JPH06124866A

JPH06124866A - パターン認識装置

Info

Publication number: JPH06124866A
Application number: JP29226091A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1994-05-06
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JP3146568B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はパターン認識装置において、特定のパ
ターンを誤認識することなく正確かつ高速に識別しよう
とするものである。【構成】走査手段の相対走査によつて得られるアナログ
信号の波形を、パターン認識する為の前処理として微分
又は微分に加えて重み付けした後、複数のパターンある
いは単なるエツジの設計上の間隔量だけ、間隔方向にシ
フトさせた波形とシフト前の波形とを加算又は乗算によ
つて合成することで、特定パターンの波形上の位置に対
応した部分波形のみを強調することができる。これによ
り元々のアナログ信号に重畳してくるノイズが多い場合
でも、合成波形上では相対的にＳ／Ｎ比が向上し、高速
かつ高い精度で特定パターンを認識し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。産業上の利用分野従来の技術発明が解決しようとする課題課題を解決するための手段（図１〜図６）作用（図１〜図６）実施例（１）実施例の原理（２）第１の実施例（図１〜図６）（３）第２の実施例（図７〜図９）（４）他の実施例（図１０）発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明はパターン認識装置に関
し、特に半導体素子や液晶デバイス等の製造工程で使わ
れるウエハやガラスプレートの位置決めやアライメント
時のマーク検出に適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、半導体素子等の製造に使われるウ
エハは、様々な装置を介して処理されるが、取り分けマ
スクやレチクルの回路パターンをウエハ上に転写する露
光装置（アライナ、ステツパ等）では、ウエハ上に回路
パターンとともに形成されたアライメントマークを検出
して、マスクやレチクルとウエハとを精密に位置合わせ
することが必須となつている。

【０００４】通常この作業は「アライメント」と呼ばれ
ているが、現在ではその意味が広義に解釈され、単にウ
エハ上のマークを検出して、その位置（レチクルに対す
る位置）を特定するまでの作業が「アライメント」と呼
ばれることもある。そしてステツパー等の場合では、レ
チクルとウエハとを実際に位置合わせする動作のこと
は、「ステツピング」と呼ぶこともある。

【０００５】このアライメントのために露光装置には各
種のアライメントセンサが装着され、現在半導体素子の
製造ラインで実用に供されている露光装置の多くは光学
的な自動アライメント系を備えている。その中で特にウ
エハ上にレーザ光等のスポツト光を照射し、このスポツ
ト光とウエハとを相対的に走査してウエハ上の特定位置
に設けられた微細なアライメントマークからの光情報
（散乱光、回折光等）を光電検出する方式は、現時点で
は良好な検出精度が得られるアライメント方式として多
用されてきている。

【０００６】このアライメント方式は、光電検出された
信号に基づいてスポツト光とウエハとの走査位置上でア
ライメントマークからの光情報が得られた位置を検出す
ることによつて、ウエハのマスク（又はレチクル）に対
する位置を決定するものである。さらにこのアライメン
ト方式は２種類に分けられ、一方はアナログの光電信号
を所定のスライスレベルで２値化して、その２値化信号
と走査位置に応じたクロツクパルスとのもとでマーク位
置をデジタル的にカウントして決定するものであり、他
方はアナログの光電信号を走査位置に応じてデジタルサ
ンプリングして信号波形をメモリ上に記憶し、その信号
波形上の特徴からマーク位置を算出するものである。

【０００７】また他の検出方式のアライメントセンサと
して、ウエハ上のマークを顕微鏡で観察し、その拡大像
をビジコン、ＣＣＤ等の撮像素子て光電検出し、マーク
に応じた画像（ビデオ）信号を処理することで、マーク
位置を検出するものも使われている。この場合撮像素子
はウエハ表面のマークを含む局所領域の像を複数の走査
線で構成されたフレーム単位で受光するため、１本又は
複数の走査線に対応するビデオ信号を抽出して、画素
（ピクセル）毎に信号レベルをデジタルサンプリングし
て波形としてメモリに記憶した後、デジタル演算処理に
よつてマーク位置を算出している。

【０００８】このような画像処理方式のアライメントセ
ンサは、通常は明視野でマーク像を受光するが、撮像素
子に至る光学系路内の瞳面（フリーエ面又は対物レンズ
の前側焦点面）に空間フイルタを設けたり、あるいはウ
エハ上の撮像領域に対して暗視照明を行なう照明系を設
けることによつて、マーク像を暗視野で受光してビデオ
信号を得ることもある。

【０００９】また上述したスポツト光走査方式のアライ
メントセンサでも、明視野方式でマーク等からの光情報
を光電検出することもでき、いずれの方式を用いてもマ
ーク検出にあたつては、ウエハ上のマークを含む局所領
域の位置検出方向に関する光学的、又は物理的な特性変
化に応したアナログ信号を発生させ、そのアナログ信号
を解析することによつてマークを認識するようになされ
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところがかかる構成の
アライメントセンサでは、スポツト光（又は走査線）に
よつてウエハ上の局所領域（又はその像）を走査するた
め、走査軌跡上にゴミや傷あるいはマークに類似した表
面の不整（凹凸）等が存在すると、これら欠陥部からも
マークからの光情報と同等の光情報が発生し、それをマ
ークと誤認識することがあつた。

【００１１】またウエハのマークが走査範囲内（計測範
囲内）に位置するようにウエハとアライメントセンサと
をプリアライメントしておかないと、このマークが検出
できないという問題点もあつた。特にアライメントマー
クの付近に微細なパターン構造の回路部分が存在してい
ると、プリアライメントの精度が劣化した場合には、ミ
スアライメントを起こすといつた問題が生じる。

【００１２】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、特定のマーク（パターン）を誤認識することなく正
確に、しかも高速に識別し得るパターン認識装置を提案
しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、ほぼ同一形状のパターンＭ
１、Ｍ２、Ｍ３の複数を位置検出すべき方向に所定間隔
で形成した物体Ｗを保持する保持手段ＳＴと、複数のパ
ターンＭ１、Ｍ２、Ｍ３を含む物体Ｗ上の所定範囲を位
置検出方向に走査して、所定範囲内の光学的な特性変化
に応じてレベル変化するアナログ信号を出力する走査手
段１、２、３、４、５、６、７、８、９とを有し、アナ
ログ信号を解析することによつて複数のパターンＭ１、
Ｍ２、Ｍ３のうちの特定のパターンＭ２の位置を認識す
るパターン認識装置において、走査手段１〜９の走査に
より得られるアナログ信号の波形を、物体Ｍ上の走査位
置に対応させて記憶する記憶手段１２と、記憶手段１２
に記憶されたアナログ信号の波形を読み出すと共に、ア
ナログ信号の微分波形を求める微分手段１８（ＳＰ１０
１）と、複数のパターンＭ１、Ｍ２、Ｍ３の所定間隔に
対応した量Ｆａ、Ｆｂだけ微分波形を走査の方向にシフ
トさせた波形と元の波形とを合成して、特定のパターン
Ｍ２に対応した波形部分を他のパターンＭ１、Ｍ３に対
応した波形部分によつて強調した合成波形を出力する波
形合成手段１８（ＳＰ１０３）と、合成波形の強調され
た波形部分を検出することによつて特定のパターンＭ２
の位置を識別する識別手段１７とを設けるようにした。

【００１４】また第２の発明においては、ほぼ同一形状
のパターンＭ１、Ｍ２、Ｍ３の複数を位置検出すべき方
向に所定間隔で形成した物体Ｗを保持する保持手段ＳＴ
と、複数のパターンＭ１、Ｍ２、Ｍ３を含む物体Ｗ上の
所定範囲を位置検出方向に走査して、所定範囲内の光学
的な特性変化に応じてレベル変化するアナログ信号を出
力する走査手段１〜９とを有し、アナログ信号を解析す
ることによつて複数のパターンＭ１、Ｍ２、Ｍ３のうち
の特定のパターンＭ２の位置を認識するパターン認識装
置において、走査手段１〜９の走査により得られるアナ
ログ信号の波形を、物体Ｍ上の走査位置に対応させて記
憶する記憶手段１２と、記憶手段１２に記憶されたアナ
ログ信号の波形を読み出すと共に、アナログ信号の微分
波形を求めると共に、微分波形に重みを付ける重み付け
微分波形を送出する波形整形手段１８（ＳＰ１０１、Ｓ
Ｐ１０２）と、複数のパターンＭ１、Ｍ２、Ｍ３の所定
間隔に対応した量Ｆａ、Ｆｂだけ重み付け微分波形を走
査の方向にシフトさせた波形と元の波形とを合成して、
特定のパターンＭ２に対応した波形部分を他のパターン
Ｍ１、Ｍ３に対応した波形部分によつて強調した合成波
形を出力する波形合成手段１８（ＳＰ１０３）と、合成
波形の強調された波形部分を検出することによつて特定
のパターンＭ２の位置を識別する識別手段１７とを設け
るようにした。

【００１５】

【作用】走査手段１〜９の相対走査によつて得られるア
ナログ信号の波形を、パターン認識する為の前処理とし
て微分又は微分に加えて重み付けした後、複数のパター
ンＭ１、Ｍ２、Ｍ３あるいは単なるエツジの設計上の間
隔量Ｆａ、Ｆｂだけ、間隔方向にシフトさせた波形とシ
フト前の波形とを加算（又は乗算）によつて合成するこ
とで、特定パターンＭ２の波形上の位置に対応した部分
波形のみを強調することができ、かくして元々のアナロ
グ信号に重畳してくるノイズが多い場合でも、合成波形
上では相対的にＳ／Ｎ比が向上し、高速かつ高精度で特
定パターンＭ２を認識し得る。

【００１６】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１７】（１）実施例の原理この発明においては、基本的に次の２つの事項を前提と
している。すなわち物体上にほぼ同一形状のパターン
（又は単なるエツジ）の複数（２つ以上）を位置検出方
向に設計上で決めた所定の間隔で形成しておき、続いて
それら複数のパターンを位置検出方向に関して走査し
て、各パターンの光学的又は物理的な特性変化に応じた
アナログ信号を得るようになされている。

【００１８】この構成を有するものであれば、原理的に
はどのような分野にも応用できるが、ここでは半導体製
造装置又は半導体検査装置のアライメントセンサに本発
明を適用した場合に限つて実施例を説明する。このよう
な構成を備えた投影露光装置用のアライメント方式は、
たとえば特開昭６０−２５６００２号公報に開示され、
公知であるので、アライメントセンサについて以下図
１、図２を用いて簡単に説明する。

【００１９】（２）第１の実施例図１は本発明の第１の実施例によるパターン認識装置が
アライメントセンサとして適用される投影露光装置の構
成を示し、回路パターンを有するレチクルＲとウエハＷ
との間には、少なくともウエハ側（像側）がテレセント
リツクな投影レンズＰＬが設けられ、ウエハＷはステツ
プアンドリピート露光時、あるいはアライメント時に２
次元的にｘ、ｙ移動するようにステージＳＴ上に載置さ
れる。このウエハＷにはレチクルＲとのアライメントの
ために、例えば複数本の回折格子状マークからなるマー
クＷＭが形成される。

【００２０】図２はウエハＷ上でのマーク配置を示し、
ここではｙ方向に伸びた同一形状の３本のマークＭ１、
Ｍ２、Ｍ３がｘ方向に間隔Ｄ１、Ｄ２で形成されている
ものとする。マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３の夫々はｙ方向に
微小な矩形要素（凸部、又は凹部）を１：１のデユーテ
イで１列に並べた回折格子てなり、これらの光ビームを
垂直方向から照射すると、ｙ軸とｚ軸（ウエハ面と垂
直）とを含む面内で広がつて反射する回折光が得られ
る。

【００２１】実際上図１において、レーザ光源１からの
レーザビームＬＢはシリンドリカルレンズ２、ビームス
プリツタ３、（対物レンズ４、及びミラー５を介して投
影レンズＰＬの瞳ｅｐの中心に向かつて入射する。投影
レンズＰＬはウエハＷ上にレーザビームＬＢを垂直に照
射させ、ウエハＷ上には図２に示したようにｙ方向に伸
びたシート状（又はスリツト状）のスポツト光ＳＰが結
像する。

【００２２】ウエハＷ上のスポツト光照射部から生じる
光情報は、投影レンズＰＬを介して元の照明光路を逆進
し、ミラー５、対物レンズ４を介してビームスプリツタ
３で反射され、リレー系６を通つて空間フイルター７に
達する。リレー系６は空間フイルター７の位置に投影レ
ンズＰＬの瞳ｅｐの像を結像するもので、空間フイルタ
ー７は瞳ｅｐと共役に配置される。空間フイルター７は
ウエハＷからの光情報のうち、マークＷＭ（Ｍ１、Ｍ
２、Ｍ３）からの特定次数の回折光（又は散乱光）のみ
を空間的に分離抽出するもので、抽出された回折光等は
集光レンズ８によつて光電素子（フオトマル等）９の受
光面に集められる。

【００２３】増幅器（ＡＭＰ）１０は光電素子９からの
光電信号を一定量だけ増幅し、増幅された光電信号はア
ナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１１に入力し、信号レ
ベルに応じたデジタル値に変換される。このデジタル値
は信号波形記憶（取り込み）用のメモリ（ＲＡＭ）１２
に順次格納される。ＡＤＣ１１の変換タイミングやＲＡ
Ｍ１２のアドレス設定はカウンタ回路（ＣＮＴ）１３に
よつて行なわれる。

【００２４】ＣＮＴ１３は、ステージＳＴの位置を計測
するレーザ干渉計１４からのアツプダウンパルス信号
（例えばステージＳＴが０．０１〔μｍ〕移動する毎に
１パルスとなる信号）をステージコントローラ１５を介
して入力する。またウエハステージＳＴの移動はステー
ジコントローラ１５の管理のもとにモータ１６で行なわ
れ、ステージＳＴの移動位置決めは主制御部（ＣＰＵ）
１７とステージコントローラ１６との間で指令や情報を
やり取りすることによつて行なわれる。高速演算専用の
プロセツサ（ＢＳＰ）１８はＲＡＭ１２に取り込まれた
信号波形の特徴等に基づいて、マークＷＭの位置を高速
に算出し、その結果をＣＰＵ１７に出力する。

【００２５】ＣＰＵ１７は決定された位置を基準にし
て、干渉計１４の計測座標値をモニタしながらステージ
ＳＴを任意の位置に移動させる。具体的には、レチクル
Ｒの回路パターンの投影像がウエハＷ上の所定の領域
（シヨツト領域）と合致するように位置決めする。なお
ＣＮＴ１３によるＲＡＭ１２のアドレス指定は、ＡＤＣ
１１からの波形データを書き込む時だけ行なわれ、ＲＡ
Ｍ１２からデータを読み出す時はＢＳＰ１８がＣＮＴ１
３の代りにアドレス指定を行なう。また図１では模式的
に示したがレーザビームＬＢのスポツト光ＳＰはＸ方向
用とＹ方向用の２組が投影レンズＰＬを介してウエハＷ
へ投射され、干渉用１４もＸ方向用とＹ方向用との２軸
が設けられている。

【００２６】図３はＸ方向用、Ｙ方向用のスポツト光Ｓ
ＰＸ、ＳＰＹの投影レンズフイールドＩＦ内での平面配
置を示し、投影レンズＰＬの光軸が通る点をＸＹ座標系
の原点と仮定し、そのＸ軸とＹ軸の夫々にレーザ干渉計
の測長軸が一致しているものとする。Ｙ方向に伸びたス
ポツト光ＳＰＸはＹ軸上のフイールドＩＦ内の周辺に固
定され、Ｘ方向に伸びたスポツト光ＳＰＹはＸ軸上のフ
イールドＩＦ内の周辺に固定されるが、必らずしも正確
ではない。

【００２７】一方、レチクルＲの回路パターン領域ＰＡ
の中心ＲＣも、レチクルアライメント時の残留誤差やシ
ステムオフセツトによつて投影レンズＰＬの光軸（ＸＹ
座標系の原点）とは必ずしも一致していない。そこでレ
チクルＲがステツパに装着されてアライメントされた
後、レチクルＲの中心Ｒｃとスポツト光ＳＰＸとのＸ方
向のずれ量ΔＢＸと、中心ＲＣとスポツト光ＳＰＹとの
Ｙ方向のずれ量ΔＢＹとを、他のアライメントセンサや
ステージＳＰ上の基準マークを用いて予め測定してお
く。このずれ量（ΔＢＸ、ΔＢＹ）はベースライン量と
呼ばれるもので、以降そのレチクルＲが変換されるま
で、又はベースライン量の再測定が行なわれるまで、Ｃ
ＰＵ１７内に定数として記憶される。

【００２８】さてスポツト光ＳＰとマークＷＭとの相対
走査によつて光電素子９から発生したアナログ信号波形
はデジタルデータとしてＲＡＭ１２に記憶されるが、そ
の相対走査の範囲は、図２においてはマークＷＭのＸ方
向の全幅とウエハＷのプリアライメント精度とを考慮し
て決められる。ＣＰＵ１７は、ＲＡＭ１２に波形データ
を書き込み始めたときのステージＳＴの座標位置（Ｘ
０）を記憶する。こうしてＲＡＭ１２に書き込まれた波
形データのアドレス値はステージＳＴの０．０１〔μ
ｍ〕毎の位置と一義的に対応したものとなる。

【００２９】ＢＳＰ１８はその波形データを処理するも
のであるが、この実施例ではそれを全てプログラムされ
たソフトウエアによる演算て実行する。以後この実施例
ではマークＷＭ内の中央のマークＭ２を検出すべき特定
のパターンとして考えることにし、図２に示されている
ように、マークＭ１とＭ２のＸ方向の中心間隔Ｄ１とマ
ークＭ２とＭ３の中心間隔Ｄ２とは、パターン認識上有
利になるように異なつた値（ここではＤ１＜Ｄ２）にし
ておく。

【００３０】なおより好しくは各マークＭ１、Ｍ２、Ｍ
３のＸ方向の幅をＬとしたとき、Ｄ１＜Ｄ２＋Ｌの条件
とするのがよい。もちろん、各マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３
に対応した信号波形部分が全て分離するようにマーク幅
Ｌ、スポツト光ＳＰの幅、及び間隔Ｄ１、Ｄ２の各値が
決められる。

【００３１】次に図４、図５を参照して、ＢＳＰ１８の
波形処理を説明する。図４はＢＳＰ１８内の処理アルゴ
リズムの流れを示し、図５はＲＡＭ１２内の波形データ
とその処理の様子を示す。図５（Ａ）は、図２のように
スポツト光ＳＰがマークＭ１から順にマークＭ３まで相
対走査したときにＲＡＭ１２内に得られた波形データを
示し、以後、これを原波形データと呼ぶ。図５で横軸は
Ｘ方向の走査位置に対応したＲＡＭ１２のアドレス値
（１番地あたり０．０１〔μｍ〕）を表し、縦軸は信号
強度Ｓを表す。

【００３２】図５（Ａ）のように、原波形データはサン
プリング・ポイント数をＳＤとして、ＲＡＭ１２内のア
ドレス値ＭＳからＭＳ＋ＳＤまでの間に格納されている
ものとする。またＲＡＭ１２内には原波形をパターン認
識する為の前処理（微分処理及び重み付け処理）をした
パターン認識波形及びシフト加算をした後の波形データ
を格納するための領域が確保されており、それはアドレ
ス値Ｍ０からＭ０＋ＳＤにあるものとする。

【００３３】さてＢＳＰ１８内には、ＲＡＭ１２のアド
レス指定のために複数のアドレスポインタＩＸｎ（ｎ＝
０、１、２、３……）が設定されているものとする。さ
らにＢＳＰ１８内には、マークＭ位置とＭ２の中心間隔
Ｄ１〔μｍ〕に対応したポイント数（アドレス数）Ｆａ
と、マークＭ２とＭ３の中心間隔Ｄ２〔μｍ〕に対応し
たポイント数Ｆｂとが予めセツトされている。

【００３４】図４に示すように、ＢＳＰ１８はステツプ
ＳＰ１００において、ポインターＩＸ０には原波形デー
タ上のスタートアドレス値ＭＳをセツトし、ポインター
ＩＸ１にはパターン認識波形のスタートアドレス値Ｍ
Ｓ′をセツトし、ポインターＩＸ２にはパターン認識波
形データ上のスタートアドレス値ＭＳ′からポイント数
Ｆａを差し引いた値（ＭＳ′−Ｆａ）をセツトし、ポイ
ンターＩＸ３にはパターン認識波形データ上のスタート
アドレス値ＭＳ′にポイント数Ｆｂを加算した値（Ｍ
Ｓ′＋Ｆｂ）をセツトし、ポインターＩＸ４には、加算
合成した結果の波形データを格納するためのスタートア
ドレス値Ｍ０をセツトするとともに、処理ポイント数Ｓ
Ｄをカウントするレジスタｒに零をセツトする。

【００３５】次にＢＳＰ１８はステツプＳＰ１０１てＲ
ＡＭ１２に記憶された原波形データを微分波形データに
変換する。Ｓｉは原波形のｉ番目のデータ、Ｄｊは微分
フイルタのｊ番目の係数、Ｓｉ′は原波形のｉ番目のデ
ータの微分後のデータである。続いてＢＳＰ１８は次の
ステツプ１０２で求めた微分波形のデータ列に重み付け
をする。Ｗｉは微分波形データのｉ番目に掛ける重み係
数であり、Ｓｉ″′は重み付け後の微分波形データとな
る。ここで重み付け用の係数は任意に設定して良く、例
えばガウス波形を用いた重み係数を設定すれば微分波形
データ列の中心部を強調し、周辺部の影響を弱くした波
形データとなる。

【００３６】さらにＢＳＰ１８は、ステツプＳＰ１０３
でＲＡＭ１２に記憶された原波形データ中から３つのア
ドレス値に格納されているデータＲＡＭ（ＩＸ１＋
ｒ）、ＲＡＭ（ＩＸ２＋ｒ）、ＲＡＭ（ＩＸ３＋ｒ）を
読み出して加算し、その加算値をデータＤＴとして求め
る。そしてＢＳＰ１８は次のステツプＳＰ１０４におい
て、そのデータＤＴをＲＡＭ１２のアドレス（ＩＸ４＋
ｒ）へ格納した後、レジスタｒをインクリメント（ｒ＋
１）する。

【００３７】続いてＢＳＰ１８は、ステツプＳＰ１０５
でレジスタｒのカウント数がＳＤよりも大きくなつたか
否かを判定し、小さいときは再びステツプＳＰ１０３か
らの動作を実行する。またこのステツプＳＰ１０５でｒ
＞ＳＤが真と判断されると、シフト加算の演算は全て終
了し、ＲＡＭ１２のアドレスＭ０〜Ｍ０＋ＳＤには、図
５（Ｅ）に示すように、図５（Ｂ）のパターン認識波形
データに対してＦａだけ右にずれた図５（Ｃ）の波形デ
ータと、Ｆｂだけ左にずれた図５（Ｄ）の波形データと
が加算された波形データが格納される。なおこのフロー
チヤートは一例であり、同等の機能をはたすものであれ
ば、どのようなアルゴリズムでもかまわない。

【００３８】この後ＢＳＰ１８は図５（Ｅ）の波形デー
タから、最も大きな波高値を示すポイント位置ＰＸを求
め、そのポイント位置ＰＸに対応した原波形データ上の
ポイント位置（アドレス値）を決定する。実際にマーク
Ｍ２の中心位置を決定するには、図５（Ｅ）の波形デー
タを使う場合と、図５（Ａ）の原波形データを使う場合
との２通りが考えられる。

【００３９】図５（Ｅ）の合成波形を用いた場合は、３
つのマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３の夫々に対応した波形部分
の微分後の加算であるために、個々の波形歪みの影響に
よつて合成波形部分の歪みが大きくなることもある。従
つて、精密にマークＭ２の位置を検出するには、原波形
データに基づいて波形解析を行なつた方が好ましく、図
５（Ｅ）の合成波形はあくまでも真のマークのサーチ
（認識）目的のためだけに使つた方がよい。

【００４０】もちろん波形歪みが少ない場合等は、合成
波形の波形解析によつてマーク位置を決定してもよい。
原波形を用いた一般的な波形解析とては、特定のマーク
波形部分の立上りと立下りで、最も急峻な部分に対応し
たレベルでスライスを行ない、そのスライスレベルと波
形立上り部、波形立下り部の各交点位置を求め、その中
点をマークＭ２の中心位置として算出する手法、マーク
波形部分の立上り、立下りを低いスライスレベルと比較
して２つの交点位置を求め、その間の波形の重心（積分
値を１／２にする位置）を中心位置とする手法がある。

【００４１】以上この実施例ではマークＭ１、Ｍ２、Ｍ
３の各間隔Ｄ１、Ｄ２を異なつた値にしたため、パター
ン認識波形データを正方向にＦａだけシフトした波形デ
ータと、負方向にＦｂだけシフトした波形データとの合
成波形はゝ位置ＰＸでのみ３つのマーク波形部分が合成
されて強調されることになり、認識が極めて容易にな
る。

【００４２】もちろんマーク間隔はＤ１＝Ｄ２としても
全く同様にして特定マークの認識ができる。しかしなが
ら、３つのマーク波形部分に信号強度差が生じた場合、
あるいはマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３以外の部分に強いノイ
ズが発生した場合には、検出能力（波形の強調度）が低
下する可能性もある。さらにサーチ用のマークは最低２
本あれば、同様に波形合成による強調化が可能である
が、本実施例のように、少なくとも３本のマークが異な
つた間隔で配置されたとき、極めて強い認識力を持つ。

【００４３】その一例を図６を参照して説明する。すな
わち図６（Ａ）は原波形データを示し、ここでは特定マ
ークＭ２に対応した波形部分のレベルが、他のマークＭ
１、Ｍ３の夫々に対応した波形部分のレベルと比べて小
さくなり、かつ、ノイズＮによる波形部分が特定マーク
Ｍ２に対して−２Ｆａの位置に、信号強度（マークＭ
１、Ｍ３）と同程のレベルで混在するという、極めて悪
い条件を想定する。

【００４４】従来のように原波形データのみを解析して
マークＭ２を認識しようとする場合、極めて高い確立で
マークＭ１をマークＭ２と誤認識してしまう。ところが
本実施例のように、微分処理後（図６（Ｂ））、重み係
数（図６（Ｃ））を微分波形に掛けたパターン認識波形
（図６（Ｄ））に対して正方向にＦａだけシフトさせた
図６（Ｅ）の波形データと、負方向にＦｂだけシフトさ
せた図６（Ｆ）の波形データとの３つを加算すると図６
（Ｇ）のような合成波形が得られ、位置Ｃ０で最大値Ｓ
０が得られる。

【００４５】ここで図６（Ｄ）、（Ｂ）、（Ｆ）から明
らかなように、位置Ｃ０ではマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３の
３つの部分波形が全て合成されるのに対し、図６（Ｅ）
のうち位置Ｃ０の左側に現われる次に大きな合成波形
は、マークＭ１とノイズＮの各部分波形の合成によつて
得られたものであり、図６（Ｆ）のようにマークＭ２の
部分波形はそこから（Ｆａ−Ｆｂ）だけずれるために合
成には寄与しない。

【００４６】従つて、たとえ大きなノイズＮがたまたま
設計間隔（Ｆａ、又はＦｂ）だけ離れた位置に現れたと
してもこの実施例による波形合成の手法を使うと、極め
て容易に特定マークを認識することができる。

【００４７】（３）第２の実施例次に本発明の第２の実施例を、図７、図８、図９を参照
して説明する。この実施例では、ウエハＷ上のパターン
を撮像素子で検出して、そのビデオ信号を波形解析する
方式のアライメントセンサーを用いる。撮像素子として
はビジコン等の撮像管でも全く同じてあるが、ここでは
２次元ＣＣＤカメラを用いるものとする。

【００４８】図７に示すように、ウエハＷ上のパターン
は、テレセントリツクな対物レンズ３０、ビームスプリ
ツタ３１、結像用レンズ系３２、共役指標板３３、及び
再結像レンズ３４を介してＣＣＤカメラ３５の撮像面上
に拡大結像される。またウエハＷへの照明は、フアイバ
ー束３６の射出端を対物レンズ３０の瞳面ｅｐに配置し
たケーラー照明法で行なう。さらに指標板３３は透明ガ
ラス上に遮光層で指標マークを形成したものであり、Ｃ
ＣＤカメラ３５からのビデオ信号をＣＲＴ上に表示する
と、図８のように観察される。

【００４９】図８でフレームＦＲの左右には指標マーク
ＲＭａ、ＲＭｂが位置し、その間にウエハＷ上のマーク
ＭＡ、ＭＢが存在するようにプリアライメントされる。
ＣＣＤカメラ３５の水平走査線をＳＬ１……ＳＬｎとす
ると、指標マークＲＭａ、ＲＭｂとウエハマークＭＡ、
ＭＢとは、水平走査線と直交する方向の直線エツジで構
成される。またマークＭＡ、ＭＢの走査線方向の幅は互
いに異なるように決められ、さらにマークＭＡとＭＢの
間のスペース幅もそれらマーク幅とは異なるように決め
られている。

【００５０】ここでのアライメントは、図８のようにウ
エハＷを位置決めしたときのステージＳＴの座標値（Ｘ
０、Ｙ０）を記憶し、その状態で指標マークＲＭａとＲ
Ｍｂとの中点と、例えばマークＭＡ、ＭＢの間のスペー
ス部の中点との走査線方向の位置ずれ量（Δｘ）を波形
処理によつて求め、先に記憶した座標値Ｘ０をΔｘだけ
補正しておくことで完了する。

【００５１】図９は１本の水平走査線に沿つて得られた
ビデオ信号波形の一例を示し、走査方向はｘ方向と一致
しているものとする。ビデオ波形上の左右には指標マー
クＲＭａ、ＲＭｂ（黒レベル）に対応した波形部分ＲＥ
ａ、ＲＥｂが生じる。この波形部分はウエハＷ上の光学
的な特性変化とはほとんど無関係に、常に良好なコント
ラストで現れる。

【００５２】しかしながらウエハＷ上のパターンについ
ては照明光の波長やパターンの材質、表面処理等によつ
てかならずしもきれいな波形にはならない。図９におい
て、ビデオ波形はマークＭＡの左右のエツジでボトム波
形ＡＥｌ、ＡＥｒとなり、マークＭＢの左右のエツジで
ボトム波形ＢＥｌ、ＢＥｒとなる。このようにマークエ
ツジでボトムになるのは明視野観察の場合であつて、例
えば観察光路中の瞳面ｅｐに正反射光（０次光）カツト
用の空間フイルターを入れた暗視野観察では、マークエ
ツジのところでピーク波形となる。

【００５３】さてＣＣＤカメラを用いた場合も、水平走
査線内の各画素毎に信号レベルをデジタル値に変換して
フレームメモリ等に記憶すれば、後の処理は第１の実施
例と全く同様に実行できる。ＣＣＤカメラのビデオ信号
を使う場合、通常はフレームＦＲ内の２本以上の水平走
査線の夫々に対応したビデオ波形を垂直方向の画素につ
いて加算して平均化する処理が行なわれる。

【００５４】従つて平均化された後のビデオ波形に対し
て、ボトム波形ＲＥａとＲＥｂとの間の波形のみを抽出
して、第１の実施例と同様に横シフト合成を行なうとよ
い。一例として、マークＭＡの幅に対応した水平画素数
Ｑａ、マークＭＢの幅に対応した水平画素数をＱｂ、そ
してマークＭＡとＭＢの間のスペース幅に対応した画素
数をＱｃとしたとき、Ｑｂ／Ｑｃ＝１．５、Ｑａ／Ｑｃ
＝２．０に設定した場合を想定する。図９を原波形とし
て、前処理を行つた後、これに対して右（アドレス増加
方向）に画素数Ｑｃ分だけシフトした右シフト波形と、
原波形に対して左に画素数Ｑｂだけシフトした左シフト
波形とをそれぞれ加算すると、原波形上のボトム波形Ｂ
Ｅｌの位置で、右シフト波形上のボトム波形ＡＥｒと左
シフト波形上のボトム波形ＢＥｒとが重なつて強調さ
れ、他の位置では全く重なり合うボトム波形が生じな
い。

【００５５】従つてこの例ではボトム波形ＢＥｌが特定
のマークエツジ位置として認識される。この位置がわか
れば、ボトム波形ＡＥｒの位置もかわるので、原波形上
でボトム波形ＡＥｒとＢＥｌとの中点を求めればよい。
なおここでは１つのボトム波形部分がマークの１つのエ
ツジに対応するとして考えたが、マーク幅そのものが極
めて小さくなると、マークの左右のエツジは１つのボト
ム波形として現われるので、極めて細い線状マークの複
数本にしても全く同じ処理が可能である。

【００５６】以上の構成によれば、ＣＣＤカメラ等の２
次元撮像素子を用いる場合、多数の走査線からのビデオ
波形の平均化と、横シフト加算とを混在させることもで
きる。例えばフレームＦＲ内で水平走査線３０本分のビ
デオ波形を抽出する場合、２本おきに１０本分のビデオ
波形は原波形として使い、他の２本おきの１０本分のビ
デオ波形は例えば右シフト波形として使い、残りの２本
おきの１０本分のビデオ波形は左シフト波形として使
い、計３０本分のビデオ波形を加算合成しても同様に特
定マーク、又は特定エツジで強調された波形が得られ
る。ただしより精密にマーク位置を求めるには、原波形
信号のみを再度解析するのが好しい。

【００５７】図１０は他のマーク形状による変形例であ
り、図１０中ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３は、レーザビーム
のスポツト（シート状、又は単なる円）の走査線、ある
いはテレビカメラの水平走査線を表し、マークＭＣは台
形状で左右のエツジＥ１、Ｅ２は走査線に対して４５°
だけ傾いている。３本の走査線ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３
の夫々は走査と直交する方向に一定間隔Ｋだけ離れてい
る。

【００５８】そこで例えばエツジＥ１を認識するには、
走査線ＳＬ１に沿つて得られた信号を原波形とし、走査
線ＳＬ２に沿つて得られた信号波形を右へＫだけシフト
し、走査線ＳＬ３に沿つて得られた信号波形を右へ２Ｋ
だけシフトして、それぞれ前処理実施後合成すればよ
い。エツジＥ２の認識には、左シフトを同様に行なえば
よい。

【００５９】（４）他の実施例なお上述の実施例では、いずれも光電信号（ビデオ信
号）を処理する場合について説明したが、これに代え電
子ビームのスポツトを物体上で走査して特定のパターン
やエツジ位置を認識する場合でも全く同様に実施でき
る。この場合、物体から生じる２次電子や散乱電子の量
が、電子ビームの走査位置に応じて変化することから、
同様のアナログ信号が得られる。

【００６０】また同様のアナログ信号を得る形式として
は、対物レンズを介して拡大されたマ−ク像を微小スリ
ツトで走査し、そのスリツト透過光をフオトマル等で光
電検出する方式、そのスリツトは固定したまま、対物レ
ンズからのマーク像の光束をスリツトの幅方向にミラー
等で揺動する方式等が同様に適用される。さらにレーザ
ビームを回転ポリゴンミラー、カルバノミラー等で偏向
し、テレセントリツク対物レンズを介してスポツト光に
集光させて一次元走査する方式でもよい。この場合、レ
ーザビームの偏向角（偏向位置）に同期してサンプリン
グパルスを発生させれば、走査位置に対応した信号波形
データがメモリに抽出される。

【００６１】さらに上述の実施例においては、合成波形
を得るのにシフト加算を行なつたが、その他シフトした
波形とシフト前の波形との乗算によつても同様の効果が
得られる。ただしソフトウエア上のプログラム処理では
単純な加算に比べて多少時間がかかるといつた難点もあ
る。

【００６２】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、検出した
アナログ信号の強度変化やノイズ等による擬似信号に対
しても、常に高いパターン認識力を持たせることがで
き、かくして物体上の広い領域から特定パターンのみを
確実に検出することができるパターン認識装置を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるパターン認識装置
が適用される投影型露光装置の全体構成を示す略線的斜
視図である。

【図２】第１の実施例のマーク配置の説明に供する略線
的平面図である。

【図３】第１の実施例のパターン認識装置における投影
視野内のスポツト光の配置を示す略線的平面図である。

【図４】第１の実施例による動作を説明するフローチヤ
ートである。

【図５】図４に示した動作に伴つて処理される波形デー
タを示す特性曲線図である。

【図６】他の信号波形に対する処理の様子を示す特性曲
線図である。

【図７】本発明の第２の実施例によるパターン認識装置
の構成を示す略線図である。

【図８】そのパターン認識装置の動作の説明に供する略
線図である。

【図９】第２の実施例のパターン認識装置の信号波形を
示す特性曲線図である。

【図１０】マーク形状の変形例を示す平面図である。

【符号の説明】

Ｗ……ウエハ、ＷＭ、ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ……ウエハマー
ク、Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ3……マーク要素、ＳＰ、ＳＰX 、
ＳＰY ……スポツト光、１０……アンプ、１１……Ａ／
Ｄ変換器、１２……メモリ（ＲＡＭ）、１８……高速演
算プロセツサ、３５……撮像素子。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００３】

【０００７】また他の検出方式のアライメントセンサと
して、ウエハ上のマークを顕微鏡で観察し、その拡大像
をビジコン、ＣＣＤ等の撮像素子で光電検出し、マーク
に応じた画像（ビデオ）信号を処理することで、マーク
位置を検出するものも使われている。この場合撮像素子
はウエハ表面のマークを含む局所領域の像を複数の走査
線で構成されたフレーム単位で受光するため、１本又は
複数の走査線に対応するビデオ信号を抽出して、画素
（ピクセル）毎に信号レベルをデジタルサンプリングし
て波形としてメモリに記憶した後、デジタル演算処理に
よつてマーク位置を算出している。

【０００９】また上述したスポツト光走査方式のアライ
メントセンサでも、明視野方式でマーク等からの光情報
を光電検出することもでき、いずれの方式を用いてもマ
ーク検出にあたつては、ウエハ上のマークを含む局所領
域の位置検出方向に関する光学的、又は物理的な特性変
化に応じたアナログ信号を発生させ、そのアナログ信号
を解析することによつてマークを認識するようになされ
ている。

【００１０】

【００１３】

【００１５】

【００１６】

【００２０】図２はウエハＷ上でのマーク配置を示し、
ここではｙ方向に伸びた同一形状の３本のマークＭ１、
Ｍ２、Ｍ３がｘ方向に間隔Ｄ１、Ｄ２で形成されている
ものとする。マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３の夫々はｙ方向に
微小な矩形要素（凸部、又は凹部）を１：１のデユーテ
イで１列に並べた回折格子でなり、これらの光ビームを
垂直方向から照射すると、ｙ軸とｚ軸（ウエハ面と垂
直）とを含む面内で広がつて反射する回折光が得られ
る。

【００２９】ＢＳＰ１８はその波形データを処理するも
のであるが、この実施例ではそれを全てプログラムされ
たソフトウエアによる演算で実行する。以後この実施例
ではマークＷＭ内の中央のマークＭ２を検出すべき特定
のパターンとして考えることにし、図２に示されている
ように、マークＭ１とＭ２のＸ方向の中心間隔Ｄ１とマ
ークＭ２とＭ３の中心間隔Ｄ２とは、パターン認識上有
利になるように異なつた値（ここではＤ１＜Ｄ２）にし
ておく。

【００３５】次にＢＳＰ１８はステツプＳＰ１０１でＲ
ＡＭ１２に記憶された原波形データを微分波形データに
変換する。Ｓｉは原波形のｉ番目のデータ、Ｄｊは微分
フイルタのｊ番目の係数、Ｓｉ′は原波形のｉ番目のデ
ータの微分後のデータである。続いてＢＳＰ１８は次の
ステツプ１０２で求めた微分波形のデータ列に重み付け
をする。Ｗｉは微分波形データのｉ番目に掛ける重み係
数であり、Ｓｉ″′は重み付け後の微分波形データとな
る。ここで重み付け用の係数は任意に設定して良く、例
えばガウス波形を用いた重み係数を設定すれば微分波形
データ列の中心部を強調し、周辺部の影響を弱くした波
形データとなる。

【００４１】以上この実施例ではマークＭ１、Ｍ２、Ｍ
３の各間隔Ｄ１、Ｄ２を異なつた値にしたため、パター
ン認識波形データを正方向にＦａだけシフトした波形デ
ータと、負方向にＦｂだけシフトした波形データとの合
成波形は、位置ＰＸでのみ３つのマーク波形部分が合成
されて強調されることになり、認識が極めて容易にな
る。

【００４７】（３）第２の実施例次に本発明の第２の実施例を、図７、図８、図９を参照
して説明する。この実施例では、ウエハＷ上のパターン
を撮像素子で検出して、そのビデオ信号を波形解析する
方式のアライメントセンサーを用いる。撮像素子として
はビジコン等の撮像管でも全く同じであるが、ここでは
２次元ＣＣＤカメラを用いるものとする。

【００６０】また同様のアナログ信号を得る形式として
は、対物レンズを介して拡大されたマーク像を微小スリ
ツトで走査し、そのスリツト透過光をフオトマル等で光
電検出する方式、そのスリツトは固定したまま、対物レ
ンズからのマーク像の光束をスリツトの幅方向にミラー
等で揺動する方式等が同様に適用される。さらにレーザ
ビームを回転ポリゴンミラー、カルバノミラー等で偏向
し、テレセントリツク対物レンズを介してスポツト光に
集光させて一次元走査する方式でもよい。この場合、レ
ーザビームの偏向角（偏向位置）に同期してサンプリン
グパルスを発生させれば、走査位置に対応した信号波形
データがメモリに抽出される。

【００６２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｆ 15/62 ４０５Ｃ 9287−5Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ同一形状のパターンの複数を位置検出
すべき方向に所定間隔で形成した物体を保持する保持手
段と、前記複数のパターンを含む前記物体上の所定範囲
を前記位置検出方向に走査して、該所定範囲内の光学的
な特性変化に応じてレベル変化するアナログ信号を出力
する走査手段とを有し、該アナログ信号を解析すること
によつて前記複数のパターンのうちの特定のパターンの
位置を認識するパターン認識装置において、前記走査手段の走査により得られる前記アナログ信号の
波形を、前記物体上の走査位置に対応させて記憶する記
憶手段と、該記憶手段に記憶された前記アナログ信号の波形を読み
出すと共に、該アナログ信号の微分波形を求める微分手
段と、前記複数のパターンの所定間隔に対応した量だけ前記微
分波形を前記走査の方向にシフトさせた波形と元の波形
とを合成して、前記特定のパターンに対応した波形部分
を他のパターンに対応した波形部分によつて強調した合
成波形を出力する波形合成手段と、前記合成波形の強調された波形部分を検出することによ
つて前記特定のパターンの位置を識別する識別手段とを
具えることを特徴とするパターン認識装置。
【請求項２】ほぼ同一形状のパターンの複数を位置検出
すべき方向に所定間隔で形成した物体を保持する保持手
段と、前記複数のパターンを含む前記物体上の所定範囲
を前記位置検出方向に走査して、該所定範囲内の光学的
な特性変化に応してレベル変化するアナログ信号を出力
する走査手段とを有し、該アナログ信号を解析すること
によつて前記複数のパターンのうちの特定のパターンの
位置を認識するパターン認識装置において、前記走査手段の走査により得られる前記アナログ信号の
波形を、前記物体上の走査位置に対応させて記憶する記
憶手段と、該記憶手段に記憶された前記アナログ信号の波形を読み
出すと共に、該アナログ信号の微分波形を求めると共
に、該微分波形に重みを付ける重み付け微分波形を送出
する波形整形手段と、前記複数のパターンの所定間隔に対応した量だけ前記重
み付け微分波形を前記走査の方向にシフトさせた波形と
元の波形とを合成して、前記特定のパターンに対応した
波形部分を他のパターンに対応した波形部分によつて強
調した合成波形を出力する波形合成手段と、前記合成波形の強調された波形部分を検出することによ
つて前記特定のパターンの位置を識別する識別手段とを
具えることを特徴とするパターン認識装置。