JPH05190419A - 半導体露光方法およびその装置 - Google Patents

半導体露光方法およびその装置

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JPH05190419A
JPH05190419A JP4022056A JP2205692A JPH05190419A JP H05190419 A JPH05190419 A JP H05190419A JP 4022056 A JP4022056 A JP 4022056A JP 2205692 A JP2205692 A JP 2205692A JP H05190419 A JPH05190419 A JP H05190419A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステッパのオートフォーカス機構の測定誤差
を高精度で検出して自動的に補正する。 【構成】 オートフォーカス機構をもつステッパＳによ
って、検査用のウエハ４に検査用パターンを露光、焼付
けた後、検査用ウエハ処理装置Ｋのディベロッパーによ
って現像する。現像されたウエハ４を再びステッパＳに
搭載して、アライメント用のミラー７４ａ，７４ｂをレ
チクル２の窓の上方へ移動させ、アライメント光源７の
照明光によってウエハ４の検査用パターンを照射し、第
１のＣＣＤカメラ７５によってその画像を得る。すべて
の検査用パターンの各検査用マークの画像を得て制御装
置Ｃによって画像処理を行い、各検査用マークの画像の
評価値から、露光時のウエハ４の表面の焦点ずれを検出
し、これに基づいて前記オートフォーカス機構の補正値
を制御装置Ｃに記憶させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オートフォーカス（自
動焦点合わせ）機構をもつ縮小投影露光装置（以下、
「ステッパ」という）によってウエハ等基板を露光する
半導体露光方法およびその装置に関し、特にオートフォ
ーカス機構の測定手段の測定誤差を補正することによっ
て精度を向上させる半導体露光方法およびその装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】縮小投影露光装置（ステッパ）において
は、投影系のレンズとウエハ等基板の間隔および両者の
相対的傾きをフォーカスセンサー等の測定手段によって
検出して、投影レンズ系の焦点を正確に合わせることが
要求される。従来のフォーカスセンサーには、エアーを
使用した方式や光を使用した方式などがある。エアー方
式はフォーカスセンサーの先端を小さくすることができ
ないため、基板の露光領域内の傾きと面形状を細かく計
ることができない。光方式は、基板上に塗布された半透
明のレジストの上に光を当て面位置を計測しているた
め、レジスト表面からの反射光だけでなく、レジストの
中に入り、基板表面からの反射する光の影響を受けやす
い。さらに、基板表面の反射率が光の当たっている位置
によって異なるために精度が低下する。フォーカスセン
サーのこのような誤差を補正するために基板を載置する
ステージ上に光電変換可能なセンサー等を取り付け、露
光光をレンズを通して当てた時の強度、または光点の位
置、位相等からフォーカス値に変換し誤差を検出する機
構を使用する装置があり、あるいは、フォーカスセンサ
ー自体を使用し、繰り返し計測や、微小に位置をずらし
た計測によって誤差を推定する手段を設けている装置も
ある。
【０００３】しかしながら、これらはいずれも露光時の
基板とレンズとの間隔および両者の相対的傾きを直接測
定するものではない。従って、製品となる基板を露光す
る前に、上記フォーカスセンサーを用いて検査用基板の
露光を行い、該検査用基板に焼付けられた検査用パター
ンを目視検査することによって焦点ぼけを検出するか、
あるいは検査用基板に焼付けられた検査用パターンの線
幅を、測長機能を持つ電子顕微鏡によって自動計測する
ことによって焦点ぼけを検出して、検出された焦点ぼけ
から、露光時の検査用基板とレンズとの間隔および相対
的傾きを算出して、以後製品となる基板の露光時に、前
記フォーカスセンサーの検出値を補正する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の装置によれば、作業者による目視検査は、検査時間が
長いために半導体製造ラインを長時間中断する必要があ
り、また、作業者の疲労や個人差による計測誤差も無視
できない問題であり、他方電子顕微鏡を用いた自動計測
には大がかりな専用装置を必要とする。
【０００５】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであり、ステッパの位置合わせ装
置に設けられた撮像手段によって検査用基板の検査用パ
ターンの画像を得て、該画像に基づいてオートフォーカ
ス機構の測定手段の測定誤差を補正することにより、目
視検査または独立した検査装置を必要とすることなく、
高精度でかつ自動的にオートフォーカス機構の補正を行
うことができる半導体露光方法を提供することを目的と
する。
【０００６】さらに本発明は、検査用基板のレジスト塗
布、ステッパによる検査用パターンの露光、焼付け後の
現像、前記ステッパによる検査用パターンの計測および
これに基づく前記ステッパのオートフォーカス機構の補
正を連続的かつ自動的に行うことのできる半導体露光装
置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の半導体露光方法は、照明光によって照射さ
れた基板の位置合わせマークの反射光を受光して前記位
置合わせマークの画像を得る撮像手段と、縮小投影レン
ズ系と前記基板の間隔および両者の相対的傾きを測定す
る測定手段とを有するステッパを用いる半導体露光方法
であって、前記ステッパによって、検査用パターンを検
査用基板に露光、焼付ける工程と、前記検査用パターン
を焼付けられた検査用基板を現像する工程と、現像され
た検査用パターンの画像を前記撮像手段によって得る工
程と、前記画像から、前記検査用基板の露光時の前記測
定手段の測定誤差を算出して制御手段に記憶させる工程
とからなり、以後の前記ステッパによる基板の露光時
に、前記測定手段の測定値が、前記制御手段に記憶され
た測定誤差に基づいて補正されることを特徴とする。
【０００８】また本発明の半導体露光装置は、照明光に
よって照射された基板の反射光を受光して前記基板の位
置合わせマークの画像を得る撮像手段と、縮小投影レン
ズ系に対する前記基板の間隔および両者の相対的傾きを
測定する測定手段とを有するステッパと、レジストコー
ターおよびディベロッパーを備えた検査用基板処理装置
とからなり、前記検査用基板処理装置が、前記レジスト
コーターによってレジストを塗布された検査用基板を前
記ステッパへ搬入する第１の搬送手段と、前記ステッパ
によって露光された検査用基板を前記ディベロッパーへ
搬送する第２の搬送手段と、前記撮像手段によって得た
画像に基づいて前記測定手段の測定誤差を算出して記憶
し、以後の前記ステッパによる基板の露光時に、前記測
定手段の測定値を補正する制御装置を有することを特徴
とする。
【０００９】
【作用】ステッパによって検査用パターンを露光、焼付
けられた検査用基板を現像した後、再び前記ステッパに
搭載し、該ステッパの位置合わせ機構の撮像手段を用い
て、検査用パターンの画像を得る。該画像から前記検査
用基板の露光時の該検査用基板と縮小投影レンズ系の間
隔および両者の相対的傾きを測定した測定手段の測定誤
差を算出して制御手段に記憶させる。以後の製品となる
基板の露光時には、前記制御手段によって前記測定手段
の出力が自動的に補正される。
【００１０】ステッパに隣接してレジストコーター、デ
ィベロッパー、第１および第２の搬送手段、および前記
ディベロッパーからレジストコーターへ向って検査用基
板を移動させるための通路からなる検査用基板処理装置
を設けることで、検査用基板の準備処理、露光、現像お
よび測定誤差の計測を連続して自動的に行い、測定手段
の制御手段に記憶させる。
【００１１】
【実施例】図１は、本実施例の半導体露光装置の一部分
を示す部分斜視図であって、縮小投影露光装置（以下、
「ステッパ」という。）Ｓは、露光のための照明光を発
生させる光源１、露光用シャッター１ａ、レチクル２を
載置するレチクルステージ２ａ、縮小投影レンズ系３、
製品となる基板または検査用基板であるウエハ４を保持
するウエハチャック５、ウエハチャック５を保持するＸ
Ｙステージ６、ウエハ４とレチクル２の位置合わせ（以
下、「アライメント」という。）のためのアライメント
光源７、その光学系を構成する拡散板７１、ポリゴンミ
ラー７２、プリズム７３、レチクル２の端縁のそれぞれ
の上方に配置される１対のミラー７４ａ，７４ｂ，プリ
ズム７３から各ミラー７４ａ，７４ｂに到る１対の分岐
光学系および撮像手段である第１のＣＣＤカメラ７５を
備えている。
【００１２】オートフォーカス機構Ａは、図３に示すフ
ォーカス光源８、スリット８１および測定手段である第
２のＣＣＤカメラ８２からなり、レンズ系３の近傍に配
置されるが、図１においては省略されている。
【００１３】レチクル２は、レチクルパターン２１およ
びその外縁部に１対のレチクルアライメントマーク２２
ａ，２２ｂをもち、レチクルパターン２１は１対のレチ
クルマーク２１ａ，２１ｂを備えている。
【００１４】ＸＹステージ６は、公知の６軸駆動テーブ
ル機構等によって、ＸＹステージ６に平行な平面内にお
ける直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）および前記平面に垂直
な軸（Ｚ軸）に沿って往復移動自在であり、また前記の
各Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のまわりに回動調節自在である。
【００１５】ＸＹステージ６のＸ軸方向の位置は、ＸＹ
ステージ６と一体であるＸミラー６１ａおよびＸレーザ
ー測長器６２ａによって測定され、Ｘモーター６３ａに
よって移動される。同様にＹ軸方向の位置は、Ｙミラー
６１ｂ，Ｙレーザー測長器６２ｂおよびＹモーター６３
ｂによって制御される。
【００１６】またＺ軸方向の位置は第３のＣＣＤカメラ
（図示せず）を含むオフアクシス光学系６４によって計
測され、ＸＹステージ６の直下に設けられた駆動装置
（図示せず）によって調節される。Ｚ軸のまわりの回動
角度、傾斜方向および傾斜角度は同じくＸＹステージ６
の下方に配置された駆動装置（図示せず）によって調節
される。
【００１７】前述のレチクル２とウエハ４のアライメン
ト機構、オートフォーカス機構Ａ、ＸＹステージ６の駆
動機構等の測定値は制御手段である制御装置Ｃに入力さ
れ、すべての操作は自動的に制御される。
【００１８】図２は半導体露光装置の全体を示す斜視図
であって、図１に示したステッパＳに隣接して検査用基
板処理装置である検査用ウエハ処理装置９が設けられ
る。検査用ウエハ処理装置９は、検査用基板であるウエ
ハ４に準備処理としてレジストを塗布するレジストコー
ター９１、レジストを塗布されたウエハ４をステッパＳ
へ搬入する第１の搬送手段である第１オートハンド９
２、ステッパＳによって露光されたウエハ４をステッパ
Ｓから搬出する第２の搬送手段である第２オートハンド
９３、露光後のウエハ４を現像するディベロッパー９
４、およびこれらの一連の動作を連続的に行うためのウ
エハ４の通路である第１〜第５の通路９５ａ〜９５ｅを
備えている。
【００１９】次に図５を合わせ参照することによって、
検査用基板であるウエハ４の準備処理、露光、焼付けお
よび現像から、前記ウエハ４に焼付けられた検査用パタ
ーンの焦点ぼけ（以下、「デフォーカス」という）の計
測および該デフォーカスからオートフォーカス機構Ａの
測定誤差の算出等を一貫して自動的に行う手順を説明す
る。
【００２０】第１通路９５ａのスタート地点ＳＴに載置
されたウエハ４は（ステップＳ００１）、レジストコー
ター９１に運ばれてレジストを塗布され（ステップＳ０
０２）、第２通路９５ｂから第１オートハンド９２によ
ってステッパＳへ搬入される（ステップＳ００３）。
【００２１】ステッパＳに搬入されたウエハ４の第１露
光領域４ａが縮小投影レンズ系３の直下に位置するよう
に、ＸＹステージ６をＸ軸およびＹ軸方向に所定の距離
だけ移動させるプリアライメントを行い（ステップＳ０
０４）、次いで、前記第１の露光領域４ａのアライメン
トおよびオートフォーカス（いずれも後述する）が行わ
れ、露光用シャッター１ａを開いて、前記第１の露光領
域４ａを露光し、検査用パターン（後述する）を焼付け
る。
【００２２】第１の露光領域４ａ（図７参照）の露光焼
付け後、ＸＹステージ６を移動させて前記ウエハ４の第
２の露光領域を縮小投影レンズ系３の直下に位置させ、
該露光領域のアライメント、オートフォーカス、露光、
焼付けを順次行い、以後順次周知のステップアンドリピ
ートの手順で前記ウエハ４のすべての露光領域を露光焼
付けする（ステップＳ００５）。
【００２３】このようにして露光、焼付けされたウエハ
４は、第２オートハンド９３によって第３通路９５ｃへ
搬送され（ステップＳ００６）、ディベロッパー９４に
よって前記検査用パターンの現像を行う（ステップＳ０
０７）。
【００２４】さらに、第４通路９５ｄおよび第５通路９
５ｅを経て再び第１通路９５ａへ送られ、レジストコー
ター９１を素通りして第２通路９５ｂへ到達し、再度第
１オートハンド９２によってステッパＳへ搬入される
（ステップＳ００８）。
【００２５】ステッパＳにおいては、露光時と同様のプ
リアライメントの後（ステップＳ００９）、ウエハ４の
検査用パターンの画像をＣＣＤカメラ７５によって撮像
し、その映像処理（後述する）によってステッパＳのオ
ートフォーカス機構Ａの測定誤差を算出し、これに基づ
く補正量を制御手段である制御装置Ｃに記憶させる（ス
テップＳ０１０）。
【００２６】上記の検査を終えたウエハ４は再び第２オ
ートハンド９３によって第３通路９５ｃへ搬送され、デ
ィベロッパー９４を素通りして第４通路９５ｄのエンド
地点ＥＮから装置外へ取出される（ステップＳ０１
１）。
【００２７】次に、前述のプリアライメント、アライメ
ント、オートフォーカスおよびステップアンドリピート
によるウエハ４の露光工程、および現像後のウエハ４の
検査用パターンのデフォーカスの計測工程についてそれ
ぞれ詳しく説明する。
【００２８】まず、ウエハ４をステッパＳに搬入する以
前に、レチクルステージ２ａの位置を調節して、レチク
ル２と縮小投影レンズ系３の上面に付けられた１対のセ
ットマーク７３ａ，７３ｂとレチクル２に設けられた前
記のレチクルアライメントマーク２２ａ，２２ｂによる
レチクルアライメントを行う。ウエハ４をＸＹステージ
６上のウエハチャック５に吸着させた後、オフアクシス
光学系６４によって、ウエハ４の１対のウエハマーク４
ｂ，４ｃのそれぞれのＺ軸方向の位置が測定され、その
測定結果に基づいてＸＹステージ６のＺ軸方向の位置が
設定され、次いでＸＹステージ６をＸ軸およびＹ軸方向
に移動させて、ウエハ４の第１の露光領域４ａを縮小投
影レンズ系３の直下に位置させる（プリアライメン
ト）。
【００２９】次に図４で示すように、ウエハ４の第１の
露光領域４ａ上にフォーカス計測ポイントＳＰ１，ＳＰ
２，ＳＰ３，ＳＰ４，ＳＰ５を設定し、図３のオートフ
ォーカス機構Ａによって、各計測点に照明した光の点の
ずれを計る。この様に露光領域内で５点の計測を行うの
は、各計測点間の高さの違いから、フォーカス面の傾き
を計測するためである。各照明光は光源５１から照射さ
れた光を並行光にし、スリット５２で５つの光点に分離
し、ウエハ４に斜めから照明する。ウエハ４で反射した
光は第２のＣＣＤカメラ８２に結像する。該第２のＣＣ
Ｄカメラ８２の光点の位置は、ウエハ４の高さに比例し
てシフトする。制御装置Ｃで光点のシフト量を計算し、
５点のシフト量からＸＹステージ６のＺ軸方向の移動量
と傾斜量を算出して、これに基づいてＸＹステージ６の
駆動装置（図示せず）を駆動し、焦点合わせを行う（オ
ートフォーカス）。
【００３０】オートフォーカス終了後、レチクル２とウ
エハ４の位置合わせであるアライメントを行う。アライ
メント光源７から照射された露光光の波長とほぼ等しい
光は、拡散版７１で拡散され、照度むらを無くした後、
ポリゴンミラー７２でスキャンさせ照明領域を拡大し、
プリズム７３で右側と左側の分岐光学系に分けられる。
左側光学系について説明すると、アライメント光は、ミ
ラー７４ｂにより縮小投影レンズ５に照射され、ウエハ
マーク４ｂを照明する。反射光によるウエハマーク４ｂ
の像は、縮小投影レンズ系を逆進して、レチクルアライ
メントマーク２２ｂの像と共に、ミラー７４ｂおよびプ
リズム７３を通り、エレクターレンズ７５ａで拡大さ
れ、第１のＣＣＤカメラ７５に結像する。右側アライメ
ント光学系も同様である。 得られた画像は制御装置Ｃ
で処理され、ズレ量を計算し、レチクル２を乗せてある
レチクルステージ２ａを微小移動し、アライメントを行
う。アライメント完了と同時に、レチクル２上のレチク
ルパターン２１を焼付けるための露光用シャッター１ａ
を開く。レチクルパターン２１に照射された露光光源１
の光は、縮小投影レンズ５を通して１／５に縮小され、
ウエハ４の上に塗布されているレジストを感光する。こ
のようにして検査用パターン４１をウエハ４上に転写す
る。検査用パターン４１は図８に示される様に、２次元
的に複数配置された検査用マーク４１ａからなる。
【００３１】第１の露光領域４ａの露光、焼付けを終了
の後、ＸＹステージ６を移動させて第２の露光領域を縮
小投影レンズ系３の直下へ位置させ、前記第１の露光領
域４ａと同様にオートフォーカス、アライメントおよび
露光、焼付けを行う。
【００３２】以後、ステップアンドリピートの手順でウ
エハ４のすべての露光領域にレチクルパターン２１によ
る検査用パターン４１を露光、焼付ける。
【００３３】ただし、各露光領域のオートフォーカスに
ついては、縮小投影レンズ系３とＸＹステージ６との距
離を、各露光領域ごとに少しずつ段階的に変化させるこ
とによって、縮小投影レンズ系３とＸＹステージ６上の
ウエハ４との間隔すなわち両者のＺ軸方向の距離（以
下、「フォーカス」という）を各露光領域ごとに変化さ
せる。
【００３４】これは、上記の方法で露光され、次いでデ
ィベロッパー９４によって現像されたウエハ４の計測工
程（ステップＳ０１０）において最適フォーカスを検出
するために必要である。
【００３５】次に、この計測工程（ステップＳ０１０）
について説明する。
【００３６】ミラー７４ａおよび７４ｂをレチクル２の
計測用窓２３ａおよび２３ｂ（図８に示す）の位置に移
動させる。同時に２つの計測用窓を使用し計測すると、
処理時間が約１／２になるため効果的である。
【００３７】現像されたウエハ４の各露光領域を順次Ｘ
Ｙステージ６をステップアンドリピートさせながら検査
するが、検査の場合ＸＹステージ６の動きは露光時とは
異なる。露光領域内の２次元的に複数配置されたすべて
の検査用マーク４１ａを観察できる様に微小なステップ
でＸＹステージ６を移動させる。検査用マーク４１ａの
計測は図６に示す手順で行われる。
【００３８】ＸＹステージを移動して（ステップＳＢ０
０１）位置決めし、任意の１つの露光領域の検査用パタ
ーンの画像を第１のＣＣＤカメラ７５で取込み、画像処
理による後述するオートフォーカス（ステップＳＢ００
２）を行い、ＸＹステージ６のＺ軸方向の位置を設定す
る。
【００３９】次に、画像処理によって上記の検査用マー
ク４１ａから得られる評価値（後述する）が測定され、
制御装置Ｃ内に蓄積される（ステップＳＢ００３）。前
記露光領域内の全ての検査用マーク４１ａの評価値を測
定した後、次の露光領域へ移動し、同様の計測を行う。
【００４０】次に、制御装置Ｃ内に蓄積された評価値の
データから、以下の方法で最適フォーカスＢＦ、すなわ
ち縮小投影レンズ系３の焦点距離に最も近くなる場合の
フォーカスを推定する。前述したとおり、各露光領域に
検査用パターンを露光、焼付けるに当たって、各露光領
域ごとにフォーカスを段階的に変化させてあるため、各
露光領域内の特定位置、例えば、その中心に配置された
検査用パターンの評価値をプロットして図１２に示す曲
線を得て、その最大値を最適フォーカスＢＦと推定する
ことができる。
【００４１】さらに、ウエハに焼付けられた全部の検査
用マークのそれぞれの評価値の分布から露光時のウエハ
４の傾きが測定される。すなわち、各検査用マークの評
価値から露光時の各検査用マークに対するフォーカスを
求める。ただし最適フォーカスＢＦに対してプラスかマ
イナスかの判断はできないので、符号を判定したい検査
用マークのフォーカスについて各露光領域内で同じ位置
にある複数個の検査用マークの評価値の振るまいから判
断する。
【００４２】例えば、図１３（ａ）の様にある傾きをも
って露光された露光領域の検査用マークの評価値の変化
を点Ｐ１および点Ｐ２についてプロットしたのが図１３
（ｂ）であり、点Ｐ１は露光領域におけるフォーカスが
ｆ1 からｆ3 へプラス方向に変化するにつれて単調増加
していることから、次第に最適フォーカスＢＦに近づい
ていることが判かる。点Ｐ２についてはこの逆であり、
従ってＰ１はフォーカスが増加する点でありＰ２はフォ
ーカスが減少する点であったことが判明する。図１３
（ｃ）および図１３（ｄ）はＰ１とＰ２が逆の立場にあ
った場合を示す。
【００４３】このようにして、各検査用マークの評価値
から求められたフォーカスをプロットすると、図１４の
実線で示すように、露光時のウエハ表面の傾きが得られ
る。前述の最適フォーカスＢＦおよび図１４の実線で示
す検査用ウエハの露光時の傾きから、第２のＣＣＤカメ
ラ８２によって測定されたウエハの表面（点線で示す）
とのずれ、すなわち第２のＣＣＤカメラ８２の測定誤差
を算出し、制御装置Ｃに記憶させる。以後、製品となる
ウエハの露光時には、第２のＣＣＤカメラによって得ら
れた測定値が、制御装置Ｃ内に記憶された測定誤差に基
づいて自動的に補正される。
【００４４】従ってオートフォーカス機構Ａの測定誤差
による焦点ぼけのない半導体製品を生産することができ
る。
【００４５】次に、第１のＣＣＤカメラ７５によって取
込まれた検査用パターンの画像から、前述の評価値を求
める方法を説明する。
【００４６】まず、検査用基板であるウエハは、一般的
に、半導体製造においていくつかの前行程を経たもので
あり、検査用パターンを露光、焼付ける部分は配線等の
凹凸等が無い領域を使用する。例えば、図９（ａ）のよ
うな半導体のチップと足を接続するためのボンディング
パット部等を利用するとよい。この領域は半導体製造の
全工程において常に凹凸がない。この領域に図９（ｂ）
のような検査用パターンを形成する。１度に露光可能な
領域内に複数の半導体チップを作成する場合、ボンディ
ングパットは露光領域内に２次元的に配置されるため面
形状の測定に適している。図９（ａ）は露光領域内に３
つのチップを作成した場合の状態を示している。
【００４７】本発明の実施例のレジストコーター９１よ
って、レジストＲＥを塗布した状態を図１０（ａ）に示
し、ステッパＳによってレチクルパターンが露光、焼付
けられ、ディベロッパー９４によって現像されたレジス
トＲＥの断面形状を図１０（ｂ）に示す。
【００４８】第１のＣＣＤカメラ７５が取込む検査用パ
ターンの画像は、図１０（ｃ）となり、制御装置Ｃにお
いて処理する時点で図１０（ｄ）のような、マーク長軸
方向に圧縮された信号となる。
【００４９】次に、検査用パターンの評価値の算出方法
説明する。評価値は、第１のＣＣＤカメラ７５で捕らえ
た信号のコントラストを求めている。フォーカスについ
て説明すると、図１０（ｅ）はベストフォーカスの場合
の現像後のレジスト断面形状と信号パターンを示してい
る。また、図１０（ｆ）はデフォーカスの場合のレジス
ト断面形状と信号を示している。信号のコントラスト
は、次式で求める。
【００５０】 Ｃｏｎ（ｘ）＝｜ｆ（ｘ−１）−ｆ（ｘ＋１）｜ この式は信号の微分を表す。次にこのコントラストのヒ
ストグラムを求める。図１０（ｅ）の微分ヒストグラム
は図１１（ａ）の様になり、図１０（ｆ）の微分ヒスト
グラムは図１１（ｂ）の様になる。このヒストグラムの
分布の上位１０％程度、あるいはオペレータが設定した
割合の面積の重心を計算し、コントラスト評価値として
いる。
【００５１】各露光領域において所定の位置、例えばそ
の中心に位置する検査用マークの評価値ｅを各露光領域
のフォーカスｆごとにプロットすると図１２のようにな
る。評価値ｅの最大値ＰＦを示した露光時のフォーカス
ｆが最適フォーカスＢＦである。
【００５２】また、すべての検査用マークのそれぞれの
評価値の分布を求めると、図１４に実線で示すような露
光時のウエハの表面の傾斜が求められる。
【００５３】次に、前述の画像処理によるオートフォー
カス（画像ＡＦ）について説明する。
【００５４】画像ＡＦには、フォーカスマーク４ｄ，４
ｅを使用する。最も適切なＸＹステージ６の高さ、すな
わちベストフォーカスを求めるには、前述と同様の画像
処理によって画像のぼけ具合いを、定量化する評価関数
を用いている。ＸＹステージ５を高さ方向に変位させな
がら画像を取込み、そのときの評価関数の評価値を制御
装置Ｃによってプロットし、最も評価値が高いと判定さ
れたＸＹステージ５の高さをベストフォーカスＢＦとし
ている。画像ＡＦ機構を付加することにより、検査の測
定精度が向上し、計測の安定性が増大する。
【００５５】この検査工程を使用することにより、縮小
投影露光装置の自己検査も可能である。従来、検査作業
者がバーニア評価で行っていた、縮小投影レンズの評価
が、レジストの塗布、露光、現像、検査のすべてが本発
明で示される自動検査工程で置き換えられる。
【００５６】次に、図１５に基づいて第２実施例を説明
する。
【００５７】本実施例は、アライメント用のスコープに
取り付けられたミラーをレチクルの任意の点に移動でき
る形式のステッパを用いる。すなわち図１５（ａ）に示
すように、ミラー１７４がＸ軸移動装置１７５の先に取
り付けてあり、該Ｘ軸移動装置１７５の駆動によってミ
ラー１７４をＸ軸上の任意の位置に移動させられる。
【００５８】また、前記Ｘ軸移動装置１７５はＹ軸移動
装置１７６に乗っておりＸ軸移動装置１７５全体がＹ軸
上の任意の点に移動できる。これによってミラー１７４
はレチクル１０２上方の任意の位置に移動可能である。
ミラー１７４の位置を変えることにより、撮像手段で
ある第１のＣＣＤカメラ１７９までの光路長が変化して
しまうので、この光路長の補正機構として図１５（ｂ）
に示す光路長補正装置をＸ軸移動装置１７５に配置す
る。ミラー１７４が伸びた時、光路長補正装置１７８の
内部ミラー１７８ａが上に移動して内部の光路長を短く
する。反対にミラー１７４が接近した場合は光路長補正
装置１７８の内部の光路長が長くなる。
【００５９】すなわち、光路長補正装置１７８の内部ミ
ラー１７８ａをＸ軸移動装置１７５に連動させておけ
ば、反射光を受光する第１のＣＣＤカメラ１７９までの
光路長は一定に保たれる。
【００６０】第１のＣＣＤカメラ１７９によってウエハ
のアライメントを行って検査用パターンを露光、焼付け
し、現像後のウエハを再びステッパに搭載して焼付けら
れた検査用パターンの測定を行う工程については、第１
実施例と同様であるので説明は省略する。
【００６１】次に、図１６に基づいて第３実施例を説明
する。
【００６２】本実施例においては、焼付けられた検査用
パターンを計測するアライメント用のミラーは、常に固
定された位置にある。縮小投影レンズ系２０３を経てア
ライメント用光源２０７の照明光を検査用パターンに照
射するミラー２７４はレチクル２０２に描かれているレ
チクルパターンをウエハ２０４に露光する際、露光光を
遮らない位置に設定されている。ウエハ２０４に焼付け
られた検査用マークを観察するには、ミラー２７４が固
定されているので、ウエハ２０４を乗せているＸＹステ
ージ２０５の位置制御だけで行っている。例えば、図１
６に示される１つの露光領域内の複数の検査用マーク２
４１ａは、ＸＹステージ２０５を前記検査用マークの間
隔だけ移動させて、各検査用マーク２４１ａからの反射
光を撮像手段である第１のＣＣＤカメラ２７５に入射さ
せる。
【００６３】第１のＣＣＤカメラ２７５によって取込ま
れた検査用マークの画像は第１実施例と同様の制御装置
（図示せず）で処理され、評価値が算出される。他の点
については第１実施例と同様であるので説明は省略す
る。
【００６４】なお、図１に示した縮小投影レンズ系を通
らないオフアクシス光学系６４を用いて検査用パターン
の画像を得ることも可能である。この場合は、ウエハに
検査用パターンを露光、焼付けるためのアライメントに
おいて、前記オフアクシス光学系による計測を利用して
もよい。この場合は、グローバルアライメントにより露
光される。
【００６５】焼付けられた検査用マークを観察するに
は、オフアクシス光学系６４が固定されているので、ウ
エハ４を乗せているＸＹステージ５をオフアクシス光学
系６４の直下へ移動させる。該オフアクシス光学系６４
は光源と顕微鏡、撮像手段であるＣＣＤカメラ等で構成
されている。光源から発射された光で照明されたウエハ
上の検査用マークは、顕微鏡で像が拡大され前記ＣＣＤ
カメラに結像する。
【００６６】前記ＣＣＤカメラで取込まれた画像は、制
御装置Ｃで処理され、評価値が求められる。ＸＹステー
ジ５の移動と画像取込みと、取込まれた画像の処理は、
ステップアンドリピートですべての検査用マークについ
て行われる。
【００６７】また、第２実施例と第３実施例において
は、レチクルに検査用マーク観察用の窓を設ける必要が
ない。
【００６８】ここまでの説明では、検査用マークは、下
が平坦な領域、例えばボンディングパット部として説明
した。そのような領域を使用できない場合は、図９
（ｄ）に示される検査用マークを利用してもよい。図９
（ｄ）に示される評価マークは、Ｘ軸方向の線パターン
とＹ軸方向の線パターンの両方をもっている。このパタ
ーンを用いて下にパターンのない領域に露光を行えば、
ＣＣＤカメラで観察される検査用マークは図９（ｄ）の
ようになる。
【００６９】また、下にＩＣの配線パターンがある場
合、例えばＹ軸方向の線パターンＹＬの領域では図９
（ｅ）のように観察される。画像処理によるフォーカス
量の評価は横線パターンのみで行えば正しい評価値が得
られる。しかも計測位置ＭＰに制限がなくなる。画像処
理によるフォーカス量の評価は、マーク長軸方向への圧
縮方向を変更することで簡単に対応できる。このように
検査用パターンを縦、横あるいは斜めと選択することに
よって、検査用マークの専有面積を少なくできる。
【００７０】さらに、特別な検査用パターンの入ってい
るレチクルを使用しないで、ＩＣを製造するレチクルを
そのまま使用することも可能である。すなわち、上層と
なるパターンの露光された配線パターンそのものを検査
用パターンとして使用するのである。この場合は、レチ
クル設計時に、パターンの方向および位置が分かってい
るので、簡単な操作でステッパにパラメータとして検査
用パターンの位置と方向を入力すれば可能である。
【００７１】実施例１においては、アライメント用光源
７をＨｅＣｄレーザー等の露光光に近いものを使用する
が、これに限らず、例えばＨｅＮｅレーザー等の非露光
光を使用してもよい。この場合は、色収差を補正する光
学系が必要である。
【００７２】露光量または露光フォーカスの評価値の算
出方法として、検査用マークのエッジ長を計る方法もあ
る。この場合、レジストとして残っている部分と、その
他の部分の割合（デューティ）を求めると評価しやす
い。
【００７３】検査用マークとしてハッチングパターンを
使用しＣＣＤカメラで画像として捕らえたときの明るさ
の分布（ヒストグラム）を求めて評価することもできる
できる。
【００７４】例えば、最適露光が行われた場合、パター
ンとエッジのコントラストが高いのでヒストグラムはエ
ッジ部とその他の部分に別れ、きれいな２分化された分
布となる。ところが最適露光されなかった場合、エッジ
のコントラストが下がるためヒストグラムの２分化され
た分布とはならない。
【００７５】また検査用マークの形状は、露光によって
露光部と非露光部が区別できるものであれば、いかなる
ものでもよい。
【００７６】加えて、発明は、ステッパなどの縮小投影
露光装置に限らず、すべてのアライメント用の計測光学
系を持つ露光装置に使用できる。
【００７７】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【００７８】ステッパのオートフォーカス機構の測定手
段の測定誤差を、目視検査または独立した検査装置を使
用することなく高精度で検出し、かつ前記測定手段の出
力を自動的に補正することができる。また検査用基板を
隣接する検査用基板処理装置のスタート地点に載置する
だけで、検査用基板の準備処理から前記測定手段の補正
までを連続して自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のステッパを示す部分模式斜視図で
ある。
【図２】第１実施例の全体を示す模式斜視図である。
【図３】オートフォーカス機構を説明する説明図であ
る。
【図４】ウエハの第１の露光領域の計測点を示す説明図
である。
【図５】第１実施例のフローチャートである。
【図６】検査用マークの計測工程を示すフローチャート
である。
【図７】レチクルパターンとウエハの関係を示す説明図
である。
【図８】ウエハに焼付けられた検査用マークを示す説明
図である。
【図９】検査用パターンの配置および形状を説明するも
ので、（ａ）はボンディングパット上の検査用パターン
の配置、（ｂ）は（ａ）の円Ｋ内の検査用パターンの拡
大形状、（ｃ）はＩＣパターンに重ねた検査用パターン
の配置、（ｄ）は（ｃ）の円Ｌ内の検査用パターンの拡
大形状、（ｅ）は（ｃ）の円Ｍ内の検査用パターンの拡
大形状をそれぞれ示す説明図である。
【図１０】ウエハ上のレジスト膜の形状と第１のＣＣＤ
カメラによる画像および制御装置に入力される画像信号
を示すもので、（ａ）は露光前のレジスト膜の部分断面
図、（ｂ）は検査用パターンを露光、焼付けおよび現像
後のレジスト膜の部分断面図、（ｃ）は（ｂ）の画像、
（ｄ）は制御装置に入力される（ｃ）の画像信号、
（ｅ）はベストフォーカスの場合の検査用パターンの断
面形状および画像信号、（ｆ）はデフォーカスの場合の
検査用パターンの断面形状および画像信号をそれぞれ示
す説明図である。
【図１１】図１０の微分ヒストグラムを示すもので、
（ａ）は図１０（ｅ）の微分ヒストグラム、（ｂ）は図
１０（ｆ）の微分ヒストグラムである。
【図１２】各露光領域の所定位置に配置された検査用マ
ークの評価値（ｅ）と、各露光領域のフォーカスｆの関
係を示すグラフである。
【図１３】各露光領域の傾きと評価値の変化から、各検
査用マークに対するフォーカスの負号を判別する方法を
示す図であって、（ａ）はベストフォーカス面に対して
右上りに傾斜した各露光領域を示す模式図、（ｂ）は
（ａ）の各点Ｐ1 ，Ｐ2 について評価値をプロットした
グラフ、（ｃ）はベストフォーカス面に対して右下がり
に傾斜した各露光領域を示す模式図、（ｄ）は（ｃ）の
各点Ｐ1 ，Ｐ2 について評価値をプロットしたグラフで
ある。
【図１４】評価値の分布から得られた露光時のウエハの
表面の傾きを示す説明図である。
【図１５】第２実施例を説明する模式図であって、
（ａ）は部分平面図、（ｂ）は光路長補正装置の詳細を
示す模式図である。
【図１６】第３実施例を説明する模式図である。
【符号の説明】
Ｓ ステッパ Ａ オートフォーカス機構 Ｃ 制御装置 １ 光源 ２ レチクル ３ 縮小投影レンズ系 ４ ウエハ ４ａ 第１の露光領域 ４１ 検査用パターン ４１ａ 検査用マーク ６ ＸＹステージ ７ アライメント光源 ８ フォーカス光源 ９ 検査用ウエハ処理装置 ６４ オフアクシス光学系 ７４ａ，７４ｂ ミラー ７５ 第１のＣＣＤカメラ ８２ 第２のＣＣＤカメラ ９１ レジストコーター ９２ 第１オートハンド ９３ 第２オートハンド ９４ ディベロッパー ９５ａ〜９５ｅ 第１〜第５通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7352−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ３０１ Ｗ 7352−4Ｍ ３１１ Ｎ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 照明光によって照射された基板の反射光
    を受光して前記基板位置合わせマークの画像を得る撮像
    手段と、縮小投影レンズ系の焦平面に対する前記基板の
    面位置を測定する測定手段とを有するステッパを用いる
    半導体露光方法であって、前記ステッパによって検査用
    パターンを検査用基板に露光、焼付ける工程と、焼付け
    られた検査用パターンを現像する工程と、現像された検
    査用パターンの画像を前記撮像手段によって得る工程
    と、得られた画像から前記検査用基板の露光時の前記測
    定手段の測定誤差を算出して制御手段に記憶させる工程
    とからなり、以後の前記ステッパによる基板の露光時
    に、前記測定手段の測定値が、前記制御手段に記憶され
    た測定誤差に基づいて補正されることを特徴とする半導
    体露光方法。
  2. 【請求項２】 ステッパによって、検査用基板の複数の
    露光領域のそれぞれに検査用パターンを露光、焼付ける
    たびごとに、縮小投影レンズ系と前記検査用基板の間隔
    を変更し、露光領域が変わることによる前記検査用パタ
    ーンの画像の評価値の推移から、測定手段による前記間
    隔の測定誤差を推定するとともに、すべての検査用パタ
    ーンのそれぞれの画像の評価値の分布から、前記測定手
    段による前記検査用基板の傾きの測定値の誤差を算出す
    ることを特徴とする請求項１記載の半導体露光方法。
  3. 【請求項３】 撮像手段が、基板とレチクルのアライメ
    ントに使用されるものであることを特徴とする請求項１
    または２記載の半導体露光方法。
  4. 【請求項４】 撮像手段が、基板と縮小投影レンズ系の
    アライメントに使用されるものであることを特徴とする
    請求項１または２記載の半導体露光方法。
  5. 【請求項５】 撮像手段が、オフアクシス光学系に使用
    されるものであることを特徴とする請求項１または２記
    載の半導体露光方法。
  6. 【請求項６】 照明光によって照射された基板の反射光
    を受光して前記基板の位置合わせマークの画像を得る撮
    像手段と、縮小投影レンズ系の焦平面に対する前記基板
    の面位置を測定する測定手段とを有するステッパと、レ
    ジストコーターおよびディベロッパーを備えた検査用基
    板処理装置とからなり、前記検査用基板処理装置が、前
    記レジストコーターによってレジストを塗布された検査
    用基板を前記ステッパへ搬入する第１の搬送手段と、前
    記ステッパによって露光された検査用基板を前記ディベ
    ロッパーへ搬送する第２の搬送手段と、前記撮像手段に
    よって得た画像に基づいて前記測定手段の測定誤差を算
    出して記憶し、以後の前記ステッパによる基板の露光時
    に、前記測定手段の測定値を補正する制御装置を有する
    ことを特徴とする半導体露光装置。
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