JPH0411802B2

JPH0411802B2 -

Info

Publication number: JPH0411802B2
Application number: JP58051504A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Murakami; Muneki Hamashima
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1983-03-29
Filing date: 1983-03-29
Publication date: 1992-03-02
Also published as: JPS59177668A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はパターン情報処理装置に関し、更に詳
しくは、対象物上のパターンを光学的に走査し、
パターンの段差から得られる散乱エネルギーの大
きさ等を検出して、パターンの位置、パターンの
段差と段差の間隔、或いはパターンの形状寸法上
の特徴などを表わすパターン情報を高精度に得る
ための信号処理装置に関する。本発明のパターン
情報処理装置は、特に集積回路（IC）製造プロ
セスにおけるマスク或いは半導体ウエハ上に形成
された微細な回路パターンの線幅を測定する微小
寸法測定装置、或いはフオトリソグラフイ工程に
おける露光装置のウエハとマスクの位置合わせの
ためにウエハ上のマークの位置を検出する装置な
どに応用して好適である。

高密度集積回路の製造プロセスにおけるウエハ
上の回路パターンの検出は、レーザ光や高輝度照
明光、或いはエレクトロンビームなど、いわゆる
放射ビームを用いて光電検出により行なわれてい
る。例えば特公昭56−25964号公報に開示された
方法では、ウエハやマスク等の対象物表面に入射
する集束レーザビームを或る特定の周波数で変調
して振動走査せしめ、対象物表面のパターンエツ
ジから散乱される散乱光を光電検出し、その電気
信号を変調周波数にてアナログ的に復調・微分
（同期検波）し、この復調・微分された信号の零
点、すなわちレーザービームの振動中心をパター
ンエツジ位置として検出している。

しかしながらこの方法においては、ビーム変調
に伴なう振動中心が経時変化によつて不安定とな
り、また同期検波用のローパスフイルタの検出応
答が遅いのでビームの振動走査に対して対象物と
ビームとを相対移動させる速度を速くできず、高
速にするためにビームの振動周波数（変調周波
数）を高くすると振動中心が不安定になり、測定
精度が低下してしまうという実用上の限界があ
る。

本発明は前述の問題点を解決して対象物上のパ
ターンの光電検出情報を高速に且つ検出速度を速
めても高精度を維持したまま信号することのでき
るパターン情報処理装置を提供しようとするもの
である。

すなわち本発明のパターン情報処理装置は、ウ
エハ或いはマスクなどの対象物上のパターンを光
学的もしくは電子的に走査して得た前記パターン
のプロフアイルの検出情報を信号処理する装置で
あつて、前記走査に伴つて走査方向に沿う前記パ
ターンに対応した時系列の電気的検出信号を出力
するパターン情報検出装置と、前記走査が予じめ
定められた単位置だけ進む毎に例えば走査方向の
弁別を与えた位置信号を発生する位置検出手段
と、前記位置信号に応答して前記検出信号を順次
標本化すると共にパターンの同一位置で標本化さ
れた重複するデータを除去したデジタルデータを
得る標本化抽出手段とを備えており、前記走査が
走査速度の微小振動を含んでいても、それによる
前記検出信号中のノイズを効果的に除去して絶対
位置に高精度で対応した正確なパターン情報信号
を抽出できるようになされている。

前記パターンのプロフアイルとは、本願におい
ては前記放射ビームのスポツトが対象物上のパタ
ーンを走査した際にパターンの段差エツジ部で得
られる散乱エネルギー分布、或いはパターンが投
影像であるならその投影像パターンの明暗分布や
エネルギー分布などを意味する。

従つてひとつの実施態様において前記パターン
情報検出装置は、対象物上に高低段差を伴つて形
成されたパターンをレーザ光或いは高輝度照明光
またはエレクトロンビームなどの放射ビームで走
査した際に前記段差で生じる散乱エネルギーの大
きさに対応した電気信号を前記検出信号として出
力するものであり、別の実施態様においては対象
物のパターンの投影像を光電検出器で走査した際
に生じる前記パターン投影像各部の光強度に対応
した光電検出信号を前記検出信号として出力する
ものである。

前記位置信号は走査の単位量毎に発生され、し
かもそのときの走査方向が順方向か逆方向かによ
つて弁別出力される。従つてひとつの実施様態に
おいて前記位置検出手段は、走査が前記単位量だ
け進むたびに走査方向が順方向ならアツプパルス
を、逆方向ならダウンパルスをそれぞれ前記弁別
された位置信号として出力するようになされてい
る。

さらに前記標本化抽出手段は、前記検出信号を
位置信号に応じてサンプリングしてデジタル信号
に変換すると共に、このデジタル信号を、前記位
置信号の弁別結果を用いて前記走査の振動成分に
起因して同一位置で生じる前記検出信号の重複を
除去した形に整理し直してデジタルデータとして
出力するものであり、ひとつの実施態様において
は、前記検出信号を前記位置信号の到来に応じた
サンプリング周期で標本化してデジタル信号とし
て出力する、例えばサンプルホールド回路とアナ
ログ・デジタル変換器とを含むサンプリング回路
と、前記デジタル信号を一時記憶するメモリ回路
と、このメモリ回路への前記デジタル信号の書込
み或いは書込まれたデジタル信号の並びかえを制
御して前記走査の振動成分に起因して同一位置で
生じる前記検出信号の重複を除去したデジタルデ
ータを得るようにした例えばレジスタやカウンタ
およびマイクロプロセツサを含む信号処理制御回
路とを備えている。

本発明を実施例図面と共に詳述すれば以下の通
りである。

第１図は本発明の実施例の概略の構成を示す概
念図で、レーザ光源１からのレーザ光は、ビーム
エキスパンダや円柱レンズ等を含む照明光学系２
によつて拡大され、反射鏡３によつて光路変更さ
れて対物レンズ４を通り、充分に集束されたビー
ムとなつて対象物としてのウエハ等の試料７上に
帯状スポツト光を結像する。このスポツト光の長
手方向はパターンのエツジの方向を向いており、
試料面からの散乱光は、例えば特公昭56−25964
号公報に開示されている方式を利用して、対物レ
ンズ近傍に配置された光電変換素子５および６に
よつて検出され電気信号として取り出される。こ
の例において試料７はステージ８上に固定され、
ステージ８は駆動部９によつて例えば図中の左右
方向へ送りネジ１０等を介して移動される。ステ
ージ８の位置は、例えばレーザ干渉計やエンコー
ダのように移動方向の弁別を付した位置信号を出
力する位置検出装置１１によつて検出され、従つ
てステージ８の移動によつて試料面上を走査する
ことになる帯状スポツト光の走査位置は、前記位
置検出装置１１から得ることができる。この走査
に伴つて第２図ａに示すように試料上のパターン
７ａのエツジ７aRおよび７aLからの散乱光の強
度が光電変換素子５および６によつて検出され、
その検出信号は素子５について第２図ｂに、素子
６について第２図ｃに示す如き波形のものとな
る。第２図ｄの信号波形は同図ｂ，ｃの波形すな
わち素子５と６の検出信号同士を加算した信号に
相当し、このｄの信号からパターン７ａの幅Ｗを
検知することができる。尚、第２図ａで１３は前
述帯状スポツト光である。

第３図は本発明の一実施例に係る信号処理系を
示すブロツク図であり、前記光電変換素子５およ
び６と前記位置検出装置１１の各出力信号を受け
とつて前述走査の絶対位置に対応したパターン情
報の信号出力を生じるようになされている。光電
変換素子５と６の検出信号はそれぞれアンプ１０
０と１０１によつて増幅されたのち加算器１０２
によつて第２図ｄの如く合成されたエツジ信号と
なり、光学的なパターン情報を電気信号として検
出するようになつている。このようにして検出さ
れたパターン情報を含む電気的検出信号は、標本
化抽出部を構成するサンプリング回路１０３へ入
力される。標本化抽出部は前記サンプリング回路
１０３とメモリ回路１０５およびマイクロプロセ
サ１０８とを含み、前記サンプリング回路１０３
は例えばサンプルアンドホールド回路とアナロ
グ／デジタル変換器との組合せからなる。前記位
置検出装置１１は、この例ではステージ８の走査
移動に伴つて、予じめ定められた単位移動量毎に
その移動方向が走査方向と順方向ならアツプパル
ス（UP）を、逆方向ならダウンパルス
（DOWN）をそれぞれ弁別して出力するようにな
されている。このアツプパルスとダウンパルスの
両者は、第３図の例ではオア回路１０４を介して
サンプリング回路１０３とメモリ回路１０５へ送
られるほか、フリツプフロツプ回路１０６と可逆
カウンタ１０７へも送られている。サンプリング
回路１０３は、オア回路１０４を介して受けとる
アツプパルスおよびダウンパルスに同期して、加
算器１０２からの検出信号をサンプリングし、デ
ジタル信号に変換してメモリ回路１０５へ順次格
納するようにしている。フリツプフロツプ回路１
０６はアツプパルスでセツト、ダウンパルスでリ
セツトされ、その出力データＣは、走査方向弁別
フラグとして、前記標本化デジタル信号のメモリ
回路１０５への格納に際して同時に、同一アドレ
ス領域内の別の１ビツトの情報として併わせて格
納される。可逆カウンタ１０７は、アツプパルス
とダウンパルとを加減算するもので、その計数値
は位置データＤとしてマイクロプロセツサ１０８
に出力される。

第４図は、第２図に示したパターン７ａのひと
つのエツジ（例えば７aL）についての光電変換
素子による検出信号の波形を拡大して示したもの
で、横軸に走査位置ｘ、縦軸に信号振幅Ａをとつ
てある。一般にステージ８が一方向に等速移動し
ても、移動方向にはミクロンオーダで微小な振動
が生じている。このため、エツジ検出信号は本来
の滑らかなピーク状の波形とはならず、第４図の
如く微小振動に伴つてゆらいだ波形のものとなつ
ている。一方、この場合、位置検出装置１１のア
ツプパルスとダウンパルスは第５図のようにな
り、本来ならステージ８が一方向に進んでいるの
でアツプパルス（UP）だけが出力されるところ
が、前述の微小振動によつてところどころにダウ
ンパルス（DOWN）も生じることになる。

さて、ステージ８を移動させて第４図に示すエ
ツジ検出信号が生じはじめる直前の位置x₁にくる
と、プロセツサ１０８はメモリ回路１０５を書込
みモードにし、同時に可逆カウンタ１０７で計数
された位置x₁のデータＤをCPU１０８内のレジ
スタ内に記憶させる。尚、このデータＢの書込み
はメモリ回路１０５の記憶容量によつて選択的に
定められるが、この例ではエツジ検出信号が終了
する位置x₂までについて行なうものとする。メモ
リ回路１０５は一方で位置x₁から発生するオア回
路１０４の出力パルスに応答し、サンプリング回
路１０３からのデータＢを格納すべきエリヤのア
ドレスをひとつずつ増加させる。従つて、オア回
路１０４から最初のパルスが生じたときのエツジ
検出信号の振幅値は、デジタル変換されたデータ
Ｂとしてメモリ回路１０５の０番地に記憶され、
その０番地の特定の１ビツトにフラグデータＣの
「０」又は「１」が記憶される。フラグデータＣ
は、第５図に示すようにアツプパルス（UP）が
出力されたときは「１」、ダウンパルス
（DOWN）が出力されたときは「０」となるフリ
ツプフロツプ回路１０６の出力である。このよう
にしてメモリ回路１０５ではその０番地にデータ
ＢとＣが格納されると次のアドレス１番地がアク
セス可能となる。

上述のように、オア回路１０４によつて合成さ
れたアツプパルスとダウンパルスの発生のたびに
メモリ回路１０５のアドレスを更新してデジタル
データＢとフラグデータＣとを順次記憶し、これ
は例えばDMA等により高速に行なわれる。

以上のデータＢとＣの書込み動作の様子を第６
図および第７図と共にさらに詳述すると、第６図
はメモリ回路１０５に格納されたデータＢとＣの
メモリテーブルを示す模式図、第７図はエツジ検
出信号の位置x₁以降でのサンプリングの動作説明
用タイミングチヤートである。

第６図において、フラグデータＣはアツプパル
ス（UP）が出力されたときに「１」、ダウンパル
ス（DOWN）が出力されたときに「０」となる
のは前述の通りである。

さて第７図には第５図のアツプパルス（UP）
とダウンパルス（DOWN）が横軸（位置）に関
して拡大されて示されている。Ｄは可逆カウンタ
１０７からのデータＤ，Ｂはサンプリング回路１
０３からのデータＢである。

まずはじめにアドレス０番地にはデータＢのi₀
が書込まれるが、このときはアツプパルス（UP）
が生じているのでフラグデータＣは「１」であ
り、第６図のメモリテーブルの０番地にはデータ
Ｃとして「１」が記憶されている。この０番地で
データＣが「１」となつたとき、つまり第７図で
最初のアツプパルスが生じたとき、可逆カウンタ
１０７は＋１カウントアツプされて「D₀」なる
内容のデータＤを出力する。

次に第７図で２番目のアツプパルス（UP）が
生じると、メモリテーブルのアドレス１番地には
データＢの「i₁」と共にデータＣとして「１」が
記憶され、可逆カウンタ１０７はさらに＋１カウ
ントアツプされてそのデータＤは「D₁」となる。
さて、次に生じるパルスは第７図に示すようにダ
ウンパルス（DOWN）であり、これがふたつ続
いてから再びアツプパルス（UP）が生じている。
従つて、第６図のメモリテーブルのアドレス２番
地と３番地にはそれぞれデータＢの「i₂」「i₃」と
共にフラグデータＣとして「０」が記憶され、４
番地以降にはそれぞれのデータＢ「i₄」「i₅」「i₆」
と共にフラグデータＣとして「１」が記憶され、
このようにして第４図に示したようにステージ８
が位置x₁からx₂まで移動する間にエツジ検出信号
をステージ８の単位移動量、すなわちアツプパル
スおよびダウンパルスのパルス間隔毎にサンプリ
ングしたデータＢがそのときのアツプまたはダウ
ンパルスで定まるフラグデータＣと共に対応して
順次メモリ回路１０５に格納される。

ここでアドレス２番地でのダウンパルス
（DOWN）の発生時の可逆カウンタ１０７の出力
を考えると、カウンタ１０７はダウンパルスの入
力を受けて１カウントだけデイクリメント（カウ
ントダウン）され、その出力データＤは「D₁」
から「D₀」に戻る。またアドレス３番地でもダ
ウンパルスが生じるので可逆カウンタ１０７の出
力データＤは「Ｄ−₁」となる。次いでアドレス
４番地ではアツプパルスであるのでデータＤはカ
ウントアツプされて「D₀」になり、以後アツプ
パルスの発生でカウントアツプされてアドレス５
番地で「D₁」、６番地で「D₂」となる。

ここで注意すべきは、カウンタ１０７の出力デ
ータＤをみると判るように、真にステージ８の位
置と１対１で対応するデータＢは第７図において
は「i₀」「i₁」「i₆」であり、その他のデータＢ「i₂」
「i₃」「i₄」「i₅」は、ステージ８が微小振動で逆方
向に一度戻つたために得られた重複するサンプリ
ングデータであるという点である。すなわちデー
タＢの「i₂」は「i₀」と重複し、「i₃」は図示しな
い「ｉ−₁」と、「i₄」は「i₀」と、「i₅」は「i₁」
とそれぞれ重複し、いずれも不要なものである。

本実施例ではステージ８の走査移動によるデー
タＢの全データをメモリ回路１０５へ一日格納し
たのち、マイクロプロセツサ１０８によつてメモ
リテーブル内のデータアレイを前記フラグデータ
Ｃの「１」「０」に基づいて判断弁別し、ステー
ジ移動の順方向について位置と１対１で対応した
データアレイに並びかえて読出すことにより前記
不要なデータを除去する。

尚、この場合、前記マイクロプロセツサ１０８
としては、メモリ回路１０５を書込みと読出しの
ためにアクセス可能なもの、例えばソフトウエア
プログラムで動作する通常のマイクロコンピユー
タ或いは前述信号処理専用のハードウエアプロセ
ツサのいずれを用いてもよい。

第８図はマイクロプロセツサ１０８による前述
のデータの並びかえの手順を示すフローチヤート
である。

マイクロプロセツサ１０８は、その機能とし
て、メモリ回路１０５のアドレスを指定するため
のレジスタ（ADR）だけでなく、レジスタ
（UDR）およびレジスタ（ABSR）とを備えてい
る。このうちレジスタ（UDR）は、メモリ回路
１０５中の各番地内のフラグデータＣの「１」に
よりインクリメントされ、「０」によりデイクリ
メントされるもので、前述の可逆カウンタ１０７
と同様の働きをし、一方、レジスタ（ABSR）
は、フラグデータＣの「０」「１」からステージ
８の絶対的位置を表わすようにインクリメントさ
れるだけである。

尚、この実施例においてステージ８の移動方向
はアツプパルス（UP）が発生する向きを順方向
とし、以下においてはステージの順方向移動時の
サンプリングデータをもとに処理する場合につい
て述べることにする。

今、第６図のようにサンプリングされたデータ
ＢがフラグデータＣと共にメモリ回路１０５中に
格納されると、プロセツサ１０８はその並びかえ
のプログラムを実行する。第８図において、プロ
グラムがスタートすると、先ずイニシヤライズス
テツプ200として、レジスタ（ADR）にメモリ回
路１０５の先頭アドレス、０番地がセツトされ、
レジスタ（UDR）と（ABSR）にはそれぞれ
「０」がセツトされる。次にフラグデータＣの読
み取りステツプ201が実行され、プロセツサ１０
８はレジスタ（ADR）が指示するメモリ中のア
ドレス０番地の内容からデータＣを読み取り、こ
の場合第６図のようにデータＣは「１」である。

次に比較ステツプ202が実行され、読み取つた
データＣが「１」ならステツプ203へ進んでレジ
スタ（UDR）をインクリメントし、データＣが
「０」ならステツプ204でレジスタ（UDR）をデ
イクリメントする。この場合、データＣが「１」
であるから、ステツプ203へ進んでレジスタ
（UDR）の計数値が「０」から「＋１」になる。
次にステツプ205でレジスタ（UDR）と
（ABSR）の計数値同士が比較され、（UDR）＞
（ABSR）の場合はステツプ206へ進み、（UDR）
≦（ABSR）の場合はステツプ207へ進む。この場
合、（UDR）の計数値が「＋１」、（ABSR）が
「０」であるからステツプ206へ進むことになる。
ステツプ206ではレジスタ（ABSR）がインクリ
メントされ、その計数値はこの場合「０」から
「＋１」になる。続いて次のステツプ208ではレジ
スタ（ADR）がインクリメントされ、同様にこ
の場合その計数値は「０」から「＋１」となり、
指定アドレスが０番地から１番地へ移ることにな
る。

ステツプ209はレジスタ（ADR）の番地指定が
メモリ回路１０５中の最終番地を過ぎたか否かを
判別し、過ぎた場合はプログラム終了、そうでな
い場合はステツプ201へ戻る。この場合、レジス
タ（ADR）の指定が１番地になつたのでステツ
プ201へ戻り、再び１番地のフラグデータＣの読
み取りが行なわれ、データＣが「１」であるの
で、ステツプ203→205→206→208が順次実行さ
れ、レジスタ（UDR）は「＋１」から「＋２」
に、レジスタ（ABSR）は「＋１」から「＋２」
になり、レジスタ（ADR）も「＋１」から「＋
２」になつて２番地を指定することになる。ステ
ツプ209によつて再びステツプ201へ戻り、２番地
についての同様のプログラムの実行が行なわれる
が、２番地のフラグデータＣは「０」であるか
ら、この場合はステツプ202からステツプ204へ進
み、レジスタ（UDR）が「＋２」から「＋１」
にデイクリメントされてステツプ205の比較が行
なわれる。ステツプ205では（UDR）の計数値が
「＋１」で（ABSR）の計数値が「＋２」である
から（UDR）＜（ABSR）と判断され、従つてス
テツプ207へ進むことになる。

ステツプ207は、その番地でのデータＢが重複
データであるとして削除するための処理ステツプ
である。具体的には第９図に模式的に示したよう
に、現在の処理番地より先の番地以降のデータＢ
とＣをひとつずつ前の番地へ順送りするものであ
る。

この例の場合、第９図にてレジスタ（ADR）
の指定する２番地のデータＢとＣを削除して、ひ
とつ先の３番地のデータＢとＣを現在の２番地へ
転送し、４番地のデータＢとＣを３番地へ転送
し、５番地のデータＢとＣを４番地へ転送し、
という工合にメモリ回路１０５の中でデータＢと
Ｃの順送りを行なう。

このようにしてメモリ回路１０５中からデータ
Ｂとしての「i₂」がそのフラグデータＣ「０」と
共に削除され、残つたデータＢはそのフラグデー
タＣと共にそれぞれひとつずつ先頭番地側へつめ
られ、並びかえが行なわれる。

ステツプ207が終了すればステツプ209へ進み、
前述の如くこの場合はステツプ208が実行されて
おらず、レジスタ（ADR）は依然として「＋２」
のままであるから、再びステツプ201へ戻つて２
番地についてプログラムが実行される。このステ
ツプ201では２番地にあるデータＣが読み取られ
るが、この場合、２番地には第６図で３番地に格
納されていたデータＢとＣが前述の並びかえ処理
によつて書き移されているから、ステツプ201で
読み取るデータＣは「０」である。

かくして以後同様のプログラムが第８図のフロ
ーに従つて実行され、最終番地まで処理が行なわ
れると、メモリ回路１０５中には第１０図に示し
たようにステージ８の位置と１対１に対応したエ
ツジ検出信号のサンプリングデータＢが得られる
ことになる。このデータはステージ８の移動方向
の振動による重複サンプリングデータ、すなわち
ノイズを除去した本来のエツジ信号に相当し、も
ちろんメモリ回路中のデータの各アドレスはステ
ージ８の順方向走査移動の単位量間隔での順方向
位置のそれぞれに１対１で対応している。このデ
ータを第４図に対応して位置を横軸に、振幅を縦
軸にして示すと第１１図の通りであり、スムージ
ングされたエツジ信号として後の情報抽出に極め
て好都合のものとなる。

さて、パターンの線幅、すなわちパターン７ａ
で云うならエツジ７aLと７aRとの間隔（エツジ
間隔）を計測するには、エツジ７aLについての
エツジ信号とエツジ７aRについてのエツジ信号
のそれぞれについて前述のようにマイクロプロセ
ツサ１０８によるデジタル処理を行ない、得られ
たノイズ除去済みのエツジ信号のそれぞれのピー
ク位置を検出する。

すなわち、一方のエツジ７aLについてのエツ
ジ信号のピーク位置を第１１図のようにx_pとし、
ステージ８の走査移動の単位置（パルスUP、
DOWNの間隔）をＰとし、メモリ回路１０５中
でのデータＢが最大となつている番地が先頭番地
から数えてｎ番目にあつたとすると、x_pは、 x_p＝x₁＋ｎ・Ｐによつて容易に求めることができる。

同様に、もう一方のエツジ７aRについてのエ
ツジ信号のピーク位置をx′_pとし、そのデータＢ
の書込み開始位置をx′₁とし、メモリ回路上のデ
ータＢのピークがx′₁からn′番目のアドレスにあ
つたとすると、x′pは、 x′_p＝x′₁＋n′・Ｐとなる。従つてパターン７ａの線幅はx_pとx′_pと
の偏差から求めることができ、特に両データＢの
書込み開始位置x₁とx′₁が互いに等しい場合は、
x_p−x′_p＝（ｎ−n′）・Ｐにより容易に求めること
ができる。

次にメモリ回路１０５においてデータＢのうち
からノイズ分の重複データを除去する標本化抽出
手段の別の実施例を第１２図と共に説明する。第
１２図は前述の第８図のプログラムに代つてノイ
ズ除去をハードロジツクで行なう場合の要部の回
路構成を示すブロツク図で、第３図と同一符号の
ものは同効のものを示す。この実施例では、サン
プリング回路１０３からのデータＢをメモリ回路
１０５へ書込むに際して、前述の実施例のように
フラグデータＣを必要とせずに、はじめから重複
データを受けつけない方式でリアルタイムに第１
０図の如く並びかえられたデータＢをメモリ回路
１０５にとり込むようにしてある。

すなわち第１２図においてアツプパルスおよび
ダウンパルスを位置検出装置１１から受けとる可
逆カウンタ１５０は、アツプパルスでインクリメ
ント、ダウンパルスでデイクリメントされ、その
計数出力はコンパレータ１５１の一方の入力とな
つている。コンパレータ１５１の他方の入力は、
コンパレータ出力を計数するカウンタ１５２の計
数出力である。コンパレータ１５１は、可逆カウ
ンタ１５０の計数出力がカウンタ１５２の計数出
力より大きいときのみトリガーパルスＥを出力
し、このパルスＥでカウンタ１５２がインクリメ
ントされるものとする。これら両カウンタおよび
コンパレータの動作はアツプパルスおよびダウン
パルスの到来のたびに行なわれ、トリガーパルス
Ｅによつてメモリ回路１０５の書込みアドレスが
インクリメントされる。

前述の実施例との対比のために第１２図の回路
ブロツクの動作を第７図の場合を例にして説明す
る。先ず初期状態においてカウンタ１５２と可逆
カウンタ１５０の計数出力が共に「０」とする
と、最初のアツプパルスで可逆カウンタ１５０が
「＋１」となり、カウンタ１５２は「０」である
のでコンパレータ１５１がトリガーパルスＥを出
力し、メモリ回路１０５の最初のアドレス、０番
地にデータＢの「i₀」が書込まれ、同時にトリガ
ーパルスＥによつてカウント１５２が「０」から
「＋１」にインクリメントされる。次のアツプパ
ルスが到来すると可逆カウンタ１５０は「＋１」
から「＋２」にインクリメントされ、カウンタ１
５２が「＋１」であるからコンパレータ１５１が
トリガーパルスＥを出力し、メモリ回路１０５の
アドレス１番地にデータＢの「i₁」が書込まれ、
またトリガーパルスＥによつてカウンタ１５２が
「＋１」から「＋２」にインクリメントされる。
３番目の到来パルスはダウンパルスであるので可
逆カウンタ１５０は「＋２」から「＋１」にデイ
クリメントされ、カウンタ１５２は「＋２」であ
るからコンパレータ１５１はトリガーパルスＥを
出力せず、メモリ回路１０５はそのときのデータ
Ｂの「i₂」を受けつけず、またカウンタ１５２も
「＋２」を保つたままである。４番目もダウンパ
ルスであるので可逆カウンタ１５０は「＋１」か
ら「０」にデイクリメントされ、カウンタ１５２
が「＋２」のままであるからコンパレータ１５１
はトリガーパルスを出力せず、メモリ回路１０５
はそのときのデータＢの「i₃」も無視し、カウン
タ１５２も「＋２」のままである。５番目はアツ
プパルスであり、このアツプパルスによつて可逆
カウンタ１５０は「０」から「１」にインクリメ
ントされるが、カウンタ１５２が「＋２」である
のでコンパレータ１５１からは依然としてトリガ
ーパルスは出力されず、そのときのデータＢの
「i₄」はメモリ回路１０５に書込まれず、カウン
タ１５２も「＋２」のままである。６番目のアツ
プパルスで可逆カウンタ１５０は「＋１」から
「＋２」にインクリメントされるが、やはりカウ
ンタ１５２が「＋２」であるのでコンパレータ１
５１からはトリガーパルスが出力されず、従つて
そのときのデータＢの「i₅」も無視され、カウン
タ１５２も「＋２」を保持する。すなわち３番目
から６番目のパルス到来時のデータＢは先にも述
べたように重複データであるのでメモリ回路１０
５に書込まれずに無視される。次いで７番目のア
ツプパルスが到来すると、可逆カウンタ１５０が
「＋２」から「＋３」にインクリメントされ、カ
ウンタ１１５２の「＋２」よりも大となるのでコ
ンパレータ１５１がトリガーパルスＥを出力し、
これによりメモリ回路１０５の書込みアドレスが
２番地から３番地にインクリメントされ、３番地
にデータＢの「i₆」が書込まれる。

以上のようにして、メモリ回路１０５には最初
から第１０図の如きノイズ除去済みのデータＢが
格納されることになる。この場合、トリガーパル
スＥはステージの走査移動の振動により重複を除
去した順方向（または逆方向でも可）への単調進
行での単位量毎の位置に１対１で対応して発生
し、メモリ回路１０５のアドレスもそれに対応す
るので、いわゆるフラグデータＣは不要である。

第１３図は本発明のその他の実施例による標本
化抽出手段を示す回路ブロツク図である。

この回路ブロツク図中、前述と同様の機能を有
する構成には同一の番号をつけてある。

さて、前述の実施例と異なる点は可逆カウンタ
１０７の計数値である位置データＤを、メモリ回
路１０５のアドレス・アクセス用の信号として使
うことである。

前述の実施例では、同一の位置でサンプリング
した重複したデータＢのうち、一番初めにサンプ
リングしたデータＢをメモリ回路１０５中の１つ
の番地に記憶した。

ところが、第１３図に示した実施例では、重複
したデータＢのうち、最後にサンプリングしたデ
ータＢをメモリ回路１０５に記憶するように構成
されている。

そこで、ステージ８を移動して、位置x₁（第４
図）を通過するとき、可逆カウンタ１０７はアツ
プパルスによつて「−１」（０番地の１つ前の番
地）からカウントアツプされるものとする。また
メモリ回路１０５は０番地からデータＢを格納可
能とされている。

さて、前述と同様、第７図のようにアツプパル
ス、ダウンパルスが発生したものとすると、サン
プリング回路１０３のデータＢとして「i₀」が出
力されたとき、アツプパルスによつて可逆カウン
タ１０７は「−１」から「０」（Do）にカウント
アツプされるから、メモリ回路１０５の０番地が
アクセスされ、データ「i₀」はその０番地に格納
される。次にアツプパルスが発生すると、可逆カ
ウンタ１０７の計数値は「１」（D₁）になり、メ
モリ回路１０５の１番地に次のデータ「i₁」が格
納される。さて、次にダウンパルスが発生する
と、可逆カウンタ１０７の計数値は「０」にな
り、メモリ回路１０５の０番地がアクセスされ、
先に格納されたデータ「i₀」はデータ「i₂」に書
きかえられる。次にダウンパルスが発生したと
き、可逆カウンタ１０７は「−１」（Ｄ−₁）にな
るが、メモリ回路１０５には相当する番地がない
ので、データ「i₃」は無視され、メモリ回路１０
５には記憶されない。

さて、次のアツプパルスによつて、可逆カウン
タ１０７の計数値は再び「０」となり、メモリ回
路１０５の０番地がアクセスされ、この０番地に
先に格納されたデータ「i₂」は、データ「i₄」に
書きかえられる。次のアツプパルスで可逆カウン
タ１０７の計数値は「１」となり、メモリ回路１
０５の１番地には、先に格納されたデータ「i₁」
にかわつて、データ「i₅」が格納される。

以上のように、順次同様の動作が続き、メモリ
回路１０５にはデータＢが重複することなく、ス
テージ８の位置と１対１に対応して記憶される。
この場合、メモリ回路１０５のランダム・アクセ
ス機能による再書き込みを活かしたため、メモリ
回路１０５に最終的に記憶されるデータＢは、０
番地からi₄、i₅、i₆……の順になる。

以上のようにこの実施例によれば、ソフトウエ
アによる並びかえの操作が不用な点で高速化が期
待できるし、同時に第１２図のようにメモリ回路
１０５の周辺回路が不用となる点で回路規模の小
型化が期待できるという利点がある。

尚、以上の説明では信号処理の対象が第２図ａ
に示すようなバー状のパターン７ａのエツジ７
aL，７aRからの散乱光による光電検出信号とし
て述べているが、本発明での対象はこれに限定さ
れるものではなく、種々のパターン検出信号を扱
うことができる。

第１４図はウエハ上に設けられた回折格子状パ
ターン１６０を帯状スポツト光１６１で走査する
場合を示し、下部にそのとき得られる回折光強度
の変化を添画してある。この場合、スポツト光１
６１を格子１６０の配列方向に沿つて帯状に細長
くし、その幅を格子の幅と等しくする。このよう
にすると、回折光は下部に添画したようにピーク
信号１６２として検出でき、これは集積回路用の
露光装置においてウエハを載置したステージを走
査移動してスポツト光とウエハ上の格子状パター
ン１６０とを位置合わせする際に利用できる。こ
の場合、格子状パターンの各格子のエツジからは
散乱光が生じ、格子の配列方向に生じる散乱光が
互いに強め合う（または弱め合う）ことにより回
折光が生じるものである。

第１５図は、やはり露光装置において、マスク
１６３を照明してマスク１６３のパターンの明暗
像をステージ１６４上に設けられたスリツト開口
（またはピンホール）１６５を介して光電検出素
子１６６により検出する例であり、マスク１６３
に対してステージ１６４を矢印のように右方へ移
動することによりパターンの明暗像の光強度分布
が信号１６７の如く得られ、マスク１６３の位置
決めに、例えば明暗エツジの位置を信号１６７の
立上り部分の検出で求めたり、或いはマスクパタ
ーンの明暗像の幅とスリツト開口１６５の幅とが
等しい場合はピーク位置の検出で求めるなど、同
様に利用可能である。

第１４図の場合のピーク信号１６２も、第１５
図の場合の信号１６７も、前述の第４図に示した
エツジ検出信号と同様に、本発明によるノイズ除
去の処理を施すことによつてステージの絶対位置
に対応した正しい位置情報をもつことになり、各
種の位置合わせ等に利用して高精度の実現に寄与
するものである。

尚、前述の各実施例ではステージを移動させる
ことで相対的なスポツトによるパターン走査を行
なう場合について述べたが、これはガルバノミラ
ーやポリゴンミラー、或いは超音波光偏向器によ
る光学系側の走査駆動によつてスポツトを移動さ
せるようにしてもよく、この場合は光学系の走査
駆動部にアツプパルスやダウンパルスを発生する
ような走査位置検出機能をもたせることで同様の
パターン情報処理が果せるものである。

尚、本発明を構成するための位置検出手段は、
各実施例ではいわゆるインクリメンタルにパルス
を発生する測長器（又は測角器）としたが、位置
検出手段として、アブソリユートな測長器（又は
測角器）を用いてもよい。

この場合、アブソリユートな測長器は、一般
に、パルス列を発生せず、ただちに位置データを
出力する。そこで、このような測長器を用いる場
合は、例えば測長器を第１２図の可逆カウンタ１
５０と置き替えるとともに、第１２図中のトリガ
ーパルスＥをサンプリング回路１０３のサンプリ
ングパルスとすればよい。ただし、アブソリユー
トな測長器は、位置データそのものが絶対的な数
値であるため、位置データを直接、コンパレータ
１５１に入力するのではなく、デジタルな加減算
回路を介して、コンパレータ１５１に入力するよ
うにする。そして、第４図に示した位置x₁で、そ
の加減算回路の出力値が零になるように、所定の
数値を、測長器の位置データに加減算すればよ
い。

また本発明は前述の位置合わせ装置以外にも、
例えばマスク或いはウエハ上の各種微細パターン
の位置座標の測定や、互いに離れたチツプパター
ン間の距離測定、さらにはステツプアンドリピー
ト方式の露光装置におけるウエハのアライメント
にも利用して効果的である。

尚、本発明は電子ビームを用いたウエハ或いは
マスク上のパターン検出にも有効であり、パター
ンのエツジで生じる散乱電子を検出して得た信号
を同様にノイズ除去可能である。また超音波顕微
鏡を用いて物体内部のパターンプロフイルを検出
する場合にも本発明は極めて有効である。

以上に述べたように本発明によれば走査系の寸
動や振動などで生じる検出信号中のノイズを極め
て効果的に除去することができ、走査の高速化に
対する検出精度の低下が無いなど、特に微細なパ
ターン情報の信号処理として優れた効果を奏し得
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概略構成を示す概念
図、第２図ａは検出対象のパターンと走査スポツ
ト光の様子を示す模式平面図、第２図ｂ，ｃ，ｄ
は同図ａに対応して得られるエツジ信号波形を示
す波形図、第３図は本発明の一実施例に係る信号
処理系を示すブロツク図、第４図はエツジ検出信
号の詳細波形を示す波形図、第５図は位置検出信
号としてのアツプパルスとダウンパルスおよびそ
れによるフラグデータの関係を示す信号波形図、
第６図はサンプリングされたエツジ検出信号のデ
ジタルデータとフラグデータとをメモリ回路に格
納した場合のメモリーテーブルを示す模式図、第
７図はアツプおよびダウンパルスとの対応で示し
たサンプリング動作の説明用のタイミングチヤー
ト図、第８図はノイズ除去のためのマイクロプロ
セツサによるメモリ回路の格納データの並びかえ
処理のプログラムを示すフローチヤート図、第９
図は並びかえの様子を示すメモリーテーブルの模
式図、第１０図は並びかえによつてノイズ除去さ
れ重複データが除去された状態のメモリーテーブ
ルを示す模式図、第１１図は重複データの無い正
確な位置情報を含むエツジ信号を示す波形図、第
１２図は本発明のもうひとつの実施例に係る信号
処理系の要部を示すブロツク図、第１３図は本発
明のその他の実施例による標本化抽出手段を示す
回路ブロツク図、第１４図は別の検出態様に係る
パターンと走査光スポツトとの関係を示す模式平
面図、第１５図はさらに別の検出態様の要部を示
す説明図である。１……レーザ光源、２……照明光学系、３……
反射鏡、４……対物レンズ、５，６……光電変換
素子、７……測定対象試料、７ａ……パターン、
７aL，７aR……エツジ、８……ステージ、９…
…駆動部、１０……送りネジ、１１……位置検出
装置、１００，１０１……アンプ、１０２……加
算器、１０３……サンプリング回路、１０４……
オア回路、１０５……メモリ回路、１０６……フ
リツプフロツプ回路、１０７……可逆カウンタ、
１０８……マイクロプロセツサ、１５０……可逆
カウンタ、１５１……コンパレータ、１５２……
カウンタ。

Claims

【特許請求の範囲】１対象物のパターンを走査して得た前記パター
ンに応じた検出情報を処理するものにおいて、前
記走査に伴つて走査方向に沿う前記パターンに対
応した時系列の電気的検出信号を出力するパター
ン情報検出装置と；前記走査が予じめ定められた
単位量だけ進む毎に位置信号を発生する位置検出
手段と；前記位置信号に応答して前記検出信号を
順次標本化すると共にパターンの同一位置で標本
化された重複するデータを除去したデジタルデー
タを得る標本化抽出手段とを備えたことを特徴と
するパターン情報処理装置。２前記パターン情報検出装置は、対象物上に高
低段差を伴つて形成されたパターンをレーザ光或
いは高輝度照明光またはエレクトロビームなどの
放射ビームで走査した際に前記段差で生じる散乱
エネルギーの大きさに対応した電気信号を前記検
出信号として出力するようになされていることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のパター
ン情報処理装置。３前記パターン情報検出装置は、対象物のパタ
ーンの投影像を光電検出器で走査した際に生じる
前記パターン投影像各部の光強度に対応した光電
検出信号を前記検出信号として出力するようにな
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載のパターン情報処理装置。４前記位置検出手段は、走査が前記単位量だけ
進むたびに走査方向の順方向に応じてアツプパル
スを、逆方向に応じてダウンパルスをそれぞれ位
置信号として弁別出力するようになされているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のパ
ターン情報処理装置。５前記標本化抽出手段は、前記検出信号を前記
位置信号の到来に応じたサンプリング周期で標本
化してデジタル信号として出力するサンプリング
回路と、前記デジタル信号を一時記憶するメモリ
回路と、このメモリ回路への前記デジタル信号の
格納記憶処理を、前記走査の振動成分により同一
位置で生じる前記検出信号の重複を除去したデジ
タルデータが得られるように制御する信号処理制
御回路とを備えてなることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のパターン情報処理装置。