JPS63147281A - パタ−ン検出方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、パターン検出方法に関し、例えば高集積ＬＳ
Ｉ製造に使用されるマスクアライナ（露光装置）等にお
ける位置合わせ用パターンの検出力′法に関する。

［従来技術］ 従来、例えばマスクアライナ等において、ウェハ上の位
置合せ用の線状パターン等を光電的に検出する方法が知
られている。

しかし、ウェハ上にはフォトレジストが塗布されるため
に、これを単波長光で照明すると多数の干渉縞が現ねね
る。第６図（Ａ）は、位置合せ用のパターンである直線
パターンを単波長光で照明した場合に現われる多数の干
渉縞ａを示す。

こねを同図の矢印方向に走査して霊気信号に変換すると
、第６図（Ｂ）　に示すような映像４３号すが得られる
。

従来、この信号すから中心を求めるには、適当な閾値Ｃ
を予め設定しておきこの閾値Ｃによって１３号すを第６
図（Ｃ）に示す２値化化号ｄに変換し、これから２値化
化号ｄの中心ｅ、ずなわちウェハ」−のパターンの中心
位置を求めていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしこの方法では、第６図（Ｄ）　　に示すように閾
値Ｃに到達しない映像信号１ｂの場合や第６図（Ｅ）に
示すように映像信号２１３が完全に対称でない場合は、
検出できなかったり、または第６図（Ｆ）の２値化化％
１ｄが得らね、同図の１０を中心位置として検出してし
まい正しい中心位置が検出できなかった。

また、第７図（Ａ）に示すように映像信号３ｂの閾値Ｃ
付近にノイズｆがのった場合や第８図（Ａ）に示すよう
に線状パターン自体の多少の欠陥により映像信号４ｄが
僅かであるが非対称となフた場合には、第７図（Ｂ）の
２値化化号２ｄや第８図（Ｂ）の２値化化号３ｄが求ま
り、正しい中心位置を検出することができなかった。

これら従来方法の欠点を除くべく、特公昭５６−２２８
４号公報には、映像信号をある点から折り返して両信号
のマツチングの度合を求め、マツチング度合が最も良と
なる点を中心位置として求める方法が提案されている。

しかし、実際に得られる映像信号はレジストの塗布むら
、光学的シェーディング、ウェハ材質の違い等により第
９図の（Ａ）〜（６）に示すごとく多種多様である上に
きれい１．４−映像信号どはならず、例えば第４図（Ａ
）の映像信号３のようなものであって、とても原信号の
まま対称性を求められるものではない。

さらに、線状パターンを長さ方向に直角に見た場合には
、上記レジストの塗布むら等により、第２図に示すパタ
ーン２のようにコントラストや線状パターンの巾等が違
って見える。そのため、第６図（八）においてパターン
の走査方向を示す矢印をどの位置にもってきて映像信号
を得るかで、求まる中心位置が大きく異なってしまう。

また上記公報では、計測ウィンドウの位置と巾が実際に
は重要であるにもかかわらず、それを決定する方法が述
べられておらず、対称性のみに頼ると背景も対称性が良
いために誤検出する場合が多くなる。

本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を除去し、撮像
装置によって検出された映像信号に含まれるノイズや非
対称性の影響、同一線状パターン上でのパターン映像の
バラツキや歪み、およびサンプリングによる量子化誤差
の影昔を最少にして、精度良くパターンの中心位置を求
める方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］すなわち、
本発明は同−視野内の線状パターンに対して複数の２次
元ウィンドウを設定して、その中での映像信号の積算に
よりランダムノイズや部分的に発生するノイズを除去し
、積算信号のコントラストとスキューネスを所定巾（た
だし、２次元ウィンドウより小さい巾）の第１のウィン
ドウを動かしながら求め、条件に合わない積算信号を除
去し、条件に合った信号に対してスキューネスより求ま
った中心らしい位置のまわりに所定巾（ただし、第１の
ウィンドウより小さい巾）の第２のウィンドウを動かし
ながら再度スキューネスを求め、スキューネスの値がゼ
ロクロスする前後の重心位置にスキューネスの値で重み
をつけて平均化することで、１つのウィンドウ内での中
心位置を求める。さらに、複数ある２次元ウィンドウの
各々に対し求まった複数の中心位置に対して最小値／最
大価を除去して平均化することによって、統計的により
精度の高い中心位置を求めるものである。

さらに、前記公報では、実際には重要な計測ウィンドウ
の位置と巾を決定する方法が述べられていなかったが、
本発明では、この点としてプリアライメント精度が８〜
１０μｍ程度であることを考え太き目のウィンドウを設
定し必ずパターンがウィンドウの中に入ることを考慮し
た上で、順次計測ウィンドウの巾を狭くしていき中心位
置の検出精度を上げる工夫をしている。

［実施例の説明］ 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ウェハ上のマスクパ
ターン検出方法の処理の流れの概略を示したフローチャ
ートである。第２図は、ウェハ上の位置合せ用マスクパ
ターンに射影用のウィンドウを適用した図を示す。

第２図において、１は撮像手段により当該部分の映像信
号が得られたところのウェハ上のマスクパターン画面、
２は位置合わせパターンの光像、３は光像を走査して撮
像する際の走査方向を示し、そのときの映像信号を第４
図（Ａ）の３に示す。第２図の４は映像信号を積算する
ための２次元ウィンドウで、積算信号の例を第４図（Ｂ
）の１０に示す。

第３図は、実際の適用例であり、１は映像信号画面、２
は位置合わせパターンの光像、４は積算信号を得るため
の２次元ウィンドウでここでは９つ配置しである。この
数は統計的に扱える範囲ならいくつでもよい。

第４図は、映像信号と積算信号および３つの計測用ウィ
ンドウの関係を示す。同図（Ａ）の３は映像信号、同図
（Ｂ）の１０は積算信号、４は積算用２次元ウィンドウ
、５はウィンドウ４の中をずらしながら積算信号のコン
トラストとスキューネスを求めるウィンドウでその巾８
はウィンドウ４の巾７より小さい。６は前記ウィンドウ
５で求めたスキューネスが最小の点を中心に、実際の位
置合わせパターンの巾より少し大きい巾９のウィンドウ
で、最終の中心位置を求めるためのウィンドウである。

第５図は、あるパターンの計算結果を示しており、ｌＯ
は積算信号、１１は積算信号１のコントラスト、１２は
スキューネス値、１３はスキューネスのゼロクロス点を
示している。

以下、第１図のフローチャートに沿って、各々の処理に
関し詳細に説明する。

まず、ステップＳ１で撮像手段により得られた第２図の
付番１の範囲の映ｉ信号をＮコのうちの１番目の２次元
ウィンドウ４内でｙ方向に積算し、第４図（Ｂ）の付番
１０に示すような積算信号Ｐ　（ｉ）を求める。

ここで、 である。この式（１）で、積算される信号ｙ」（ｉ）は
ｙ方向の座標ｊを１つ決めた場合の第４図（八）の３に
示すような映像信号であり、ｌはｙ方向の積算の巾を示
している。これにより、映像信号に含まれるランダムな
ノイズは除去されるとともに、スパイク状のノイズは薄
められきれいな積算信号Ｐ　（ｉ）が求められる。この
際、式（１）の積算中ｌはノイズが除去されつる十分な
巾を取る必要があるが、大きくしすぎるとレジストの塗
布ムラによって生じる位置合わせパターンの光像の歪み
の影響を受は計測誤差を大きくすることがあるので、適
当な大きさの巾とする。

次に、ステップＳ２で積算信号Ｐ　（ｉ）に対してコン
トラストＣを下記式により求め、ステップＳ３でコント
ラストＣが所定の閾値以下の信号は、計測対象外として
ステップＳ４でＮコの中から除外する。

ＣＩ＝　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（
２）（Ｋｕ）ｌ／４ ここで、 Σ　（ｍ−Ｐ　（ｉ））　　’ ｉ＝１ と定義され、それぞれ標準偏差、平均、カルトーシスと
呼ばれる値である。また、ｎは第４図（Ｂ）の付番７の
範囲であり、１〜ｎがｉの取り得るＸ方向の巾となる。

この除外処理によりシェーディング等の影響でコントラ
ストが部分的に悪くなった場所を計測対象から外し中心
検出精度を上げることができる。

次に、第４図（Ｂ）の付番５で示すような計測用ウィン
ドウを積算ウィンドウ４より小さい巾８で設定し、ステ
ップＳ５において積算信号Ｐ　（ｉ）内でこの計測用ウ
ィンドウをずらしながら、式（２）に示すコントラスト
ＣとスキューネスＳ　（ｊ）を求める。

スキューネスｓ　（ｊ）は （ｊ−１，２，・・・・、ｎ−ｗ＋１　　）である。た
だし、胃は計測用ウィンドウの幅、また、 にＪ Ｐ　ｗｉｎは第４図（Ｂ）　に示すＰ　（ｉ）の最小値
である。Ｐ　（ｉ、Ｊ）はスキューネスを求める際のオ
フセットの影響を少なくし、さらに面積で規格化した値
で確率的意味をもたせている。また、Ｍ　（ｊ）はｊ＋
ｗ−１− Ｍ（ｊ）＝Σ　ｉｐ　ＣＩＩＪ） −ｊ であり、−次モーメントでウィンドウ５内の重心を表わ
している。また、Σ（ｊ）　は で、ウィンドウ５内での標準偏差である。

次に、ステップＳ６で上記のように求めたコントラスト
Ｃが所定の閾値を超えかつスキューネスＳの絶対値が最
小になる位置を２１として仮の中心位置とする。この際
、ステップＳ７で１点Ｐ、が存在するかどうか、すなわ
ち全範囲（第４図の範囲７）に渡ってみても条件を満足
する点がない場合は、ステップＳ８で計測対象外として
Ｎコの中から除外する。

次に、第４図（Ｂ）の６に示す最終の計測ウィンドウを
前記２１点を中心に実際の位置合わせパターンの巾より
少し大きい巾で設定する。この巾は、実際の位置合わせ
パターンの巾をｘｏとすると、１．１　ＸＯ〜２．０　
Ｘａ程度が望ましい。

そして、ステップＳ、９で上記計測ウィンドウ６をずら
しながら第４図の範囲８内で再度スキューネスＳを求め
、ステップ３１０でスキューネスＳの値がゼロクロスす
る点（第５図の位置１３）を求める。もし、ゼロクロス
する点がなければステップＳ１２に分岐する。ゼロクロ
スする点が発見された場合は、ステップＳｌｌで量子化
誤差を除くためにゼロクロスする点の前後の重心位置を
スキューネスの値で重み付けて平均化し、最終の中心位
置Ｍ０（ｋ）を求める。

（ｋ＝１．　２・・・・・・Ｎ） ただし、Ｓ＋　、Ｓ２　、Ｍｒ　、Ｍ２はそれぞれゼロ
クロスする前後のスキューネスの値と重心位置である。

この際、スキューネスＳの値がゼロクロスしない場合に
は、前に求めたＰ、の値を他のＭ　Ｏ（ｋ）と比較しあ
る閾値内にはいっていればＰｌの値を中心位置として採
用する。

次に、ステップ５１２でＮコある２次元ウィンドウにつ
きすべて処理終了したかどうか判別し、未だであればス
テップＳ１に戻り、次のウィンドウに対する処理を行な
う。Ｎコ終了した場合は、求まったＭ　ｏ　（ｋ）を平
均化して真に近いパターン中心を求める。Ｍ　ｏ　（ｋ
）の統計的取り扱いはパターンと積算ウィンドウの配置
により種々考えられるのは言うまでもないが、第３図の
ような場合除外された中心位置を求まった中心位置から
予測してそれも含めたＮコすべての中心位置の重心から
真に近いパターン中心位置を求めてもよい。

なお、上記実施例では積算信号Ｐ（ｉ）（第４図（Ｂ）
の信号１０）を直接用いて中心位置を計測したが、積算
信号の差分信号の絶対値 ｄ　（ｉ）　＝　ｌ　Ｐ　（ｉ＋１）　−Ｐ　（ｉ−１
）　　ｌ　　・・・・・・（５）を使フて前記アルゴリ
ズムを通用しても良い。

この場合、背景やシェーディングの影響が軽減されると
ともに、計算を簡略にするためにＰ　（ｉ）を求めずに
直接ｄ　（ｉ）を使っても結果に対してほとんど影響し
ないことが分っている。また、差分値を使ってだいたい
のパターン位置を求めておくことでスキューネスによる
誤認防止に使うこともできる。

また、上記実施例では、Ｘ方向の線状パターンを検出す
る場合を述べたが、Ｘ方向の線状パターンについてもＸ
およびＸ方向を入換えて処理するだけで同様に検出でき
る。

さらに、位置合わせ用パターンとしては、直線、十字、
四角形、円等に対し適用することができ、複数のパター
ン中心位置をＸとＸ方向で同一の方法で求められるもの
であれば何でもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、２次元ウィンド
ウ内で積算したデータに対してコントラストとスキュー
ネスをうまく適用しているので、ノイズの影響、シェー
ディング、背景の明るさの違い、干渉縞の出方の違い、
およびレジストむら等に影響されない高精度のパターン
位置検出が可能となった。また、マスクアライナ等に適
用して、ウェハ上の位置合せパターン等の精密位置合わ
せが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るウェハ上の位置合せ
パターン検出方法の処理の流れを示すフローチャート、 第２図および第３図は、位置合わせ用パターンに射影用
のウィンドウを適用した図、 第４図（＾）は、映像信号波形を示した図、第４図（Ｂ
）は、第４図（Ａ）のような映像信号波形を積算したノ
イズのない波形を示した図、第５図は、積算波形とコン
トラスト、スキューネスを重ねて示した図、 第６図（Ａ）は、フォトレジストが塗布された位置合わ
せ用パターンを示した図、 第６図（Ｂ）は、映像信号波形を示す図、第６図（Ｃ）
は、従来の方式である所定の閾値によって２値化した２
値化信号波形を示す図、第６図（Ｄ）は、レベルが閾値
より小さい映像信号波形を示した図、 第６図（Ｅ）は、非対称な映像信号波形を示した図、 第６図（Ｆ）は、第６図（Ｅ）に示す映像信号を閾値に
よって２値化した２値化信号波形を示す図、第７図（八
）は、ノイズをもった映像信号波形を示した図、 第７図（Ｂ）は、第７図（Ａ）に示す映像信号を閾値に
よって２値化した２値化信号波形を示す図、第８図（八
）は、位置合わせパターンの誤差によって検出される非
対称な映像信号波形を示す図、第８図ＣＤ）は、第８図
（Ａ）に示す映像信号を閾値によって２値化した２値化
信号波形を示す図、第９図（Ａ）〜（Ｇ）は、種々の映
像信号波形を示す図である。 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 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、撮像手段によりパターンを撮像して得た映像信号に
   対し所定の大きさの２次元ウィンドウを複数設け、該２
   次元ウィンドウ内において映像信号をｘまたはｙ方向に
   積算し、 該積算信号のコントラストを求め、所定閾値以上のコン
   トラストを有する積算信号に対し、上記２次元ウィンド
   ウより小さい巾の第１のパターン検出用ウィンドウを設
   定し、該積算信号内を該第１のパターン検出用ウィンド
   ウで走査してコントラストとスキューネスを求め、 コントラストがある閾値以上でかつスキューネスの絶対
   値が最小になる点を求め、 該点を中心に上記第１のウィンドウより小さい巾の第２
   のパターン検出用ウィンドウを設定し、該第１のウィン
   ドウ内における積算信号を該第２のウィンドウで走査し
   て再度スキューネスを求め、 求めたスキューネスの値がゼロクロスする前後の重心位
   置を、対応するスキューネスの値で重みずけ平均してパ
   ターン中心点を求め、 上記２次元ウィンドウの各々につき求めた該パターン中
   心点を平均化することにより最終のパターン中心点を検
   出する ことを特徴とするパターン検出方法。 ２、前記映像信号が、ディジタル化された信号である特
   許請求の範囲第１項記載のパターン検出方法。 ３、前記パターンが、複数ある特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のパターン検出方法。