JPH041504A - パターン認識装置およびパターン認識方法 - 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〕 本発明は物体の位置を検出するために、物体上のパター
ンを認識する装置に関し、特に半導体素子等の製造工程
で使われるウェハの位置決めやアライメント時のマーク
検出に好適なパターン認識装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、半導体素子等の製造に使われるウェハは、様
々な装置を介して処理されるが、取り分はマスクやレチ
クルの回路パターンをウェハ上に転写する露光装置（ア
ライナ−、ステッパー等）では、ウェハ上に回路パター
ンとともに形成されたアライメントマークを検出して、
マスクやレチクルとウェハとを精密に位置合わせするこ
とが必須となっている０通常、この作業のことを「アラ
イメント」と呼んでいるが１、現在ではその意味が広義
に解釈され、単にウェハ上のマークを検出して、その位
置（レチクルに対する位ｆ）を特定するまでの作業をも
って［アライメント」と呼ぶこともある。そしてステッ
パー等の場合では、レチクルとウェハとを実際に位置合
わせする動作のことは、「ステッピングＪと呼ぶことも
ある。

さて、そのアライメントのために露光装置には各種のア
ライメントセンサーが装着され、現在半導体素子の製造
ラインで実用に供されている露光装置の多くは光学的な
自動アライメント系を備えている。その中で特に、ウェ
ハ上にレーザ光等のスポット光を照射し、このスポット
光とウェハとを相対的に走査してウェハ上の特定位置に
設けられた微細なアライメントマークからの光情報（散
乱光、回折光等）を充電検出する方式は、現時点では良
好な検出精度が得られるアライメント方式として多用さ
れてきている。このアライメント方式は、光電検出され
た信号に基づいてスポット光とウェハとの走査位置上で
アライメントマークからの光情報が得られた位置を検出
することによって、ウェハのマスク（又はレチクル）に
対する位置を決定するものである。さらにこのアライメ
ント方式は２種類に分けられ、一方はアナログの光電信
号を所定のスライスレベルで２値化して、その２値化信
号と走査位置に応じたクロックパルスとのもとてマーク
位置をデジタル的にカウントして決定するものであり、
他方はアナログの光電信号を走査位置に応してデジタル
サンプリングして信号波形をメモリ上に記憶し、その信
号波形上の特徴からマーク位置を算出するものである。

また他の検出方式のアライメントセンサーとして、ウェ
ハ上のマークを顕微鏡で観察し、その拡大像をビジコン
、ＣＣＤ等の撮像素子で光電検出し１、マークに応じた
画像（ビデオ）信号を処理することで、マーク位置を検
出するものも使われている。この場合、撮像素子はウェ
ハ表面のマークを含む局所領域の像を複数の走査線で構
成されたフレーム単位で受光するため、１本、又は複数
の走査線に対応したビデオ信号を抽出して、画素（ピク
セル）毎に信号レベルをデジタルサンプリングして波形
とし７てメモリに記憶した後、デジタル演算処理によっ
てマーク位置を算出している。

このような画像処理方式のアライメントセンサーは、通
常は明視野でマーク像を受光するが、撮像素子に至る光
学系路内の瞳面（フリー工面、又は対物レンズの前側焦
点面）に空間フィルターを設けたり、あるいはウェハ上
の撮像領域に対して暗視照明を行なう照明系を設けるこ
とによって、マーク像を暗視野で受光してビデオ信号を
得ることもある。また先に述べたスポット光走査方式の
アライメントセンサーでも、明視野方式でマーク等から
の光情報を光電検出することもできる。いずれの方式を
用いても、マーク検出にあたっては、ウェハ上のマーク
を含む局所領域の位置検出方向に関する光学的、又は物
理的な特性変化に応じたアナログ信号を発住させ、その
アナログ信号を解析することによって、マークを認識せ
ざるを得ない。

〔発明が解決しようとする１ｌｌｌｆｆｌ〕従来のこの
種のアライメントセンサー・では、スポット光（又は走
査線）によってウェハ上の局所領域（又はその像）を走
査するため、走査軌跡上にゴミや傷あるいはマークにｌ
［（ｆｆｌした表面の不整（凹凸）等が存在すると、こ
れら欠陥部からもマークからの光情報と同等の光情報が
発生し、それをマークと誤認識することがあった。また
ウエノ＼のマークが走査範囲内（計測範囲内）に位置す
るようにウェハとアライメントセンサーとをプリアライ
メントしておかないと、このマークが検出できないとい
う問題点もあった。特にアライメントマークの付近に微
細なパターン構造の回路部分が存在し、プリアライメン
トの精度が劣化した場合には、ミスアライメントを起す
といった問題が生じる。

本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたもので、特定
のマーク（パターン）を誤認識することなく正確に、し
かも高速に見つけ出す装置を提供することを目的とする
。

さらに本発明は、位置決定すべき物体の表面に形成され
たパターンを検出する際、本来のパターンからの情報以
外にランダムなノイズとなり得る情報が混在する場合で
あっても、高い精度でかつ高速に本来のパターンを識別
する装置を提供することを目的とする。

［課題を解決する為の手段］ 本発明では、位置検出すべき方向に所定の間隔で配置し
たほぼ同一形状の複数のパターンを形成した物体を、電
気光学的（テレビカメラ、レーザビーム走査等）に走査
して、物体上の光学的、又は物理的な特性変化に応じて
レベル変化するアナログ信号を出力する電気光学走査手
段を使用して、物体上のパターンのうちの特定パターン
を認識する装置において、走査によって得られたアナロ
グ信号の波形を走査位置に対応させて記憶する記憶手段
と、記憶した波形を使用して、複数のパターンの所定間
隔に対応した量だけ波形を走査方向にシフトさせた波形
と、シフト前の波形とを合成して特定パターンに対応し
た波形部分を他のパターンに対応した波形部分によって
強調した合成波形を作る合成手段と、合成波形に基づい
て特定パターンの位置を認識する識別手段とを設けるよ
うに構成した。

〔作　用〕

本発明においては、ビデオ信号、あるいはレーザビーム
の相対走査によって得られるアナログ信号等の波形デー
タ（デジタル又はアナログ）を、複数（２つ以上）のパ
ターン、あるいは単なるエツジの設計上の間隔量だけ、
間隔方向にシフトさせた波形とシフト前の波形とを加算
（又は乗算）によって合成することで、特定パターンの
波形上の位置に対応した部分波形のみを強調することが
できる。このため元々のアナログ信号に重畳してくるノ
イズ（ランダム成分）が多い場合でも、合成波形上では
相対的にＳ／Ｎ比が向上し、特定パターンの認ｇｌ（電
気的な弁別、演算による弁別）率が極めて高くなるとい
った利点がある。

〔実施例〕

本発明においては、基本的に次の２つの事項を前提とし
ている。

■　物体上にほぼ同一形状のパターン（又は単なるエツ
ジ）の複数（２つ以上）を位置検出方向に設計上で決め
た所定の間隔で形成しておくこと。

■　それら複数のパターンを位置検出方向に関して走査
して、各パターンの光学的、又は物理的な特性変化に応
したアナログ信号を得ること。

この■、■の構成を有するものであれば、原理的にはど
のような分野にも応用できるが、ここでは半導体製造装
置又は半導体検査装置のアライメントセンサーに本発明
を適用した場合に限って実施例を説明する。上記■、■
の構成を備えた露光装置用のアライメント方式は、例え
ば特開昭６０２５６００２号公報に開示され、公知であ
るので、アライメントセンサーについては以下第１図、
第２図を用いて簡単に説明する。

第２図は本発明の第１の実施例によるパターン認識装置
がアライメントセンサーとして適用される投影露光装置
の構成を示す図である。回路パターンを有するレチクル
ＲとウェハＷとの間には、少なくともウェハ側（像側）
がテレセンドリンクな投影レンズＰＬが設けられ、ウェ
ハＷはステップアンドリピート露光時、あるいはアライ
メント時に２次元的にχ、ｙ移動するようにステージＳ
Ｔ上に記載される。このウェハＷにはレチクルＲとのア
ライメントのために、例えば回折格子状のマークＷＭの
複数本が形成される。第１図はウェハＷ上でのマーク配
置を示し、ここではＸ方向に伸びた同一形状の３本のマ
ークＭ＋　、Ｍｔ　、ＭｓがＸ方向に間隔Ｄ＋　、Ｄｉ
で形成されているものとする。マークＭ＋　、Ｍｔ　Ｓ
Ｍｙの夫々はＸ方向に微小な矩形要素（凸部、又は凹部
）を１：１のデユーティで一列に並べた回折格子であり
、これらの光ビームを垂直方向から照射すると、ｙ軸と
２軸（ウェハ面と垂直）とを含む面内で広がって反射す
る回折光が得られる。

さて、第２図において、レーザ光源ｌからのレーザビー
ムＬＢはシリンドリカルレンズ２、ビームスブリ７タ３
、対物レンズ４、及びミラー５を介して投影レンズＰＬ
の瞳ｅｐの中心に向かって入射する。投影レンズＰＬは
ウェハＷ上にレーザビームＬＢを垂直に照射させ、ウェ
ハＷ上には第１図に示したようにＸ方向に伸びたシート
状（又はスリット状）のスポット光ＳＰが結像する。ウ
ェハＷ上のスポット光照射部から生じる光情報は、投影
レンズＰＬを介して元の照明光路を逆進し、ミラー５、
対物レンズ４を介してビームスブリ。

り３で反射され、リレー系６を通って空間フィルター７
に達する。リレー系６は空間フィルター７の位置に投影
レンズＰＬの瞳ｅｐの像を結像するもので、空間フィル
ター７は瞳ｅｐと共役に配置される、空間フィルター７
はウェハＷからの光情報のうち、マークＷＭ　（Ｍ＋　
、Ｍｔ　、Ｍｓ　）からの特定次数の回折光（又は散乱
光）のみを空間的に分離抽出するもので、抽出された回
折光等は集光レンズ８によって光電素子（フォトマル等
）９の受光面に集められる。増幅器（ＡＭＰ）１０は光
電素子９からの光電信号を一定量だけ増幅し、増幅され
た光電信号はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１１に
入力し、信号レベルに応じたデジタル値に変換される。

そのデジタル値は信号波形記憶（取り込み）用のメモリ
（ＲＡＭ）１２に順次格納される。ＡＤＣＩＩの変換タ
イミングやＲＡＭ１２のアドレス設定はカウンタ回路（
ＣＮＴ）１３によって行なわれる。ＣＮＴ１３は、ステ
ージＳＴの位置を計測するレーザ干渉計１４からのアン
プ、ダウンパルス信号（例えばステージＳＴが０．０１
ｔ１ｍ移動する毎に１パルスとなる信号）をステージコ
ントローラ１５を介して入力する。またウェハステージ
ＳＴの移動はステージコントローラ１５の管理のもとに
モータ１６で行なわれ、ステージＳＴの移動位置決めは
主制御部（ＣＰＵ）１７とステージコントローラ１６と
の間で指令や情報をやり取りすることによって行なわれ
る。高速演夏専用のプロセッサー（Ｂ’５Ｐ）１８はＲ
ＡＭ１２に取り込まれた信号波形の特徴等に基づいて、
マークＷＭの位置を高速に夏出し、その結果をＣＰＵ１
７に出力する。ＣＰＵ１７は決定された位置を基準にし
て、干渉計１４の計測座標値をモニターしながらステー
ジＳＴを任意の位置に移動させる。具体的には、レチク
ルＲの回路パターンの投影像がウェハＷ上の所定の領域
（シぢット領域）と合致するように位置決めする。

尚、ＣＮＴ１３によるＲＡＭ１２のアドレス指定は、Ａ
ＤＣ１０からの波形データを書き込む時だけ行なわれ、
ＲＡＭ１２からデータを読み出す時はＢＳＰ　１８がＣ
ＮＴ１３の代りにアドレス指定を行なう、また第２図で
は模式的に示したがレーザビームＬＢのスポット光ＳＰ
はＸ方向用とＹ方向用の２組が投影レンズＰＬを介して
ウェハＷへ投射され、干渉計１４もＸ方向用とＹ方向用
との２軸が設けられている。

第３図は、Ｘ方向用、Ｙ方向用のスポット光ＳＰｘ、Ｓ
Ｐｙの投影レンズフィールドＩＦ内での平面配置を示す
。第３図では投影レンズＰＬの光軸が通る点をＸＹ座標
系の原点と仮定し、そのＸ軸とＹ軸の夫々にレーザ干渉
針の測長軸が一致しているものとする。Ｙ方向に伸びた
スポット光ＳＰｘはＹ軸上のフィールドＩＦ内の周辺に
固定され、Ｘ方向に伸びたスポット光ＳＰｙはＸ軸上の
フィールドＩＦ内の周辺に固定されるが、必らずしも正
確ではない、一方、レチクルＲの回路パタ−ン碩域ＰＡ
の中心Ｒｃも、レチクルアライメント時の残留誤差やシ
ステムオフセットによって投影レンズＰＬの光軸（ＸＹ
座標系の原点）とは必ずしも一致していない。そこでレ
チクルＲがステッパーに装着されてアライメントされた
後、レチクルＲの中心Ｒｃとスポット光ＳＰｘとのＸ方
向のずれ量ΔＢｘと、中心Ｒｃとスポット光ＳＰｙとの
Ｙ方向のずれ量ΔＢ）ｌとを、他のアライメントセンサ
ーやステージＳＴ上の基準マークを用いて予め測定して
おく。このずれ量（ΔＢｙ、ΔＢｙ）はベースライン量
と呼ばれるもので、以降そのレチクルＲが変換されるま
で、又はベースライン量の再測定が行なわれるまで、Ｃ
ＰＵ１７内に定数として記憶される。

さて、スポット光ＳＰとマークＷＭとの相対走査によっ
て光電素子９から発生したアナログ信号波形はデジタル
データとしてＲＡＭ１２に記憶されるが、その相対走査
の範囲は、第１図においてはマークＷＭのＸ方向の全幅
とウェハＷのプリアライメント精度とを考慮して決めら
れる。ｃｐｕ１７は、ＲＡＭ１２に波形データを書き込
み始めたときのステージＳＴの座標位置（Ｘｏ）を記憶
する。こうしてＲＡＭ１２に書き込まれた波形データの
アドレス値はステージＳＴの０．０１μｍ毎の位置と、
一義的に対応したものとなる。ＢＳＰｌＢはその波形デ
ータを処理するものであるが、本実施例ではそれを全て
プログラムされたソフトウェアによる演夏で実行する。

以後、本実施例ではマークＷＭ内の中央のマークＭ２を
検出すべき特定のパターンとして考えることにし、第１
図に示されているように、マークＭ１とＭ２のＸ方向の
中心間隔り、とマークＭ。

とＭ、の中心間隔り、とは、パターン認識上有利になる
欅に異なった値（ここではＤＩ　＜［）、　）にしてお
く、より好しくは、各マークＭ、　、Ｍｔ、Ｍ８のＸ方
向の幅をｌとしたとき、ＤＩ　＜Ｄ□十ｉの条件とする
のがよい、もちろん、各マークＭ１　、ＭＬ　、ｕｓに
対応した信号波形部分が全て分離するようにマーク輻ｌ
、スポット光ＳＰの幅、及び間隔Ｄｒ、Ｄｔの各値が決
められる。

次に第４図、第５図を参照して、ＢＳＰ　１　Ｂの波形
処理を説明する。第４図はＢＳＰｌＢ内の処理アルゴリ
ズムの流れを示し、第５図はＲＡＭＩ２内の波形データ
とその処理の様子を示す。第５図（Ａ）は、第１図のよ
うにスポット光ＳＰがマークＭ＋から順にマークＭ、ま
で相対走査したときにＲＡＭ１２内に得られた波形デー
タを示し、以後、これを原液形データと呼ぶ、第５図で
横軸はＸ方向の走査位置に対応したＲＡＭ１２のアドレ
ス値（１番地あたり０．０１μｍ）を表し、縦軸は信号
強度Ｓを表す、第５図（Ａ）のように、原液形データは
サンプリング・ポイント数をＳＤとして、ＲＡＭ１２内
のアドレス値ＭｓからＭｓ＋ＳＤまでの間に格納されて
いるものとする。また、ＲＡＭ１２内にはシフト加算を
した後の波形データを格納するための領域が確保されて
おり、それはアドレス［ＭｏからＭｏ＋ＳＤにあるもの
とする。

さて、ＢＳＰｌＢ内には、ＲＡＭ１２のアドレス指定の
ために複数のアドレスポインターＩＸｎ（ｎ＝０．１．
２．３・・・）が設定されているものとする。さらにＢ
ＳＰｌＢ内には、マークＭ１とＭ、の中心間隔ＤＩ　　
（μｍ）に対応したポイント数（アドレス数）Ｆａと、
マークＭ、とＭｆｆの中心間隔ＤＸ　　（μｍ）に対応
したポイント数Ｆｂとが予めセットされている。第４図
に示すように、ＢＳＰ　１　Ｂはステップ１００におい
て、ポインターＩＸ、には原液形データ上のスタートア
ドレス値Ｍｓをセットし、ポインターＩＸ、には原液形
データ上のスタートアドレスｆｌｉＭｓからポイント数
Ｆａを差し引いた値（Ｍｓ−Ｆａ）をセットし、ポイン
ターＩＸ、には原液形データ上のスタートアドレス値Ｍ
ｓにポイント数Ｆｂを加算した値（Ｍｓ＋Ｆｂ）をセン
トし、ポインターＩＸ、には、加算合成した結果の波形
データを格納するためのスタートアドレス値ＭＯをセッ
トするとともに、処理ポイント数ＳＤをカウントするレ
ジスタｒに零をセットする。次にＢＳＰｌＢは、ステッ
プ１０２でＲＡＭ１２に記憶された原液形データ中から
３つのアドレス値に格納されているデータＲＡＭ　　（
ＩＸｏ　　＋　ｒ）、ＲＡＭ　　（ＩＸ＋　　＋　ｒ）
、ＲＡＭ（ＩＸ、→−「）を読み出して加算し、その加
算値をデータＤＴとして求める。そしてＢＳＰｌＢは次
のステップ１０４において、そのデータＤＴをＲＡＭ１
２のアドレス（ＴＸ３＋−ｒ）へ格納した後、レジスタ
ｒをインクリメント（ｒ＋１）する０次にＢＳＰｌＢは
、レジスタｒのカウント数がＳＤよりも大きくなったか
否かを判定しくステップ１０６）、小さいときは再びス
テップ１０２からの動作を実行する。ステップ１０６で
ｒ＞ＳＤが真と判断されると、シフト加算の演夏は全て
終了し、ＲＡＭ１２のアドレスＭ、〜Ｍつ＋ＳＤには、
第５図（Ｄ）に示すように、第５図（Ａ）の原液形デー
タに対してＦａだけ右にずれた第５図（Ｂ）の波形デー
タと、原液形データに対してＦｂだけ左にずれた第５図
（Ｃ）の波形データとが、原液形データとともに加算さ
れる。

以上のフローチャートは、はんの−例にすぎず、同等の
Ｉｌ能をはだすものであれば、どのようなアルゴリズム
でもかまわない、さて、ＢＳＰｌＢは第５図（Ｄ）の波
形データから、最も大きな波高値を示すポイント位置Ｐ
Ｘを求め、そのポイント位ＷＰｘに対応した原液形デー
タ上のポイント位置（アドレス値）を決定する。実際に
マークＭ□の中心位置を決定するには、第５図（Ｄ）の
波形データを使う場合と、第５図（Ａ）の原液形データ
を使う場合との２通りが考えられる。第５図（Ｄ）の合
成波形を用いた場合は、３つのマークＭ、　、Ｍ、、Ｍ
、の夫々に対応した波形部分の加算であるために１個々
の波形歪みの影響によって合成波形部分の歪みが大きく
なることもある。従って、精密にマークＭｔの位置を検
出するには、原液形データに基づいて波形解析を行なっ
た方が望しく、第５図（Ｄ）の合成波形はあくまでも真
のマークのサーチ（認ｌ）目的のためだけに使った方が
よい、もちろん波形歪みが少ない場合等は、合成波形の
波形解析によってマーク位置を決定してもよい、−船釣
な波形解析とては、特定のマーク波形部分の立上りと立
下りで、最も急峻な部分に対応したレベルでスライスを
行ない、そのスライスレベルと波形立上り部、波形立下
り部の各交点位置を求め、その中点をマークＭｔの中心
位置として夏山する手法、マーク波形部分の立上り、立
下りを低いスライスレベルと比較して２つの交点位置を
求め、その間の波形の重心（積分値をｌ／２にする位置
）を中心位置とする手法等がある。

以上、本実施例ではマークＭ、　、Ｍ、、Ｍｌの各間隔
Ｄｒ　、Ｄｚを異なった値にしたため、原液形データを
正方向にＦａだけシフトした波形データと、負方向にＦ
ｂだけシフトした波形データとの合成波形は、位置ＰＸ
でのみ３つのマーク波形部分が合成されて強調されるこ
とになり、認識が極めて容易になる。もちろん、マーク
間隔はり。

＝Ｄ！としても全く同様にして特定マークの認識ができ
る。しかしながら、３つのマーク波形部分に信号強度差
が生じた場合、あるいはマークＭ。

、Ｍｘ　、Ｍｓ以外の部分に強いノイズが発生した場合
には、検出能力（波形の強調度）が低下する可能性もあ
る。さらにサーチ用のマークは最低２本あれば、同様に
波形合成による強調化が可能であるが、本実施例のよう
に、少なくとも３本のマークが異なった間隔で配置され
たとき、極めて強い認識力を持つ、その−例を第６図を
参照して説明する。第６図（Ａ）は原液形データを示し
、ここでは特定マークＭ２に対応した波形部分のレベル
が、他のマークＭ＋　、Ｍ３の夫々に対応した波形部分
のレベルと比べて小さくなり、かつ、ノイズＮによる波
形部分が特定マークＭ２に対して一２Ｆａの位置に、信
号強度（マークＭｒ　、Ｍｙ　）と同程のレベルで混在
するという、極めて悪い条件を想定する。従来のように
原液形データのみを解析してマークＭ、を認識しようと
する場合、極めて高い確率でマークＭ、をマークＭｔと
誤認識してしまう、ところが本実施例のように、原液形
に対して正方向にＦａだけシフトさせた第６図（Ｂ）の
波形データと、負方向にＦｂだけシフトさせた第６図（
Ｃ）の波形データと、さらに原液形との３つを加算する
と第６図（Ｄ）のような合成波形が得られ、位ＷＣｏで
最大値Ｓ０が得られる。ここで第６図（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）から明らかなように、位ｆｃｏではマークＭ、、
Ｍ、、Ｍ、の３つの部分波形が全て合成されるのに対し
、第６図（Ｄ）中、位置Ｃ０の左側に現われる次に大き
な合成波形は、マークＭ、とノイズＮの各部分波形の合
成によって得られたものであり、第６図（Ｃ）のように
マークＭ２の部分波形はそこから（Ｆａ−Ｆｂ）だけず
れるために合成には寄与しない、従って、たとえ大きな
ノイズＮがたまたま設計間隔（Ｆａ、又はＦｂだけ離れ
た位置に現れたとしても、本実施例による波形合成の手
法を使うと、極めて容易に特定マークを認識することが
できる。

第７図は本発明の第２の実施例による処理回路のブロッ
ク図であり、第１の実施例がソフトウェア上でパターン
認識したのに対し、本実施例ではハードウェア上で同様
の認識をリアルタイムに行なう０本実施例でもウェハＷ
上のマーク配列は第１図と同じであり、従って走査によ
って得られる光電信号も第５図（Ａ）、又は第６図（Ａ
）と同様のアナログ波形となる。さて、第７図において
、ＡＭＰＩＯからの光電信号のレベルはＡＤＣＩＩによ
り逐次デジタルデータ（例えば８ビツト）ＤＴ、に変換
される。このデジタルデータＤＴ、はそのままＲＡＭボ
ード１２°へ送られ、原液形データとして記憶される。

さらにデータＤＴ、はデジタルシフトレジスタ（ＳＲ）
２０によって、マーク間隔Ｄ２に対応したポイント数Ｆ
ｂ分だけ遅れたデータＤＴ、となって、次のシフトレジ
スタ（ＳＲ）２１に入力する。５Ｒ２１は、マーク間隔
Ｄ１に対応したポイント数Ｆａ分だけデータＤＴ１を遅
らせたデータＤＴ、を出力する。これら５Ｒ２０，２１
のデータシフト動作はＣＮＴ１３から出力されるパルス
（１パルスあたりＯ，０１μｍ）に同期して行なわれる
。このパルスはＣＮＴ１３の最下位ビットから作られる
ものとする。各５Ｒ２０，２１からのデータＤＴ、、Ｄ
Ｔ、は加算器（ＡＤＤ）２２で１シフト動作毎に加算さ
れ、その加算データＤＴ、は次の加算器（ＡＤＤ）２３
によって、原液形のデータＤＴ、と加算される。

ＡＤＤ２３での加算データＤＴ、はＲＡＭボード１２′
へ送られると共に、ピークホールド回路（ＰＨ）２４へ
送られる。ＰＨ２４は、ＣＮＴｌ３から時系列的に出力
されるパルス（最下位ビ。

ト等）に同期して、データＤＴ、を入力すると共に、そ
れまでにホールドされているデータとの大小関係を比較
し、新たに入力したデータＤＴ、の方が大きいときは、
その新たなデータＤ　Ｔ　ａをホールドすると同時に、
ラッチ回路（ＬＴ）２５にトリガパルスＴＰを出力する
。ＬＴ２５はＰＨ２４からのトリガパルスＴＰを受けた
ときだけ、ＣＮＴｌ３からのカウント値（ＲＡＭボート
１２′に対するアドレス値）を記憶する。

従って、所定の範囲を走査して原液形データの取り込み
が完了した時点で、ＬＴ２５にはマークＭ、に対応する
アドレス値が記憶される。ＣＰＵ１７はＬＴ２５にラン
チされたアドレス値に基づいて、マークＭ２のアドレス
値（ポイント数Ｆｂだけ離れた点）を算出する。ここで
各データＤＴ。、ＤＴ＋　、ＤＴｔ　１ＤＴｓ　、ＤＴ
ａの発生の様子を模式的に第８図に示す、第８図（Ａ）
は原液形データＤ　Ｔ　ｏを示し、ＲＡＭボード１２°
のアドレスＭｓから逐次記憶されてい＜、５Ｒ２０，２
１の内容は処理開始前に全て零クリアされており、５Ｒ
２０は第８図（ｂ）のように、データＤＴ、が発生し始
めてからポイント数Ｆｂまでは零を出力し、その後デー
タＤＴ、の遅延されたデータＤＴ、を出力する。さらに
第８図（Ｃ）のように、データＤＴ、の発生からポイン
ト数Ｆａ分だけ遅れてデータＤＴ、が出力される。従っ
て３つのマークＭ１、Ｍｔ　、Ｍｓの夫々に対応した部
分波形はアドレスＰＸ°の位置、すなわち原液形データ
中のマークＭ、の波形部分で合成される。第８図（Ｄ）
は波形データＤＴ、とＤＴ、の合成波形データＤＴ、を
表し、第８図（Ｅ）は波形データＤＴ、と原液形データ
ＤＴ、との合成波形データＤＴ、を表わす、この波形デ
ータＤＴ、はＲＡＭボード１２′のアドレスＭ、がら順
次記憶されている。ＰＨ２４が最後にトリガパルスＴＰ
を出力するのは、アドレスＰＸ’　でデータＤＴ、の最
大値が得られたときであり、ＬＴ２５はそのときのＣＮ
Ｔ１３のカウント値（例えば原液形上のアドレス韓）を
ラッチしている。従って、本実施例の場合、合成波形上
で直接認識されるのはマークＭ、の位置となる。さらに
そこから負方向にＦｂだけアドレスシフトしたところに
マークＭ２が存在するのは自明のことである０以上本実
施例について説明したが、本実施例では、シフトレジス
タ２０．２１が本発明の記憶手段に相当し、ＡＤＤ２２
．２３が本発明の合成手段に相当し、そしてＰＨ２４、
ＬＴ２５が本発明の識別手段に相当する。

次に本発明の第３の実施例を、第９図（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）を参照して説明する６本実施例では、ウェハＷ上
のパターンを撮像素子で検出して、そのビデオ信号を波
形解析する方式のアライメントセンサーを用いる。撮像
素子としてはビジコン等の撮像管でも全く同じであるが
、ここでは２次元ＣＣＤカメラを用いるものとする。第
９図（Ａ）に示すように、ウェハＷ上のパターンは、テ
レセントリックな対物レンズ３０、ビームスプリッタ３
１、結像用レンズ系３２、共役指標板３３、及び再結像
レンズ３４を介してＣＣＤカメラ３５の撮像面上に拡大
結像される。またウェハＷへの照明は、ファイバー束３
６の射出端を対物レンズ３０の瞳面ｅｐに配置したケー
ラー照明法で行なう。さらに指標板３３ば透明ガラス上
に遮光層で指標マークを形成したものであり、ＣＣＤカ
メラ３５からのビデオ信号をＣＲＴ上に表示すると、第
９図（Ｂ）のように観察される。第９図（Ｂ）で、フレ
ームＦＲの左右には指標マークＲＭａ。

ＲＭｂが位置し、その間にウェハＷ上のマークＭＡ、Ｍ
Ｂが存在するようにプリアライメントされる。ＣＣＤカ
メラ３５の水平走査線をＳ　Ｌ　＋　・・・ＳＬｌとす
ると、指標マークＲＭａ、ＲＭｂとウェハマークＭＡ、
ＭＢとは、水平走査線と直交する方向の直線エツジで構
成される。またマークＭＡ、ＭＢの走査線方向の幅は互
いに異なるように決められ、さらに７−りＭＡとＭＢの
間のスペース幅もそれらマーク幅とは異なるように決め
られている。ここでのアライメントは、第９図（Ｂ）の
ようにウェハＷを位置決めしたときのステージＳＴの座
標値（ｘ、　、Ｙｏ　）を記憶し、その状態で指標マー
クＲＭａとＲＭｂとの中点と、例えばマークＭＡとＭＢ
の間のスペース部の中点との走査線方向の位置ずれ量（
ΔＸ）を波形処理によって求め、先に記憶した座標値Ｘ
、をΔＸだけ補正しておくことで完了する。第９図（Ｃ
）は１本の水平走査線に沿って得られたビデオ信号波形
の一例を示し、走査方向はＸ方向と一致しているものと
する。ビデオ波形上の左右には指標マークＲＭａ、ＲＭ
ｂ（黒レベル）に対応した波形部分ＲＥａ、ＲＥｂが住
じる。この波形部分はウェハＷ上の光学的な特性変化と
はほとんど無間係に、常に良好なコントラストで現れる
。しかしながらウェハＷ上のパターンについては照明光
の波長やパターンの材質、表面処理等によってかならず
しもきれいな波形にはならない、第９図（Ｃ）において
、ビデオ波形はマークＭＡの左右のエツジでボトム波形
ＡＥｊ！、ＡＥｒとなり、マークＭＢの左右のエツジで
ボトム波形ＢＥｆ、ＢＥｒとなる。このようにマークエ
ツジでボトムになるのは明視野観察の場合であって、例
えば観察光路中の瞳面ｅｐに正反射光（０次光）カット
用の空間フィルターを入れた暗視野観察では、マークエ
ツジのところでピーク波形となる。

さて、ＣＣＤカメラを用いた場合も、水平走査線内の各
画素毎に信号レベルをデジタル値に変換してフレームメ
モリ等に記憶すれば、後の処理は第１実施例と全く同様
に実行できる。ＣＣＤカメラのビデオ信号を使う場合、
通常はフレームメモリの２本以上の水平走査線の夫々に
対応したビデオ波形を垂直方向の画素について加算して
平均化する処理が行なわれる。従って平均化された後の
ビデオ波形に対して、ボトム波形ＲＥａとＲＥｂとの間
の波形のみを抽出して、第１実施例と同様に横シフト合
成を行なうとよい、−例として、マークＭＡの幅に対応
した水平画素数をＱａ、マークＭＢの幅に対応した水平
画素数をＱｂ、そしてマークＭＡとＭＢの間のスペース
幅に対応した画素数をＱｃとしたとき、Ｑｂ／Ｑｃ＝１
．５、Ｑａ／　Ｑ　ｃ　＝　２．０に設定した場合を想
定する。第９図（Ｃ）を原液形として、これに対して右
（アドレス増加方向）に画素数Ｑｃ分だけシフトした右
シフト波形と、原液形に対して左に画素数Ｑｂ分だけシ
フトした左シフト波形とをそれぞれ加算すると、原液形
上のボトム波形ＢＥｉ！の位置で、右シフト波形上のボ
トム波形ＡＥｒと左シフト波形上のボトム波形ＢＥｒと
が重なって強調され、他の位置では全く重なり合うボト
ム波形が生じない。

従って、この例ではボトム波形ＢＥＥが特定のマークエ
ツジ位置として認識される。この位置がわかれば、ボト
ム波形ＡＥｒの位置もわかるので、原液形上でボトム波
形ＡＥｒとＢＥｆとの中点を求めればよい、尚、ここで
は１つのボトム波形部分がマークの１つのエツジに対応
するとして考えたが、マーク幅そのものが極めて小さく
なると、マークの左右のエツジは１つのボトム波形とし
て現われるので、極めて細い線状マークの複数本にして
も全く同じ処理が可能である。

以上１、ＣＣＤカメラ等の２次元撮像素子を用いる場合
、多数の走査線からのビデオ波形の平均化と、横シフト
加算とを混在させることもできる。

例えばフレームＦＲ内で水平走査線３０本分のビデオ波
形を抽出する場合、２本おきにｌＯ本分のビデオ波形は
原液形として使い、他の２本おきの１０本分のビデオ波
形は例えば右シフト波形として使い、残りの２本おきの
１０本分のビデオ波形は左シフト波形として使い、計３
０本分のビデオ波形を加電合成しても同様に特定マーク
、又は特定エツジで強調された波形が得られる。ただし
より精密にマーク位置を求めるには、原液形信号のみを
再度解析するのが好しい。

第１０図は他の７−ク形状による変形例であり、第１０
図中、ＳＬ、、５ＬｔＳＳＬ、は、レーザビームのスポ
ット（シート状、又は単なる円）の走査線、あるいはテ
レビカメラの水平走査線を表し、マークＭＣは台形状で
左右のエツジＥｌ、Ｅ２は走査線に対して４５°だけ傾
いている。３本の走査線ＳＬｉ　、ＳＬｚ　、ＳＬｘの
夫々は走査と直交する方向に一定間隔にだけ層れでいる
。そこで例えばエツジＥ１を認識するには、走査線ＳＬ
にそって得られた信号を原液形とし、走査線ＳＬｘに沿
って得られた信号波形を右へＫだけシフトし、走査線Ｓ
Ｌ３に沿って得られた信号波形を右へ２にだけシフトし
て、それぞれ原液形と合成すればよい、エツジＥ！の認
識には、左シフトを同様に行なえばよい。

以上、本発明の各実施例では、いずれも光電信号（ビデ
オ信号）を処理する場合について説明したが、それ以外
に、電子ビームのスポットを物体上で走査して特定のパ
ターンやエツジ位置を認識する場合でも全く同様に実施
できる。この場合、物体から生じる２次電子や散乱電子
の量が、電子ビームの走査位置に応じて変化することか
ら、同様のアナログ信号が得られる。

また各実施例では、いずれもデジタル値に変換した後で
シフト加算を行なったが、アナログ信号の遅延素子（Ｂ
ＢＤ等）を用いて第７図と同様の手法で遅延した信号と
原信号との合成を行なってもよい。この際、遅延素子は
相対走査の位置変化に対応して発生するパルス、又はタ
イマー回路から出力されるクロックパルスに応答して、
アナログデータのシフト動作を行なうものが好しい、た
だし、アナログ信号のままで遅延を行なってシフト加算
を行なうと、合成波形（アナログ）には比較的大きな歪
みが加わることになるので、ラフな位置認識として使う
のがよい。

以上、同様のアナログ信号を得る形式としては、対物レ
ンズを介して拡大されたマーク像を微小スリ７Ｆで走査
し、そのスリット透過光をフォトマル等で光電検出する
方式、そのスリットは固定したまま、対物レンズからの
マーク像の光束をスリットの幅方向にミラー等で揺動す
る方式等が同様に適用される。さらに、レーザビームを
回転ポリゴンミラー、カルバノミラー等で偏向し、テレ
センリンク対物レンズを介してスポット光に集光させて
一次元走査する方式でもよい、この場合、レーザビーム
の偏向角（偏向位Ｗ）に同期してサンプリングパルスを
発生させれば、走査位置に対応した信号波形データがメ
モリに抽出される。

以上、本発明の各実施例を説明したが、各実施例では、
合成波形を得るのにシフト加算を行なった。しかしなが
ら、その他シフトした波形とシフト前の波形との乗算に
よっても同様の効果が得られる。ただしソフトウェア上
のプログラム処理では単純な加算に比べて多少時間がか
かるといった難点もある。そこでより高速な乗算強調を
行なうために、原液形データをメモリに取り込んだ後、
マーク間隔に応じた量だけ原液形に対して左右にシフト
した波形を所定のスライスレベルで２Ｍ化した２値化シ
フト波形を作っておく、そしてこの２値化シフト波形上
で「１」になっているサンプリングポイントに対応した
原液形上のデジタルデータは、ＭＳＤ（最上位ビット）
方向に１つだけシフト（２倍）し、２値化シフト波形上
で「０」になっているサンプリングポイントに対応した
原液形上のデジタルデータはＬＳＤ　（最下位ビット）
方向に１つだけシフト（１／２倍）するようにすれば、
原液形データのマークに対応した波形部分（スライスレ
ベル以上の部分）は、他の部分に対して最大４倍に強調
（エンハンスメント）される、この場合、サンプリング
データ中に背景ノイズが低いレベルで存在していると、
そのノイズ部分がデータ上で零になり、特定マーク部分
は過大なレベルになるといった顕著な合成波形が得られ
る。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、検出したアナログ信号の強度変
化やノイズ等による擬信号に対しても、常に高いパター
ン認識力を持たせることができるので、物体上の広い領
域から特定パターンのみを確実に検出することができる
といった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に好適なマーク配置を示す平面
図、第２図は本発明の第１の実施例によるパターン認識
装置が適用される投影型露光装置の構成を示す図、第３
図は第２図の装置における投影視野内のスポット光の配
置を示す平面図、第４図は第１の実施例による動作を説
明するフローチャート図、第５図は第４図に示した動作
に伴って処理される波形データを示す図、第６図は他の
信号波形に対する処理の様子を示す波形図、第７図は第
２の実施例によるパターン認識装置の構成を示す回路ブ
ロック図、第８図は第７図に示した回路で処理される波
形データを示す図、第９図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本
発明の第３の実施例によるパターン認識装置の構成と信
号波形とを示す図、 第１０図はマーク形状の変形列を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｗ・・・ウェハ、 ＷＭ、ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ・・・ウェハマーク、Ｍ、、Ｍ
！　、Ｍ、・・・マーク要素、ＳＰ、ＳＰｘ、５Ｐｙ−
スポット光、 １０・・・アンプ、 １１・・・Ａ／Ｄ変換器、 １２・・・メモリ　（ＲＡＭ）、 １８・・・高速演算プロセッサ、 ０．２１・・・シフトレジスタ、 ２．２３・・・加３Ｅ器、 ４・・・ピークホールド、 ５・・・ランチ、 ５・・・撮像素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ同一形状のパターンの複数を位置検出すべき
   方向に所定間隔で形成した物体を保持する保持手段と、
   前記複数のパターンを含む前記物体上の所定範囲を前記
   位置検出方向に電気光学的に走査して、該所定範囲内の
   光学的な特性変化に応じてレベル変化するアナログ信号
   を出力する電気光学走査手段とを有し、該アナログ信号
   を解析することによって前記複数のパターンのうちの特
   定のパターンを認識する装置において、前記電気光学走
   査手段の走査により得られる前記アナログ信号の波形を
   、前記物体上の走査位置に対応させて記憶する記憶手段
   と； 該記憶手段に記憶されたアナログ信号の波形を読み出す
   と共に、前記複数のパターンの所定間隔に対応した量だ
   け該波形を前記走査の方向にシフトさせた波形と元の波
   形とを合成して、前記特定のパターンに対応した波形部
   分を他のパターンに対応した波形部分によって強調した
   合成波形を出力する合成手段と； 前記合成波形の強調された波形部分を検出することによ
   って前記特定のパターンの位置を識別する識別手段とを
   備えたことを特徴とするパターン認識装置。
2. （２）前記複数のパターンを含む前記物体上の所定範囲
   と所定の断面形状のエネルギービームとを前記位置検出
   方向に相対走査して、該所定範囲内の物理的な特性変化
   に応じてレベル変化するアナログ信号を出力するビーム
   走査式検出手段を、前記電気光学走査手段として用いる
   ことを特徴とする請求項第１項に記載の装置。
3. （３）前記識別手段は、前記合成波形に基づいて認識さ
   れた前記特定のパターンの波形上の位置を基準として合
   成前の原液形上での前記特定のパターン、もしくは他の
   パターンの原液形部分を抽出する抽出手段と、原液波形
   部分を解析して前記特定のパターン、もしくは他のパタ
   ーンの位置を決定する位置決定手段とを含むことを特徴
   とする請求項第１項、又は第２項に記載の装置。