JPH05343282A

JPH05343282A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH05343282A
Application number: JP3159753A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 浩田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1993-12-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JP2873748B2

Abstract

(57)【要約】【目的】露光装置自体の検出機構を利用し、この露光
装置をフィードバック制御するためのオフセット値を高
速かつ高精度に検出できる半導体製造装置を提供する。【構成】ウエハＷＦにレジストを塗布するためのレジ
スト塗布装置ＣＯと該レジストが塗布されたウエハにパ
ターンを焼き付ける露光装置ＳＴとを連結し、ウエハ処
理を制御する制御装置ＣＵを備え、該制御装置によるウ
エハ処理工程は、前記レジスト塗布装置により検査用ウ
エハにレジストを塗布する第１工程と、該ウエハを前記
露光装置によりアライメントしながら順次露光する第２
工程と、前記露光装置により非露光光を用いて潜像とし
て観察される前記ウエハのずれ量計測マークとキャリブ
レーションマークを計測する第３工程とを有し、半導体
製造途中の各プロセスのアライメント精度および工程オ
フセットを自動測定し、前記露光装置に工程オフセット
を設定するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
に使用するレジスト塗布装置と半導体露光装置からなる
半導体製造装置に関し、特に半導体露光装置の重ね合せ
精度を測定するための製造ラインに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程のパターン露光工程にお
いては、エッチングされたウエハとレチクルのパターン
をアライメントした後重ね合せ露光している。この場
合、重ね合せ精度とオフセット誤差を計測するために、
ウエハ上に位置ずれ計測用のパターン（バーニヤ）を描
き、検査作業者が顕微鏡等を用いてバーニヤの目視検査
を行なっていた。

【０００３】この検査では、１ロットに含まれる数１０
から数１００枚のウエハの内先行ウエハと呼ばれる１ま
たは２枚のウエハが用いられる。先行ウエハによる検査
は、レジスト塗布、露光、現像、目視検査の全てを作業
者が行ない、検査結果確認後、露光装置に結果を入力し
残りのウエハを製造ラインに流していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
目視検査では、検査時間が長く製造ラインが長時間停止
され、製造効率が低下する。また、検査量が多くなる
と、作業者の疲労により計測誤差が発生する。さらに、
検査作業者が代った場合、目視検査の結果に大きな差が
出る。今日のＬＳＩ製造技術においては、例えば検査結
果にわずか０．０５μｍの差が発生し、誤った値が工程
オフセットとして露光装置に入力された場合でも、歩留
りが低下する。即ち、従来の、検査方法は、半導体製造
におけるウエハプロセスごとのアライメント精度と工程
オフセットを管理する点において、検査効率と検査精度
の劣化を招いている。したがって、安定した計測精度を
もつ、高速の検査装置が必要になる。

【０００５】目視検査の欠点を解消するために、ずれ量
を自動的に計測できる専用の検査装置を用いることもで
きる。従来このような装置は、オフラインで半導体露光
装置と別個に設けられ、半導体露光装置で露光されたウ
エハは現像後自動計測装置で検査される。また、工程オ
フセットの値を例えば０．０５μｍ以下の値で管理する
ためには、露光装置個々の調整状態が問題になる。この
ような例として、オフアクシスアライメントにおけるベ
ースラインの補正が挙げられる。ベースラインの時間的
な変動を補正するためには、オフセットの計測は速やか
に行なう必要がある。さらに、０，０５μｍ以下の高精
度を達成するためには、先行ウエハの焼き付けを行なっ
たときの露光装置での計測値自体も問題になる。

【０００６】また、従来自動計測あるいは目視検査によ
るずれ量計測は、現像作業が必要であった。ところが、
現像条件が変った場合、パターン形状などが変化し、計
測オフセットの変動や計測精度の劣化を伴う場合があ
る。従って、安定した計測精度を得るためには現像工程
をなくすことが望ましい。

【０００７】実際にオフセットの入力値を計測し、露光
装置にフィードバックする間、露光装置自体は待状態に
ある。ところが露光装置はアライメントのための高精度
の計測機構を備えている。このような無駄は、システム
としての効率上極めて悪い。本発明は、上記従来技術の
欠点に鑑みなされたものであって、露光装置自体の検出
機構を利用し、この露光装置をフィードバック制御する
ためのオフセット値を高速かつ高精度に検出できる半導
体製造装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するため、本発明では、露光装置と周辺装置を１つの
システムとして構成し、工程オフセットの計測の高速
化、高精度化を図っている。即ち、本発明では、コータ
および露光と検査機構をもつステッパからなる半導体製
造ラインにより構成され、検査用のウエハである先行ウ
エハがコータから前記ステッパに送られて露光され、た
だちに潜像として観察されるずれ量マークをステッパで
計測する一貫した検査作業の自動化を特徴とする。計測
値は、露光時のステッパの状態と比較され、随時オフセ
ットとしてステッパに自動設定される。また、計測誤差
を最小にできる画像処理によるずれ量計測方法と、異常
値除去、データサンプリング法を用いる。また、現像工
程は廃止される。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る半導体製造ラ
インの構成を示す。図２、図３は自動検査工程のフロー
チャートである。図４、図５は本発明で使用するレチク
ルとウエハの関係を示す斜視図、図６は検査に使用する
マークの形成法および検出法の説明図である。また、図
７はオートアライメント画像を示す。

【００１０】まず、本発明の実施例の概略を説明する。
半導体製造において、ウエハ露光時のアライメント精度
と、オフセット誤差の検査を自動化するために、コータ
とステッパとを直列に結合する。この実施例の半導体製
造装置の外観を図１に示す。コータは検査するウエハに
レジストを塗布する手段であり、ステッパはレチクルの
パターンを検査ウエハに重ね合せて露光する手段であ
る。この半導体露光装置はさらに、ウエハ上に形成され
たずれ量計測用マークの計測手段を有する。

【００１１】ウエハの検査は、制御装置の指令によっ
て、コータの入口に置かれた検査用ウエハを前記各手段
間を移動させながら行なう。計測したずれ量からアライ
メント精度と工程オフセットを算出し、これをステッパ
に入力する。これら算出値は製品用ウエハのアライメン
ト補正値として用いられる。なお、検査用ウエハは製品
用ウエハと同一のプロセスを経たウエハである。

【００１２】以下、図２および図３を参照して図１の実
施例についてさらに詳細に説明する。最初の工程では、
まず検査対象となるウエハがウエハセットテーブルＷＳ
Ｔ上に置かれる（ステップＳ００１）。ウエハは通路Ｒ
１を通り、レジスト塗布装置ＣＯでレジストが塗られる
（ステップＳ００２）。ウエハはさらに通路Ｒ３を通り
ステッパに送られる（ステップＳ００３）。ステッパに
送られたウエハは、まずオートハンドＨＡＳでＸＹステ
ージＸＹＳ上のウエハチャックＷＳ上に搭載され真空吸
着される。

【００１３】次の工程は、レチクル上に描かれたパター
ンをウエハに塗布されたレジスト上に露光する工程であ
る。１度に露光されるパターン領域をショットという。
縮小投影レンズの上部に置かれたレチクルは、縮小投影
レンズの上面に付けられたセットマークＲＳＭＬ、ＲＳ
ＭＲおよびレチクルに形成されたレチクルアライメント
用マークＲＡＭＲ、ＲＡＭＬによって、位置合せされて
いる。ＸＹステージは、Ｘ軸方向をＩＦＸ、ＭＲＸ、さ
らにＹ軸方向をＩＦＹ、ＭＲＹで構成するレーザ干渉計
により精密に位置計測され、モータＭＷ、ＭＹの回転を
制御しながら、ウエハの任意の位置を縮小投影レンズの
下に移動させることができる。

【００１４】ウエハチャック上に搭載されたウエハは、
オフアクシス光学系ＯＥでマークＷＡＭＬ、ＷＡＭＲの
位置が計られ、ＸＹステージ上のウエハの位置が合せら
れる（ステップＳ００４）。

【００１５】次に、ＸＹステージは第１ショットが縮小
投影レンズの下になるように移動し、アライメントを行
なう。露光光の波長とほぼ等しいアライメント用Ｈｅ−
Ｃｄレーザ光源ＬＳＣから照射された光は、シャッタＳ
ＨＣを開けることによりアライメント光学系に照射され
る。レーザ光は拡散板ＤＰで拡散され、照度むらをなく
した後、ポリゴンミラーＰＭでスキャンさせ照明領域を
拡大し、プリズムＤＡＰで右側と左側の光学系に光を分
けられる。左側光学系について説明すると、アライメン
ト光は対物ミラーＡＭＬにより縮小投影レンズＬＮに照
射され、ウエハ上のアライメントマークＷＭＬを照明す
る。アライメントマークの像は、ウエハＷＦで反射され
縮小投影レンズＬＮを通り、レチクルＲＴのアライメン
トマークＲＭＬの像とともにＡＭＬ、ＤＡＰを通り、エ
レクターレンズＥＬで拡大され、ＣＣＤカメラＣＭに結
像する。右側光学系も同様である。ＣＣＤカメラに結像
したウエハとレチクルのアライメントマークを図７に示
す。

【００１６】画像は、ステッパ制御装置ＣＵで処理さ
れ、ずれ量を計算し、レチクルを乗せてあるレチクルス
テージＲＳを微少駆動して位置合せを行なう。位置合せ
完了と同時に、レチクル上のＩＣパターンＷを焼き付け
るための露光用シャッタＳＨＴを開く。レチクルパター
ンＰＴに照射された露光光源ＩＬの光は、縮小投影レン
ズＬＮを通して１／５に縮小され、ウエハＷＦ上に塗布
されているレジストを感光する。このとき後述する第４
の工程で使用するレチクル側ずれ量計測用マーク（図４
ＲＰ）を別のレチクルで形成されたウエハ側マーク（図
４ＷＰ）と重ね合せて露光する。露光が完了すると、Ｘ
Ｙステージは次に露光する位置に移動する。以上のステ
ージ移動、アライメント、露光、ステージ移動を繰返し
てステップアンドリピートが行なわれる（ステップＳ０
０５）。ウエハの露光が全て完了すると、次の第３の工
程に移行する。

【００１７】第３の工程では、前記第２の工程のような
ウエハとレチクルの位置合せを行なわず、第２の工程の
アライメント精度をウエハ上のずれ量検査用マークを使
用して検査する。

【００１８】はじめに、マーク観察用の光源として非露
光光を使用する必要があるため、アライメント時に使用
したＨｅＣｄレーザから例えばＨｅＮｅレーザに切換え
る（ステップＳ００６）。光源の切換えは、ＨｅＣｄレ
ーザのシャッタＬＳＣを閉じ、ＨｅＮｅレーザのシャッ
タＬＳＮを開いて行なう。ＨｅＮｅレーザを使用すると
きは、色収差を補正するレンズ系ＯＨＯを光路中に挿入
する。

【００１９】まず、対物ミラーＡＭＲ、ＡＭＬをレチク
ル上のずれ量計測用窓（図５ＷＩＬ、ＷＩＲ）の位置に
移動させる。窓には、位置合せの為のパターンはない。
また、窓は観察波長における投影レンズＬＮの色収差の
量を考慮した大きさになっている。レチクルとして第２
工程と同一のものを使用する場合、実素子パターンに窓
形状が露光されない領域に窓を配置する。従って、第２
工程では、照明系内のブレードで窓をマスクする。ま
た、窓だけ存在する専用のレチクルに交換してもよい。
窓から観察されるマーク（図５ＷＰＡ）は、図６（Ｄ）
のような形状になる。ただし、図６（Ｄ）はＸ方向の計
測マークを示し、Ｙ方向のマークも同様の形状をしてい
る。マークの配置、形状はアライメント用のものと等し
く、計測処理のアルゴリズム、さらには色収差以外の光
学系の変更を必要としない。マークの計測方法は後述す
る。ウエハ第１ショットから最終ショットまで順にＸＹ
ステージをステップアンドリピートさせ（ＳＢ００
１）、初めにずれ量計測マークの画像をＣＣＤカメラＣ
Ｍで取り込み、画像処理によるオートフォーカスを行な
いステージと投影レンズの間隔を最適な距離に設定する
（ＳＢ００２）。次に、画像処理によってずれ量計測マ
ークの測定が行なわれ（ＳＢ００４）、測定値をＣＵ内
部に蓄積する（Ｓ００７）。

【００２０】計測を終了したウエハは回収ハンドでウエ
ハチャックから現像装置の搬入通路Ｒ３へ送られる。現
像装置ＤＥでは現像作業をしないで通路Ｒ４へ送られ、
ウエハ受取りテーブルＷＥＮでウエハが取り出される
（Ｓ００８）。第１工程から第４工程までの制御はステ
ッパ制御装置ＣＵで行なわれる。各機器と制御装置ＣＵ
とは通信ケーブルで接続されている。

【００２１】制御装置ＣＵ内に蓄積されたデータは、ず
れ量計測値からオートアライメント精度である分散σの
３倍値３σおよびずれ計測値の平均値であるオフセット
を出力する。ここで３σが大きく許容範囲を越えている
場合、オペレーション用の端末コンソールＣＳに警告を
出し、検査作業者に知らせる。もし３σが許容範囲以内
であれば、検査したウエハの工程オフセットは正常検出
されたことになる。この工程オフセットは、アライメン
ト時にレチクルステージＲＳを駆動補正する値として、
ステッパ制御装置に自動設定される（Ｓ００９）。以上
が自動検査工程である。

【００２２】ずれ量計測マークの形成方法について図６
を用いて説明する。検査するウエハは、半導体製造の前
工程で、ウエハ基板上にウエハ側の計測用マークＷＰを
図６（Ａ）のように形成する。このマーク形成法はアラ
イメントマークの形成法と同じである。本発明の実施例
では、第１工程において、レジストＲＥを塗布した状態
が図６のようになる。第２工程ではレチクルとウエハが
アライメントされながら、レチクルに描かれたパターン
がレジスト層に露光される。露光された領域はレジスト
の物性が変化するため、ＣＣＤカメラで取込まれた画像
から露光領域の識別が可能である。このような画像を潜
像という。

【００２３】ウエハの断面形状は、図６（Ｃ）あるいは
図６（Ｆ）のようになり、レチクル側のパターンがＲＰ
１、ＲＰ２またはＲＰ３、ＲＰ４のように形成される。

【００２４】ずれ量を測定する第４工程でＣＣＤカメラ
が取込む画像は図６（Ｄ）となり、ＣＵ内で処理する時
点で図６（Ｅ）のようにマーク長軸方向に圧縮された信
号となる。

【００２５】次に、マーク位置の検出とずれ量の計算に
ついて説明する。図６（Ｅ）はマーク長軸方向に圧縮し
た信号を示す。マークの検出は３本のマークの中心を１
本づつ独立に求める。ウエハ側マーク中心ＷＣと２つの
レチクル側マーク中心Ｒ１、Ｒ２からマーク中心ＲＣ＝
（Ｒ１＋Ｒ２）／２として求め、ずれ量はＥ＝ＲＣ−Ｗ
Ｃで求められる。

【００２６】検出マークのウエハ断面形状は、図６
（Ｃ）、図６（Ｆ）の２通りが考えられる。図６（Ｆ）
のようにレジストがマークの上に塗布された状態の場
合、レジストの干渉やレジスト塗布状態の非対称性など
の影響によりＷＣの決定において誤りを発生しやすい。
また、縮小投影レンズの高ＮＡ化に伴い、焦点深度が浅
くなり、フォーカスマージンが得られない。以上の理由
から、同程度の段差が得られる図６（Ｃ）タイプを使用
することが望ましい。

【００２７】先に述べた工程オフセットとアライメント
精度の判定は次式により行なう。

【００２８】

【数１】

【００２９】

【数２】

【００３０】ステッパには、Ｍがアライメントオフセッ
トとして自動入力される。ここまでの説明では、第２工
程でレチクルとウエハ間の位置合せを行なう場合を述べ
たが、オフセットを取るという目的ではこれは必ずしも
必須ではない。計測したずれ量を記憶し、位置合せを行
なわず露光を行ない、後で現像後の自動計測値と比較し
てもよい。また、位置合せを行なった場合、駆動量に誤
差が存在することもありうる。この場合も、ずれ量を記
憶し後で現像後の自動計測値と比較するとオフセットの
補正誤差が小さくなる。

【００３１】次に、グローバルアライメント計測におけ
る計測誤差校正に本発明を適用した例を述べる。グロー
バルアライメントは、ウエハ上の定められたショットの
マーク位置を測定することによって全ショットの配列状
態を計測し、ＸＹステージＸＹＳを最もずれの少ない位
置に送り露光する方法である。このアライメント方法で
は主としてウエハ内のショット配列状態の回転成分、倍
率成分が計測され、この値を用いてＸＹステージのステ
ップ移動量を補正している。このアライメント方法の利
点は、計測ショットの中で明らかに異常値と思われる測
定値を除去できることと、測定値が複数あることによる
平均化効果により回転、倍率成分の計測値の信頼性が高
い点にある。もし、このアライメント法によって回転、
倍率成分などが精密に計測され、ステージのステップ移
動量が正しく補正されたならば、露光されたときのアラ
イメント誤差はほぼ０となる。

【００３２】逆に、ステージ移動量の計測にエラーが生
じた場合、アライメント精度は劣化する。しかしこの場
合、精度劣化は回転または倍率成分として現れる。

【００３３】自動計測では、グローバルアライメントさ
れた検査ウエハのずれ量を計測することによって、回転
成分、倍率成分のアライメントエラーを求めることが可
能である。ここで求めたアライメントエラー即ちアライ
メント補正エラーを使用して先述のグローバルアライメ
ント時のステージ移動補正量の校正が可能である。

【００３４】グローバルアライメントの計測エラーを校
正する自動計測工程を図８のフローチャートに従って説
明する。

【００３５】第１工程において、レジストが塗られたウ
エハはステッパに送られる（ステップＳ１０１〜Ｓ１０
４）。

【００３６】第２工程では、グローバルアライメント用
に設定された計測ショットの測定値を用いてステージス
テップ移動補正量が計測される。補正量は、Ｒｏｔｘ
（Ｘ軸回転）、Ｒｏｔｙ（Ｙ軸回転）、Ｍａｇｘ（Ｘ軸
倍率）、Ｍａｇｙ（Ｙ軸倍率）を表す。これら補正量は
ＣＵに蓄積される（ステップＳ１０５）。さらに、ＸＹ
ステージを補正量に従って計算された量だけステップ移
動させながら露光を行なう（ステップＳ１０６）。全シ
ョットの露光が終了すると、照明光を切換える（ステッ
プＳ１０７）。

【００３７】次に、第３の工程において、アライメント
ずれ量の自動計測が行なわれる（ステップＳ１０８）。
計測の結果、アライメントエラーとして求められた工程
オフセットと回転、倍率成分はグローバルアライメント
の校正値として、ＣＵに入力される（ステップＳ１１
０）。ＣＵに入力される校正値は、Ｍ（工程オフセッ
ト）、Ｒｏｔｘｃ（Ｘ軸回転の校正値）、Ｒｏｔｙｃ
（Ｙ軸回転の校正値）、Ｍａｇｘｃ（Ｘ軸倍率の校正
値）、Ｍａｇｙｃ（Ｙ軸倍率の校正値）である。

【００３８】製品ウエハの位置合せ露光は、製品ウエハ
のずれ量計測ショットの位置測定で求めたステージ移動
補正量からＣＵに入力された前記校正値を減算した値で
ステージのステップ移動量を補正しながら行なう。この
方法により、きわめて高いアライメント精度が得られ
る。

【００３９】次に、画像処理によるオートフォーカス
（ＡＦ）について説明する。ＡＦに使用するマークはず
れ量計測マークであり、ＡＦ用に工夫された特別なマー
クではない。そのため、最も適切なステージの高さ即ち
ベストフォーカスを求めるには、画像処理によって画像
のぼけ具合を例えばコントラスト等を用いて定量化する
評価関数を用いている。ベストフォーカスの決定は、Ｘ
Ｙステージ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ＣＵ内でプロットし、最も
評価値が高いとされたステージの高さとしている。ＡＦ
機構を付加することによりずれ量計測マークの測定精度
が向上し、工程オフセットの計測の安定性が増大する。

【００４０】先に、計測用マークの形状としてフォーカ
スマージンが小さくなるマークが望ましいと説明した
が、これができない場合、ウエハ側のベストフォーカス
と潜像側のベストフォーカスを個々に求め、画像処理法
でずれ量を求める際、各々のフォーカスポイントでウエ
ハマーク位置、潜像マーク位置を求め、これらの差から
ずれ量を定めてもよい。このとき画像処理ＡＦは、各マ
ークの評価値が得られるように、各々のマークにウイン
ドウを設定し処理している。フォーカスポイントを２つ
設定しずれ量を求める場合、処理時間は２倍となるが計
測精度は向上する。

【００４１】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になる。従来検査作業者
がバーニア評価で行なっていたＸＹステージの検査や縮
小投影レンズの評価、レチクル回転の検査は、レジスト
の塗布、露光、現像、検査、の全てが本発明で示される
自動検査工程で置き換えられる。

【００４２】次に、図９を用いて、ずれ量計測マーク測
定値自身の校正方法を説明する。自動計測において、ず
れ量計測マークの測定値自身の校正は、予めずれ量が０
となるように設計されたマーク即ちキャリブレーション
マークＷＰＳを計測することにより可能となる。キャリ
ブレーションマークは、検査ウエハにずれ量計測マーク
を露光する時にずれ量計測マークＷＰＡに隣接する位置
に露光することが望ましい。この理由は、レジストの塗
布状態、ショットの伸び縮み等の条件が最も類似してい
るからである。

【００４３】キャリブレーションマークの計測は、本発
明の第４の工程において、レチクルのマーク計測用窓Ｗ
ＩＬ、ＷＩＲにマークＷＰＳが入るようにＸＹステージ
ＸＹＳを送りこむ。計測方法は前述のずれ量計測マーク
の場合と同じである。計測結果は制御装置ＣＵで処理さ
れ、平均値ＭＣが求められる。

【００４４】

【数３】

【００４５】ここで、ＤＣは計測値、Ｎは計測ショット
数である。この値が校正値になる。従って、ずれ量計測
における工程オフセットは次式のように校正される。Ｍ_of＝Ｍ−Ｍ_C

【００４６】次に、計測精度を向上させ、さらに安定な
計測を可能にする計測フローと異常値除去法について述
べる。はじめに、安定な計測を行なうフローを図１０に
示す。平均化処理として大きく２つの手法をとってい
る。第１の機能は、１つのショットの計測値Ｅｉを得る
ためにステージを静止させた状態でｎ回繰返して計測す
る（ステップＳ２０４）。このｎ回の繰返し計測をリピ
ート計測という。第２の機能は、計測値Ｅｉを第１ショ
ットから最終ショットまで採取した後、再び第１ショッ
トに戻り、同じずれ量計測マークを計り最終ショットま
で実行する。このような計測をｍ回繰返す（ステップＳ
２０７）。このｍ回の繰返しをループという。このよう
にループとリピートを繰返しているため、Ｅｉはｍ×ｎ
回のサンプル値の平均として得られる。ｍ、ｎを大きな
値とすることによりサンプルの母集団が大きくなりＥｉ
の信頼性が向上する。また、ループの利点は、各ループ
毎のベストフォーカス位置の差またはずれ量計測マーク
のＣＣＤカメラの撮影面上での位置の差、あるいは空気
のゆらぎの局所的な影響、照明光の微小なむら等が僅か
に発生し、これらが原因となって発生する計測時のオフ
セットが散らばり、平均化されるために影響が小さくな
る。

【００４７】上記ループ、リピートを実現するためのフ
ローの例を図１０に示す。セットされたウエハは最初の
計測ショットに移動する（ステップＳ２０１）。つぎ
に、オートフォーカスが行なわれ（ステップＳ２０
２）、計測が始る（ステップＳ２０３）。ここで同一シ
ョットでｎ回繰返し計測する（リピート）。ステップＳ
２０４の判定でリピートが設定回数繰返されたら次のシ
ョットに移行する（ステップＳ２０５）。最終ショット
へ達していない場合（Ｓ２０２）から計測を行なう。最
終ショットへ達した場合、ステップＳ２０７で判定を行
ない、設定されたループに達していない場合、ステップ
Ｓ２０１へ移行し、同一ウエハの同一マークを繰返し計
測する。

【００４８】上記実施例では、ｍ×ｎ回のサンプル値を
平均化したが、メディアン値即ち中央値を用いてもよ
い。あるいは、他の方法で値を求めてもよい。メディア
ンを使用する利点は、サンプル値が正常な正規分布をし
ていない場合、あるいはエラー値が多くその影響が無視
できない場合に効果がある。また、ｍ×ｎ回のサンプル
値の中から異常値を除去する方法として、ｍ×ｎ回のサ
ンプル値の分散を求め、分散の値を大きくしているエラ
ー（異常値）を除去する手段がある。ｍ×ｎ回のサンプ
ル値の分布ヒストグラムを図１１に示す。図１１（Ａ）
はばらつきが少なく異常値が存在しない場合を示し、図
１１（Ｂ）は異常値がある場合を示している。図１１
（Ｂ）の場合、σn-1が大きくなる。そこで、σn-1が設
定値より大きい場合異常値を除去する。このとき分散
が設定量より小さくなるまで異常値の除去を繰返す。た
だし、除去を繰返しても分散が小さくならない場合、そ
のショットの計測値は存在しないこととする。また、除
去するデータ数が多くなると、信頼性が低下するので、
除去数にも上限を設けている。このように、異常値が除
去されたデータサンプルから前述の平均値等を用いてＥ
ｉを決定している。このような方法により極めて精度が
高くかつ信頼性の高い計測が可能となる。

【００４９】本発明の別の実施例を図１２に示す。この
実施例は、ずれ量計測マークの画像をレチクルを通さな
いＴＴＬ方式によるアライメント機構を用いた自動計測
可能な半導体製造装置である。

【００５０】第１工程と第２工程は前記実施例と同様で
ある。ただし第２工程での位置合せマークの計測には後
述する図１２に示すＴＴＬの計測機構を利用してもよ
い。この場合、グローバルアライメントにより露光され
る。

【００５１】第３工程でずれ量計測マークを計測するア
ライメント用スコープは常に固定された位置にある。し
かも、このスコープは非露光光を使用している。このた
め、計測マークを潜像として観察するのに適している。

【００５２】縮小投影レンズＬＮにアライメントマーク
の照明光を照射するミラーＭＹは、レチクルに描かれて
いる回路パターンをウエハに露光する際、露光光を遮ら
ない位置に設けられている。このアライメントスコープ
を用いてずれ量計測マークのＷ画像を取込む方法を述べ
る。計測マークを観察するには、アライメント機構が固
定されているので、検査ウエハを乗せているＸＹステー
ジＸＹＳの位置制御だけで行なっている。例えば、図１
２に示される同一ショット内のマークＷＭＬとＷＭＲ
は、ステージＸＹＳをマーク間隔だけ移動させ、スコー
プの下にくるようにモータの動きを制御する。光源ＬＳ
から発射されたマーク照明用レーザ光は、ＢＳ、ＨＭ
Ｙ、ＭＹを通りＬＮに照射され、ウエハＷＦに形成され
たずれ量計測用マークＷＭＲを照明する。マークの像
は、ＬＮ、ＭＹを通りアライメント光学系に入り、ＣＣ
ＤカメラＣＭＹに結像する。ＣＣＤカメラで取込まれた
ずれ量計測マークの画像はＣＵで処理され、計測値が蓄
積される。ステージ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全ての計測マーク
について行ない、最後のマークを計測した後回収ハンド
ＨＡＲでステージから取り出される。以後ウエハは前記
実施例と同様に処理される。またＣＵに蓄積されたずれ
量の処理も同様に行なわれ、ステッパに工程オフセッ
ト、グローバルアライメントにおける倍率、回転成分の
校正値が自動的に入力される。

【００５３】次に、縮小投影レンズを通らない、オフア
クシス方式によるアライメント機構を用いた自動計測可
能な、半導体装置を図１を用いて説明する。この方式も
第１から第２工程は最初の実施例と同様である。ただし
第２工程の位置合せマークの計測には、オフアクシスス
コープによる計測機構を利用してもよい。この場合、グ
ローバルアライメントにより露光される。

【００５４】第３工程でずれ量計測マークを計測するオ
フアクシスアライメント用のスコープＯＥは、常に固定
された位置にある。しかもこのスコープは非露光光を使
用している。このため、計測マークを潜像として観察す
るのに適している。

【００５５】このアライメントスコープを用いてずれ量
計測マークの画像を取込む方法を述べる。計測マークを
観察するには、アライメント機構が固定されているの
で、検査ウエハを乗せているＸＹステージＸＹＳの位置
制御だけで行なっている。ＯＥはマーク観察用の非露光
光源と、顕微鏡、ＣＣＤカメラで構成されている。光源
から発射された光で照明された検査ウエハ上のマーク
は、顕微鏡で像が拡大されＣＣＤカメラに結像する。

【００５６】ＣＣＤカメラで取込まれた画像は、ＣＵで
処理され、ずれ量が求められる。全ての計測値はＣＵに
蓄積される。ステージ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計測
マークについて行ない、最後のマークを計測した後、回
収ハンドＨＡＲでステージから取り出される。以後、ウ
エハは最初の実施例と同様に処理される。また、ＣＵに
蓄積されたずれ量の処理も同様に行なわれ、ステッパに
工程オフセット、グローバルアライメントにおける倍
率、回転成分の校正値が自動的に入力される。

【００５７】ここまでの説明では、第２工程でレチクル
とウエハ間の位置合せを行なっている。特に、図１２に
示したＴＴＬ方式のスコープまたはオフアクシススコー
プを使用したアライメント方式においては、グローバル
アライメントによりステージ移動量を補正していた。し
かし、オフセットあるいは倍率、回転成分の校正値を取
るという目的ではこれらは必ずしも必須ではない。計測
したずれ量を記憶し、位置合せあるいはステージ移動量
の補正を行なわずに露光を行ない、後で現像後の自動計
測値と比較してもよい。また、位置合せを行なった場
合、駆動量に誤差を生ずる場合もあり得る。この場合
も、ずれ量を記憶し、後で現像後の自動計測値と比較す
ると、オフセット、倍率、回転成分の校正値の補正誤差
が小さくなる。さらに、オフアクシススコープのベース
ラインの計測もこの自動計測により可能である。

【００５８】前述のレチクルを通さないＴＴＬ方式によ
るアライメント機構を用いた場合と、オフアクシス方式
では、レチクル上にマーク観察用の窓を設ける必要がな
くなり、自動計測のために必要なレチクルパターン占有
面積を縮小できる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、自動計測システム
を、露光装置であるステッパとコータからなる周辺装置
で構成したため、従来人によって行なわれていたウエハ
検査作業に比べ、測定精度が向上し、検査時間が短縮さ
れる。しかも、検査条件および精度の安定性が維持でき
る。さらに、計測マークとして潜像を使用しているた
め、従来の検査で必要であった現像工程を省略できる。
現像工程の省略によって、検査精度、安定性が向上し、
検査条件の設定が簡略化できる。また、コータを備えて
いない製造ラインにおいても、ウエハをステッパの所定
の位置に置くことにより検査可能である。即ち、本発明
は半導体製造の効率向上に効果がある。また、工程オフ
セットの計測の精度が向上するため、ステッパでの半導
体製造においては、高精度のアライメントが実現でき
る。このため、半導体製造の歩留りが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体製造装置の全体
構成図である。

【図２】図１の構成による自動計測作用のフローチャ
ートである。

【図３】図２の作用に続く自動計測作用のフローチャ
ートである。

【図４】ずれ量計測マークを露光するときのレチクル
とウエハの位置関係を示す説明図である。

【図５】本発明の実施例に係るずれ量マークを計測す
るときのレチクルとウエハの位置関係を示す説明図であ
る。

【図６】（Ａ）から（Ｆ）まではそれぞれ計測マーク
の断面構造とマークの画像および信号波形の説明図であ
る。

【図７】アライメントマーク画像の説明図である。

【図８】本発明の別の実施例に係る自動計測手順のフ
ローチャートである。

【図９】計測値のキャリブレーションを行なうときの
レチクルとウエハの位置関係の説明図である。

【図１０】本発明の別の実施例の自動計測手順を示す
フローチャートである。

【図１１】（Ａ）（Ｂ）は各々サンプル中に異常値が
ある場合とない場合のサンプル値分布のヒストグラムで
ある。

【図１２】本発明の別の実施例に係る自動計測装置の
構成斜視図である。

【符号の説明】

ＸＹＳ；ＸＹステージ、ＷＦ；ウエハ、ＬＮ；縮小投影
レンズ、ＲＴ；レチクル、ＩＬ；露光光源、ＣＵ；コン
トロールユニット、ＣＳ；コンソール、ＬＳ；れーざ光
源、ＣＭ；ＣＣＤカメラ、Ｃ０；コータ、ＤＥ；現像装
置、ＨＡＳ；ウエハ供給ハンド、ＨＡＲ；ウエハ回収ハ
ンド、ＯＥ；オフアクシススコープ、ＷＳＴ；ウエハセ
ットテーブル、ＷＥＮ；ウエハ受取テーブル、ＲＰ；レ
チクル側ずれ量パターン、ＷＰ；ウエハ側ずれ量パター
ン、ＷＩＬ；ずれ量マーク観察窓（左）、ＷＩＲ；ずれ
量マーク観察窓（右）、ＷＰＡ；ずれ量マーク、ＷＰ
Ｓ；キャリブレーションマーク、ＣＭＹ；ＣＣＤカメ
ラ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハにレジストを塗布するためのレジ
スト塗布装置と該レジストが塗布されたウエハにパター
ンを焼き付ける露光装置とを連結し、ウエハ処理を制御
する制御装置を備え、該制御装置によるウエハ処理工程
は、前記レジスト塗布装置により検査用ウエハにレジス
トを塗布する第１工程と、該ウエハを前記露光装置によ
りアライメントしながら順次露光する第２工程と、前記
露光装置により非露光光を用いて潜像として観察される
前記ウエハのずれ量計測マークとキャリブレーションマ
ークを計測する第３工程とを有し、半導体製造途中の各
プロセスのアライメント精度および工程オフセットを自
動測定し、前記露光装置に工程オフセットを設定するよ
うに構成したことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】前記露光装置は、レチクル上で指定位置
に移動可能でかつ画像処理法を用いてウエハ上のパター
ンとレチクル上のパターンからなる位置合せマークを計
測して位置合せ可能なアライメント機構を有する半導体
縮小投影露光装置であって、該露光装置の位置合せ機構
は、アライメントしながらウエハ上に露光光により焼き
付けられたレジストパターンとウエハ上のパターンから
なるずれ量計測パターンから前記アライメント機構によ
り計測する手段を備え、ウエハを搭載したステージを移
動させることにより、ウエハ上のあらゆるずれ量計測パ
ターンを計測可能であることを特徴とする請求項１の半
導体製造装置。
【請求項３】前記露光装置は、画像処理法を用いて、
ウエハ上のパターンからなる位置合せマークを計測して
位置合せ可能なアライメント機構を有する半導体縮小投
影露光装置であって、該露光装置の位置合せ機構は、ア
ライメントしながらウエハ上に露光光により焼き付けら
れたレジストパターンとウエハ上のパターンからなるず
れ量計測パターンから前記アライメント機構により計測
する手段を備え、ウエハを搭載したステージを移動させ
ることにより、ウエハ上のあらゆるずれ量計測パターン
を計測可能であることを特徴とする請求項１の半導体製
造装置。
【請求項４】前記アライメント機構は、照明光として
露光光と非露光光とを切換えるための切換え手段を具備
したことを特徴とする請求項２または３の半導体製造装
置。
【請求項５】前記アライメント機構は、非露光光の照
明光源を具備したことを特徴とする請求項３の半導体製
造装置。
【請求項６】前記画像処理法を用いたずれ量計測は、
前記アライメント機構により計測ショットのずれ量計測
マークのぼけ具合をマーク近傍に設定した領域で画像処
理により求め、最もぼけの小さい位置にウエハの高さを
合せるオートフォーカス機構を有することを特徴とする
請求項２または３の半導体製造装置。
【請求項７】前記ずれ量の計測手段として、計測精度
を向上させるための専用のステージ移動手段と統計的な
異常値除去手段とを有することを特徴とする請求項２ま
たは３の半導体製造装置。