JP2001272208A - 重ね合わせずれ検査装置、重ね合わせずれ検査用マークおよび重ね合わせずれ検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体の製造工程中のリソグラフィ工程にお
いて、下層パターンとレジストパターンとの重ね合わせ
ずれの有無を短時間でかつ自動的に検査することができ
る重ね合わせずれ検査装置、重ね合わせずれ検査用マー
クおよび重ね合わせずれ検査方法を提供する。 【解決手段】 交互に配置されて周期幅ｐの回折格子を
なすように設計された下層パターン６１とレジストパタ
ーン６５であって素子形成用のパターンとレジストパタ
ーンとともにそれぞれ形成された被検査マーク６０を含
む基板Ｓを載置するステージ１７と、波長λの平行単色
光Ｌ_Ｉを発生させ任意の入射角θｉで周期ｐを与える方
向から被検査マーク６０に照射する照射素子２９と、平
行単色光Ｌ _Ｉの照射を受けて被検査マーク６０から発生
するｍ次回折光Ｌ_Ｄｍを検出する受光手段４５と、周期
ｐと波長λと入射角θｉとｍ次回折光Ｌ_Ｄｍの射出角θ
ｒｍとの間の関係式ｐ（ｓｉｎθｒｍ−ｓｉｎθｉ）＝
±ｍλに基づいて下層パターン６１とレジストパターン
６５との重ね合わせずれの有無を判定する判定手段１３
と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重ね合わせずれ測
定装置、重ね合わせずれ測定方法および重ね合わせずれ
測定用マークに関し、特に、基板上へのデバイス形成形
成過程で行なわれるリソグラフィ工程において、ウェー
ハ表面に既に形成されたパターンと、このパターン上に
露光され現像されたレジストパターンとの重ね合わせず
れの有無を検査する技術を対象とする。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハ上へデバイスを形成する
製造工程中に実施されるリソグラフィ工程において、既
に半導体ウェーハ上に形成されたパターンと、このパタ
ーンの表面に露光され現像されたレジストパターンとの
重ね合わせの良否は、製造歩留まりの良否に直接影響を
及ぼす要因として、その重要度が増してきている。

【０００３】このような下層パターンとレジストパター
ンとの重ね合わせ精度を測定し、その良否を判定する装
置（以下、重ね合わせずれ検査装置という）と、この重
ね合わせ良否の判定に用いられる重ね合わせずれ測定用
マークの従来の技術について図面を参照しながら説明す
る。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参
照番号を付してその説明を適宜省略する。

【０００４】まず、重ね合わせずれ測定用マークについ
て説明すると、図１０（ａ）および（ｂ）に示すＢｏｘ
−ｉｎ−ｂｏｘと呼ばれるマーク１１０や図１１（ａ）
および（ｂ）に示すＢａｒ−ｉｎ−ｂａｒと呼ばれるマ
ーク１２０が一般的に用いられている。これらのマーク
は、デバイス形成用の他のパターンまたはレジストパタ
ーンとともに形成され、例えば図１０に示すマークで
は、正方形の平面形状を有する下層パターン１１１（外
側Ｂｏｘと呼ばれる）をデバイス形成用の下層パターン
と同時に形成し、保護膜１１３を形成した後、レジスト
パターン１１５（内側Ｂｏｘと呼ばれる）をデバイス形
成用のレジストパターンと同時に形成する。また、図１
１に示すマークでは、互いに対向する２組の直方体（外
側Ｂａｒと呼ばれる）でなる下層パターン１２１をデバ
イス形成用のパターンと同時に形成し、保護膜１２３の
形成を経て、互いに対向する２組の直方体（内側Ｂａｒ
と呼ばれる）でなるレジストパターン１２５をデバイス
形成用のレジストパターンと同時に形成する。このよう
な構造により、測定用マーク１１０，１２０に、下層パ
ターンとレジストパターンとの間の相対的位置関係を表
わす情報を保持することができる。

【０００５】また、これらの測定マーク１１０，１２０
を用いた従来の測定方法の一例は、次のとおりである。
即ち、まず、測定マーク１１０，１２０に対して可視光
を照射する。次に、測定マークからの反射光を検出して
これらのマークを横断する方向および縦断する方向で輝
度断面プロファイルを抜き出す。図１０（ｃ）および図
１１（ｃ）はそれぞれ測定マーク１１０，１２０を縦断
する方向で抽出した輝度断面プロファイルである。最後
に、これらのプロファイルの形状に基づいて測定マーク
１１０を構成する２つのＢｏｘ（平面視における内外の
Ｂｏｘ）や測定マーク１２０を構成する８つのＢａｒの
間の相対的な位置関係を検出する。このような方法によ
り、重ね合わせずれを高い精度で検査することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の測定マークまたはこれを用いた従来の測定方法
には、次のような２つの問題点があった。

【０００７】即ち、第１の問題点は、測定に時間を要す
るということであり、また、第２の問題点は、装置化し
た場合に装置の構成が大がかりになり、特に光学系の構
造や各種制御系の設定が複雑になるという問題である。
特に、半導体量産工場においては、大量のウェーハを限
られた台数の装置で処理しなければならないため、第１
の問題を回避するためには、測定を実施するウェーハを
絞り込まざるを得ない。この結果、重ね合わせ精度の検
査が実施されないまま次工程に流通するウェーハが存在
するという事態が発生する。

【０００８】このような事態を対処するため、光学顕微
鏡を用いた目視検査が実施される場合がある。即ち、検
査対象について、数ミクロンオーダーのレベルでの大規
模な重ね合わせずれがあるか否かを光学顕微鏡を用いて
検査員の目によって検査する方法である。

【０００９】しかしながら、目視検査では検査の基準が
検査員の熟練度や勘といった定性的な要素に大きく左右
されるため、検査精度の低下や不安定性の原因となって
いた。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、半導体の製造工程中のリソグラフィ
工程において、下層パターンとレジストパターンとの重
ね合わせずれの有無を短時間でかつ自動的に検査するこ
とができる重ね合わせずれ検査装置、重ね合わせずれ検
査用マークおよび重ね合わせずれ検査方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。

【００１２】即ち、本発明の第１の態様によれば、交互
に配置されて周期幅ｐの回折格子をなすように設計され
た第１のパターンと第２のパターンであって、素子形成
用のパターンおよびレジストパターンとともにそれぞれ
同時に形成された被検査マークを含む基板を載置するス
テージと、波長λの平行単色光を発生させ、任意の入射
角θｉで上記周期幅ｐを与える方向から上記平行単色光
を上記被検査マークに照射する照射素子と、上記平行単
色光の照射を受けて上記被検査マークから発生するｍ次
回折光（ｍは０を除く整数）を検出する受光手段と、上
記周期幅ｐと上記波長λと上記入射角θｉと上記ｍ次回
折光の射出角θｒｍとの間の関係式 ｐ（ｓｉｎθｒｍ−ｓｉｎθｉ）＝±ｍλ に基づいて上記第１のパターンと上記第２のパターンと
の重ね合わせずれの有無を判定する判定手段と、を備え
る重ね合わせずれ検査装置が提供される。

【００１３】上記重ね合わせずれ検査装置が備える上記
判定手段は、上記関係式に基づく射出角θｒｍで上記被
検査マークから射出する上記ｍ次回折光が検出されるべ
き位置で上記受光素子が上記ｍ次回折光を受光する場合
に、上記第１のパターンと上記第２のパターンとの間で
重ね合わせずれが無いと判定し、上記関係式に基づく射
出角θｒｍで上記被検査マークから射出する上記ｍ次回
折光が検出されるべき位置で上記受光素子が上記ｍ次回
折光を検出しない場合に、上記第１のパターンと上記第
２のパターンとの間で重ね合わせずれが発生していると
判定することが望ましい。

【００１４】本発明の好適な実施態様において、上記重
ね合わせずれ検査装置は、上記被測定マークが設計どお
りに形成されている場合に、上記関係式に基づく射出角
θｒｍで上記被検査マークから射出する上記ｍ次回折光
が検出されるように、上記照射素子と上記ステージと上
記受光素子との間の相対位置関係を制御する位置制御手
段をさらに備える。

【００１５】上記判定手段は、上記受光素子により検出
された上記ｍ次回折光の輝度と、上記被測定マークが設
計どおりに形成されている場合に上記受光素子により検
出される上記ｍ次回折光の輝度である輝度しきい値と、
を比較することにより上記重ね合わせずれの有無を判定
することが好ましい。

【００１６】また、上記位置制御手段は、上記平行単色
光が通過する平面とほぼ同一の平面内で、上記ｍ次回折
光の任意の射出角に対応して上記受光素子の受光面が上
記被検査マークに対向するように上記受光素子を移動さ
せる受光素子移動手段を含み、上記判定手段は、上記受
光素子により検出される上記ｍ次回折光が最大の輝度を
有するときの上記任意の射出角と、上記被測定マークが
設計どおりに形成されている場合に上記平行単色光の照
射を受けて発生する上記ｍ次回折光の射出角である基準
射出角とを比較することにより上記重ね合わせずれの有
無を判定すると良い。

【００１７】また、上記位置制御手段は、上記平行単色
光が任意の入射角で上記被検査マークに入射するように
上記照射素子を移動させる照射素子移動手段を含み、上
記判定手段は、上記受光素子により検出される上記ｍ次
回折光が最大の輝度を有するときの上記任意の入射角
と、上記被測定マークが設計どおりに形成されている場
合に上記受光素子に検出される上記ｍ次回折光が最大の
輝度を有するときの入射角である基準入射角とを比較す
ることにより上記重ね合わせずれの有無を判定すること
としても良い。

【００１８】また、上記相対位置制御手段は、上記ステ
ージを任意の傾斜角で傾斜させるステージ傾斜制御手段
を含み、上記判定手段は、最大の輝度で上記受光素子に
検出された上記ｍ次回折光の射出角である被測定射出角
を上記ステージの傾斜角に基づいて算出し、算出された
被測定射出角と、上記被測定マークが設計どおりに形成
されている場合に上記平行単色光の照射を受けて発生す
る上記ｍ次回折光の射出角である基準射出角と、を比較
することにより上記重ね合わせずれの有無を判定すると
良い。

【００１９】上記基板には上記周期幅ｐを与える方向が
互いに直交する複数の上記被検査マークが形成され、上
記相対位置制御手段は、上記複数の被検査マークに上記
平行単色光が順次照射されるように上記ステージを回動
させるステージ回動制御手段を含むとさらに好適であ
る。

【００２０】また、本発明の第２の態様によれば、交互
に配置されて周期幅ｐの回折格子をなすように設計され
基板上に形成された第１のパターンと第２のパターンと
を含む重ね合わせずれ検査用マークであって、上記第１
のパターンは、上記基板上の素子形成用のパターンと同
時に形成され、上記第２のパターンは、上記素子形成用
パターンに重ねてフォトリソグラフィにより形成された
レジストパターンと同時に形成され、波長λの平行単色
光の入射を任意の入射角θｉで上記周期幅ｐを与える方
向から受けて、関係式 ｐ（ｓｉｎθｒｍ−ｓｉｎθｉ）＝±ｍλ（ｍは０を除
く整数） を満たす射出角θｒｍでｍ次回折光を射出し、上記周期
幅ｐを有するように形成されたか否かの情報を与える重
ね合わせずれ検査用マークが提供される。

【００２１】また、本発明の第３の態様によれば、基板
上に第１のパターンを素子形成用のパターンと同時に形
成する工程と、フォトリソグラフィにより、上記基板上
に上記素子形成用パターンに重ねてレジストパターンを
形成すると同時に、上記第１のパターンと交互に配置さ
れるように第２のパターンを形成する工程とを含み、上
記第１のパターンと上記第２のパターンで周期幅ｐの回
折格子をなすように設計された被検査マークを上記基板
上に形成するマーク形成工程と、発光素子から波長λの
平行単色光を発生させて任意の入射角θｉで上記周期幅
ｐを与える方向から上記被検査マークに照射する照射工
程と、上記平行単色光の照射を受けて上記被検査マーク
から発生するｍ次回折光（ｍは０を除く整数）を受光素
子により検出する検出工程と、上記周期幅ｐと上記波長
λと上記入射角θｉと上記ｍ次回折光の射出角θｒｍと
の間の関係式 ｐ（ｓｉｎθｒｍ−ｓｉｎθｉ）＝±ｍλ に基づいて上記第１のパターンと上記第２のパターンと
の重ね合わせずれの有無を判定する判定工程と、を備え
る重ね合わせずれ検査方法が提供される。

【００２２】上記重ね合わせずれ検査方法において、上
記判定工程は、上記関係式に基づく射出角θｒｍで上記
被検査マークから射出する上記ｍ次回折光が検出される
べき位置で上記ｍ次回折光が検出された場合に上記第１
のパターンと上記第２のパターンとの間で重ね合わせず
れが無いと判定し、上記関係式に基づく射出角θｒｍで
上記被検査マークから射出する上記ｍ次回折光が検出さ
れるべき位置で上記ｍ次回折光が検出されない場合に上
記第１のパターンと上記第２のパターンとの間で重ね合
わせずれが発生していると判定する工程であることが好
ましい。

【００２３】また、上記判定工程は、上記被測定マーク
が設計どおりに形成されている場合に検出されるべき上
記ｍ次回折光の輝度である輝度しきい値と、検出された
上記ｍ次回折光の輝度と、を比較することにより上記重
ね合わせずれの有無を判定する工程であると良い。

【００２４】また、上記検出工程は、上記平行単色光が
通過する平面とほぼ同一の平面内で、上記受光素子の受
光面が上記被検査マークに対向するように上記受光素子
を移動させながら上記ｍ次回折光を検出する工程であ
り、上記判定工程は、最大の輝度で上記ｍ次回折光が検
出されたときの上記ｍ次回折光の射出角と、上記被測定
マークが設計どおりに形成されている場合に検出される
べき上記ｍ次回折光の射出角である基準射出角とを比較
することにより上記重ね合わせずれの有無を判定すると
良い。

【００２５】また、上記照射工程は、任意の入射角で上
記被検査マークに入射するように上記照射素子を移動さ
せながら上記平行単色光を照射する工程であり、上記判
定工程は、検出される上記ｍ次回折光が最大の輝度を有
するときの上記任意の入射角と、上記被測定マークが設
計どおりに形成されている場合に最大の輝度で検出され
るべき上記ｍ次回折光の入射角である基準入射角と、を
比較することにより上記重ね合わせずれの有無を判定す
ると良い。

【００２６】また、上記検出工程は、上記基板を任意の
傾斜角で傾斜させながら上記ｍ次回折光を検出する工程
であり、上記判定工程は、最大の輝度で検出された上記
ｍ次回折光の射出角である被測定射出角を上記基板の傾
斜角に基づいて算出し、算出された被測定射出角と、上
記被測定マークが設計どおりに形成されている場合に上
記平行単色光の照射を受けて発生する上記ｍ次回折光の
射出角である基準射出角と、を比較することにより上記
重ね合わせずれの有無を判定することとしても良い。

【００２７】また、上記マーク形成工程は、上記周期幅
ｐを与える方向が互いに直交する複数の上記被検査マー
クを形成する工程であり、上記基板を回動させて、上記
照射工程、上記検出工程および上記判定工程を繰り返
し、上記複数の被検査マークについて重ね合わせずれを
順次検査するとさらに好適である。

【００２８】

【発明の実施の形態】（１）検査原理 本発明の実施の形態を説明する前に、まず、本発明にか
かる重ね合わせずれ検査方法の原理について図１を参照
しながら説明する。

【００２９】図１（ａ）の平面図に示すように、ライン
とスペースが相互に同一の幅をもって、かつ、周期ｐを
もって繰り返されるパターン（以下、ライン状回折格子
という）５０があるとすると、このライン状回折格子５
０に対して、光束を平行に揃えた単色光（以下、平行単
色光という）Ｌ_Ｉを同図の矢印に示す方位から、即ち、
パターンのラインに直交する方向から照射すると、反射
光（０次回折光）と複次の回折光が発生する。これら反
射光と回折光の光路を図１（ｂ）に示す。同図は、図１
（ａ）に示すライン状回折格子を切断線Ａ−Ａに沿って
切断した場合の断面図と反射光および回折光の軌跡とを
含む説明図である。

【００３０】平行単色光Ｌ_Ｉの入射角θｉとｍ次回折光
（ｍは０を除く整数）の射出角θｒｍとの間には、次の
関係式が成立する。

【００３１】 ｐ（ｓｉｎθｒｍ−ｓｉｎθｉ）＝±ｍλ・・・・・・・・・・（１） ここで、λは平行単色光Ｌ_Ｉの波長を表わし、ｐは回折
格子の周期幅を表わす。また、回折格子の周期幅ｐにお
けるライン部分の幅の長さとスペース部分の幅の長さと
の比率は１：１であるとする。

【００３２】（１）の関係式から、照射する平行単色光
の波長λとその入射角θｉとが既知であり、かつ、固定
の数値であるとすると、ｍ次回折光の射出角θｒｍは、
回折格子の周期幅ｐにのみ依存することになる。このこ
とから、半導体製造工程においてデバイス形成用の下層
パターンおよびレジストパターンの形成と同時に、下層
のパターンとレジストパターンとを重ね合わせることに
よって任意の周期幅ｐ（設計値）のライン状回折格子を
ウェーハ上に形成してこれを検査用マークとし、この検
査用マークに対して波長λの平行単色光を入射角θｉで
照射すると、発生するｍ次回折光の射出角θｒｍが関係
式（１）から導かれる理論値に対して変動するか否かに
より、下層パターンとレジストパターンとの重ね合わせ
ずれの有無を判定することが可能になる。

【００３３】以下、本発明の実施の形態のいくつかにつ
いて図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形
態では説明を簡略化するため、ｍ次回折光として一次回
折光（ｍ＝１）のみを取りあげるが、原理上、他次の回
折光についても適用できることは明らかである。

【００３４】（２）重ね合わせずれ検査マークの実施形
態 本発明にかかる重ね合わせずれ検査方法に用いられる重
ね合わせずれ検査用マークの実施形態について図面を参
照しながら説明する。

【００３５】図２は、本発明にかかる重ね合わせずれ検
査用マーク（以下、適宜に、被検査マークという）の第
１の実施の形態を示す。同図（ａ）は、本実施形態の被
測定マーク６０の平面図であり、また、同図（ｂ）は
（ａ）の切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図２に示
すように、被検査マーク６０は、周期４ｄを有するよう
にウェーハＳ上に形成されたライン・アンド・スペース
のパターン６１（以下、下層パターンという）と、この
下層パターン６１のスペース部分にライン部分が配置さ
れるように露光されたレジストによる周期的なパターン
（以下、レジストパターンという）６５とを備え、最終
的には同図（ｂ）に示すようなライン状の回折格子をな
す。

【００３６】本実施形態における下層パターン６１とレ
ジストパターン６５との相対的なサイズと配置形態は、
次のとおりである。即ち、まず、相互の配置形態につい
ては、下層パターン６１とレジストパターン６５の両パ
ターン同士の重ね合わせが完全に一致している場合にお
いて、図２（ｂ）に示すように、下層パターン６１とレ
ジストパターン６５とによって形成されるライン状回折
格子のライン幅とスペース幅とが全て同一の幅となるよ
うに選択する。また、それぞれのパターンにおけるサイ
ズについては、図２（ａ）に示すように、下層パターン
６１とレジストパターン６５におけるラインおよびスペ
ースの幅は同一とし、かつ、ライン部分とスペース部分
の幅の比率は１：３となるように選択する。

【００３７】次に、本発明にかかる重ね合わせずれ検査
用マークの第２の実施の形態について説明する。

【００３８】本発明にかかる重ね合わせずれ検査用マー
クは、上記（１）の検査原理で説明したように、下層パ
ターンとレジストパターンとが重なり合うことにより、
平行単色光を照射した場合に、上記関係式（１）を満た
すような回折光を発生させるものであれば良く、この限
りにおいて形状は問わない。従って、平行光束の照射方
向に沿って、同一の幅長、この幅長と同一のピッチで交
互に配置されたものであれば良い。

【００３９】図３に示す被検査マーク７０は、矩形パタ
ーンを格子状に配置したものであり、下層パターン７１
とレジストパターン７５とをＸ方向とＹ方向のいずれに
も交互に配置したものである。図２に示すライン状回折
格子では、ラインに垂直な方向（同図に示す例ではＹ方
向）から平行光束を照射した場合に回折光が発生する構
造となっているが、本実施形態の被検査マーク７０で
は、Ｘ方向とＹ方向のいずれから平行光束を照射しても
回折光が発生する構造となっている。

【００４０】図４に示す被検査マーク８０は、上述した
第１の実施形態の変形例であり、平行光束の入射をＸ方
向図から受けても、Ｙ方向から受けても回折光を発生さ
せることができるように、図２に示す被検査マーク６０
を２つ組み合わせたものである。即ち、図２に示す被検
査マーク６０と同様にＸ方向にラインを配置したマーク
部分８０ａと、図２に示す被検査マーク６０のラインが
Ｙ方向と平行となるように配置したマーク部分８０ｂと
を同時に形成して一つの被検査マーク８０としたもので
ある。このような構造によっても、図３に示す被検査マ
ーク７０と同様に機能する回折格子を提供することがで
きる。

【００４１】本発明にかかる重ね合わせずれ検査用マー
クの第３の実施の形態を図５の断面図に示す。本実施形
態の特徴は、ウェーハＳ上に形成された下層パターン９
１と、下層パターンの上方に形成されたレジストパター
ン９５との間に可視光領域において透明となる透明膜９
３が形成されている点にある。

【００４２】実際の半導体製造工程においては、生成さ
れたデバイスを加工する際に下層パターンとレジストパ
ターンとの間にこのような透明膜が堆積される場合もあ
る。本実施形態の被検査パターンは、このような製造過
程においても本発明にかかる検査方法の適用を可能にす
るものである。本実施形態の被検査マーク９０によれ
ば、後述する基準射出角については、同一の条件で別途
製造した良品ウェーハを基準に算出して設定しなければ
ならない、という制約はあるが、その他の点については
図２に示す被検査パターン６０と同様の効果を奏する。
即ち、仮に、下層パターン９１とレジストパターン９５
との間で相対的な重ね合わせずれがある場合は、これに
よって回折格子の周期幅が変動するので、発生する回折
格子の射出角が変化する。この射出角の変化を検出すれ
ば、下層パターン９１とレジストパターン９５との間で
発生する重ね合わせの有無を判定することが可能にな
る。

【００４３】（３）重ね合わせずれ検査装置および検査
方法の実施形態 本発明にかかる重ね合わせずれ検査装置の第１の実施の
形態について図６を参照しながら説明する。

【００４４】図６は、本実施形態の重ね合わせずれ検査
装置１の概略構成を示すブロック図である。同図に示す
重ね合わせずれ検査装置１は、制御コンピュータ１１
と、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）１９と、ステージ部
と、照明部と、受光部と、データ解析部１３とを備え
る。

【００４５】制御コンピュータ１１は、装置全体を制御
するとともに、各種制御部に制御値を設定するための指
令信号を供給する。ＣＲＴ１９は、制御コンピュータ１
１に接続され、検査結果等を表示する。

【００４６】ステージ部は、ステージ１７とステージ制
御部１５とを含む。ステージ１７は、デバイス形成用の
下層パターンおよびレジストパターンと同時に形成され
た上述の本発明にかかる被検査マークを有するウェーハ
Ｓを上面に載置する。ステージ制御部１５は、制御コン
ピュータ１１からの指令信号に基づいてＸ−Ｙ−Ｚの任
意の方向へステージ１７を移動できるとともに、回転軸
１５ａを中心としてステージ１７を回動できる機構を有
する。

【００４７】照明部は、Ｌｉｇｈｔ Ｂｏｘ（光源）２
１と、照明光波長制御部２３と、照射光量制御部２５
と、照明光誘導ケーブル２７と、照射光掃射口２９と、
凸レンズ３１とを含む。Ｌｉｇｈｔ Ｂｏｘ（光源）２
１、照明光波長制御部２３、および照射光量制御部２５
は、制御コンピュータ１１に接続される。

【００４８】Ｌｉｇｈｔ Ｂｏｘ（光源）２１は、例え
ばハロゲンランプなどの発光手段を有し、制御コンピュ
ータ１１から指令を受けて、白色光を指令に基づく光量
で発光する。

【００４９】照明光波長制御部２３は、制御コンピュー
タ１１から指令を受けて、光源２１にて発光した白色光
を所望の波長の単色光とするための制御、即ち、白色光
内に混在する波長の選択をバンドパスフィルタなどを用
いて行なう。波長の選択にあたっては、一般的に赤外か
ら可視光領域（λ＝６４０ｎｍ〜４３０ｎｍ）が考えら
れるが、被検査マークの周期幅ｐや要求される測定精度
および装置全体の構造等を考慮し、上述した（１）の関
係式に基づいて最適範囲の数値を選択して重ね合わせず
れ検査装置１に入力すればよい。

【００５０】照射光量制御部２５は、例えば減光フィル
タなどを含み、制御コンピュータ１１からの指令信号に
基づいて照射光の光量を制限する。なお、減光フィルタ
等を用いることなく、例えば上述したハロゲンランプの
光量を直接的に制御することとしても良い。

【００５１】照射光掃射口２９は、以上のように発光
し、かつ、光量および波長が制御され照射光誘導ケーブ
ル２７を経由して到達する単色光を入射角θｉでウェー
ハＳに対して掃射する。入射角θｉは、制御コンピュー
タ１１により任意に設定されるが、検査中はその設定値
が固定される。

【００５２】凸レンズ３１は、照射光掃射口２９から掃
射された単色光Ｌ_Ｉの光束を制御して、平行光束にして
ウェーハＳ上の被検査マークに照射させる。本装置にお
いて、凸レンズ３１と照射光掃射口２９の相対的な位置
関係については、入射光θｉの設定に関係なく常に一定
とする。

【００５３】上述した照明部の構成は、図６に示す形態
に限るものでなく、第１の要件として、任意の波長に帯
域制限された単色光でかつ平行光束を生成して被測定マ
ークに照射すること、さらに、第２の要件として、任意
に設定された入射角および光量で被測定マークに照射可
能であること、の２つの要件を満たすものであれば良
い。従って、例えば照射光Ｌ_Ｉを平行光束化する手段と
して凸レンズ３１に代えて凹面鏡やフレネルレンズなど
を用いても良い。

【００５４】受光部は、受光素子４５と、アクチュエー
タ４７と、受光素子移動制御部４１と、受光素子移動用
スライダ４３と、を含む。受光素子４５は、ＣＣＤや光
検出用センサなどを含み、被測定マークから発生した一
次回折光Ｌ_Ｄ１を高感度で検知し、さらにその受光した
一次回折光Ｌ_Ｄ１の強弱を輝度として数値化したものを
出力する。また、受光素子４５は受光素子移動用スライ
ダ４３に取り付けられ、アクチュエータ４７により駆動
されて受光素子移動用スライダ４３に沿って移動し、こ
れにより、受光可能な一次回折光Ｌ_Ｄ１の射出角θｒ１
が設定できるようになっている。受光素子移動用スライ
ダ４３は、平行光束Ｌ_Ｉが通過する平面とほぼ同一平面
内に設置され、平行光束Ｌ_Ｉが被測定マークに照射する
位置を中心とする円環の切片をなすように形成される。
受光素子移動制御部４１は、制御コンピュータ１１から
送られる制御信号に基づいて、受光素子４５の照準がウ
ェーハ面の垂線との間で所望の仰角θｒをなすようにア
クチュエータ４７を駆動する。これにより、受光素子４
５が所望の仰角方向から到達する回折光のみを検出でき
る構造となっている。従って、受光素子４５の指向性
（角度分解能）は、可能な限り絞り込むことにより、検
査精度を向上させることができる。

【００５５】データ解析部１３は、受光素子４５から一
次回折光Ｌ_Ｄ１の輝度に関するデータを受けて被測定マ
ークにおける重ね合わせずれの有無を判定し、判定結果
を制御コンピュータ１１に供給する。

【００５６】図６に示す重ね合わせずれ検査装置を用い
た検査方法について、本発明にかかる重ね合わせずれ検
査方法の実施の形態として図７および図８のフローチャ
ートを参照しながら説明する。

【００５７】（Ａ）本発明にかかる重ね合わせずれ検査
方法の第１の実施形態 図７は、本実施形態の重ね合わせずれ検査方法を説明す
るフローチャートである。本実施形態の特徴は、一次回
折光の射出角度を計算により予想し、この射出角度から
到来する一次回折光を受光できる位置で受光素子を待機
させ、この待機位置で一次回折光を受光するか否かによ
り、下層パターンとレジストパターンとの重ね合わせの
良否を判定する点にある。

【００５８】重ね合わせずれ検査用マークとしては、前
述した被検査マーク６０，７０，８０，９０のいずれを
用いても良く、これらを適宜組み合わせてウェーハＳ上
に形成しても良い。図２に示す被検査マーク６０によれ
ば、一次元方向の重ね合わせずれしか検知できないが、
図３および図４にそれぞれ示す被検査マーク７０，８０
をウェーハＳ上に形成すれば、ステージ回動制御部１５
でステージを９０°回動させるだけで２次元の方向から
重ね合わせの状態を判定することができる。

【００５９】検査の開始にあたり、検査に必要な各種の
条件を決定する（ステップＳ１）。検査条件としては、
主として、照射光掃射口２９からの照射光の波長λとそ
の照射光量、受光素子４５の設定仰角θｒと検出しきい
値Ｔｈなどが挙げられる。

【００６０】設定仰角θｒとは、検査マークに重ね合わ
せずれがない場合に、発生する一次回折光Ｌ_Ｄ１の射出
角（以下、一次回折光射出予想角という）θｅを意味す
る。一次回折光射出予想角θｅの決定方法としては主と
して３つの方法がある。第１の方法は、予め重ね合わせ
の状態が良好であることが既知であるウェーハ（以下、
良品ウェーハという）を実際に準備し、この良品ウェー
ハ上の被検査マークに対して照射光掃射口２９から平行
単色光を照射して一次回折光Ｌ_Ｄ１を発生させ、アクチ
ュエータ４７を制御することにより受光素子４５を受光
素子移動用スライダ４３に沿って移動させながら、一次
回折光Ｌ_Ｄ１が受光素子４５内に最も強く入射するよう
な仰角を探索する方法である。また第２の方法として
は、照射光の波長λと入射角θｉとが既知である場合
で、かつ、被検査マークが周期ｐで理想的に形成された
ものと仮定し、関係式（１）を用いて一次回折光射出予
想角θｒ１を算出する方法である。また、第３の方法
は、上記第１および第２の方法を併用したものであり、
関係式（１）を用いて理論的な予測を立て、その上で実
測により最終的な微調整を行う方法である。

【００６１】また、照射光量については、上述した一次
回折光射出予想角θｅの探索手順において、受光素子４
５が飽和することなく、かつ、測定に支障をきたさない
程度の輝度を与える一次回折光Ｌ_Ｄ１が発光するような
値でよい。

【００６２】また、検出しきい値（輝度値）Ｔｈは、上
述の一次回折光射出予想角θｅの探索手順において得ら
れた一次回折光Ｌ_Ｄ１の輝度を保持し、これを用いるこ
とにより設定する。

【００６３】以上の検査条件は、実際の検査に先立っ
て、検査対象のウェーハＳの品種ごと、および工程ごと
に設定しておく。

【００６４】次に、以上の手順にて決定した検査条件を
検査装置１の制御コンピュータ１１に入力する（ステッ
プＳ２）。制御コンピュータ１１は、検査条件の入力を
受けて各種制御部に制御信号を供給し、これにより、各
種制御部において検査条件に従った制御値が設定される
（ステップＳ３）。

【００６５】次に、被検査ウェーハＳをステージ１７上
の所定の位置に搬送し（ステップＳ４）、ウェーハＳ上
の被検査マークに対して平行単色光Ｌ_Ｉを照射し（ステ
ップＳ５）、一次回折光Ｌ_Ｄ１を発生させ、受光素子４
５により、これを検出する（ステップＳ６）。照射光量
は、上述した一次回折光射出予想角θｅの探索手順にお
ける照射光量よりも大きくする。受光素子４５は、検出
した一次回折光Ｌ_Ｄ１の輝度を算出してデータ解析部１
３に供給する。

【００６６】ここで、下層パターンとレジストパターン
との重ね合わせが良好であれば、被測定マークである回
折格子の周期幅は、設計どおりの周期幅ｐで形成されて
いるはずであるので、発生した一次回折光Ｌ_Ｄ１も受光
素子４５に対して予め設定された一次回折光射出予想角
θｅの方向へ射出されることになる。この結果、予想角
θｅに設定された受光素子４５に受光される一次回折光
Ｌ_Ｄ１の輝度Ｔｒは、検査条件決定時に記録した受光輝
度、即ち、検出しきい値Ｔｈを上回ることになる。しか
し、もし重ね合わせにずれが生じている場合には、周期
幅が設計値から変動することになり、従って、一次回折
光Ｌ_Ｄ１が射出される仰角が予想角θｅの方向と異なる
ことになる。この結果、予想角θｅに設定された受光素
子４５に受光される一次回折光Ｌ_Ｄ１の輝度Ｔｒは、検
出しきい値Ｔｈ以下の値となる。

【００６７】データ解析部１３は、受光された一次回折
光Ｌ_Ｄ１の輝度Ｔｒとしきい値Ｔｈとを比較し（ステッ
プＳ７）、ＴｒがＴｈを上回る場合は、重ね合わせが良
好であり（ステップＳ８）、また、ＴｒがＴｈ以下であ
る場合は、重ね合わせ不良と判定し（ステップＳ９）、
検査結果を制御コンピュータ１１に供給する。制御コン
ピュータ１１は、この検査結果をＣＲＴ１９に表示する
（ステップＳ１０）。

【００６８】重ね合わせずれ検査装置１は、以上の手順
を検査対象のウェーハＳの全てに対して実行する（ステ
ップＳ１１）。未検査のウェーハＳが存在する場合には
（ステップＳ１１）、検査済みのウェーハＳをステージ
１７から除去した後（ステップＳ１２）、次の被検査ウ
ェーハＳをステージ１７に搬送して（ステップＳ４）、
上述したステップＳ５〜Ｓ１０の手順をくり返す。未検
査のウェーハＳが存在しない場合は（ステップＳ１
１）、検査を終了する。

【００６９】（Ｂ）本発明にかかる重ね合わせずれ検査
方法の第２の実施形態 図８は、本実施形態の重ね合わせずれ検査方法を説明す
るフローチャートである。本実施形態の特徴は、同図の
ステップＳ２６およびＳ２７にあり、受光素子４５を受
光素子移動用スライダ４３に沿って移動させ、最も輝度
が大きい一次回折光Ｌ_Ｄ１が得られたときの受光素子４
５の仰角θｒを検出し、このθｒが一次回折光射出予想
角θｅと一致するか否かにより、下層パターンとレジス
トパターンとの重ね合わせの良否を判定する点にある。
その他の手順は、図７に示す手順の各ステップの番号に
２０を加えたものととほぼ同一であるので、以下では、
本実施形態の特徴点を中心に説明する。

【００７０】まず、検査の開始にあたり、検査に必要な
各種の条件を決定する（ステップＳ２１）。検査条件と
しては、照射光Ｌ_Ｉの波長λとその照射光量、一次回折
光射出予想角θｅ、および検出しきい値αなどが挙げら
れる。

【００７１】照射光量や一次回折光射出予想角θｅの決
定方法は、上述した第１の実施形態と同様である。ま
た、検出しきい値αは、検出された仰角θｒが一次回折
光射出予想角θｅに完全に一致しない場合に許容される
角度幅を表わし、装置の測定誤差や完成品である半導体
デバイスの要求仕様などによって決定される。

【００７２】次に、以上の検査条件を検査装置１の制御
コンピュータ１１に入力し（ステップＳ２２）、各種制
御部について検査条件に従った制御値を設定する（ステ
ップＳ２３）。

【００７３】次に、被検査ウェーハＳをステージ１７上
の所定の位置に搬送し（ステップＳ２４）、ウェーＳ上
の被検査マークに対して平行単色光Ｌ_Ｉを照射し（ステ
ップＳ２５）、一次回折光Ｌ_Ｄ１を発生させる（ステッ
プＳ２６）。このとき、アクチュエータ４７を制御して
受光素子４５を受光素子移動用スライダ４３に沿って移
動させ（図６矢印Ａ１参照）、最も輝度が大きい回折光
が得られたときの受光素子４５の仰角θｒを検出する
（ステップＳ２６）。受光素子４５は、検出した仰角θ
ｒをデータ解析部１３に供給する。

【００７４】データ解析部１３は、受光素子から供給さ
れた仰角θｒと一次回折光射出予想角θｅとを比較する
（ステップＳ２７）。具体的には、仰角θｒと一次回折
光射出予想角θｅとの差の絶対値│θｒ−θｅ│を検出
しきい値αと比較し、│θｒ−θｅ│がαを下回れば、
下層パターンとレジストパターンとの重ね合わせが良好
であると判断し（ステップＳ２８）、│θｒ−θｅ│が
α以上であれば、下層パターンとレジストパターンとの
重ね合わせにずれが生じているものと判断する（ステッ
プＳ２９）。データ解析部１３は、判断の結果を検査結
果として制御コンピュータ１１に供給し、制御コンピュ
ータ１１は、この検査結果をＣＲＴ１９に表示させる
（ステップＳ３０）。以上の一連の手順を検査対象のウ
ェーハＳの全てについて実行し（ステップＳ３１、Ｓ３
２、Ｓ２５〜Ｓ３０）、検査を終了する。

【００７５】次に、本発明にかかる重ね合わせずれ検査
装置の第２の実施の形態について図９を参照しながら説
明する。

【００７６】図９は、本実施形態の重ね合わせずれ検査
装置２の概略構成を示すブロック図である。図６との対
比において明らかなように、本実施形態の重ね合わせず
れ検査装置２の特徴は、ステージ制御部１５に代えて、
ステージ回動傾斜駆動制御部１６を備える点と、受光素
子移動用スライダ４３、アクチュエータ４７および受光
素子移動制御部４１を備えることなく、受光素子４５が
所定の設定仰角θｓで固定的に設置されている点にあ
る。重ね合わせずれ検査装置２のその他の構成は、図６
に示す重ね合わせずれ検査装置１と同一である。ステー
ジ回動傾斜駆動制御部１６は、制御コンピュータ１１か
ら供給される指令信号に基づいて、図９の矢印Ａ２に示
す方向にステージを傾斜させ、または図６に示すステー
ジ回動制御部と同様に、回転軸１６ａを中心にウェーハ
Ｓを回動させる。

【００７７】また、本実施形態の重ね合わせずれ検査装
置２を用いた重ね合わせずれ検査方法も、上述した
（Ａ）および（Ｂ）にて説明した検査方法と実質的に同
一であり、相違点は、受光素子４５をスライド走査させ
ることなく、ステージ１８を傾斜させることにより一次
回折光Ｌ_Ｄ１の射出角θｒ１を変化させ、固定的に設置
された受光素子４５にて一次回折光Ｌ_Ｄ１を検出する点
のみである。従って、図９に示す重ね合わせずれ検査装
置２を用いた検査方法の詳細な説明は省略する。

【００７８】このように、本実施形態の重ね合わせずれ
検査装置２は、受光素子４５を移動させることなく、ス
テージ４５を回動または傾斜させるので、検査を実現す
るために装置内で素子が移動する範囲が狭まる。これに
より、装置全体の占有スペースを削減することができる
ので、装置を小型化することができる。また、被検査ウ
ェーハＳの上方領域において機械的な動作がなくなるの
で、発塵等によるウェーハＳの汚染を低減することがで
きる。

【００７９】以上、本発明の実施の形態のいくつかにつ
いて説明したが、本発明は上記形態に限ることなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して適用することが
できる。例えば、図６に示す重ね合わせずれ検査装置で
は受光部を移動可能な構成としたが、受光素子を図９に
示すように固定し、照射部にスライダやアクチュエータ
を設けて照射光掃射口を移動する構成としても良い。ま
た、照射素子および照射光掃射口のいずれもが移動する
構成でも良い。また、上述した実施形態では、主として
照射光を平行光束化する素子（凸レンズや凹面鏡、フル
ネルレンズなど）のサイズや受光素子の集光力が小さい
場合、即ち、被検査ウェーハ上の検査領域が当該ウェー
ハの一部に限定される場合を想定しており、この対策と
してステージを移動することにより平行単色光をウェー
ハ全面に走査する構成としたが、照射光を平行光束化す
る素子について、被検査ウェーハ全面の領域を覆うこと
が可能な口径のもの（〜２００mm）に変更し、また、当
該素子をもう一つ用意し、ウェーハ全面から射出された
一次回折光を集光させる素子、即ち、受光素子の対物レ
ンズとして使用することで、被検査ウェーハの全面を一
括して処理できるようにしても良い。

【００８０】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、以下の
効果を奏する。

【００８１】即ち、本発明によれば、半導体の製造工程
中のリソグラフィ工程において、下層パターンとレジス
トパターンとの重ね合わせずれの有無を短時間でかつ自
動的に検査できる。これにより、従来目視観察に依存し
ていた重ね合わせ不良の検出を高い精度で、かつ容易に
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる重ね合わせずれ検査方法の原理
の説明図であり、（ａ）はライン状回折格子の平面図、
（ｂ）は入射光と一次回折光の光路を含む断面図であ
る。

【図２】本発明にかかる重ね合わせずれ検査用マークの
第１の実施の形態を示す平面図および断面図である。

【図３】本発明にかかる重ね合わせずれ検査用マークの
第２の実施の形態を示す平面図である。

【図４】図２に示す重ね合わせずれ検査用マークの変形
例を示す平面図である。

【図５】本発明にかかる重ね合わせずれ検査用マークの
第３の実施の形態を示す断面図である。

【図６】本発明にかかる重ね合わせずれ検査装置の第１
の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。

【図７】本発明にかかる重ね合わせずれ検査方法の第１
の実施の形他を説明するフローチャートである。

【図８】本発明にかかる重ね合わせずれ検査方法の第２
の実施の形他を説明するフローチャートである。

【図９】本発明にかかる重ね合わせずれ検査装置の第２
の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。

【図１０】従来の技術による合わせずれ測定方法の一例
の説明図である。

【図１１】従来の技術による合わせずれ測定方法の他の
例の説明図である。

【符号の説明】

１，２ 重ね合わせずれ検査装置 １１ 制御コンピュータ １３ データ解析部 １５ ステージ制御部 １６ ステージ回動傾斜駆動制御部 １７，１８ ステージ １９ ＣＲＴ ２１ Ｌｉｇｈｔ Ｂｏｘ（光源） ２３ 照射光波長制御部 ２５ 照射光量制御部 ２９ 照射光掃射口 ３１ 凸レンズ ４１ 受光素子移動制御部 ４３ 受光素子移動用スライダ ４５ 受光素子 ４７ アクチュエータ ６０，７０，８０，９０ 重ね合わせずれ検査用マーク ６１，７１，８１，９１ 下層パターン ５９，６５，７５，８５，９５ レジストパターン Ｌ_Ｉ 照射光 Ｌ_Ｄ１ 一次回折光 Ｓ 半導体ウェーハ θｉ 照射光入射角 θｒ 受光素子設定角（可動） θｓ 受光素子設定角（固定） θｒｍ 回折光射出角

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交互に配置されて周期幅ｐの回折格子をな
   すように設計された第１のパターンと第２のパターンで
   あって、素子形成用のパターンおよびレジストパターン
   とともにそれぞれ同時に形成された被検査マークを含む
   基板を載置するステージと、 波長λの平行単色光を発生させ、任意の入射角θｉで前
   記周期幅ｐを与える方向から前記平行単色光を前記被検
   査マークに照射する照射素子と、 前記平行単色光の照射を受けて前記被検査マークから発
   生するｍ次回折光（ｍは０を除く整数）を検出する受光
   手段と、 前記周期幅ｐと前記波長λと前記入射角θｉと前記ｍ次
   回折光の射出角θｒｍとの間の関係式 ｐ（ｓｉｎθｒｍ−ｓｉｎθｉ）＝±ｍλ に基づいて前記第１のパターンと前記第２のパターンと
   の重ね合わせずれの有無を判定する判定手段と、を備え
   る重ね合わせずれ検査装置。
2. 【請求項２】前記判定手段は、前記関係式に基づく射出
   角θｒｍで前記被検査マークから射出する前記ｍ次回折
   光が検出されるべき位置で前記受光素子が前記ｍ次回折
   光を受光する場合に、前記第１のパターンと前記第２の
   パターンとの間で重ね合わせずれが無いと判定し、前記
   関係式に基づく射出角θｒｍで前記被検査マークから射
   出する前記ｍ次回折光が検出されるべき位置で前記受光
   素子が前記ｍ次回折光を検出しない場合に、前記第１の
   パターンと前記第２のパターンとの間で重ね合わせずれ
   が発生していると判定することを特徴とする請求項１に
   記載の重ね合わせずれ検査装置。
3. 【請求項３】前記被測定マークが設計どおりに形成され
   ている場合に、前記関係式に基づく射出角θｒｍで前記
   被検査マークから射出する前記ｍ次回折光が検出される
   ように、前記照射素子と前記ステージと前記受光素子と
   の間の相対位置関係を制御する位置制御手段をさらに備
   えることをと特徴とする請求項１または２に記載の重ね
   合わせずれ検査装置。
4. 【請求項４】前記判定手段は、前記受光素子により検出
   された前記ｍ次回折光の輝度と、前記被測定マークが設
   計どおりに形成されている場合に前記受光素子により検
   出される前記ｍ次回折光の輝度である輝度しきい値と、
   を比較することにより前記重ね合わせずれの有無を判定
   することを特徴とする請求項２または３に記載の重ね合
   わせずれ検査装置。
5. 【請求項５】前記位置制御手段は、前記平行単色光が通
   過する平面とほぼ同一の平面内で、前記ｍ次回折光の任
   意の射出角に対応して前記受光素子の受光面が前記被検
   査マークに対向するように前記受光素子を移動させる受
   光素子移動手段を含み、 前記判定手段は、前記受光素子により検出される前記ｍ
   次回折光が最大の輝度を有するときの前記任意の射出角
   と、前記被測定マークが設計どおりに形成されている場
   合に前記平行単色光の照射を受けて発生する前記ｍ次回
   折光の射出角である基準射出角とを比較することにより
   前記重ね合わせずれの有無を判定することを特徴とする
   請求項３に記載の重ね合わせずれ検査装置。
6. 【請求項６】前記位置制御手段は、前記平行単色光が任
   意の入射角で前記被検査マークに入射するように前記照
   射素子を移動させる照射素子移動手段を含み、 前記判定手段は、前記受光素子により検出される前記ｍ
   次回折光が最大の輝度を有するときの前記任意の入射角
   と、前記被測定マークが設計どおりに形成されている場
   合に前記受光素子に検出される前記ｍ次回折光が最大の
   輝度を有するときの入射角である基準入射角とを比較す
   ることにより前記重ね合わせずれの有無を判定すること
   を特徴とする請求項３に記載の重ね合わせずれ検査装
   置。
7. 【請求項７】前記相対位置制御手段は、前記ステージを
   任意の傾斜角で傾斜させるステージ傾斜制御手段を含
   み、 前記判定手段は、最大の輝度で前記受光素子に検出され
   た前記ｍ次回折光の射出角である被測定射出角を前記ス
   テージの傾斜角に基づいて算出し、算出された被測定射
   出角と、前記被測定マークが設計どおりに形成されてい
   る場合に前記平行単色光の照射を受けて発生する前記ｍ
   次回折光の射出角である基準射出角と、を比較すること
   により前記重ね合わせずれの有無を判定することを特徴
   とする請求項３に記載の重ね合わせずれ検査装置。
8. 【請求項８】前記基板には前記周期幅ｐを与える方向が
   互いに直交する複数の前記被検査マークが形成され、 前記相対位置制御手段は、前記複数の被検査マークに前
   記平行単色光が順次照射されるように前記ステージを回
   動させるステージ回動制御手段を含むことを特徴とする
   請求項３ないし７のいずれかに記載の重ね合わせずれ検
   査装置。
9. 【請求項９】交互に配置されて周期幅ｐの回折格子をな
   すように設計され基板上に形成された第１のパターンと
   第２のパターンとを含む重ね合わせずれ検査用マークで
   あって、 前記第１のパターンは、上記基板上の素子形成用のパタ
   ーンと同時に形成され、 前記第２のパターンは、前記素子形成用パターンに重ね
   てフォトリソグラフィにより形成されたレジストパター
   ンと同時に形成され、 波長λの平行単色光の入射を任意の入射角θｉで前記周
   期幅ｐを与える方向から受けて、 関係式 ｐ（ｓｉｎθｒｍ−ｓｉｎθｉ）＝±ｍλ（ｍは０を除
   く整数） を満たす射出角θｒｍでｍ次回折光を射出し、上記周期
   幅ｐを有するように形成されたか否かの情報を与える重
   ね合わせずれ検査用マーク。
10. 【請求項１０】基板上に第１のパターンを素子形成用の
    パターンと同時に形成する工程と、フォトリソグラフィ
    により、前記基板上に前記素子形成用パターンに重ねて
    レジストパターンを形成すると同時に、前記第１のパタ
    ーンと交互に配置されるように第２のパターンを形成す
    る工程とを含み、前記第１のパターンと前記第２のパタ
    ーンで周期幅ｐの回折格子をなすように設計された被検
    査マークを前記基板上に形成するマーク形成工程と、 発光素子から波長λの平行単色光を発生させて任意の入
    射角θｉで前記周期幅ｐを与える方向から前記被検査マ
    ークに照射する照射工程と、 前記平行単色光の照射を受けて前記被検査マークから発
    生するｍ次回折光（ｍは０を除く整数）を受光素子によ
    り検出する検出工程と、 前記周期幅ｐと前記波長λと前記入射角θｉと前記ｍ次
    回折光の射出角θｒｍとの間の関係式 ｐ（ｓｉｎθｒｍ−ｓｉｎθｉ）＝±ｍλ に基づいて前記第１のパターンと前記第２のパターンと
    の重ね合わせずれの有無を判定する判定工程と、を備え
    る重ね合わせずれ検査方法。
11. 【請求項１１】前記判定工程は、前記関係式に基づく射
    出角θｒｍで前記被検査マークから射出する前記ｍ次回
    折光が検出されるべき位置で前記ｍ次回折光が検出され
    た場合に前記第１のパターンと前記第２のパターンとの
    間で重ね合わせずれが無いと判定し、前記関係式に基づ
    く射出角θｒｍで前記被検査マークから射出する前記ｍ
    次回折光が検出されるべき位置で前記ｍ次回折光が検出
    されない場合に前記第１のパターンと前記第２のパター
    ンとの間で重ね合わせずれが発生していると判定する工
    程であることを特徴とする請求項１０に記載の重ね合わ
    せずれ検査方法。
12. 【請求項１２】前記判定工程は、前記被測定マークが設
    計どおりに形成されている場合に検出されるべき前記ｍ
    次回折光の輝度である輝度しきい値と、検出された前記
    ｍ次回折光の輝度と、を比較することにより前記重ね合
    わせずれの有無を判定する工程であることを特徴とする
    請求項１０または１１に記載の重ね合わせずれ検査方
    法。
13. 【請求項１３】前記検出工程は、前記平行単色光が通過
    する平面とほぼ同一の平面内で、前記受光素子の受光面
    が前記被検査マークに対向するように前記受光素子を移
    動させながら前記ｍ次回折光を検出する工程であり、 前記判定工程は、最大の輝度で前記ｍ次回折光が検出さ
    れたときの前記ｍ次回折光の射出角と、前記被測定マー
    クが設計どおりに形成されている場合に検出されるべき
    前記ｍ次回折光の射出角である基準射出角とを比較する
    ことにより前記重ね合わせずれの有無を判定することを
    特徴とする請求項１０または１１に記載の重ね合わせず
    れ検査装置。
14. 【請求項１４】前記照射工程は、任意の入射角で前記被
    検査マークに入射するように前記照射素子を移動させな
    がら前記平行単色光を照射する工程であり、 前記判定工程は、検出される前記ｍ次回折光が最大の輝
    度を有するときの前記任意の入射角と、前記被測定マー
    クが設計どおりに形成されている場合に最大の輝度で検
    出されるべき前記ｍ次回折光の入射角である基準入射角
    と、を比較することにより前記重ね合わせずれの有無を
    判定することを特徴とする請求項１０または１１に記載
    の重ね合わせずれ検査装置。
15. 【請求項１５】前記検出工程は、前記基板を任意の傾斜
    角で傾斜させながら前記ｍ次回折光を検出する工程であ
    り、 前記判定工程は、最大の輝度で検出された前記ｍ次回折
    光の射出角である被測定射出角を前記基板の傾斜角に基
    づいて算出し、算出された被測定射出角と、前記被測定
    マークが設計どおりに形成されている場合に前記平行単
    色光の照射を受けて発生する前記ｍ次回折光の射出角で
    ある基準射出角と、を比較することにより前記重ね合わ
    せずれの有無を判定することを特徴とする請求項１０ま
    たは１１に記載の重ね合わせずれ検査装置。
16. 【請求項１６】前記マーク形成工程は、前記周期幅ｐを
    与える方向が互いに直交する複数の前記被検査マークを
    形成する工程であり、 前記基板を回動させて、前記照射工程、前記検出工程お
    よび前記判定工程を繰り返し、前記複数の被検査マーク
    について重ね合わせずれを順次検査することを特徴とす
    る請求項１０ないし１５のいずれかに記載の重ね合わせ
    ずれ検査装置。