JPS593791B2

JPS593791B2 - 物体の像認識方法

Info

Publication number: JPS593791B2
Application number: JP50042083A
Authority: JP
Inventors: 章義鈴木; 正雄戸塚
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1975-04-07
Filing date: 1975-04-07
Publication date: 1984-01-26
Also published as: US4062623A; DE2615084C2; DE2615084A1; JPS51117538A; GB1549727A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は溝或は凸部等のほぼ同一の方向から入射する光
に対して異なつた進行方向を与える少な。

くとも２種類の領域を有する物体からの光をその進行方
向の差により分離し所望の領域からの光を検出する物体
の像認識方法に関するものである。この様な物体の像認
識方法は、米国特許第３７９６４９７に記載されている
。

すなわち、平。坦反射面上に線で構成されたパターン
を対物レンズの入射側焦点面上に形成された光源像から
の光で該対物レンズを介して照明し、平坦反射面に入射
した光と線部に入射した光との進行方向の差すなわち、
正反射光と非正反射光の連光方向の差によつて該対物レ
ンズの入射側瞳面で生じる空間的５分離を利用して遮
光板で平坦反射面からの光を遮光する方法が知られてい
る。しかしながらこの方法は対物レンズの焦点面で照明
光の入射及び平坦面からの光の遮光を行なうため、遮光
板を反射性にし、かつ斜設しなければならなかつた。こ
の遮１０光板の斜設精度は精度を要するものである。本
発明は上述の点を鑑みなされたものであり、従つて本発
明の目的は遮光板が対物レンズの瞳面に配置されていな
い、すなわち、遮光板が対物レンズの瞳面と共役な位置
に配置された物体の像認１５識方法を提供するものであ
る。この様な配置にすることによつて、遮光板を斜設せ
ず、光軸に対して垂直に配置することが出来、叉、照明
光路と遮光板への光路を独立に調整出来、ヌ、明視野観
察系を組合すことも可能となり、更ク０に、焦点面位
置がレンズ内部に位置している対物レンズの使用も可能
となる等の効果を有するものである。

次に先ず第１図に従つて本発明実施例の基礎となる光学
配置とその現象を説明する。

図中で、１’５は、光を反射し易い表面１ａを持つ検
知対象物体、例えば半導体素子である。またＩｂは半導
体上に形成された回路用実素子或いはアライメントマー
クの境界をなす傾斜部である。２はテレセントリツク（
落射）レンズで、レンズ２の光軸は対象物■０体の表
面１ａに垂直に配されている。

３は、テレセントリノクレンズ２の前側焦点位置に一致
して設けた絞りで、レンズ２と絞り３から成る光学系の
入射瞳の位置となる。

ここで、光軸と瞳面の交点に光源を設けるとすれば各画
角に対応する主光ｊ５線はレンズ２を通過した後、光軸
に平行となる。この様な光束が対象物体１へ入射したと
き、反射性の表面１ａで反射する光束の中心である主光
線ｏクーは再び元来た光路を逆に辿るので、反射光は瞳
位置即ち対物レンズの前側焦点位置に集まる。

本願ではこの様に対称物体へ入射した主光線が元来た光
路を辿る様な光束を正反射光Ａと呼ぶことにする。一方
傾斜部１ｂへ入射した主光線は光軸を転ぜられるので、
元来た光路に一致せず、発光点に戻ることがない。この
種の光束を検知反射光Ｂと呼ぶことにする。コントラス
トを悪化させる要因である前述の反射光は上記正反射光
にあたり、この正反射光を如何に除くかがコントラスト
向上のための要件である。

本発明はフイルタリング光学系を構成し、マスクやウエ
ーハからの望ましくない反射光を除去するもので、例え
ば前記正反射光を遮つて雑音の除去を行うものである。

即ち後述の実施例に従えば通常の結像と共に瞳の結像が
前述の遮り、所謂フイルタリングを可能にするため重要
となる。またこのフイルタリングを可能にするため、対
物レンズの瞳の照明はバーシヤリ一・コヒーレント（部
分的コヒーレント）照明を用いる。第２図或いは第３図
は本発明の実施形態を示した例であつて、以下に記述す
るシユリーレン型フイルタリング光学系としては他にも
色々の変形に考えられるが、光電検出を瞳の像面で行う
一例が第２図の光学系であり、物体の像面で行う一例が
第３図である。

先ず第２図に於て、１０は検出対象物体である。

また１１は顕微鏡対物レンズ。１２は、対物レンズ１１
の焦点位置に一致して設けた絞りで、対物レンズ１１の
「瞳」位置でもある。

１３はランプ、１４は明るさ絞りで、１５はレンズであ
り、レンズ１５はランプ１３の像を絞り１４の開口上に
形成する。

明るさ絞りは瞳１２上に形成される二次光源像の大きさ
を決定する。１６は視野絞りで、対象物体１０の照明さ
れるべき領域を決定する。

視野絞りがないと顕微鏡の有効視野外が余分に照明され
たり有効径外で散乱光が生じて精度を悪くする原因とな
る。１７は、ランプ１３の像をレンズ１１の瞳位置１２
に結像するためのレンズで、１８は半透鏡である。

半透鏡１８は対物レンズ１１の光軸に垂直側方に設けら
れた照明光学系１３，１４，１５，１６，１７からの光
を対物レンズ１１の光路に導入するために設けられてい
る。なお、注意すべき点は顕微鏡対物の開口数によつて
定まる瞳の径全体を覆う様に光源の像を作るのではなく
て、瞳の径よりかなり小さく光源を作つて照明する、換
言すればパーシャリ一・コヒーレント照明を行うことで
ある。そして瞳の直径をＲとし光源の像の直径をｒとし
たとき、ｒ／Ｒは０．２、０．３から０．６、０．７と
いつた値をとる。また、１９はリレーレンズで、２０は
スキヤンナ一である。スキャンナ一２０は対物レンズ１
１およびリレーレンズ１９による物体１０の結像面に一
致して配置する。（光路は破線で示す。）スキヤンナ一
２０自体の構成は本願の主旨に含まれないため詳しく説
明しないが、透過型のものでも反射型のものでも良く、
いずれにせよこのスキヤンナ一により物体上の随意の領
域に於ける光電的な情報をサンプリングすることが可能
となる。なお検出方法の出願としては例えば特開昭４９
一１８４７２号がある。一方、２１および２２は各々瞳
の結像レンズでリレーレンズ１９と瞳の結像レンズ２１
で瞳１２を１度結像させた後、再度瞳の結像レンズ２２
で結像させる。

（光路は細線で示す。）２３はフイルタで、中央に正反
射光除去用のストツパ一２３ａがある。このストツパ一
の寸法は瞳１２上に結像された光源の大きさと、レンズ
１９と２１の合成した瞳結像倍率により決定する。２４
はフオト・デイテクタ一で、公知の手段を適用して良く
、フオト・デイテクタ一２４の位置は瞳の位置と共軛で
であ。

以上の光学配置で、瞳１２上にできたパーシャリ一・コ
ヒーレント光源からの光束は顕微鏡対物レンズ１１を通
過後、その主光線は光軸に平行となつて対象物体へ入射
する。

そしてテレセントリツクであるから、反射性の物体１０
によつて反射された光のうち正反射光による光源の像は
元の光源像と一致し、瞳上で光源の正反射像ができてい
ない部分には検知反射光がきている。光電検出部で検出
するのは、傾斜部から来る検知反射光であり、そのため
二酸化シリコン層やフオトレジスト層に於ける干渉薄膜
効果は完全に無視できる。なお、傾斜部をアライメント
マークとして使用する場合は、マークは傾斜部を多く含
む構造とするのが良い。瞳面を通過した正反射光および
検知反射光はリレーレンズ１９、瞳の結像レンズ２１を
通過し、正反射光はフイルタのストツパ一２３ａ上に結
像して遮光される。

そして正反射光以外の光はフイルタリングされることな
くフイルタを通過し、レンズ２２を介してフオト・デイ
テクタ一２４で受光される。ここで傾斜部の情報はフオ
ト・デイテクタ一に伝達され、しかも正反射光といつた
フレア分も除去されるため十分にコントラストの高い情
報を得られるので、フイルタリング以降の電気処理に都
合が良い。また光電検出を行なう領域は予めスキヤナ一
の位置をアライメントマークに対してセツトしておく事
で適切に選ばれる。次に２５は観察用光束を導出するた
めの半透鏡で、２６はコレクターレンズ、２７はアイピ
ースである。

観察者はアイピース２７、コレクターレンズ２６を介し
て物体の空中像１０′を明視野として観察できる。第３
図の実施例は、スキヤンナ一を使用する代りに撮像管で
受光した情報を基に電気的に処理しようとするものであ
る。

ここで、対象物体１０は例えばフオトレジストを塗布し
たウエーハで、１０ａはアライメント・マーク、３０は
マスクでアライメント・マーク３０ａはマスク板に穿た
れた開口である。なお、マスクはウエーハから数十ミク
ロン程度離されているものとする。３２は第２のリレー
レンズ、３３は撮像管。

３４は、撮像管３３で検出したウエーハのアライメント
・マークとマスクのアライメント・マークとの差情報を
電気信号に変換するための電気回路。

３５は、回路３４からの出力信号で作動するサーボ機構
で、出力信号が所定の条件になるまでウエーハ１０を移
動する。

また他の付番は第３図の場合と同様の部材である。なお
光源の波長はレジストを感光させない範囲であり、また
ここでは光源を１度結像させることなく、直接ランプを
光源としている。レンズ１７は光源１３を対物レンズ１
１の瞳１２に結像させ、瞳は対物レンズ１１の前側焦点
位置である。ここでもやはり光源は瞳上にパーシヤリー
コヒーレントになる様に結像され、そのウエーハによる
正反射像は瞳１２の共軛面上に置かれたストツパ一２３
ａで除去される。またウエーハ１０の像は撮像管３３の
受光面上に結像されて電気的処理が行われる。この方法
の特徴はフイルタでカツトするまでの光は、従来アライ
メントに用いられてきた光と同質であるという点にある
。

従つてレンズ１９の前または後にビームスプリツタ一を
配置して、その分割反射光を観察系に導けば観察系では
従来のアライメント観察系で観察していた像と全く同じ
ものを見ることが可能である。観察系の視野は通常の明
視野である、電気処理系のための光学系はフイルタリン
グにより正反射光をカツトしてコントラストを上げるこ
とが可能である。なお、撮像管３３の代りにフオト・デ
イテクタ一のアレイやＣ．Ｃ．Ｄ．を設けてもよく、こ
のフオト・デイテクタ一の列を端から順に走査すれば良
い。

更にアライメント・マークの構造によつては、必ずしも
走査する必要はなく、複数のフオト・デイテクタ一間の
受光量の相違でウエーハとマスクのずれを検知する方法
でも良い。

第４図は、第２図の実施例を使用したアライメント装置
を示している。

通常アライメント・マークはアライメントの正確を期す
るためウエーハ上に複数個設置されることが多く、平行
方向の２自由度と回軸の１自由度を拘束するため最低２
個は必要である。図中で、１０は半導体ウエーハであり
、１０ａと１０ｂは各々アライメント・マークである。

３０はマスクで、３０ａと３０ｂは各々アライメント・
マークである。

３６は、ウエーハ１０を固定し且つ位置を移動するため
の平行移動台で、Ｘ方向、Ｙ方向の直線状移動と回転Ｒ
が可能である。

また１０１，１０２・・・・・・・・・はウエーハ１０
上に既に複写されている回路実素子である。３０１，３
０２・・・・・・・・・はマスク１０上に形成されてい
る、これから焼き付けられるべき実素子パターンである
。

一方、符番１１から２８までで示される系は第２図で構
成を説明したものと同一であるが、ここでは同等の系１
１ａ〜２８ａをもう１つ配置する。

また２８は全反射鏡で、光軸を曲げるために配置した。
更にこの装置では、対物レンズ１１或いは１１ａ、絞り
１２或いは１２ａそして全反射鏡２８或いは２８ａは一
体で平行移動が可能で、アライメント・マークの配設位
置或いはウエーハの寸法に応じて半透鏡１８或いは１８
ａへ近づけ或いは遠ざけることができる。ただし、対物
レンズ１１と１１ａの位置を調整して移動したときは光
源（絞り１４のピンホール）と入射瞳（絞り１２）が必
ずしも共軛関係を満さなくなるが、これはレンズ１９の
位置を微少量移動して調節すればよく、実用上は光源か
ら入射瞳に至る結像光学系のＦナンバーを暗くすればレ
ンズ１９を移動しなくても不都合が起こることは少ない
。また入射瞳（絞り１２）とフイルタ２３はレンズ１９
とレンズ２１を介して互いに共軛となつているが、この
場合も対物レンズの移動によつて正確な共軛関係になら
ない場合がある。

しかしこのときは、入射瞳からフイルタ２３への結像倍
率を小さくしておけばこの共軛関係の崩れは実用上殆ん
ど問題にならないし、フイルタ上のストツパ一の寸法は
予めズレの分まで考慮して決定できる。

なお、レンズ２１の位置を移動して共軛関係の調整を行
つても良い。この種の配置をとるマスクアライナ一は、
マスクとウエーハを接触させた状態で焼き付けを行う若
しくはマスクとウエーハを数十ミクロン程度の微少距離
はなした状態で焼き付けを行う装置に適用される。

第４図中には焼付用照明装置を示していないが、周知の
如くマスクの上方に照明装置が配備される。符番１１か
ら２８そして１１ａから２８までで示すアライナ一は、
焼き付け時には光路から配除されており、アライメント
時に図示の様な位置まで移動される。

なお、通例の装置ではマスクが焼付装置本体に固定され
ていて、ウエーハを移動して位置合わせをする構造であ
るから、この実施例でのその方式を踏襲して説明する。
先ず対称レンズ１１と１１ａかアライメント・マーク３
０ａと３０ｂを各々見込む位置にくる様に配備する。

光源１３，１３ａからの照明光は絞り１２，１２ａの面
上をパーシヤリ一・コヒーレントに照明し、対物レンズ
１１，１１ａを介して、マスクのアライメント・マーク
３０ａ，３０ｂを含む様にそしてウエーハのアライメン
ト・マーク１０ａ，１０ｂを照明する。そしてマスクの
アライメント・マークの周辺面およびアライメント・マ
ーク面で垂直反射した照明光束の主光線である正反射光
そして検知反射光は、第２図に説明した様な挙動をとつ
てフイルタ２３，２３ａで遮光或いはフオト・デイテク
タ一２４，２４ａで受光する。不図示のサーボ機構はこ
の受光したウエーハとマスクとの位置の差を表わす情報
に基づいて作動し、平行移動台３６はＸ方向・Ｙ方向に
平行移動およびＲ方向に回転して差情報が所定の条件を
充すまでウエーハの位置をずらすものである。なお、第
２図に示した様にレンズ１９，１９ａとスキヤンナ一２
０，２０ａの間に半透鏡を配置し、光束を導出して直接
目で観察することは勿論可能である。フイルタリング光
学系は第２図、第３図に示した以外にも種々変形できる
。

また第２図ではスキヤニングの後にフイルタリングを行
つてもよく、スキヤンナ一の形式にしても対称物体から
の光束を受ける走査空間を時系列に従つて光を透過させ
て走査する透過型と光を別方向に反射で取り出して走査
する反射型に大別でき、透過型でも単にスリツトを移動
させるもの或いはフアイバ一列で走査するもの、プリズ
ムを回転するものなどが知られている。然し、前記実施
例に従う最も重要なことは、瞳上をパーシヤリ一・コヒ
ーレントに照明してその瞳上の光源像をフイルタでカツ
トすることである。

また明視野観察系を用いることができるので、マニユア
ル調整のアライナ一として使えることも利点０−つであ
る。第５図は、マスクの像を投影光学系を介して感光層
へ投影する焼付装置に本発明を適用した例を示している
。

図中で、４０は投影レンズで、説明の便宜上前群４０ａ
とテレセントリツクの後群４０ｂに分けて示す。４１は
この系の瞳位置、４２はウエーハの感光面、４３はフオ
トマスクであつて、感光面４２とマスク４３は投影レン
ズ４０に関して共軛である。

４４は光源、４５はコンデンサーレンズで、コンデンサ
ーレンズは光源の像を瞳４１上に形成する。

このとき光源像の大きさと瞳の大きさの比は０．１〜０
．４程度にするのが最も良く、前述したパーシヤリ一・
コヒーレント照明である４６はビーム・スプリツタ一で
、番号１１〜２７までで構成された検知、観察用光学系
と一体化されていて、アライメント時にマスク４３とコ
ンデンサーレンズ４５の間の光路中に挿入する。４７は
フイルタで、光源４４の光の内で感光層を感光させる領
域の波長をカツトする。

次に作用を説明する。光源４４を射出した光は瞳４１上
に結像し、更に投影レンズの後群４０ｂを通路してその
主光線が光軸に平行になり、面４２へ入射する。面４２
は既に前回の焼付・処理によつて微細構造が形成され、
その上へ感光材が塗布されており、この面で反射した光
は面４２と共軛なマスク４３上に重なつて４２２に結像
する。対物レンズ１１にはウエーハの面の像４２′とマ
スク４３が対象物体に相当し、マスク４３および面４２
からの主光線（細線で示す）は対物レンズ１１の後方で
結像する。これは前述の正反射光に相当する。フイルタ
リングはこの位置で行つても良いが、観察系の工レター
２６とアイピース２７はこの位置より後方にあるため観
察系への導光用ビーム・スプリツタ一２５より後方に配
置した。

なお、フイルタリングした後で、像観察を行えば暗視野
を覗くことになる。一方、リレーレンズ１９と対物レン
ズ１１はマスク４３とウエーハの像４２′をスキヤンナ
一２０上に結像する。

このスキヤンナ一２０はマスク４３とウエーハの像４２
′を走査し、走査された光束は瞳の結像レンズ２１へ入
射すると、正反射光はストツパ一２３ａの遮光する領域
内に収斂する。従つてレンズ２２への正反射光の除かれ
且つ走査された光束が入射し、次いでフオト・デイテク
タ一２４が受光する。フオト・デイテクタ一２４はスキ
ヤナ一２０の走査に従つて物体に関する情報を出力し、
マスク４３とウエーハ４２の位置的なずれが検出される
。第６図は対物レンズ１１の直後にフイルタ２３を配置
した部分図で、対象物体の像をスキヤンナ一２０が走査
する以前で正反射光を除去する光学配置例である。

以上本発明は、実施例に即していえば入射光に対して異
なつた影響、正反射光と検知反射光を与える少なくとも
２種類の領域を持つ検知対象物（ウエーハ・マスク）に
対して、例えばテレセントリツク光学系を配置しこの光
学系の瞳に相当する面をバーシャリ一・コヒーレントに
照明することで前記各々の領域に入射した光束は異なつ
た挙動で分離する光束を投射し、前記検知対象物からく
る光束を結像せしめ、この結像面（瞳面）若しくはその
共軛面に遮光物を配置して雑音光を除去するものである
。

本発明によればフレアの成分が除去できまた薄膜干渉の
影響を受けることがないばかりでなく、フイルタリング
以前の光路を分岐して観察光学系に導けば、普通の顕微
鏡視野の如く明視野の観察が可能であるから、光電検知
処理および肉眼観察を同時に行う場合に極めて有益な発
明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基礎なる光学配置と現象を説明するた
めの断面図。第２図は本発明の一実施例を示す断面図。第３図は第２
図実施例の変形例を示す断面図。第４図は第２図の実施
例をマスク焼付装置のアライナ一として使用した場合の
断面を含む斜視図。第５図は別の実、施例を示す断面図
。第６図は第５図実施例の一部分を変形した部分断面図
。図中で、１，１０・・・・・・検知対象物或いは半導
体ウエーハ、１１と１２・・・・・・落射光学系のエレ
セントリツクレンズと絞り、１３・・・・・・光源、２
０・・・・・・スキヤンナ一２３ａ・・・・・・フイ
ルタ２３のストツパ一、２４・・・・・・フオト・デイ
テクタ一、３３・・・・・・撮像管、３０・・・・・・
マスク、３０ａと３０ｂ・・・・・・各各マスクのアラ
イメント・マーク、１０ａと１０ｂ・・・・・・各々ウ
エーハのアライメント・マーク。

Claims

【特許請求の範囲】

１対物レンズの前側焦点面に照明光学系の像を形成し
、この照明光源の像からの光によつて前記対物レンズを
通して物体を照明し、物体からの反射光を前記対物レン
ズを受け、この対物レンズによつて前記前側焦点面上で
空間的に分離している光源の両結像像を形成する正反射
光と非正反射光を選択的に検出する物体の像認識方法に
おいて、前記前側焦点面をリレー光学系１９、２１によ
つて結像し、この結像面に配置したフィルター２３によ
り前記正反射光Ａと非正反射光Ｂの一方を選択すること
を特徴とする物体の像認識方法。