JP2001351842A - 位置検出方法、位置検出装置、露光装置、デバイス製造方法、半導体製造工場および露光装置の保守方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 観察対象物の反射率変化によらず安定して高
精度の位置検出を行う。 【解決手段】 コヒーレント光を用いて観察物体上のパ
ターン面を照明するインコヒーレント化された照明光
と、インコヒーレント化された参照光とを形成し、参照
光の光量をパターン面の反射率に対応して調光し、パタ
ーン面からの反射光と参照光を合わせて光電変換素子上
に結像させ、その結像した干渉画像信号からパターンの
位置を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置の検出方法お
よび検出装置、並びに該位置検出装置を用いた露光装
置、デバイス製造方法、半導体製造工場および露光装置
の保守方法に関し、特に、結像光学系で観察する物体上
のパターンの位置を計測して、その物体の位置を検出す
る干渉顕微鏡に関するものである。

【０００２】その応用例としては、特に半導体製造用の
露光装置のアライメント検出系や、露光装置におけるデ
ィストーションやアライメント精度等の性能を検査する
為に使用する、重ね合わせ検査装置について適したもの
である。

【０００３】

【従来の技術】半導体製造用の投影露光装置において
は、集積回路の高密度化に伴いレチクル面上の回路パタ
ーンをウエハ面上に高い解像力で投影露光することが要
求されている。回路パターンの投影解像力を向上させる
方法としては、例えば露光光の波長を固定にして投影光
学系のＮＡ（開口率）を大きくする方法や、露光光をよ
り短波長化する露光方法（例えば、ｇ線よりｉ線、ｉ線
よりエキシマレーザ発振波長、さらにＦ₂レーザ発振波
長やＳＯＲ光を使用する方法）が提案、検討されてい
る。

【０００４】一方、回路パターンの微細化に伴い電子回
路パターンの形成されているレチクルとウエハを高精度
にアライメントすることも要求されてきている。この要
求精度は、回路パターンの１／３以下といわれており、
例えば１ＧビットＤＲＡＭでは、０．１８μｍルールの
回路パターンとすると、６０ｎｍ以下のオバーレイ精度
（露光領域全体のアライメント）が必要である。さら
に、このオバーレイ精度を測定する重ね合わせ検査装置
においては、オバーレイ精度の１／１０が要求され、１
ＧビットＤＲＡＭでは、６ｎｍ以下が必要となる。

【０００５】そこで、より高精度計測の為に、計測誤差
発生要因における検出系要因であるＴＩＳ（Ｔｏｏｌ
Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ：機器誘発偏位）の影響を
軽減する、ＴＩＳ補正法も実施されている。

【０００６】このＴＩＳ補正法を図１により説明する。
図１では、例として、エッチングによりシリコンウエハ
に段差を作り、そのパターンとアライメント実施後、露
光・現像したレジスト像パターンとの相対関係を計測す
るものである。ＴＩＳ補正法では、二回計測を行なう。
その時二回目は一回目とウエハを１８０度回転して計測
する。この為一回目を０度計測値、二回目を１８０度計
測値と呼んでいる。ＴＩＳ補正法では、０度計測値から
１８０度計測値を引いて２で割った値（ΔＴＩＳ補正）
を計測値として使用し、このことで、検出系要因の誤差
を軽減して高精度計測を可能としている。このとき、０
度計測値と１８０度計測値をたして２で割った値をＴＩ
Ｓと呼んでいる。

【０００７】重ね合わせ検査装置やアライメント検出系
において、現在実際に使用されている方式のほとんど
は、明視野画像処理方式である。図２に、従来技術に係
る重ね合わせ検査装置の一例を示す。

【０００８】図２の検査装置は、ウエハ１上に専用マー
ク２，３を構成し、その像を光学系を介してＣＣＤ等の
撮像素子１４上に形成し、その電気信号を各種信号処理
することにより、位置検出を行なっている。

【０００９】この光学系において最も必要とする結像性
能は、像の対称性である。光学系に像の対称性を劣化さ
せるものが有る場合に、ＴＩＳが存在することになる。
この種の検出系においては、光学倍率を１００倍程度の
高い倍率とし、ほとんど、軸上近傍で使用している。し
たがって、像の対称性の主劣化要因は、軸外収差等では
なく、光学系の軸上近傍の、偏心コマ収差と照明系の不
均一性によるものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】最近の半導体プロセス
においては平坦化が進められていて、化学的機械的研磨
方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏ
ｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）が複数工程で導入されてい
る。

【００１１】しかしながら、平坦化技術は、アライメン
卜や重ね合わせ検査装置には、大きな問題となってい
る。この平坦化により、検出に使用するマークの段差量
もなくなり、例えば今もっとも多くかつ精度良く使用さ
れている、明視野画像処理においては、計測に使用する
マーク像のコントラストが低くなり、検出精度の劣化原
因となっている。

【００１２】この対策として位相差検出方式も提案され
ているが、光学系内に位相板を一部構成することになる
ので、前述のＴＩＳの発生要因となり、コントラストは
上がっても精度をだすことが困難となっている。特に、
普通の明視野系と共存する為には、光学系内に位相板を
出し入れしなければならないので、大きなＴＩＳの発生
要因となる。

【００１３】そこで、ＴＩＳに敏感でない検出方式とし
て、干渉計検出方式が挙げられる。その一例を図３に示
す。先に、図２に示す従来までの重ね合わせ検査装置の
例について説明を行ない、次に図３に示す干渉計検出方
式の説明を行なうこととする。

【００１４】図２において、シリコンエッチングウエハ
１の上にエッチングパターンマーク２を（リソグラフィ
ー、現像、エッチングにより）形成し、そのエッチング
パターンマーク２の上に（リソグラフィー、現像によ
り）レジストパターンマーク３を形成する。重ね合わせ
検査装置においては、この二つのマーク２，３の相対位
置関係を計測するので、二つのマーク２，３に対して、
ハロゲンランプ５から射出した光束６を、ファイバー
７、照明系８を透過しＳ偏光の光が偏光ビームスプリッ
タ９を反射し、リレー１２を透過し、鏡４からλ／４板
（１／４波長板）１０および対物レンズ１１を透過し
て、照明する。

【００１５】二つのマーク２，３からの反射光は、照明
した時とは逆に、対物レンズ１１、λ／４板１０、リレ
ー１２を透過し今度は偏光方向がＰ偏光になるので偏光
ビームスプリッタ９を透過し、エレクター１３によりＣ
ＣＤカメラ１４の撮像面上に形成される。この撮像面上
に形成された観察像は、ＣＣＤカメラ１４により光電変
換され、回線を通じてコンピュータ（演算手段）１５に
入力している。コンピュータ１５では、その信号を画像
処理して、二つのマークの相対位置関係を検出してい
る。

【００１６】ここで、偏光ビームスプリッタ９、λ／４
板１０を使用しているのは、光量を効率良く使用する為
であり、光源出力が大きかったり、観察する物体の反射
率が高くて光量低下の心配が無い場合には、偏光ビーム
スプリッタやλ／４板を用いる必要が無く、代わりにハ
ーフプリズム等を使用すれば良い。

【００１７】また、ウエハ１は、ウエハチャック（不図
示）上に置かれている。ウエハチャックはθ−Ζステー
ジ（駆動手段：不図示）上に構成され、ウエハ１をチャ
ック表面に吸着することにより、各種振動に対して、ウ
エハ１の位置がずれないようにしている。θ−Ζステー
ジはチルトステージ（不図示）の上に構成され、ウエハ
１をフォーカス方向（光学系の光軸方向）に上下動する
ことを可能としている。

【００１８】次に、干渉計検出方式による検査装置の一
例である図３について説明を行なう。図３の検査装置の
光源には、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ３１を使用する。光
源が異なるだけで、ウエハ１の像をＣＣＤカメラ１４の
撮像面上に形成する点は図２の例と同じである。但し、
観察像を干渉像とする為の参照光と干渉性を上げる為
に、偏光ビームプリッタ９とエレクター１３の間にλ／
４板２１を構成する。

【００１９】さらに、光源がＨｅ−Ｎｅレーザ３１を使
用するコヒーレント光の為、そのまま照明するとウエハ
１上でスペックルが発生する。その為、その光をインコ
ヒーレント化する必要がある。このインコヒーレント化
する方法としては、色々あるが、図３においては、光源
であるＨｅ−Ｎｅレーザ３１とファイバー７の間に回転
拡散板３２を配置し、ＣＣＤカメラ１４に像として取り
込む時間内にスペックルを移動させて平均化する方法を
示している。

【００２０】次に観察像を干渉像とする為の参照光につ
いて説明を行なう。レーザ３１から射出した光束６を、
ファイバー７、照明系８を透過させ、偏光ビームスプリ
ッタ９を透過したＰ偏光の光は、λ／４板２２により円
偏光とし鏡２３で反射される。

【００２１】この時鏡２３は、観察するウエハ１と光学
的な共役面に配置する。反射した光は再度λ／４板２２
を透過し、Ｓ偏光となり、偏光ビームスプリッタ９を今
度は反射し、λ／４板２１を透過し、エレクター１３に
よりＣＣＤカメラ１４の撮像面上に参照光として形成さ
れる。前述のウエハ１からの反射光と参照光により干渉
像が形成される。こうすることで、干渉像を得ることが
でき従来までの明視野照明のみの像よりコントラストが
向上した像となる。

【００２２】ウエハ１のフォーカスを変化させると、こ
の干渉条件が変化して、干渉縞の明るい部分と暗い部分
が変化する。図５においては、アライメントマークの外
側領域４２が、干渉条件として暗となる場合であり、図
４においては、図５とは逆にアライメントマークの外側
領域４２が、干渉条件として明となる場合である。そこ
で、二つのフォーカスでの干渉像の差分を取る事で、さ
らにコントラストを二倍にした像を得ることもできる。

【００２３】この二つのフォーカスは、図４および５に
示したアライメンマーク４１とマーク４１の外側領域４
２とのＣＣＤカメラ１４出力の差（＝像強度の差）が最
も大きくなって、符号が逆なフォーカスとするものであ
る。

【００２４】例えば、アライメンマーク４１の段差が照
明波長λ（Ｈｅ−Ｎｅレーザなら６３３ｎｍ）の、四分
の一のλ／４だったとする。するとマークの外側４２と
参照光の光路長差が、照明波長λの整数倍の干渉の明る
い条件にフォーカスを変えて設定すると、図４の様にマ
ークの外側領域４２の干渉像は、最も強度が強くなる。
一方、アライメンマーク４１については、段差がλ／４
なので、逆に最も弱い強度となる。このとき、参照光の
反射強度とウエハからの反射強度が等しければ、干渉縞
のビジビリティー（鮮明度）が高くなり、完全に強度は
無くなってしまう。

【００２５】次にフォーカスを前のフォーカスからλ／
４だけ変えると、図５の様に今度はマークの外側領域４
２と参照光の光路長差が、照明波長λの整数倍にλ／４
たした干渉の暗い条件になり、マークの外側４２の干渉
像は、最も強度が弱くなる。一方、アライメンマーク４
１については、段差がλ／４なので、逆に最も強い強度
となる。

【００２６】これらの場合の光電変換されたアライメン
ト信号を図６に示す。図５の信号はアライメントマーク
部４１が高く、図４の信号は逆に低くなっている。そこ
で、この二つの信号の差分を取ることで、一つのフォー
カスでの干渉像信号の場合に比較して、二倍のコントラ
ストをもつ信号を得ることが可能となる。尚、参照光を
必要としない従来の明視野照明で使用したい場合には、
図３における遮光板（シャッター２４）を挿入する事
で、図２と同様な構成となる。

【００２７】この方法でＣＭＰウエハの様な低段差にお
いても、高コントラストな信号を検出することが可能と
なる。

【００２８】しかしながら、ウエハの反射率は、プロセ
スで大きく変化して、干渉信号であるアライメント信号
のコントラストが、反射率変化に伴って変化することが
判明した。

【００２９】これは、既に説明に使用した干渉縞のビジ
ビリティーと呼んでいる、縞のコントラスト変化の事で
あり、被計測物体からの反射光と参照光が、干渉縞観察
面、画像処理系では、ＣＣＤカメラ面で、等しい振幅の
場合が最もビジビリティーの高い干渉縞となり、振幅の
差が大きければ大きいほど干渉縞のビジビリティーが低
くなり、色々なプロセスウエハにおいて、安定したコン
トラストの高い光学像、高信号コントラストを得ること
ができなくなってしまう。

【００３０】本発明の第１の目的は、このような干渉計
検出方式の問題点を解決し、色々な半導体プロセスウエ
ハのような観察対象物に対して、コントラストの高い光
学像信号を反射率変化によらず安定して得ることがで
き、特に、ＣＭＰ等の低段差のプロセスにおいても安定
した高精度の位置検出を可能とした位置検出方法および
位置検出装置を提供し、さらには、該位置検出装置を半
導体製造用の露光装置の、アライメント検出系またはデ
ィストーション、アライメント精度等の性能を検査する
為に使用する重ね合わせ検査装置として用いた露光装
置、デバイス製造方法、半導体製造工場および露光装置
の保守方法を提供することにある。

【００３１】さらに、本発明の第２の目的は、光学系部
材のフットプリントの悪化要因または光学系部材群の大
規模化要因等を排して安価でコンパクトな系により、上
記高精度の位置検出を実現することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の第１構成は、ウエハのような観察物体
上のパターンを光学系により、像を信号変換するための
光電変換素子上に結像させ、その信号から、観察物体の
位置を計測する計測系において、コヒーレント光を用い
て、観察物体上のパターン面を照明するインコヒーレン
ト化された照明光と、インコヒーレント化された参照光
とを形成し、参照光の光量を、例えばパターン面の反射
率等に対応して調整し、パターン面からの反射光と共役
ミラーで反射した参照光を合わせて光電変換素子上に結
像させ、その結像した干渉画像の信号からパターンの位
置を計測することを特徴とする。

【００３３】この照明光と参照光とは、例えば、コヒー
レント光源からの光をビームスプリッタ等により分割す
ることにより形成することができ、こうして形成した参
照光は、通常パターン面と光学的な共役面に配置した共
役ミラーで反射した後に、照明光と合成される。

【００３４】この計測系における調光の操作手順とし
て、ビームスプリッタと共役ミラーの間に参照光を遮光
する駆動可能な遮光部材を配置し、遮光部材で参照光を
遮光した状態でパターン面の反射率を計測し、その反射
率の計測結果から参照光の光量を調節し、次に参照光を
遮光しないように遮光部材を光路外に駆動して、パター
ンの位置を計測することができる。

【００３５】この参照光を調光する計測系の具体的な構
成としては、共役ミラーとビームスプリッタの間に、透
過率が異なりそれぞれ光路内に出し入れ可能な複数の減
衰フィルターを配置して参照光の光路に挿入する減衰フ
ィルターを選択することにより参照光の光量を調節する
構成の他、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタで
ある場合には、共役ミラーと偏光ビームスプリッタとの
間に回転可能なλ／４板を配置する構成、共役ミラーと
偏光ビームスプリッタの間に、λ／４板と電気光学素子
または音響光学素子とを配置する構成等が挙げられる。

【００３６】以上の構成により、ＣＭＰ等の低段差プロ
セスにおいてもコントラストの高い像を安定して作成で
きる。さらに、上記第１の目的を達成するとともに上記
第２の目的を達成するため、本発明の第２構成は、ウエ
ハのような観察物体上のパターンを光学系により、光電
変換素子上に結像させ、その信号から、観察物体の位置
を計測する計測系において、コヒーレント光を用いて、
観察物体上のパターン面に照射する照明光と、照明光に
より撮像するパターン像を干渉像にするための参照光を
形成し、光学系内において、インコヒーレント化された
照明光によりパターン面を照明し、インコヒーレント化
された参照光とパターン面からの反射光とを合成して光
電変換素子上に結像し、且つ照明光の光量を調節し、光
電変換素子上に結像した干渉像の信号により観察物体上
のパターンの位置を計測することを特徴とする。この構
成においては、参照光を調光する必要がないため、安価
でコンパクトな光学系とすることができる。

【００３７】特に、この第２構成において、照明光を光
学系へ導光するための第１ファイバーと、参照光を光学
系へ導光するための第２ファイバーとを設けて、照明光
の光量調節を第１ファイバと光源との間で行うことが好
ましい。

【００３８】また、パターン面の反射率に応じて干渉像
信号の取り込み時間も変えて調光する場合には、参照光
の光量を調節する構成とすることもできる。

【００３９】この時の参照光の光量の調節も上記第１構
成と同様、参照光を遮光するための遮光部材を駆動でき
るように配置し、遮光部材により参照光を遮光した状態
でパターン面の反射率を計測して、その計測結果から調
光条件を求め、求めた調光条件にしたがって参照光の光
量を調節すればよい。

【００４０】ここで、参照光を反射光との合成位置側へ
導光するための第２ファイバーと光源からの光を分割す
るためのビームスプリッタとの間に、減衰フィルターや
遮光部材を配置すれば、光学系内に複雑な駆動機構を設
けていないため、安価でコンパクトな光学系を構成でき
る。同様に、回転拡散板も光源と、第１または第２ファ
イバーとの間に配置することが望ましい。

【００４１】またさらに、上記第１および第２の目的を
達成するため、本発明の第３構成は、ウエハのような観
察物体上のパターンを光学系により、光電変換素子上に
結像させ、その信号から、観察物体の位置を計測する計
測系において、少なくとも一方の光量を調節可能な互い
にコヒーレントな光を射出する少なくとも１対の光源を
配置し、その一方の光源から射出した照明光をインコヒ
ーレント化して観察物体上のパターン面に照射し、他方
の光源から射出した参照光をインコヒーレント化してパ
ターン面と光学的な共役面に照射し、パターンからの反
射光と光学的な共役面を経た参照光とを合わせて光電変
換素子上に結像させた干渉像の信号により観察物体上の
パターンの位置を計測することを特徴とする。

【００４２】本構成では、少なくとも１対の光源がある
ため、照明光のみを射出して観察物体の反射率を計測
し、その計測結果から求めた調光条件にしたがって参照
光の発光光量を調節することができ、遮光板が不要とな
る。さらに、干渉像を結像させる撮像素子の取り込み時
間内に複数のパルス光を取り込むことにより、照明光お
よび参照光をインコヒーレント化することにより、回転
拡散板も不要な構成とすることができる。

【００４３】照明光の光量を調節するときに減衰フィル
ターを用いる場合は、上記第１〜第３構成のいずれにお
いても、照明光を光学系へ導光するファイバーと光源と
の間に、減衰フィルターを配置することで、光学系内を
コンパクトにすることができる。また、光源として、パ
ルス光を射出する半導体レーザを使用する場合は、パル
ス光の周波数を変化させることにより照明光の光量を調
節できるので、減衰フィルター自体が不要となる。

【００４４】本発明においては、ウエハのフォーカスを
変えて二つの像を検出して、さらにコントラストを高め
ることができる。その方法は、図４〜６に示した方法と
同様で、観察物体上のパターン部分と非パターン部分と
の段差間で、反射率の差が最も大きくなるフォーカスで
の画像を用いてパターンの位置を計測するか、もしくは
このフォーカスでの画像から同じく反射率の差が最も大
きくなるがその差分の符号が逆となるフォーカスでの画
像を引いた合成画像を用いてパターンの位置を計測する
ことが可能な検出系を構成することで達成される。ま
た、光源として選択して使用できる複数または複数対の
コヒーレント光源を構成するれば、計測に使用する画像
として、検出するマークの外側とマークの内側の光量差
が最も大きくなるコヒーレント光源を使用することがで
きる。

【００４５】本発明の露光装置は、上記本発明に係るい
ずれかの計測系を具備した位置検出装置を有することを
特徴とし、位置検出装置は、アライメント検出および／
またはディストーション、アライメント精度等の性能の
検査する為に用いられる。

【００４６】さらに、本発明の露光装置に、ディスプレ
イと、ネットワークインタフェースと、ネットワーク用
ソフトウェアを実行するコンピュータとを設けることに
より、露光装置の保守情報をコンピュータネットワーク
を介してデータ通信することが可能となる。このネット
ワーク用ソフトウェアは、露光装置が設置された工場の
外部ネットワークに接続され露光装置のベンダーもしく
はユーザが提供する保守データベースにアクセスするた
めのユーザインタフェースをディスプレイ上に提供する
ことにより、外部ネットワークを介して該データベース
から情報を得ることを可能にする。

【００４７】本発明のデバイス製造方法は、上記本発明
の露光装置を含む各種プロセス用の製造装置群を半導体
製造工場に設置する工程と、該製造装置群を用いて複数
のプロセスによって半導体デバイスを製造する工程とを
有することを特徴とする。さらに、製造装置群をローカ
ルエリアネットワークで接続する工程と、ローカルエリ
アネットワークと半導体製造工場外の外部ネットワーク
との間で、製造装置群の少なくとも１台に関する情報を
データ通信する工程とを有してもよい。また、露光装置
のベンダーもしくはユーザが提供するデータベースに外
部ネットワークを介してアクセスしてデータ通信によっ
て製造装置の保守情報を得る、または半導体製造工場と
は別の半導体製造工場との間で外部ネットワークを介し
てデータ通信して生産管理を行うようにしてもよい。

【００４８】本発明の半導体製造工場は、上記本発明の
露光装置を含む各種プロセス用の製造装置群と、該製造
装置群を接続するローカルエリアネットワークと、該ロ
ーカルエリアネットワークから工場外の外部ネットワー
クにアクセス可能にするゲートウェイを有し、製造装置
群の少なくとも１台に関する情報をデータ通信すること
を可能にしたものである。

【００４９】本発明の露光装置の保守方法は、露光装置
のベンダーもしくはユーザーが、半導体製造工場の外部
ネットワークに接続された保守データベースを提供する
工程と、半導体製造工場内から外部ネットワークを介し
て保守データベースへのアクセスを許可する工程と、保
守データベースに蓄積される保守情報を外部ネットワー
クを介して半導体製造工場側に送信する工程とを有する
ことを特徴とする。

【００５０】

【実施例】以下の実施例１〜３では、図７〜９を使用し
て、本発明の第１の目的を達成するための位置検出装置
の原理を詳細に説明する。 （実施例１）図７に本発明の位置検出装置の原理を説明
する一実施例を示す。図７では、光量的に余裕のある場
合についての実施例として、プリズムには偏光特性のな
いビームスプリッタ５８を使用する。

【００５１】光源にはＨｅ−Ｃｄレーザ５１（波長４４
１．６ｎｍ）、Ａｒレーザ５２（波長５１４．６ｎｍ）
またはＨｅ−Ｎｅレーザ５３（波長６３２．８ｎｍ）を
使用する。選択して使用する為に構成したレーザ光源５
１，５２，５３のどれかから発振した光は、インコヒー
レント化の為に回転している回転拡散板５４を通り拡散
され、ファイバー５５に入射される。回転拡散板５４を
光路中に設けることで、コヒーレント光をインコヒーレ
ント化することがでるが、例えば、光源と、光源からの
光をビームスプリッタ５８を含む光学系へ導光するため
のファイバー５５との間に、回転拡散板５４を配置すれ
ば、光学系部材における精度の劣化等を防ぐことができ
る。ファイバー５５で導光され、射出後、照明均一化素
子である、オプチカルロット５６および高効率拡散板の
働きの計算機ホログラム５７に入射し、一部がビームス
プリッタ５８で反射される。前述の様にこのビームスプ
リッタ５８は偏光ビームスプリッタの必要はなく、透過
率、反射率とも５０％のハーフプリズムの場合が偏光を
使用しない場合には効率の良い系となる。

【００５２】ビームスプリッタ５８を反射した光の一部
は、有限補正された第一対物レンズ５９に入射し、観察
物体６０（ウエハ等）を照明する。観察物体６０で反射
した光は、第一対物レンズ５９に再度入射し、ビームス
プリッタ５８を今度は透過して第二対物レンズ６１に入
射し、観察物体６０の像をＣＣＤカメラ６２の撮像面上
に形成する。このウエハ照明光側の挙動は図２，３に示
した例と同様である。また、干渉像を得る前に、ウエハ
照明光を調光する為に、遮光体６３を光路内に挿入して
観察物体６０の反射率を求める。

【００５３】次に、観察画像を干渉像とする為の参照光
についての説明を行なう。ビームプリッタ５８を透過し
た光をミラー７７で反射して、参照光として使用する。
この時ミラー７７は、観察物体６０と光学的な共役面に
配置する。反射した光は再度ビームスプリッタ５８を今
度は反射し、第二対物レンズ６１でＣＣＤカメラ６２の
撮像面上に参照光として形成される。前述の観察物体６
０からの反射像とこの参照光により、干渉像が形成され
る。この時、参照光を調光する為複数の減衰フィルター
６４をビームプリッタ５８とミラー７７の間に構成す
る。

【００５４】参照光の調光方法として、多数の透過率の
異なる減衰フィルター６４を構成し、ウエハの反射率に
基づいて最適透過率のフィルターを挿入する方法があ
る。図７においては、減衰フィルター６４として、高透
過率フィルター６５、中透過率フィルター６６、低透過
率フィルター６７の三種類構成し、観察物体の反射率に
応じて使用することができる。

【００５５】この時、参照光は減衰フィルター６４を二
回透過するので、高透過率フィルター６５、中透過率フ
ィルター６６、低透過率フィルター６７それぞれの透過
率の二乗分光量を落とすことになる。

【００５６】この多数の透過率の異なる減衰フィルター
６４のうち、どのフィルターを使用するかを、マニュア
ルで設定することもできるが、干渉像を得る前に観察物
体６０を使用して求めることもできる。このようにする
と簡便で高速な計測が可能となる。その為にビームプリ
ッタ５８とミラー７７の間に、出入りできる遮光体６３
を構成する。遮光体６３と減衰フィルター６４との位置
関係を限定する必要は特にない。

【００５７】まず、遮光体６３を光路中に挿入する。こ
のことで観察画像が干渉像とならずに従来の明視野観察
像となる。ここで、ＣＣＤカメラ６２の出力、調光条件
から観察物体６０の反射率を求めることができ、そこか
ら最適減衰フィルターを選出して、それを選定し、遮光
体６３が光路内から逃げることで、ビジビリティー高い
干渉像を得ることができる。

【００５８】この多数の透過率の異なる減衰フィルター
６４の中に透過率ゼロのものを配置して遮光体として使
用しても良いし、別途独立に出入り可能な機構で構成し
ても良い。

【００５９】こうすることで、従来までの問題点を解消
し、観察物体６０の反射率変化に対応して、いつでも安
定にビジビリティー高い干渉像を得ることができる。但
し、この挿入する減衰フィルター６４の姿勢により干渉
像は変化してしまう為、姿勢制御および部品精度を高精
度にする必要性がある。参照光の調光方法として、多数
の透過率の異なる減衰フィルターを使用する方法以外に
いくつかの方法を以下に提案する。

【００６０】例えば、一枚の硝子に、連続的に透過率が
異なる様に、クロムをその厚さを変えて付けておいて、
それを回転させることでも参照光の調光が可能となる。
この様な光学部品は既に連続ＮＤフィルターと呼ばれて
いて市販されている（ＮＤ：Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓ
ｉｔｙ、「波長特性の無い」という意味合い）。

【００６１】（実施例２）偏光スプリッタを使用する前
提で、参照光側のλ／４板を回転させて、参照光を調光
する構成も可能である。高精度の姿勢制御の必要性があ
るのは、多数の透過率の異なる減衰フィルターの場合と
同様である。この場合の実施例を図８に示す。

【００６２】レーザ光源５１，５２，５３のどれかから
発振した光は、インコヒーレント化の為に回転している
回転拡散板５４を通り拡散され、ファイバー５５に入射
される。そして、ファイバー５５で導光され、射出後、
照明均一化素子である、オプチカルロット５６および高
効率拡散板の働きの計算機ホログラム５７に入射し、偏
光ビームスプリッタ７０で反射される。偏光ビームスプ
リッタ７０を反射した光は、リレーレンズ７１で平行光
とされ、λ／４板７２で円偏光となり、無限補正された
対物レンズ７３に入射し、観察物体６０（ウエハ等）を
照明する。

【００６３】観察物体６０で反射した光は、対物レンズ
７３、λ／４板７２に再度入射し、偏光をＰ偏光とさ
れ、リレーレンズ７１を透過して偏光ビームスプリッタ
７０を今度は透過して、λ／４板７４、エレクター７５
に入射し、観察物体６０の像をＣＣＤカメラ６２の撮像
面上に形成する。このウエハ照明光側の挙動は図２、３
または７に示した例と同様である。

【００６４】一方、干渉像とする為の参照光は、偏光ビ
ームプリッタ７０を透過した後に、回転可能なλ／４板
７６で円偏光にされ、ミラー７７で反射される。この
時、ミラー７７は、観察物体６０と光学的な共役面に配
置する。反射した光は再度λ／４板７６を透過し、Ｓ偏
光となり、偏光ビームスプリッタ７０を今度は反射し、
λ／４板７４を透過し、エレクター７５によりＣＣＤカ
メラ１４の撮像面上に参照光として形成される。

【００６５】そして前述の観察物体６０からの反射像と
参照光により干渉像が形成される。このとき、参照光を
調光する為に前述のλ／４板７６を回転できる機構とし
ておく。

【００６６】また、干渉像を得る前に、ウエハ照明光を
調光する為に、遮光体６３を光路内に挿入して観察物体
６０の反射率を求める。この操作は実施例１（図７）の
場合と同様で、その情報に基づいてλ／４板７６を回転
させ参照光の光量を調光する事が可能となる。

【００６７】本実施例によれば、干渉像を得ることがで
き、従来までの明視野照明のみの像よりコントラストが
向上した像となる。次に、光学素子の姿勢制御を望まな
い場合もあるので、光学素子が駆動しない調光方法を提
案する。

【００６８】このような調光方法として例えば、液晶シ
ャッター等の使用が挙げられる。しかしながら、光量ロ
スを防ぐ為に、ウエハからの反射光を像として作成する
光学系で偏光を利用している場合は、液晶シャッターを
配置する構成は複雑となる場合がある。

【００６９】（実施例３）参照光をウエハ反射率に対応
して、干渉縞のビジビリティを最も高くする様に調光す
る方法としては、電気光学素子としてのＥＯ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ）素子７８を使用することも
できる。この実施例を図９に示す。

【００７０】図９に示す装置では、前述の図８の回転で
きるλ／４板を、回転しないλ／４板７９として、ミラ
ー７７との間にＥＯ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｏｐｔｉｃａ
ｌ）素子７８を構成したものである。

【００７１】ＥＯ素子７８としては、ジルコン酸チタン
酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）等の部材があり、高電圧を印
加すると、透過した光の偏光状態が変化する。本実施例
では光学系で偏光を使用しているので、参照光の偏光状
態が変化することは、参照光としての光量が減ることを
意味する。ＥＯ素子７８に電圧を印加しない場合に、ウ
エハ（観察物体６０）の反射率が１００％のときのＣＣ
Ｄカメラ１４上での干渉縞のビジビリティが最も高くな
るように、各光学エレメントの透過率および反射率を構
成すれば、実際のウエハ反射率は１００％より低くなる
ので、参照光も減るだけの構成で良いことになる。もち
ろん、ＥＯ素子７８を強度変調器として使用しても、参
照光を調光する事は可能となる。

【００７２】また、ＥＯ素子の替わりに、音響光学素子
（ＡＯ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ）を使用し
て強度変調しても参照光強度を調光する事が可能であ
る。観察物体６０の反射率を求めて、最適参照光強度と
する手順は、ＥＯ素子，ＡＯ素子とも図７で説明したも
のと同様である。図７，８，９に示した様な、参照光を
調光する手段を採用する事で、ウエハの反射率変化に影
響されずに、安定してビジビリティの高い干渉像を得る
ことが可能である。

【００７３】以下の実施例４〜７では、図１０〜１３を
使用して、本発明の第２の目的である、第１〜３実施例
よりも更に安価でコンパクトな系による高精度の位置検
出を達成する原理を詳細に説明する。

【００７４】（実施例４）図１０に本発明の位置検出装
置の原理を説明する一実施例を示す。図１０では、図７
の実施例と同様で光量的に余裕のある場合についての実
施例として、プリズムには偏光特性のないビームスプリ
ッタ５８を使用する。

【００７５】光源にはＨｅ−Ｃｄレーザ５１（波長４４
１．６ｎｍ）、Ａｒレーザ５２または（波長５１４．６
ｎｍ）Ｈｅ−Ｎｅレーザ５３（波長６３２．８ｎｍ）を
使用する。選択して使用する為に構成したレーザ光源５
１，５２，５３のどれかから発振した光は、ビームスプ
リッタ８２で、ウエハ照明光と参照光とに分離される。

【００７６】一方のウエハ照明光は、調光用の減衰フィ
ルターを透過してインコヒーレント化の為に回転してい
る回転拡散板５４を通り拡散され、ファイバー５５に入
射される。ファイバー５５で導光され、射出後、照明均
一化素子である、オプチカルロット５６および高効率拡
散板の働きの計算機ホログラム５７に入射し、ビームス
プリッタ５８で反射される。ビームスプリッタ５８を反
射した光の一部は、有限補正された第一対物レンズ５９
に入射し、観察物体６０を照明する。観察物体６０で反
射した光は、第一対物レンズ５９に再度入射し、ビーム
スプリッタ５８を今度は透過して第二対物レンズ６１に
入射し、観察物体６０の像をＣＣＤカメラ６２の撮像面
上に形成する。このウエハ照明光の経路は図７に示した
例と同様である。

【００７７】参照光としては、レーザから射出した光
が、図１０においてはビームスプリッタ８２で反射した
光を使用するものとし、インコヒーレント化の為に回転
している回転拡散板８３を通り拡散され、ファイバー８
０に入射される。ファイバー８０で導光され、射出後、
照明均一化素子であるオプチカルロット８５および高効
率拡散板の働きの計算機ホログラム８６に入射し、照明
系８４にてウエハ（観察物体６０）と光学的に共役な面
（＝結像関係にある面）を照明し、ビームスプリッタ５
８で反射して第二対物レンズ６１に入射し、これを参照
光として観察物体６０の像をＣＣＤカメラ６２の撮像面
上に形成される。

【００７８】調光する為には、参照光を使用して干渉像
を得る前に、遮光体８１を光路内に挿入して、参照光を
ＣＣＤカメラ６２に行かないようにして、観察物体６０
の反射率を求める操作は図７の実施例と同様である。

【００７９】この時、参照光については、調光すること
を必要としない構成としている。この構成で何故良いか
は以下に説明を行う。但し、ＣＣＤカメラ６２について
は、取り込み時間を一定として使用する場合についてで
あり、取り込み時間を変える場合については後述する。

【００８０】ＣＣＤカメラ６２においては、飽和する電
圧が存在しそれに対応する光量も存在する。今その光量
をＩｓ、とすると、調光フィルターの設定は、ウエハの
反射率に対応してＣＣＤカメラ６２上で、飽和光量Ｉｓ
の、５０％〜８０％程度となる様に設定される（但しこ
の割合はＣＣＤカメラの性能に依存する）。言い換えれ
ばウエハの反射率が変化しても、干渉像の場合でもそう
でない場合でも、ＣＣＤカメラ６２上にはある範囲の一
定の光量を照射する様に設定することが「調光する」と
いうことである。とすれば、参照光の光量については、
ウエハ照明光を調光する光と関係なく、参照光の光を一
定にＣＣＤカメラ６２上に照射できる構成とすれば良い
ことになる。これが参照光の調光を必要としない理由で
ある。

【００８１】ウエハ照明光の調光方法としては、図７と
同様に、参照光側には、遮光体８１を挿入してＣＣＤカ
メラ６２に光が照射しないようにして、ウエハ照明光側
には、多数の透過率の異なる減衰フィルターの中から初
期フィルター（透過率Ｔｉのもの）を挿入して、その時
のＣＣＤカメラの出力Ｉｉを算出する。

【００８２】ここから、干渉像でなく、従来の明視野像
で考えれば、例えば飽和光量Ｉｓの７０％の光量とする
為には、選定する減衰フィルターの透過率Ｔｔは、 Ｔｔ＝０７＊Ｉｓ＊Ｔｉ／Ｉｉ から求めることができる。

【００８３】この時、初期フィルターの透過率Ｔｉは、
選定する減衰フィルターの透過率Ｔｔより少ない（＝透
過率が低い）ものにしないと、最初の光量Ｉｉが飽和光
量Ｉｓより大きくなって、飽和してしまう恐れがある
為、予め対象ウエハの反射率を予想して設定しておく
か、この予想ができない場合には、ウエハ反射率が１０
％以下の場合に適したフィルターとすることで最初のＣ
ＣＤカメラ出力の飽和を防止することができる。

【００８４】もちろん飽和したら、減衰フィルターの透
過率を落としたものを選択していっても自動調光シーケ
ンスは可能であるが、どれだけ落とすのか不明のまま実
行するので、シーケンス終了までの時間が算定できず、
長い時間掛かる恐れがある為である。

【００８５】減衰フィルターは、飛び飛びの透過率のも
のを複数個構成している場合には、調光する光量が飽和
光量Ｉｓの５０％〜８０％の範囲となるものを選択すれ
ば良い。尚、干渉像の場合には、ウエハからの反射光と
参照光の干渉で像強度が決まるので、それぞれの光量の
和で考えるのではなく振幅の和で考える必要がある。そ
の為、参照光の光量も、ウエハからの反射光も干渉像を
得る為には、ＣＣＤカメラに照射される光量は、それぞ
れ飽和光量Ｉｓの１／４以下の値となる。こうすること
で、従来までの問題点を解消し、観察物体６０の反射率
変化に対応して、いつでもビジビリティー高い干渉像を
得る事ができる。

【００８６】（実施例５）図１１は、調光に、撮像素子
の取り込み時間も変えて対応したい場合での実施例を示
したものである。図１０を使用して説明した様に、撮像
素子の取り込み時間が一定なら、参照光は一定で良い
が、撮像素子の取り込み時間を変える場合にはその分の
みの光量を、参照光においても調光する必要が出てく
る。

【００８７】そこで、図１１に示す様に、光源であるレ
ーザ５１、５２または５３から射出した光をビームスプ
リッタ８２で、ウエハ（観察物体６０）ヘの照明光と参
照光に分けて、ウエハ照明光と同様に、参照光もファイ
バー８０に入射する前に調光フィルター８７を構成す
る。

【００８８】ファイバー８０の前でかつ回転拡散板８３
の前に調光フィルター８７を構成することで、各減衰フ
ィルター間の光学部品精度や切り替えた場合の姿勢精度
も不要な系とする事が可能となり十分安価な系の構成が
可能となる。この参照光の調光も、光源５１，５２，５
３とファイバー８０との間で行い、検出系内では行わな
い為、検出系のスペース拡大化の要因の発生を防ぐこと
が可能となる。

【００８９】（実施例６）図１２は、光源に半導体レー
ザＬＤ１、ＬＤ２およびＬＤ３を使用した本発明の一実
施例を示すものである。三種類のＬＤとしては、ＬＤ１
〜３の各発振波長を、６８５，７８５，８３０ｎｍの組
み合わせで選択しても良い。

【００９０】この例では、半導体レーザをパルス発光さ
せて、その周波数を変えて、ウエハ（観察物体６０）か
らの反射光が、所定の光量となるようＣＣＤカメラ６２
に照射される光量を変化させて調光することとし、この
例では参照光の方を調光する構成としている。

【００９１】本実施例では、ＣＣＤカメラ６２を使用し
ているが、ウエハヘの照明光はパルス発光の周波数で、
参照光は、調光フィルター８７で調光可能であるので、
撮像素子の取り込み時間を変化させることにも対応可能
な構成となる。

【００９２】（実施例７）図１３は、ウエハ（観察物体
６０）ヘの照明光と、参照光とに、それぞれ別に半導体
レーザを構成した一実施例を示すものである。それぞれ
において、半導体レーザをパルス発光させて、その周波
数を変えて光量を変化させることができるので、図１２
に示した実施例６と同様に撮像素子８８の取り込み時間
を変化させる事にも対応可能な構成となる。

【００９３】この時、同じ種類の半導体レーザでも別の
半導体レーザ間では、ただ二つの発振光を重ね合わせた
だけでは干渉縞は生じない。これは使用材質や温度等の
環境差の為に発振波長が二つの同一と思われる半導体レ
ーザ間においても異なっている為である。

【００９４】その為この実施例では、それぞれの半導体
レーザで干渉する様に、同一ウエハから作成した半導体
レーザで構成し、ペルチエ素子８９で温度管理を行う事
が必要となる。このあたりはコヒーレンス光通信におい
て既に検討されていることを適用する必要がある。

【００９５】（半導体生産システムの実施例）次に、半
導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パ
ネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の
生産システムの例を説明する。これは半導体製造工場に
設置された製造装置のトラブル対応や定期メンテナン
ス、あるいはソフトウェア提供などの保守サービスを、
製造工場外のコンピュータネットワークを利用して行う
ものである。

【００９６】図１４は全体システムをある角度から切り
出して表現したものである。図中、１０１は半導体デバ
イスの製造装置を提供するベンダー（装置供給メーカ）
の事業所である。製造装置の実例として、半導体製造工
場で使用する各種プロセス用の半導体製造装置、例え
ば、前工程用機器（露光装置、レジスト処理装置、エッ
チング装置等のリソグラフィ装置、熱処理装置、成膜装
置、平坦化装置等）や後工程用機器（組立て装置、検査
装置等）を想定している。事業所１０１内には、製造装
置の保守データベースを提供するホスト管理システム１
０８、複数の操作端末コンピュータ１１０、これらを結
んでイントラネットを構築するローカルエリアネットワ
ーク（ＬＡＮ）１０９を備える。ホスト管理システム１
０８は、ＬＡＮ１０９を事業所の外部ネットワークであ
るインタネット１０５に接続するためのゲートウェイ
と、外部からのアクセスを制限するセキュリティ機能を
備える。

【００９７】一方、１０２〜１０４は、製造装置のユー
ザーとしての半導体製造メーカの製造工場である。製造
工場１０２〜１０４は、互いに異なるメーカに属する工
場であっても良いし、同一のメーカに属する工場（例え
ば、前工程用の工場、後工程用の工場等）であっても良
い。各工場１０２〜１０４内には、夫々、複数の製造装
置１０６と、それらを結んでイントラネットを構築する
ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１１１と、各製
造装置１０６の稼動状況を監視する監視装置としてホス
ト管理システム１０７とが設けられている。各工場１０
２〜１０４に設けられたホスト管理システム１０７は、
各工場内のＬＡＮ１１１を工場の外部ネットワークであ
るインタネット１０５に接続するためのゲートウェイを
備える。これにより各工場のＬＡＮ１１１からインタネ
ット１０５を介してベンダー１０１側のホスト管理シス
テム１０８にアクセスが可能となり、ホスト管理システ
ム１０８のセキュリティ機能によって限られたユーザー
だけがアクセスが許可となっている。具体的には、イン
タネット１０５を介して、各製造装置１０６の稼動状況
を示すステータス情報（例えば、トラブルが発生した製
造装置の症状）を工場側からベンダー側に通知する他、
その通知に対応する応答情報（例えば、トラブルに対す
る対処方法を指示する情報、対処用のソフトウェアやデ
ータ）や、最新のソフトウェア、ヘルプ情報などの保守
情報をベンダー側から受け取ることができる。各工場１
０２〜１０４とベンダー１０１との間のデータ通信およ
び各工場内のＬＡＮ１１１でのデータ通信には、インタ
ネットで一般的に使用されている通信プロトコル（ＴＣ
Ｐ／ＩＰ）が使用される。なお、工場外の外部ネットワ
ークとしてインタネットを利用する代わりに、第三者か
らのアクセスができずにセキュリティの高い専用線ネッ
トワーク（ＩＳＤＮなど）を利用することもできる。ま
た、ホスト管理システムはベンダーが提供するものに限
らずユーザーがデータベースを構築して外部ネットワー
ク上に置き、ユーザーの複数の工場から該データベース
へのアクセスを許可するようにしてもよい。

【００９８】さて、図１５は本実施形態の全体システム
を図１４とは別の角度から切り出して表現した概念図で
ある。先の例ではそれぞれが製造装置を備えた複数のユ
ーザー工場と、該製造装置のベンダーの管理システムと
を外部ネットワークで接続して、該外部ネットワークを
介して各工場の生産管理や少なくとも１台の製造装置の
情報をデータ通信するものであった。これに対し本例
は、複数のベンダーの製造装置を備えた工場と、該複数
の製造装置のそれぞれのベンダーの管理システムとを工
場外の外部ネットワークで接続して、各製造装置の保守
情報をデータ通信するものである。図中、２０１は製造
装置ユーザー（半導体デバイス製造メーカ）の製造工場
であり、工場の製造ラインには各種プロセスを行う製造
装置、ここでは例として露光装置２０２、レジスト処理
装置２０３、成膜処理装置２０４が導入されている。な
お図１４では製造工場２０１は１つだけ描いているが、
実際は複数の工場が同様にネットワーク化されている。
工場内の各装置はＬＡＮ２０６で接続されてイントラネ
ットを構成し、ホスト管理システム２０５で製造ライン
の稼動管理がされている。一方、露光装置メーカ２１
０、レジスト処理装置メーカ２２０、成膜装置メーカ２
３０などベンダー（装置供給メーカ）の各事業所には、
それぞれ供給した機器の遠隔保守を行なうためのホスト
管理システム２１１，２２１，２３１を備え、これらは
上述したように保守データベースと外部ネットワークの
ゲートウェイを備える。ユーザーの製造工場内の各装置
を管理するホスト管理システム２０５と、各装置のベン
ダーの管理システム２１１，２２１，２３１とは、外部
ネットワーク２００であるインタネットもしくは専用線
ネットワークによって接続されている。このシステムに
おいて、製造ラインの一連の製造機器の中のどれかにト
ラブルが起きると、製造ラインの稼動が休止してしまう
が、トラブルが起きた機器のベンダーからインタネット
２００を介した遠隔保守を受けることで迅速な対応が可
能で、製造ラインの休止を最小限に抑えることができ
る。

【００９９】半導体製造工場に設置された各製造装置は
それぞれ、ディスプレイと、ネットワークインタフェー
スと、記憶装置にストアされたネットワークアクセス用
ソフトウェアならびに装置動作用のソフトウェアを実行
するコンピュータを備える。記憶装置としては内蔵メモ
リやハードディスク、あるいはネットワークファイルサ
ーバーなどである。上記ネットワークアクセス用ソフト
ウェアは、専用又は汎用のウェブブラウザを含み、例え
ば図１６に一例を示す様な画面のユーザーインタフェー
スをディスプレイ上に提供する。各工場で製造装置を管
理するオペレータは、画面を参照しながら、製造装置の
機種（４０１）、シリアルナンバー（４０２）、トラブ
ルの件名（４０３）、発生日（４０４）、緊急度（４０
５）、症状（４０６）、対処法（４０７）、経過（４０
８）等の情報を画面上の入力項目に入力する。入力され
た情報はインタネットを介して保守データベースに送信
され、その結果の適切な保守情報が保守データベースか
ら返信されディスプレイ上に提示される。またウェブブ
ラウザが提供するユーザーインタフェースはさらに図示
のごとくハイパーリンク機能（４１０〜４１２）を実現
し、オペレータは各項目の更に詳細な情報にアクセスし
たり、ベンダーが提供するソフトウェアライブラリから
製造装置に使用する最新バージョンのソフトウェアを引
出したり、工場のオペレータの参考に供する操作ガイド
（ヘルプ情報）を引出したりすることができる。

【０１００】次に上記説明した生産システムを利用した
半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１７は半
導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計
を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路
パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ
３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ
を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と
呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグ
ラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステッ
プ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化
する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボン
ディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組
立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で
作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テ
スト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバ
イスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。前工程
と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工
場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がな
される。また前工程工場と後工程工場との間でも、イン
タネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や
装置保守のための情報がデータ通信される。

【０１０１】図１８は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステッ
プ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上
に多重に回路パターンを形成する。各工程で使用する製
造機器は上記説明した遠隔保守システムによって保守が
なされているので、トラブルを未然に防ぐと共に、もし
トラブルが発生しても迅速な復旧が可能で、従来に比べ
て半導体デバイスの生産性を向上させることができる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の第１構成によれば、新たな干渉
顕微鏡方式で、ウエハ反射率に影響されずに常にビジビ
リティーの高い干渉像を得ることが可能となり、ＣＭＰ
プロセス等の低段差のマークも高コントラスト化するこ
とで、高精度の位置検出が可能となる。

【０１０３】さらに、本発明の第２および第３構成によ
れば、高価で広いスペースの光学系とすることなく、第
１構成によるものと同等の高精度の位置検出が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＴＩＳ補正法の原理を示す図である。

【図２】 従来の重ね合わせ検査装置の光学系の一例を
示す図である。

【図３】 干渉方式により、光学像のコントラストを向
上させる重ね合わせ検査装置の光学系の一例を示す図で
ある。

【図４】 マークの外側が明るい条件のフォーカスでの
干渉像を示す図である。

【図５】 マークの外側が暗い条件のフォーカスでの干
渉像を示す図である。

【図６】 干渉像検出における、マークの外側が明るい
場合の信号、暗い場合の信号、それと二つの差分の信号
を示す図である。

【図７】 本発明の第１の構成の一実施例で、参照光の
調光に複数の減衰フィルターを構成して使用する検出装
置の一例を示す図である。

【図８】 本発明の第１の構成の一実施例で、参照光の
調光に、回転できるλ／４板を構成して使用する検出装
置の一例を示す図である。

【図９】 本発明の第１の構成の一実施例で、参照光の
調光に電気光学素子を使用する検出装置の一例を示す図
である。

【図１０】 本発明の第２の構成の一実施例で、参照
光の調光を不要とした構成の検出装置の一例を示す図で
ある。

【図１１】 本発明の第２の構成の一実施例で、参照
光の調光を検出系外において、撮像素子の取り込み時間
変化分のみ対応した構成の検出装置の一例を示す図であ
る。

【図１２】 本発明の第２の構成の一実施例で、半導
体レーザをパルス発光して照明し、参照光の方に機械的
な調光を構成した検出系の構成を示す図である。

【図１３】 本発明の第２の構成の一実施例で、半導
体レーザを、ウエハを照明するものと参照光のものとを
独立に構成した検出系の構成を示す図である。

【図１４】 半導体デバイスの生産システムをある角度
から見た概念図である。

【図１５】 半導体デバイスの生産システムを別の角度
から見た概念図である。

【図１６】 ユーザーインタフェースの具体例である。

【図１７】 デバイスの製造プロセスのフローを説明す
る図である。

【図１８】 ウエハプロセスを説明する図である。

【符号の説明】

１：ウエハ、２：重ね合わせ用マーク（シリコンエッチ
ングウエハ）、３：重ね合わせ用マーク（レジストパタ
ーン）、４，７７：ミラー、５：光源（例えばハロゲン
ランプ）、６：使用する照明光、７，５５：ファイバ
ー、８：照明光学系、９，７０：偏光ビームスプリッ
タ、１０，２１，２２，７２，７４，７９：λ／４板、
１１：対物レンズ、１２：リレーレンズ、１３：エレク
ター、１４，６２：ＣＣＤカメラ、１５：コンピュー
タ、２３：ミラー、２４：シャッター、３１：Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ、３２，５４：回転拡散板、５１：Ｈｅ−Ｃｄ
レーザ、５２：Ａｒレーザ、５３：Ｈｅ−Ｎｅレーザ、
５６，８５：オプチカルロット、５７，８６：計算機ホ
ログラム、５８，８２：ビームスプリッタ、５９：第一
対物レンズ、６０：観察物体、６１：第二対物レンズ、
６３，８１：遮光体、６４：複数の減衰フィルター、６
５：高透過率フィルター、６６：中透過率フィルター、
６７：低透過率フィルター、７１：リレーレンズ、７
３：対物レンズ、７５：エレクター、７６：回転可能な
λ／４板、７８：電気光学素子（ＥＯ素子）、８０：参
照光用ファイバー、８３：参照光用回転拡散板、８４：
参照光用照明光学系、８７：参照光用調光フィルター、
８８：取り込み時間可変な撮像素子、ＬＤ１：半導体レ
ーザ（発振波長６８５ｎｍ）、ＬＤ２：半導体レーザ
（発振波長７８５ｎｍ）、ＬＤ３：半導体レーザ（発振
波長８３０ｎｍ）、８９：ペルチエ素子。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｇ ５２５Ｌ (72)発明者 北岡 厚志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F064 AA02 FF01 FF02 GG02 GG12 GG13 GG22 GG23 GG38 GG41 GG44 GG55 GG68 GG70 HH03 HH08 2F065 AA14 AA20 BB27 CC20 DD09 EE00 FF49 FF52 GG00 GG05 GG06 GG08 HH10 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL02 LL04 LL12 LL24 LL36 LL37 LL46 LL47 LL49 LL51 LL53 LL57 NN02 NN03 NN06 PP24 2H042 DB01 DE09 5F046 CB02 DA02 DB01 DB05 FA09 FB10

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察物体上のパターンの位置を計測する
   位置検出方法において、 コヒーレント光を用いて前記観察物体上のパターン面を
   照明するインコヒーレント化された照明光と、インコヒ
   ーレント化された参照光とを形成し、 前記参照光の光量を前記パターン面の反射率に対応して
   変化させ、 前記パターン面からの反射光と前記共役ミラーで反射し
   た参照光を合わせて光電変換素子上に結像させ、その結
   像した干渉画像信号から前記パターンの位置を計測する
   ことを特徴とする位置検出方法。
2. 【請求項２】 コヒーレント光源からの光を前記照明光
   と参照光とに分割するビームスプリッタを用いる請求項
   １に記載の位置検出方法。
3. 【請求項３】 前記参照光は前記パターン面と光学的に
   共役面に配置した共役ミラーで反射させる請求項２に記
   載の位置検出方法。
4. 【請求項４】 前記ビームスプリッタと前記共役ミラー
   の間に前記参照光を遮光する駆動可能な遮光部材を配置
   し、前記遮光部材で前記参照光を遮光した状態で前記パ
   ターン面の反射率を計測し、その反射率の計測結果から
   前記参照光の光量を調節し、次に前記参照光を遮光しな
   いように前記遮光部材を光路外に駆動して、前記パター
   ンの位置を計測することを特徴とする請求項３に記載の
   位置検出方法。
5. 【請求項５】 前記光源と、前記光源からの光を前記ビ
   ームスプリッタを含む光学系へ導光するためのファイバ
   ーとの間に、回転拡散板を配置して、前記コヒーレント
   光をインコヒーレント化することを特徴とする請求項
   ２、３または４に記載の位置検出方法。
6. 【請求項６】 前記ビームスプリッタが偏光ビームスプ
   リッタであって、前記共役ミラーと前記偏光ビームスプ
   リッタとの間に回転可能なλ／４板を配置し、このλ／
   ４板を回転することにより前記参照光の光量を調節する
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の
   位置検出方法。
7. 【請求項７】 前記共役ミラーと前記ビームスプリッタ
   の間に、透過率が異なりそれぞれ光路内に出し入れ可能
   な複数の減衰フィルターを配置し、前記参照光の光路に
   挿入する減衰フィルターを選択することにより前記参照
   光の光量を調節することを特徴とする請求項３〜５のい
   ずれか１項に記載の位置検出方法。
8. 【請求項８】 前記ビームスプリッタが偏光ビームスプ
   リッタであって、前記共役ミラーと前記偏光ビームスプ
   リッタの間にλ／４板および電気光学素子を配置し、こ
   の電気光学素子により前記参照光の光量を調節すること
   を特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の位置
   検出方法。
9. 【請求項９】 前記ビームスプリッタが偏光ビームスプ
   リッタであって、前記共役ミラーと前記偏光ビームスプ
   リッタの間にλ／４板および音響光学素子を配置し、こ
   の音響光学素子により前記参照光の光量を調節すること
   を特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の位置
   検出方法。
10. 【請求項１０】 観察物体上のパターンの位置を計測す
    る位置検出方法において、 コヒーレント光を用いて、前記観察物体上のパターン面
    に照射する照明光と、前記照明光により撮像するパター
    ン像を干渉像にするための参照光を形成し、 インコヒーレント化された前記照明光による前記パター
    ン面を照明し、インコヒーレント化された前記参照光と
    前記パターン面からの反射光とを合成して光電変換素子
    上に結像し、 且つ前記照明光の光量を調節し、 前記光電変換素子上に結像した干渉像の信号により前記
    観察物体上のパターンの位置を計測することを特徴とす
    る位置検出方法。
11. 【請求項１１】 前記光量調節は前記照明光を前記観察
    物体側へ導光する第１ファイバと前記光源との間で行わ
    れる請求項１０に記載の位置検出方法。
12. 【請求項１２】 前記パターン面の反射率に応じて、前
    記干渉像信号の取り込み時間および前記参照光の光量を
    調節することを特徴とする請求項１０または１１に記載
    の位置検出方法。
13. 【請求項１３】 前記参照光の光量の調節は、 前記参照光を遮光するための遮光部材を駆動できるよう
    に配置し、 前記遮光部材により前記参照光を遮光した状態で前記パ
    ターン面の反射率を計測して、その計測結果から調光条
    件を求め、求めた調光条件にしたがって前記参照光の光
    量を調節するものであることを特徴とする請求項１２に
    記載の位置検出方法。
14. 【請求項１４】 前記遮光部材は、光源からの光を分割
    するためのビームスプリッタと、前記参照光を前記反射
    光との合成位置側へ導光するための第２ファイバーの間
    に挿入されることを特徴とする請求項１３に記載の位置
    検出方法。
15. 【請求項１５】 前記ビームスプリッタと前記第２ファ
    イバーの間に、透過率が異なりそれぞれ光路内に出し入
    れ可能な複数の減衰フィルターを配置し、光路に挿入す
    る減衰フィルターを選択することにより前記参照光の光
    量を調節することを特徴とする請求項１４に記載の位置
    検出方法。
16. 【請求項１６】 前記光源と、前記第１または第２ファ
    イバーとの間に、回転拡散板を配置して前記コヒーレン
    ト光をインコヒーレント化することを特徴とする請求項
    １４に記載の位置検出方法。
17. 【請求項１７】 観察物体上のパターンの位置を計測す
    る位置検出方法において、 少なくとも一方の光量を調節可能な互いにコヒーレント
    な光を射出する少なくとも１対の光源を配置し、 その一方の光源から射出した照明光をインコヒーレント
    化して前記観察物体上のパターン面に照射し、 他方の光源から射出した参照光をインコヒーレント化し
    て前記パターン面と光学的な共役面に照射し、 前記パターンからの反射光と前記光学的な共役面を経た
    前記参照光とを合わせて光電変換素子上に結像させた干
    渉像の信号により前記観察物体上のパターンの位置を計
    測することを特徴とする位置検出方法。
18. 【請求項１８】 前記参照光の光量の調節は、前記照明
    光のみを射出して前記観察物体の反射率を計測し、その
    計測結果から求めた調光条件にしたがって前記参照光の
    発光光量を調節するものであることを特徴とする請求項
    １７に記載の位置検出方法。
19. 【請求項１９】 前記干渉像を結像させる撮像素子の取
    り込み時間内に複数のパルス光を取り込むことにより、
    前記照明光および参照光をインコヒーレント化すること
    を特徴とする請求項１７または１８に記載の位置検出方
    法。
20. 【請求項２０】 前記照明光を光学系へ導光するファイ
    バーと前記光源との間に、透過率が異なりそれぞれ光路
    に出し入れ可能な複数の減衰フィルターを配置し、前記
    証明光の光路に挿入する減衰フィルターを選択すること
    により前記照明光の光量を調節することを特徴とする請
    求項１、１０または１７に記載の位置検出方法。
21. 【請求項２１】 前記光源として、パルス光を射出する
    半導体レーザを配置し、前記パルス光の周波数を変化さ
    せることにより前記照明光の光量を調節することを特徴
    とする請求項１、１０または１７に記載の位置検出方
    法。
22. 【請求項２２】 前記観察物体上のパターン部分と非パ
    ターン部分との段差間で、反射率の差が最も大きくなる
    フォーカスでの画像を用いて前記パターンの位置を計測
    することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に
    記載の位置検出方法。
23. 【請求項２３】 前記反射率の差が最も大きくなるフォ
    ーカスでの画像から、同じく前記反射率の差が最も大き
    くなるが、その差分の符号が前記フォーカスのものと逆
    となる画像を引いた合成画像を用いて前記パターンの位
    置を計測することを特徴とする請求項２２に記載の位置
    検出方法。
24. 【請求項２４】 前記光源として選択して使用できる複
    数または複数対のコヒーレント光源を構成し、計測に使
    用する画像として、前記検出するマークの外側とマーク
    の内側の光量差が最も大きくなるコヒーレント光源を使
    用することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項
    に記載の位置検出方法。
25. 【請求項２５】 観察物体上のパターンの位置を計測す
    るための位置検出装置において、 コヒーレント光を発光する光源と、 前記光源からの光をインコヒーレント化する手段と、 前記光源からの光を二分割するビームスプリッタと、 分割した一方の照明光で前記観察物体上のパターン面を
    照明し、もう一方の参照光と前記パターン面からの反射
    光とを合わせて光電変換素子上に干渉像を形成させる光
    学系と、 前記参照光の光量を調整する為の手段と、 前記結像した干渉像を信号変換する光電変換素子とを有
    することを特徴とする位置検出装置。
26. 【請求項２６】 前記光学系は参照光を反射させる前記
    パターン面と光学的な共役面に配置した共役ミラーを有
    する請求項２５に記載の位置検出装置。
27. 【請求項２７】 観察物体上のパターンの位置を計測す
    るための位置検出装置において、 コヒーレント光を発光する光源と、 前記光源からの光を、前記観察物体上のパターン面に照
    射する照明光およびその参照光に二分割するビームスプ
    リッタと、 前記照明光および前記参照光をインコヒーレント化する
    手段と、 前記照明光を前記パターン面に照射し、前記パターン面
    からの反射光と前記参照光を、合わせて干渉像を結像す
    る光学系と、 前記照明光の光量を調節する手段と、 前記結像した干渉像を信号変換する光電変換素子とを有
    することを特徴とする位置検出装置。
28. 【請求項２８】 前記照明光を前記光学系へ導光するた
    めの第１ファイバーと、 前記参照光を前記光学系へ導光するための第２ファイバ
    ーとを有し、 前記調節手段は前記第１ファイバーの手前で、前記照明
    光の光量を調節する請求項２７に記載の位置検出装置。
29. 【請求項２９】 観察物体上のパターンの位置を計測す
    るための位置検出装置において、 少なくとも一方の光量を調節可能な互いにコヒーレント
    な光を射出する少なくとも１対の光源と、 その一方の光源から射出した照明光および他方の光源か
    ら射出した参照光をインコヒーレント化する手段と、 前記照明光を前記観察物体上のパターン面に照射し、前
    記パターン面からの反射光と前記参照光とを合わせて干
    渉像を結像させる光学系と、 前記結像した干渉像を信号変換する光電変換素子を有す
    ることを特徴とする位置検出装置。
30. 【請求項３０】 原版のパターンを基板に露光する露光
    装置において、請求項２６〜２９のいずれか１項に記載
    の位置検出装置を具備することを特徴とする露光装置。
31. 【請求項３１】 請求項３０記載の露光装置を含む各種
    プロセス用の製造装置群を半導体製造工場に設置する工
    程と、該製造装置群を用いて複数のプロセスによって半
    導体デバイスを製造する工程とを有することを特徴とす
    るデバイス製造方法。
32. 【請求項３２】 前記製造装置群をローカルエリアネッ
    トワークで接続する工程と、前記ローカルエリアネット
    ワークと前記半導体製造工場外の外部ネットワークとの
    間で、前記製造装置群の少なくとも１台に関する情報を
    データ通信する工程とをさらに有する請求項３１記載の
    方法。
33. 【請求項３３】 前記露光装置のベンダーもしくはユー
    ザが提供するデータベースに前記外部ネットワークを介
    してアクセスしてデータ通信によって前記製造装置の保
    守情報を得る、または前記半導体製造工場とは別の半導
    体製造工場との間で前記外部ネットワークを介してデー
    タ通信して生産管理を行う請求項３１記載の方法。
34. 【請求項３４】 請求項２５記載の露光装置を含む各種
    プロセス用の製造装置群と、該製造装置群を接続するロ
    ーカルエリアネットワークと、該ローカルエリアネット
    ワークから工場外の外部ネットワークにアクセス可能に
    するゲートウェイを有し、前記製造装置群の少なくとも
    １台に関する情報をデータ通信することを可能にした半
    導体製造工場。
35. 【請求項３５】 半導体製造工場に設置された請求項２
    ５記載の露光装置の保守方法であって、前記露光装置の
    ベンダーもしくはユーザが、半導体製造工場の外部ネッ
    トワークに接続された保守データベースを提供する工程
    と、前記半導体製造工場内から前記外部ネットワークを
    介して前記保守データベースへのアクセスを許可する工
    程と、前記保守データベースに蓄積される保守情報を前
    記外部ネットワークを介して半導体製造工場側に送信す
    る工程とを有することを特徴とする露光装置の保守方
    法。
36. 【請求項３６】 請求項３０記載の露光装置において、
    ディスプレイと、ネットワークインタフェースと、ネッ
    トワーク用ソフトウェアを実行するコンピュータとをさ
    らに有し、露光装置の保守情報をコンピュータネットワ
    ークを介してデータ通信することを可能にした露光装
    置。
37. 【請求項３７】 前記ネットワーク用ソフトウェアは、
    前記露光装置が設置された工場の外部ネットワークに接
    続され前記露光装置のベンダーもしくはユーザが提供す
    る保守データベースにアクセスするためのユーザインタ
    フェースを前記ディスプレイ上に提供し、前記外部ネッ
    トワークを介して該データベースから情報を得ることを
    可能にする請求項３６記載の装置。