JPS62133566A - デジタル相関装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の技術分野） 本発明は数値化された２つのデータ列、例えばテンプレ
ートマッヂング法等にお＆Ｊるテンブレー１−データ（
波形）とザンプルデータ（波形）との相関を演算するた
めの相関器に関する。 （発明の背景） 将来より２つの波形同志の相関を求めて、その波形が最
も一敗する位置を検出することによって、各種位置ずれ
を検出する装置が知られている。半導体を製造する工程
で使われるウエハプローハのアライメントにおいても、
相関演算処理を使うものが知られている。例えば特開昭
５８−５４６４８号公報に開示されているように、ウェ
ハ」−に細長い楕円形のレーザスポット光を照射しつつ
相対的に走査し、ウェハ表面のチップパターン（微小な
凹凸を有する）からの散乱光を光電検出し、その信号波
形をΔ／Ｄ変換器でサンプリングしてメモリに記憶し、
基ｔ１１＋パターンデータ（テンプレート）を作り、他
のウェハを装置に対してアライメントする際、同様にし
て信号波形のサンプルデータを抽出し、これをテンプレ
ートと比較することによって、テンプレートに対するサ
ンプルデータの位置ずれ量、ずなわら他のウェハのアラ
イメント誤差量を求める方法が知られている。またマス
ク上の回路パターンをウェハ上に露光する装置（アライ
ナ−、ステッパー等）においても、ウェハ上に既に形成
された回路パターンとマスクの回路パターン像とを正し
く位置合わせする際の位置ずれ検出に相関処理を使うこ
ともある。さらにマスクやレチクル等の設旧」二のパタ
ーンと、実際に作られたパターンとを比較して、実際の
パターンの欠陥を検出する装置（パターン欠陥検査装置
等）においても、２つのパターンデータを比較する際に
相関処理を使うものもある。 また画像処理の分野においても、ある画像中に存在する
特有な形状（マーク等）を、予め用意しておいたその特
有な形状に対応したテンプレートを用いて抽出する際に
相関処理を使うことがある。 画像処理以外にも音声認識の際の波形抽出においても相
関処理が使われる。その他に光学系の自動焦点合わせに
おける像合致式と呼ばれる方法においては、２つの像の
ずれ量を相関処理によって求め、そのずれ量が零になる
ように光学系の焦点を自動調整するものも知られている
。いずれの場合も相関処理の確実性がずれ量の検出精度
やパターンの抽出精度を左右する。 ここで従来の相関処理方法の問題点を特開昭５８−５４
６４８号公ｆｌに開示された技術を参照にして説明する
。第１４図は比較すべき２つの波形データＷＡ、ＷＢを
表わし、縦軸は各波形のサンプリング点での大きさＬＶ
を、横軸は位置Ｘを表わす。波形データＷＡ、ＷＩ３は
図では連続したアナログ波形として表わしであるが、実
際にはｔｌ小な単位移動量ΔＸ毎にサンプリングされた
離散的な値である。同図において波形データＷＡは、波
形データＷＢ中の特徴的な部分のみの波形（位置Ｐ、か
らＰ２まで）をテンプレートとしたものであり、波形デ
ータＷ！３（位置×１からｘ２まで）はサンプルパター
ンとなるものである。テンプレートの波形データＷへの
サンプリング数をｎ、そのサンプリング値のレベルＬＶ
をＴ　（ｎ）としζ、まずはしめにテンプレートのＰｌ
と波形データＷＢの始めの点Ｘ、とを一敗させて、位置
×１での相関値を求める。波形データＷ　１３のサンプ
リング値のレベルＬＶをＳ　（ｎ）とすると、位置ｘ１
での相関値Ｃ■（ｘ、）は次式で演算される。 以上の演算をテンプレートの波形データＷＡを１つのサ
ンプリング点だけずらしては繰り返し実行する。これに
よって第１５図に示すような相関特性曲線が得られる。 第１５図で縦軸は各サンプリング点での相関値ＣＶを表
わし、横軸は位置を表わす。この特性曲線は上記式から
も明らかなように、波形データＷＢ中の特徴的なボトム
部分（位ＷＸ３からＸ、まで）とテンプレートとが一致
した位置、ずなわらテンプレートのＰｌが位置Ｘ。 にきたとき極小値を取るような特性となる。そして第１
５図中で位置Ｘ、からｘｌまでのずらし計がアライメン
トすべき対象物のずれ里（アライメント誤差量）として
検出される。とごろで第１５図のようにきれいな極値特
性になるのは、もともとの波形データＷＡ、Ｗｒ３＋−
の特徴的な部分がレベル的にＲｎ著な場合であり、レベ
ル的な変化の少ない波形同志等では極値がはつきりしな
い場合も生じ得る。このためアライメントのかからない
ウェハが生じたりした。 （発明の目的） 本発明は上記欠点を解決し、２つのパターンデータの相
関を求め、その相関値の極値を検出するような場合に、
その極値の出現がパターンデータの波形への依存性が少
なく、先鋭になるような相関演算を行なうデジタル相関
装置を得ることを目的とする。 （発明の（既′１３） 本発明は相関演算を行なう２つの数値データ間の差に応
じて重み付けをした係数を、比較すべき２つのパターン
データ群について順次発止する重み付け回路と、その係
数を加算する加算回路とを設けることによって、相関特
性曲線上の極値の先鋭度を高めることを技術的要点とし
ている。 本発明における重み（＝Ｊけとは、正相関及び逆相関の
いずれの方式にも適用できるように、２つの数値データ
間の差が小さい程、大きな値の係数を与える場合と、逆
に２つの数値データ間の差が小さい稈、小さな値の係数
を与える場合との両方を含むものである。 （実　施　例） 第２図は本発明の実施例によるデジタル相関装置が適用
されるウェハアライメント装置の概略的な構成を示すブ
ロック図である。第２図において、表面に微小な凹凸を
をするチップパターンが規則的に形成されたウェハＷは
、直交座標系ｘｙに沿って２次元的に移動するステージ
１に載置される。 ステージＩはパルスモータ２によって駆動される。 ステージＩの上方には装置に対して固定した位置に設け
られたアライメント系３が配置されている。 アライメント系３には半専体レーザ光＃３０ａ、３０ｂ
、コリメータレンズ系３１２１．３１ｂ、シリンドリカ
ルレンズ３２ａ、３２ｂ１及びミラー３３ａ、３３１）
が設りられており、ウェハＷ上に２つのスポット光ＳＰ
ｘ、Ｓｒ’ｙが結像される。 スポット光ＳＰｘ、ＳＰｙのウェハＷ上での配置は第３
図に示すように、スポット光ＳＰｘはＸ方向に細長く伸
びた楕円形であり、スポット光ｓｐｙはＸ方向に細長く
伸びた楕円形である。 第３図においてＣ＋　、Ｃｚ　、Ｃ３−−−一はチップ
パターンであり、各チップパターンのＸ方向を分離する
ストリート（スクライブ）ラインをＳＬｘ、Ｘ方向を分
離するストリートラインをＳ　Ｌ　ｙとする。通常スト
リートライン中には複雑なパターンが形成されない。ご
のようなウェハＷ上にレーザ等のスポット光が照射され
ると、その照射部分の表面の凹凸形状によって散乱光が
生じる。この散乱光はスポット光の照！１１光路外に配
置した受光素子４ａ、４ｂ、＆び５ａ、５ｂによって受
光される。受光素子４ａ、４ｂは第３図に示すように、
スポット光ＳＰｙを決んでＸ方向に＾１

【れて設けられ
、受光素子５ａ、５ｂはスポット光ＳＰｘを挟んでＸ方
向に離れて設りられる。受光素子４ａ、４ｂ、及び５ａ
、５ｂをこのように配置したのはスポット光の１１α躬
部分から発生ずる散乱光のうら、スポット光の長平方向
に発生する散乱光の強度が照射部分の平均（積分）的な
パターノブ１１フイールと比較的よく一致するからであ
る。 さて、第２図において、受光素子４ａ、４ｂからの散乱
光強度に応じた光電信号は、ともにアンプｌＯに入力し
て所定量だけ増幅される。アンプ１０からの信号はアナ
ログ−デジタル変換器（ΔＤＣ）Ｉｔによってデジタル
値に変換された後、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡ
Ｍ）１２に番地順に格納（記憶）される。ＡＤＣＩＩに
よるサンプリングとＲＡＭ１２の番地アクセスは、パル
スモータ２を駆動するだめのドライバーＩ３がらのパル
ス信号に応答して行なわれる。パルスモータ２に印加さ
れるＩパルスによって移動するステージ１　（ウェハＷ
）の移動量は一定の（敦小値（単位移動量）であるから
、１ンΔＭ１２にはスポット光とウェハＷとの相対的な
移ｖ１位；４に応じた＋ｌｋ乱光強度の分布特性が単位
移動量毎の離散的なデジタル値として記１．αされる。 第２図において受光素子イ、】、４ｂはウェハＷのＸ方
向のパターンプロフィールを検出するものであるので、
ＡＤＣＩＩ、ＲＡＭ＋２のサンプリング制御等はステー
ジ１をＸ方向に動かずためｉパルスモータに印加される
パルス信号に応答して行なわれ、受光素子５ａ、５ｂは
ウェハＷ表面のＸ方向のパターンプロフィールを検出す
るものなので、これに接続されたΔＤＣやｒ？ＡＭ　（
不図示）の制御はステージ１のＸ方向移動用のパルスモ
ータに印加されるパルス信号に応答して行なわれる。 さてＲＡＭ１２に取り込まれた散乱光波形のデータは、
本発明の実施例による相関器１４に人力し、所定の相関
処理を行ない、例えばスボツｌ−光ｓｒ＞ｙに対するウ
ェハＷのＸ方向の位置ずれを検出する。この位置ずれ情
報は主制御回路１５に送られ、ウェハＷの装置に対する
位置決めの際に使われる。Ｘ方向の位置ずれについても
同様に求められる。 第１図は相関器１４の内部構成を示す回路ブロック図で
ある。本実施例ではＲＡＭ１２内の原波形データから一
度特徴抽出を行ない、その特徴波形データを用いて相関
処理を行なうものとする。 ４値化回路４０は、その特徴抽出を行なうものであり、
ＲΔＭＩ２に記ＩＱされた８〜１６ビツトの原波形の数
値データＤＳを人力して、波形−ヒの特徴に応した２ビ
ツトの数値データに変換するものでｆｂる。４値化回路
４０は具体的には第４図に示すように、１次微分回路４
００．２次微分回路４０１、重み付けへ回路４０２、重
み付けＢ回路４０３、及び加算器（並列フルアダー）４
０４から構成される。 尚、１次微分回路４００．２次微分回路４０１は実際は
マイクロコンピュータやミニコンピユータ等のソフｌ〜
ウェアを介在させた数値フィルタリング等の手法による
演算によって実行されるものであるが、本発明と直接関
係しないので、本実施例では回路ブロックとして示しで
ある。 さて第４図において、１次１敢分回路４００は数値デー
タＤＳをＲＡＭ１２から時系列的に順次人力して、原波
形上のサンプリング点における一次１敢分値を算出し、
その正負を表わずフラグＦ、を出ツノする。同様に２次
微分回路４０１は数値データＤＳを順次入力して、−次
微分値を求めたサンプリング点と同一のサンプリング点
における二次微分値を算出し、その正負を表わすフラグ
Ｆ、を出力する。Ａ回路４０２は一次微分値が正のとき
は係に！ＩＤ＋　とじて２を出力し、負のときは係数Ｄ
１として零を出力する。Ｂ回路４０３は二次ｉ敢分値が
正のときは係数Ｄ２として１を出力し、負のときはＤ２
として零を出力する。加算器４０４は係敗り、　、Ｄ２
の数値的な加算を行ない、２ビツトの数値データＤ３を
出力する。係数Ｄ１とＤ２の取り得る値から、数値デー
タＤ３のビットパターンは００　　（０）、０１　　（
１）　、１０　　（２）　、１１（３）の４値のいずれ
か１つになる。 さて第１図の説明に戻って、データ分配回路４１は数値
データＤ、をテンプレートメモリ４Ｉに出力するか、サ
ンプルメモリ４４に出力するかを切のかえるものである
。テンプレートメモリ４１には基（１（のパターンとな
るべき数値データ列が記１、ａされ、そのうりの１つの
数値データ（２ピッ１・）がアドレスカウンタ４斤によ
って指定された番地から出力される。４ノ°ンブルメモ
リ４４には比較の対象となるパターンの数値データ列が
記憶され、そのうち１つの数値データ（２ビツト）がア
ドレスカウンタ４５によって指定された番地から出力さ
れる。ここでテンプレートメモリ４２から順次出力され
る数データをＤ４、サンプルメモリ４４から順次出力さ
れる数値データをＤ−、とする。 そしてメモリ４２．４４をアクセスするタイミングは、
クロックジェネレータ４８から発生してアドレスカウン
タ４３．４５に印加されるクロックパルスＣＬ　Ｋ　１
によって行なわれる。アドレスオフセットカウンタ４６
はアドレスカウンタ４５によって計数される番地に一定
のオフセット値を加えるものであり、サンプルメモリ ータ列の内での読み出し開始番地を１番地ずつずらして
いくためのものである。テンブレー１−長方ウンタ４７
はテンプレートとなる数値データ列のデータ数をセット
するものである。クロックジェネレータ４８はアドレス
オフセットカウンタ４６、テンプレート長カウンタ４７
にも所定のクロックパルスを送出し、インクリメン［・
（又はデクリメント）を行なう。 さて数値データＤ、とり、ば本発明における重み伺回路
４９に人力する。重み行回路４つは本実施例では数値デ
ータＤ４とり、との差が小さい稈犬きな値の係数を発生
させるものであり、その係数は結果カウンタ５０によっ
て順次加算されていく。重みイ；１回路４９はクロック
ジェネレータ４８からのクロックパルスＣＬ　Ｋ　ｌと
ＣＬＫ２とを入力して、係数をパルス数の形で出力する
。結果カウンタ５０はテンプレートとサンプルとの一回
の相関値を計算するものであり、テンプレートとナンプ
ルとをずらして相関値を求めるたびに、その値を順次結
果メモリ５Ｉに転送する。従って結果メモリ５Ｉ内には
第１２図に示したような相関特性曲線（実際には第１２
図とは逆の正相関になる）が記ｔａされる。そして第２
図に示した主制御回路Ｉ５は、この結果メモリ５Ｉ内の
相関特性曲線にお＋）る極値（極大）の位置を求める。 これによってサンプルデータの取り込み開始点と極値が
得られるまでの位置ずれ最がわかる。サンプルデータの
取り込み開始点は主制御回路１５が予め認識しているの
で、結局、スポット光ＳＰｙ　（又は５Ｐｘ）に対する
ウェハＷの位置が心電されたことになる。 第５図は上記重み行回路イ９の具体的な回１テδ接続を
示す回路ブロック図である。テンプレートメモリ４２か
らの数値データＤ、（２ビツト）とサンプルメモリ４４
からの数値データＤ、（２ピッ１−）とは１ｊｆｆ１匁
１にリード・オンリー・メモリ　（［ンＯＭ）４９０の
４ヒ゛ントのアドレスバス（八。〜八。 ）に印加される。ＲＯＭイ９ｏはアドレスバス（八。〜
八、）に印加されたビットパターンに応じた所定のビッ
トパターンを出力ハス（Ｑ、〜Ｑ３）に発生するように
、予め変換テーブルを記憶している。この変換テーブル
は第７図に示すような真理値表に従って作られており、
３洋しくは後述する。ＲＯＭ４９０の出力ハスがらの４
ビットのデータは、クロックパルスｃＬＫ１、ＣＬ　Ｋ
　２とともにゲート回路ＣＧ＋　、Ｇｚ　、Ｇｓ　、Ｇ
イ、ＧＳ、Ｃ６）に印加される。出力ビットＱ０とパル
スＣＬ　Ｋ　１はアントゲ−１−ｃ＋　に印加され、出
力ビットＱ１　とパルスＣＬＫ２はアンドゲートＧ２に
印加され、出力ビットＱＺとパルスＣＬＫ２はアンドゲ
ートＧ：ｌに印加され、そして出力ビットＱ３とパルス
ＣＬＫ　１はアンドゲートＧ４に印加される。オアゲー
トＧｓはアンドゲートＧ１とＧ２の論理和出力を、結果
カウンタ５０としてのアップダウンカウンタ（ｔＪＤｃ
）のアップ（Ｕ　Ｐ）３！数人ツノに印加する。オアゲ
ートＧｈはアントゲ−１・Ｇ１とＧ、の論理和出力を、
ＩＪ　Ｄ　Ｃのダウン（ＤＯＷＮ）計数入力に印加する
。こごでクロックパルスＣＬ　Ｋ　ＩとＣＬ　Ｋ　２と
の波形は第６図のように定められている。例えばクロッ
クパルスＣ１、Ｋ　１はデユーティ比が５０％であり、
その立上りでメモリ４２．４４の夫々から１つの数値デ
ータを読み出すものである。またり１コックパルスＣＩ
、に２はパルスＣＬ　Ｋ　ｌが１１レヘルの間（厳密に
はパルスＣＬＫ　Ｉの立上りと次の立上りとの間）に２
パルスが内挿されるように定められ、かつパルスＣＬ　
Ｉ＜　１の立−１ユリとパルスＣＬ、　Ｋ　２の初めの
立上りとは一敗している。ここで第７図に基づいてＲＯ
Ｍ４９０内に作られている真理値表を説明する。数値デ
ータＤ４、Ｄ、は２ビツトであるので、取り得る値（十
進）は０，１．２．３である。 そしてデータＤ、と１）５の差が小さい程大きな係数を
与える。本実施例では表１のように正負を考慮した５つ
の係数（−２，−１，’０．Ｉ、２）を与えるものとす
る。 表　　１ 第７図においてアドレスバスのビットΔ。はデータＤ、
の最下位（行であり、ヒ゛ンＩ・Δ２はデータ【〕５の
最下位１ｉである。例えばデータ１つ、と（）、のビッ
トパターンが同一である場合は、表１からイ眠 も明らかなように糸数として２を与えるようにＲ０Ｍ４
９０の出力ハスのうらピッｌ−Ｑ、のみが論理値ｒｌＪ
になる。これによってアントゲ−１−Ｇ　ｚのみが開き
、クロックパルスＣＬＫ２の２パルスがオアゲートＧ、
を介してカウンタ５０のアップ計数人力に印加され、カ
ウンタ５０の計数値は２だけ増加する。またデータＤ、
とり、との差が最大（すなわち３）のとき、重み付けを
最低にした係数−２を与えるようにＲＯＭ４９０の出力
バスのうらピッ１−Ｇ２のみが論理値Ｉｌｌになる。こ
れによってアンドゲートＧ３のみが開き、クロックパル
スＣＬ　Ｋ　２の２パルスがオアゲートＧｈを介してカ
ウンタ５０のダウン計数入力に印加され、カウンタ５０
の計数値は２だけ減少する。さらに係数として±１を与
える場合は、ＲＯＭ４９０のピッｌ−Ｑ。とＱｌのいず
れか一方のみが論理値「１．１になり、アンドゲートＧ
、とＧ４のいずれか一方を開き、クロックパルスＣＬ　
Ｋ　ｌの１パルスをオアゲートＧ５と６６のいずれか一
方を介してカウンタ５０のアップ人力とダウン入力のい
ずれか一方に印加する。これによってカウンタ５０の計
数値は１だけ増加、もしくは減少する。 次に本実施例の全体的な動作を説明する。ウェハアライ
メントの動作そのものは特開昭５８−５４６４８号公報
に開示されているのと同様である。 そこでウェハＷのｙ方向のアライメント時の信号処理動
作をさらに第８図を参照して説明する。例えば所定のア
ライメント（チップ中心と加工中心点との位置合わせ）
が完了している１枚Ｉ」のウェハについて、第３図に示
すようにスポット光ＳＰｙとウェハとをｙ方向に相対的
に移動させつつ、ＲＡＭＩ２に散乱光の強度分布波形を
取り込む。 、Ｂ この移動量（分布波形長）ｙ方向に隣接したチップ同志
の中心間隔分程度あることが望ましい。ＲＡＭＩ２の原
波形データ（例えば１２ビツトの階調）は第４図に示し
た４値化回路４０に入力し、２ビツトの数値データＤ３
の列に変換される。第１図では数値データＤ３はデータ
分配回路４１に直接人力しているが、４値化回路４０全
体をマイクロコンピュータ、ミニコンピユータ等のソフ
トウェアを介在させて実現させる場合は、コンピュータ
内のメモリに数値データＤ３の列がテンプレート情報と
して記憶される。 ２枚目のウェハについては、そのウェハをステージ１に
プリアライメントして載置した後、スポット光ＳＰｙと
ウェハとをチップ同志の中心間隔分以上の長さに渡って
ｙ方向に移動させて、ｒ？ＡＭＩ２に原波形を取り込む
。この原波形データも４値化回路４０によって２ビツト
の数値データ列に変換され、コンピュータ内のメモリに
サンプル情報として記憶される。 次に、テンブレー１・情報は第１図に示すように、デー
タ分配回路４１を介してテンプレートメモリ４２に転送
され、サンプル情報はサンプルメモリ４４に転送される
。またコンピュータではテンプレート長（テンプレート
データのサンプル数）の■ 値が４１数され、その値がデータ分配回路４１を介して
テンプレート長カウンタ４７にセットされる。 テンプレート長とサンプル長は通常は噂ナソブル長の方
が大きい。尚テンプレートメモリ４２もサンプルメモリ
４４も０番地からデータを格納するものとする。従って
アドレスカウンタ４３とアドレスオフセットカウンタ４
６の初期値は零にセットされる。さらにコンピュータは
テンプレート長とサンプル長の差の値を求め、相関長と
して記憶している。 さて、実際の演算動作は、アドレスオフセラ１−カウン
タ４Ｇのセット値をアドレスカウンタ４５に転送した後
に開始される。第５図に示すように、クロックパルスＣ
ＬＫ　１に応答して、テンプレートの数値データＤ、と
サンプルの数値データ１〕。 とが重み付回路４９に人力する。初めはテンプレートメ
モリ４２の０番地のデータＤ、と、→ノ・ンブルメモリ
４４のＯ番地のデータＤ、との一致度に応じた重み係数
が、カウンタ５０によって４数される。この際テンプレ
ート長カウンタ４７の値は１だけディクリメントされる
。０番地同志の比較が終了すると、クロックパルスＣＬ
　Ｋ　ｌの次のパルスに応答してアドレスカウンタ４３
．４５が１だけインクリメントされるから、メモリ４２
と４４の１番地同志のデータの比較が行なわれ、それに
よって与えられた重み糸数がカウンタ５０に加算される
。この際テンブレ−１・艮カウンタ４７の値はさらにｌ
だけディクリメントされる。こうしてテンプレート長カ
ウンタ４７の値が零になるまで同様の動作が繰り返し実
行される。テンプレートデータ列とサンプルデータ列と
の一回の相関演算時間はテンプレート長（データ数）と
クロックパルスＣＬ　Ｋ　１の１周期の時間との積によ
って決定される。 テンブレー１〜長カウンタ４７の値が零になると、コン
ピュータそれを割り込み処理として検出し、結果カウン
タ５０に保持されている一回の相関値を結果メモリ５１
に転送した後、カウンタ５０をクリアする。この動作と
ともに、コンピュータはアドレスカウンタ４３を零にリ
セットするとともにアドレスオフセットカウンタ４６の
値を１だけインクリメントするパルスを、クロックジェ
ネレータ４８から発生させる。そしてテンプレート長カ
ウンタ４７に再びテンプレート長の埴をセットするとと
もに、相関長の値を１だけディクリメントする。以下同
様にアドレスオフセットカウンタ４６にセットされてい
る値をアドレスカウンタ４５に転送してから、相関演算
を行なう。 以上の動作を相関長の値が零になるまで繰り返し実行す
ることによって、結果メモリ５１には相関特性曲線がス
テージ１の単位移動量に対応した離散的な数値データと
して格納される。本実施例では数値データＤ、とり、が
同値のとき係数として２を与えるので、テンプレートパ
ターンとサンプルパターンとが位置的に一致したときに
取り得る相関値の最大値はテンプレートのデータ数の２
倍の正値になる。またテンプレートパターンの数値デー
タＤ４とサンプルパターンの数値データＤ、　　゛との
差が、テンプレート長の全てのデータに渡ってもつとも
大きい場合は、その全てに対して係数−２が与えられる
ので、相関値の最小値はテンプレートのデータ数の２倍
の負値になる。例えばテンプレートメモリ４２として２
ビツト×１６にの容量のものを使うとすれば、結果カウ
ンタ５０として最大でも１６ビツトの４数ができるもの
を用意しておけばよい。このことは装置を作る際に大き
な利点である。すなわち第１１．１２図に示した従来方
法では、相関値の最大値がテンプレート波形とサンプル
波形とのレベルに依存して決まるため、相関値を求める
カウンタの最大計数値を特定しにくいことである。 ここで上記動作によって得られる相関処理の様子を第８
図を用いて説明する。第８図は数値データＤ５によるサ
ンプルパターンと、数値データＤ４によるテンプレート
パターンとが一致する位置前後の相関値特性を表わす。 第８図でテンプレート長は１７としてあり、サンプルパ
ターン中にはテンブレー１・と同じパターン部分が含ま
れているものとする。第８図に示すようにテンプレート
パターンがサンプルパターンに対して左に２番地分たり
ずれた状態における相関値は前述の表１に従うと−９で
ある。そして１番地分だけずれた状態においては、＋７
、ずれがなく一致した状態においては一÷−３４、右に
１番地分だけずれた状態において娃（−８、そして右に
２番地分たりずれた状態において−９になる。 本実施例のように重み係数を定めた場合、相関値が極大
となる位置付近の前後の位置でかならず負の極値が（：
トられる。ずなわら相関特性上、損人値となる位置付近
の信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が向上することになる。しか
も極大値のでかたが極めてシャープになる。 以上本実施例においては、２ビツトの数値データ列同志
をハードウェアのみによって重み付け相関演算できるの
で、高速な処理が可能である。また原波形データは高分
解能（例えば１２ビツト）のＡ　Ｄ　Ｃを介して得られ
るので、原波形に含まれ５つ。 る位置情報（ピークやボトムの点等）もかなり＋ｎ度で
保存されている。さらに−次倣分と二次微分を併用して
、原波形の位置に関する情ｆ［Ｊ成分のみを重み付けし
゛ζ４値化してい元ので、相関演算に使われる２つの数
値データ列同志は、ともに２ビット程度と階ｊｌｉ、Ｉ
が低いにもかかわらず、位置に関する情報としては上記
ＡＤＣによる検出精度を保存したまま得られる。本実施
例によって実際のつエバアライメントを行なったところ
、ステーブｌの１°ｔ’＋　（η移動計り例えば１１Ｉ
ｍ）と同等のアライメン１〜ｊ？を度が得られる。 本実施例のように相関手法をアライメントに使う場合、
位置の検出積度は最も重要なファクターであるが、同時
に高速化も重要なファクターである。この両方のファク
ターはある意味で相反するものであるが、本実施例では
、微分処理によって位置情報のみを低い階調のデータに
変換して、ハードウェハによって相関演算を行ない、さ
らに相関演算の過程でハードウェハによる重み付けをし
ているので、上述の相反するファクター同志を高次元で
バランスさせることができる。尚、重み係数の決め方は
先の表１のように定めるのが、装置（特に結果カウンタ
５０や重み行回路４９）の構成をコンパクトにするため
には望ましいが、これに限られるものではない。例えば
表１に定めた定数の正負を逆にしてもよい。こうすると
、第８図に示した特性曲線上の相関値の正負が逆になり
、逆相関がとれるごとになる。またその係数は正の値、
又は負の値のみとしてもよい。例えば表２のように重み
付けを行ない、重み伺回路４９とカウンタ５０とを第９
図のように変更ずればよい。カウンタ５０は通常のアッ
プカウンタとし、メモリアクセス用のクロックパルスＣ
Ｌ　Ｋ　Ｉと同１υＩして第１Ｏ図に示すようなりｌコ
ックパルスＣＬ　Ｋ　２、ＣＬＫ３、ＣＬ　Ｋ　４を作
り出し、第９図のアンドゲートの夫々に印加する。もら
ろんＲＯＭ４ＱＯ内のテーブルも表２の重み付けに合う
ように変更される。 表　　２ クロックパルスＣＬＫ　１に内挿されるクロックパルス
ＣＬ　Ｋ　２の２パルス、クロックパルスＣＬＫ３の３
パルス、及びり１コツクパルスＣＬ　Ｋ　４の４パルス
の夫々が表２中の係数２．３．４に対応している。 また相関をとる２つのデータ列の数値は何ビットであっ
てもよいが、ビット数が多くなればそれだけ重み行回路
４９の構成が複Ｈ１ｔになる。ただしハードウェアで構
成されるから高速処理の効果は同様に得られる。逆にデ
ータ列のビット数が少なくなればなる程（例えば１ビツ
ト）、重みイ１けの効果が顕著になる。またテンプレー
ト長が長い程効果的である。さらに−に記実施例では原
波形データを一度メモリに取り込んでから４値化してい
るが、アナログ信号をアナログ微分回路、コンピュータ
を介して２値化した後、−次微分による２値化データと
二次微分による２値化データとを加算いても佇効であり
、相関を取るデータ同志は時間軸に関して再現できる変
化を有する信号であってもよい。 さて、第１１図は実施例による１１（み付け相関の効果
を説明するために、コンピュータによってシミュレーシ
ョンを行なったときの波形図を示す。 ここで波形（Ａ）はサンプルパターンの原波形であり、
波形（Ｂ）は波形（Ａ）を−次微分した後、その微分波
形を２値化して相関を求めた場合の相関特性であり、波
形（Ｃ）は波形（Δ）をそのまま用いて従来のような方
法で相関を求めた場合の相関特性であり、波形（Ｄ）は
４値化回路４０を用いて４値化データに変換した後、本
実施例のように相関を求めた場合の相関特性（逆相関）
である。原波形（Ａ＞上の斜線部分をテンブレー［とじ
て、テンプレート長くデータ数）は１００にしである。 そして第１１図で横軸はサンプリング点（サンプルメモ
リ４４のアドレス値、又は位置）を表わす。このシミュ
レーション結果からも明らかなように、テンプレートが
サンプリング点の４００の位置にきたとき、いずれの場
合でも相関が最大になるが、本実施例のように４値化す
ると最もＳ／Ｎ比がよくなる。ずなわら先鋭度が極めて
高くなる。従って極値の見つげ方が容易になる。 ４値化回路４０は第４図の構成からも明らかなように一
種の重み付りを行なうものである。本発明の実施例では
その重み付けを−・義に決めてしまったが、こればウェ
ハ等の試料の性質による散乱光の安定性、再現性を考慮
し、原信号のレベル（光強度）の大きさ変動が与える位
置検出の誤差への影響を少なくするために、実験的に選
ばれたものである。従って４値化以外にも多くの多値化
（３値化、２値化等）方法が考えられる。第１２図はそ
の多値化の考えられる組み合わせの１３ｉ１１りを示す
図であり、同図中、Ｏから３までの係数が一次微分、二
次微分、原信号（原波形）の夫々に対して振りあてられ
る重みである。第１２図において係数０はそのときの波
形データを使わないことを意味する。ここで重み伺はモ
ード２が本実施例（第４図）の場合であり、重み付けモ
ードｌ、７．１０の夫々は２値化であり、重み付けモー
ド１１．１２．１３の夫々は３値化である。そして原信
号への重み付りとは、原波形上の最大値と最小値とのｒ
ｌＴ点レベルで２値化し、中点レベルよりも大きい値に
対して、ｌ、２、（）の係数のいずれか１つをノｉえる
というものである。例えば重み付けモード１０では原信
号波形のみを中点レベルで２値化して、論理ｒ　Ｉ　Ｊ
の場合は係数３を与えており、−次微分や二次微分の情
報をまったく利用しない。このようなモードにおいても
第５図に示したような重み付け相関処理を行なえば従来
のものとくらべるとＳ／Ｎ比のよい相関特性が得られる
が、原信号の種類によっては問題がある。例えば原信号
から作られたテンブレー１・波形とサンプル波形との間
で、レベル上のオフセットが異なっていた場合等である
。 さて第１３図は第１２図中に示したモード２．１１．１
２の夫々を用いて同一のザンブルパターンについて重み
付け相関を求めた場合の相関特性図である。第１３図（
ａ）はモート−２の場合、第１３図（ｂ）はモード１１
の場合、第１３図（Ｃ）はモード１２の場合を示し、各
図とも横軸は位置（サンプルメモリ４４のアドレス値、
又はサンプリング点）を表わし、縦軸ば重みｆζ１け相
関による相関値を表わす。第１３図（ａ）、（ｂ）、（
（１）はともに実際の装置を用いてウェハ」二のパター
ンからの散乱光情報を１ｌＩｆｆｌ毎にサンプリングし
て実験したときの相関特性であり、各図の横軸のスケー
リングは同一である。この特性は第１図の示した結果メ
モリ５１に記憶された相関値データを順次デジタル・ア
ナログ変換器（ＤＡＣ）によってアナｌコグ信号に変換
し、これをブラウン管（ＣＲＴ）上に表示させたもので
ある。ブラウン管−にでは逆相関の形の特性となってい
るが結果メモリ５１内には正相関の形で得られており、
表示のための変換の都合で上下が反転してしまうだりの
ことである。また縦軸方向の大きさは表示の都合−に正
規化しである。さて第１３図（ａ）と第１３図（ｂ）と
のらがいは−次微分値（論理「１］）に対する重み（＝
Ｊけが２になるかｌになるかだけである。このため特性
玉、どうらも大きな差異はなく、位置Ｐにおいて極値と
なるような鋭い波形が得られた。しかしながらウェハの
表面状態、又はテンプレートの取り方によってはモード
２の方がモード■１よりも鋭い特性になることが統計的
に確められている。一方、第１３図（ｃ）はモード１２
の場合であり、−次微分値と原信号との夫々を２値化し
て、両昔に与える重みを同値（係数１）にして加算し３
４ｆｉ化したものである。この第１３図（ｃ）のように
原信号波形のレベルに関する情報が含まれたまま同様の
重み付け相関を行なった場合は、明らかに第１３図（ａ
＞、（ｂ）の場合よりも先鋭度が低下している。 以上のように、少ないビット数の数値データ列同志の相
関を求める場合は、微分演算を行なって所定の重みを付
けることが望ましく、さらに本発明のように重み付け相
関を行なうことが効果的である。 尚、４値化回路４０の他に第１２図の表にあるようなモ
ードのうち、いくつかのモートを実行する多値化回路を
予め川、音しておいて適宜切りかえて使用してもよく、
又重み付け回路４つ内のＲＯＭ４９０に記憶させるテー
ブルも何種類か用意しておいて、最適なテーブルを適宜
選んで使用してもよい。 （発明の効果） 以１一本発明によれば２つの数値データ列の相関を取る
際、比較する２つの数値間の差の大きさに応じて重み付
けされた係数を与え、その係数を加算させるようにした
ので、相関値が極値となる付近の特性曲線上のＳ／Ｎ比
が向上し、極値の現われ方が先鋭になるといった効果が
得られる。このため原波形データ」−のレベル変化が少
ない場合でも相関が最大となる位置（又は時間）が確実
に求まり、アライメント等の際は原画パターンの形状、
形成状態によらず正確な位置検出及び位置合わせが達成
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるデジタル相関器の全体的
な構成を示す回路ブロック図、第２図はデジタル相関器
を用いたウェハアライメント装置の概略的な構成を示す
ブロック図、第３図は第２図の装置におけるレーザスポ
ット光の配置を示す平面図、第４図は４値化回路の構成
を示すブロック図、第５図は重み（・１回路の構成を示
す回路接続図、第６図は重み４１ｆ　ｌに用いられるク
ロックパルスの波形図、第７図は重み付けに用いられる
ＲＯＭ内に記憶されている真理値表、第８図は実施例に
よる相関演算の様子を説明する相関特性図、第９図は本
発明の他の実施例による重み行回路の構成を示す回路接
続図、第１θ図は第９図の回路に使われるクロックパル
スの波形図、第１１図は４値化を行なった場合の相関処
理の効果を説明する波形図、第１２図は４値化以外の多
値化の例を示す表、第１３図は異なる多値化による相関
特性のちがいを説明する波形図、第１４図は従来の相関
演算の方法を説明するための原信号の波形図、第１５図
は第１４図によって求められた相関特性を示す波形図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 ４’　Ｏ−−−−４値化回路 ４２−−−一テンプレートメモリ ４４−−−−サンプルメモリ ４８−−−−クロックジェネレータ ４９−−−一重み行回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎビットで表わされる数値データをｍ個連続させ
   たものを第１のパターンデータとし、ｎビットで表わさ
   れる数値データをｍ個以上連続させたものを第２のパタ
   ーンデータとし、前記第１パターンデータと第２パター
   ンデータとの相関値を算出する装置において、前記第１
   パターンデータと第２パターンデータとの夫々から１つ
   の数値データを順次取り出す回路と； 該取り出された２つの数値データ同志を比較し、該２つ
   の数値の差に応じて重み付けされた係数を発生する重み
   付け回路と；該重み付けされた係数を順次加算し、その
   加算値を前記相関値として出力する加算回路とを具えた
   ことを特徴とするデジタル相関装置。
2. （２）前記装置は、前記取り出し回路から一対の数値デ
   ータを取り出すための第１のクロックパルスと、該第１
   クロックパルスの１パルスに少なくとも２パルスが内挿
   されるように同期した第２のクロックパルスとを発生す
   るクロック発生回路を有し、 前記重み付け回路は前記第１クロックパルスの１パルス
   に応答して取り出された一対の数値データのビットパタ
   ーンに応じて、前記第１クロックパルスと第２クロック
   パルスのいずれか一方を第１の出力とするか第２の出力
   とするかを選択する選択回路を有し、 前記加算回路は前記第１出力によるクロックパルスをア
   ツプカウントし、前記第２出力によるクロックパルスを
   ダウンカウントするアップダウンカウンタを含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。