JPH0548614B2 - - Google Patents

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JPH0548614B2
JPH0548614B2 JP60129343A JP12934385A JPH0548614B2 JP H0548614 B2 JPH0548614 B2 JP H0548614B2 JP 60129343 A JP60129343 A JP 60129343A JP 12934385 A JP12934385 A JP 12934385A JP H0548614 B2 JPH0548614 B2 JP H0548614B2
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exposure
deviation
exposure area
photosensitive substrate
interest
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Toshuki Shimizu
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Nippon Kogaku KK
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70866—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of mask or workpiece
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment
    • H01L21/682—Mask-wafer alignment

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は半導体素子を作るための半導体ウエハ
や、フオトマスクを作るためのガラス基板等に塗
布された感光層に所定の原画像（回路パターン像
等）を繰り返し露光する装置、所謂ステツプ・ア
ンド・リピート方式の露光装置（ステツパー）に
関する。
（発明の背景） 一般的に半導体素子（特に超LSI等）を作る場
合、レチクルやフオトマスク等の原版上のパター
ンを光学的に感光基板としてのウエハ上に露光す
ることが行なわれている。近年、ウエハの大口径
化、高集積化、及び微細化が進むにつれて、光学
的な露光装置も縮小投影型露光装置が主として用
いられるようになつてきた。この種の装置では、
レチクルの回路パターンの像を投影レンズによつ
て1/5又は1/10程度に縮小してウエハ上に投影す
るもので、一回の露光でウエハ上に転写できる像
の大きさは直径14〜20mm程度の円形フイールド内
に限られてしまう。このため、ウエハの全面に回
路パターン（チツプとも呼ばれる）の複数を２次
元的に配列するためには、投影された回路パター
ン像に対してウエハを２次元的に進歩（ステツピ
ング）させては露光することを繰り返す、所謂ス
テツプ・アンド・リピート方式（以下、SR方式
と呼ぶ）が採用されている。このSR方式によれ
ばウエハ上の小領域毎に重ね合わせ露光ができる
ため、従来の一括露光方式等にくらべると、微細
化に対応できる点で優れている。ところでウエハ
上に投影できるパターンの最小線幅（所謂、解像
力）は投影レンズの性能のうちで、最も重要なも
のであるが、解像力を上げるためにはいくつかの
手法がある。例えば開口数（N.A.）を大きくす
ること、レチクルを照明する露光光の波長を短く
すること等である。しかしながら、いずれの手法
によつて解像力を上げたとしても、それに伴つて
投影レンズの焦点深度は小さくなり、数ミクロン
（μｍ）程度の幅しか得られないことが少なくな
い。このことこは投影レンズの結像面と露光すべ
きウエハ表面（感光層）との平行度を常時数μｍ
以内におかないと、露光すべきシヨツト内の全域
で所定の解像力が得られないことを意味する。
一方、露光されるべきウエハは、最初からある
程度の表面変形があり、また露光、現像、ウエハ
プロセス（拡散エツチング等）の工程が何回も繰
り返されることによつて、ソリ等が生じて平面度
はさらに悪化する。このようなウエハの変形は、
露光装置のウエハチツヤツクにウエハを裁置して
真空吸着することにより、ある程度矯正される
が、完全に平坦にすることは難しい。また露光装
置のウエハチヤツクに裁置されるウエハは、当然
のことながら、感光剤（フオトレジスト）が塗布
されており、露光装置の実使用中にフオトレジス
トが微粉となつてはがれ、ウエハチヤツクの表面
（吸着面）に落下することもある。この場合それ
以降のウエハについては、ウエハとウエハチヤツ
クとの間のレジスト微粉によつて局部的にウエハ
表面の平面度を悪化させることになる。
通常、ICの製造ラインでは一台の露光装置が
大量のウエハを処理するため、実デバイスの露光
に先立つて、試験的にウエハをロードし、ウエハ
チヤツク上のウエハ表面が必要な平坦度になつて
いるか否かを検出した後、実デバイスの露光を行
なうようにしている。ところが何らかの理由で実
デバイスの露光作業中にフオトレジストの微粉が
ウエハチヤツクに付着すると、その微粉が付着し
た周辺は、その微粉の大きさにもよるが著しく平
面度が悪化することがある。先にも述べたように
一般の投影レンズの焦点深度は数μｍ以下である
ため、レジストの微粉が数μｍもあれば、ウエハ
表面のその部分は必要とされるパターンの解像が
得られない程度に平行度を悪化させてしまう。こ
のため大幅な良品率の低下を招く。
以上のようなウエハの平面度に起因した解像不
良は、投影型露光装置だけでなくプロキシミテイ
ー方式のＸ線ステツパーでも同様に起こり得る。
Ｘ線ステツパーではマスクとウエハとを一定の微
小間〓（10〜50μｍ程度）に保つて露光を行な
う。一般のＸ線ステツパーではＸ線源からの発散
性のＸ線束をマスクに照射するため、マスクとウ
エハとの微小間〓の場所むら、すなわち傾きが生
じることはそのまま解像不良を招くことを意味
し、チツプ内で部分的な重ね合わせ不良が生じ
る。Ｘ線ステツパーの場合も、ウエハの平面度が
悪化していると、露光するチツプとマスクとの平
行度が変化し、良品率は大幅に低下することにな
る。
（発明の目的） そこで本発明は、ステツプ・アンド・リピート
方式の露光装置において、露光すべき感光基板上
の小領域と原画像の形成される所定像面との平行
度、すなわちシヨツト毎のフラツトネス簡単な構
成で検出可能とした露光装置を得ることを目的と
する。
（発明の概要） 本発明は第１図に概略的に示すように、投影光
学的の結像面、又はマスクからプロキシミテイギ
ヤツプ分だけ離れて面のように原画像が形成され
るべき所定像面（FP）と略平行な仮想的な基準
平面（LP）に沿つて感光基板Ｗを２次元移動さ
せる移動体（Ｘ、Ｙステージ５，６；駆動部８，
９）と、感光基板Ｗの表面と基準平面（LP）と
の間隔に関する情報、例えば所定像面（FP）と
感光基板Ｗの表面とが一致するように感光基板Ｗ
の位置を、焦点検出系１４，１５、Ｚステージ
４、駆動部７により調整したときの感光基板Ｗの
位置情報（PZ）、又は焦点検出系１４，１５の一
部を合焦するように移動させたときの移動量情報
を、感光基板Ｗ上の露光すべき複数の領域（シヨ
ツト、又はチツプ）について順次検出する間隔検
出手段（Ｚ位置検出器７ａ；PZ記憶部５０）と、
その検出された複数の間隔に関する情報（例えば
位置情報PZ）のうち、着目する露光領域の間隔
に関する情報と、その周辺の露光領域の間隔に関
する情報とを比較することによつて、着目する露
光領域の表面の所定像面（FP）に対する平行度
（フラツトネス）を検出する平行度検出手段（フ
ラツトネス演算部５１）とを設けることを技術的
要点とし、これによつて着目する露光領域の解像
不良を、感光基板Ｗへの露光動作前、露光動作
中、あるいは露光動作後の任意の時点で検出可能
とし露光装置を得るものである。さらに特定の実
施態様によれば、感光基板Ｗ上で解像不良の生じ
た位置をシヨツト座標記憶部５２、又は移動体
５，６の位置計測部からの位置情報（PX、PY）
に基づいて決定し、解像不良が生じることの警報
のみでなく、その不良の原因をもある程度判別し
得るような複数種の警報を発生する警報発生部５
３が設けられ、ここからの各種情報（表示データ
VS；警報信号ALM）に応じて警報の種類や作業
者への注意を促すような表示を行なう表示部（デ
イスプレイ２５；警報部２６）が駆動される。
（実施例） 第２図は本発明の第１の実施例による縮小投影
型露光装置の概略的な構成を示す斜視図であり、
第３図はその露光装置の制御系の回路ブロツク図
である。
第１図において縮小投影レンズ１は原画パター
ン（回路パターン等）の描かれたパターン領域
Prを有するレチクルＲの像をウエハＷ上に縮小
投影する。レチクルＲは４隅に真空吸着部２ｂを
有するレチクルホルダー２に裁置される。またレ
チクルホルダー２はパターン領域Prに対応した
開口部２ａを有し、パターン領域Prの中心（レ
チクルセンター）が投影レンズ１の光軸AXを通
るようにレチクルＲを位置決め可能である。ウエ
ハＷは、表面が投影レンズ１の結像面と平行に設
定されたウエハホルダー（チヤツク）３上に真空
吸着される。ウエハホルダー３は光軸AX方向に
上下動可能なＺステージ４上に取り付けられてい
る。Ｚステージ４はｘ方向に直線移動可能なＸス
テージ５上に設けられており、さらにそのＸステ
ージ５はｘ方向と直交するｙ方向に直線移動する
Ｙステージ６上に設けられている。上記Ｘ、Ｙス
テージ５，６によつてウエハＷはxy平面内で２
次元移動し、Ｚステージ４によつて焦点合わせの
ための上下動を行なう。Ｚステージ４の上下動は
Ｘステージ５上に設けられた駆動部７によつて行
なわれ、Ｘステージ５の移動はＹステージ６上に
設けられた駆動部８によつて行なわれ、Ｙステー
ジ６の移動は駆動部９によつて行なわれる。また
Ｚステージジ４の直交する２辺には移動鏡１０，
１１が設けられ、レーザ干渉計１２からｘ方向に
射出した平行なレーザ光束BXは移動鏡１０のｙ
方向に伸びた反射面に垂直に入射し、レーザ干渉
計１３からｙ方向に射出した平行なレーザ光束は
移動鏡１１のｘ方向に伸びた反射面に垂直に入射
する。このレーザ干渉計１２，１３の夫々によつ
てウエハＷの２次元的な位置（座標）が計測され
る。また投影レンズ１の投影領域内にウエハＷが
位置したとき、ウエハＷの表面のＺ方向（光軸
AX方向）の位置を検出するために斜入射光方式
の焦点検出系が設けられている。この焦点検出系
は、ウエハＷの表面に斜めに結像光束を投射する
投光器１４と、その光束の反射光を受光して光電
検出し、ウエハＷの表面の高さ位置、又は投影レ
ンズ１の結像面からのずれ量に応じた焦点信号を
出力する受光器１５とで構成され、例えば特開昭
56−42205号公報に開示されているものと同等で
ある。尚、本実施例では光電式の焦点検出系を用
いるものとするが、ウエハＷに一定圧力の気体を
ノズルから噴射し、その気体の背圧を検出するエ
アマイクロメータ方式等の公知の焦点検出系であ
つてもよい。
以上第２図のような構成において、投影レンズ
１の結像面は原画像の形成されるべき所定像面で
あり、Ｘステージ５、Ｙステージ６によつて感光
基板としてのウエハＷを基準平面（本実施例では
xy平面）に沿つて２次元移動される移動体が構
成される。
さて第３図の制御系において、第１図と同一の
部材には同じ符号を付してある。装置全体の制御
や各種演算はマイクロコンピユータやミニコンピ
ユータ等のプロセツサー（以下CPUと呼ぶ）２
０によつて処理され、CPU２０には各種プログ
ラムやデータを記憶するメモリ（以下RAMと呼
ぶ）２１が接続される。レーザ干渉計１２によつ
て検出されるウエハＷのｘ方向の位置情報PX、
レーザ干渉計１３によつて検出されるウエハＷの
ｙ方向の位置情報PY、及び焦点検出系の受光器
１５からの焦点信号FSは、入出力インターフエ
イス回路（以下IFCと呼ぶ）２２を介してCPU２
０に読み込まれる。またCPU２０から出力され
る各ステージの駆動用に信号は、IFC２２を介し
て各駆動部に送られる。すなわち焦点合わせのた
めにＺステージ４を上下動する駆動部７にはＺ駆
動信号DZが出力され、駆動部８，９の夫々には
Ｘ駆動信号DX、Ｙ駆動信号DYが出力される。
また駆動部７には、Ｚステージ４の上下動の位置
に応じた信号PZを出力するＺ位置検出器７ａが
組み込まれている。駆動部７がモータであつて、
その回転量がＺステージ４の上下動量に一義的に
対応しているものとすると、Ｚ位置検出器７ａ
は、そのモータの回転量を検出するロータリーエ
ンコーダ、又はパルスジエネレータ等によつて構
成される。このＺ位置検出器７ａは本発明の間隔
検出手段の一部を構成するものである。さらに第
１図には示していないが、レチクルＲを照明する
露光光のON／OFFはシヤツターで行なわれるの
で、CPU２０は露光の際にシヤツターの開閉を
制御するシヤツター制御部２３に制御信号を出力
する。また装置の状態やシーケンスを外部から制
御するためのキーボード２４が設けられ、ここか
ら作業者が必要な情報を装置に与える。ブラウン
管等のデイスプレイ２５はCPU２０で判断され
た装置の状態を表示するためのものであり、IFC
２２からの表示データVSに応じた表示がなされ
る。
この表示データVSとしては、投影レンズ１の
結像面とウエハＷの表面との平行度（解像不良）
に関する情報や警報が含まれている。また解像不
良に関する警報のみを単独に表示する警報器２６
が設けられていて、IFC２２を介してCPU２０か
らの警報信号ALMが入力される。この警報器２
６は警報信号ALMの内容に応じて音、光等の表
示状態を変えるものであり、作業者（オペレー
タ）への注意を促すものである。尚、警報信号
ALMの内容は表示データVSにも含まれており、
デイスプレイ２５にも表示されるようになつてい
る。
以上のような構成において、本発明の平行度検
出手段は、CPU２０によつて処理されるソフト
ウエアで実現されるとともに、着目する露光領域
の平行度（フラツトネス）を求めるための偏差演
算手段、及び解像不良を警告する警報発生手段の
一部もソフトウエアで実現されるものとする。
次に本実施例の動作を第４図のフローチヤート
図に基づいて説明する。本フローチヤートは装置
の露光時の概略的な動作を表わしたものに過ぎ
ず、実際の露光動作はさらに複雑なシーケンスに
よつて成り立つている。しかしここでは説明を簡
素化するために、本発明の主要動作となる部分以
外は簡単に示してある。また本動作は複数のウエ
ハを連続して処理する場合を示し、特にあるロツ
ト内のウエハを連続して露光する場合を例にとつ
て示してある。そこで本動作のシーケンスを第４
図中の各ステツプに従つて説明する。
〔ステツプ100〕 露光動作が開始されると、CPU２０は露光に
必要な各種パラメータをイニシヤライズする。そ
のパラメータのうち代表的なものは、ウエハＷ上
のチツプの配列設計値、すなわちシヨツト座標値
である。SR方式では、そのシヨツト座標値に基
づいて２次元移動ステージの位置決め（ステツピ
ング）が行なわれる。さらにCPU２０は、警報
発生モードを決めるためのパラメータもイニシヤ
ライズする。
そのパラメータの機能については後で詳しく述
べるが、ウエハＷの露光すべき領域の平面度、厳
密に言うならば投影レンズ１の結像面と露光領域
の表面との平行度（以下このことを単にフラツト
ネスと呼ぶことにする）が悪化するようなシヨツ
トに対して、どのような種類の警報を、どのよう
に発生するかを予め設定しておくものである。本
実施例では３種類の警報を発生するように構成さ
れている。その第１の警報は、露光しようとした
シヨツト位置でフラツトネスが悪化している場合
に随時発生し、第２の警報は１枚のウエハの露光
動作中に第１の警報が任意の回数ｎ以上発生した
場合に発生し、そして第３の警報は異なるウエハ
上の同一シヨツト位置で第１の警報が発生した場
合に発生するように構成されている。ここでのパ
ラメータ設定は、その警報のどのモードを選択
し、どの警報で装置の動作を停止させるか等を決
定するためのものであり、オペレータの要求によ
つてキーボード２４から入力される。
〔ステツプ101〕 次にCPU２０は、不図示のウエハカセツトか
ら１枚のウエハを取り出して、ウエハホルダー３
上に搬送するためのウエハロードの指令を発生す
るとともに、ウエハホルダー３上のウエハＷのア
ライメント（ここでは第２層以降の重ね焼き時の
グローバルアライメント）をするための指令を発
生する。このアライメントによつてウエハＷ上の
チツプ配列座標系とステージの移動座標系とが一
義的に対応付けられる。
〔ステツプ102〕 次にCPU２０は、設計上のシヨツト座標値と
レーザ干渉計１２，１３からの位置情報PX、PY
とが一致するように、駆動信号DX、DYを出力
して、ステージをステツピングさせる。第５図
は、ウエハＷ上のチツプ配列の一例を示す平面図
であり、矩形のチツプC1，C2……C8，C9……が
マトリツクス状に配置される。チツプ配列座標は
ステージの移動座標、すなわちxy座標と一致し
ている。本実施例では第５図中のチツプC1，C2
の一列を露光した後、ｙ方向に一行分だけステツ
ピングして、チツプC3，C4，……C8の一列を露
光するようにステツピングするものとする。
〔ステツプ103〕 次にCPU２０は露光すべきチツプについて焦
点合わせするための動作を行なう。そこでCPU
２０は受光器１５からの焦点信号FSに基づいて
駆動部７がサーボ制御されるような状態にして、
そのサーボ制御に適した駆動信号DZを出力する。
これによつて、投影レンズ１の結像面と露光すべ
きチツプの表面とが一致するようにＺステージ４
のＺ方向の位置が調整される。斜入射光方式の焦
点検出系として、先にも述べた特開昭56−42205
号公報に開示されたものを用いるとすると、チツ
プ表面の高さ位置は、ほぼチツプの中心、換言す
れば投影レンズ１の光軸AX付近で検出され、焦
点信号FSは結像面に対するチツプ表面のＺ方向
のずれ量に対応したアナログ信号になる。そのず
れ量がＺステージ４の調整により零になると、焦
点信号FSのアナログ値は合焦を表わすような所
定値（例えば零）になる。CPU２０は、その所
定値になつたことを検出して、焦点合わせ動作を
終了する。
〔ステツプ104〕 次にCPU２０は、レーザ干渉計１２，１３か
らの位置情報PX、PYと、Ｚ位置検出器７ａから
の位置情報PZとを読み取り、その各値を記憶す
る。位置情報PZは露光すべきチツプの表面と結
像面とを一致させたときのＺステージ４のＺ方向
の位置に対応している。このときの様子を第６図
を参照して説明する。第６図は第５図に示したウ
エハＷのRR′矢視断面図であり、ここにはウエハ
ホルダー３の断面もあわせて示してある。第６図
ではウエハホルダー３に真空吸着されたウエハＷ
が裁置面に正確に矯正されず、平面度が悪化した
場合を誇張して表わしてある。Ｚ位置検出器７ａ
はＺステージ４の所定の基準面（xy平面）LPか
らの高さ位置の変化量を検出するものである。そ
こでＺステージ４の高さ位置を変えずに基準面
LPと各チツプC15〜C22の表面と夫々との間隔を
計測したとき、その間隔がZ15，Z16、……Z21，
Z22であるものとして、基準面LPと投影レンズ１
の結像面FPとの間隔（装置固有の一定値）をZ0
とすると、各チツプC15〜C22露光のたびに焦点合
わせを行なえば、各チツプC15〜C22毎のＺステー
ジ４の高さ位置の調整量、すなわち位置情報
PZ15，PZ16……PZ21，PZ22の夫々はZ0−Z15，Z0
−Z16，……Z0−Z21，Z0−Z22として検出される。
尚、基準面LPは仮想的なものであり、これを例
えば結像面FPと一致させて、Z0＝０としてもか
まわない。また後で詳しく説明するが、各位置情
報PZ15，PZ16……PZ21，PZ22の夫々に一定のオ
フセツト量が含まれていても、フラツトネスの演
算の際に相殺されるため何ら支障はない。
ところで本実施例では位置情報PX、PYをレー
ザ干渉計１２，１３から読み取るものとしたが、
露光すべきチツプのシヨツト座標値は予め決まつ
ているので、実際に読み込む位置情報はPZだけ
にしてもよい。
〔ステツプ105〕 次にCPU２０は露光すべきチツプのフラツト
ネスを演算する。このフラツトネス検出方式を、
さらに第７図、第８図を参照して説明する。第７
図ａは１つのチツプについてフラツトネスが許容
範囲にある状態を示し、第７図ｂは許容範囲外に
ある状態を模式的に示す。第７図ａ，ｂにおい
て、投影レンズ１の光軸AXは結像面FPに垂直で
あり、所望の解像力が得られる焦点深度を光軸
AX方向の幅でｄとしてある。また露光すべきチ
ツプ（又はシヨツト）の大きさ（サイズ）をCS
とし、そのチツプの表面をWSとしてある。焦点
合わせが行なわれると、表面WSのチツプ中心は
結像面FPと一致し、表面WSのフラツトネスが第
７図ａのようにサイズCS内の全域で焦点深度ｄ
内にあるときは、そのチツプの露光の解像不良と
なることはない。ところが第７図ｂのように、サ
イズCSの周辺が焦点深度ｄの幅を越えるほど表
面WSが傾斜していると、チツプ周辺で解像不良
が生じる。尚、サイズCSのような小さい範囲で
は、第６図のようにウエハ全体が湾曲していて
も、表面WSはほぼ均一な平面とみなすことがで
きる。このためチツプ（シヨツト）の端部の結像
面FPからの光軸方向へのずれ量は、表面WSの結
像面FPに対する傾きをθとすると、第７図ａの
場合は約1/2CS・sinθ1であり、第７図ｂの場合は
約1/2CS・sinθ2である。従つて｜CS・sinθ｜≦
ｄであれば、チツプ（シヨツト）全面で必要な解
像力が得られるし、｜CS・sinθ｜＞ｄであればチ
ツプ（シヨツト）周辺で解像不良が生じることに
なる。本実施例では傾きθを直接測定して、上記
演算によりフラツトネスを検出するのではなく、
露光しようとするウエハＷ上のチツプ（シヨツ
ト）と、それに隣接したチツプとの焦点合わせ時
のＺステージ４の各高さ位置の相互関係から簡単
な演算でフラツトネスを検出する。
第８図は、第５図に示したウエハＷ上で、チツ
プC9〜C14と露光が進み、さらにチツプC15〜C19
までの露光が終了した状態で、チツプC20を露光
しようとする場合のチツプ配列を示し、特にチツ
プC9〜C11，C19，C20の部分の拡大図である。各
チツプC9，C10，C11，C19は、これから露光する
チツプC20の周辺に隣接した露光済みのチツプで
ある。C9，C10，C11，C19の夫々の中心の高さ位
置に関する位置情報PZ9，PZ10，PZ11，PZ19は、
各チツプの露光前に検出され、ステツプ104で
CPU２０に接続されたRAM２１に記憶されてい
る。そこでCPU２０はこれから露光しようとす
るチツプC20の中心の高さ位置に関する位置情報
PZ20と、PZ9，PZ10，PZ11，PZ19との夫々から、
チツプC20の週辺の４点Pa，Pb，Pc，Pdが焦点
深度ｄの幅に入いつているか否かを演算する。こ
こで隣接するチツプ同志の表面は線形の変位とし
て近似できるものとすると、４点Pa，Pb，Pc，
Pdのチツプ中心に対する光軸方向の変位量ΔZa、
ΔZb、ΔZc、ΔZbは、以下の各式で表わされる。
ΔZa＝1/2（｜PZ20−PZ9｜） ……(1) ΔZb＝1/2（｜PZ20−PZ10｜） ……(2) ΔZc＝1/2（｜PZ20−PZ11｜） ……(3) ΔZd＝1/2（｜PZ20−PZ19｜） ……(4) この各式からも明らかなように、着目する露光
領域（チツプC20）における高さ位置と、その周
辺の露光領域の高さ位置との偏差を検出するの
で、検出した高さ位置同志に一定のオフセツト量
が含まれていたとしても、そのオフセツトは相殺
されることになる。このことは、ウエハＷ自体の
厚みむら等の影響を受けず、常にウエハ表面の局
部的な微小傾斜に応じた変位量が正確に検出でき
ることを意味する。
そこでCPU２０は上記式(1)、(2)、(3)、(4)を演
算して、その結果をRAM２１に記憶する。この
際、CPU２０はチツプC20の周囲のチツプで、す
でに露光されたもの、すなわち位置情報PZがす
でに検出されて記憶されたチツプをチツプ配列デ
ータ上でサーチする処理も必要となる。尚、本ス
テツプは本発明における偏差検出手段の機能を実
現する。
〔ステツプ106〕 次にCPU２０は、演算された変位量ΔZa、
ΔZb、ΔZc、ΔZdが焦点深度ｄとの関係で許容さ
れ得る値か否かの判断を行なう。変位量ΔZはチ
ツプ中心に対するチツプ周辺の光軸方向のずれ量
なので、チツプの両端での変位量はほぼその２倍
となり、CPU２０は以下の比較を行なう。
２・ΔZa≦ｄ ……(5) ２・ΔZb≦ｄ ……(6) ２・ΔZc≦ｄ ……(7) ２・ΔZd≦ｄ ……(8) この式(5)〜(8)までの各条件がともに満足されて
いるとき、チツプC20の表面はその内のどの点に
ついても第７図ａのように焦点深度内にあり、フ
ラツトと判断される。また式(5)〜(8)の条件がとも
に満足されていないときは、チツプC20の周辺の
いたる点で焦点深度外になつていると判断され
る。ここでフラツトであると判断されたときは、
ステツプ107にジヤンプする。
〔ステツプ107〕 露光すべき領域がフラツトであれば、最適な解
像力が得られるので、CPU２０はシヤツター制
御部２３に指令を出力して、その領域での露光
（プリント）を実行する。
〔ステツプ108〕 プリントが終了するとCPU２０は１枚のウエ
ハ上の全チツプ（シヨツト）について露光が完了
したか否かを判断して、完了していないときは再
び先のステツプ102からの動作を繰り返す。
〔ステツプ109〕 ステツプ108で全シヨツトの露光が完了したと
判断されたとき、CPU２０は露光の終つたウエ
ハＷをアンロード（搬出）する。
〔ステツプ110〕 次にCPU２０はロツト内の全ウエハについて
露光したか否かを判断し、残りのウエハがあると
きは再びステツプ101からの動作を繰り返す。
ところで先のステツプ106において、フラツト
ではないと判断されると、CPU２０はステツプ
100で設定された警報に関するパラメータに基づ
いて、各種警報を発生するためのステツプ120〜
132（本発明の警報発生手段）を実行する。
〔ステツプ120〕 ここでCPU２０は、ウエハＷ上の露光しよう
としたチツプ（例えばC20）がフラツトネス不良
である旨の第１の警報ALM−１を発生する。そ
こでCPU２０は表示データVSとして、ウエハ上
のそのチツプの位置に関する情報を出力するとと
もに、それを記憶する。これによつてデイスプレ
イ２５上には解像不良になるチツプの位置が表示
される。
〔ステツプ121〕 次にCPU２０は、警報ALM−１の発生した回
数を記憶するレジスタ（又はメモリ）を１だけイ
ンクリメント（＋１カウント）する。尚、そのレ
ジスタ（又はメモリ）はステツプ101において新
しいウエハがローデイングされた時点で零にクリ
アされる。
〔ステツプ122〕 次にCPU２０は、ステツプ100で設定されたパ
ラメータに基づいて、以降の露光を中止すべく装
置を停止させるか否かを判断する。装置を停止さ
せる場合は当然オペレータにその旨を知らせる必
要があり、以降その判断を「オペレータコールか
否かの判断」と呼ぶことにする。
〔ステツプ123〕 ステツプ122でオペレータコールが必要である
と判断されると、CPU２０は装置の動作を中止
させて待機状態にさせるとともに、警報器２６に
警報ALM−１に対応した信号ALMを出力する。
これによつて警報器２６はウエハ上でこれから露
光するべきチツプ解像不良になることを表わす状
態になる。
〔ステツプ124〕 ステツプ122でオペレータコールが不要である
と判断されると、CPU２０はステツプ121でカウ
ントされた警報ALM−１の発生回数、すなわち
解像不良になつたであろうチツプ（シヨツト）の
個数が、予め定めた任意の数ｎに達したか否かを
判断する。尚、ここでは１枚のウエハ上でそれま
で露光してきたシヨツト数と、警報ALM−１の
発生したシヨツト数との比が、所定の値に達した
か否かを判断するようにしてもよい。
〔ステツプ125〕 次にCPU２０は、１枚のウエハ上でフラツト
ネス不良になつたチツプが所定個数以上ある旨の
第２の警報ALM−２を発生する。そこでCPU２
０は表示データVSとして、ウエハ上の複数のチ
ツプ位置で解像不良が起きたこと、換言すればウ
エハのホルダーへの吸着不良によつてウエハの平
坦化矯正が不十分である旨の情報を出力する。こ
れによつてデイスプレイ２５上にはウエハのソリ
や湾曲が大きすぎるための吸着不良が発生したこ
とが表示される。
〔ステツプ126〕 次にCPU２０は警報ALM−２が発生したこと
によるオペレータコールが必要か否かを予めセツ
トされたパラメータに基づいて判断する。
〔ステツプ127〕 ステツプ126でオペレータコールが必要と判断
されると、CPU２０は装置の動作を中止させて
待機状態にさせるとともに、警報器２６に警報
ALM−２に対応した信号ALMを出力する。これ
によつて警報器２６は警報ALM−１による表示
と識別し得るような表示を行なつて、吸着不良の
可能性が高いことをオペレータに知らせる。
〔ステツプ128〕 ステツプ126でオペレータコール不要と判断さ
れると、CPU２０はステツプ120で警報ALM−
１の発生したチツプ位置が、先行して露光された
ウエハ（１枚又は複数枚）上で生じたフラツトネ
ス不良と同一位置、もしくはその近傍であるか否
かを比較する。
〔ステツプ129〕 ステツプ128の比較によつて、先行ウエハ上の
同一位置、又はその近傍で警報ALM−１が発生
していたときは、CPU２０はステツプ130に進
み、そうでないときには先に説明したステツプ
107の「プリント」からの動作を実行する。
〔ステツプ130〕 ここでCPU２０は複数枚のウエハ上の同一位
置で解像不良が発生したこと、換言すればウエハ
ホルダー上の特定の位置にレジストの微粉やその
他のゴミが付着した可能性が高い旨の第３の警報
ALM−３を発生する。これによつてデイスプレ
イ２５上には、ウエハホルダーへの異物の付着が
発生したことが表示される。
〔ステツプ131〕 次にCPU２０は警報ALM−３が発生したこと
によるオペレータコールが必要か否かを、予めセ
ツトされたパラメータに基づいて判断する。ここ
でオペレータコールが不要と判断されると、先に
説明したステツプ107の「プリント」からの動作
が実行される。
〔ステツプ132〕 ステツプ131でオペレータコールが必要と判断
されると、CPU２０は装置の動作を中止させて
待機状態にさせるとともに、警報器２６に警報
ALM−３に対応した信号ALMを出力する。これ
によつて警報器２６は先の２つの警報ALM−１，
ALM−２によるいずれの表示とも識別し得るよ
うな表示を行なつて、ウエハホルダーのクリーニ
ング等の必要があることをオペレータに知らせ
る。
以上本実施例の全体の動作を説明したが、第４
図に示したシーケンスでは１枚のウエハの露光動
作中に各種警報の発生や装置停止の要否を判断し
ていくので、実際の装置としてはその分だけウエ
ハの処理スピードが低下することが考えられる。
さらに１枚のウエハの露光動作中に装置が停止す
ることがあり、オペレータの作業が繁雑になるき
らいもある。
そこで各種警報は１枚のウエハの露光が終了し
た後、例えばステツプ109でウエハをアンロード
しているような間に出力するようにし、装置の停
止はそのウエハのアンロード後に行なうようにす
ると実際的である。そこで第４図の各ステツプの
うち、ステツプ101〜104までを実行したら、次に
ステツプ107〜109を実行するようにする。すなわ
ち１枚のウエハ上で解像不良になるチツプが発生
したとしても、それは無視してとりあえず１枚だ
けは露光してしまう。そしてステツプ109でウエ
ハをアンロードしている間に、ステツプ105〜132
までの警報処理を実行する。この場合、ステツプ
105でのフラツトネス演算は、露光されたウエハ
上の全チツプについて繰り返し行なわれ、ステツ
プ106は不要である。そして各チツプのフラツト
ネスが算出されたら、ステツプ120、においてそ
のチツプ位置をデイスプレイ２５上に表示し、ス
テツプ121でチツプ数を計数する。そのチツプ数
が零のときは警報の発生は不要であるので、ステ
ツプ110の動作から前述のように繰り返される。
ステツプ121でチツプ数が零でないときは、ステ
ツプ124、125、128、129、及び130が順次実行さ
れる。この場合ステツプ122、123、126、127、
131は不要である。そしてステツプ129又は130が
終了した時点で前述の各種警報状態が警報器２６
によつて表示する。こうして警報が表示されたと
きは、ステツプ109のウエハアンロードの完了後、
装置は自動的に待機状態になり、オペレータのア
シスト（例えばキーボード２４からを指令入力）
を待つ。このようにすれば、解像不良の生じたウ
エハのチエツクを高いスループツトを維持しつつ
実現できるので、半導体素子の生産ラインにおい
て極めて有効である。
上記実施例で解像不良の生じたウエハ上のチツ
プ位置については、ステツプ120で順次記憶され
ていくので、その記憶状態を他の固定記憶装置
（磁気デイスク、フロツピーデイスク、又は磁気
カード、テープ等）に転送しておけば、以後のウ
エハプロセス上の管理データとして用いることも
できる。その一例として、ウエハプローバとテス
ターで最終的にチツプを検査する際、解像不良の
チツプが救済できないものとわかつている場合、
自動的にそのチツプの検査を省略することも可能
である。逆に解像不良のチツプについて重点的に
検査することもできる。さらに、レーザスポツト
を用いた欠陥修正装置に解像不良のデータを送り
込み、プローバと共同して欠陥修正する際のデー
タとして使うこともできる。
またフラツトネス演算の際、１枚のウエハの露
光動作が終了してから各チツプ毎のフラツトネス
を算出する場合は、着目する露光領域の周辺のチ
ツプのうち、最大８個のチツプの高さ位置情報
PZの夫々を着目露光領域の高さ位置情報PZと比
較することが可能である。さらに露光動作中に逐
次各種警報を発生する場合は、１枚のウエハ上の
初めの方に露光したチツプについては、比較すべ
き周辺のチツプの情報PZが少なかつたり、まつ
たくなかつたりすることもある。このときは途中
まで露光が終つた状態で、初めの方で露光したチ
ツプについてのフラツトネスを再演算させるか、
そのウエハの露光完了後に再演算させるようにす
るとよい。
尚、フラツトネスの検出は、第８図に示すよう
に着目する露光領域の周辺の何点かの高さ位置を
求める方式なので、その露光領域のどの部分が解
像不良になるのかも判定できる。具体的には先の
条件式(5)〜(8)の中で条件を満足しなかつた部分を
検出して、表示データVSとして出力し、デイス
プレイ２５上に表示すればよい。
以上本発明の各実施例は縮小投影型露光装置を
用いて説明されているが、Ｘ線ステツパーの場合
も全く同様に実施できる。Ｘ線ステツパーの場合
は、マスクとウエハとを10〜50μｍ程度の一定の
ギヤツプに設定するだけであり、結像光学系があ
る訳ではないが、マスクからそのギヤツプ分だけ
離れた位置に原画像の形成される所定像面が位置
していると言える。
さらにウエハ上の各露光領域毎に、その表面の
高さを計測する例としては、Ｚステージ４は一定
の高さに固定したままウエハを２次元移動させ
て、そのときの焦点信号FSのアナログ値の変化
を検出するようにしてもよい。このようにするウ
エハへの露光前に解像不良となるチツプが検出可
能である。また焦点検出用に設けられた対物レン
ズが常にウエハの表面に合焦するように、対物レ
ンズを上下動させる方式では、対物レンズの上下
動の量を各露光領域毎に読み取るようにしても同
様のフラツトネス演算が可能である。尚、Ｚステ
ージ４又は対物レンズの上下動をパルスモータで
駆動する場合は、パルスモータに送出するパルス
数を計測するカウンタをCPU２０内に設定すれ
ば、そのカウンタがＺ位置検出器７ａと同等の機
能を実現することになる。
（発明の効果） 以上本発明によれば、感光基板のソリや湾曲等
による各露光領域の傾きを、何ら特別の検出装置
を設けることなく検出でき、解像不良を起こした
チツプ、又は解像不良になるようなチツプをただ
ちに判断できるので、半導体素子の生産率（良品
率）を著しく向上させることができるといつた効
果が得られる。さらに解像不良になるか否かの判
断も露光直前に行なうことが可能であるので、無
用の露光動作をさけることも可能となる。また複
数の感光基板を露光処理する間に生じる真空チヤ
ツクの吸着不良や吸着面への異物の付着の発見も
容易に行なえるといつた利点もある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の特徴を表わす概略的な構成
図、第２図は本発明の実施例による投影型露光装
置の概略的な構成を示す斜視図、第３図は第２図
の装置の制御系を示す回路ブロツク図、第４図は
一連の露光動作や警報発生動作のシーケンスを示
すフローチヤート図、第５図はウエハへのシヨツ
ト（チツプ）配列の一例を示す平面図、第６図は
第５図中のウエハのRR′矢視断面を、ウエハホル
ダーの断面とともに示す断面図、第７図は解像不
良になるか否かを説明するための図、第８図は解
像不良を検出する動作を説明するためのチツプ配
列を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１……投影レンズ、
４……Ｚステージ、７……Ｚ駆動部、７ａ……Ｚ
位置検出器、１４，１５……焦点検出系、２０…
…CPU、２５……デイスプレイ、２６……警報
器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 露光すべき原画像の形成される所定像面と略
    平行な面内で感光基板を保持して２次元移動する
    ステージと、前記原画像が露光される前記感光基
    板上の複数の露光領域の夫々の表面と前記所定像
    面との間隔方向の位置ずれを直接検出する焦点検
    出器を有し、前記露光領域の表面と前記所定像面
    とがほぼ一致するように、前記焦点検出器により
    検出された位置ずれに基づいて前記感光基板と前
    記所定像面との間隔を調整する調整手段とを備え
    た露光装置において、 前記露光領域に対する前記調整手段の調整動作
    がほぼ終了する毎に、その調整位置に対応した値
    を順次検出する位置検出手段と； 前記感光基板上のこれから露光すべき着目露光
    領域の周囲に位置するとともに、前記調整手段に
    よる調整動作が先立つて行われた周辺露光領域に
    ついて前記位置検出手段で検出された値を記憶す
    る記憶手段と； 前記着目露光領域について前記位置検出手段に
    より検出される値と前記記憶手段に記憶された値
    との偏差を算出する偏差演算手段と； 該算出された偏差が予め定められた許容値より
    も大きいときに前記着目露光領域内の平面度が悪
    化していることを表す第１の信号を発生する比較
    手段と； 前記感光基板上の複数の露光領域の夫々に対し
    て順次露光が進む間に発生した前記第１の信号の
    発生回路を計数し、その回数が予め定められた数
    以上のときに第２の信号を生成する警報生成手段
    とを備えたことを特徴とする露光装置。 ２ 露光すべき原画像の形成される所定像面と略
    平行な面内で感光基板を保持して２次元移動する
    ステージと、前記原画像が露光される前記感光基
    板上の複数の露光領域の夫々の表面と前記所定像
    面との間隔方向の位置ずれを直接検出する焦点検
    出器を有し、前記露光領域の表面と前記所定像面
    とがほぼ一致するように、前記焦点検出器により
    検出された位置ずれに基づいて前記感光基板と前
    記所定像面との間隔を調整する調整手段とを備え
    た露光装置において、 前記複数の露光領域の夫々に対する前記調整手
    段の調整動作がほぼ終了する毎に、その調整位置
    に対応した値を順次検出する位置検出手段と； 前記感光基板上の着目する露光領域と、その周
    囲に位置する周辺露光領域との夫々について前記
    位置検出手段で検出された値の偏差を、前記着目
    露光領域を変えて順次算出する偏差算出手段と； 前記偏差算出手段によつて順次算出される各偏
    差を予め定められた許容値と比較し、該許容値よ
    りも大きいときに着目露光領域の平面度が悪化し
    ていることを表す第１の信号を発生する比較手段
    と； 該比較手段の第１の信号が発生した着目露光領
    域の前記感光基板上での数が、予め設定された数
    よりも多いときに所定の警報を表示する表示手段
    とを備えたことを特徴とする露光装置。 ３ 前記偏差算出手段は、前記着目露光領域に隣
    接した２つ以上のｎ個の周辺露光領域の夫々と、
    当該着目露光領域との間で前記偏差を算出し、前
    記比較手段は当該着目露光領域に対して算出され
    たｎ個の偏差のうち少なくとも１つの偏差が前記
    許容値よりも大きいときに前記第１の信号を生成
    することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
    載の装置。 ４ 前記表示手段は、前記比較手段が第１の信号
    を生成した着目露光領域の前記感光基板上での位
    置を表す情報を表示することを特徴とする特許請
    求の範囲第２項に記載の装置。 ５ 露光すべき原画像の形成される所定像面と略
    平行な面内で感光基板を保持して２次元移動する
    ステージと、前記原画像が露光される前記感光基
    板上の複数の露光領域の夫々の表面と前記所定像
    面との間隔方向の位置ずれを直接検出する焦点検
    出器を有し、前記露光領域の表面と前記所定像面
    とがほぼ一致するように、前記焦点検出器により
    検出された位置ずれに基づいて前記感光基板と前
    記所定像面との間隔を調整する調整手段とを備
    え、前記感光基板の複数枚を順次処理する露光装
    置において、 前記複数の露光領域の夫々に対する前記調整手
    段の調整動作がほぼ終了する毎に、その調整位置
    に対応した値を順次検出する位置検出手段と； 前記感光基板上の着目する露光領域と、その周
    囲に位置する周辺露光領域との夫々について前記
    位置検出手段で検出された値の偏差を、前記着目
    露光領域を変えて順次算出する偏差算出手段と； 前記偏差算出手段によつて順次算出される各偏
    差を予め定められた許容値と比較し、該許容値よ
    りも大きいときは当該着目露光領域の平面度が悪
    化していることを表す第１の信号を発生する比較
    手段と； 前記複数枚の感光基板のうち、先行する第１の
    感光基板の露光処理の際、前記比較手段が第１の
    信号を発生した露光領域の位置を記憶する記憶手
    段と； 後続の第２の感光基板の露光処理の際、前記比
    較手段が第１の信号を発生した露光領域の位置が
    前記記憶手段に記憶された位置とほぼ一致してい
    るときは、第２の信号を発生する警報発生手段と
    を備えたことを特徴とする露光装置。 ６ 露光すべき原画像の形成される所定像面と略
    平行な面内で感光基板を保持して２次元移動する
    ステージと、前記原画像が露光される前記感光基
    板上の複数の露光領域の夫々の表面と前記所定像
    面との間隔方向の位置ずれを直接検出する焦点検
    出器を有し、前記露光領域の表面と前記所定像面
    とがほぼ一致するように、前記焦点検出器により
    検出された位置ずれに基づいて前記感光基板と前
    記所定像面との間隔を調整する調整手段とを備え
    た露光装置を用いた露光処理をへて、前記感光基
    板上の各露光領域に回路パターンを形成する製造
    方法において、 前記露光処理の際、前記複数の露光領域の夫々
    に対する前記調整手段の調整動作がほぼ終了する
    毎に、その調整位置に対応した第１の値を順次検
    出し、前記感光基板上の着目する露光領域につい
    て検出された第１の値と、その周辺に位置する周
    辺露光領域について検出された第１の値との偏差
    を、前記着目露光領域を変えて順次算出し、該算
    出された偏差が予め定められた許容値よりも大き
    くなつている着目露光領域の前記感光基板上での
    位置を表す情報を作成する第１工程と； 前記露光処理の終わつた感光基板上に形成され
    る回路パターンの形成状態を、前記第１工程で作
    成された情報に基づいて検査する第２工程とを含
    むことを特徴とする露光装置を用いた回路パター
    ン製造方法。
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