JPH021071A - 図形読取り方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば縮小投影露光装置、ステップアンドリ
ピート装置、ＰＣＢｎ光装置、メタル露光装置、ＬＣＤ
ＣＤ露光装置等２決置決必要な露光装置に使われるアラ
イメントマーク、位置決め用の格子状パターン等の中心
座標、巾寸法、ピッチ等を高精度に検出する図形読取り
方法及び装置に関する。

（従来技術及びその課題） 半導体装置の高集積化に伴うフォトマスクパターンの微
細化により、フォトマスクパターンとウェハの位置合せ
（アライメント）を行なうためには両者に形成されたア
ラインメントマーク位置をより高精度に検出すること、
又は位置決め用の格子状パターンの巾寸法やピッチ等を
より高精度に検出することが要請される。

これらの要請を一部満たすものとして、レティクルパタ
ーン（フォトマスクパターンの原版となるパターン）を
拡大光学系を介してフォトダイオードアレイに投影し、
該フォトダイオードアレイから出力されるレティクルパ
ターンに応じた光信号を電気信号に変換し、該電気信号
を所定のしきい値（電圧）で量子化（２値化）し、該量
子化された信号を連続的に走査して量子化パターンを形
成し、このパターンを用いてパターンの最小寸法より小
さい部分の欠陥を検出する方法が特公昭５８−５０４１
４号公報から知られる。

当該方法における分解能は、フォトダイオードアレイの
画素の大きさ、即ちビット数、ビット間隔及び拡大光学
系の倍率で決定される。拡大光学系の倍率は、高くなる
につれて検出視野が狭くなり実用的でなくなるため、光
学系の倍率を高くするには限度がある。例えば１０２４
ビツト、２８μｍビット間隔の一次元固定撮像素子を用
いた装置において、拡大光学系の視野を百数十μｍ確保
しようとすると分解能は０．１４μｍにしかならず、０
．１μｍ以下の位置決め精度の要求には応じられない。

（発明の目的） 本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもの
で、既存の拡大光学系及び固体撮像素子を用いて拡大光
学系の視野を充分確保した上で高分解能を実現でき、高
精度の読取りが可能な図形読取り方法及び装置を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は」二記目的を達成するために、被測定図形から
の光信号を光学手段によって固体撮像素子上に結像させ
、該結像された光信号を電気信号に変換し、該電気信号
から前記被測定図形の特徴を読取る図形読取り方法にお
いて、前記固体撮像素子上の光学信号を走査して得られ
る電気的信号波形を平滑化し、該平滑化された電気的信
号波形を所定のしきい値によって成形して矩形信号を発
生し、該矩形信号の立上がり時点及び立下がり時点を検
出し、前記矩形信号の前記検出された立上がり時点及び
立下がり時点までの期間、一定周期で発生するクロック
パルスを計数１．、該計数された言１数値に基づき前記
比測定図形の特徴を表わす電気信号値を創成するように
したものである。

更に本発明は、被測定図形からの光信号を光学手段によ
って固体撮像素子上に結像させ、該結像された光信号を
電気信号に変換し、該電気信号から前記被測定図形の特
徴を読取る図形読取り装置において、前記固体撮像素子
上の光学信号を走査して得られる電気的信号波形を平滑
する平滑回路と、該平滑回路から出力される平滑された
波形を所定のしきい値によって成形して矩形信号を発生
するしきい値処理手段と、該矩形信号の立上がり時点及
び立下がり時点を検出する計数領域指定手段と、一定周
期のクロックパルスを発生するクロックパルス発生手段
と、前記矩形信号の前記検出された立上がり時点及び立
下がり時点までの期間発生する前記クロックパルスを計
数する計数手段とから成るようにしたものである。

好ましくは更に前記図形読取り装置は、前記計数手段か
ら出力される計数値に基づき前記被測定図形の特徴を表
わす値を演算する演算処理装置とから成るようにしたも
のである。

（作用） 被測定図形を光学的手段により固体撮像素子上に結像さ
せて該結像された光信号を電気信号に変換する。該電気
信号を平滑回路で平滑した上で、しきい値処理回路にお
いて所定のしきい値に基づき矩形信号に変換する。しき
い値は該矩形信号の立上がり、立下がり時点が被測定図
形と正確に対応するような所定値に設定する。計数領域
指定手段によって矩形信号の立上がり時点、立下がり時
点を検出し、引数手段によって該立上がり時点。

立下がり時点までの期間発生するクロックパルス発生手
段からのクロックパルスを計数する。この計数されたパ
ルス数に基づいて被測定図形の特徴を高分解能で読取る
ことが可能となる。

（実施例） 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の図形読取り装置１を適用した、レティ
クルからマスターマスクを作成するステップアンドリピ
ート装置を示す概略図である。

同図に示すように、レティクル２は、モータＭ１を有す
る位置微調整装置８に装填され、また、表面にエマルジ
ョンもしくはクロム等の皮膜を塗布されたガラス基板か
ら成る乾板６は、モータＭ２．Ｍ３．ＸＹ方向移動装置
、Ｚ方向移動装置。

位置倣Ｈ１ｍ装置等から成る乾板移動装置７に装填され
る。レティクル２の拡大パターンがキセノンランプ又は
水銀ランプから成る光源３及びレンズ４．５により乾板
６に投影され、乾板６の位置を乾板移動装置７で移動す
ることにより、同一パターンを連続的に配列したマスク
パターンが作成される。図形読取り装置１は、レティク
ル２に設けられた位置合せ用のアライメントマーク９（
第２図）を読取り、その位置座標を検出し、これに基づ
いて乾板６との相対的位置を所望の位置に位置微調整装
置８により調整する。

第２図は、図形読取り装置ｌを示す概略図である。

同図に示すように、フォトレジスタが感光しない光（λ
＝５４６ｎｍ又は６３２．８ｎｍ）を発光する光源ｉ。

からの該光がレンズ１１を介してハーフミラ−１２で反
射され、レンズ１３を介してレティクル２に設けられた
十字状のアライメントマーク９に照射される。アライメ
ントマーク９から反射した光は、レンズ１３を介してハ
ーフミラ−１２を透過し、一部はハーフミラ−１４で反
射してレンズ１５を介してＸ方向−次元の固体撮像素子
であるＸ方向イメージセンサ１６に達してアライメント
マーク９の光学像が該センサ１６上に結像する。残りは
、ハーフミラ−１４を透過してレンズ１７を介してＹ方
向−次元の固体撮像素子であるＹ方向イメージセンサ１
８に達してアライメントマーク９の光学像が該センサ１
８上に結像する。

第３図（ａ）は、Ｘ方向イメージセンサ１６の受光素子
１６１にアラメントマーク９の光学像９１が結像した様
子を示す図であり、第３図（ｂ）は、同図（ａ）の受光
素子１６１の拡大して示す各画素の位置と対応させた、
Ｘ方向イメージセンサ１６からの走査出力されるビデオ
信号（？！気倍信号を示す図である。Ｙ方向イメージセ
ンサ１８においても第３図と同様なビデオ信号が出力さ
れる。

第３図に示すような、イメージセンサ１６．１８からの
ビデオ信号を処理する電気回路を第４図に示す。即ち、
イメージセンサ１６，１８は感光機能と自己走査機能を
有したＣＯＤ　（電荷結合素子）から成り、該センサ１
６，１８にはスタートパルス発生器４０が接続され、該
発生器４ｏがらイメージセンサ１６，１８の受光素子の
走査を開始させるスタートパルスが供給される。センサ
１６には分周器４２が接続され、例えば６００ｋＨｚの
クロックパルスを発生するクロックパルス発生器４１か
らの出力を例えば分周比８で７５ｋＨｚに分周したパル
スをセンサ１６に供給する。該イメージセンサ１６は、
７５ｋＨｚに分周されたパルスの入力毎に受光素子＋６
１が電荷転送（信号転送）を行ない、操作されたビデオ
信号を出力する。

Ｘ方向イメージセンサ１６の出力端子はローパスフィル
タ４３に接続され、ローパスフィルタ４３の出力端子は
しきい値処理回路４４に接続される。

該しきい値処理回路４４は、比較器（コンパレータ）４
４１とスイッチングトランジスタ４４２がら成る。

しきい値処理回路４４の出力端子はＤ−フリップフロッ
プ（以下ｒＤ−ＦＦＪと呼ぶ）４５のタロツクパルス端
子ＣＰに接続されるとともにインバータ４６を介しても
う１つのＤ−ＦＦ４７のクロツクパルス入力端子ＣＰに
接続される。該Ｄ−ＦＦ４５，４７のデータ入力端子り
にはいずれも定電圧Ｖｃｃが入力する。Ｄ−ＦＦ４５の
ζ出力端子はＡＮＤ回路４８に接続され、Ｄ−ＦＦ４７
のζ出力端子は、もう１つのＡＮＤ回路４９に接続され
る。ＡＮＤ回路４８．４９のそれぞれの残りの入力端子
は、クロックパルス発生器４１に接続され、例えば６０
０ｋｌｌｚのクロックパルスが供給される。ＡＮＤ回路
４８．４９の出力端子はそれぞれパルスカウンタ５０，
５１に接続され、該パルスカウンタ５０，５１の出力端
子は演算装置５２に接続される。

Ｙ方向イメージセンサ１８の出力信号の処理回路は、前
述のＸ方向イメージセンサ１６の出力信号の処理回路と
同様の構成であるため、説明を省略する。

次に第４図に示した、図形読取り装置ｌを構成する電気
回路の作用を第５図乃至第７図を参照しながら説明する
。

第３図に示すようなアライメントマーク９の光学像９１
がＸ方向イメージセンサ１６の受光素子１６１上に結像
しているときに、スタートパルス発生器４０からパルス
がイメージセンサ１６に入力すると、イメージセンサ１
６は、分周器４２がらの７５ｋｔｌｚのパルスで受光素
子１６１を走査して、第３図（ｂ）に示すような、受光
素子１６１の画素ごとの受光量に応じた電圧から成る階
段状の波形のビデオ信号を出力する。第３図（ｂ）の横
軸は、分周器４２からの７５ｋＨｚのパルスに基づく走
査経過時間を示すとともに第３図（ａ）の受光素子！６
１の各画素の位置とも対応している。

第３図（ａ）の画素とビデオ信号との対応関係を第５図
に拡大して示す。即ち、受光素子１６１の成る画素１６
１ａの上に示した二点鎖線から右方にアライメントマー
ク９の光学像９１がある場合、受光素子１６１の各画素
が示す出力電圧は実線で示した、光学像９１の光量に応
じた信号波形Ｓ１を呈する。即ち、画素１６１ａより右
側に配置される画素においては、照射される光量が右側
に寄った画素程（第３図ではアライメントマークの中心
に寄る程）多いため、右側に寄った画素程高い電圧値を
示し、一方画素１６１ａより左側では光がいずれの画素
にも照射されていないため出力電圧はなく、更に画素＋
６１ａでは画素の一部だけに光が照射されているため、
その照射面積に応じた電圧値を示している。

イメージセンサ１６から出力されたビデオ信号Ｓｌはロ
ーパスフィルタ４３において平滑されて第５図の一点鎖
線で示す６１らかな信号波形Ｓ２となる。但しこの場合
には第５図の横軸は走査経過時間を表わしている。信号
Ｓ２はしきい値処理回路４４の比較器４４１の反転端子
に供給され、比較器４旧の非反転端子には所定のしきい
値（スレッシュホールド）電圧ＶＴＩＩＸが供給される
。従って信号Ｓ２がしきい値電圧Ｖｎ＋ｘ以下のときの
み比較器４４１は高レベル電圧を出力し、該高レベル電
圧によりスイッチングトランジスタ４４２は非導通とな
り、しきい値処理回路４４の出力端子である該トランジ
スタ４４２のエミッタ端子は高電位となる。

信号Ｓ２及びしきい値電圧ＶＴＩＩＸに対してしきい値
処理回路４４の出力信号Ｓ３は第６図（ｂ）のように示
される。前記しきい値電圧ＶＴＩＩＸを適正に設定する
ことにより出力信号Ｓ３の立上がり位置及び立下がり位
置を第３図のアライメントマーク９の光学ｆｉＪＩ９１
の両端α２．Ｑ３と正確にそれぞれ対応させることがで
きる。

矩形波形を成す信号Ｓ３はアップエツジ動作のＤ−ＦＦ
４５のＣｐ端子に入力し、Ｄ端子には第６図（ｄ）で示
すような定電圧Ｖｃｃが入力しているので、第６図（Ｃ
）に示すような矩形信号Ｓ３の立上がり時にＱ端子の出
力Ｓ４が立下がる［第６図（ｅ）］。なお、詳細な説明
は省略するが、スタートパルス発生器４０のスタートパ
ルス発生時にＣｐ端子に立上がりパルスが入力し、その
とき、Ｄ端子入力電圧は一時的に零レベルに維持されて
いるように構成されており、それによってスタートパル
ス発生後は矩形信号Ｓ３が立上がるまでＱ端子出力は高
レベルを維持している。これはＤＦＦ４７においても同
様である。

ＡＮＤ回路４８には該信号Ｓ４が入力するとともにクロ
ックパルス発生器４１から６００ｋＨｚのクロックパル
ス［第６図（ｆ）］が入力しているので、ＡＮＤ回路４
８の出力は第６図（ｇ）に示すようなパルス列Ｓ５とな
る。第６図における左端は、スタートパルス発生器４０
からスタートパルスが発生してＸ方向イメージセンサ１
６が走査を開始した時点を示している。パルス列Ｓ５の
パルス数が詳細な説明は省略するがスタートパルス発生
時にクリアされたパルスカウンタ５０でカウントされ、
カウント数ｎａが該カウンタ５０から演算装置５２に出
力される。

イメージセンサ１６の受光素子＋６１の１画素の大きさ
（ビット間隔）をｐ（例えば２８μｍ）、受光素子＋６
１の各画素間を信号転送するためのパルス信号の周波数
をｆｔ（例えば７５ｋＨｚ）、第６図（ｆ）に示される
クロックパルスの周波数をｆ２（例えば６００　ｋ　ｔ
Ｉｚ）とすると、１クロックパルス当りの走査移動圧ｍ
ｍはｍ　＝　ｐ　（ｆ　ｓ／　ｆ　２）（例えば３．５
μｍ）と表わされる。従って上記パルスカウンタ５０の
出力値ｎａと該ｍとの積ｍ・ｎａは第３図（ａ）に示さ
れる、イメージセンサ１６の受光素子１６１の信号転送
開始ビットの左側位ｆ４　Ｑ　１からアライメントマー
ク９の光学像９１の右端位置Ｑ２までの距離を表わして
いる。更に入方向イメージセンサｌＧは位置が固定され
ているから位１１１τＱ１を座標として特定でき、従っ
て位置Ｑ２の座標を上記績によって特定できる。

更に第６図（ｂ）の矩形信号Ｓ３は、インバータ４６を
経て第７図（ａ）に示すような信号Ｓ６となり、Ｄ−Ｆ
Ｆ４７のＣＰ端子に供給される。

Ｄ−ＦＦ４７のＤ端子には第７図（ｂ）に示される定電
圧Ｖｃｃが供給されているので、Ｄ−ＦＦ４７のＱ端子
には第７図（Ｃ）に示される信号が出力される。ＡＮＤ
回路４９には該信号Ｓ７と、第７図（ｄ）に示されるク
ロックパルス発生器４１からのクロックパルスとが入力
するので、ＡＮＤ回路４９の出力は第６図（ｅ）に示さ
れるようなパルス列Ｓ８となる。第７図における左端も
、スタートパルス発生器４０からスタートパルスが発生
してＸ方向イメージセンサ１６が走査を開始した時点を
示している。パルス列Ｓ８のパルス数が詳細な説明は省
略するがスタートパルス発生時にクリアされたパルスカ
ウンタ５１でカウントされ、カウント数ｎｂが該カウン
タ５１から演算装置５２に出力される。

カウント数ｎｂと前記ｌクロックパルス当りの走査移動
距離ｍとの積ｍ−ｎｂは、第３図（ａ）に示される、位
ＭＱ　１とアライメントマーク９の光学像９１の左端位
置Ｑ３との距離を表わしており、更に前述と同様に位置
Ｑ３の座標を特定することも可能である。

更に演算装置５２を用いれば、入力されたカウント値ｎ
ａ、ｎｂを用いて第３図に示される位置Ｑ２．Ｑ３の中
点と位置Ｑｘとの距離、即ち前述したように位置Ｑ１が
特定できるので、中点座標である値Ｍｘを次式によって
演算できる。

この求められた中点座標に従ってレティクル２を入方向
に位置微調整装置２で移動してＸ方向の所望位置にレテ
ィクル２を置くことが可能となる。

以上、Ｘ方向イメージセンサ１６に基づく作用の説明を
行なったがＸ方向イメージセンサ１８に基づく作用もＸ
方向と同様であり、即ち演算装置５２においてＸ方向の
中点座標が求められ、Ｘ方向の所望位置にレティクル２
を移動調整することを可能とする。

なお第３図に示されるアライメントマーク９の光学像９
１においては、その十字形の広幅部（Ｑ２〜Ｑ３）を受
光素子！６１で検出したが勿論、狭幅部を検出すること
も可能である。

更に、本発明装置に依れば、上記カウント値ｎａ、ｎｂ
を用イテ演算装置５２が位置９２．　　Ｑ３間の距１１
ｉＷｘを次式によって演算し、Ｗｘ＝ｍ　（ｎａ−ｎｂ
）　　＝−（２）この求められた距離Ｗｘからアライメ
ントマーク９のＸ方向のｉＪ　（＝Ｊ法）を求めること
が可能である。全く同様にＸ方向の巾（寸法）もＸ方向
イメージセンサ１８の出力に基づき求めることが可能で
ある。

更には位置α２．Ｑ３の間の距離が精度良く検出できる
ことから、例えば回折格子、マスクパターンの巾２寸法
を求めたり、更には格子パターンのピッチを求めること
ができる。

以上のように本発明装置においては、例えば１０２４ビ
ツト、２８μｍビット間隔の一次元固体撮像素子を用い
、拡大光学系での視野を百数十μｍ確保した上での前記
従来技術での分解能は０．１４μｍであったのに対し、
本発明の実施例装置の分解能は、分周器４２の分周比を
例えば８とすれば０．０１７５μｍ　（＝０．１４μｍ
／　８）となる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば、被測定図形からの
光信号を光学手段によって固体撮像素子上に結像させ、
該結像された光信号を電気信号に変換し、該電気信号か
ら前記被測定図形の特徴を読取る図形読取リカ法及び装
置において、平滑回路により前記固体撮像素子上の光学
信号を走査して得られる電気的信号波形を平滑し、該平
滑回路から出力される平滑された波形をしきい値処理手
段により所定のしきい値によって成形して矩形信号を発
生し、計数領域指定手段により該矩形信号の立上がり時
点及び立下がり時点を検出し、クロックパルス発生手段
により一定周期のクロックパルスを発生し、前記矩形信
号の前記検出された立上がり時点及び立下がり時点まで
の期間発生する前記クロックパルスを計数手段により計
数し、前記計数手段から出力される計数値に基づき前記
比測定図形の特徴を表わす電気信号値を創成するように
したので、光学系の視野を充分確保した上で既存の光学
系及び固体撮像素子の分解能を越えた高分解能、高精度
の図形読取りができる。更に、前記電気信号値を演算処
理装置において演算することにより被測定図形の特徴量
の巾、ピッチ、座標などの値を求めることができ、図形
読取り装置を備えた露光装置における位置決め補正や形
状読取り装置等を用いた形状検査、形状読取りを高精度
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した図形読取り装置を含むステ
ップアンドリピート装置を示す概略図、第２図は第１図
に示された図形読取り装置を示す概略図、第３図は第２
図におけるアライメントマークと受光素子との位置関係
及び受光素子の画素ごとに検出される電圧値を示す説明
図、第４図は第２図に示される図形読取り装置の一部を
成す電気回路図、第５図は第３図の一部の拡大図、第６
図及び第７図は第４図の電気回路の各部における信号の
タイミングチャートである。 １・・・図形読取り装置、９・・・被測定図形（アライ
メント）、１６．　１８．１６１・・・固体撮像素子（
イメージセンサ、受光素子）、４１・・・クロックパル
ス発生手段、４３・・・平滑回路（ローパスフィルタ）
、４４・・・しきい値処理手段、４５．４７・・・計数
領域指令手段（Ｄ−ＦＦ）　、４８，４９，５０．５１
・・・計数手段（ＡＮＤ回路、パルスカウンタ）、５２
・・・演算処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定図形からの光信号を光学手段によって固体撮
   像素子上に結像させ、該結像された光信号を電気信号に
   変換し、該電気信号から前記被測定図形の特徴を読取る
   図形読取り方法において、前記固体撮像素子上の光学信
   号を走査して得られる電気的信号波形を平滑化し、該平
   滑化された電気的信号波形を所定のしきい値によって成
   形して矩形信号を発生し、該矩形信号の立上がり時点及
   び立下がり時点を検出し、前記矩形信号の前記検出され
   た立上がり時点及び立下がり時点までの期間、一定周期
   で発生するクロックパルスを計数し、該計数された計数
   値に基づき前記比測定図形の特徴を表わす電気信号値を
   創成することを特徴とする図形読取り方法。 ２、被測定図形からの光信号を光学手段によって固体撮
   像素子上に結像させ、該結像された光信号を電気信号に
   変換し、該電気信号から前記被測定図形の特徴を読取る
   図形読取り装置において、前記固体撮像素子上の光学信
   号を走査して得られる電気的信号波形を平滑する平滑回
   路と、該平滑回路から出力される平滑された波形を所定
   のしきい値によって成形して矩形信号を発生するしきい
   値処理手段と、該矩形信号の立上がり時点及び立下がり
   時点を検出する計数領域指定手段と、一定周期のクロッ
   クパルスを発生するクロックパルス発生手段と、前記矩
   形信号の前記検出された立上がり時点及び立下がり時点
   までの期間発生する前記クロックパルスを計数する計数
   手段とから成ることを特徴とする図形読取り装置。 ３、更に、前記計数手段から出力される計数値に基づき
   前記被測定図形の特徴を表わす値を演算する演算処理装
   置とから成る、請求項２記載の図形読取り装置。