d (n = 0, ± 1, ± 2, ...)... (1)
測定区画 3 Nの左側の縦線 4の x座標は、 次式 ( 2 ) で与えられる。 The x coordinate of the vertical line 4 on the left side of the measurement section 3N is given by the following equation (2).
x =D。十 [D。十 d ] + [D。+ 2 d ] + ·· ·· + [D。+ ( n - 1 ) d ] = n Do+ n ( n - 1 ) d / 2 . . . ( 2 )  x = D. Ten [D. Ten d] + [D. + 2 d] + · · · + [D. + (n-1) d] = n Do + n (n-1) d / 2... (2)
いま、 マスクァライメン ト顕微鏡 1 7の視野内に入った測定区画 3 N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 Now, when the distance D between the left and right vertical lines 4 of the measurement section 3 N in the field of view of the mask alignment microscope 17 is measured, n is obtained from the equation (1). This value of n is calculated as
( 2 ) に代入すると測定区画 3 Nの左側の縦線 4の X座標 X c を求めることがで さる。 By substituting into (2), the X coordinate Xc of the vertical line 4 on the left side of the measurement section 3N can be obtained.
上下の横線についても同様にして、 測定区画 3 Nの下側の横線の y座標を求め ることができる。  Similarly, the y-coordinate of the lower horizontal line of the measurement section 3N can be obtained for the upper and lower horizontal lines.
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の間隔をマスクァライメン ト顕微鏡 1 7 によって測定することによ り、 基準縦線 4 S と基準横線 5 S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。  Thus, the distance D between two adjacent vertical lines 4 forming one section 3 and the distance between two adjacent horizontal lines 5 are measured by a mask alignment microscope 17 to obtain a reference vertical line 4. The positional relationship of the measured section 3 N with respect to S and the reference horizontal line 5 S, that is, the x and y coordinates of the X—y coordinate system can be known.
他方、 マスクァライメン ト顕微鏡 1 7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、 測定区画 3 Νの位置関係は、 その区画 3 Νを顕微鏡で測定することにより知ることができる。 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 3 Nの左側の縦線の X座標 X kは. マスクァライメン ト顕微鏡 1 7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 3 Nの左側の縦線の X座 標 X k と、 基準縦線 4 Sすなわち座標系 x _ yを基準とした測定区画 3 Nの左側 の縦線の X座標 X c 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 4 Sの X座標 X Cを求めることができる。 On the other hand, relative to the coordinate system X—Y of the mask alignment microscope 17 (shown in FIG. 3; hereinafter, referred to as the microscope coordinate system X_Y), the positional relationship of the measurement section 3 mm is as follows. Can be determined by measuring with a microscope. Specifically, in Figure 3 The X coordinate X k of the vertical line on the left side of the measurement section 3 N based on the microscope coordinate system X—Y is obtained by processing the image measured with the mask alignment microscope 17. X-coordinate X k of the vertical line on the left side of measurement section 3 N with reference to system X—Y and reference vertical line 4 S, ie, the vertical line on the left side of measurement section 3 N with reference to coordinate system x_y. When the value of the X coordinate X c is obtained, the X coordinate XC of the reference vertical line 4 S based on the microscope coordinate system X—Y can be obtained from the following equation (3).
X C = X k - x c . . . ( 3 )  X C = X k-x c... (3)
顕微鏡座標系 X— Yを基準とした基準横線 5 Sの Y座標 Y Cについても同様に 算出することができる。  The Y coordinate YC of the reference horizontal line 5S based on the microscope coordinate system X—Y can be calculated in the same manner.
顕微鏡座標系 X— Yを基準とした、 基準縦線 4 S又は基準横線 5 Sの座標とは, 換言すれば、 基準縦線 4 S又は基準横線 5 Sの位置を、 顕微鏡座標系 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 4 S と基準横線 5 Sの交点を、 マスクァライメント顕微鏡座標系 X— Yの原点 (検出原点) O G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。  The coordinates of the reference vertical line 4 S or the reference horizontal line 5 S with respect to the microscope coordinate system X—Y are, in other words, the position of the reference vertical line 4 S or the reference horizontal line 5 S, and the microscope coordinate system X—Y This is nothing but the amount of movement required to match the origin of the coordinate (accurately, the value obtained by inverting the sign of the coordinate value is the amount of movement). Therefore, the direction and amount of movement of the mask 1 necessary to match the intersection of the reference vertical line 4 S and the reference horizontal line 5 S with the origin (detection origin) OG of the mask alignment microscope coordinate system X—Y , You can know immediately.
もっとも現実には、 マスクァライメン 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ァ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 O Gを結ぶラインと、 左側のマークの基準線 4 S, 5 S の交点 ( X — y座標系の原点) と右側のマークの基準線 4 S, 5 S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 4 S, 5 S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。  However, in reality, there are one mask alignment mark on each of the left and right, and a mask alignment microscope is placed opposite each of them. Therefore, the line connecting the detection origins OG of the left and right microscopes, the intersection of the reference line 4S, 5S of the left mark (the origin of the X-y coordinate system) and the reference line 4S, 5S of the right mark Although it is possible to match the line connecting the two lines, it is not possible to match the intersection of the reference lines 4 S and 5 S with the origin of the coordinate system of each microscope for each of the left and right microscopes and the mark. Impossible. Therefore, the center position of the left and right intersections is matched with the center position of the origin of the left and right microscopes.
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 2 1 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 2 2は、 制御装置 2 1 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、 リニアモー夕な どで構成される。 FIG. 8 is a configuration diagram of a positioning device that positions the mask 1 in the semiconductor exposure apparatus based on the above description. Components that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and components that are not shown in FIG. Reference numeral 21 denotes a control device including a microprocessor and its peripheral circuits. The control device 21 controls the positioning device and also controls the entire semiconductor exposure apparatus. Reference numeral 22 denotes a driving device that drives the mask stage 10 under the control of the control device 21. It is composed of
図 9 は、 この位置決め装置の一つのマスクァライメン ト顕微鏡 1 7において、 顕微鏡座標原点とマスクの基準縦線 4 S 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 2 1およ びこれに接続される構成要素において実行される。  FIG. 9 is a flow chart showing an outline of control for obtaining a shift amount in the X direction between the microscope coordinate origin and the reference vertical line 4S of the mask in one of the mask alignment microscopes 17 of this positioning apparatus. This flowchart is executed in the control device 21 and components connected thereto.
ステップ S 1 では、 マスクァライメント顕微鏡 1 7 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ァ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 S 2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 S 3で、 ステップ S 2で求めた nの値を上述した式 ( 2 ) に代入して、 基準縦線 4 Sを基準とした測定区画 3 Nの左側の縦線の X座 標の値 x c を求める。 ステップ S 4で、 マスクァライメン ト顕微鏡 1 7 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 3 N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 3 Nの左側の縦線の X座標の値 X kを 求める。 ステップ S 5で、 ステップ S 3で求めた x cおよびステップ S 4で求め た X k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 4 Sの X座標 X Cを求める。 この X Cの値が、 顕微鏡座標原点とマスクの基準縦線 4 S との X方向のずれ量である。  In step S1, the image captured by the mask alignment microscope 17 is subjected to image processing, and the interval D in the X direction of one section 3 of the mask alignment mark in the image is measured. In step S2, the value of n is calculated from the measured value of D and the above equation (1). In step S3, the value of n obtained in step S2 is substituted into the above equation (2), and the value of the X coordinate of the vertical line on the left side of the measurement section 3N with respect to the reference vertical line 4S is obtained. Find xc. In step S4, the image taken by the mask alignment microscope 17 is image-processed, the position of the vertical line on the left side of section 3N in the image is determined, and the section based on the microscope coordinate system XY is determined. 3 Find the X coordinate value X k of the vertical line to the left of N. In step S5, the value of xc obtained in step S3 and the value of Xk obtained in step S4 are substituted into equation (3), and X of the reference vertical line 4S with respect to the microscope coordinate system X—Y is used. Find coordinates XC. This value of XC is the amount of displacement in the X direction between the microscope coordinate origin and the reference vertical line 4S of the mask.
Y方向のずれ量 Y Cも同様に求めるこができる。 さらに、 他方のマスクァライ 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。  The displacement Y C in the Y direction can be obtained in the same manner. Furthermore, the amount of deviation between the microscope coordinate origin and the reference origin of the mask in the other mask alignment microscope, that is, the amount of deviation in the X and Y directions can be obtained in the same way. Detailed contents are omitted.
図 1 0は、 左右のマスクァ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ヤ一卜である。 ステップ S 1 1 で、 左側マスクァ ライメント顕微鏡 1 7において、 顕微鏡座標原点とマスクァライメン卜用マーク の基準原点とのずれ量、 すなわち X方向のずれ量 X C 1および Y方向のずれ量 Y C 1 を求める。 ステップ S 1 2で、 右側マスクァライメン ト顕微鏡 1 7 において、 顕微鏡座標原点とマスクァ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 X C 2および Y方向のずれ量 Y C 2を求める。 ステップ S I 1お よびステップ S 1 2は、 図 9の制御フローチャートに基づく ものである。 ステップ S 1 3で、 ステップ S 1 1および S 1 2 において求めたずれ量 X C 1 Y C 1 、 X C 2 、 Y C 2 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 4 S , 5 Sの交点と右側のマークの基準線 4 S , 5 S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 4 S , 5 S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 1 0を駆動装置 2 2 を介して駆動する。 マスクステージ 1 0の駆動 にあたっては、 干渉計 1 9 X、 1 9 Yでマスクステージ 1 0の位置を測定しなが ら行う。 これにより、 マスクァライメント顕微鏡の検出原点とマスクァライメン ト用マークの基準原点とがー致するようになる。 FIG. 10 is a flowchart showing control for positioning the mask based on values measured by the left and right mask alignment microscopes. In step S11, the left mask alignment microscope 17 obtains a shift amount between the microscope coordinate origin and the reference origin of the mask alignment mark, that is, a shift amount XC1 in the X direction and a shift amount YC1 in the Y direction. In step S12, the right mask alignment microscope 17 obtains a shift amount between the microscope coordinate origin and the reference origin of the mask alignment mark, that is, a shift amount XC2 in the X direction and a shift amount YC2 in the Y direction. Step SI 1 and step S 12 are based on the control flowchart of FIG. In step S13, based on the displacement amounts XC1YC1, XC2, and YC2 obtained in steps S11 and S12, a line connecting the detection origins of the left and right microscopes and a reference line of the left mark. The line connecting the intersection of 4S and 5S with the reference line of the right mark 4S and 5S is matched, and the center position between the origins of the left and right microscopes and the reference line of the left and right marks 4 The mask stage 10 is driven via the driving device 22 so as to match the center position between the intersections of S and 5S. The mask stage 10 is driven while measuring the position of the mask stage 10 with the interferometers 19X and 19Y. As a result, the detection origin of the mask alignment microscope and the reference origin of the mask alignment mark come into agreement.
以上により、 マスクァライメン トのうちいわゆるサ一チアライメント (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 してファインァライメントを行う。 ファインァライメントとは、 マスクァライメ ント用マーク 2 と、 基板ステージ 1 5上のフイデュ一シャルマーク板 1 6 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 1 2を使用して このファインァライメン卜について説明する。 図 1 2は、 図 1 の露光装置におい て、 ファインァライメントを説明するために、 光源 2 3およびファイバ一グラス 2 4を追加し、 フイデユーシャルマーク板 1 6 を投影光学系 1 3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。  As described above, when the so-called search alignment (search measurement and movement of the mask based on the search measurement result) of the mask alignment is completed, next, fine alignment is performed on the mask. Fine alignment refers to aligning the mask alignment mark 2 with the opening pattern formed on the fiducial mark plate 16 on the substrate stage 15. Hereinafter, this fine alignment will be described with reference to FIGS. Fig. 12 shows the exposure system of Fig. 1 in which a light source 23 and a fiber glass 24 are added to explain the fine alignment, and the fiducial mark plate 16 is connected to the projection optical system 13 FIG. 3 is a diagram illustrating a state where the light source is moved on the optical axis. The common components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
基板ステージ 1 5上には、 フィデューシャルマークが形成されたフイデユーシ ャルマーク板 1 6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 2 1 、 2 2設けられ、 開口部 2 1 、 2 2 にはマスクァライメント用マークに対応するァライメン 卜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 2 1 、 2 2 とす る) が形成されている。  A fiducial mark plate 16 on which a fiducial mark is formed is mounted on the substrate stage 15. The fiducial mark plate 16 is provided with, for example, two openings 21 and 22 through which light passes, and the openings 21 and 22 have alignment patterns corresponding to the marks for mask alignment. (A so-called fiducial mark, hereinafter also referred to as reference numerals 21 and 22) are formed.
光源 2 3は、 露光光 E Lと同一波長のァライメント光 A Lを射出し、 光フアイ バー 2 4を介して開口パターン 2 1 、 2 2 を照射する。 ァライメント光 A Lは、 開口パターン 2 1 、 2 2、 投影レンズ 1 3、 およびマスク 1 のマスクァライメン ト用マーク 2を透過してァライメン ト顕微鏡 1 7で受光される。 ァライメン 卜顕 微鏡 1 7は共役の位置関係にある開口パターン 2 1 、 2 2 とマスクァライメン 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。 The light source 23 emits the alignment light AL having the same wavelength as the exposure light EL, and irradiates the aperture patterns 21 and 22 through the optical fiber 24. The alignment light AL passes through the aperture patterns 21 and 22, the projection lens 13 and the mask alignment mark 2 of the mask 1, and is received by the alignment microscope 17. Alignment The microscope 17 simultaneously photoelectrically detects the aperture patterns 21 and 22 and the mark 2 for mask alignment, which are in a conjugate positional relationship, and detects the relative position of each mark through signal processing (image processing). .
制御装置 2 1 (図 8 ) は、 ァライメン ト顕微鏡 1 7で検出された開口パターン 2 1 、 2 2 とマスクァライメン 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 2 2 (図 8 ) を介してマスク ステージ 1 0 (図 8、 図 1 2 ) を駆動し、 マスク 1 を移動する。  Based on the relative position between the opening patterns 21 and 22 detected by the alignment microscope 17 and the mask alignment mark 2, the controller 21 (FIG. 8) eliminates the positional deviation at the relative position to zero. The mask stage 10 (FIGS. 8 and 12) is driven via the driving device 22 (FIG. 8) to move the mask 1 as described above.
以上のマスクに対するファインァライメントによりマスクァライメント用マ一 ク 2 と開ロパタ一ン 2 1 、 2 2 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。  By the above-described fine alignment of the mask, the mask alignment mark 2 and the opening patterns 21 and 22 are accurately aligned, and the position of the mask in the coordinate system on the substrate stage side is accurately controlled. Will be.
次いでオファクシスァライメン ト光学系 1 8 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。 このべ一スラ イン計測は例えば U S P N o . 5 2 4 3 1 9 5 (特開平 4 一 3 2 4 9 2 3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。 一マスクァライメント用マークの変形例 1 ―  Next, the coordinates of the substrate stage and the coordinates on the substrate, that is, the baseline measurement, are performed using the off-axis alignment optical system 18. This basic line measurement is disclosed in detail in, for example, USP No. 5 224 3195 (Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei 4-324 923), and a description thereof will be omitted. Modification example 1 of mark for mask alignment
図 4はマスクァ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。  FIG. 4 shows a first modification of the mask alignment mark. In the above-described embodiment, each section 3 is formed by an area partitioned by two adjacent vertical lines and two horizontal lines.In the first modification, each section 3 is formed by an isolated mark. It was formed.
すなわち変形例 1 のマスクァ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がマスクァライメン.卜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。  That is, the mask alignment mark 2 of Modification 1 is composed of a plurality of rectangles 6, and each rectangle 6 forms one section 3. The centroids (intersections of the center lines of the left and right sides and the center lines of the upper and lower sides) of each rectangle 6 are arranged in a grid pattern in the X and y directions. However, the pitch in the X direction and the pitch in the y direction need not necessarily be the same. The size and arrangement pitch of each rectangle 6 is such that at least one rectangle 6 can enter the field of view of the mask alignment microscope without moving the mask 1. Hereinafter, since there is no difference in principle between the horizontal direction and the vertical direction, only the horizontal direction, that is, the X direction will be described.
いずれか 1つの長方形 6 Sを全体のマスクァライメン ト用マーク 2の基準とし, 基準長方形 6 S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 6 Sの左右の辺の間隔を D o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。 One of the rectangles 6S is used as a reference for the entire mask alignment mark 2, and The point passing through the centroid of the reference rectangle 6S is set as the origin of the x-y coordinates. Let P be the pitch of the centroid of each rectangle 6 in the X direction. Also, let Do be the interval between the left and right sides of the reference rectangle 6S. The distance D between the left and right sides of each rectangle 6 is formed so as to increase by d as it proceeds toward the right rectangle.
いま、 マスクァ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 = D。+ n d ( 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、  Now, as a result of measuring the distance D between the left and right sides of one rectangle 6 within the field of view of the mask alignment microscope, D = D. + n d (n = 0, ± 1, ± 2, ····), the measured X coordinate of the centroid of rectangle 6 is
X = n P  X = n P
で与えられる。 なお上式は、 n = ( D - D o) dを代入することにより、 Given by Note that the above equation is obtained by substituting n = (D-Do) d.
= ( P / d ) - D - ( P / d ) - D o  = (P / d)-D-(P / d)-D o
と表される。 したがつてこの実施例では、 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。 It is expressed as Therefore, in this embodiment, the measured X coordinate of the centroid of the rectangle 6 is represented by a linear function of the distance D between the left and right sides of the rectangle 6.
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ァラ ィメン ト顕微鏡によって測定することにより、 基準長方形 6 S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 6 S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。  Thus, by measuring the distance D between the left and right sides of one rectangle 6 and the distance between the upper and lower sides with a mask alignment microscope, the position of the measured centroid of the rectangle 6 with respect to the centroid of the reference rectangle 6S is obtained. You can know the relationship. That is, the X and y coordinates of the centroid of the measured figure 6 in the X-y coordinate system having the centroid of the reference rectangle 6S as the origin can be obtained.
他方、 マスクァライメン卜顕微鏡の座標系 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 6 Sの図心 ( X — y座標系の原点) を、 マス クァ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。  On the other hand, the positional relationship of the measured rectangle 6 with respect to the coordinate system XY of the mask alignment microscope can be determined by measuring the rectangle 6 with a microscope. That is, it is possible to know the X and Y coordinates of the centroid of the reference rectangle 6S based on the microscope coordinate system XY. As a result, the direction and amount of movement of mask 1 required to match the centroid (the origin of the X-y coordinate system) of the reference rectangle 6S with the origin (the detection origin) of the coordinate system of the mask alignment microscope are determined. , You can know immediately.
—マスクァライメント用マークの変形例 2 ― —Variation 2 of mask alignment mark —
図 5はマスクァライメン卜用マーク 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のマスクァ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がマスクァ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。 FIG. 5 shows a second modification of the mask alignment mark 2. In the above embodiment and Modification 1, the interval at which the position information of each section 3 is given is a distance that takes only a positive value. However, in Modification 2, both positive and negative values can be taken. The position information of each section 3 is given by the distance. In other words, the mask alignment mark 2 of Modification 2 is composed of a plurality of outer rectangles 7 and an inner rectangle 8 arranged inside each outer rectangle 7, and these inner and outer rectangles 7, Block 3 is configured. The outer rectangles 7 are formed congruently with each other, and are arranged in a grid pattern in the X direction and the y direction. However, the pitch in the X direction and the pitch in the y direction need not necessarily be the same. The size and the arrangement pitch of each outer rectangle 7 are formed such that at least one outer rectangle 7 can enter the field of view of the mask alignment microscope without moving the mask 1. Also, each inner rectangle 8 is formed congruently with each other. However, the positional relationship of each inner rectangle 8 within the outer rectangle 7 differs for each section 3. Hereinafter, since there is no difference in principle between the horizontal direction and the vertical direction, only the horizontal direction, that is, the X direction will be described.
いずれか 1つの外側長方形 7 Sを全体のマスクァライメント用マーク 2の基準 とし、 基準外側長方形 7 S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 7 Sにのみ、 基準外側長方形 7 S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 7 Rが描かれている。 また基準外側長方形 7 Sでは、 内外の長方形 7 S , 8の図心 は一致している。  One of the outer rectangles 7 S is used as a reference for the entire mask alignment mark 2, and the centroid of the reference outer rectangle 7 S is used as the origin of the X—y coordinates. Let P be the pitch of the centroid of each outer rectangle 7 in the X direction. In this modification, the outermost rectangle 7R is further drawn only on the reference outer rectangle 7S to clearly indicate that it is the reference outer rectangle 7S. In the reference outer rectangle 7S, the centroids of the inner and outer rectangles 7S and 8 coincide.
しかし基準外側長方形 7 Sより もお側の長方形 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。  However, as one goes to rectangles 7 and 8 on the side of the reference outer rectangle 7 S, the centroid of the inner rectangle 8 moves to the right by d more than the centroid of the outer rectangle 7, and similarly the left rectangle 7, As we go to 8, the centroid of the inner rectangle 8 moves to the left by d, ie, to the right by d, than the centroid of the outer rectangle 7.
いま、 マスクァライメン 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 = n d ( 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、  Now, as a result of measuring the distance D in the X direction from the centroid of one outer rectangle 7 in the field of view of the mask alignment microscope to the centroid of the inner rectangle 8 inside the rectangle, D = nd (n = 0, ± 1, ± 2, ...), the measured X-coordinate of the centroid of the outer rectangle 7 is
X = n P  X = n P
で与えられる。 上式は、 n = D / dを代入することにより、 Given by The above equation is obtained by substituting n = D / d.
X = ( P / d ) · D  X = (P / d) D
と表される。 したがつてこの変形例では、 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。 It is expressed as Therefore, in this variant, the X coordinate of the centroid of the measured outer rectangle 7 Is expressed as a linear function of the distance D in the x direction from the centroid of its outer rectangle to the centroid of its inner inner rectangle 8, and is more specifically proportional.
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ァライメン 卜顕微鏡によって測定する ことにより、 基準外側長方形 7 S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, 他方、 マスクァライメン 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 7 S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 7 Sの図心 (座標 系 X — yの原点) を、 マスクァ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。  Thus, by measuring the distance D in the X direction and the distance in the y direction from the centroid of one outer rectangle 7 to the centroid of the inner rectangle 8 inside it by a mask alignment microscope, a diagram of the reference outer rectangle 7S is obtained. In the coordinate system X _ y with the center as the origin, the positional relationship of the measured centroid of the outer rectangle 7, that is, the x and y coordinates can be known. On the other hand, the measurement for the coordinate system X-Y of the mask alignment microscope The positional relationship between the centroids of the outer rectangle 7 is determined by measuring the outer rectangle 7 with a microscope. That is, the X-Y coordinates of the centroid of the reference outer rectangle 7S based on the microscope coordinate system X-Y can be known. As a result, the movement of the mask 1 required to match the centroid of the reference outer rectangle 7 S (the origin of the coordinate system X—y) with the origin of the coordinate system X—Y (the detection origin) of the mask alignment microscope The direction and amount of movement can be immediately known.
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 1 5 0 // mの正方形とすることができ、 各内側長方形 8は 1辺 5 0 m の正方形とすることができ、 最外長方形 7 Rは 1辺 2 5 0 m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 4 5 0 mとするこ とができ、 y方向に 3 0 0 mとすることができる。  Next, Modification 2 will be described in more detail with numerical values. Each outer rectangle 7 can be a square with sides 1 5 0 // m, each inner rectangle 8 can be a square with sides 50 m, and the outermost rectangle 7 R is sides 250 m can be square. The arrangement pitch of each outer square 7 can be 450 m in the X direction and 300 m in the y direction.
この場合、 マスクァ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、  In this case, the image range 9 of the mask alignment microscope is as follows. That is, first of all,
画像範囲 >区画の大きさ  Image area> Section size
である必要があり、 したがって 1 5 0 m X 1 5 0 m以上の広さが必要である c しかしこれでは多くの場合、 マスクステージ 1 0 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。 Must be, therefore 1 5 0 m X 1 5 0 m above c but is required size This is often not to drive the mask stage 1 0, the entire area of the outer positive square 7 Cannot fit within image range 9.
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 1 0 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、 したがってマスクァライメント顕微鏡の画像範囲 9は、 X方向には 1 5 0 + 4 5 0 = 6 0 0 mより も長い必要があり、 y方向には 1 5 0 + 3 0 0 = 4 5 0 μ τηよりも長い必要がある。 したがってマスクァライメン ト 顕微鏡の画像範囲 9 として、 x = 6 6 0 m、 y = 5 0 0 mのものを用いるこ とができる。 Therefore, of the two outer squares adjacent to each other in the X direction, the left side of the outer square is likely to be missing from the image range 9, and the right outer square is the right end. This is the limit that can detect at least one outer square in the X direction without driving the mask stage 10. Therefore, image range> section size + array pitch Therefore, the image range 9 of the mask alignment microscope must be longer than 150 + 450 = 600 m in the X direction, and 150 + 30 in the y direction. It must be longer than 0 = 450 μτη. Therefore, as the image range 9 of the mask alignment microscope, one having x = 660 m and y = 500 m can be used.
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 9 mと することができる。 この場合、  The unit shift d of the centroid of the inner square 8 can be 9 m in both the X and y directions. in this case,
X = ( P / d ) · D = ( 4 5 0 / 9 ) · D = 5 0 X D  X = (P / d) D = (450/9) D = 50XD
であるから、 内側正方形 8の図心のシフ ト量 Dの 5 0倍が、 基準外側正方形 7 S 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。 Therefore, 50 times the shift amount D of the centroid of the inner square 8 is the distance from the centroid of the reference outer square 7 S to the centroid of the outer square 7 measured.
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 7 S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 1 1 X 1 1 の配列の外側正方形を配置することができ、 それ故、 全 体のマスクァライメント用マークの大きさは、  Also, from the limit that the inner square 8 does not protrude outside the outer square 7, five outer squares can be arranged on the upper, lower, left and right sides of the reference outer square 7S. Therefore, the outer squares of the 1 1 X 11 array can be conveniently placed, and therefore the size of the overall mask alignment mark is
X = 1 0 X 4 5 0 + 1 5 0 = 4 6 5 0 μ.  X = 1 0 X 4 5 0 + 1 5 0 = 4 65 0 μ.
y = 1 0 X 3 0 0 + 1 5 0 = 3 1 5 0 m  y = 1 0 X 3 0 0 + 1 5 0 = 3 1 5 0 m
となる。 Becomes
次に具体的な計測手順について説明する。 左右のマスクァライメント顕微鏡に よって観測された左右のマスクァ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。  Next, a specific measurement procedure will be described. The processing of the left and right mask alignment mark images observed by the left and right mask alignment microscopes is the same, so only one of them will be described for the time being.
先ず、 マスクァライメント顕微鏡によって観測されたマスクァライメント用マ —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、 マスクァライメント顕微鏡の座標系 X— Yを基準とした位置 Xu, X12を測定する。 すなわちマスクァライメント顕微鏡 の座標系 X— Υ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、 マスクァライメン ト顕微鏡の座標系 X— Υを基準とした 位置 Yu, Y12を測定する。 First, the outer square 7 is selected from the image of the mask alignment mark observed by the mask alignment microscope. In other words, when multiple outer squares 7 are observed, any outer square 7 is selected. Next, the vertical lines of the left and right sides of the outer positive square 7 selected position Xu relative to the coordinate system X- Y mask § Rye instrument microscope, measuring the X 12. That is, capital letters are used when the coordinate system X-Υ of the mask alignment microscope is used as a reference. Likewise some upper and lower sides of the horizontal line, the position Yu relative to the coordinate system X- Upsilon of Masukuaraimen bets microscope, measuring the Y 12.
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、 マスクァライメン ト顕微鏡の座標系 X— Yを基準とした 位置 Χ'", Χπを測定する。 同様に上下の辺の横線についても、 マスクァライメン ト 顕微鏡の座標系 X— Υを基準とした位置 Υ21, Υ22を測定する。 内側正方形 8のサ一 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。 Next, the left side constituting the inner square 8 placed inside the selected outer square 7 For the vertical line on the right side, measure the position Χ '", Χπ with respect to the coordinate system X—Y of the mask alignment microscope. Similarly, for the horizontal line on the upper and lower sides, measure the coordinate system X— の of the mask alignment microscope. Measure the positions Υ 21 and Υ 22 with reference to。。 か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら か ら. The processing can be speeded up.
次いで、 マスクァライメン 卜顕微鏡の座標系 X _ Υ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 X ,、 上下の辺の中央横線の位置 Υ ,、 内側正方形 8 の左右の辺の中央縦線の位置 Χ2、 上下の辺の中央横線の位置 Υ2を次式により求め る。 Next, with reference to the coordinate system X _ の of the mask alignment microscope, the position X, of the central vertical line of the left and right sides of the outer square 7, the position 中央, of the central horizontal line of the upper and lower sides,, and the left and right sides of the inner square 8 position chi 2 central vertical line of the position Upsilon 2 central horizontal line of the upper and lower sides Ru determined by the following equation.
X ,= ( X π+ X η) / 2  X, = (X π + X η) / 2
Υ != ( Υ π+ Υ π) Ζ 2  Υ! = (Υ π + Υ π) Ζ 2
X ( Χ21+ Χ22) / 2X (Χ 21 + Χ 22 ) / 2
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001
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。  Next, the distance D from the central vertical line of the outer square 7 to the central vertical line of the inner square 8 and the distance H from the central horizontal line of the outer square 7 to the central horizontal line of the inner square 8 are calculated by the following equations.
D = X X  D = X X
H = Υ2- Y H = Υ 2 -Y
この結果、 基準外側正方形 7 S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 ( χ ,, y!) は、  As a result, the position (図 ,, y!) Of the centroid of the outer square 7 measured with reference to the centroid of the reference outer square 7 S, that is, in the xy coordinate system is
X i= 5 0 X D  X i = 5 0 X D
y != 5 0 X H  y! = 5 0 X H
となる。 Becomes
他方、 [マスクァ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の図心位置 (X C、 Y C ) ] = [マスクァ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 (X l 、 Y 1 ) ] - [基準 外側正方形 7 S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 ( x l 、 y 1 ) ] であるから、 マスクァ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 (X C , Y C) は、 次のようになる。
Figure imgf000020_0001
On the other hand, [center center position (XC, YC) of the reference outside square 7S with reference to the coordinate system XY of the mask alignment microscope] = [measurement with reference to the coordinate system XY of the mask alignment microscope] Centroid position of the outer square 7 (Xl, Y1)]-[referenced centroid position of the measured outer square 7 (xl, y) based on the centroid (coordinate system Xy) of the outer square 7S 1)], the position (XC, YC) of the reference outer square 7S with respect to the coordinate system X—Y of the mask alignment microscope is as follows.
Figure imgf000020_0001
以上の処理を左右のマスクァライメント顕微鏡についてそれぞれ行う。 右側の マスクァ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ァライメン ト用マークの基準外側正方形 7 Sの位置 (X R, YR) と、 左側のマスクァライメン ト顕微鏡の座標系 X— Yを基準とした左側のマスクァライメント用マークの基準 外側正方形 7 Sの位置 (X L, Y L) を、 実際にはそれぞれの基準外側正方形 7 Sを 観測していないにも拘らず正確に知ることができる。 The above processing is performed for each of the left and right mask alignment microscopes. The position of the reference outer square 7 S of the right Masukuaraimen Preparative mark relative to the coordinate system X- Y of the right mask § Lai instrument microscope and (X R, YR), the coordinate system X- Y of the left Masukuaraimen bets microscope reference position of the reference outer square 7 S mark mask § Rye placement of the left (X L, YL), and to know actually the accurate despite not observe the respective reference outer square 7 S it can.
この結果、 左右のマスクァライメント用マークの基準外側正方形 7 Sの中央位 置 (Xe, Yc) と、 マスクの回転角度 0は、 左右のマスクァライメン ト顕微鏡の中 央を原点とした座標系を基準として、  As a result, the center position (Xe, Yc) of the reference outer square 7S of the left and right mask alignment marks and the rotation angle 0 of the mask are based on the coordinate system with the origin at the center of the left and right mask alignment microscopes. As
Xc= ( X R+ X L) / 2  Xc = (X R + X L) / 2
Yc= ( Y R+ Y L) / 2 Yc = (Y R + Y L) / 2
Figure imgf000020_0002
Figure imgf000020_0002
となる。 但し、 Lは両マスクァ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 ンァライメン トを行う。 Becomes Here, L is the distance between the origins of both mask alignment microscopes. Based on this result, the mask stage is driven and fine alignment is performed.
なお本変形例のマスクァライメン 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。  In the mask alignment mark of this modification, the inner rectangle 8 is arranged inside the outer rectangle 7, but a cross-shaped figure can be arranged inside the outer rectangle 7.
—マスクァライメン卜用マークの変形例 3 — —Variation 3 of mask alignment mark —
図 6はマスクァ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 ) にっき 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。  FIG. 6 shows a third modification of the mask alignment mark 2. In the above-described embodiment and the first modified example and the second modified example, the section 3 had one interval or distance in one direction (X or y). It has two intervals in one direction (X or y).
すなわち変形例 3のマスクァライメン卜用マーク 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 つ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がマスクァライメント顕微鏡の視野に入る程度に形 成されている。 That is, the mask alignment mark 2 of Modification 3 is composed of a plurality of vertical lines 4 and a plurality of horizontal lines 5, and is defined by three adjacent vertical lines 4 and three adjacent horizontal lines 5. The divided area is one section 3. Therefore, adjacent sections 3 overlap each other. Also, each section 3 does not have to move the mask 1. At least one section 3 is formed so that it is within the field of view of the mask alignment microscope.
中央の縦線 4 S、 横線 5 Sは、 全体のマスクァ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 4 S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 4 Sからそのとなりの 縦線までの間隔は 1 2 5 w m、 次の間隔は 3 0 m、 以降の間隔は 1 0 ^ mずつ 広がり、 最後の間隔は 2 0 0 i mとなっている。 したがって基準縦線 4 S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、  The central vertical line 4S and horizontal line 5S are reference lines for the entire mask alignment mark 2, and coincide with the coordinate axes of the coordinate system X_y. The X coordinate of the reference vertical line 4S is X = 0. Other vertical lines are arranged symmetrically. The interval from the reference vertical line 4 S to the next vertical line is 1 25 wm, the next interval is 30 m, the subsequent intervals are widened by 10 ^ m, and the last interval is 200 im I have. Therefore, the distance from the reference vertical line 4 S to the rightmost vertical line or the leftmost vertical line is:
1 2 5 + 3 0 + 4 0 + 5 0 + 6 0 + + 1 9 0 + 2 0 0 1 2 5 + 3 0 + 4 0 + 5 0 + 6 0 + + 1 9 0 + 2 0 0
= 2 1 9 5 m = 2 1 9 5 m
である。 また全体の縦線の本数は 3 7本、 全体のァライメン トマークの横幅は、 2 1 9 5 X 2 = 4 3 9 0 mである。 It is. The total number of vertical lines is 37, and the width of the entire alignment mark is 219 x 2 = 430 m.
同様に、 基準横線 5 S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 5 Sからそのとなりの横線までの間隔は 1 2 5 m、 次の間隔は 3 0 ^ m、 以降の間隔は 6 mずつ広がり、 最後の間隔は 1 5 0 n m となっている。 したがって基準横線 5 S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、  Similarly, the y coordinate of the reference horizontal line 5S is y = 0. The other horizontal lines are arranged vertically symmetrically. The interval from the reference horizontal line 5S to the adjacent horizontal line is 125 m, the next interval is 30 ^ m, the subsequent intervals are 6 m wide, and the last interval is 150 nm. Therefore, the distance from the reference horizontal line 5 S to the uppermost horizontal line, or the distance from the lowermost horizontal line, is
1 2 5 + 3 0 + 3 6 + 4 2 + 4 8 + + 1 9 4 + 2 0 0 1 2 5 + 3 0 + 3 6 + 4 2 + 4 8 + + 1 9 4 + 2 0 0
= 2 0 1 5 m = 2 0 15 m
である。 また全体の横線の本数は 4 3本、 全体のマスクァライメント用マークの 縦幅は、 2 0 1 5 X 2 = 4 0 3 Ο ΠΙである。 なお各縦線と横線との線幅は 1 5 mである。 It is. The total number of horizontal lines is 43, and the vertical width of the entire mask alignment mark is 201 5 X 2 = 400 3. The width of each vertical and horizontal line is 15 m.
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力所にある。 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。  In this modification, for example, since the vertical lines are symmetrically arranged, there are two vertical lines at two places where the interval between two adjacent vertical lines is the same. Therefore, in this modified example, an area defined by three adjacent vertical lines and three adjacent horizontal lines is defined as one area.
またこの場合、 マスクァ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、 1 8 0 + 1 9 0 + 2 0 0 = 5 7 0 m (より正確には、 線幅 1 5 m を考慮して、 5 8 5 m ) 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、 1 3 8 + 1 4 4 + 1 5 0 = 4 3 2 H m (より正確には、 線幅 1 5 i mを考慮して、 5 4 7 Π1) となる。 したがつ てマスクァライメン ト顕微鏡の画像範囲 9 として、 x = 6 6 0 m、 y = 5 0 0 mのものを用いることができる。 In this case, the image range 9 of the mask alignment microscope is as follows. That is, since the minimum width of the image area 9 is determined by the maximum value of the distance between four adjacent vertical lines, 180 + 190 + 200 = 570 m (more precisely Is the line width 15 m 585 m). Similarly, since the minimum height of the image area 9 is determined by the maximum value of the distance between four adjacent horizontal lines, 1 3 8 + 1 4 4 + 1 5 0 = 4 3 2 H m (more precisely Becomes 5 4 7 Π1) considering the line width 1 5 im. Therefore, as the image range 9 of the mask alignment microscope, one having x = 660 m and y = 500 m can be used.
具体的な計測手順は次のようにして行う。 左右のマスクァライメント顕微鏡に よって観測された左右のマスクァライメン 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。  A specific measurement procedure is performed as follows. The processing of the left and right mask alignment mark images observed by the left and right mask alignment microscopes is the same, so only one of them will be described for the time being.
先ずマスクァライメン ト顕微鏡によって観測されたマスクァライメント用マ一 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、 マスクァライメン ト顕微 鏡の座標系 X— Yを基準とした位置 Χ ,, Χ2, Χ3を測定する。 すなわちマスクァラ ィメン ト顕微鏡の座標系 X— Υを基準としたときには、 座標を大文字の X、 Υで 表す。 同様に 3本の横線についても、 下側から順に、 マスクァライメン ト顕微鏡 の座標系 X— Υを基準とした位置 Υ ,, Υ2, Υ3を測定する。 位置 Χ ,, Χζ, Χ3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 Υ ,, Υ2, Υ3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。 First, from the images of the mask alignment mark observed by the mask alignment microscope, the section divided by three adjacent vertical lines and three horizontal lines is selected. That is, when four or more vertical lines or four or more horizontal lines are observed, there are multiple sections, but an arbitrary section is selected. Next, for the three vertical lines that make up the selected section, the positions Χ, Χ 2 , and Χ 3 are measured in order from the left vertical line with respect to the coordinate system XY of the mask alignment microscope. That is, when the coordinate system X-— of the mask alignment microscope is used as a reference, the coordinates are represented by capital letters X and Υ. Similarly, for the three horizontal lines, measure the positions,, Υ 2 , Υ 3 with reference to the coordinate system X- Υ of the mask alignment microscope in order from the bottom. When measuring positions Χ, Χζ, Χζ 3 , the image signal is compressed in the y direction to detect the peak position of the signal. Similarly, when measuring positions Υ,, Υ 2 , Υ 3 , the image signal is Compress in the X direction to detect the peak position of the signal.
次いで、 選定した区画の左側 2本の縦線の間隔 D 右側 2本の縦線の間隔 D 2、 下側 2本の横線の間隔 H ,、 上側 2本の横線の間隔 H2を次式により求める。 Then, the distance D 2 of the selected left 2 vertical lines spacing D right two vertical lines of the compartments, the distance H ,, upper two horizontal lines spacing of H 2 of the lower two horizontal lines by the following equation Ask.
D != Χ2- X . D! = Χ 2 -X.
し 2~ X 3― Λ.  2 ~ X 3― Λ.
H ,= Yz- Y! H, = Y z -Y!
Η 2= Υ3- Υ2 Η 2 = Υ 32
この結果、 基準縦線 4 S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 χ 2は、 次のようになる。 As a result, the position χ 2 of the center vertical line among the three selected vertical lines in the coordinate system X—y with reference to the reference vertical line 4 S is as follows.
D ,= D2+ 1 0のとき : x 2= - 1 2 5 - 3 0 - 4 0 - 5 0 ———— D 2 When D, = D 2 + 10: x 2 =-1 2 5-3 0-4 0-5 0 ———— D 2
D,= 3 0、 D2= 1 2 5のとき : When D, = 30 and D 2 = 125:
x F — 1 2 5  x F — 1 2 5
D,= D2= 1 2 5のとき : When D, = D 2 = 1 2 5:
x 2= 0 x 2 = 0
D != 1 2 5 , D 2= 3 0のとき : When D! = 1 2 5 and D 2 = 30:
x 2= 1 2 5 x 2 = 1 2 5
D != D 2- 1 0のとき : When D! = D 2-10:
x 2= 1 2 5 + 3 0 + 4 0 + 5 0 + -- -- + D,  x 2 = 1 2 5 + 3 0 + 4 0 + 5 0 +--+ D,
同様に、 基準横線 5 S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 y 2は、 次のようになる。 Similarly, the position y 2 of the center horizontal line among the three selected horizontal lines in the coordinate system X—y with reference to the reference horizontal line 5 S is as follows.
H H 2+ 6のとさ : HH 2 + 6 bets:
y 2= - 1 2 5 - 3 0 - 3 6 - 4 2 - ·· ·· - H2 y 2 =-1 2 5-3 0-36-4 2-
H,= 3 0、 H 2= 1 2 5のとき : When H, = 30 and H 2 = 1 25:
y 2= - 1 2 5 y 2 =-1 2 5
H,= H2= 1 2 5のとき : When H, = H 2 = 1 2 5:
y 2= 0  y 2 = 0
H,= 1 2 5、 H 2= 3 0のとき : When H, = 1 2 5 and H 2 = 30:
y 2= 1 2 5  y 2 = 1 2 5
H H2_ 6のとき : For HH 2 _ 6:
y 2= 1 2 5 + 3 0 + 3 6 + 4 2 + ·· ·· + Η ι  y 2 = 1 2 5 + 3 0 + 3 6 + 4 2 +
したがって、 マスクァライメン ト顕微鏡の座標系 X— Yを基準とした基準縦線 4 Sの位置 X Cと基準横線 5 Sの位置 Y Cは、  Therefore, the position X C of the reference vertical line 4 S and the position Y C of the reference horizontal line 5 S with respect to the coordinate system X—Y of the mask alignment microscope are
X C≡ Χ2- X 2 XC≡ Χ 2 -X 2
Y C≡ Y2- y 2 YC≡ Y 2 -y 2
から容易に求めることができる。 Can be easily obtained from
以上の処理を左右のマスクァライメン ト顕微鏡についてそれぞれ行う。 右側の マスクァ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ァライメン ト用マークの基準縦線 4 S と基準横線 5 Sの位置 (X R, YR) と、 左側のマスクァ 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ァライメン ト用マ一 クの基準縦線 4 S と基準横線 5 Sの位置 (X L, YL) を、 実際にはそれぞれの基準 縦線 4 S と基準横線 5 Sを観測していないにも拘らず、 正確に知ることができる。 この結果、 左右のマスクァライメント用マークの基準縦線 4 S と基準横線 5 S の中央位置 (Xc, Yc) と、 マスクの回転角度 0は、 左右のマスクァライメン ト顕 微鏡の中央を原点とした座標系を基準として、
Figure imgf000024_0001
The above processing is performed for each of the left and right mask alignment microscopes. Position of the right side of the mask § Rye instrument microscope coordinate system X- Y reference vertical lines of the right Masukuaraimen Preparative mark relative to the 4 S and the reference horizontal line 5 S and (X R, YR), left Masukua The positions (XL, YL) of the reference vertical line 4 S and the reference horizontal line 5 S of the mask alignment mark on the left side with respect to the coordinate system X — Y of the alignment microscope are actually set to the respective reference vertical lines 4 S Despite not observing the reference horizontal line 5S, it is possible to know exactly. As a result, the center position (Xc, Yc) of the reference vertical line 4S and the reference horizontal line 5S of the left and right mask alignment marks and the rotation angle 0 of the mask are determined with the origin at the center of the left and right mask alignment microscopes. Based on the coordinate system
Figure imgf000024_0001
となる。 但し、 Lは両マスクァ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、 ファインァライメントを行う。 Becomes Here, L is the distance between the origins of both mask alignment microscopes. Based on this result, the mask stage is driven to perform fine alignment.
—マスクァライメント用マークの変形例 4 — —Variation 4 of mask alignment mark —
図 7はマスクァライメント用マーク 2の変形例 4を示す。 この変形例のマスク ァライメン 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 1 0 mづっ変化し、 各横線の間隔は、 基本的に 6 mづっ変化させ 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。  FIG. 7 shows a fourth modification of the mask alignment mark 2. The mask alignment mark 2 of this modification is the same as that of the above-described modification 3, but the arrangement of the intervals is different from that of the above-mentioned modification 3. That is, in the above-described modification 3, the interval between the vertical lines basically changes by 10 m except for the central portion, and the interval between the horizontal lines basically changes by 6 m except for the central portion. No. 4 has a configuration in which the amount of change in the interval is not constant.
中央の縦線 4 S、 横線 5 Sは、 全体のマスクァライメン 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 4 S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 4 Sから左右に順に 並ぶ各縦線の間隔を P (= 1 2 5 m) 、 A (= 2 0 0 m) 、 B ( = 1 8 0 /z m) 、 C ( = 1 7 0 m) 、 D ( = 1 6 0 m ) 、 E ( = 1 9 0 m) 、 F ( = 1 5 0 m) 、 A、 C、 E、 A、 D、 F、 B、 Eと配列することができる。 ここ で、 A (= 1 9 0 m) 、 E (= 2 0 0 μ m) としたり、 B、 C , D、 Fは 1 8 0、 1 7 0、 1 6 0、 1 5 0 mのそれぞれいずれかの値をとるようにしてもよ い。  The central vertical line 4 S and horizontal line 5 S are the reference lines for the entire mask alignment mark 2 and coincide with the coordinate axes of the coordinate system X—y. The X coordinate of the reference vertical line 4S is x = 0. Other vertical lines are arranged symmetrically. P (= 125 m), A (= 200 m), B (= 180 / zm), C (= 170) m), D (= 1650m), E (= 1900m), F (= 1550m), A, C, E, A, D, F, B, E it can. Here, A (= 190 m) and E (= 200 μm), and B, C, D, and F are 180, 170, 160, and 150 m, respectively. Either value may be taken.
上記の配列 「 P A B C D E F A C E AD F B E」 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 A B C D E F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 A B C D E F Aと順になぞり、 次に一つおきに C E Aとなぞり、 次に D F B E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 A B C D E F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。 The above array “PABCDEFACE AD FBE” is a combination of adjacent intervals Nothing is thought to be the same. This combination can be considered, for example, by the following method. First, consider a regular hexagon in which the six vertices ABCDEF are arranged in that order. In this regular hexagon, trace each point in such a way as to make the stroke as long as possible. For example, tracing ABCDEFA in order, then tracing every other CEA, and tracing DFBE, will complete the longest stroke that connects the vertices of the regular hexagon. Arranging ABCDEFs in this one-stroke manner may result in an arrangement where adjacent combinations are not the same. In the above, P is added at the beginning of this sequence. Note that A and E are assigned longer intervals because they appear more frequently than B, C, D, and F.
基準縦線 4 S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  The arrangement of the spacing from the reference vertical line 4 S to the left is the same, so the arrangement of the spacing in the X direction is symmetrical in the middle
E B F DA E C A F E D C B A P P A B C D E F A C E AD F B E  E B F DA E C A F E D C B A P P A B C D E F A C E AD F B E
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 3 1本、 全体の マスクァライメント用マークの横幅は、 5 2 3 0 mである。 Becomes As can be seen from the above formula, any combination considering the order of two adjacent intervals is not the same as each other. The total number of vertical lines is 31 and the width of the entire mask alignment mark is 5230 m.
同様に、 基準横線 5 S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 5 Sからそのとなりの横線までの間隔を P = 1 2 5 m とし、 Aと Eが各別に 1 5 0 mと 1 4 4 mとし、 B、 C、 D、 Fは、 各別に 1 3 8、 1 3 2、 1 2 6、 1 2 0 ΠΙとして、 基準横線 5 S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 3 1 本、 全体のマスクァライメン ト用マ一 クの縦幅は、 4 0 7 8 m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。  Similarly, the y coordinate of the reference horizontal line 5S is y = 0. The other horizontal lines are arranged vertically symmetrically. The distance from the reference horizontal line 5 S to the adjacent horizontal line is P = 125 m, A and E are respectively 150 m and 144 m, and B, C, D, and F are 1 3 8 1 3 2 1 2 6 1 2 0 形成 Both the arrangement of the spacing upward from the reference horizontal line 5 S and the arrangement of the spacing downward are the same as the arrangement in the X direction It has been. Therefore, the total number of horizontal lines is 31 and the overall width of the mask alignment mask is 408 m. As described above, according to the present modification, the number of lines (carved lines) can be reduced.
また本変形例のマスクァ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 5 7 0 a m, 最小の縦幅は 4 3 2 u m である。 したがってマスクァライメン ト顕微鏡の画像範囲 9 として、 x = 6 6 0 m, y = 5 0 0 mのものを用いることができる。  Further, the image range 9 of the mask alignment microscope of this modification is the same as that of the modification 3, that is, the minimum width of the image range 9 is 570 am and the minimum vertical width is 432 u m. Therefore, as the image range 9 of the mask alignment microscope, one having x = 660 m and y = 500 m can be used.
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 D ,と、 右側 2本の縦 線の間隔 D2の測定結果から、 基準縦線 4 S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 χ2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 X 2を間隔 D D2の関数として、 テーブル x 2 (D,、 D2) の形で保 有しておく ことになる。 However, in this modified example, based on the measurement result of the distance D2 between the two vertical lines on the left side of the selected section and the distance D2 between the two vertical lines on the right side, the selected vertical line 4S was used as a reference. Book vertical line Of central processing for obtaining the position chi 2 vertical lines, it can not be done by a formula. Therefore, the position X 2 is stored as a function of the interval DD 2 in the form of a table x 2 (D, D 2 ).
テーブル x2 (D,、 D2) によって中央の縦線の位置 x 2を求めた後には、 マスクァ ライメン ト顕微鏡の座標系 X— Yを基準とした基準縦線 4 Sの位置 X Cは、 After obtaining the position x 2 of the center vertical line by the table x 2 (D ,, D 2), the position XC of Masukua Leimen preparative microscope coordinate system X- Y reference vertical lines 4 S on the basis of the
X≡ X X 2 X≡ XX 2
から容易に求めることができる。 但し X2は、 マスクァライメン ト顕微鏡の座標系 X— Υ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。 Can be easily obtained from However, X 2 is the position (X coordinate) of the center vertical line of the selected three vertical lines in the coordinate system X-Υ of the mask alignment microscope.
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 X 2を求めるためのテ —ブル x2 (D,、 D2) と、 中央の横線の位置 y2を求めるためのテーブル y 2 (H,、 H 2) 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, y を得ることができ、 こう して、 顕微鏡座標系 X— Υにおける基準 縦線 4 S と基準横線 5 Sの位置座標 (X, Υ) を得ることができる。 At this time, in this modified example, although the intervals A to F are different between the vertical line and the horizontal line, since the same arrangement is used for the arrangement of the intervals, the table for obtaining the position X 2 of the central vertical line is used. x 2 (D ,, D 2 ) has the same format as the table y 2 (H, H 2 ) for determining the position of the center horizontal line y 2 . Therefore, by carrying only one table, the position (x 2, y can be obtained, and this, a microscope coordinate system X- reference vertical line 4 in Upsilon S and the reference horizontal line 5 S position coordinates (X, Υ) can be obtained.
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 χ 2を求めるためのテーブル x 2 (D κ D と、 中央の横線の位置 yを求めるためのテーブル y 2 (H,、 H2) との 2種類の テーブルを保有することになる。 Of course, the number of types of intervals A to F used for the vertical line and the horizontal line can be changed. However, in that case, the table x 2 (D κ D) for determining the position of the central vertical line χ 2 and the table y 2 (H, H 2 ) for determining the position of the central horizontal line y You will have different types of tables.
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。  In each of the above modifications, the case where the present invention is applied to two-dimensional positioning has been described. However, the present invention can also be applied to one-dimensional positioning.
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。  Note that the number of vertical and horizontal lines in Figs. 3 to 7 cannot be completely written due to the size of the figures, and are less than the number described in the text, but are limited to the contents of these figures. is not.
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、 レチクルやウェハ、 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。 In the above embodiment, the example of the mask in the semiconductor exposure apparatus has been described, but the present invention is not limited to this. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to any position detection member that performs position detection or positioning by observing or imaging a mark with a reticle or wafer, or a microscope or an imaging device. It can also be applied to position detection of masks in charged particle beam exposure equipment and X-ray exposure equipment. Charged particle beam exposure In the case of the apparatus, the position deviation may be corrected based on the result of the position detection, such as by deflecting the electron beam without driving the mask or the like.
また、 上記実施の形態では、 ァライメン ト顕微鏡 1 7 には 2次元 C C D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。  Further, in the above embodiment, an example in which the two-dimensional CCD sensor is used for the alignment microscope 17 has been described, but the present invention is not limited to this. A one-dimensional line sensor may be used as long as it detects the parallel line interval.
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、 ァライメント顕微鏡 1 7により検出されるマスクァ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、 マ一 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〜 2 5 5 ) 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 <  Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which the so-called figures having different parallel line intervals and rectangular shapes are different, but the present invention is not limited to this example. For example, the transmittance of the mask alignment mark detected by the alignment microscope 17 may be made different depending on the position. In other words, the shape information such as the detected line width or the distance between lines is the same, but for example, the transmittance of the line passing through the center of the mark is the highest, and the line that is farther from the mark center is more transparent. Decrease rate. Then, by detecting the line having different transmittance, the gray value (0 to 255) of the line is obtained, and the difference from the gray value of the mark center line is calculated to obtain the distance from the mark center. You may do so. In this case, it is sufficient to simply provide a photoelectric element capable of detecting luminance and the like. <

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
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、 1. In the method for detecting the position of a position-detected member having a position detection mark formed thereon, the position detection mark includes a predetermined reference point and a plurality of mark elements including position information from the reference point,
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一ク要素の少なく と も一つを検出し、  A detector for detecting at least one of the mark elements formed on the position detection mark,
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、  Based on the detected mark element, the relative position between the reference point and the detection origin of the detector is determined,
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。  Based on the obtained relative position, the position of the position detection member with respect to the detection origin of the detector is detected.
2 . クレーム 1 の位置検出方法であって、 2. A method for detecting the position of claim 1,
前記複数のマーク要素は、 各々が異なる図形である。  Each of the plurality of mark elements is a different figure.
3 . クレーム 2の位置検出方法であって、 3. A method for detecting the position of claim 2,
前記図形は、 平行線を含み、  The figure includes parallel lines,
前記相対位置は、 前記平行線の間隔から求められる。  The relative position is obtained from an interval between the parallel lines.
4 . クレーム 2の位置検出方法であって、 4. The method for detecting the position of claim 2,
前記図形は、 矩形形状の図形を含み、  The figure includes a rectangular figure,
前記相対位置は、 前記矩形形状の大きさから求められる。  The relative position is obtained from the size of the rectangular shape.
5 . クレーム 2の位置検出方法であって、 5. The method for detecting the position of claim 2,
前記図形は、 2重矩形を含み、  The figure includes a double rectangle,
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。  The relative position is obtained from the position of the inner rectangle in the outer rectangle of the double rectangle.
6 . クレーム 1 の位置検出方法であって、 前記基準点は前記位置検出用マークの中心点である。 6. The method for detecting the position of claim 1, The reference point is a center point of the position detection mark.
7 . クレーム 1 の位置検出方法であって、 7. A method for detecting the position of claim 1,
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。  The position detection member is a mask used in a semiconductor exposure apparatus, and the position detection mark is formed on the mask.
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、 8. In the position detecting device for detecting the position of the detected member,
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、  The position detection member has a position detection mark including a predetermined reference point and a plurality of mark elements including position information from the reference point,
前記マーク要素の少なく とも一つを検出する検出器と、  A detector for detecting at least one of the mark elements;
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。  A calculator that calculates a relative position between the reference point and a detection origin of the detector based on a detection result of the detector.
9 . クレーム 8の位置検出装置であって、 9. The position detecting device of claim 8,
前記複数のマーク要素は、 各々が異なる図形である。  Each of the plurality of mark elements is a different figure.
1 0 . クレーム 9の位置検出装置であって、 10. The position detecting device of claim 9, wherein
前記図形は、 平行線を含み、  The figure includes parallel lines,
前記相対位置は、 前記平行線の間隔から求められる。  The relative position is obtained from an interval between the parallel lines.
1 1 . クレーム 9の位置検出装置であって、 1 1. The position detecting device of claim 9,
前記図形は、 矩形形状の図形を含み、  The figure includes a rectangular figure,
前記相対位置は、 前記矩形形状の大きさから求められる。  The relative position is obtained from the size of the rectangular shape.
1 2 . クレーム 9の位置検出装置であって、 1 2. The position detecting device of claim 9,
前記図形は、 2重矩形を含み、  The figure includes a double rectangle,
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。 The relative position is obtained from the position of the inner rectangle in the outer rectangle of the double rectangle.
1 3 . クレーム 8の位置検出装置であって、 1 3. The position detecting device of claim 8,
前記基準点は前記位置検出用マークの中心点である。  The reference point is a center point of the position detection mark.
1 4 . クレーム 8の位置検出装置であって、 1 4. The position detecting device of claim 8,
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。  The position detection member is a mask used in a semiconductor exposure apparatus, and the position detection mark is formed on the mask.
1 5 . 位置検出装置により位置が検出される被位置検出部材は、 15 5. The position detection member whose position is detected by the position detection device is:
所定の位置に形成された位置検出用マークを有し、  Having a position detection mark formed at a predetermined position,
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、  The position detection mark includes a predetermined reference point and a plurality of mark elements including position information from the reference point,
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。  The mark elements are arranged such that at least one is detected by a detector of the position detecting device.
1 6 . ク レーム 1 5の被位置検出部材であって、 1 6. The position detection member of claim 15,
前記複数のマーク要素は、 各々が異なる図形である。  Each of the plurality of mark elements is a different figure.
1 7 . ク レーム 1 6の被位置検出部材であって、 1 7. The position detection member of claim 16,
前記図形は、 平行線を含み、  The figure includes parallel lines,
前記相対位置は、 前記平行線の間隔から求められる。  The relative position is obtained from an interval between the parallel lines.
1 8 . ク レーム 1 6の被位置検出部材であって、 1 8. The position detection member of claim 16,
前記図形は、 矩形形状の図形を含み、  The figure includes a rectangular figure,
前記相対位置は、 前記矩形形状の大きさから求められる。  The relative position is obtained from the size of the rectangular shape.
1 9 . ク レーム 1 6の被位置検出部材であって、 1 9. The position detection member of claim 16,
前記図形は、 2重矩形を含み、  The figure includes a double rectangle,
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。 The relative position is obtained from the position of the inner rectangle in the outer rectangle of the double rectangle.
2 0 . クレーム 1 5の被位置検出部材であって、 20. The position detection member of claim 15, wherein
前記基準点は前記位置検出用マークの中心点である。  The reference point is a center point of the position detection mark.
2 1 . クレーム 1 5の被位置検出部材であって、 2 1. The position detecting member of claim 15,
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。  The position detection member is a mask used in a semiconductor exposure apparatus.
2 2 . マスク上のパターンを照明する照明光学系と、 2 2. An illumination optical system that illuminates the pattern on the mask,
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、  A projection optical system for projecting an image of the pattern illuminated by the illumination optical system onto a photosensitive substrate;
マスクが搭載されるマスクステージと、  A mask stage on which the mask is mounted,
マスク上に形成されたマスクァライメント用マークを検出するマスクァライメ ン 卜顕微鏡と、  A mask alignment microscope for detecting mask alignment marks formed on the mask,
前記マスクステージを駆動する駆動装置と、  A driving device for driving the mask stage,
前記マスクァ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、  A semiconductor exposure apparatus comprising: a control device that controls the driving device based on a detection result of the mask alignment microscope;
該マスクァ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、  The mask alignment mark includes a predetermined reference point and a plurality of mark elements including position information from the reference point,
該複数のマーク要素は、 少なく とも一つが前記マスクァライメン卜顕微鏡によ り検出されるように配列され、  The plurality of mark elements are arranged such that at least one is detected by the mask alignment microscope;
前記制御装置は、 前記マスクァ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、 前記マスクァライメント顕微鏡の検出原点と該マスクァラ ィ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。  The control device obtains a relative position between a detection origin of the mask alignment microscope and a reference point of the mask alignment mark based on the mark element position information detected by the mask alignment microscope. The driving device is controlled to drive the mask stage based on the relative position.
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