(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、該基板が供給されるカセットから装填される、装填ステーションと、前記基板がフォトレジスト材料で被覆される、コーティングステーションと、該フォトレジストコーティングが所定のパターンを有するマスクを通じて光に露光され、フォトレジストコーティングの上にマスクの潜像を形成する、露光ステーションと、該潜像が現像される、現像ステーションと、基板が荷おろしされる、荷おろしステーションと、全体的な制御装置と、前記荷おろしステーションにて排出されるカセット内に荷おろしされる前に、前記フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対して基板を監視する監視ステーションとを備える装置において、
前記監視ステーションは、監視の間に前記基板を支持するための真空支持アセンブリと、前記基板を照射するとともに、同基板からの光を集めて同光を示すデータを発生させる光学測定装置と、前記光学測定装置に接続され、前記集められた光を示す前記データを受け取って処理することにより、前記基板の少なくとも１つのパラメータを測定する制御装置であって、データ交換のために前記全体的な制御装置に接続され、中央処理装置と画像処理手段とを含む制御装置とを備え、
前記光学測定装置が、前記光学測定装置を前記支持アセンブリの上の基板に対してアライメントさせる低倍率チャネルと、基板が前記現像ステーションを通過した後で且つ荷おろしステーションに達する前に、フォトリソグラフィ工程の前記所定のパラメータを測定する高倍率チャネルとを備え、
前記高倍率チャネルが、監視ステーション内にて基板の表面に対して光源の入射角度を正確に測定し得るように光学ヘッド内に設けられた測定装置を更に備える
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記基板を１つのステーションから別のステーションに搬送する搬送装置を更に備え、該搬送装置が前記基板を前記監視ステーションまで搬送する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記監視ステーションの前記光学測定装置は、更に自動焦点決め機構を含む装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記監視ステーションが、基板に対して行われたその前のフォトリソグラフィ工程にて基板に形成される現像された像に対して、それぞれのフォトリソグラフィ工程にて基板の上に形成される現像された像のアライメント中のオーバレイのレジストレーション誤差を検出するモジュールを備える、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記監視ステーションが、基板に対して行われたフォトリソグラフィ工程により発生された欠陥を含む、基板における欠陥を検出するモジュールを備える、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記監視ステーションが、それぞれのフォトリソグラフィ工程中に形成されるフォトレジストコーティングの現像された像中の限界寸法誤差を検出するモジュールを備える、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記光学測定装置が、前記支持アセンブリと整合され且つ該支持アセンブリに面する透明な窓部を有する密封した囲い物を備え、前記支持アセンブリが、前記密封した囲い物の外側にあり且つその前記窓部から隔てられており、前記光学測定装置が更に、前記密封した囲い物の外部に位置する外部光源とを備える、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記外部光源は、光ファイバにより前記密封した囲い物の内部における光学測定装置の部分に接続されている、装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置において、前記制御装置が、前記密封した囲い物の外側に設けられ且つ前記密封した囲い物内に伸長する導電体を介して前記光学測定装置を制御し得るように同光学測定装置の一部に接続されている、装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の装置において、前記チャネルの双方が互いに対し且つ前記透明な窓部に対して固定される、装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の装置において、前記光学測定装置が、前記密封した囲い物内を可動の光学ヘッドを更に備え、該光学ヘッドは、前記低倍率チャネル用の対物レンズと、前記高倍率チャネル用の対物レンズとを含む、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記レンズが、前記光学ヘッドが移動するとき共に可動である、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、前記低倍率チャネルの対物レンズが比較的小さい開口数を有し、前記高倍率チャネルの対物レンズが比較的大きい開口数を有する、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置において、前記測定装置が、高倍率チャネルの対物レンズの各側部に設けられた同一のミラー及び同一のレンズと、対物レンズのそれぞれの側部に設けられたレンズ及びミラーを通じて光を基板に投射し、その後、対物レンズの反対側に設けられたレンズ及びミラーを通じて投射し得るように前記対物レンズの一方の側部に設けられたＬＥＤ照射器と、前記対物レンズの前記反対側に設けられた位置センサとを備える、装置。
【請求項１５】
所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、該基板が供給されるカセットから装填される、装填ステーションと、前記基板がフォトレジスト材料で被覆される、コーティングステーションと、該フォトレジストコーティングが所定のパターンを有するマスクを通じて光に露光され、フォトレジストコーティングの上にマスクの潜像を形成する、露光ステーションと、該潜像が現像される、現像ステーションと、基板が荷おろしされる、荷おろしステーションと、全体的な制御装置と、前記荷おろしステーションにて排出されるカセット内に荷おろしされる前に、前記フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対して基板を監視する監視ステーションとを備える装置において、
前記監視ステーションは、監視の間に前記基板を支持するための真空支持アセンブリと、前記基板を照射するとともに、同基板からの光を集めて同光を示すデータを発生させる光学測定装置と、前記光学測定装置に接続され、前記集められた光を示す前記データを受け取って処理することにより、前記基板の少なくとも１つのパラメータを測定する制御装置であって、データ交換のために前記全体的な制御装置に接続され、中央処理装置と画像処理手段とを含む制御装置とを備え、
前記光学測定装置が、前記光学測定装置を前記支持アセンブリの上の基板に対してアライメントさせる低倍率チャネルと、基板が前記現像ステーションを通過した後で且つ荷おろしステーションに達する前に、フォトリソグラフィ工程の前記所定のパラメータを測定する高倍率チャネルとを備え、
前記チャネルの各々が、光源とチャネルとの間のシャッタを備え、該シャッタが、前記チャネルの１つを選択的に作動可能にし得るように選択的に開放し且つ閉塞するようにした、装置。
【請求項１６】
所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、該基板が供給されるカセットから装填される、装填ステーションと、前記基板がフォトレジスト材料で被覆される、コーティングステーションと、該フォトレジストコーティングが所定のパターンを有するマスクを通じて光に露光され、フォトレジストコーティングの上にマスクの潜像を形成する、露光ステーションと、該潜像が現像される、現像ステーションと、基板が荷おろしされる、荷おろしステーションと、全体的な制御装置と、前記荷おろしステーションにて排出されるカセット内に荷おろしされる前に、前記フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対して基板を監視する監視ステーションとを備える装置において、
前記監視ステーションは、監視の間に前記基板を支持するための真空支持アセンブリと、前記基板を照射するとともに、同基板からの光を集めて同光を示すデータを発生させる光学測定装置と、前記光学測定装置に接続され、前記集められた光を示す前記データを受け取って処理することにより、前記基板の少なくとも１つのパラメータを測定する制御装置であって、データ交換のために前記全体的な制御装置に接続され、中央処理装置と画像処理手段とを含む制御装置とを備え、
前記光学測定装置が、前記光学測定装置を前記支持アセンブリの上の基板に対してアライメントさせる低倍率チャネルと、基板が前記現像ステーションを通過した後で且つ荷おろしステーションに達する前に、フォトリソグラフィ工程の前記所定のパラメータを測定する高倍率チャネルとを備え、
密封した囲い物内の前記光学測定装置が、光学ヘッドが較正装置とアライメントする位置に配置されたとき、光学ヘッドに対する測定位置をシミュレートする較正装置を備える、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、前記較正装置が、高いコントラストの材料から成るターゲットと、ガラス板と、ミラーとを備える、装置。
【請求項１８】
所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、該基板が供給されるカセットから装填される、装填ステーションと、前記基板がフォトレジスト材料で被覆される、コーティングステーションと、該フォトレジストコーティングが所定のパターンを有するマスクを通じて光に露光され、フォトレジストコーティングの上にマスクの潜像を形成する、露光ステーションと、該潜像が現像される、現像ステーションと、基板が荷おろしされる、荷おろしステーションと、全体的な制御装置と、前記荷おろしステーションにて排出されるカセット内に荷おろしされる前に、前記フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対して基板を監視する監視ステーションとを備える装置において、
前記監視ステーションは、監視の間に前記基板を支持するための真空支持アセンブリと、前記基板を照射するとともに、同基板からの光を集めて同光を示すデータを発生させる光学測定装置と、前記光学測定装置に接続され、前記集められた光を示す前記データを受け取って処理することにより、前記基板の少なくとも１つのパラメータを測定する制御装置であって、データ交換のために前記全体的な制御装置に接続され、中央処理装置と画像処理手段とを含む制御装置とを備え、
前記光学測定装置が、前記支持アセンブリと整合され且つ該支持アセンブリに面する透明な窓部を有する密封した囲い物を備え、前記支持アセンブリが、前記密封した囲い物の外側にあり且つその前記窓部から隔てられており、前記光学測定装置が更に、前記密封した囲い物の外部に位置する外部光源とを備え、
前記光学測定装置が、前記密封した囲い物内を可動の光学ヘッドを更に備え、該光学ヘッドは、低倍率チャネル用の対物レンズと、高倍率チャネル用の対物レンズとを含み、
前記低倍率チャネルが、光源と、該光源により照射されて、基板の表面に２°以上の開口角度を有する光の円錐体を形成するリングライトとを備える、装置。
【請求項１９】
所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、該基板が供給されるカセットから装填される、装填ステーションと、前記基板が荷下ろしされる荷下ろしステーションと、前記基板がフォトレジスト材料で被覆される、コーティングステーションと、潜像が現像される、現像ステーションと、前記基板を１つのステーションから別のステーションに搬送する搬送装置と、全体的な制御装置と、前記荷おろしステーションにて排出されるカセット内に荷おろしされる前に、前記フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対して基板を監視する監視ステーションとを備える装置において、
前記監視ステーションは、監視の間に前記基板を支持するための真空支持アセンブリと、前記基板を照射するとともに、同基板からの光を集めて同光を示すデータを発生させる光学測定装置であって、密封した囲い物及び該密封した囲い物外部に位置する外部光源を備える光学測定装置と、前記光学測定装置に接続され、前記集められた光を示す前記データを受け取って処理することにより、前記基板の少なくとも１つのパラメータを測定する制御装置であって、データ交換のために前記全体的な制御装置に接続され、中央処理装置と画像処理装置とを含む制御装置とを備え、
前記光学測定装置が可動の光学ヘッドを備え、
前記可動の光学ヘッドが、低倍率チャネルと、高倍率チャネルとを備え、
前記高倍率チャネルが、監視ステーション内にて基板の表面に対する光源の入射角度を正確に測定し得るように光学ヘッド内に設けられた測定装置を更に備える
ことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置において、前記監視ステーションは、基板に対して行われたその前のフォトリソグラフィ工程にて基板に形成される現像された像に対して、それぞれのフォトリソグラフィ工程にて基板の上に形成される現像された像のアライメント中のオーバレイのレジストレーション誤差と、それぞれのフォトリソグラフィ工程中に形成されるフォトレジストコーティングの現像された像中の限界寸法誤差とを検出するモジュールを含む、装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の装置において、前記制御装置は、密封した囲い物の外側に位置し、前記密封した囲い物内に伸長する導電体を介して前記光学測定装置を制御すべく同光学測定装置の前記一部に接続されている、装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の装置において、前記チャネルの双方が、互いに対し且つ透明な窓部に対して固定される、装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置において、前記密封した囲い物内を可動の前記可動の光学ヘッドが、前記低倍率チャネル用の対物レンズと、前記高倍率チャネル用の対物レンズとを保持し、該レンズが、前記光学ヘッドが移動するとき、共に可動である、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置において、前記低倍率チャネルの対物レンズが比較的小さい開口数を有し、前記高倍率チャネルの対物レンズが比較的大きい開口数を有する、装置。
【請求項２５】
請求項１９に記載の装置において、前記測定装置が、高分解能チャネルの対物レンズの各側部に設けられた同一のミラー及び同一のレンズと、対物レンズのそれぞれの側部に設けられたレンズ及びミラーを通じて光を基板に投射し、その後、対物レンズの反対側に設けられたレンズ及びミラーを通じて投射し得るように前記対物レンズの一方の側部に設けられたＬＥＤと、前記対物レンズの前記反対側に設けられた位置センサとを備える、装置。
【請求項２６】
所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、該基板が供給されるカセットから装填される、装填ステーションと、前記基板が荷下ろしされる荷下ろしステーションと、前記基板がフォトレジスト材料で被覆される、コーティングステーションと、潜像が現像される、現像ステーションと、前記基板を１つのステーションから別のステーションに搬送する搬送装置と、全体的な制御装置と、前記荷おろしステーションにて排出されるカセット内に荷おろしされる前に、前記フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対して基板を監視する監視ステーションとを備える装置において、
前記監視ステーションは、監視の間に前記基板を支持するための真空支持アセンブリと、前記基板を照射するとともに、同基板からの光を集めて同光を示すデータを発生させる光学測定装置であって、密封した囲い物及び該密封した囲い物外部に位置する外部光源を備える光学測定装置と、前記光学測定装置に接続され、前記集められた光を示す前記データを受け取って処理することにより、前記基板の少なくとも１つのパラメータを測定する制御装置であって、データ交換のために前記全体的な制御装置に接続され、中央処理装置と画像処理装置とを含む制御装置とを備え、
前記光学測定装置が可動の光学ヘッドを備え、
前記可動の光学ヘッドが、低倍率チャネルと、高倍率チャネルとを備え、
前記チャネルの各々が、光源とチャネルとの間のシャッタを備え、該シャッタが、前記チャネルの１つを選択的に作動可能にし得るように選択的に開放し且つ閉塞するようにした、装置。
【請求項２７】
所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、該基板が供給されるカセットから装填される、装填ステーションと、前記基板が荷下ろしされる荷下ろしステーションと、前記基板がフォトレジスト材料で被覆される、コーティングステーションと、潜像が現像される、現像ステーションと、前記基板を１つのステーションから別のステーションに搬送する搬送装置と、全体的な制御装置と、前記荷おろしステーションにて排出されるカセット内に荷おろしされる前に、前記フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対して基板を監視する監視ステーションとを備える装置において、
前記監視ステーションは、監視の間に前記基板を支持するための真空支持アセンブリと、前記基板を照射するとともに、同基板からの光を集めて同光を示すデータを発生させる光学測定装置であって、密封した囲い物及び該密封した囲い物外部に位置する外部光源を備える光学測定装置と、前記光学測定装置に接続され、前記集められた光を示す前記データを受け取って処理することにより、前記基板の少なくとも１つのパラメータを測定する制御装置であって、データ交換のために前記全体的な制御装置に接続され、中央処理装置と画像処理装置とを含む制御装置とを備え、
前記光学測定装置が可動の光学ヘッドを備え、
前記可動の光学ヘッドが、低倍率チャネルと、高倍率チャネルとを備え、
前記低倍率チャネルが、光源と、該光源により照射されて、基板の表面に２°以上の開口角度を有する光の円錐体を形成するリングライトとを備える、装置。
【請求項２８】
所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、該基板が供給されるカセットから装填される、装填ステーションと、前記基板が荷下ろしされる荷下ろしステーションと、前記基板がフォトレジスト材料で被覆される、コーティングステーションと、潜像が現像される、現像ステーションと、前記基板を１つのステーションから別のステーションに搬送する搬送装置と、全体的な制御装置と、前記荷おろしステーションにて排出されるカセット内に荷おろしされる前に、前記フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対して基板を監視する監視ステーションとを備える装置において、
前記監視ステーションは、監視の間に前記基板を支持するための真空支持アセンブリと、前記基板を照射するとともに、同基板からの光を集めて同光を示すデータを発生させる光学測定装置であって、密封した囲い物及び該密封した囲い物外部に位置する外部光源を備える光学測定装置と、前記光学測定装置に接続され、前記集められた光を示す前記データを受け取って処理することにより、前記基板の少なくとも１つのパラメータを測定する制御装置であって、データ交換のために前記全体的な制御装置に接続され、中央処理装置と画像処理装置とを含む制御装置とを備え、
前記光学測定装置が可動の光学ヘッドを備え、
前記可動の光学ヘッドが、低倍率チャネルと、高倍率チャネルとを備え、
前記密封した囲い物内の前記光学測定装置が、較正装置を備え、該較正装置が、光学ヘッドが該較正装置とアライメント状態に配置されたとき、光学ヘッドに対する測定位置をシミュレートする、装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置において、前記較正装置が、高いコントラストの材料から成るターゲットと、ガラス板と、ミラーとを備える、装置。
【請求項３０】
請求項４に記載の装置において、前記オーバレイのレジストレーション誤差を検出するモジュールは、更にそれぞれのフォトリソグラフィ工程中に形成されるフォトレジストコーティングの現像された像中の限界寸法誤差を検出する、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板をフォトリソグラフィ工程により加工するのに特に有用な検査装置及び検査方法に関する。本発明は、半導体の製造に特に有用であり、このため、この適用例に関して以下に説明する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の主たる製造方法は、次の３つの連続的な主要ステップ又は工程を含むフォトリソグラフィ工程である。すなわち：
（ａ）ウェハにフォトレジスト材料（ＰＲ）を被覆するステップ；
（ｂ）ＰＲ上にマスクの潜像を形成するため、所定のパターンにてマスクを通じてＰＲを露光するステップ；
（ｃ）ウェハ上にマスクの像を形成し得るように露光したＰＲを現像するステップである。
【０００３】
これらステップを満足し得るように行うためには、その工程を正確に監視し得るように多数の測定及び検査ステップを必要とする。
一般的に云って、フォトリソグラフィ工程を行う前に、１つ以上の層を蒸着させるためにウェハを作製する。フォトリソグラフィ工程が完了した後、ウェハの最上方層をエッチング処理する。次に、上述の手順を再度、開始させるため新たな層を蒸着させる。この反復的な方法にて、多層の半導体ウェハが製造される。
【０００４】
図１には、半導体製造装置（Ｆａｂ）におけるフォトリソグラフィ工程のフォトクラスタ（ｐｈｏｔｏｃｌｕｓｔｅｒ）ツールの典型的な配置状態が概略図で示してある。フォトクラスタ（又はリンク）は、フォトトラック５と、露光ツール８という２つの主要な部分から成っている。このフォトトラックは、カセット装填ステーション６ａと、カセット荷おろしステーション１０ａを有する現像機トラック１０とを備える塗布機トラック６を含んでいる。これと代替的に、同一のステーション（図示せず）にて塗布機と現像液の双方の機能を組み合わせ且つ実現してもよい。ウェハＷは、カセットステーション６ａ内に配置される。ここから、ウェハは、ロボット２によってコーティングステップ（ａ）が開始する箇所である、塗布機トラック６に装填される。ステップ（ａ）の後、ウェハは、ロボット２によって露光ステップ（ｂ）が行われる露光ツール８まで搬送される。この場合、露光ツール内に配置された光学的手段を使用して、マスク上のパターンを既にウェハ上にある構造体と整合させる（位置決め）。次に、ウェハＷをマスクを通じて電磁放射線で露光する。露光後、ロボット２はウェハをウェハ上のミクロ寸法のレリーフ像が現像される（ステップ）現像液タンク１０に搬送する。次に、ウェハＷをロボット２によってカセットステーション１０ａに搬送する。ステップ（ａ）乃至（ｃ）は、明細書に記載しない、幾つかの異なる加熱及びその他の補助的なステップも含んでいる。
【０００５】
図１に図示するように、塗布機トラック６、露光ツール８、現像機トラック１０は、非常に敏感な工程である、フォトリソ工程中の工程変化及び汚染の可能性を最小にするため互いに密に接続されている。利用可能な幾つかの市販の露光ツールは、日本、京都の大日本スクリーン製造株式会社（Ｄａｉｎｉｐｐｏｎ  Ｓｃｒｅｅｎ  ＭＦＧ．  Ｃｏ．  Ｌｔｄ．）のシリーズ（ＭＡ−１０００、２００、５５００）、アリゾナ州、テンペのエーエスエム・リソグラフィ（ＡＳＭ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）のＰＡＳ−５５００シリーズ、米国のキャノン・ユーエスエー・インコーポレーテッド（Ｃａｎｏｎ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．）のシリーズＦＰＡ３０００、４０００、及びコネチカット州、ウィルトンのエスブイジーエル（ＳＶＧＬ）のマイクロスキャン（Ｍｉｃｒｏｓｃａｎ）である。幾つかの利用可能なフォトトラックとして、カリフォルニア州、サン・ジョセのエスブイジーテー（ＳＶＧＴ）のシリーズ９０ｓ及び２００である。ミネソタ州、チェスカのエフエスアイ・インターナショナル（ＦＳＩ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）のポラリス（Ｐｏｌａｒｉｓ）及び日本、京都の大日本スクリーン製造株式会社のフォトトラックＤ−スピンシリーズ（６０Ａ／８０Ａ、６０Ｂ、２００）、米国のフェアチャイルド・テクノロジーズ・インコーポレーテッド（Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）のファルコン（Ｆａｌｃｏｎ）、及び日本の東京電気研究所（Ｔｏｋｙｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）（ＴＥＬ）が挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる複雑で且つ微妙な製造工程において、各ステップの間又はステップの系統的な組み合わせから種々の問題点、不良又は欠陥が生じ又は発生する可能性のあることは明らかである。品質の基準が極めて厳しいため、適宜に発見されなかった任意の問題点が単一のウェハ又はそのロッド全体を不合格品とする可能性がある。
【０００７】
工程が完了し、ウェハがカセットステーション１０ｂに達する前に、測定又は検査のために１つのウェハをフォトクラスタから取り出すことはできない。その結果、加工したウェハを測定することに基づく全てのプロセス制御は、プロセス（工程）の作動不良を「リアルタイム」で検出することはできない。このため、一体的な監視に基づくアプローチ、すなわち、専用の関連する製造装置内に物理的に設置され、又はその製造装置に取り付けられた監視装置に基づくアプローチ、及び、そのウェハ取り扱い装置を使用する方法が緊急に必要とされている。かかる一体形の監視は、各ステップを、密に、迅速に応答可能に且つ正確に監視することを可能にし、また、半導体製造工程の全体を一般的に且つ特にフォトリソグラフィに対して完全に且つ一体形のプロセス制御を可能にする。
【０００８】
しかしながら、従来技術を検討すると、我々が知る限り、かかる監視及び制御方法及び／又は装置は全く存在していない。むしろ、現在、「独立型」の監視装置のみが利用可能であると思われる。
【０００９】
「独立型」の監視装置は、製造ラインの外側に設置され、ウェハが製造工程の装置と別個の取り扱い装置を使用して製造装置から監視装置に搬送される。
一般に、半導体の製造工程中、所定の時点にて、３つの異なる監視及び制御工程が行われる。これらには、（ａ）オーバレイミスレジストレーション、（ｂ）検査、（ｃ）限界寸法（ＣＤ）の測定の監視である。これら工程の各々について以下に簡単に説明する。
【００１０】
（ａ）オーバレイ・レジストレーションの制御
オーバレイレジストレーション（以下「オーバレイ」と称する）は、マスクのパターンが既にウェハの最上方層に存在するパターンの特徴部分に対して整合される、露光ツール８内で行われる工程である。ウェハの特徴部分の縮小する寸法は、オーバレイの精度に対する要求を増す；
オーバレイの誤差又はミスレジストレーション（以下に「オーバレイ誤差」と称する）は、２つの異なるマスクのレベルにより形成された特徴部分が相対的にミスアライメント状態となるものとして定義される。この誤差は、露光ツールからの別個の計測用ツールにより決定される；
図２には、ウェハにおける典型的なオーバレイ誤差の決定箇所が示してある。この箇所は、１つがウェハ１１の最上方の特徴層の上にあり、第二のものが、新たなＰＲ層１６の上に形成される、２群のターゲット線から成っている。ターゲット線１６は、ターゲット線１１と同様であるが、そのターゲット線１１よりも小さい。このため、これらのターゲット線は、ターゲット線１１の中心に配置することができる。このため、これらのオーバレイ・ターゲットは、「バー内のバー」と称される。図３は、同一のオーバレイ誤差決定箇所の平面図である。参照番号１１ａ、１６ａで示すようなこれらターゲットの線は、典型的に、幅２μｍ、長さ１０乃至１５μｍである。
【００１１】
一般的な方法によれば、オーバレイ誤差とは、ターゲット線１１の中心がｘ軸及びｙ軸の双方にて線１６に対して相対的に変位する状態と定義される。例えば、図３において、線１１ａ、１６ａ、１１ｂ、１６ｂの間の変位はそれぞれ参照番号１４ａ、１４ｂとして表示してある。このように、ｘ軸におけるオーバレイ誤差は、線１４ａ、１４ｂの長さの差である。
【００１２】
図４には、フォトクラスタツール、及び測定装置と分析ステーションとから成る「独立型」のオーバレイ計測装置の一般的な形態が図示されている。検査すべきウェハは、フォトリソグラフィ工程ラインから取り出されて、測定ツール内にて取り扱われることに留意すべきである。後者は、利用可能なオーバレイ技術によっては、（ｉ）「リアルタイム」の閉ループ制御ができないこと、（ｉｉ）ウェハ及びウェハ内の全ての層と同様に全てのウェハがオーバレイの誤差について測定されるとは限らないこと、（ｉｉｉ）追加的な工程ステップが必要とされること、（ｉｖ）「独立型」のツールが必要されることとに起因するものである。半導体製造装置Ｆａｂ、特に、最新の製造工程において、「独立型」のオーバレイの測定中、そのロットの加工は中断することを認識すべきである。この中断は、数時間も続くことさえもある。
【００１３】
測定結果は、分析ステーションに送られ、フィードバック情報がフォトクラスタツール内のステッパに戻される。
米国特許第５,４３８,４１３号には、大きい開口数を有する干渉顕微鏡を使用してオーバレイ誤差を測定する工程及び「独立型」の装置が開示されている。一連の干渉像が異なる垂直面にあり、その人工的な像が処理され、その像の明るさは、相互のコヒーレンスの複合規模又は位相の何れかに比例している。次に、ターゲットの属性位置に関する合成像間の差は、オーバレイ誤差を検出する手段として使用される。当該特許の譲受人である、カリフォルニア州のＫＬＡ−テンコア（Ｔｅｎｃｏｒ）は、「独立型」の機械をＫＬＡ−５２００という商品名で販売している。この装置において、測定ステーション及び分析ステーションは、共に組み合わされている。
【００１４】
米国特許第５,１０９,４３０号には、別のオーバレイ計測装置が開示されている。ウェハから得られたパターンの空間的にフィルターをかけられた像を同一パターンの記憶像と比較することにより、オーバレイ誤差が決定される。当該発明の譲受人である、マサチューセッツ州、コンコードのシュランバー（Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）がＡＴＥは、ミクロン以下のオーバレイ用として「独立型」の機械をＩＶＳ−１２０という商品名で販売している。その他の「独立型」のオーバレイ計測装置は、英国、ヨークのバイオ−ラッド・マイクロメジャーメンツ（ＢＩＯ−ＲＡＤ  ｍｉｃｒｏｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）がキュエスタ（Ｑｕｅｓｔａｒ）Ｑ７という商品名で製造し、また、カリフォルニア州、サニーヴェール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ）のナノメトリックス（Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ）も製造しているＣＡ（メトラ（Ｍｅｔｒａ）シリーズ）がある。
【００１５】
オーバレイ誤差を決定する上記の方法及び計測装置の全ては、次のものを含む幾つかの欠点がある。
１）これらは、「独立型」の装置である、すなわち、フォトリソグラフィ工程とオフラインにて作動する。このため、これらは製造工程が行われている間ではなく、すなわち、ウェハバッチの製造が完了する前に、オーバレイ誤差を工程後に表示する。場合によっては、これは、数時間以上、かかることもある；
２）工程後の応答のため、ウェハ及び／又はウェハロットに無駄が生じる結果となる。その原因は、一方にて、フォトリソグラフィ工程を連続的に作動させること、他方にて、ウェハをオフラインで送った後、誤差に対する応答が得られるまでに時間的な遅れがあるためである；
３）通常、オーバレイ誤差の主な発生源の１つは、ロットになるウェハに対する最初のマスクのアライメントである。誤差は、各ロット毎に異なるため、かかる誤差の発生源を修正することはできない。この理由のため、「独立型」のツールを使用して得ることのできない第一のウェハの時間フレーム内にフィードバックを有することが重要である；
４）汚染の制限、及び更なる操作及び測定のために必要とされる追加的で不経済的な時間のため、オーバレイの標本採取頻度は制限される；
５）工程後のオーバレイの検出、及び長時間に亙る応答時間並びに（３）にて述べた標本採取頻度の減少の結果、フォトリソグラフィ工程の処理能力が低下する；
６）こうした独立的な装置は、半導体製造装置Ｆａｂ内にて更なる不経済的なスペース及び労力を必要とする；
７）マイクロリソグラフィツールは、半導体装置工程における「ボトルネック」（bottle-neck）であり、これらは、半導体製造装置ＦＡＢにおいて最も高価なツールである。遅れてオフラインで測定するため、その一部分しか利用し得ないことは、Ｆａｂ内における装置全体の効率を著しく低下させる。
【００１６】
（ｂ）検査
半導体ウェハの製造中の検査は、次のことに起因する欠陥を調査するものと定義される；
（ａ）汚染物質（塵埃、粒子、化学薬剤、残留物等）及び／又は、
（ｂ）ＰＲ、コーティング、加熱、現像、取り扱い等に関係する工程に起因する欠陥。
【００１７】
リソグラフィ工程のみに起因する欠陥を検出するため、図５に示すように、現像ステップの後、特定の検査ステップが行われる。これは、通常、「現像後の検査（ＡＤＩ）」又は「現像後の点検（ＰＤＣＫ）」と称されている。本発明は、主として、ＡＤＩに関するものである。
【００１８】
一般に、検査中に得られたデータを分析し、欠陥レベルが増大していると検出されたならば、技術レベル（技術担当者）又は製造ライン（製造ライン担当者）に警報が送られる。再度、オーバレイ法の場合と同様に、現在の技術によれば、ＡＤＩは、製造ライン外に配置される、すなわち、検査すべきウェハは、製造工程外に取り出され、別個の検査ステーションにて取り扱われることも留意すべきである。Ｆａｂ内にて、特に、最新の製造工程において、「独立型」の検査の間、そのロットの加工は中断されることが一般的な状況であることに留意すべきである。この中断は、数時間に及ぶ場合もある。
【００１９】
今日、ＡＤＩ工程の大多数は、人間が行う非自動の視覚的検査である。特に、現時点にて市販の一体形の自動ＡＤＩ装置は存在していない。
ＡＤＩは、次のことを目的としている：
（ｉ）粗検査−ウェハを手で取り扱い、大きい欠陥について肉眼で視覚的に検査する。これら欠陥は、例えば、コーティング中のスピン（回転）不良、現像不良、スカム、ＰＲへの皮膜の無付着（浮き上がり）、及び／又はエッヂ・ビードである。この方法は、通常、１０μｍ以上の大きさの欠陥しか検出できない；
（ｉｉ）精密検査−顕微鏡を（２０−５０Ｘ倍率）を使用してウェハの所定の箇所又はターゲットを視覚的に検査する；
これらの欠陥は、例えば、導電線間の短絡、及びステッパの焦点不良である。
【００２０】
人間が行うＡＤＩには、幾つかの不利益な点がある；
（ａ）反復的で且つ複雑な回路内にてパターンの相違を探知することは面倒でであり、また、非常な集中力を必要とする；
（ｂ）各検査者毎に、また、別の検査者の間にて結果が一定でない。ウェハの特徴（機能、凹凸）部分が連続的に縮小されるためにウェハの特徴部分がより微小になるとき、検査の重要性が増すことを考えるならば、このことは決定的である；
（ｃ）非反復的な結果のため、統計分析を行い且つ工程の質を測定するための均一な手段が存在しない；
（ｄ）労力に伴う追加的なコスト；
（ｅ）欠陥を特定するとき及び１つの特定の欠陥が特定されたときに行われるべき具体的な行為の何れにおいても客観的な検査が行われないこと；
（ｆ）特に、処理能力が変動することは、標本採取の頻度を決定することを困難とする；
（ｇ）手動の検査もオフラインにて行われ、このため、「独立型」の装置のものと全く同一の不利益な点がある；
この説明を終了させるにあたり、欠陥を検出する２つの自動的な光学的検出（ＡＯＩ）法が既知であることに留意しなければならないが、それらが高価格で且つ低処理能力であることは、実際の製造にてそれら方法を使用することを制限することになる；
（ｉ）絶対的方法−ウェハを所定の角度にて照射し（「グレージング（ｇｒａｚｉｎｇ）」）、ウェハ面から反射した信号を集める。閾値（絶対値）以上の全ての信号は、欠陥と判断される。この方法によれば、０．１μｍ以上の大きさの粒子を検出することが可能である；
（ｉｉ）比較方法−これらは、「ダイ対ダイ」及び「ダイ対データベース」に区分される。ウェハを写真撮影し、次に、１つのダイ中の画素を隣接するダイ内の相関的画素、又はデータベースと自動的に比較する。通常、その比較結果は、欠陥がない限り、一定の閾値に一致しなければならない。この閾値は、ウェハ内の色合いのグレイレベル及び／又はその色合いの特定の位置を示す関数とすることができる；
方法（ｉｉ）は、方法（ｉ）の欠点を解決し、通常、塵埃の粒子（＞０．１μｍ）のような欠陥、導電ラインの短絡、特徴部分の損失、化学薬剤及びＰＲの残留物等のような欠陥を検出する。これら方法が検出可能である欠陥レベルは、業界の設計基準（例えば、０．１μｍ）に従って決定される；
利用可能な検査ツールの何れも各ウェハの標本を採取せず、１つのロット内の幾つかのウェハのみを標本採取する。更に、かかる検査装置の欠如により、リソグラフィ工程に亙って自動的に且つ密にフィードバック制御、すなわち閉ループ制御することを選択できなくする。このように、かかる方法及び装置の欠如によりリソグラフィ工程付近にて工程を制御し又はそのプロセス制御を改善しようとする真剣な試みが阻止され又は少なくとも限界的な障害に出会う。
【００２１】
限界寸法（ＣＤ）の制御
第三の監視及び制御工程は、１つのウェハにおける限界位置の特徴的寸法、例えば、ウェハにおける典型的な線、スペース及び線／スペースの対を測定することを含む限界寸法（ＣＤ）の制御である。ＣＤ計測ツールは、ＣＤ走査電子顕微鏡（ＣＤ  ＳＥＭ）、及び原子間力顕微鏡（ＣＤＡＦＭ）という２つの主要な技術に基づいている。ＣＤ  ＳＥＭに基づく市販のツールは、カリフォルニア州、サンタバーバラの、アプライドマテリアルス（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）のシリーズ７８３０ＸＸ、及びＡＦＭに基づく米国のヴェイコ（ＶＥＥＣＯ）のデクタック（ＤＥＫＴＡＫ）ＳＸＭ−３２０である。
【００２２】
図６には、製造工程に対する「独立型」のＣＤ計測ツールの一般的な形態が図示されている。典型的に、ＣＤ測定ステップは、現像ステップの後及び／又はエッチング処理の後に行われる。ＣＤ計測ツールは、製造ライン外に配置される、すなわち、測定すべきウェハは製造工程外に取り出され、別個のＣＤステーションに渡される。「独立型」のＣＤ測定中、そのロットの加工が停止されることは、Ｆａｂ、特に最新の製造工程における一般的な状況であることに留意すべきである。この中断は数時間に及ぶこともある。
【００２３】
一般に、ＣＤ測定中に得られたデータを分析し、次に、ある型式のフィードバック（又は幅が所定の範囲外の場合、警報）が製造ライン中の該当する装置に送られる。
【００２４】
ＣＤＳＥＭ及びＣＤＡＦＭは、光学顕微鏡の分解能限界以下の線／スペースの幅についてＣＤを測定することを許容する。しかしながら、可能であるならば、光学的ＣＤ（ＯＣＤ）測定は、光学的オーバレイ測定装置と組み合わせることが可能であるため、極めて有効である。最近、（ＣＰ  Ａｕｓｓｃｈｎｉｔｔ、Ｍ．Ｅ、Ｌａｇｕｓ（１９９８）の木のために森林を見ると比喩される；ＣＤ制御の新たなアプローチ（Ａ  Ｎｅｗ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  ＣＤ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）では、ＳＰＩＥ、ｖｏｌ．３３３２、２１２−２２０）、光学的分解能より劣るミクロン以下の設計基準に対してさえもＯＣＤを使用することが提案されている。この考えは、光学的装置が多数の線を同時に且つ迅速に測定することを許容するというものである。低い精度にて多数の測定値を統計的に処理することは、反復性又は偏差傾向といった製造上の重要なデータを抽出することを可能にする。
【００２５】
オーバレイ計測法及び検査ツールに関して上述したように、すべてのＣＤ計測装置は、「独立型」のツールであるため、これらツールには上述したものと同一の欠点があることは明らかである。更に、特に、ＣＤ測定の場合、例えば、線の幅のような結果は、測定値を任意の特定の原因に相関させる可能性を制限することになる。
【００２６】
リソグラフィのプロセス制御方法
オーバレイ及びＣＤ監視は、プロセス制御を為し得るように種々のレベルにて行うことができる。第一の一般的なレベルは、「ロット対ロットの制御」である。この方法において、各ロットは次のロットがこの工程内を運転する基礎となる。その前のロットの結果を検討し且つ補正を為すことにより、僅かな補正が可能である。しかしながら、全部のロットが失われる可能性があるため、危険性が多少、増大する。
【００２７】
第二の制御レベルは、「ウェハを前方に送る」である。この方法において、パイロットウェハが、コーティング−露光−現像ステップを通じて送られ、推奨された露光量にて露光され、次に、ＣＤ測定箇所に送られる。満足し得る結果であれば、そのロットの条件を設定する基礎となる一方、満足し得ない結果であれば、別のウェハの露光条件が補正されることになる。「ウェハを前方に送る」制御の全ての順序は、何時間もかかり、その間製造装置及び製造ロットの重要な利用時間が失われる可能性がある。
【００２８】
ある場合には、より高度の制御レベルが必要とされる。この制御は、露光マトリックス又は収束マトリックスを運転させ且つその結果を分析することにより、完全な工程範囲内にて行うことができる。しかしながら、これは、最も時間を消費する方法である。
【００２９】
「独立型」のオーバレイ、及びＯＣＤツールにて行ったときのこれら方法の欠点は、時間及び労力を消費し、通常、特定の原因に直接応答せず、又は、何ら問題となる原因を明らかにし得ないことである。しかしながら、これら方法は、長時間の傾向チャートと比較したとき、「応答時間」をより短くする。問題に対して実際のフィードバックが可能であるにもかかわらず、工程ステップを一体的に監視することが極めて必要である。オンライン測定は、補正動作に直接つながる正しい調整により特定の原因に直接、応答することができる。
【００３０】
プロセス制御の「独立型」の装置に関するこれら問題点は、半導体業界における将来の技術開発を考慮したとき、著しく悪化することを強調すべきである。ウェハの将来の限界寸法は縮小するため、又は、新規且つ不安定な工程（例えば、ＤＵＶレジスト、３００ｍｍ直径ウェハへの移行及びこれに伴うウェハ取り扱い上の制限）のため、半導体製造のための、一体形の監視及びプロセス制御の必要性は極めて重要となる。この理由のため、ロング・ターム・トレンド・チャートを使用する従来の工程方法、すなわち「オフライン方法」の採用は、益々、排除されることになる。
【００３１】
上述したように、一体形の監視及びプロセス制御装置は、上述した問題点に対する妥当な解決策である。しかしながら、かかる装置は幾つかの面から検討し、現実的で、導入可能であるためには次のような特定の条件を満たさなければならない。
【００３２】
（ａ）スペースが小さいこと−かかる装置は、フォトクラスタ内に物理的に設置し得るように可能な限り小さいスペースを有するものでなければならない（実際上、ウェハの寸法よりは小さくない）；
（ｂ）ウェハが静止していること−ウェハは、ウェハの特別の取り扱いを不要とし得るように検査及び測定中、静止していなければならない；
（ｃ）処理能力が大きいこと−装置は、フォトクラスタ処理量を減少させないように大きい処理能力を有する必要がある；
（ｄ）清浄さ−測定装置は、フォトクラスタを何ら妨害せず又は汚染の虞れが全くないこと；
（ｅ）メンテナンスのためのアクセス可能性−測定装置を除く装置の部品（例えば、制御電子機器、光源）は、特に、フォトクラスタを何ら妨害することなく、容易に且つ迅速にメンテナンスを為し得るようにフォトクラスタの外側になければならない；
（ｆ）経済性−一体形ツールのコストは、フォトトラックのコストの極く一部分でなければならない。
【００３３】
「独立型」の監視及びプロセス制御装置は、これら厳格な必要条件に適合せず、当然に、一体形の装置として使用できないと考えられる。更に、かかる一体形装置は、市場で入手できるものは存在しない。このため、上記の面にて有利な点を有する新規な監視及びプロセス制御装置が必要とされている。
【００３４】
本発明の１つの目的は、例えば、半導体ウェハのような基板をフォトリソ工程により加工する場合に特に重要である、上述した点の１つ以上に関して有利な点を有する新規な装置及び方法を提供することである。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの形態によれば、基板が内部に配置される装填ステーションと、基板がフォトレジスト材料で被覆されるコーティングステーションと、フォトレジストコーティング上にマスクの潜像を形成し得るように所定のパターンを有するマスクを通じてフォトレジストコーティングが露光される露光ステーションと、潜像が現像される現像ステーションと、基板が荷おろしされる荷おろしステーションとを備える、所定のフォトリソグラフィ工程に従って基板を加工する装置であって、荷おろしステーションにて荷おろしされる前に、上記フォトグラフィ工程の所定のパラメータに関して基板を監視する監視ステーションを更に備えることを特徴とする装置が提供される。
【００３６】
以下に、より具体的に説明するように、現像ステーションと荷おろしステーションとの間に設けられた光学検査装置が次のものの１つ以上を検出することができる。すなわち、（ａ）オーバレイの位置決め（レジストレーション）誤差、（ｂ）フォトレジスト層の欠陥、及び／又は（ｃ）限界寸法上の誤差である。
【００３７】
また、上述した好適な実施の形態における更なる特徴によれば、検査ステーションは、検査すべき基板を受け取り得るように現像ステーションと荷おろしステーションとの間に配置された支持板と、現像ステーションと荷おろしステーションとの間に設けられ、支持板と整合され且つ該支持板に面する透明な窓を有する密封した囲い物と、該透明な窓を介して支持板の上の基板を検査し得るように密封した囲い物内に設けられた光学的検査装置と、該光学的検査装置を介して基板を照射する光源とを備えている。
【００３８】
上述した好適な実施の形態において、光源は、密封した囲い物の外側にあり、該密封した囲い物内の光学的装置に供給される光ビームを発生させる。
更に、密封した囲い物内の光学検査装置は、光学画像装置を備えており、検査ステーションは、該密封した囲い物の外側に設けられたデジタル画像処理装置を更に備えており、該画像処理装置は、密封した囲い物内に伸長する導電体により光学画像装置に接続されている。
【００３９】
該検査ステーションは、密封した囲い物の外側に配置された中央処理装置を更に備えており、該中央処理装置は、密封した囲い物内に伸長する導電体を介してシステムを制御すべく光学的検査装置に接続されている。
【００４０】
上述した好適な実施の形態における更なる別の特徴によれば、密封した囲い物内の光学的検査装置は、光学的検査装置を支持板の上のパターン化した基板に対してアライメントさせ又は粗検査のための低倍率チャネルと、基板が現像ステーションを通過した後で荷おろしステーションに達する前に、フォトリソグラフィ工程の所定のパターンを測定する高倍率チャネルすなわち高分解能チャネルとを含んでいる。この低倍率チャネル及び高分解能チャネルは、互いに対して固定されている。
【００４１】
また、本発明は、上述した点に関して有利な点を有する所定のフォトリソグラフィ工程に従って、基板を加工する新規な方法を提供するものである。
以下により詳細に説明するように、本発明は、以下に述べる１つ以上を提供することを可能にする。
【００４２】
１）オーバレイ計測及び／又は検査、並びに／又はＯＣＤ測定用の一体形装置である。かかる装置は、高精度で且つ高処理能力を有し、フォトクラスタツールを現在のスペース内で物理的に組み合わせることができる、すなわち、この装置は製造フロアにて更なるスペースが全く不要である。１つのツール内で３つの異なる機能を組み合わせることは、それ自体有利な点がある。すなわち、（）時間をより良く活用することができる。各検査の場合、オーバレイ及びＣＤ測定は、それ自体の標本採取周期を有し、各ウェハに対して同一である必要はない。このように、かかる装置は、その利用時間が３つの機能の間で共に利用される間に連続的に作動させることができる。（ｉｉ）（）からの直接的な結果は、装置が今日一般的であるように（オーバレイ測定用に１つ、検査用に１つ、ＣＤ用に１つ及びリソグラフィ工程の開始用に１つ）、製造工程の周りを同時に運転するロットの数を著しく少なくすることができることである。（ｉｉｉ）かかる装置は、顧客指向型である、すなわち、顧客のニーズ及びニーズの変化に正確に対応することができる。（ｉｖ）この装置は、１つの特定の問題専用とすることができる。（）この装置は、比較的低価格とすることができる；
２）次のウェハの加工と平行して測定／検査を行うことにより、フォトクラスタの処理能力を低下させない、（１）における装置；
３）必要であるならば、優れた性能によりオーバレイ計測を行い又は検査若しくはＯＣＤ測定を行うことのできる、（１）におけるモジュラー式装置；
４）処理装置と組み合わされ、このため、オーバレイ、検査及びＯＣＤ測定値に基づいて監視及びプロセス制御を行うことを可能にする、（１）における装置；
５）人間による視覚的な検査よりも遥かに正確で迅速且つ反復可能である一体形の自動的な検査装置；
６）フォトリソグラフィ製造工程でオーバレイ計測及び／又は検査並びに／又はＯＣＤ用の一体形の監視及びプロセス制御を行い、一般的な「独立型」の装置と比較して遥かに短い応答時間を可能にする方法；
７）「ウェハを前方に送る」、「ロット対ロット」等といった、一般的なプロセス制御方法を促進し且つそれに必要な時間を著しく短縮する方法；
８）「ウェハ対ウェハ」により新規且つ実際的な監視及びプロセス制御方法。かかる方法は、実際上、「独立型」の装置の現在の状況にて行うことは不可能である。しかしながら、製造工程の処理能力を低下させないこれら新規な一体形の方法によれば、正確で、原因に直接応答する監視及びプロセス制御方法を行うことが可能となる。当然に、特定の環境において、これら新規な方法はオーバレイ計測、検査及びＯＣＤ用の別個の高価で且つ「独立型」の装置の必要性を軽減することができる；
９）１つのロットの１つのウェハ又は同一ロットの別のウェハの何れかにおけるオーバレイの誤差、検査及びＯＣＤの双方を決定することのできる方法；
１０）一体形で且つ精密な検査、監視及び制御装置。
【００４３】
１．この方法は、幾つかの代替的なレベルにて具体化することができる。その１つは、一般的な欠陥をその製造工程の制御装置に知らせることを目的とする。もう１つは、その欠陥の原因となる直接的な理由及び／又は発生する不良を検査することを目的とする。次に、フィードバックはその工程中の任意の所定の関連する点に向けられる。これにより、フィードバック又は閉ループ制御は、製造工程中の単一のステップ（例えば、露光ステップ、露光ステップ後の加熱（ＰＥＢ））に対して設定し、又はオーバレイ及び／又は限界寸法計測装置のようなその他の計測装置と組み合わされたとき、工程全体に対し設定することができる。
【００４４】
かかる方法及び装置は、コスト高の利用時間を節減する可能性があり（例えば、「１つのウェハを前方に送る」といったような方法を短縮することにより）、及び製造工程中に無駄になる試験用ウェハの量を少なくする可能性がある。
【００４５】
更に、フォトリソグラフィツールから又はフォトリソグラフィツールまでウェハを更に取り扱うことを不要にし、これにより、利用時間を節減し、且つ更なる汚染及びウェハの破損を防止する。
【００４６】
【発明の実施の形態】
図７には、本発明に従った一体形のリソグラフィ監視（ＩＬＭ）装置を内蔵し得るように改変した、図１に図示した従来のものに対応する装置が概略図で示してある。
【００４７】
このように、図７には、所定のフォトリソグラフィ工程に従って、基板、この場合、ウェハＷを加工する装置が図示されている。この図示した装置は、図１のカセット装填ステーション６ａに対応する装填ステーションＬＳ（カセットは、フォトトラック５上に装填される）と、ウェハがフォトレジスト材料で被覆される、図１のコータトラック６に対応する、コーティングステーションＣＳと、図１の露光ツール８によって占められ、フォトレジストコーティング上にマスクの潜像を形成し得るように所定のパターンを有するマスクを通じてフォトレジストコーティングが露光される、露光ステーションＥＳと、潜像が現像される、図１の現像液トラック１０に対応する現像ステーションＤＳと、カセットが荷おろしされる、図１のステーション１０ａに対応する荷おろしステーションＵＳとを備えている。
【００４８】
本発明によれば、図７に図示した装置は、好ましくは現像ステーションＤＳと荷おろしステーションＵＳとの間に監視ステーションＭＳを含むように改変されている。該監視ステーションＭＳは、図７に参照番号１４で全体として図示した光学監視装置により占有されており、該監視装置は、ウェハが現像ステーションＤＳを通過した後で且つ荷おろしステーションＵＳに達する前に、フォトリソグラフィ工程の所定のパラメータに対してウェハＷを測定し且つ／又は検査するＩＬＭ（一体形リソグラフィ監視）装置である。
【００４９】
以下により具体的に説明するように、ＩＬＭ装置１４は、加工後直ちに、ウェハ現像ステーションＤＳを通過した後で且つ荷おろしステーションＵＳに達する前に、次の条件の１つ以上についてウェハＷを検査する。すなわち、（１）図２及び図３に関して上述したように、ウェハに対して行われたその前のフォトリソグラフィ工程中ウェハに形成される現像された像に対してそれぞれのフォトリソグラフィ工程中にウェハに形成される現像された像とアライメントするオーバレイレジストレーション誤差、（２）上述したように工程の不良及び塵埃粒子等に起因する基板の欠陥、及び／又は（３）同様に上述したようにそれぞれのフォトリソグラフィ工程中に生じたフォトレジストコーティング工程の現像された像中における限界寸法の誤差についてウェハＷを検査する。ＩＬＭ装置１４は、好ましくは上記機能の３つの全てを行うが、ある適用例において、該装置は上記形式の誤差の１つ又は２つのみを検出することができる。
【００５０】
フォトクラスタにおけるＩＬＭ装置１４の正確な位置は、例えば、フォトクラスタツールの特定の製造メーカ、フォトトラック内で利用可能なスペースのような特定の条件及び環境並びに半導体製造装置Ｆａｂの条件により決まる。
【００５１】
図８は、本発明の１つの好適な実施の形態によるＩＬＭ装置１４の側面図である。該ＩＬＭ装置は、ウェハＷを受け取り且つ静止状態に保持する堅固で且つ安定的な支持手段２０を備えている。この装置は、又ウェハＷをその底部（後部）から保持する真空支持板又は真空ハンドラー（図示せず）とすることもできる。支持板２０は、現像ステーションＤＳと荷おろしステーションＵＳとの間に配置されることが好ましい。
【００５２】
ＩＬＭ装置１４は、支持手段２０の上方に配置された測定装置（ＭＵ）２２を更に備えている。測定装置２２及び支持手段２０は、任意の適当な方法にて共に堅固に取り付けられている。図８に図示するように、測定装置２２は、透明な光学窓部３７を有する密封した囲い物２１を備えており、該光学窓部は支持板２０及び密封した囲い物２１内の光学装置と整合され且つ該支持板及び光学装置に面しており、該光学装置は、可動の光学ヘッド２４を有して参照番号２３で概略図的に示してある。ウェハは、密封した囲い物２１の外側にある光源３２を介して照射され、密封した囲い物２１内に伸長する光ファイバ（図示せず）を介して測定装置２２にビームを向ける。以下により具体的に説明するように、可動の光学ヘッド２４は、測定装置２２が透明な窓部３７を介して板２０により支持された予め選択したウェハＷの上で予め選択した多数の測定の１つを行うことを可能にする。
【００５３】
図８に更に図示するように、ＩＬＭ装置１４は、全体として参照番号２６で示した制御装置を更に備えており、該制御装置は、密封した囲い物２１の外側にあり且つ密封した囲い物２１内に伸長する導電体（図示せず）によりＭＵ２２に接続されている。制御装置２６は、中央処理装置（ＣＰＵ）２８と、それ以外に選択随意的に、画像処理装置（ＩＰＵ）３０と、測定装置２２のリアルタイムの動作を制御する電子式制御装置（図示せず）とを備えている。
【００５４】
このように、この好適な実施の形態によれば、ＩＬＭ装置１４の設計は次のものを含む幾つかの原則を満たさなければならない。すなわち、（ａ）寸法が小さいこと、（ｂ）測定中、ウェハを静止状態に保つこと、（ｃ）堅固で且つ安定的な測定装置であること、（ｄ）特に、測定装置２２をフォトクラスタ環境から完全に分離することにより、清浄さの制限値が維持されること、すなわち、全ての可動部品は装置２２の密封した囲い物２１及び外部の光源内に配置されること、（ｅ）測定が高速度（例えば、迅速な走査）であること、（ｆ）例えば、上述した装置の任意の１つを簡単に交換することにより容易に且つ迅速に保守を行い得ることである。また、ＩＬＭ装置は、製造工程が迂回し、オフライン又は一体的なモードにて同時に作動させるように選択することが可能であることも分かる。
【００５５】
図９は、オーバレイレジストレーション誤差を測定する本発明の１つの好適な実施の形態によるＩＬＭ装置１４の概略図である。しかしながら、以下の説明は、欠陥の検査又は、ＯＣＤ誤差を測定する装置のような本発明の他の好適な実施の形態にも同様に適用可能であることに留意すべきである。該測定装置２２は、測定位置、すなわち、現像したＰＲコーティング３６を有するウェハＷの上方に示してある。光学ヘッド２４は、Ｘ−Ｙステージ３８のｘ軸、ｙ軸に沿い且つ垂直なＺ軸に沿って迅速に移動することができる。光学ヘッド２４とウェハＷとの間には、光学窓部３７があり、該光学窓部は、フォトクラスタツールが測定装置２２により妨害され又は汚染される可能性を防止する。
【００５６】
測定装置２２は、その上方に配置されたとき、光学ヘッド２４に対する測定位置をシミュレートする較正装置４０を更に備えている。該較正装置４０は、ターゲット４２と、ガラス板４４と、ミラー４６とから成っている。ターゲット４２は、光学系の線像分布関数を決定るすのに適した、ガラス基板の上の金属パターン（例えば、ナイフエッジパターン）のようなコントラストの強い任意のオブジェクトとすることができる。ガラス板４４は、光学窓部３７と同一の材料及び厚さである。ターゲットは、ウェハＷが配置される箇所と同様の対物レンズ７６の対物面内に配置される。
【００５７】
図１０は、オーバレイ計測ツールとして本発明の１つの好適な実施の形態による測定装置２２の概略図である。しかしながら、図示した光学的形態は、以下に説明する方法にて、欠陥の検査又はＯＣＤ計測のような、本発明のその他の好適な実施の形態にも同様に適用可能である。図示するように、測定装置２２は、密封した囲い物２１内で２つの代替的なチャネル、すなわち、（ａ）アライメントチャネルすなわち低倍率チャネル６２と、（ｂ）測定チャネルすなわち高倍率チャネル６４とから成っている。低倍率チャネル６２は、測定すべきオーバレイターゲット（図２、図３）の上方の正確な位置にて光学ヘッドを位置決めすることを目的とする一方、高分解能チャネル６４は、オーバレイターゲットの像を形成することを目的としている。この実施の形態おいて、単一の外部の白熱光源３２の及び単一面積のＣＣＤカメラ９２がその双方のチャネルの機能を果たす。
【００５８】
本発明の別の好適な実施の形態において且つ特定の適用例に対し、光源３２の後方に１つ又は複数のフィルタ（図示せず）が追加されており、測定すべき特徴部分のコントラストを増す特定の狭小のスペクトル帯域幅を発生させる。
【００５９】
低倍率チャネル６２は、対物レンズ６６と、ビームスプリッタ６８と、シャッタ７０と、チューブレンズ７２と、ビームスプリッタ７４とを備えている。チャネル６２は、比較的低倍率（例えば、０．３乃至１．０Ｘ）を有している。光学ヘッド２４（図９）の一部である対物レンズ６６は、小さい開口数を有し、広い（例えば、２０乃至４０ｍｍ）視野像（ＦＯＶ）を形成する。
【００６０】
高倍率チャネル６４は、可動の光学ヘッド２４（図９）の一部分である垂直方向に可動の対物レンズ７６と、ビームスプリッタ７７と、シャッタ８０と、チューブレンズ８１と、ビームスプリッタ９０と、焦点ターゲット７９と、ＬＥＤ照射器９１とを備えている。このチャネルは、比較的高倍率（例えば、Ｘ２０乃至１００）を有している。対物レンズ７６は、高分解能が必要とされるため大きい開口数を有し、比較的小さい（約１００μｍ）ＦＯＶの像を形成する。
【００６１】
より高精度が必要とされるならば、図１１に図示するように、ウェハの表面を照射する光の実際の入射角度を決定することにより、測定データを補正することが可能である。これを行うための手段は、高倍率チャネル６４内にて可動の光学ヘッド２４内に取り付けられており、また、ＬＥＤ９３と、２つの同一のミラー９４ａ、９４ｂと、２つの同一のレンズ９６ａ、９６ｂと、単一のフォトダイオード又はかかるフォトダイオードのアレーから成る位置センサ（電子式）装置９８とを備えている。ＬＥＤ９３からの光は、ミラー９４ａで反射され且つレンズ９６ａにより、対物レンズ７６からの光が収束される位置と同一位置にてウェハ上に収束される。ここから、その光は、レンズ９６ｂ及びミラー９４ｂを介して位置センサ装置９８に反射して戻される。光線が位置センサ装置９８に強く当たる位置は、対物レンズの主光線９９と光線９７との間の角度βの関数に変換される。この測定した角度βは、測定中に生ずる可能性のある不正確さを補正し得るように、画像処理の後のステップ中に導入される。
【００６２】
焦点決めターゲット７９（図１０）は、ガラス基板上における金属パターンのようなコントラストの強いものである。パターンは、コントラストのある縁部、格子等のような容易に識別可能な任意のパターンである。このパターンは、不要なとき（可動ターゲットのとき）、取り外し可能に、又は、像を形成したウェハ若しくは像を形成したオーバレイターゲットと干渉しないような仕方にてその像をＣＣＤ面９２内に配置することが選択可能であるようにして光路内に取り付けられる。センサを焦点決めするその他の方法も同様に適用可能である。
【００６３】
アライメントチャネル６２又は測定チャネル６４の何れかを選択することが可能であるようにすることが必要となる。この実施の形態において、選択的に開放し又は閉じることのできるシャッタ７０、８０によってこの選択が実現される。
【００６４】
次に、図３の断面線Ａ−Ａに沿った側面図である図１２について説明する。図１２には、ウェハ上における最上方の特徴（機能、凹凸）層１００が示され、その層の上方には、現像した頂部ＰＲ層１０２が示してある。これらの層１００、１０２は、境界１０１により分離されている一方、層１００は、境界１０３によりその下方の層（図示せず）から分離されている。層１００は、オーバレイターゲット線１１ａ、１１ｂを備える一方、ＰＲ層１０２は、オーバレイターゲット線１６ａ、１６ｂを備えている。
【００６５】
焦点決め方法は、境界１０１、１０３から所定の距離ΔＺ1、ΔＺ2に測定チャネル６４の対物レンズ７６の対物面１０４を反復可能な方法にて位置決めすることを目的としている。これらの距離は、測定すべき特定の製品に対して測定プログラムを準備する間に、決定される。
【００６６】
図１２にＺ1として示した、境界１０１の上方に亙る対物レンズ７６の焦点条件は、米国特許第５,６０４,３４４号に開示されたような、任意の既知の方法に従って決定される。これと同一の方法にて対物レンズ７６は、更に下方に動かされて、同一の方法にて境界１０３よりも上方のその正確な位置Ｚ2を検出する。層１００上におけるオーバレイターゲット１７が、１１ａのような「正」の特徴部分ではなくて、「負」の特徴部分（例えば、トレンチ）である場合、境界１０３ではなくて、面１７ａに対して焦点面１０４を決定することが可能である。
【００６７】
位置ｚ1及びｚ2が既知となったならば、対物レンズ７６の対物面１０４は境界面１０１、１０３からそれぞれ距離Δｚ1、Δｚ2に正確に配置することができる。この位置において、ターゲット線１１、１６の双方をＣＣＤ画像形成面９２の上に略同等の非収束像を形成し得るように測定が行われる。
【００６８】
オーバレイ誤差を計算するためには、ターゲット線１１ａ、１１ｂ、１６ａ、１６ｂの中心の正確な位置を決定しなければならない。この目的の為に幾つかの代替的な方法が既知である。その他の型式のオーバレイターゲット（例えば、図示しない多層ボックス）に関して以下に説明する方法と同一の方法を使用することができることが分かる。その１つの方法をターゲット線１１ａ、１６ａ（図１２）の像のグレイレベルを示す図１３に関して説明する。グレイレベルは、例えば、アナログ・デジタル変換器（図示せず）によりＣＣＤカメラ９２（図１０）の電気信号をデジタル信号に変換することにより得られる。中央処理装置（ＣＰＵ）２８（図８）がグレイレベル線１１ａ、１６ａの中心を決定する。これら中心Δｘの差は、測定・画像形成チャネルに沿った倍率に依存し、線１４ａ（図２、図３）の長さを表わす。同様の方法にて、線１４ｂの長さが決定され、ｘ軸に対してオーバレイ誤差を計算することができる。
【００６９】
同一の方法にて、ｙ軸に対するオーバレイ誤差を計算することができる。
グレイレベル１１ａ、１６ａ（図１３）の形状が垂直軸に対して左右対称でないとき、すなわち、不完全であるとき、オーバレイ誤差は、測定チャネルの線像分布関数（ＬＳＦ）を使用して計算することができる。ＬＳＦは、較正するターゲット４２の上方の異なる高さにて較正装置４０（図９）を使用して正確に決定される。図１４は、較正するターゲット４２の上方を２つの異なる高さ２１、２２にて較正するターゲットの「ナイフエッジ」パターンの像のグレイレベルを示す。図１５は、ｘ軸に対するグレイレベル２１、２２の導関数をそれぞれ２３、２４として示す。次に、デコンヴォルーション（ｄｅ−ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）方法を適用することにより、ＣＰＵ２８は、ｘ軸に沿ったターゲットの線の形状を計算する。ターゲット線の物理的高さを補正するため、デコンヴォルーションは各位置について図１５に示すように、適当なＬＳＦを使用してターゲット線のプロファイル（垂直軸）に沿った色々な位置にて行われる。これらプロファイルからターゲットの形状が決定される。
【００７０】
同一の方法にてｙ軸に沿ったターゲット線の形状を決定することができ、また、オーバレイ誤差を計算することができる。
一般に、グレイレベルの形状１１ａ、１６ａ（図１３）が垂直軸に対して対称でない場合、すなわち、不完全である場合、得られたターゲット線のグレイレベルをその最初の形状及びマスクの寸法と比較するといった、より複雑なアルゴリズムを使用することができる。
【００７１】
図１６は、本発明の１つの好適な実施の形態によるオーバレイ誤差を決定する概略的なフローチャートである。測定すべき新たなウェハが支持板２０（図８）に達した後、測定装置の較正が行われ、次に、ウェハはその主要軸に対してアライメントされる。アライメント後、光学ヘッド２４は、予め作成したプログラムに従ってウェハ上の所定の箇所に移動する。このプログラムは、ウェハ上のオーバレイターゲットの認識されたパターン及びその座標のような、アライメントチャネル６２及び測定チャネル６４（図１０）を作動させることに関係するデータを含んでいる。アライメントチャネル６２（図１０）の幅の広いＦＯＶ及びプログラム中の関係するデータを使用して、光学ヘッド２４はこの箇所の領域の上方に配置される。このとき、光学ヘッド２４をこの箇所の上方の正確な位置に配置し得るように最終的なアライメントが開始される。そのパターンの特徴に基づいてウェハをアライメントさせる方法の一例（実際上、前アライメント及び精密アライメントの双方の目的を実現する方法）が、米国特許第５，６８２，２４２号に開示されている。次に、シャッタ７０（図９）が光路に入り、アライメントチャネルを遮断する。光学ヘッド２４内の自動焦点決め機構が対物レンズ７６（図１０）を焦点面１０４（図１２）に焦点決めする。オーバレイターゲットは、ＣＣＤ９２に像が形成され、得られたデータは、オーバレイ誤差を決定し得るように像処理装置３０（図８）により処理される。ウェハにおける全ての所定の箇所が既に測定されているならば、ウェハを解放しフォトトラック５に戻し、新たなウェハを支持板２０に移動させる。所定の箇所が測定されていないならば、ウェハにおける次の箇所の測定が行われる。
【００７２】
オーバレイツールは、次のような種々の作動モードを有していることが分かる。すなわち、（ｉ）オーバレイ誤差の測定。（ｉｉ）（ｉ）と同一に、ウェハが１８０°回転したときの別の測定。（ｉｉｉ）１つのウェハに対して行われる、（ｉ）と同一に、第一のウェハに対して１８０°回転させた別のウェハに対して行われる別の測定。（ｉｖ）オーバレイ誤差は異なる高さにて測定され、ウェハを回転させることにより精度が測定される。
【００７３】
本発明の別の好適な実施の形態によれば、処理装置により決定されたオーバレイ誤差のデータは、フォトクラスタの全体的な制御装置２００（図１６）に又はフォトクラスタ内の特定ツールの測定装置の全体的な制御装置に転送される。全体的な制御装置２００は、露光ツール８に対するフィードバック閉ループ制御のためこのデータを使用する。また、該制御装置は、その作動に関してオーバレイ計測法自体に命令することもできる（例えば、標本採取頻度、ウェハの測定すべき箇所の番号）。
【００７４】
欠陥検査工程のデータ及びＯＣＤ計測のデータとオーバレイ装置からの処理後のデータ（これら全ては同一の装置内にある）を組み合わせることにより、フォトリソグラフィ工程用の広範囲な一体形の監視・制御装置を設定することができることが理解されよう。また、オーバレイ誤差、欠陥及びＯＣＤの誤差を製造工程自体の間に又は所定の任意のステップの後又はその前に決定し、これら全は１つのロットの全てのウェハにて行い又は同一ロット中の幾つかの選択されたウェハにて行うことができることも理解されよう。
【００７５】
図１７には、欠陥検査ツールの形態とされた、本発明の１つの好適な実施の形態が図示されている。
この欠陥検査形態は、（１）０．３乃至３．０×倍率の粗検査チャネル６２、（２）＞２０×倍率の精密検査チャネル６４という、（ａ）２つの代替的な光学チャネル６２と、（ｂ）迅速な像捕獲装置３２０と、（ｃ）処理装置２６とから成っている。この実施の形態によれば、検査ツールは、上述したように、同一のオーバレイ計測にて実現される。
【００７６】
測定装置２２における主要な光学要素を示す、上述した図１０を参照すると、欠陥を検出するためにも装置を使用することを可能にし得るように、上述したオーバレイ計測装置にて使用されるものに加えて、２〜３の光学要素を追加するだけでよい。このように、同一の装置がオーバレイの測定ツールとして、又は欠陥の検査ツールの双方として機能することが可能である。当然、別の装置内にてオーバレイ計測機能以外の欠陥の検出機能を実現することができる。
【００７７】
欠陥の検出機能のため、図１０の測定装置２２に追加される更なる要素は、光源３００と、追加的な光源３００又は光源３２の何れかを遮断するシャッタ３０２、３０４と、対物レンズ６６を取り囲むリングライト３０６とを備えている。リングライト３０６は、開き角度ｃａ５°乃至１０°にて対物レンズ６６の周りに均一な光円錐体を形成しなければならない。
【００７８】
図１８には、外部の光源３００からの光をリングライト３０６に伝送する方法が示してある。これは、密封した囲い物２１を貫通する光ファイバ束３０８によって実現され、この場合、各単一のファイバは、その光をリングライトまで一定の箇所に導く。図示した実施の形態において、リングライト３０６は、光ファイバリングライトである。１つの代替例として、リングライトの外周に沿って配置したとき、狭小な帯域幅のＬＥＤｓを使用してもよい。このリングライトは、ウェハＷからの拡散された非スペクトル光が対物レンズ６６を充填し得るようにするため、ｃａ２°（図１８のα）よりも大きい開口角度を有する均一な光の円錐体を形成することを目的としている。
【００７９】
これと代替的に、光源３２から対物レンズ６６を貫通して入射する光３１０がウェハＷを照射し、そのスペクトル成分が対物レンズ６６を充填するようにしてもよい。
【００８０】
このように、この好適な実施の形態において、何れかの光源を遮断し得るようにシャッタ手段３０２、３０４を使用するか、又は、光源へ給電の作動／不作動を切り換えることにより、選択的に明るい界（ＢＦ）及び暗い界（ＤＦ）を照射する、粗検査６２のための照射及び視認方法とすることができる。精密検査チャネル６４は、ＢＦ照射によってのみ実現される。
【００８１】
照射及び視認は、一般的に、全て特定の検査目的（例えば、欠陥の種類）に依存して、ＢＦ又はＤＦ照射の何れかにより実現することができる。また、ＢＦ及び／又はＤＦ照射中、特定の適用例の場合、例えば、特定の狭小の帯域幅を形成し得るように、光源３２、３００の後方にフィルタ（図示せず）を追加することにより、コントラストを増すことが可能である。更に、ＤＦ照射中、及び特定の適用例の場合、例えば、広いスペクトル帯域と狭いスペクトル帯域の照射を交互に行うことによって、拡散効果と散乱効果との区別をより明確にすることができる。
【００８２】
この欠陥検査ツールは、オーバレイ計測装置に関して上述したものと同一の原理に適合し得る設計とすることができる。
図１９は、本発明の１つの好適な実施の形態に従って粗検査及び精密検査の双方の方法についての概略図的なフローチャートである。
【００８３】
測定すべき新たなウェハが支持板に到着した後、ウェハのスクライブ・ライン及びＣＣＤの線を平行にし得るようにウェハをその主軸に対して前アライメントさせる。ウェハをアライメントさせる１つの方法の一例が米国特許出願第０９／０９７，２９８号に開示されている。前アライメントの後、最終的なアライメントを行い、このパターンの特徴に基づくこの目的のための既知の方法は、米国特許第５，６８２，２４２号に開示されている。精密検査に関して、最終的なアライメントは、検査すべき所定の箇所を既にデータベースに記憶させたそのパターンと精密に相関させることを目的とする。かかるデータベースは、特に、受け入れ準備のために作成される。
【００８４】
最終的なアライメントが行われた後、ステップ・反復モードにて粗検査の間、画像捕獲が行われる。この方法によれば、光学ヘッド２４は、ウェハ上の所定の領域まで移動し、その後、停止し且つ安定し、画像が捕獲される。この方法は、通常、ウェハの検査に使用される次の所定の箇所まで移動させることにより繰り返される。
【００８５】
本発明によれば、ステップ・反復方法は、例えば、ラスタ・スキャンのようなリニア・スキャアン法を使用する場合よりも一層優れた性能を実現することを可能にする。ラスタ・スキャン中、ウェハは連続的に走査され、画像が同時に捕獲される。この方法は、移動軸に沿って分解能が低下し且つ不鮮明になること、スキャナーの不安定な速度に起因して分解能が低下し且つ不正確となること、照射装置を効率的に活用し得ないことなどといった幾つかの欠点がある。精密検査中に、受け取りに対応する所定の箇所にて画像が捕獲される。次のステップにて、欠陥を探知し得るように各像が処理される。このことは、従来技術で公知であるように絶対的方法又は比較可能な方法の何れかにて行われる。処理後のデータはデータベースに記憶される。全体のウェハが粗検査を完了したとき、又は全ての所定の箇所が精密に検査されたとき、後加工が開始する。これと代替的に、後加工を同時に開始してもよい。後加工の間、データを評価し且つ異なるレベルにて報告することができる。このことは、（ａ）ウェハ上で検出された欠陥の数及び座標を含む欠陥のリスト、又は（ｂ）座標及び欠陥の寸法を含む欠陥リスト、又は（ｃ）座標及び欠陥の特定を含む欠陥リスト、又は（ｄ）例えば、コーティング中、不十分なスピンのときに為される半径方向への分布といった局部的及び／又は全体的なウェハの分布に対応する形態的欠陥の分析とすることができる。その後に、（ｅ）更なる加工のため、特定の欠陥を写真撮影すること、（ｆ）欠陥を特定の問題の原因に自動的に帰すこと、（ｇ）欠陥を補正する（全部又はその一部）ために見直すことを選択することとが行われる。更に、粗検査及び精密検査を組み合わせることができる。粗検査の処理済の結果に従い、特定の欠陥を検出する可能性がある（例えば、閾値に基づいて）ウェハ上の特定の箇所にて精密検査を行うことができる。
【００８６】
加工装置によって決定される後加工のデータは、フォトクラスタツールの全体的な制御装置２００に送ることができる。全体的な制御装置２００は、そのデータが処理されるレベル（例えば、欠陥の特定又は原因の分析）に基づいて、フィードバック制御、すなわち閉ループ制御のため、このデータを使用することができる。このフィードバックは、フォトトラック５に作用するコーティングステーション又はその他のステーションに送ることができる。また、このフィードバックは、検査計測装置の作用自体に関して命令することもできる（例えば、標本採取頻度、ウェハ上にて測定すべき箇所の番号）。
【００８７】
これらの実施の形態は、一般的な平行の「独立型」の装置、及び視覚的な検査装置よりも優れることは明らかである。
特定の場合、より詳細な検査が必要な場合、製造工程を妨害しないように、ＩＬＭ装置１４をオフライン装置として使用することができる。
【００８８】
本発明の別の好適な実施の形態によれば、上述したオーバレイ計測装置は、ＯＣＤ計測装置として使用することもできる。図９に図示した、このＯＣＤ計測装置は、オーバレイ計測装置、及び他の光学要素と同一のチャネル６２、６４を含むことになる。ＯＣＤの決定は、図１６に図示し且つ上述した、オーバレイ誤差の決定と同様の方法にて行われる。この目的のため、光学ヘッド２４（図１０）は、アライメントチャネル６２により所定の箇所まで移動させ、次に、測定チャネル６４を作動させて測定すべき特徴部分の像を形成する。
【００８９】
図２０には、測定中の光学ヘッド２４のＦＯＶ３０１が図示されている。この実施例において、ＦＯＶは、線の幅３１２及びスペース３１４という、測定すべき２つの典型的な特徴部分を含んでいる。ＯＣＤを測定する、この方法によれば、ＦＯＶ３０１は、測定すべき一組みの同一の特徴部分を含まなければならないことが分かる。この組みがウェハにおける最初の特徴部分の一部でないならば、かかる特徴部分を含む試験箇所を最初に作成しなければならない。
【００９０】
測定すべき特徴（機能、凹凸）部分は、同一の層内にあるため、上述したオーバレイ測定と同様にして互いに対してのみ焦点決めが行われるが、測定すべき特徴部分が異なる層内にあるときは行われない。特徴部分の形状は、オーバレイの場合と同一の方法にて、光学装置のＬＳＦ（ｘ又はｙ、ｚ）を使用してその像から再構成される。スペースの幅は、再構成されたその隣接する線の縁によって決まる。
【００９１】
この方法において、その組み中の同一の特徴部分の幅が決定され、統計的計算（例えば、平均値）を適用することにより、代表的な特徴（機能、凹凸）部分の幅が計算される。この測定の精度は、特徴部分の対称度、光学系、測定すべき同一の特徴部分の数に基づく。通常、後者の２つのパラメータのみを特定の環境に従って予め調節し且つ設定し、所望の精度を実現することができることに留意すべきである。
【００９２】
ＯＣＤに基づく監視及び制御は、オーバレイ誤差の決定に関して上述したものと同一の方法にて設定される。
図２１には、図１０に示す光学系の１つの改変例が図示され、図２２には、図２１の光学系を使用するときの図１１の装置の１つの改変例が図示されている。この好適な実施の形態において、図８の内部の形態は僅かに相違している。ＭＵ２２は、光学窓部４３７を有する密封した囲い物４２１を備え、この場合、内部には、光学ヘッド４２４（図２１、図２２に従って改変）、光学ヘッドをｘ、ｙ軸３８及びｚ軸に沿って位置決めする手段、較正装置４０、外部からの電気及び光の供給をそれぞれ可能にする追加的な電子式特徴部分及び光学ガイド（図示せず）、ＭＵ２２をＣＰＵ２８と連通させる手段（図示せず）が設置されている。
【００９３】
図２１の改変した装置において、低倍率チャネル４６２、高分解能チャネル４６４、焦点決めターゲット４７９、ＬＥＤ４９１（図１０のチャネル６２、６４、ターゲット７９、ＬＥＤ９１に対応する）は、可動の光学ヘッド４２４内に保持されている。低倍率チャネル４６２は、オーバレイの精密検査及びＯＣＤの取り付け中、測定すべきウェハ上の予め選択した箇所の情報に光学ヘッド４２４を位置決めするか、又は粗検査のために使用される。オーバレイ、ＯＣＤ及び精密検査工程中、測定のために高倍率チャネル４６４が使用される。
【００９４】
外部の光源４３２からの光は、光ファイバ４３８によって伝送され、光を密封した囲い物４２１内に伝送する２つの支部分４３８ａ、４３８ｂに分割される。これら支部分４３８ａ、４３８ｂの各々は、それぞれシャッタ４７０、４７１によって選択的に制御される。密封した囲い物４２１内にて、２つの支部分からの光は、ミラーによって低倍率チャネル４６２及び高倍率チャネル４６４のそれぞれのディフューザ４５０、４５１に伝送される。
【００９５】
低倍率チャネル４６２は、視野レンズ４６６と、ビームスプリッタ４６８と、像形成レンズ４７２と、倒立ミラー４７４と、ビームスプリッタ４９０と、ＣＣＤ４９２とを有している。アライメントチャネル４６２は、比較的低倍率（例えば、×０．１乃至１．０）を有している。像形成レンズ４７２は、小さい開口数を有し、広い視野（例えば、２０乃至４０ｍｍ）の像を形成する。
【００９６】
高倍率チャネル４６４は、対物レンズ４７６と、ビームスプリッタ４７７と、管レンズ４８１と、ビームスプリッタ４９０と、同一のＣＣＤ４９２とを有している。このチャネルは、比較的高倍率（例えば、×２０乃至１００）を有し、対物レンズ４７６は、高分解能が必要とされるため、大きい開口数を有している。
【００９７】
この好適な実施の形態において、ＤＦの照射は、リングライト４３０の外周に沿って配置された、例えばＬＥＤのようなリングライト４３０及び光源と、リングライト４３０を作動させる電線とによって行われる。リングライト４３０は、ウェハＷからの拡散した非スペクトル光が像形成レンズ４７２を充填するように、ｃａ２°以上の開放角度を有する均一な光の円錐体を発生させることを目的としている。光源４３０は、電源をオン／オフ操作することによって切り換えることができる。
【００９８】
測定中、より高精度が必要とされるならば、図１１に示したものと同様の装置を使用して、光軸線４６４とウェハの表面Ｗとの間の実際の角度を正確に決定することができる。図２２には、かかる装置が図示されている。この場合、この装置は、ハウジング４２５内に取り付けられており、該ハウジングは、対物レンズ４７６を取り囲み、また、図１１に図示した要素７６、９３、９４ａ、９４ｂ、９６ａ、９６ｂ、９８にそれぞれ対応する、ＬＥＤ４９３と、２つの同一のミラー４９４ａ、４９４ｂと、２つの同一のレンズ４９６ａ、４９６ｂと、電子式位置センサ４９８とを備えている。図２２の装置は、通常の光線と光線４９７との間の角度βを測定することができ、この角度から、光軸線４９９とウェハの面との間の角度を決定することができる。
【００９９】
図２１、図２２の装置は、その他の点では、図１０、図１１に関して上述したのと実質的に同一の方法の構造とし且つ作動させ、また、測定チャネル４６４に対して焦点決めターゲット４７９、及び較正装置４０を利用する。
【０１００】
低倍率チャネル４６２を利用する位置決め作動モード、又は高倍率チャネル４６４を利用する測定作動モードの何れかを選択することは、機械的なシャッタ４７０、４７１を作動させることによって行われる。測定チャネル４６４用の焦点決めした状態は、上記の米国特許第５，６０４，３４４号に記載されたような既知の方法に従って形成される。
【０１０１】
図２１に図示した改変光学系は、図１６に概略図的に図示したフローチャートに従って、オーバレイの誤差を決定するためにも使用することができる。測定すべき新しいウェハが支持板２０に到着した後、ウェハＷ上における所定の箇所を特定し、且つ光学ヘッド４２４をその上方に配置することによって測定装置の較正が為される。１つの所定の個所の特定は、上述した米国特許第５，６８２，２４２号に開示されたように、ウェハのパターンの特徴に基づいて行うことができる。
【０１０２】
また、図２１に示した改変光学系は、図１９に概略図で示したフローチャートに従って、ＯＣＤを測定し且つ検査するためにも使用することができる。
本発明は、幾つかの好適な実施の形態に関して説明したが、これらは、単に一例としてのみ掲げたものであり、本発明の多数の他の変形例、改変例及び適用例が具体化可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体製造装置のフォトリソグラフィ工程にて現在、使用されるフォトクラスタツールの典型的な装置の図である。
【図２】オーバレイターゲットの概略図である。
【図３】オーバレイターゲットの概略図である。
【図４】フォトクラスタツール及び「独立型」のオーバレイ計測装置の一般的な形態のブロック図である。
【図５】現像後、半導体の多層製造工程に関する検査を行うことのできる箇所を示すブロック図である。
【図６】製造工程にて現在、使用される「独立型」のＣＤツールの一般的な形態のブロック図である
【図７】本発明に従って、図１の装置におけるフォトリソグラフィクラスタツールを一体形のオーバレイ／検査／ＯＣＤツールと組み合わせることのできる１つの方法を示す概略図である。
【図８】図７の装置における一体形のリソグラフィ監視装置の概略図的な側面図である。
【図９】一体形のオーバレイ計測用ツールとして使用される、本発明の好適な実施の形態の概略図である。
【図１０】本発明の装置内にて使用することのできる光学装置の１つの形態の概略図である。
【図１１】ウェハ表面と高分解能チャネルの入射光線との間の角度を測定するために使用することのできる１つの方法を示す概略図である。
【図１２】図３の断面線Ａ−Ａに沿った図である。
【図１３】ターゲット線１１ａ、１６ａ（図１２）のグレイレベルの概略図である。
【図１４】「ナイフエッジ」パターンの像のグレイレベル及びその線拡張機能（ＬＳＦ）の関数を示す概略図である。
【図１５】図１４と同様の概略図である。
【図１６】本発明の１つの好適な実施の形態に従ってオーバレイ誤差を決定する１つの方法の概略図的なフローチャートである。
【図１７】検査ツールとしての本発明の１つの好適な実施の形態の概略図である。
【図１８】光源からの光をリングライトに転換することのできる１つの方法の概略図である。
【図１９】本発明の１つの好適な実施の形態による粗検査及び精密検査の双方の方法を示す概略図的なフローチャートである。
【図２０】ＯＣＤ測定中の光学ヘッドの視野の概略図である。
【図２１】本発明の装置内にて使用することのできる光学装置の別の形態を示す、図１０に対応する概略図である。
【図２２】図２１の光学系を使用するときに含めることのできる１つの改変例を示す、図１１に対応する概略図である。
【符号の説明】
５  フォトトラック              ６  塗布機トラック
６ａ  カセット装填ステーション  ８  露光ツール
１０  現像機トラック            １０ａ  カセット荷おろしステーション
１０ｂ  カセットステーション    １１  ウェハ／ターゲット線
１１ａ、１１ｂ、１６ａ、１６ｂ  オーバレイターゲット線
１４  光学監視装置／ＩＬＭ装置  １６  ＰＲ層
２０  支持手段／支持板          ２１  密封した囲い物
２２  測定装置（ＭＵ）          ２４  光学ヘッド
２６  制御装置                  ２８  中央処理装置（ＣＰＵ）
３０  画像処理装置（ＩＰＵ）    ３２  光源
３６  ＰＲコーティング          ３７  光学窓部
３８  Ｘ−Ｙステージ            ４０  較正装置
４２  ターゲット                ４４  ガラス板
４６  ミラー
６２  低倍率チャネル／アライメントチャネル
６４  高倍率チャネル／高分解能チャネル／測定チャネル
６６  対物レンズ                ６８  ビームスプリッタ
７０、８０  シャッタ            ７２、８１  チューブレンズ
７４、７７、９０  ビームスプリッタ
７６  対物レンズ                ７９  焦点ターゲット
９１  ＬＥＤ照射器              ９２  ＣＣＤカメラ／ＣＣＤ面
９３  ＬＥＤ                    ９４ａ、９４ｂ  ミラー
９６ａ、９６ｂ  レンズ          ９７  光線
９８  位置センサ（電子式）装置  ９９  主光線
１００  特徴層                  １０１、１０３  境界
１０２  頂部ＰＲ層              １０４  焦点面／対物面
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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