JPS63146013A - パタ−ン検出装置 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、多面鏡によりレーザ光を走査して物体上のパ
ターンを検出する装置に関する。この装置は例えば、半
導体露光装置におけるマスクとウェハの自動位置合せ装
置に用いて好適なものである。

［従来技術］ 従来、半導体露光装置におけるレーザ走査型のマスクと
ウェハの位置合せ装置において、レーザビームを走査す
る手段としてポリゴンミラー（多面鏡）が多く用いられ
ている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、このような従来技術によれば、レーザビ
ームがアライメントマークを走査する時、ポリゴンの加
工誤差およびポリゴンの鏡面の平面度や表面状態（粗さ
、傷、粒状の凹凸）により、ポリゴンミラーにより偏向
される偏向ビームの位置誤差が発生したり、偏向ビーム
の波面が乱れたりする。

このような状態でアライメントマークを走査してマーク
からの信号の検知を行ないマークの間隔計測を行なうと
、計測データの誤差が多くなり位置合せ精度が落ちてし
まう。また、使用途中にごみ等が付着した場合も光が散
乱され精度の低下をきたす。そのような場合それを警告
しまたは取り除く手段および機能が従来の装置にはなか
った。

本発明は上述従来例の欠点を除去することを目的とする
。すなわち、ポリゴンミラーのある面にごみが付着した
場合あるいは何らかの原因である面のデータが異常な場
合、その面のデータを用いずにパターン検出を行なうこ
とにより検出精度を落とさないようにし、また警告を発
することによりポリゴンミラー面の自動診断を可能にす
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］上記問題点
を解決するため本発明は、回転多面鏡を用いたレーザ走
査型のパターン検出装置において、パターン検出データ
に基づき該パターンの間隔計測を上記多面鏡の各鏡面ご
とに行ない、この間隔計測データを統計処理して判別す
ることにより異常のある鏡面を検知して警告するととも
に、その鏡面による異常データを使用しないようにして
、パターン検出の精度を劣化させないようにしている。

［実施例］ 以下、図面を用いて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ミラープロジェクシ
ョンアライナのＡＡ（自動位置合せ）信号の検出系を示
す原理図である。同図において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ源１
より出た光束はクリスタルレンズ２を経て８面体回転ミ
ラー（ポリゴンミラー）３に当たる。その反射光はｆ−
θレンズ４を通過後、分割プリズム（ダハプリズム）５
上を一定速度でスキャンする。分割プリズム５にて左右
それぞれの対物レンズ系６Ｌ、６Ｒに至るように分割さ
れ、半視野毎に、左右交互にフォトマスク７をスキャン
し、さらにプロジェクションミラーシステム８を経てウ
ェハ９上をスキャンする。

一方、フォトマスク７およびウェハ９上をレーザビーム
がスキャンするとき、何もパターンがないと、レーザビ
ームは正反射し、来た光路をそのまま戻る。そして、ハ
ーフミラ−１０Ｌ、ＩＯＲを透過しマスク７およびウェ
ハ９の重ね合せのＡＡ信号を計測するＭＷシステムＩＬ
Ｌ、ＩＩＲのストッパ１２Ｌ、１２’Ｒに達する。この
ストッパ１２Ｌ、　１２Ｒは、中央部が不透明になって
おり、フォトマスクゆ ７およびウェハ９面にて正反射したレーザ光は遮断され
る。従って、この場合、信号検知器１３Ｌ。

１３Ｒのレベルは壬である。

ところが、フォトマスク７あるし１はウェハ９上に凹凸
部があると、そこでレーザビームは、回折、乱反射もし
くは特定方向への反射を起こす。

例えば、シリコン面上に凸の段差ができており、その上
に酸化ケイ素５ｆ０２およびフォトレジストが乗ってい
る場合等である。このようなシリコン面上にレーザビー
ム（径約１０μｍ）が当ると、フォトレジスト表面の傾
斜部で乱反射する。また、シリコンのステップの上下で
、レーザビームは回折現象を起こす。このように乱反射
や回折を起こした光が、対物レンズ６Ｌ、６Ｒを通り、
ハーフミラ−１０Ｌ、ＩＯＲ、ストッパ１２Ｌ、１２Ｒ
１信号検知器１３Ｌ、１３Ｒに達する。すなわち、正反
射光は検知せず乱反射および回折した光のみを検知する
、いわば、暗視野検出を行なっている。

なお、１４Ｌ、１４Ｒは左系および左系のマスクのＡＡ
信号を計測するＭＤシステム、１５Ｌ、１５Ｒは同期信
号ともなる目視用光源、１６はエレクタ、１７は目視用
の観察系である。

以上説明したように、アライメントマークのパターン信
号を検出して、フォトマスク７とウェハ９とのずれ量を
求める。例えば、フォトマスク上の２点にウェハ上の２
点を重ね１合せる作業を行なう場合には、アライメント
スコープの左右対物光学系を通して計測したフォトマス
ク・ウニへ間のずれ量、 ΔＸＬ　、　ΔＹＬ、ＡＸＲ、ＡＹＲ を用いて駆動量を潰算し、ウェハを縦・横および回転方
向に勅かす。そして、所定の目標精度（トレランス量）
に達したかどうか検定を行ない、不十分なら再度「計測
」　「駆動」を行なう。

次に、第２図を参照して、フォトマスクとウェハの相互
位置のずれ量測定の原理を説明する。まず、予め、フォ
トマスク上には右上および左上方向に４５°傾いている
２組の平行線（アライメントパターン）２１〜２４を用
意する。ＬＳは前述したレーザビームのスキャン方向を
示す。平行線２１〜２４をレーザビームが矢印ＬＳのよ
うにスキャンした場合、レーザビームと平行線２１〜２
４との交点を順にＡ、Ｃ，Ｄ、Ｆとする。そして、平行
線の間隔をレーザスキャン方向に測ったときのＡＣ間お
よびＤＦ間をａ”、ＣＤ間を“ｂ″とする。

一方、ウェハ上にはＶの字のパターン２５を用意する。

そして、ウェハ上のパターン２５が丁度フォトマスク上
のパターンの２組の平行線２１〜２４の中央に来たとき
、すなわち補助線Ｍの位置に重なったときに、ウェハ上
の実素子とフォトマスク上の焼付けるべきパターンとが
アライメントされるようにしておく。Ｂ、Ｅはウェハ上
のパターン２５とレーザスキャン方向ＬＳとの交点、Ｂ
ｏ、Ｅｏは補助線Ｍとレーザスキャン方向ＬＳとの交点
を示す。Ｐｏは補助線ＭのＶ字形の頂点、Ｐはパターン
２５のＶ字形の頂点を示し、頂点Ｐ０を通ってし一ザス
キャン方向ＬＳと並行な補助線とパターン２５との交点
をＢ’　、Ｅ’　、頂点Ｐから当該補助線への垂線をＰ
Ｈとする。上述したように、ウェハ上のパターン２５を
補助線Ｍの位置に重ね合せるためには、横方向にΔｘ＝
ｐｏ　Ｈ，縦方向にΔＹ＝ＨＰだけウェハを駆動する必
要がある。ここで、ｐｏ　Ｈ＝Ｂ’　Ｅ’　／２−ＰＱ
　Ｅ’＝（−Ｐ。Ｅ’　＋Ｂ’　　Ｐａ　）／　２ＨＰ
＝ＨＥ’　＝Ｂ’　Ｅ’　／２ ＝　（Ｂ’　Ｐｏ　＋Ｐｏ　Ｅ’　）／２であり、また
、 Ｂ’　　Ｐａ　−ＢＢｏ　＝　（ｊ２＋　−１−２）／
２Ｐａ　Ｅ’　＝Ｅｏ　Ｅ＝　　（１４Ｊ’ｓ　）／２
であるから、 Δｘ＝（（Ｉｌ、ｔ　−ＪＺ２　）　＋　（Ｉｔ４−ｉ
ｓ　））／４Δｙ＝（（Ｉｌ、＋　−Ｉｔ２　）　−１
４−ｕｓ　））／４となる。

一方、上述したようなレーザビームスキャン方式により
、フォトマスクおよびウェハ上のパターンがレーザビー
ムと交差する各点の時間間隔を求めることができる。ス
ポット状のビーム走査を行なったとして、ＡＢ、ＢＣ，
ＣＤ、ＤＥ、ＥＦ間をスキャンする時間をそれぞれＴ、
〜Ｔｓとすると、 Ｉｔ　ｒ　＝Ｔ＋　Ｘ　Ｖ、　Ｉｌｚ　＝Ｔ２　Ｘ　Ｖ
。

Ａ３＝Ｔ３　ＸＶ、Ｉｌ、４＝Ｔ４ｘＶ。

ｕｓ　＝７ｓ　ｘＶ である。ここで、■はレーザビームのスキャン速度とす
る。

以上より、このＴ１〜Ｔｓの測定によって、フォトマス
ク・ウニへ間のずれ量ΔＸ、ΔＹを以下のように求める
ことができる。

ΔＸ＝（（ＴＩ　−７２）＋　（Ｔ４−　Ｔｓ　））Ｘ
　ｖ／４Δｙ−（（ＴＩ　−７２）−（Ｔ４−ＴＳ　）
）Ｘ　Ｖ／４第３図は、マスク上のアライメントパター
ンとウェハ上のアライメントパターンがアライメントさ
れた状態およびパターン検出信号等を示す。同図（ａ）
はマスクのアライメントパターン、（ｂ）はウェハ上の
アライメントパターン、（Ｃ）はマスクとウェハがアラ
イメントされた状態の各パターンの位置関係を示す。同
図（Ｃ）において、ＬＳはレーザビームスキャン方向を
示す。また、同図（ｄ）はパターン検出信号等を示す。

同図（ｄ）において、３３はマスクとウェハの重ね合せ
のＡＡ倍信号以下、ＭＷ信号と呼ぶ）、３４はこのＭＷ
信号３３を２値化するためのスライス信号、３５は２値
化されたＭＷ信号、３６はマスクのＡＡ倍信号以下、Ｍ
Ｄ傷信号呼ぶ）、３７は上記ＭＤ傷信号６を２値化する
ためのスライス信号、３８は２値化されたＭＤ傷信号示
す。

ここで、第２図で示したように、マスクとウェハの誤差
ΔＸ、ΔＹはアライメントされた状態では、 ΔＸ＝ΔＹ＝０ すなわち、 ｊ！＋　＝Ｉｌｚ　、　Ｉｔ４＝１５ （ＴＩ　＝Ｔ２　、Ｔ４　＝Ｔｓ　） という状態となる。

次に、ＡＡ倍信号処理系について説明する。

第４図はこの処理系のブロック図を示す。同図において
、５０は第１図の光源１５Ｌ、１５Ｒから信号処理用の
同期信号を発生する同期信号発生回路、５１はポリゴン
ミラー３の位置を検知するポリゴン位置検知回路である
。まず、このポリゴン位置検知回路の詳細を説明する。

第６図は、第１図のポリゴンミラー３を含むポリゴンユ
ニットの図である。同図において、６６はフォトスイッ
チ、６８はポリゴンミラー３を回転させるモータ、６９
はポリゴンミラー３の位置検知用の遮光板である。ポリ
ゴンミラー３は８面鏡からなっており、遮光板６９はそ
のうちの１つのミラー面（基準面）の位置を表わすよう
にモータ６８およびポリゴンミラー３と一体に取り付け
られている。フォトスイッチ６６は、遮光板６９の凸部
に遮光されるごとに、ポリゴンミラー３の基準面の位置
を示す位置信号パルスを出力する。

第７図は、この位置信号パルスと第４図の同期信号発生
回路５０により発生される左右の同期信号のタイミング
チャートである。同図において、ｐｓは位置信号パルス
、ＳＹＬは第１図の光源１５Ｌから出力される左対物の
同期信号、Ｓ　Ｙ　Ｒは同図の光源１５Ｒから出力され
る右対物の同期信号を示す。

第５図は、この同期信号のパルスの数を数えて、ポリゴ
ンミラー３のどの面であるかを検知するカウンタ回路を
示す。同図において、６３はｌＯ進カウンタ、６４はＮ
ＡＮＤゲートである。これらにより同期信号の数を８ま
でカウントするカウンタを作っている。すなわち、第７
図の信号ＰＳ。

ＳＹＬ、ＳＹＲのタイミングに示すように、同期信号の
パルス１つがポリゴンミラー３１の１つの面に相当し、
前記カウンタによりポリゴンミラーの各面の位置がわか
る。６５はこのカウンタのデータおよびポリゴンミラー
３の基準面の位置信号をデータバスを通してＣＰＵ５３
にデータをリードさせる人力ボートである。

各ミラー面についてＡＡ信号から前述のパターンの時間
的間隔Ｔ１〜Ｔ５を求める方法は次のようになる。

第４図の５６は第３図のスライスされ２値化されたＭＷ
信号３５およびＭＤ信号３８から不必要なノイズ信号を
拾わないようにするウィンドー信号を発生するウィンド
ー発生回路である。第８図は第７図の同期信号ＳＹＬま
たはＳＹＲと上記ウィンドー信号およびＭＷ信号の関係
を示している。同図において、ＳＹは同期信号、ＷＩは
ウィンドー信号、ｆはノイズ信号が載っているＭＷ信号
である。論理回路により信号Ｗｌとｆのアンドを取るこ
とによりノイズを除去したＭＷ信号ｇが得られる。第４
図に戻り、５９．６０はこのアンドを取るためのアンド
回路、５８は２値化される前のＭＤ信号およびＭＷ信号
を２値化して第８図の４８号ｆのようなパルス間隔計測
信号を発生させる計測信号発生回路である。このパルス
間隔計測信号はアンド回路５９．６０でウィンドー信号
とアンドが取られ、間隔計測回路６１により前記説明に
あるＴ１〜Ｔ５の時間間隔が計測される。

なお、５３は同図の各回路をコントロールするＣＰＵ、
５４はプログラムが内蔵されているＦＬＯＭ、５５はデ
ータを保持するＲＡＭ、５７は間隔計測回路６１で得ら
れたデータＴＩ−ＴＳを人力するボー１である１１０回
路、６２はＩ１０回路５７を通してＣＰＵ５３からシー
ケンス表示（文字）データを出力するシーケンス表示回
路である。

以上、ＡＡ信号処理系のハード構成について述べたが、
以下にソフトウェアによるデータ処理により第１図のポ
リゴンミラー３の８つの面のデータから異常データを検
知する方法と、この異常データを省いてデータ処理をす
ることにより精度を落とさないでオートアライメントを
行なう方法について述べる。

第９図はポリゴンミラー３の各面で走査して得るデータ
を間隔計測して第４図のＲＡＭ５５にその結果のデータ
を格納する際のフローチャートである。このフローチャ
ートに従えば、計測開始後、まず最初に、ポリゴンミラ
ー３の基準面が来るのを待つ。そして、基準面が来たこ
とが判定されたら（ステップ１０１　）　、次に、ポリ
ゴンミラー３の各面で走査して得るＡＡ（３号のアライ
メントパターンの間隔計測を行ない（ステップ１０２）
、ＲＡＭ２Ｓに格納する（ステップ１０３〜！ｏ９）。

第１０図はこのＲＡＭ５５におけるポリゴンミラーの８
つの面のデータエリアを示している。ステップ１０２〜
１０９の間隔計測およびデータの格納は、平均化してば
らつきを抑えるため、ステップ１１０で所定回数に達し
たと判定されるまで数回取り込み加算される。加算はポ
リゴンミラー３の各面ごとに第１０図に示すようにデー
タエリアを分割して行なう。

ステップ１１０で所定のデータ取込み回数に到達したと
判定されたら、その後、ステップ１１１でこのようにし
て得たデータの統計処理を行なう、、第１１図はその処
理の一部を表わすフローチャートである。すなわち、各
ポリゴンミラー面のデータに異常がないか調べるために
、平均および偏差を計算して（ステップ１１２）その偏
差が所定値を超えているか否かを判定する（ステップ１
１３　）。判定の結果、偏差が所定値以下であれば、異
常なしとしてそのまま積算してデータを算出しくステッ
プ１１４　）　、差が所定値を超えたときは、どのミラ
ー面のデータがおかしいかチェックしておかしい面のデ
ータを省いて再度データ処理する（ステップ１１５）。

このようにして異常なミラー面を検知しそのデータを省
略してデータ処理が行なわれた後、おかしいミラー面の
データは第４図のシーケンス表示器６２によりエラー表
示される。

［発明の適用範囲］ なお、上述流側においてはマスクアライナのオートアラ
イメント装置に本発明を適用した場合について述べたが
、他のポリゴンミラーを使用してスキャンする装置に対
しても同じような手法を用いてポリゴンミラー面のチェ
ックができる。

例えば、バーコードリーダ用のレーザスキャナに適用す
る場合は、第１２図に示すようなあらかじめ間隔ａ、ｂ
がわかっているテスト用コートを読ませて上述の間隔計
測をポリゴンミラーの各鏡面ごとに行なうようにすれば
よい。ただし、この場合、測定用のセンサや回路とソフ
トウェアを追加する必要がある。センサとしては、ＣＣ
Ｄのようなイメージセンサが使用できる。

また、レーザビームプリンタについても、レーザスキャ
ナ部分に上記と同様のチェック用テストパターンを挿入
することにより、上記と同様にしてポリゴンミラーの異
常をチェックすることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、多面鏡の異常のあ
る鏡面を自動検出して警告を発し、かつその鏡面による
走査データを省略してデータを処理することができるた
め、パターン検出装置の精度および信頼性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一実施例に係るミラープロジェクシ
ョンマスクアライナの自動位置合せ（オートアライメン
ト）装置の信号検出の原理を表わす説明図、 第２図は、オートアライメントの測定原理を示す説明図
、 第３図は、オートアライメントのマークおよび検出信号
並びに信号処理の説明図、 第４図は、本発明の一実施例に係るオートアライメント
の信号処理を説明するための回路のブロック図、 第５図は、ポリゴン面の位置を検知する回路図、 第６図は、ポリゴンユニットのポリゴン面の位置検知を
説明する説明図、 第７および８図は、第４図の回路におけるポリゴン面の
信号と同期信号、ウィンドー信号および２値化したＭＷ
倍信号関係のタイミングを示す説明図、 第９図は、本発明の一実施例に係るポリゴン面ごとの間
隔計測を行なうことを説明するフローチャート、 第】０図は、ＲＡＭエリアのポリゴン面のデータエリア
を示す説明図、 第１１図は、第９図のフローチャートの計測信号のデー
タ処理を示すフローチャート、 第１２図は、本発明をバーコードリーダに適用した場合
のテスト用コードの例を示す図である。 １：レーザ、３：ポリゴンミラー、 ７：フォトマスク、９：ウェハ、 １１Ｌ、ＩＩＲ：　ＭＷシステム、 １３Ｌ、　１３Ｒ：信号検出器、 １５Ｌ、　１５Ｒ：目視用光源（同期信号）、５０：同
期信号発生回路、 ５１：ポリゴン位置検知器、５３：ＣＰＵ。 ５４：　ＲＯＭ、　５５：　ＲＡＭ、　６１：間隔計測
回路。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也 △Ｙ 第２図 第３図 第６図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ光を偏向させて物体上に照射する回転多面鏡と、 該物体上のパターンからの反射光を電気的な信号として
   検出する光電変換手段と、 上記多面鏡の各鏡面に対応する各検出信号ごとにその信
   号波形を識別する手段と、 各鏡面ごとの信号波形識別データを統計処理することに
   より異常のある鏡面を検知する異常面検知手段と、 該異常面検知手段からの異常面検知出力に基づいて警告
   を発する警告手段と を有することを特徴とするパターン検出装置。