JPS6193625A - Pattern detector - Google Patents

Pattern detector

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Publication number
JPS6193625A
JPS6193625A JP59214309A JP21430984A JPS6193625A JP S6193625 A JPS6193625 A JP S6193625A JP 59214309 A JP59214309 A JP 59214309A JP 21430984 A JP21430984 A JP 21430984A JP S6193625 A JPS6193625 A JP S6193625A
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JP
Japan
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light
pattern
amount
signal
detection
Prior art date
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Pending
Application number
JP59214309A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumi Yajima
矢島 和巳
Naoki Ayada
綾田 直樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP59214309A priority Critical patent/JPS6193625A/en
Publication of JPS6193625A publication Critical patent/JPS6193625A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26

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  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to perform high-speed, automatic control of the amount of projected light, by forming a part, which detects the amount of reflected light from a body, on light receiving surfaces of a photoelectric detector so that the part is separated from a part for detecting a light signal from a pattern, and simultaneously detecting the amount of light in a pattern detecting region and a detected pattern signal. CONSTITUTION:The distribution of scattered light, which is observed at the position of a photodetector 18 of an alignment mark is extended in the direction perpendicular to the extending direction of a pattern. Meanwhile, the scattered light from a material having an irregular shape such as dust spreads uniformly. Light receiving surfaces 18b, 18d, 18f and 18h detect the scattered light caused by the difference in steps in the mark pattern. Light receiving surfaces 18a, 18c, 18e and 18g detect only the scattered light from the dust and the like, which spreads uniformly. Based on the difference, only the signal component, from which the effect of the dust and the like is removed, can be taken out. The amount of the projected light is controlled by said signal at the light receiving surface, which detects non-scattered light.

Description

【発明の詳細な説明】 [Fl明の分野1 本発明は、マスクやウェハ等の被検出物体に描かれたパ
ターンからの光信号を光電変換器を用いて検出するB置
に関し、特に、上記被検出物体への照射光量をIIJB
して適正レベルのパターン検出信号が得られる様にした
パターン検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field 1 of the Invention] The present invention relates to a position B in which a photoelectric converter is used to detect an optical signal from a pattern drawn on an object to be detected such as a mask or a wafer, and particularly relates to the above-mentioned method. IIJB the amount of light irradiated to the detected object
The present invention relates to a pattern detection device capable of obtaining a pattern detection signal of an appropriate level.

[発明の背景] この種のパターン検出装置は、半導体焼付装置等におけ
るマスクやウェハの位置検知装置或いはマスクまたはウ
ェハの欠陥検査装置等に用いられる。
[Background of the Invention] This type of pattern detection device is used in a mask or wafer position detection device or a mask or wafer defect inspection device in a semiconductor printing device or the like.

゛従来、位置検知IImにおけるパターンによる位置検
出を目的とした信号検出1i1!として特願昭59−4
745〜59−4747号、特願昭59−5635〜5
9−5637号に開示された様な光電検出器を用いたも
のが知られている。この様なiutにおいては、パター
ンを正確に判断する為に光電検出器の出力を成る程度適
正化する必要があり、その為、光電検出器の出力を増幅
する増幅器のゲインを制御するか、或いは被検出物体に
照射する光量を制御することが不可決であった。
゛Conventionally, signal detection 1i1 aimed at position detection by pattern in position detection IIm! Special application as 1984-4
No. 745-59-4747, patent application No. 59-5635-5
A photodetector using a photoelectric detector as disclosed in No. 9-5637 is known. In such IUT, it is necessary to optimize the output of the photoelectric detector to some extent in order to accurately judge the pattern, and for this purpose, it is necessary to control the gain of the amplifier that amplifies the output of the photoelectric detector, or It has been difficult to control the amount of light irradiated onto the object to be detected.

この出力を適正化する装置としては、すでに提案された
ものがあるが、これらの装置においては、検出出力を制
御する為の光量検出器は、パターン検出用の検出器を兼
用したり、或いは検出領域に関係なく独立に検出器を設
けていた。しかし、前者は、光量検出器としてパターン
検出器を兼用している為、例えば光照射領域に目標のパ
ターンがない場合等、光量が検出できなかったり、また
は光量検出値が不正確であり、或いは光量を測定する為
にその検出出力に対し光量を求める為の処理を行なう必
要がある等の不都合があった。また、後者は検出された
光量が必ずしもパターン検出領域の光量と一致せず、そ
の為、検出器から出力される出力も過不足があって最適
な信号が得られず、パターンによる位置検知等ができな
い場合も生じるという不都合があった。
Some devices have already been proposed to optimize this output, but in these devices, the light amount detector for controlling the detection output also doubles as a pattern detection detector, or Detectors were installed independently regardless of the area. However, since the former functions as a pattern detector as well as a light intensity detector, for example, if there is no target pattern in the light irradiation area, the light intensity may not be detected, or the detected light intensity value may be inaccurate. In order to measure the amount of light, it is necessary to process the detected output to determine the amount of light. In addition, in the latter case, the amount of detected light does not necessarily match the amount of light in the pattern detection area, and as a result, the output output from the detector is either too much or too little, making it impossible to obtain an optimal signal, making it difficult to detect position by pattern, etc. There were some inconveniences in which this was not possible.

[発明の目的] 本発明は、上述従来例の欠点を除去する目的でなされた
もので、パターン検出領域での光量を、複雑な処理回路
も余分なパターン検出f!41ii!外の独立した検出
器も付加することなしに、かつパターン検出の特性を損
うことな(パターン検出信号と同時に検出することがで
きるとともに、パターン検出領域での照射光量の高速自
動制御を、コンパクト、ローコストで実現可能にしたパ
ターン検出H!tを提供することを目的とする。
[Object of the Invention] The present invention has been made for the purpose of eliminating the drawbacks of the above-mentioned conventional example, and the amount of light in the pattern detection area can be adjusted by using a complicated processing circuit and redundant pattern detection f! 41ii! This compact design allows simultaneous detection of the pattern detection signal and high-speed automatic control of the amount of light irradiated in the pattern detection area without adding an external independent detector and without impairing the characteristics of pattern detection. The present invention aims to provide pattern detection H!t that can be realized at low cost.

[実施例の説明コ 以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。第
1図は本発明の一実施例に係るパターン検出IIを適用
したマスクとウェハの自動位置合せ装置の信号検出系の
原理図である。1はレーザ光源、2は集光レンズ、3は
回転多面鏡、4はリレーレンズ、5は22以下の目視用
の光学系に光を分割する為のビームスプリッタ、6はフ
ィールドレンズ、7は14以下の光電検出光学系に光を
分割する為のビームスプリッタ、8はリレーレンズ、9
は19から21の目視Ii京用照明光学系から光を導く
為のビームスプリフタ、10は対物レンズ11の糧であ
り、12はマスク、13はウェハである。
[Description of Embodiments] The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a principle diagram of a signal detection system of an automatic mask and wafer alignment apparatus to which pattern detection II according to an embodiment of the present invention is applied. 1 is a laser light source, 2 is a condensing lens, 3 is a rotating polygon mirror, 4 is a relay lens, 5 is a beam splitter for splitting the light into 22 or less visual optical systems, 6 is a field lens, 7 is 14 Beam splitter for splitting the light into the following photoelectric detection optical system, 8 is a relay lens, 9
19 to 21 are beam splitters for guiding light from illumination optical systems for visual observation, 10 is a feed for the objective lens 11, 12 is a mask, and 13 is a wafer.

ここで、レーザ光自体の共役関係は次の様になっている
。すなわちレーザ光は−H集光レンズ2によって30の
位置に集光される。30の位置でのレーザ光のスポット
径は入射するレーザビームの径りと集光レンズ2の焦点
距離fzにより定まる。
Here, the conjugate relationship of the laser beam itself is as follows. That is, the laser beam is focused at the position 30 by the -H focusing lens 2. The spot diameter of the laser beam at the position 30 is determined by the diameter of the incident laser beam and the focal length fz of the condenser lens 2.

レーザ光が径りの中で一様に分布をしているとすると、
レーザスポットの径dは (1−2,44λ・f2/D で示される。30の位置から発散していくレーザ光は回
転多面&!t3で反射した後リレーレンズ4を通過して
−Hフイールドレンズ6の近傍の点32に結@される。
Assuming that the laser beam is uniformly distributed within the radius,
The diameter d of the laser spot is expressed as (1-2,44λ・f2/D).The laser beam diverging from the position 30 is reflected by the rotating polygon &!t3, passes through the relay lens 4, and enters the -H field. It is connected to a point 32 near the lens 6.

更に光はリレーレンズ8及び対物レンズ11を通してマ
スク及びウェハ面上に相当する34の位置に結像される
。従って第1図中で30.32゜34は互に共役となっ
ているのである。マスク及びウェハ面を実際に走査する
スポット34の径φは30から34までの結像倍率をa
とした時 φ璽aXd で示される。走査スポット径を変更するにはdを変更さ
せれば良く、レーザ光のビーム径りや、レンズ2の焦点
距1!III f zを変化させる事により実現できる
。また走査スポットを大きくするだけなら集光レンズ2
の位置を故意に動かし、30の位置でレーザ光をデフォ
ーカスさせてやることによっても実現できる。一般に走
査スポットの径は対象とするパターン線幅によって適宜
選べる事が望ましいが、111図の系はスポット径の変
更に対しては容易に対処する事ができる。34の位置に
集光されたレーザ光は回転多面鏡3の回転に従ってマス
ク及びウェハ面上を走査する。
Furthermore, the light passes through the relay lens 8 and the objective lens 11 and is imaged at 34 positions corresponding to the mask and wafer surfaces. Therefore, 30.32° 34 in FIG. 1 are conjugate to each other. The diameter φ of the spot 34 that actually scans the mask and wafer surface is determined by the imaging magnification from 30 to 34.
When it is, it is shown as φaXd. To change the scanning spot diameter, d can be changed by changing the beam diameter of the laser beam or the focal length of the lens 2 (1!). This can be realized by changing III f z. Also, if you just want to enlarge the scanning spot, use the condenser lens 2.
This can also be achieved by intentionally moving the position of and defocusing the laser beam at the position of 30. Generally, it is desirable that the diameter of the scanning spot can be selected appropriately depending on the target pattern line width, but the system shown in FIG. 111 can easily cope with changes in the spot diameter. The laser beam focused at the position 34 scans the mask and wafer surfaces as the rotating polygon mirror 3 rotates.

以上に説明した様な実際の物体面上での走査ビームの共
役関係と共に、第1図の光学系の瞳の結像関係も重要で
ある。対物レンズ11の瞳は10で示されるが、10の
中心点である光軸上の点33と、回転多面![3の反射
点31とは互いに共役になっている。すなわち、第1図
の配置はレーザビニムの対物レンズへの入射という点に
ついて見れば、丁度1110の位置に回転多面鏡を置い
たものと等価になっている。
In addition to the conjugate relationship of the scanning beam on the actual object plane as explained above, the image formation relationship of the pupil of the optical system shown in FIG. 1 is also important. The pupil of the objective lens 11 is indicated by 10, and the point 33 on the optical axis, which is the center point of 10, is a rotating polygon! The reflection point 31 of [3 is conjugate with each other. That is, the arrangement shown in FIG. 1 is equivalent to placing a rotating polygon mirror exactly at the position 1110 in terms of the incidence of the laser beam onto the objective lens.

ウェハの様な反射物体を観察する際にはテレセントリッ
クな対物レンズが使われる。第1図の対物レンズ11は
テレセントリックな配置、すなわち対物レンズ11の前
側焦点位置に光学系の通過光束を決定する瞳10が置か
れる配置となっている。第2図にこの様子を示す。対物
レンズ11の前側焦点でもある瞳位Hioの中心33は
前述の様に回転多面鏡3のレーザの反射位[31と共役
なので恰もここから走査ビームが発生するかの様な作用
を行う。
A telecentric objective lens is used when observing reflective objects such as wafers. The objective lens 11 in FIG. 1 is arranged in a telecentric manner, that is, the pupil 10 that determines the light beam passing through the optical system is placed at the front focal position of the objective lens 11. Figure 2 shows this situation. The center 33 of the pupil position Hio, which is also the front focus of the objective lens 11, is conjugate with the laser reflection position [31 of the rotating polygon mirror 3, as described above, so it acts as if a scanning beam were generated from there.

走査ビームの中心線となる主光線は対物レンズの前側焦
点33を通っているので対物レンズ11を通過した後は
光軸と平行になり、マスク及びウェハに垂直に入射する
。もしここで走査ビームが当った箇所が平坦な部分であ
れば入射光は反射して再び33の位置に戻る。一方、も
し走査ビームの当った所にパターンがあれば、パターン
の境界部のエツジで散乱を受は光はもとへは戻らない。
The principal ray, which is the center line of the scanning beam, passes through the front focal point 33 of the objective lens, so after passing through the objective lens 11 it becomes parallel to the optical axis and enters the mask and wafer perpendicularly. If the area hit by the scanning beam is flat, the incident light will be reflected and return to position 33 again. On the other hand, if there is a pattern where the scanning beam hits, the light will be scattered at the edges of the pattern boundaries and will not return to its original state.

すなわち散乱光は対物レンズ11で捉えられて再び11
10を通る時、最早瞳の中心33を通らず瞳の端の方を
通過する事になる。この事はとりも直さず、陸上で散乱
光と非散乱光が空間的に分離されているという事に他な
らない、第2図はこの分離の様子を示している。すなわ
ち走査ビームが例えば左から右に物体面上を走査すると
すると、パターンのある部分35に肖るまでは光は散乱
を受けず反射して瞳10のもとの所に戻る。パターン3
5に当ると光は散乱を受けて点線で示した様な光路を通
り、瞳1o上のもとの位置には戻らない。瞳1oの所で
の非散乱光の占める面積は走査レーザ光の有効径と同一
である。散乱光を$を効に捉える為、この非散乱光の有
効径は瞳の径に対して十分小さくとられるのが普通であ
り、通常はこの径の比が0.1〜0.7の範囲にとる事
が好ましい。
In other words, the scattered light is captured by the objective lens 11 and returned to 11
10, it no longer passes through the center 33 of the pupil, but instead passes toward the edge of the pupil. This simply means that scattered light and non-scattered light are spatially separated on land, and Figure 2 shows this separation. That is, when the scanning beam scans the object surface from left to right, for example, the light is not scattered and is reflected back to the pupil 10 until it hits the patterned portion 35. pattern 3
5, the light is scattered and passes through an optical path as shown by the dotted line, and does not return to its original position above the pupil 1o. The area occupied by the non-scattered light at the pupil 1o is the same as the effective diameter of the scanning laser beam. In order to capture scattered light effectively, the effective diameter of this non-scattered light is usually set sufficiently small compared to the diameter of the pupil, and the ratio of this diameter is usually in the range of 0.1 to 0.7. It is preferable to take

、再び第1図に戻り、ビームスプリンタ7がら別れてフ
ォトディテクタ18に到る光電検出光学系について考え
る。図中14は対物レンズ11の謹1oを結像さぜるレ
ンズ、15は光電検出用の光は透過し、他の波長例えば
目視用光学系で用いる波長を実質的にカットするフィル
タである。フォトディテクタ18の位置は瞳結像レンズ
14により1110の像のできる所である。従って11
0.フォトディテクタ18は互に共役な関係になってい
る。この光電検出系は走査スポットがパターンのエツジ
部にさしががった時のみ出力が現われる様に7オトデイ
テクタの受光面を配置しておく。従って出力を時間的に
1!察すれば走査ビームがエツジに当った時パルス状の
信号が発生される事がわかる。このパターンがマスク及
びウェハの7ラインメントマークからの信号であれば、
この信号からマスクとウェハの相対的な位置ずれを検出
することができる。検出されたずれ量を補正する様に不
図示の駆動系でマスクとウェハの相対位置を動かすこと
によりオート7ラインメントがなされる。
Returning to FIG. 1 again, consider the photoelectric detection optical system that separates from the beam splinter 7 and reaches the photodetector 18. In the figure, reference numeral 14 denotes a lens for forming an image of the objective lens 11, and reference numeral 15 denotes a filter that transmits light for photoelectric detection but substantially cuts other wavelengths, such as wavelengths used in the viewing optical system. The position of the photodetector 18 is where an image 1110 is formed by the pupil imaging lens 14. Therefore 11
0. The photodetectors 18 are in a conjugate relationship with each other. In this photoelectric detection system, the light receiving surfaces of the seven photodetectors are arranged so that the output appears only when the scanning spot hits the edge of the pattern. Therefore, the output is 1 in time! As you can see, when the scanning beam hits the edge, a pulse-like signal is generated. If this pattern is a signal from the 7 linement marks on the mask and wafer,
From this signal, the relative positional deviation between the mask and the wafer can be detected. Auto 7 alignment is performed by moving the relative positions of the mask and wafer using a drive system (not shown) so as to correct the detected amount of deviation.

第1図で目視用に設けられているのは19〜21の照明
系と22以下の観察系である。図中19は照明用光源、
20はコンデンサレンズで光源縁を対物レンズ11の瞳
10の上に作る作用をする。21はフォトレジストの感
光する波長域の光をカットする作用を持つフィルタであ
る。一方22は像の正転を行うエレクタ、23はレーザ
波長をカットし目視観察用の波長を透過するフィルタ、
24は接眼レンズである。
In FIG. 1, illumination systems 19 to 21 and observation systems 22 and below are provided for visual observation. 19 in the figure is a light source for illumination,
20 is a condenser lens which functions to form a light source edge above the pupil 10 of the objective lens 11. Reference numeral 21 denotes a filter having the function of cutting light in a wavelength range to which the photoresist is sensitive. On the other hand, 22 is an erector that rotates the image in the normal direction, and 23 is a filter that cuts the laser wavelength and transmits the wavelength for visual observation.
24 is an eyepiece lens.

一方、レーザによるスポット走査に適合するマークとし
ては、例えば特願昭52−5502号「光学装置」にそ
の実施例がある。このマークは一方向のライン走査に対
してX、yのずれを検出する事のできる第3図の櫟なマ
ークである。第3図(a)はマスク(またはウェハ)用
パターン、(b ) i、tウェハ(またはマスク)用
パターン、(C)は両者を7ラインメントさせた時の状
態である。なお(C)図に点線で示されているのが走査
レーザビームの軌跡である。
On the other hand, an example of a mark suitable for laser spot scanning can be found in, for example, Japanese Patent Application No. 52-5502 entitled "Optical Device". This mark is a rectangular mark shown in FIG. 3 that can detect deviations in X and y with respect to line scanning in one direction. FIG. 3(a) shows a pattern for a mask (or wafer), (b) a pattern for an i, t wafer (or mask), and FIG. 3(C) shows a state when both are subjected to 7-line alignment. Note that the dotted line in Figure (C) is the locus of the scanning laser beam.

散乱した光を検出する光電検出系は、光電検出の対象領
域にたまたまゴミの様な光を散乱させる物質がある場合
、このゴミの散乱光まで信号として拾ってしまう。ゴミ
はウェハに付着している場合もあれば走査光学系の内部
に付着している場合もあるので常に考慮しておかなけれ
ばならない。
If a photoelectric detection system that detects scattered light happens to have a substance that scatters light, such as dust, in the area to be photoelectrically detected, it will pick up the scattered light from this dust as a signal. Dust may be attached to the wafer or inside the scanning optical system, so it must always be taken into consideration.

この横にして生じるパターン以外からの検出光は、いわ
ば偽信号であり、好ましくないばかりでなく、誤動作の
原因となる。
Detection light from other than the horizontal pattern is a so-called false signal, which is not only undesirable but also causes malfunctions.

この為、上記のゴミなどのパターン以外からの不所望の
検出光の除去を目的としてフォトディテクタの受光面を
分割する方法がある。ここでフォトディテクタの受光面
を分割する方法について説明する為、第1図の光電検出
部の7オトデイテクタ18の所で観測される光の分布を
考える。今までの説明では散乱光をパターンエツジ′か
らの散乱現象として捉えてきたが、これは換言すれば一
部の回折現象に他ならない。従ってパターンの方向性に
依存した方向に光は散乱される事になる。第3図に示し
た様なアラインメントマークの場合、フォトディテクタ
18の位置でamされる散乱光の分布いわゆる回折パタ
ーンを第4図(a)に示す。
For this reason, there is a method of dividing the light-receiving surface of the photodetector in order to remove unwanted detection light from other than the pattern such as the above-mentioned dust. In order to explain the method of dividing the light-receiving surface of the photodetector, consider the distribution of light observed at the seven photodetectors 18 of the photoelectric detection section in FIG. 1. In the explanation so far, scattered light has been understood as a phenomenon of scattering from pattern edges', but in other words, this is nothing but a partial diffraction phenomenon. Therefore, light is scattered in a direction that depends on the directionality of the pattern. In the case of the alignment mark shown in FIG. 3, the distribution of scattered light that is emitted at the position of the photodetector 18, so-called diffraction pattern, is shown in FIG. 4(a).

散乱光はパターンの伸びている方向と直角の方向に伸び
る事は通常の回折現象の理論より容易に説明される。一
方これに対してゴミの襟な不規則な形状をした物質から
の散乱光はディテクタ18の所で特別な方向性は示さず
一様な拡がり方をする。
The fact that the scattered light extends in a direction perpendicular to the direction in which the pattern extends is easily explained by the theory of normal diffraction phenomena. On the other hand, scattered light from an irregularly shaped substance such as a dust collar does not show any particular directionality at the detector 18 and spreads uniformly.

第4図(b)にその様子を示す。第4図(a)。The situation is shown in FIG. 4(b). Figure 4(a).

(b)とも中央の黒い点は非散乱光による部分であり、
それ以外の斜線部が光の拡がっている領域を示している
。また外側の円は本光学系の有効径を示している。
In both (b), the black dot in the center is the part due to non-scattered light,
The other shaded areas indicate areas where light is spreading. The outer circle indicates the effective diameter of the optical system.

フォトディテクタを分割する方法では、このフォトディ
テクタ位置でのパターン部と非パターン部からの散乱の
違いを利用する。このフォトディテクタの受光面の分割
は、パターン検出(回折光)受光面と散乱光受光面が設
けられている事が特徴となっている。
The method of dividing the photodetector utilizes the difference in scattering from the patterned portion and the non-patterned portion at the photodetector position. The light receiving surface of this photodetector is divided into a pattern detection (diffracted light) light receiving surface and a scattered light receiving surface.

この様な光電検出法の問題点は、先ず、最適な検出出力
を得る為被検出物体に照射する光量を制御するのに、現
在の光量を検出することである。
The problem with such a photoelectric detection method is that the current amount of light must be detected in order to control the amount of light irradiated onto the object to be detected in order to obtain an optimal detection output.

すなわち、フォトディテクタ18は、散乱光を検出する
様に分割されている為、散乱光がない場合は、光量を検
出することができず、できたとしても検出物体の反射率
を忠実に反映してはいない。
In other words, since the photodetector 18 is divided to detect scattered light, it cannot detect the amount of light if there is no scattered light, and even if it could, it would not faithfully reflect the reflectance of the detected object. Not there.

一般にウェハ表面の反射状態はウェハの種類、処理状態
によって大きく変わる為、単に光電検出器後段の7ンブ
のゲイン制御だけでは充分なS/へを保った出力を得る
ことはできない。これは、光電検出器への入射光量不足
から該検出器への信号出力が該検出器の発生するノイズ
レベル以下になってしまう為で、これを避けるにはウェ
ハに対する照射光量を上げ、ウェハからの光信号を大き
くすることが不可欠となる。
In general, the reflection state of the wafer surface varies greatly depending on the type of wafer and processing conditions, so it is not possible to obtain an output that maintains a sufficient S/ simply by controlling the gain of the 7-wavelength amplifier after the photoelectric detector. This is because the signal output to the photoelectric detector falls below the noise level generated by the detector due to insufficient amount of light incident on the photoelectric detector. To avoid this, increase the amount of light irradiated to the wafer and It is essential to increase the size of the optical signal.

ここで再びフォトディテクタ18の所で観測される光の
分布を見ると、照射された光の来た光路をそのまま戻っ
て行く光は光学系の中心で1!測する事ができ、その量
は検出体の反射率に依存することが分る。従ってこの中
心にもフォトディテクタの分割された一部を付加し、そ
こで検出された光量で照射光量を制御すれば信頼のおけ
る光量制御が可能となる。因みにこの中心でU*される
光すなわち非散乱光を以下においては0次光と呼ぶ。
If we look again at the distribution of the light observed at the photodetector 18, we can see that the light that returns along the optical path from which the irradiated light came is 1! at the center of the optical system! It can be seen that the amount depends on the reflectance of the object to be detected. Therefore, by adding a divided portion of the photodetector to the center and controlling the irradiation light amount based on the light amount detected there, reliable light amount control becomes possible. Incidentally, the light that is U* at the center, that is, the non-scattered light, is hereinafter referred to as zero-order light.

本発明は、フォトディテクタ18の受光面を分割し、パ
ターン検出受光面と散乱光受光面の他に0次光受光面を
設け、0次光受光面で検出された光量によって照射光量
を制御する事が特徴となっている。
In the present invention, the light-receiving surface of the photodetector 18 is divided, a zero-order light-receiving surface is provided in addition to the pattern-detection light-receiving surface and the scattered light-receiving surface, and the amount of irradiated light is controlled by the amount of light detected on the zero-order light-receiving surface. is a feature.

第5図はこの様なフォトディテクタの実施例を示す沢略
的上面図である。18のフォトディテクタは、同一基板
の上に各々分割されて独立に信号が取り出される様に構
成された受光面18a 、 18b 。
FIG. 5 is a schematic top view showing an embodiment of such a photodetector. The 18 photodetectors have light receiving surfaces 18a and 18b that are divided on the same substrate and configured so that signals can be taken out independently.

18c 、 18d 、 18e 、 18f 、 1
8g 、 18h 、 18iよりなっテイル。受光面
18b 、 18d 、 18f 、 18h l;t
v−クパターンの段差による散乱光すなわち回折光を検
出する受光面であり、これより取り出される信号をマー
ク信号と呼ぶ、このマーク信号には第4図(a)のマー
クパターン回折光と第4図(b)のゴミ或いは粒子状パ
ターンからの一様に拡がる散乱光とによる信号が含まれ
ている。また、18a。
18c, 18d, 18e, 18f, 1
Tail from 8g, 18h, 18i. Light receiving surfaces 18b, 18d, 18f, 18h l;t
This is a light-receiving surface that detects the scattered light, that is, the diffracted light, due to the step difference in the v-mark pattern.The signal extracted from this is called a mark signal.This mark signal includes the mark pattern diffracted light shown in FIG. It includes a signal due to uniformly spreading scattered light from the dust or particulate pattern shown in FIG. 3(b). Also, 18a.

18c 、 18e 、 18gは第4図(b)で示す
ゴミ等による一様に拡がる散乱光のみが検出される受光
面であり、これより取り出される信号をノイズ信号と呼
ぶ。ところでマーク信号中のゴミ等の散乱光による信号
はノイズ信号とほぼ同量で、かつ同期している。従って
マーク信号からノイズ信号を差し引けば、ゴミ等による
影響が除去されたマークパターン回折光による信号分の
みが取り出しうる。
Reference numerals 18c, 18e, and 18g are light-receiving surfaces on which only the uniformly spread scattered light caused by dust and the like shown in FIG. 4(b) is detected, and the signals extracted from these surfaces are called noise signals. Incidentally, the signal due to scattered light from dust or the like in the mark signal has approximately the same amount as the noise signal and is synchronized with the noise signal. Therefore, by subtracting the noise signal from the mark signal, only the signal due to the mark pattern diffracted light from which the influence of dust and the like has been removed can be extracted.

一方、181は0次光を検出する受光面で、これより取
り出される信号を○次光信号と呼ぶ。本発明ではこのO
次光信号によって照射光量を制御する。
On the other hand, 181 is a light receiving surface for detecting 0th order light, and the signal extracted from this is called a 0th order optical signal. In the present invention, this O
The amount of irradiation light is controlled by the next optical signal.

なお、この櫟なフォトディテクタ18は太陽電池等で製
作することができる。
Note that this rectangular photodetector 18 can be manufactured using a solar cell or the like.

次に、本発明の実施例に係る信号処理系について説明す
る。第6図はその信号処理を説明する為の信号図である
。ここで以下の説明の便宜の為、受光面181) 、 
i8d 、 18r 、 18hからの信号の和、すな
わちマーク信号が出力される方をAチャンネルと呼び、
受光面18a 、 18c 、 18e 、 IQから
の信号の和、すなわちノイズ信号が出力される方をBチ
ャンネルと呼ぶ。第6図(a)はマスク及びウェハ上の
パターンを走査した時の位置関係を示したものである。
Next, a signal processing system according to an embodiment of the present invention will be explained. FIG. 6 is a signal diagram for explaining the signal processing. Here, for the convenience of the following explanation, the light receiving surface 181),
The sum of the signals from i8d, 18r, and 18h, that is, the one where the mark signal is output is called the A channel.
The sum of the signals from the light receiving surfaces 18a, 18c, 18e, and IQ, that is, the side from which the noise signal is output is called the B channel. FIG. 6(a) shows the positional relationship when the patterns on the mask and wafer are scanned.

この図で一点鎖線はレーザ走査光を示しており、ゴミ4
2が走査線上にのっている事を除けば第3図(C)と全
く同じ配置になっている。第6図(b)はAチャンネル
、第6図(C)はBチャンネルの出力を示したものであ
る。Aチャンネルは「パターン+ゴミJ、Bチャンネル
は「ゴミ」の検出チャンネルなので図の櫟な出力になる
In this figure, the dashed line indicates the laser scanning light, and the dust 4
The arrangement is exactly the same as in FIG. 3(C) except that 2 is on the scanning line. FIG. 6(b) shows the output of the A channel, and FIG. 6(C) shows the output of the B channel. The A channel is a detection channel for "pattern + dust" and the B channel is a detection channel for "dust", so the output is straight as shown in the figure.

第6図(d)〜(f)は(A−8)の演算を行なう差動
増幅器を通過した信号の三悪様である。
FIGS. 6(d) to 6(f) show the three bad states of the signal that has passed through the differential amplifier that performs the operation (A-8).

(d)はAチャンネルのゴミ信号とBチャンネルのゴミ
信号が丁度うまくキャンセルした場合、(e)はAチャ
ンネルのゴミ信号の方が太きかりた場合、(f)はBチ
ャンネルのゴミ信号の方が大きくて完全にはキャンセル
できなかった場合である。(d)〜(ず)のいずれにな
るかはゴミの散乱の特性、差動増幅の際に一方または両
方の信号に掛ける倍率、或いはフォトディテクタの感度
差等積々の要素があり、−概に決定する事はできない。
(d) is when the A-channel garbage signal and B-channel garbage signal cancel each other out just fine, (e) is when the A-channel garbage signal is thicker, and (f) is the case where the B-channel garbage signal is cancelled. This is a case where the problem is too large to be completely canceled. Which of (d) to (d) will be determined depends on a number of factors, such as the characteristics of dust scattering, the magnification applied to one or both signals during differential amplification, and the sensitivity difference of photodetectors. I can't decide.

しかし単純に非散乱光のみをカットした(b)の出力に
比して差動増幅器を通った後の信号であるl)〜(f)
はノイズを抑制し、パターンS/N比を高めている。
However, compared to the output of (b) which simply cuts only the non-scattered light, the signals l) to (f) which are the signals after passing through the differential amplifier
suppresses noise and increases the pattern S/N ratio.

第6図において(g)はO次光信号を示している。パタ
ーンによる散乱がない場合、この出力が検出物体の反射
率を反映している。このO次光信号によってレーザ照射
系の光量を1ill IIすることにより最適光ωが得
られ、光電検出器出力として最適レベルのマーク信号を
得ることができる。
In FIG. 6, (g) shows an O-order optical signal. In the absence of pattern scattering, this output reflects the reflectance of the detected object. By increasing the light intensity of the laser irradiation system to 1ill II using this O-order optical signal, the optimum light ω can be obtained, and a mark signal at an optimum level can be obtained as the output of the photoelectric detector.

・  第7図は、第6図(g)と同じ(0次光受光面1
81の出力で、(a)は光量が過大な場合、(b)は光
量が不足の場合、(C)は最適な先出に制御された場合
の出力をそれぞれ示している。
・ Figure 7 is the same as Figure 6 (g) (0th order light receiving surface 1
81, (a) shows the output when the light amount is excessive, (b) shows the output when the light amount is insufficient, and (c) shows the output when the optimal first-out control is performed.

第8図は本発明のパターン検出回路の具体例を示す、同
図において、レーザ1から出た光は、マスク12及びウ
ェハ13で反射され、ビームスプリッタ7でもとの光路
から分割されて光1!&検出器18に入る。光電検出器
18からの出力信号は、O次光受光面18iで検出され
たO次光信号が光量検出アンプ45へ、かつマーク信号
受光面18b 、 1ad 、 18f 。
FIG. 8 shows a specific example of the pattern detection circuit of the present invention. In the same figure, the light emitted from the laser 1 is reflected by the mask 12 and the wafer 13, and is split from the original optical path by the beam splitter 7. ! & enters the detector 18. The output signal from the photoelectric detector 18 is an O-order optical signal detected by the O-order light receiving surface 18i, which is sent to the light amount detection amplifier 45, and a mark signal receiving surface 18b, 1ad, 18f.

1811で検出されたマーク信号の和信号が検出器アン
プ46へ入力される。そして、このO次光信号がアンプ
45を介して光量制御回路44に与えられ、光it!l
整器43がこの光量制御回路44の出力に応じてレーザ
1からの光の透過量を調整し、マスク12およびウェハ
13への照射光量がIII 1mされる。これにより、
マーク信号受光面18b 、 18d 、 18f 、
 18hにおいては、最適光量による最適レベルのマー
ク信号が検出され、このマーク信号の和は検出器アンプ
46で適宜増幅された債、図示しない信号処理回路に送
出される。
A sum signal of the mark signals detected at 1811 is input to the detector amplifier 46. Then, this O-th optical signal is given to the light amount control circuit 44 via the amplifier 45, and the light it! l
A regulator 43 adjusts the amount of light transmitted from the laser 1 according to the output of the light amount control circuit 44, so that the amount of light irradiated onto the mask 12 and the wafer 13 is 1 m. This results in
Mark signal receiving surfaces 18b, 18d, 18f,
At 18h, mark signals at the optimum level due to the optimum light amount are detected, and the sum of the mark signals is appropriately amplified by the detector amplifier 46 and sent to a signal processing circuit (not shown).

[発明の適用例] なお、本発明は上述の実施例に限定されることなく適宜
変形して実施することができる。例えば、上記実施例の
様な同一面上で分割された受光面を有するフォトディテ
クタの代わりに、各受光面の位置に光束を別方向に傾け
るミラーを取付け、複数の専用ディテクタで受光する構
成をとることで実質上同一面で受光する様に変形するの
が可能であるのは勿論である。或いは第5図の7オトデ
イテクタの受光面の内、18b 、 1g(1、18f
 、 18h 。
[Application Examples of the Invention] Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications. For example, instead of a photodetector having light-receiving surfaces divided on the same plane as in the above embodiment, a mirror that tilts the light beam in a different direction may be attached to each light-receiving surface, and a configuration may be adopted in which light is received by multiple dedicated detectors. Of course, it is possible to transform the device so that it receives light on substantially the same surface. Or 18b, 1g (1, 18f) of the light receiving surfaces of the 7 Otodetectors in Fig.
, 18h.

18iの受光面のみを具えたフォトディテクタを使用す
ることも可能である。
It is also possible to use a photodetector with only a 18i light receiving surface.

また、上述の実施例においては、マスクとウェハの位置
合せの為の位置検知装置に本発明を適用した例について
説明したが、本発明はこの様な位置検知のみならず、予
め回折パターンのわかつている様な信号処理のすべて例
えばマスクの欠陥検査に対しても適用することができる
Furthermore, in the above embodiment, an example was explained in which the present invention was applied to a position detection device for aligning a mask and a wafer. It can be applied to all conventional signal processing, such as mask defect inspection.

C発明の効果〕 以上説明した様に本発明によれば、パターン検出領域で
の光量をパターン検出と同時にかつ同一平面上で検出す
ることができる。従って、半導体製造装置、半々体検査
装置或いはマスク検査装置等、本発明の装置が適用され
る装置のスルーブツトを落とすことなしに菖信頼度かつ
高速の照射光量制御を行なうことができ、適正レベルの
パターン検出信号を出力することができる。また、この
為の検出制御回路も単純でしかも特別なパターン検出領
域外の検出器スペースも不要である。
C. Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the amount of light in the pattern detection area can be detected simultaneously with pattern detection and on the same plane. Therefore, it is possible to control the irradiation light amount at an appropriate level with high reliability without reducing the throughput of the equipment to which the present invention is applied, such as semiconductor manufacturing equipment, half-half inspection equipment, or mask inspection equipment. A pattern detection signal can be output. Further, the detection control circuit for this purpose is simple and does not require any special detector space outside the pattern detection area.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例に係るパターン検出装置を適用
したマスクとウェハの自動位置合せ装置の信号検出系の
原理口、 第2因はテレセントリックな対物レンズの作用を示す図
、 第3図は第1図の自動位置合せ装置で用いられるマーク
の一例を示す図、 第4図(a)および(b)はそれぞれマークおよびゴミ
からの回折パターンの受光領域を示す図、第5図は本発
明の実施例に係るフォトディテクタを示す図、 第6図は本発明の実施例に基づく光電検出信号を示す図
、 第7図は第5図のフォトディテクタの0次光受光面から
の出力信号を示す図、そして 第8図は本発明のパターン検出回路の具体例を示す図で
ある。 、1・・・レーザ光源、2.4.6.8.14.20.
22゜24・・・レンズ、3・・・回転多面鏡、5,7
.9・・・ビームスプリッタ、10・・・対物レンズ1
1の瞳、11・・・対物レンズ、12・・・マスク、1
3・・・ウェハ、15.21.23・・・フィルタ、1
8・・・フォトディテクタ、18b 、 18d 。 18f 、 18h・・・パターン検出受光面、18i
・・・0次光受光面、1つ・・・照明用光源、35・・
・パターンのくぼみ、42・・・ゴミ、43・・・光量
調整器、44・・・光量制御回路、45・・・光量検出
アンプ、46・・・検出器アンプ。
Fig. 1 shows the principle of the signal detection system of a mask and wafer automatic alignment device to which a pattern detection device according to an embodiment of the present invention is applied; the second factor is a diagram showing the action of a telecentric objective lens; Fig. 3 is a diagram showing an example of a mark used in the automatic alignment device shown in Figure 1, Figures 4 (a) and (b) are diagrams showing the light receiving area of a diffraction pattern from a mark and dust, respectively, and Figure 5 is a diagram showing an example of a mark used in the automatic alignment device shown in Figure 1. FIG. 6 is a diagram showing a photodetector according to an embodiment of the invention; FIG. 6 is a diagram showing a photoelectric detection signal according to an embodiment of the invention; FIG. 7 is a diagram showing an output signal from the zero-order light receiving surface of the photodetector in FIG. 5. and FIG. 8 are diagrams showing a specific example of the pattern detection circuit of the present invention. , 1... Laser light source, 2.4.6.8.14.20.
22゜24...Lens, 3...Rotating polygon mirror, 5,7
.. 9...Beam splitter, 10...Objective lens 1
1 pupil, 11...objective lens, 12...mask, 1
3...Wafer, 15.21.23...Filter, 1
8... Photodetector, 18b, 18d. 18f, 18h...Pattern detection light receiving surface, 18i
... 0th order light receiving surface, 1 ... Light source for illumination, 35 ...
- Pattern depression, 42... Dust, 43... Light amount adjuster, 44... Light amount control circuit, 45... Light amount detection amplifier, 46... Detector amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、被検出物体に光を照射し該物体上に形成されている
パターンからの光信号を光電検出器を用いて検出するパ
ターン検出装置において、上記光電検出器の受光面に上
記物体の検出領域からの反射光量を検出する部分を上記
パターンからの光信号を検出する部分とは分割して形成
し、該光量検出部分における検出信号に基づいて上記照
射光量を制御する様にしたことを特徴とするパターン検
出装置。 2、前記パターンからの光信号が該パターンにおける回
折光であり、前記光量検出の為の光が前記検出領域にお
ける非散乱光である特許請求の範囲第1項記載のパター
ン検出装置。 3、前記光電検出器の受光面が、前記被検出物体上で平
行な光線に対する焦点面または該焦点面と共役な位置に
配置されるとともに、前記光量検出部分が上記受光面の
中央部に形成され、かつ前記光信号検出部分が該受光面
の中央部以外の部分に半径方向の帯状に形成されている
特許請求の範囲第2項記載のパターン検出装置。 4、前記光信号検出部分及び光量検出部分の少なくとも
一方が、前記受光面上の所定箇所に配置されたミラーと
、該受光面外に配置され上記ミラーの反射光を受光する
光電素子とで構成されている特許請求の範囲第1〜3項
のいずれか1つに記載のパターン検出装置。
[Scope of Claims] 1. In a pattern detection device that irradiates light onto an object to be detected and detects an optical signal from a pattern formed on the object using a photoelectric detector, the light-receiving surface of the photoelectric detector A portion for detecting the amount of reflected light from the detection area of the object is formed separately from a portion for detecting the optical signal from the pattern, and the amount of irradiated light is controlled based on the detection signal in the light amount detection portion. A pattern detection device characterized by: 2. The pattern detection device according to claim 1, wherein the optical signal from the pattern is diffracted light in the pattern, and the light for detecting the amount of light is non-scattered light in the detection area. 3. The light-receiving surface of the photoelectric detector is arranged on the object to be detected at a focal plane for parallel light rays or at a position conjugate with the focal plane, and the light amount detection portion is formed in the center of the light-receiving surface. 3. The pattern detection device according to claim 2, wherein the optical signal detection portion is formed in a radial band shape in a portion other than the central portion of the light receiving surface. 4. At least one of the optical signal detection section and the light amount detection section is composed of a mirror disposed at a predetermined location on the light receiving surface and a photoelectric element disposed outside the light receiving surface and receiving reflected light from the mirror. A pattern detection device according to any one of claims 1 to 3.
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