JPH08236745A

JPH08236745A - ２次元パターン認識装置、２次元パターン認識装置の製造方法、及び光学フィルタ

Info

Publication number: JPH08236745A
Application number: JP7037964A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takeda; 実武田; Yutaka Hayashi; 豊林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【構成】複数のセンサ部１７の上部に、これらセンサ
部１７に対応する２次元パターンの可視光透過部１３が
形成された、光を遮断する厚みのａ−Ｓｉ薄膜１２を設
ける。【効果】パターン・マッチング評価時に、大容量で高
価な半導体メモリや高速処理プロセッサが不要となり、
パターン・マッチング評価のためのシステムを低価格で
簡易に構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２次元パターンを認識
する２次元パターン認識装置、この２次元パターン認識
装置の製造方法、及びこの２次元パターン認識装置に用
いる光学フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスのマスクパターン
等の２次元パターンの欠陥を検出する際には、被検査対
象物である２次元パターンを認識する２次元パターン認
識装置を用いている。この２次元パターン認識装置で
は、集光レンズ等によって結像された被検査対象物の画
像の強度分布を、ＣＣＤ（電荷結合素子）等の撮像素子
が格子状いわゆるマトリクス状に配置された受光素子ア
レイで感知し、この感知された画像の強度分布を電気的
な時系列データ信号に変換する。そして、上記変換され
た時系列データ信号に対して適切なデータ処理を施し、
検出された被検査対象物の２次元パターンと参照画像パ
ターンとの相関等を計算して、被検査対象物の２次元パ
ターンと参照画像パターンとの一致性を評価する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な２次元パターン認識装置によって認識された２次元パ
ターンと参照画像パターンとの一致性を評価する方法、
即ちパターン・マッチング評価の方法では、２次元パタ
ーン認識装置のＣＣＤから取り込んだ大量の時系列デー
タ信号に複雑なデータ処理を施さなければならない。こ
のため、大容量の半導体メモリや高速な処理を行うこと
ができるプロセッサが必要になり、パターン・マッチン
グ評価のためのシステムは相当高価なものになってしま
う。

【０００４】そこで、本発明は上述の実情に鑑み、大容
量の半導体メモリや高速処理を行うプロセッサを用いず
に、廉価で簡易に２次元パターンを認識するための２次
元パターン認識装置、この２次元パターン認識装置の製
造方法、及びこの２次元パターン認識装置に用いる光学
フィルタを提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る２次元パタ
ーン認識装置は、格子状に配置された複数の撮像素子
と、上記複数の撮像素子に対応する２次元パターンに応
じて選択的に結晶化されて形成された光透過部を有す
る、光を遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜の
光学フィルタとから成ることにより上述した課題を解決
する。

【０００６】また、本発明に係る２次元パターン認識装
置の製造方法は、格子状に配置された複数の撮像素子上
の、光を遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜に
対し、上記複数の撮像素子に対応する２次元パターンに
応じて選択的にレーザ光を照射して、上記アモルファス
・シリコン薄膜に光透過部を形成する工程から成ること
により上述した課題を解決する。

【０００７】ここで、上記レーザ光は紫外線レーザ光で
あることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る光学フィルタは、光を
遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜と、このア
モルファス・シリコン薄膜に２次元パターンに応じて選
択的に結晶化されて形成された光透過部とを有して成る
ことにより上述した課題を解決する。

【０００９】

【作用】本発明においては、２次元パターン認識装置
は、光を遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜
に、複数の撮像素子に対応する２次元パターンに応じて
選択的に結晶化されて形成された光透過部を有する光学
フィルタを備えることにより、パターン・マッチング評
価時には、上記光透過部を透過した光を撮像素子で受光
し、この受光された光に基づく画像信号を用いて画像処
理を行うことができる。

【００１０】また、格子状に配置された複数の撮像素子
上の、光を遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜
に対し、上記複数の撮像素子に対応する２次元パターン
に応じて選択的にレーザ光を照射して上記アモルファス
・シリコン薄膜に光透過部を形成し、２次元パターン認
識装置を製造することにより、パターン・マッチング評
価を容易に行うことができる２次元パターン認識装置を
製造することができる。

【００１１】また、光学フィルタは、光を遮断する厚み
のアモルファス・シリコン薄膜に２次元パターンに応じ
て選択的に結晶化されて形成された光透過部を有するこ
とにより、この光透過部を介してのみ光が透過される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について、図
面を参照しながら説明する。図１には、本発明に係る光
学フィルタを用いた半導体デバイスの概略的な断面図を
示す。

【００１３】この光学フィルタは、光、例えば可視域の
波長の透過率が十分に低くなるような膜厚、即ち光を遮
断する膜厚の、アモルファス・シリコン（以下、ａ−Ｓ
ｉという）から成る薄膜いわゆるａ−Ｓｉ薄膜１２に、
２次元パターンに応じて選択的にレーザ光を照射し、ａ
−Ｓｉの結晶化による可視光透過部１３₁、１３₂、１３
₃、１３₄、１３₅、・・・が形成されたものである。上
記ａ−Ｓｉ薄膜１２の膜厚は、具体的には１０^-8μｍの
オーダーで形成されている。

【００１４】このａ−Ｓｉ薄膜１２の上層には、透明で
薄いパシベーション膜１１が、表面保護用に形成されて
いる。このパシベーション膜１１は、ＳｉＯ₂やプラス
チック系材料から成る。

【００１５】ここで、上記ａ−Ｓｉ薄膜１２の膜厚をｄ
とすると、この膜厚ｄは、上記ａ−Ｓｉ薄膜１２の可視
域の波長における吸収計数をα（１／ｎｍ）とするとき
に、αｄ＞１を満たすように設定される。この状態で
は、ａ−Ｓｉ薄膜１２は可視光に対して十分に透過率が
低く、この状態が２次元パターンのデータが書き込まれ
る前の初期状態である。

【００１６】また、上述の光学フィルタの下層には、Ｓ
ｉＯ₂等の透明材料を用いた平坦化絶縁膜１４が配置さ
れ、さらに、この平坦化絶縁膜１４の下部には、Ｓｉ等
から成る基板１８が配置されている。この基板１８中の
上部には、センサ部（受光部）１７₁、１７₂、１７₃、
１７₄、１７₅、１７₆、１７₇、１７₈、・・・が、２次
元の格子状いわゆるマトリクス状に配置されている。こ
のセンサ部１７₁、１７₂、１７₃、１７₄、１７₅、１
７₆、１７₇、１７₈、・・・には、通常の２次元パター
ンを検出する際に用いられる撮像素子であるＣＣＤ（電
荷結合素子）が用いられている。

【００１７】また、各センサ部１７₁、１７₂、１７₃、
１７₄、１７₅、１７₆、１７₇、１７₈、・・・間であっ
て平坦化絶縁膜１４中には、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−
Ｓｉ）電極１５₁、１５₂、１５₃、１５₄、１５₅、１
５₆、１５₇、・・・が置かれており、各センサ部１
７₁、１７₂、１７₃、１７₄、１７₅、１７₆、１７₇、１
７₈、・・・にそれぞれ対応している。よって、ポリシ
リコン電極１５₁、１５₂、１５₃、１５₄、１５₅、１
５₆、１５₇、・・・では、各センサ部１７₁、１７₂、１
７₃、１７₄、１７₅、１７₆、１７₇、１７₈、・・・で受
光されたレーザ光の光量に応じた電圧をそれぞれ得る。
また、ポリシリコン電極１５₁、１５₂、１５₃、１５₄、
１５₅、１５₆、１５₇、・・・の上部は、アルミニウム
（Ａｌ）等から成る遮光膜１６₁、１６₂、１６₃、１
６₄、１６₅、１６₆、１６₇、・・・で覆われており、照
射される紫外線レーザ光の影響を受けることがないよう
になされている。

【００１８】上述した光学フィルタは、例えば半導体デ
バイスのマスクパターン等のパターン・マッチング評価
を行う場合等に用いられるものであり、このパターン・
マッチング評価を行う際には、上記複数のセンサ部１７
に対応した２次元パターンとして可視光透過部１３を形
成した２次元パターン認識装置を用いる。

【００１９】次に、半導体デバイス上の光学フィルタに
対して可視光透過部１３である２次元パターンを形成す
るための紫外線レーザスキャンニング装置の概略的な構
成を図２に示す。

【００２０】この紫外線レーザスキャンニング装置は、
紫外線レーザ光を出射するレーザ光源１、高速な電子式
シャッタである音響光学変調器いわゆるＡＯＭ３、変調
された紫外線レーザ光を等速度に偏向するポリゴンミラ
ー５、等速度のレーザ光を直線走査させるｆθレンズ
６、レーザ光を集光する対物レンズ７、光学フィルタが
設けられた半導体デバイス８を移動させるＸＹステージ
９、上記レーザ光源１、変調器３、及びＸＹステージ９
を制御する制御装置１０から構成される。この紫外線レ
ーザスキャンニング装置によって、光学フィルタである
ａ−Ｓｉ薄膜１２上にレーザ光、即ち紫外線レーザ光の
スポットを走査して、２次元パターンデータを書き込
む。

【００２１】ここで、紫外線レーザ光を出射するレーザ
光源１、即ち紫外レーザ光源の具体的な構成を図３に示
す。

【００２２】この図３においては、励起用光源素子とし
て図示しないレーザダイオード等の半導体レーザ素子か
らの波長８０８ｎｍの励起用レーザ光が、１／４波長板
（ＱＷＰ）３１の入射面から例えばＮｄ：ＹＡＧを用い
たレーザ媒質３２に入射される。

【００２３】ここで、上記１／４波長板３１の入射面に
は、上記励起用レーザ光を透過し、レーザ媒質３２で発
生する波長１０６４ｎｍの基本波レーザ光を反射するよ
うな波長選択性を持った反射面いわゆるダイクロイック
ミラーが形成されている。

【００２４】上記レーザ媒質３２で発生した波長１０６
４ｎｍの基本波レーザ光は、フィルタ３３によってその
出力が調節されて折り返しミラー３５で反射された後、
アウトプットカプラ３６を介して例えばＫＴＰより成る
非線形光学結晶素子３７に入射されることにより、第２
高調波発生（ＳＨＧ）が行われる。この第２高調波発生
による波長５３２ｎｍの第２高調波レーザ光は、ミラー
４０で反射された後、ミラー３８で反射される。

【００２５】上記ミラー３８で反射されたレーザ光は、
レンズ３９を介して光アイソレータ４１に入射される。

【００２６】この光アイソレータ４１は、入射された第
２高調波レーザ光のレーザ素子への戻り光を回避するも
のである。この光アイソレータ４１を通過した第２高調
波レーザ光は、電気光学位相変調器（ＥＯＭ）４２に入
射されて位相変調が施される。即ち、出力される遠紫外
線レーザ光の位相変調が行われる。この位相変調された
第２高調波レーザ光は外部共振器５０に入射される。

【００２７】上記外部共振器５０は、反射手段として、
凹面ミラー５１、アウトプットカプラ５２、及び反射ミ
ラー５４、５５を備えることにより構成される。また、
この外部共振器５０の光路内には、例えばＢＢＯ等の非
線形光学結晶より成る波長変換素子５３が配置される。
これにより、この外部共振器５０では第４高調波発生が
行われて、波長２６６ｎｍの遠紫外線レーザ光が発生さ
れる。

【００２８】また、この外部共振器５０では、上位凹面
ミラー５１の位置決めを行うためにボイスコイルモータ
（ＶＣＭ）を用いており、このＶＣＭによって凹面ミラ
ー５１の位置を移動制御することにより、外部共振器５
０内の光路長を微小変化させることができるようになさ
れている。

【００２９】具体的には、凹面ミラー５１に入射された
第２高調波レーザ光は光検出器４４に送られて検出され
る。この光検出器４４からの検出信号はロッキング回路
４５に送られ、このロッキング回路４５によってＶＣＭ
が駆動制御されることにより凹面ミラー５１の位置が制
御される。

【００３０】これにより、外部共振器５０の共振周波数
が制御されて、第２高調波レーザ光を効率良く外部共振
器５０内に引き込み、遠紫外線レーザ光を安定して発生
させることができる。また、ロッキング回路４５では、
電気光学位相変調器４２の位相変調の制御も行う。

【００３１】上記レーザ光源１から出射される紫外線レ
ーザ光は、連続発振が可能なレーザ光であり、この連続
発振される紫外線レーザ光は、レンズ２で集光されて、
ＡＯＭ３によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。このＯＮ／
ＯＦＦ制御されたレーザ光は、レンズ４で平行光とされ
て、等速で高速回転を行っている回転多面鏡いわゆるポ
リゴンミラー１１のファセットに入射されて等速度に偏
向される。

【００３２】上記等速度に偏向されたレーザビームは、
スキャン（走査）レンズであるｆθレンズ１２によって
直線走査するように補正される。この等速直線走査する
ように補正されたレーザビームは、対物レンズ７によっ
て、半導体デバイス８上の光学フィルタであるａ−Ｓｉ
薄膜１２上に直径１μｍ程度のスポットサイズに集光さ
れる。

【００３３】ここで、上記半導体デバイス８は、精密に
移動制御されるＸＹステージ１７上に積載されており、
また、ＸＹステージ１７は制御装置１０によって駆動制
御される。

【００３４】また、上記制御装置１０は、レーザ光源１
から出射される紫外線レーザ光の出力制御及びＡＯＭ３
によるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦ制御を駆動制御してい
る。

【００３５】これにより、上記集光されたレーザビーム
は光学フィルタ上をスポット走査されて、精密な２次元
パターンデータが光学フィルタ上に書き込まれる。

【００３６】即ち、図１に示す光学フィルタのａ−Ｓｉ
薄膜１２に対し、複数のＣＣＤ１７に対応して選択的に
紫外線レーザ光がスポット照射され、ａ−Ｓｉの結晶化
による可視光透過部１３₁、１３₂、１３₃、１３₄、１３
₅、・・・が形成される。具体的には、紫外線レーザ光
がスポット走査によって光学フィルタのａ−Ｓｉ薄膜１
２に照射されることにより、この紫外線レーザ光の高エ
ネルギ光子がａ−Ｓｉ薄膜１２に吸収されて、ａ−Ｓｉ
薄膜１２がａ−Ｓｉ状態からポリシリコン構造に変化
し、可視光に対して十分な透過率を持つようになる。

【００３７】このようにして、パターン・マッチング評
価時の参照画像パターンとなる２次元パターンである可
視光ウィンドウ・パターンが形成される。

【００３８】これにより、光を受光する複数の撮像素子
から成る半導体デバイス上に、これらの撮像素子に対応
する２次元パターンの光透過部を備える光学フィルタが
設けられた２次元パターン認識装置が形成される。

【００３９】尚、上記紫外線レーザスキャンニング装置
において、光学フィルタに照射するレーザ光は、紫外線
レーザ光より波長の長いレーザ光であってもよい。

【００４０】次に、上述のように形成された２次元パタ
ーン認識装置を用いたパターン・マッチング評価を説明
する。

【００４１】例えば、図４に示すように、十字形のデー
タを被検査対象物２１とする場合に、この被検査対象物
２１を照明光２２で均一に照明して、この被検査対象物
２１からの光を投影レンズ２３を介して光学フィルタを
備える半導体デバイス８で受光する。尚、上記照明光２
２は、波長が狭い範囲の光、例えば単色光であることが
好ましい。

【００４２】ここで、複数のＣＣＤから成る半導体デバ
イス８上の光学フィルタには、既に十字形の参照画像パ
ターン２５が書き込まれているので、被検査対象物２１
の画像パターンが参照画像パターン２５の十字形に近い
ほど、光を有効に受光するＣＣＤの数が増加する。これ
により、参照画像パターン２５と被検査対象物２１とが
一致しているか否かのパターン・マッチング評価を行う
ことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る２次元パターン認識装置は、格子状に配置され
た複数の撮像素子と、上記複数の撮像素子に対応する２
次元パターンに応じて選択的に結晶化されて形成された
光透過部を有する、光を遮断する厚みのアモルファス・
シリコン薄膜の光学フィルタとから成ることにより、パ
ターン・マッチング評価時には、上記光透過部を透過し
た光を撮像素子で受光し、この受光された光に基づく画
像信号を用いて画像処理を行うことができる。よって、
並列的な画像処理を瞬時に実行することが可能となるの
で、大容量で高価な半導体メモリや高速処理プロセッサ
が不要となり、パターン・マッチング評価のためのシス
テムを低価格で簡易に構成することができる。

【００４４】また、本発明に係る２次元パターン認識装
置の製造方法は、格子状に配置された複数の撮像素子上
の、光を遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜に
対し、上記複数の撮像素子に対応する２次元パターンに
応じて選択的にレーザ光を照射して、上記アモルファス
・シリコン薄膜に光透過部を形成する工程から成ること
により、パターン・マッチング評価を容易に行うことが
できる２次元パターン認識装置を簡易に製造することが
できる。

【００４５】また、本発明に係る光学フィルタは、光を
遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜と、このア
モルファス・シリコン薄膜に２次元パターンに応じて選
択的に結晶化されて形成された光透過部とを有して成る
ことにより、２次元パターンの光透過部を介してのみ光
が透過されるので、パターン・マッチング評価時には、
被検査対象物の２次元パターンの光を撮像素子によって
容易に受光することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学フィルタを用いた半導体デバ
イスの断面図である。

【図２】紫外線レーザスキャンニング装置の概略的な構
成図である。

【図３】紫外レーザ光源の概略的な構成図である。

【図４】本発明に係る２次元パターン認識装置を用いた
パターン・マッチング評価を説明するための図である。

【符号の説明】

１レーザ光源３ＡＯＭ５ポリゴンミラー６ｆθレンズ７対物レンズ８半導体デバイス９ＸＹステージ１０制御装置１１パシベーション膜１２ａ−Ｓｉ薄膜１３可視光透過部１４平坦化絶縁膜１５ポリシリコン電極１６遮光膜１７ＣＣＤ１８基板２１被検査対象物２２照明光２３投影レンズ２５参照画像パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元パターンを認識する際に用いる２
次元パターン認識装置において、格子状に配置された複数の撮像素子と、上記複数の撮像素子に対応する２次元パターンに応じて
選択的に結晶化されて形成された光透過部を有する、光
を遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜の光学フ
ィルタとから成ることを特徴とする２次元パターン認識
装置。
【請求項２】格子状に配置された複数の撮像素子上
の、光を遮断する厚みのアモルファス・シリコン薄膜に
対し、上記複数の撮像素子に対応する２次元パターンに
応じて選択的にレーザ光を照射して、上記アモルファス
・シリコン薄膜に光透過部を形成する工程から成ること
を特徴とする２次元パターン認識装置の製造方法。
【請求項３】上記レーザ光は紫外線レーザ光であるこ
とを特徴とする請求項２記載の２次元パターン認識装置
の製造方法。
【請求項４】光を遮断する厚みのアモルファス・シリ
コン薄膜と、このアモルファス・シリコン薄膜に２次元パターンに応
じて選択的に結晶化されて形成された光透過部とを有し
て成ることを特徴とする光学フィルタ。