JP2003214816A - パターン検出方法及びパターン検出装置、並びに重ね合わせ精度測定方法及び重ね合わせ精度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 段差が極めて低いパターンの重ね合わせ精度
を精度よく測定する。 【解決手段】 画像信号処理装置６０は、画像信号記憶
装置５０に記憶されたパターンの画像信号から、パター
ンの中心位置を計算し、パターンの中心位置で分割した
２つの領域で画像信号の微分波形の最大値又は最小値を
検出する。測定結果処理装置７０は、各領域の画像信号
の微分波形の最大値又は最小値のフォーカス位置による
変化から、ベストフォーカスの位置を検出する。また、
画像信号処理装置６０は、画像信号記憶装置５０に記憶
されたパターンの干渉画像の画像信号から、画像信号に
フォーカス位置の周期関数を掛け算した値の和を求める
演算処理を行って、干渉画像の位相差を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的手段を用い
て物体の位置や形状等を検出する方法及び装置に係り、
特に半導体集積回路の微細な回路パターンを検出するの
に好適なパターン検出方法及びパターン検出装置、並び
に回路パターンの重ね合わせ精度を測定するのに好適な
重ね合わせ精度測定方法及び重ね合わせ精度測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路の製造
工程では、いわゆるフォトリソグラフィー技術により、
回路パターンを形成している。フォトリソグラフィー技
術では、縮小投影露光装置を用いて、レクチルやフォト
マスクに形成されたパターンを、感光材料（レジスト）
を塗布した半導体ウェーハ上に転写する。そして、現像
処理によってレジストパターンを形成し、さらに、この
レジストパターンをマスクとしてドライエッチングによ
り回路パターンを形成する。半導体集積回路を半導体ウ
ェーハ上に構成するためには、このような回路パターン
の形成を２０回〜３０回程度繰り返す必要がある。

【０００３】半導体集積回路の回路パターンの重ね合わ
せ精度は、ＳＩＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎ
ｄｕｓｔｒｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ） Ｒｏａｄｍ
ａｐ２０００年の表１「Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｃｒｉｔｉｃ
ａｌ Ｌｅｖｅｌ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｒｅｑｕ
ｉｒｅｍｅｎｔｓ」に示されているような精度が要求さ
れる。

【０００４】一般に、回路パターンの重ね合わせ精度の
測定は、半導体集積回路の製造工程で回路パターンの他
に回路パターンより大き目の合わせ用パターンを形成
し、重ね合わせ精度測定装置を用いてこの合わせ用パタ
ーンの位置を検出することにより行われている。

【０００５】図１１（ａ）は半導体集積回路の基本構造
であるＭＯＳゲートトランジスタのゲートレジストパタ
ーンを形成した後の半導体ウェーハの一部の上面図、図
１１（ｂ）はそのＡ−Ａ部断面図である。半導体ウェー
ハ１のシリコン基板２には素子分離パターン２ａ及び合
わせ用素子分離パターン２ｂが掘り込まれ、素子分離パ
ターン２ａには素子分離絶縁膜３と素子分離埋め込み層
４が形成される。その後ゲート絶縁膜５及びゲート電極
層６が形成され、ゲート電極層６の上にゲートレジスト
パターン７と合わせ用ゲートレジストパターン８が形成
される。このとき、素子分離パターン２ａと合わせ用素
子分離パターン２ｂの寸法の違いから、ゲート電極層６
の合わせ用素子分離パターン２ｂの部分には段差６ｂが
生じる。この段差６ｂは、必ずしも安定した形状とはな
らない。

【０００６】半導体集積回路の製造工程で露光装置のア
ライメント精度を安定化させるためには、ゲートレジス
トパターンと素子分離パターンの位置合わせ誤差を正確
に測定し、露光装置のアライメント条件を管理する必要
がある。上記工程でゲートレジストパターン７と素子分
離パターン２ａとの位置合わせ誤差を測定するときは、
重ね合わせ精度測定装置を用いて、段差６ｂを測定する
ことにより合わせ用素子分離パターン２ｂの位置を検出
し、また合わせ用ゲートレジストパターン８の位置を測
定して、合わせ用素子分離パターン２ｂと合わせ用ゲー
トレジストパターン８との重ね合わせ精度を測定する。

【０００７】図１２は、従来の重ね合わせ精度測定装置
の概略構成を示す図である。白色光源８０からの白色光
は、照明レンズ８１，照明絞り８２，照明レンズ８４を
通った後、ビームスプリッタ８５で反射し、対物レンズ
８６を通して半導体ウェーハ１へ照射される。半導体ウ
ェーハ１の表面で反射した白色光は、対物レンズ８６を
通ってビームスプリッタ８５を透過し、ＣＣＤセンサ９
０の検出面で結像して検出信号として検出される。この
ように、従来の重ね合わせ精度測定装置では、白色光
（波長約６５０〜４００ｎｍ）が使用され、対物レンズ
８６の開口数ＮＡは０．８程度で、照明光は半導体ウェ
ーハ１の表面に平行光線で照射されていた。平行光線を
用いる照明方法はケーラー照明と呼ばれ、被測定物の表
面で均一な照度分布が得られるため、最も一般的な照明
方法である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体集積回路
の製造工程では、ケミカル・メカニカル・ポリッシング
（ＣＭＰ）と呼ばれる技術を用いて、平坦化加工を行う
のが主流となってきている。縮小投影露光装置でマスク
パターンの転写を行う際に、表面が平坦でないと焦点が
きっちりと合わなくなり、微細なゲートパターンの形成
が困難となる。このため、図１１の例では、素子分離埋
め込み層４を形成後にケミカル・メカニカル・ポリッシ
ングによる平坦化加工を行って、段差６ｂの高さを極め
て低くしている。このような平坦化加工を行った場合、
従来の重ね合わせ精度測定装置では、検出信号に十分な
コントラストが得られず、段差が極めて低いパターンを
精度よく測定することが困難であった。

【０００９】図１２に示した従来の重ね合わせ精度測定
装置を用いて、幅Ｗが２μｍ、段差の高さＨが３３．７
５ｎｍのパターンを測定した場合を例に説明する。図１
３（ａ）はパターン形状を示す図、図１３（ｂ）は従来
の重ね合わせ精度測定装置の検出信号のシミュレーショ
ン結果を示す図である。図１３（ｂ）は、レンズの開口
数ＮＡを０．６５、照明σ（パーシャルコヒーレンシ）
を０．６５、照明光を波長４８０ｎｍ，５４０ｎｍ，６
４０ｎｍの合成光とし、無収差光学系とした場合のシミ
ュレーション結果である。図１３（ｂ）の縦軸の信号強
度はパターンの周囲での検出信号の強度を１とした相対
強度を示し、横軸のパターン位置はパターンの中心位置
からの距離を示している。そして、実線Ｅは重ね合わせ
精度測定装置のフォーカス位置がパターンの周囲の表面
の高さに合っているベストフォーカスの場合（フォーカ
ス値＝０）、破線Ｂは重ね合わせ精度測定装置のフォー
カス位置がベストフォーカスの位置から上へ０．４μｍ
ずれてる場合（フォーカス値＝−０．４）、一点鎖線Ｃ
は重ね合わせ精度測定装置のフォーカス位置がベストフ
ォーカスの位置から下へ０．４μｍずれている場合（フ
ォーカス値＝０．４）である。

【００１０】図１３（ｂ）に示すように、段差が極めて
低いパターンから得られる検出信号は微弱であり、ま
た、最大のコントラストが得られるフォーカス位置がベ
ストフォーカスからずれてしまう。図１３（ｂ）では、
フォーカス値＝±０．４のフォーカス位置でのコントラ
ストが、ベストフォーカスでのコントラストより大きく
なっている。さらに、フォーカス値がプラス側のフォー
カス位置と、フォーカス値がマイナス側のフォーカス位
置とでは、波形の歪みも異なっており、実際の測定波形
ではノイズ成分が加わって測定精度が劣化する。従来の
重ね合わせ精度測定装置では、各フォーカス位置での検
出信号波形を微分処理したフォーカス信号が最大となる
フォーカス位置を、測定時のフォーカス位置としてい
た。

【００１１】図１４は、従来の重ね合わせ精度測定装置
のフォーカス信号とフォーカス位置との関係の一例を示
す図である。図１４の縦軸のフォーカス信号は各フォー
カス位置での図１３（ｂ）と同様の検出信号の微分値を
示し、横軸のフォーカス位置はベストフォーカス時を零
としたフォーカス値を示している。図１４では、フォー
カス信号が最大となるフォーカス位置はプラス側約１μ
ｍであり、ベストフォーカスの位置と大きく異なってい
る。従来の重ね合わせ精度測定装置は、このフォーカス
信号が最大となるフォーカス位置を測定時のフォーカス
位置としていたため、測定時のフォーカス位置がベスト
フォーカスの位置からずれて検出信号に波形歪みが発生
し、測定精度の劣化要因となっていた。

【００１２】また、図１２に示した従来の重ね合わせ精
度測定装置を用いて、実際にパターンを測定した結果を
図１５に示す。図１５（ａ）はパターン形状を示す図、
図１５（ｂ）は従来の重ね合わせ精度測定装置の検出信
号の一例を示す図である。図１５（ａ）に示したパター
ンは、２本の凹形のパターン（以下、「段差パターン」
という）９ａと２本のレジストパターン９ｂとで構成さ
れている。図１５（ｂ）の縦軸の検出信号はＡ／Ｄ変換
した後の強度階調を示し、横軸のパターン位置は２つの
段差パターン９ａの中心点からの距離を示している。重
ね合わせ精度測定装置は、図１５（ｂ）の波形からそれ
ぞれのパターンの位置を計算し、段差パターン９ａとレ
ジストパターン９ｂとの相対位置誤差を計算する。

【００１３】従来の重ね合わせ精度測定装置でフォーカ
ス位置をステップ移動しながら、各フォーカス位置で図
１５（ｂ）と同様の信号波形を取り込んで処理すると、
図１６に示す結果が得られる。図１６は、従来の重ね合
わせ精度測定装置の合わせ測定値及びフォーカス信号と
フォーカス位置との関係の一例を示す図である。図１６
の縦軸の合わせ測定値は２つの段差パターン９ａの中心
点と２つのレジストパターン９ｂの中心点との誤差の測
定値、フォーカス信号は図１５（ｂ）と同様の検出信号
の微分値を示し、横軸のフォーカス位置はベストフォー
カス時を零としたフォーカス値を示している。そして、
実線Ｉは合わせ測定値、破線Ｊは段差パターン９ａのフ
ォーカス信号、一点鎖線Ｋはレジストパターン９ｂのフ
ォーカス信号である。

【００１４】図１６に示すように、合わせ測定値はフォ
ーカス位置によってわずかに変化する。図１６では、合
わせ測定値がフォーカス位置に対して１ｎｍ／０．８μ
ｍ程度の傾斜を持っている。この傾斜量は、測定するパ
ターンの段差の条件によって変化し、一定ではない。従
って、重ね合わせ精度測定装置のフォーカス位置を常に
ベストフォーカスの位置に設定して測定しないと、合わ
せ測定値が違ってくることになる。従来の重ね合わせ精
度測定装置は、ベストフォーカスの位置を正確に検出す
ることができず、測定誤差の要因となっていた。

【００１５】本発明は、ベストフォーカスの位置を精度
よく検出することを目的とする。

【００１６】本発明はまた、段差が極めて低いパターン
の重ね合わせ精度を精度よく測定することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の第１の特徴は、パターンの画像信号を異なる
フォーカス位置で複数作成し、各画像信号について、画
像信号からパターンの中心位置を求め、パターンの中心
位置で分割した２つの領域で画像信号の微分波形の最大
値又は最小値を検出し、各領域の画像信号の微分波形の
最大値又は最小値のフォーカス位置による変化からベス
トフォーカスの位置を検出することにある。

【００１８】従来は、各画像信号についての微分波形
（フォーカス信号）が最大となるフォーカス位置を検出
していた。これに対して、本発明は、パターンの中心位
置で分割した２つの領域で画像信号の微分波形（フォー
カス信号）の最大値又は最小値を検出し、これらの最大
値又は最小値の変化からベストフォーカスの位置を検出
することにより、ベストフォーカスの位置を精度よく検
出することができる。そして、検出したベストフォーカ
スの位置にフォーカス位置を決定してパターンの重ね合
わせ精度を測定することにより、パターンの重ね合わせ
精度を精度よく測定することができる。

【００１９】また、上記課題を解決するための本発明の
第２の特徴は、被測定物の表面からの反射光と反射面か
らの反射光とが干渉して得られる干渉画像の画像信号を
作成し、画像信号にフォーカス位置の周期関数を掛け算
した値の和を求める演算処理を行って干渉画像の位相差
を検出することにある。

【００２０】干渉画像の画像信号はフォーカス位置によ
ってコントラストが大きく変化するので、大きなコント
ラストが得られるフォーカス位置での干渉画像の画像信
号を用いてパターンの中心位置を検出すると、パターン
の中心位置の検出精度が向上し、パターンの重ね合わせ
精度を精度よく測定することが可能となる。しかしなが
ら、干渉画像の画像信号は、被測定物の表面又は反射面
のわずかな傾斜による位相差、フォーカス位置の移動誤
差、フォーカス送り方向の微振動等により影響を受け
る。そこで、干渉画像の位相差を求めることによって、
被測定物の表面又は反射面のわずかな傾斜による位相差
の影響を容易に除去することができる。

【００２１】さらに、干渉画像の画像信号にフォーカス
位置の周期関数を掛け算した値の和を求める演算処理を
行って、より多くのフォーカス位置でのデータを用いる
ことにより、フォーカス位置の移動誤差やフォーカス送
り方向の微振動による影響が少なくなり、位相差の検出
精度が向上する。そして、検出した干渉画像の位相差か
らパターンの中心位置を検出することにより、パターン
の重ね合わせ精度を精度よく測定することができる。ま
た、干渉画像の画像信号はそのままパターンの段差の形
状を表すので、パターンの段差の形状を精度よく検出す
ることができる。

【００２２】なお、干渉画像の画像信号はフォーカス位
置に対して周期的に変化し、その周期は照明光の中心波
長の２分の１となる。従って、照明光の中心波長の２分
の１の周期の周期関数を用いると、１周期分のフォーカ
ス位置でのデータを均等に利用して、フォーカス位置の
移動誤差やフォーカス送り方向の微振動による影響を少
なくすることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。図１は、本発明の一実施の形態
による重ね合わせ精度測定装置の概略構成を示す図であ
る。被測定物である半導体ウェーハ１の表面には、フォ
ーカス校正用の基準パターンと、測定すべきパターンと
が形成されている。半導体ウェーハ１は、図示しないウ
ェーハローダから供給され、プリアライメント後、ウェ
ーハチャック１０上に搬送される。ウェーハチャック１
０は、ＸＹ移動機構１２及びθＺ移動機構１１上に設置
されており、ＸＹ方向、Ｚ方向、及びθ方向に移動可能
となっている。重ね合わせ精度測定装置は、ＸＹ移動機
構１２により半導体ウェーハ１の被測定部分を測定位置
へ移動し、θＺ移動機構１１によりフォーカス位置の調
整を行う。

【００２４】光源２０は、異なる波長の複数の光を含む
照明光を発生する。この光源２０には、白色光源又は水
銀ランプ等のように複数の輝線スペクトルを持つ光源の
どちらを用いてもよい。光源２０からの照明光は、照明
レンズ２１，照明絞り２２，照明レンズ２３を通った
後、ビームスプリッタ２４へ照射される。

【００２５】ビームスプリッタ２４は照明光を分割し、
分割された照明光の一方は対物レンズ２５を通して半導
体ウェーハ１の表面へ照射される。半導体ウェーハ１の
表面からの反射光は、対物レンズ２５を通ってビームス
プリッタ２４を透過し、ビームスプリッタ３１に到達す
る。

【００２６】シャッター２６が開かれると、ビームスプ
リッタ２４で分割された照明光の他方は、対物レンズ２
７を通してリファレンスミラー３０へ照射される。リフ
ァレンスミラー３０の反射面からの反射光は、対物レン
ズ２７を通ってビームスプリッタ２４で反射し、ビーム
スプリッタ３１に到達する。ここで、リファレンスミラ
ー３０の反射面は、半導体ウェーハ１の表面と光学的に
等距離に置かれている。

【００２７】ビームスプリッタ３１は半導体ウェーハ１
の表面からの反射光及びリファレンスミラー３０の反射
面からの反射光をそれぞれ分割し、分割された反射光の
一方は結像レンズ３２を通して二次元画像信号検出器４
０の検出面で結像する。シャッター２６が閉じられてい
る場合、二次元画像信号検出器４０の検出面では、半導
体ウェーハ１の表面からの反射光によるパターンの画像
が得られる。また、シャッター２６が開かれている場
合、二次元画像信号検出器４０の検出面では、半導体ウ
ェーハ１の表面からの反射光とリファレンスミラー３０
の反射面からの反射光による干渉画像が得られる。二次
元画像信号検出器４０は、検出面に得られたパターンの
画像又は干渉画像を検出して画像信号を出力し、出力さ
れた画像信号は画像信号記憶装置５０へ入力される。

【００２８】ビームスプリッタ３１で分割された反射光
の他方は、結像レンズ３３を通してビームスプリッタ３
４へ照射され、ビームスプリッタ３４で分割されてシリ
ンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂを通して一次元画像信
号検出器４１ａ，４１ｂの検出面で結像する。このと
き、シリンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂは一次元方向
に光の圧縮を行い、シリンドリカルレンズ３５ａ，３５
ｂを通った反射光は光学的に画像が積分される。シャッ
ター２６が閉じられている場合、一次元画像信号検出器
４１ａ，４１ｂの検出面では、半導体ウェーハ１の表面
からの反射光によるパターンの画像が得られる。また、
シャッター２６が開かれている場合、一次元画像信号検
出器４１ａ，４１ｂの検出面では、半導体ウェーハ１の
表面からの反射光とリファレンスミラー３０の反射面か
らの反射光による干渉画像が得られる。一次元画像信号
検出器４１ａ，４１ｂは、検出面に得られたパターンの
画像又は干渉画像を検出して画像信号を出力し、出力さ
れた画像信号は画像信号記憶装置５０へ入力される。

【００２９】シャッター２６が閉じた状態で、フォーカ
ス制御装置１３は、θＺ移動機構１１を駆動して半導体
ウェーハ１をＺ方向及びθ方向へ移動し、フォーカス位
置をステップ移動する。画像信号記憶装置５０は、二次
元画像検出器４０又は一次元画像信号検出器４１ａ，４
１ｂから入力したパターンの画像信号を記憶する。画像
信号処理装置６０及び測定結果処理装置７０は画像信号
記憶装置５０に記憶されたパターンの画像信号から、後
述するようにベストフォーカスの位置を検出する。

【００３０】シャッター２６が開いた状態で、フォーカ
ス制御装置１３は、検出されたベストフォーカスの位置
に基づき、θＺ移動機構１１を駆動して半導体ウェーハ
１をＺ方向及びθ方向へ移動し、フォーカス位置をベス
トフォーカスの位置の近傍でステップ移動する。画像信
号記憶装置５０は、二次元画像検出器４０又は一次元画
像信号検出器４１ａ，４１ｂから入力した干渉画像の画
像信号を記憶する。画像信号処理装置６０及び測定結果
処理装置７０は、画像信号記憶装置５０に記憶された干
渉画像の画像信号から、後述するように半導体ウェーハ
１の表面のパターンの重ね合わせ精度を測定する。

【００３１】なお、本実施の形態の重ね合わせ精度測定
装置は１つの二次元画像信号検出器４０と２つの一次元
画像信号検出器４１ａ，４１ｂとを備えているが、二次
元画像信号検出器４０のみ、または一次元画像信号検出
器４１ａ，４１ｂのみであってもよい。二次元画像信号
検出器４０は二次元の画像を取り込め、画像信号処理装
置６０は自由度の高い画像信号処理が可能となる。反
面、二次元画像信号検出器４０の画像信号の取り込み時
間と、画像信号処理装置６０の画像信号の処理時間が長
くなる。一次元画像信号検出器４１ａ，４１ｂはシリン
ドリカルレンズ３５ａ，３５ｂにより光学的に積分され
た画像を取り込むので、画像信号処理装置６０は一次元
方向の画像信号の加算処理が不要となる。また、一次元
画像信号検出器４１ａ，４１ｂの画像信号の取り込み時
間は、二次元画像信号検出器４０に比べて短い。従っ
て、矩形又は直線等の予め規定されたパターンの測定に
おいては、一次元画像信号検出器４１ａ，４１ｂを用い
たほうがよい。

【００３２】また、本実施の形態の重ね合わせ精度測定
装置はθＺ移動機構１１により半導体ウェーハ１をＺ方
向及びθ方向へ移動してフォーカス位置の調整を行って
いるが、検出光学系を調整することによりフォーカス位
置の調整を行ってもよい。

【００３３】次に、ベストフォーカスの位置の検出につ
いて説明する。図２は、本発明のパターン検出方法を説
明する図である。図２（ａ）は凹形の段差パターンの場
合の画像信号Ｇの信号強度を示し、図２（ｂ）は図２
（ａ）の画像信号Ｇを微分したフォーカス信号Ｄの信号
強度を示す。また、図２（ｃ）は凸形のレジストパター
ンの場合の画像信号Ｇの信号強度を示し、図２（ｄ）は
図２（ｃ）の画像信号Ｇを微分したフォーカス信号Ｄの
信号強度を示す。図２（ａ）〜（ｄ）において、Ｘ０は
パターンの中心位置である。画像信号処理装置６０は、
画像信号記憶装置５０に記憶されたパターンの画像信号
から、波形対称性演算によりパターンの中心位置Ｘ０を
求める。そして、画像信号処理装置６０は、パターンの
中心位置Ｘ０でパターン位置を領域ＸＬ〜Ｘ０と領域Ｘ
０〜ＸＲの２つに分割し、分割した２つの領域それぞれ
でフォーカス信号Ｄの最大値又は最小値を求める。

【００３４】段差パターンの場合、左側の領域ＸＬ〜Ｘ
０では、図２（ａ）の画像信号ＧがＧＬ１の位置で図２
（ｂ）のフォーカス信号Ｄが最大値ＤＬ１となり、図２
（ａ）の画像信号ＧがＧＬ２の位置で図２（ｂ）のフォ
ーカス信号Ｄが最小値ＤＬ２となる。右側の領域Ｘ０〜
ＸＲでは、図２（ａ）の画像信号ＧがＧＲ１の位置で図
２（ｂ）のフォーカス信号Ｄが最大値ＤＲ１となり、図
２（ａ）の画像信号ＧがＧＲ２の位置で図２（ｂ）のフ
ォーカス信号Ｄが最小値ＤＲ２となる。従って、段差パ
ターンの場合、画像信号処理装置６０は、フォーカス信
号Ｄの最大値又は最小値を４つ得ることができる。測定
結果処理装置７０は、このうち左側の領域ＸＬ〜Ｘ０で
の最大値ＤＬ１と右側の領域Ｘ０〜ＸＲでの最大値ＤＲ
１を用いてベストフォーカスの位置を検出する。

【００３５】レジストパターンの場合、左側の領域ＸＬ
〜Ｘ０では、図２（ｃ）の画像信号ＧがＧＬ２の位置で
図２（ｄ）のフォーカス信号Ｄが最小値ＤＬ２となる。
右側の領域Ｘ０〜ＸＲでは、図２（ｃ）の画像信号Ｇが
ＧＲ１の位置で図２（ｄ）のフォーカス信号Ｄが最大値
ＤＲ１となる。従って、レジストパターンの場合、画像
信号処理装置６０は、フォーカス信号Ｄの最大値又は最
小値を２つ得ることができる。測定結果処理装置７０
は、これらの最小値ＤＬ２及び最大値ＤＲ１を用いてベ
ストフォーカスの位置を検出する。

【００３６】図３は、本発明の重ね合わせ精度測定装置
のフォーカス信号の最大値及び最小値とフォーカス位置
との関係の一例を示す図である。図３の縦軸のフォーカ
ス信号は図１５（ａ）に示したパターンについて画像信
号処理装置６０で検出したフォーカス信号の最大値及び
最小値を示し、横軸のフォーカス位置はベストフォーカ
ス時を零としたフォーカス値を示している。そして、実
線ＤＬ１は段差パターン９ａのフォーカス信号の左側の
領域ＸＬ〜Ｘ０での最大値、実線ＤＲ１は段差パターン
９ａのフォーカス信号の右側の領域Ｘ０〜ＸＲでの最大
値、破線ＤＬ２はレジストパターン９ｂのフォーカス信
号の最小値、破線ＤＲ１はレジストパターン９ｂのフォ
ーカス信号の最大値である。

【００３７】段差パターン９ａの場合、測定結果処理装
置７０は、図３に示す実線ＤＬ１のピーク及び実線ＤＲ
１のピークの中心点をベストフォーカスの位置として検
出する。これは、フォーカス信号の左側の領域ＸＬ〜Ｘ
０での最大値ＤＬ１と右側の領域Ｘ０〜ＸＲでの最大値
ＤＲ１が等しくなるフォーカス位置を検出していること
になる。一方、レジストパターン９ｂの場合、測定結果
処理装置７０は、図３に示す破線ＤＬ２及び破線ＤＲ１
のピークの位置をベストフォーカスの位置として検出す
る。このように、測定結果処理装置７０のベストフォー
カスの位置の決定方法は、パターンの形状により異な
る。図３から分かるように、いずれの場合も、検出結果
は従来に比べて真のベストフォーカスの位置に極めて近
くなる。

【００３８】次に、パターンの重ね合わせ精度の測定に
ついて説明する。図４は、本発明の重ね合わせ精度測定
装置の干渉画像の画像信号のシミュレーション結果を示
す図である。図４は、図１３（ａ）に示したパターンに
ついて、図１３（ｂ）と同様にレンズの開口数ＮＡを
０．６５、照明σ（パーシャルコヒーレンシ）を０．６
５、照明光を波長４８０ｎｍ，５４０ｎｍ，６４０ｎｍ
の合成光とし、無収差光学系とした場合のシミュレーシ
ョン結果である。図４の縦軸の信号強度は異なるフォー
カス位置での干渉画像の画像信号の相対強度を示し、横
軸のパターン位置はパターンの中心位置からの距離を示
している。そして、実線Ｆ０は重ね合わせ精度測定装置
のフォーカス位置がパターンの周囲の高さに合っている
ベストフォーカスの場合（フォーカス値＝０）、破線Ｆ
４は重ね合わせ精度測定装置のフォーカス位置がベスト
フォーカスの位置から下へ０．０４μｍずれてる場合
（フォーカス値＝０．０４）、破線Ｆ４‘は重ね合わせ
精度測定装置のフォーカス位置がベストフォーカスの位
置から上へ０．０４μｍずれている場合（フォーカス値
＝−０．０４）、一点鎖線Ｆ８は重ね合わせ精度測定装
置のフォーカス位置がベストフォーカスの位置から下へ
０．０８μｍずれてる場合（フォーカス値＝０．０
８）、一点鎖線Ｆ８‘は重ね合わせ精度測定装置のフォ
ーカス位置がベストフォーカスの位置から上へ０．０８
μｍずれている場合（フォーカス値＝−０．０８）、破
線Ｆ１２は重ね合わせ精度測定装置のフォーカス位置が
ベストフォーカスの位置から下へ０．１２μｍずれてる
場合（フォーカス値＝０．１２）、破線Ｆ１２‘は重ね
合わせ精度測定装置のフォーカス位置がベストフォーカ
スの位置から上へ０．１２μｍずれている場合（フォー
カス値＝−０．１２）である。

【００３９】図４に示すように、干渉画像の画像信号の
ベースライン強度及びコントラストは、フォーカス位置
によって大きく変化する。図４ではフォーカス位置の変
化量が０．０４μｍと微小であるが、例えばフォーカス
値＝−０．０４の破線Ｆ４‘は、ベストフォーカス時の
実線Ｆ０に比べてコントラストが大きく変化している。
従って、フォーカス位置を微小量変化させると、干渉画
像の画像信号のコントラストが大きくなるフォーカス位
置を見つけることができ、大きなコントラストが得られ
るフォーカス位置での干渉画像の画像信号を用いてパタ
ーンの中心位置を計算すると、より正確にパターンの中
心位置を検出することができる。

【００４０】しかしながら、干渉画像の画像信号は、半
導体ウェーハ１の表面又はリファレンスミラー３０の反
射面のわずかな傾斜による位相差、フォーカス位置の移
動誤差、フォーカス送り方向の微振動等により影響を受
ける。このうち、半導体ウェーハ１の表面又はリファレ
ンスミラー３０の反射面の傾斜による位相差の影響を除
去する方法としては、干渉画像の位相差を検出する方法
が有効である。

【００４１】図５は、干渉画像の画像信号とフォーカス
位置との関係の一例を示す図である。図５の縦軸の信号
強度は異なるパターン位置での干渉画像の画像信号の相
対強度を示し、横軸のフォーカス位置はベストフォーカ
ス時を零としたフォーカス値を示している。そして、実
線Ｐ０はパターンの中心位置の場合、破線Ｐ４はパター
ンの中心位置から１μｍ離れたパターンエッジ部の場
合、一点鎖線Ｐ２はパターンの中心位置から２μｍ離れ
たパターン周辺部の場合である。図５に示すように、ど
のパターン位置でも干渉画像の画像信号がピークとなる
フォーカス位置が存在し、パターン位置によって干渉画
像の画像信号がピークとなるフォーカス位置が変化す
る。干渉画像の画像信号のピークは、パターンの表面の
光学的距離がリファレンスミラー３０の反射面の光学的
距離と一致したフォーカス位置で発生し、そのフォーカ
ス位置は干渉画像の位相差を表す。従って、各パターン
位置において干渉画像の画像信号がピークとなるフォー
カス位置を求めてプロットすると、干渉画像の位相差を
示す位相差信号を得ることができる。

【００４２】図６は、２次曲線近似により求めた位相差
信号の一例を示す図である。これは、図５と同様の信号
波形の３点から、２次曲線近似でピークの位置を求めた
場合である。図６の縦軸は干渉画像の位相差を示し、横
軸のパターン位置はパターンの中心位置からの距離を示
している。図６の位相差信号の波形は簡単な台形の形状
をしているので、これから容易にパターンの中心位置を
計算してパターンの重ね合わせ精度を測定することがで
きる。また、図６では、横軸がパターン位置、縦軸が位
相差となっているので、半導体ウェーハ１の表面又はリ
ファレンスミラー３０の反射面が傾斜している場合、傾
斜による位相差の影響がそのまま現れて波形全体が傾斜
する。従って、簡単な補正計算で傾斜による位相差の影
響を容易に除去することができ、パターンの中心位置を
計算することができる。

【００４３】また、パターンの段差の高さＨと位相差Φ
との間には、照明光の中心波長をλとすると、Φ＝４π
Ｈ／λの関係がある。Ｈ＝３３．７５ｎｍ、λ＝５４０
ｎｍのとき、Φ＝４×π×３３．７５／５４０＝０．７
８５（ｒａｄ）となり、図６の結果とほぼ一致する。即
ち、図４の信号波形はパターンの形状そのものを表して
いる。

【００４４】図６は、図４と同様のシミュレーション結
果を用いて求めたものであり、重ね合わせ精度測定装置
のフォーカス位置の移動が正確に行われた場合を示すも
のである。フォーカス位置の変化量は図４の場合と同様
に０．０４μｍと微小であり、実際にこのように微小な
変化量でフォーカス位置の移動を行う際は、フォーカス
位置の移動誤差やフォーカス送り方向の微振動が発生す
る。図６のように信号波形の３点から２次曲線近似でピ
ークの位置を求める方法では、このようなフォーカス位
置の移動誤差やフォーカス送り方向の微振動の影響を受
けやすいという問題がある。

【００４５】図７は、本発明のパターン検出方法を説明
する図である。干渉画像の画像信号Ｇはフォーカス位置
Ｆとパターン位置Ｘの二次元関数Ｇ（Ｆ，Ｘ）で表すこ
とができ、図７のグラフの縦軸は干渉画像の画像信号Ｇ
の強度信号、横軸はフォーカス位置Ｆ、奥行き方向はパ
ターン位置Ｘを示す。照明光の中心波長をλとすると、
干渉画像の画像信号の周期Ｌ_fは、Ｌ_f＝λ／２となる。
図７のＦ１〜Ｆ２は、演算処理を行うフォーカス位置の
範囲を示し、干渉画像の画像信号の周期Ｌ_fの整数倍に
設定する。画像信号処理装置６０は、画像信号記憶装置
５０に記憶された干渉画像の画像信号から、二次元関数
Ｇ（Ｆ，Ｘ）と干渉画像の画像信号の周期Ｌ_fを用い
て、図７に示した式（１）、式（２）、式（３）又は式
（３’）の計算を実行する。

【００４６】なお、式（１）では二次元関数Ｇ（Ｆ，
Ｘ）にフォーカス位置の周期関数であるｃｏｓ（２πＦ
／Ｌ_f）を掛け算した値の総和を求めているが、さらに
その平均を求めてもよい。式（２）についても同様であ
る。式（３）又は式（３’）は、式（１）で求めたＳＣ
（Ｘ）を式（２）で求めたＳＳ求（Ｘ）で割った値の逆
正接（アークタンジェント）を求めるものである。

【００４７】図８は、本発明のパターン検出方法により
求めた位相差信号の一例を示す図である。図８の縦軸は
干渉画像の位相差を示し、横軸のパターン位置はパター
ンの中心位置からの距離を示している。そして、実線は
図７に示した計算式により求めた位相差を示し、破線は
図６の２次曲線近似により求めた位相差を示している。
即ち、破線は３点のフォーカス位置でのデータから２次
曲線近似で計算したものであるのに対し、実線は図７に
示した計算式により多数のフォーカス位置でのデータを
用いて計算したものである。

【００４８】図８では、実線と破線がほとんど一致して
いる。このように、干渉画像の画像信号がシミュレーシ
ョン結果と同様に理想的な信号である場合は両者の差は
現れない。しかしながら、実際の干渉画像の画像信号
は、信号のノイズ、フォーカス位置の移動誤差、フォー
カス送り方向の微振動等の影響を受ける。従って、干渉
画像の画像信号にフォーカス位置の周期関数を掛け算し
た値の和を求める演算処理を行って、より多くのフォー
カス位置でのデータを用いることにより、フォーカス位
置の移動誤差やフォーカス送り方向の微振動による影響
が少なくなり、位相差の計算精度が向上する。

【００４９】測定結果処理装置７０は、画像信号処理装
置６０が上記の演算処理によって検出した干渉画像の位
相差信号からパターンの中心位置を計算することによ
り、パターンの重ね合わせ精度を精度よく測定すること
ができる。また、干渉画像の画像信号はそのままパター
ンの段差の形状を表すので、画像信号処理装置６０は、
画像信号記憶装置５０に記憶されたパターンの干渉画像
の画像信号から、パターンの段差の形状を精度よく検出
することができる。

【００５０】なお、図７に示した式（３）及び式
（３’）は、式（１）で求めたＳＣ（Ｘ）が正の値か負
の値かによって、場合分けが必要であることを示してい
る。図９は、本発明の位相差計算式を説明する図であ
る。図９のΦ１はＳＣ１が正の値の場合、Φ２はＳＣ２
が負の値の場合を示す。（３）及び式（３’）で用いた
逆正接（アークタンジェント）は、−π／２からπ／２
の範囲の値である。一方、求めようとする位相差Φは、
零から２πの範囲の値である。従って、ＳＣが負の値の
場合は、式（３’）のように逆正接（アークタンジェン
ト）の値にπを加算する必要がある。パターンの段差の
高さが６７．５ｎｍ〜１３０ｎｍの場合は、このような
判定が必要となる。

【００５１】図１０は、本発明のパターン検出方法によ
り求めた位相差信号の一例を示す図である。図１０の縦
軸は干渉画像の位相差を示し、横軸のパターン位置はパ
ターンの中心位置からの距離を示している。そして、実
線Ｈ１は段さの高さが３３．７５ｎｍの段差パターンの
場合、破線Ｈ２は段さの高さが６７．５ｎｍの段差パタ
ーンの場合、一点鎖線Ｈ３は段さの高さが１３０ｎｍの
段差パターンの場合である。

【００５２】図１０に示すように、干渉画像の位相差
は、段差の高さに応じて増加する。しかし、単純な比例
増加ではなく、位相差と段差の高さを関係付けるために
は、補正計算が必要である。段差の高さがさらに大きく
なると位相差がπを超えてしまい、計算が難しくなる。
その場合は、図６と同様に信号波形の３点から２次曲線
近似によりピークの位置を求めて概略の位相差を求める
必要が生ずる。本発明の位相差計算方法と２次曲線近似
によるピーク検出方法とを組み合わせることにより、段
差の高さが大きなパターンでも位相差を正確に検出する
ことができる。

【００５３】最後に、本実施の形態の重ね合わせ精度測
定装置を用いてパターンの重ね合わせ精度を測定する手
順の一例を説明する。

【００５４】ステップ１：基準パターン位置移動 ＸＹ移動機構１２を駆動して、半導体ウェーハ１に形成
されたフォーカス校正用の基準パターンを測定位置へ移
動する。

【００５５】ステップ２：フォーカス位置粗調整 図示しないオートフォーカス機構を駆動して、フォーカ
ス位置を大まかに調整する。この粗調整は、ＸＹ位置精
密調整（ステップ３）用の画像信号を得るためであっ
て、このときのフォーカス精度は、通常のオートフォー
カス機構の精度で十分である。

【００５６】ステップ３：ＸＹ位置精密調整 シャッター２６を閉じ、フォーカス校正用の基準パター
ンの画像を検出し、その画像信号からＸＹ位置の精密調
整を行う。

【００５７】ステップ４：干渉光学系のフォーカス位置
校正 シャッター２６を開き、フォーカス制御装置１３により
θＺ移動機構１１を駆動してフォーカス位置をステップ
移動させながら、フォーカス校正用の基準パターンの干
渉画像を検出し、その画像信号から干渉光学系のフォー
カス位置を校正する。半導体ウェーハ１に形成されたフ
ォーカス校正用の基準パターンは、白黒パターン等の理
想条件で作られており、干渉光学系のフォーカス位置を
ほぼベストフォーカスの位置に校正することができる。

【００５８】ステップ５：測定パターン位置移動 ＸＹ移動機構１２を駆動して、半導体ウェーハ１に形成
された測定すべきパターンを測定位置へ移動する。

【００５９】ステップ６：フォーカス位置粗調整 図示しないオートフォーカス機構を駆動して、フォーカ
ス位置を大まかに調整する。この粗調整は、ＸＹ位置精
密調整（ステップ７）用の画像信号を得るためであっ
て、このときのフォーカス精度は、エアーマイクロ等の
オートフォーカス機構の精度で十分である。

【００６０】ステップ７：ＸＹ位置精密調整 シャッター２６を閉じ、パターンの画像を検出し、その
画像信号からＸＹ位置の精密調整を行う。

【００６１】ステップ８：ベストフォーカス位置検出 シャッター２６を閉じたまま、フォーカス制御装置１３
によりθＺ移動機構１１を駆動してフォーカス位置をス
テップ移動させながら、パターンの画像を検出し、その
画像信号を画像信号記憶装置５０に記憶する。画像信号
処理装置６０及び測定結果処理装置７０は、画像信号記
憶装置５０に記憶されたパターンの画像信号から、ベス
トフォーカスの位置を検出する。ここで、画像信号処理
装置６０及び測定結果処理装置７０は、図２及び図３で
説明した方法によりベストフォーカスの位置の検出を行
う。

【００６２】ステップ９：干渉画像信号取り込み シャッター２６を開き、フォーカス制御装置１３により
θＺ移動機構１１を駆動してフォーカス位置をベストフ
ォーカスの位置の近傍でステップ移動させながら、パタ
ーンの干渉画像を検出し、その画像信号を画像信号記憶
装置５０に記憶する。

【００６３】ステップ１０：干渉画像信号処理 画像信号処理装置６０及び測定結果処理装置７０は、画
像信号記憶装置５０に記憶された干渉画像の画像信号か
ら、パターンの重ね合わせ精度を算出する。ここで、画
像信号処理装置６０及び測定結果処理装置７０は、図７
で説明した方法により干渉画像の位相差の計算を行う。

【００６４】以上の手順によれば、測定すべきパターン
を精密に検出光学系の中心に移動し、ベストフォーカス
の位置の近傍での干渉画像の画像信号を得ることができ
る。従って、パターンの中心位置を正確に計算し、パタ
ーンの重ね合わせ精度を精度よく測定することができ
る。

【００６５】

【発明の効果】本発明のパターン検出方法及びパターン
検出装置によれば、パターンの中心位置で分割した２つ
の領域で検出した画像信号の微分波形の最大値又は最小
値のフォーカス位置による変化からベストフォーカスの
位置を検出することにより、ベストフォーカスの位置を
精度よく検出することができる。

【００６６】また、本発明のパターン検出方法及びパタ
ーン検出装置によれば、干渉画像の画像信号にフォーカ
ス位置の周期関数を掛け算した値の和を求める演算処理
を行って干渉画像の位相差を検出することにより、干渉
画像の位相差を精度よく検出することができる。さら
に、干渉画像の画像信号から、段差が極めて低いパター
ンの段差の形状を精度よく検出することができる。

【００６７】本発明の重ね合わせ精度測定方法及び重ね
合わせ精度測定装置によれば、ベストフォーカスの位置
を精度よく検出することができ、または干渉画像の位相
差を精度よく検出することができるので、パターンの重
ね合わせ精度を精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態による重ね合わせ精度
測定装置の概略構成を示す図である。

【図２】 本発明のパターン検出方法を説明する図であ
る。

【図３】 本発明の重ね合わせ精度測定装置のフォーカ
ス信号の最大値及び最小値とフォーカス位置との関係の
一例を示す図である。

【図４】 本発明の重ね合わせ精度測定装置の干渉画像
の画像信号のシミュレーション結果を示す図である。

【図５】 干渉画像の画像信号とフォーカス位置との関
係の一例を示す図である。

【図６】 ２次曲線近似により求めた位相差信号の一例
を示す図である。

【図７】 本発明のパターン検出方法を説明する図であ
る。

【図８】 本発明のパターン検出方法により求めた位相
差信号の一例を示す図である。

【図９】 本発明の位相差計算式を説明する図である。

【図１０】 本発明のパターン検出方法により求めた位
相差信号の一例を示す図である。

【図１１】 （ａ）はＭＯＳゲートトランジスタのゲー
トレジストパターンを形成した後の半導体ウェーハの一
部の上面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ部断面図である。

【図１２】 従来の重ね合わせ精度測定装置の概略構成
を示す図である。

【図１３】 （ａ）はパターン形状を示す図、（ｂ）は
従来の重ね合わせ精度測定装置の検出信号のシミュレー
ション結果を示す図である。

【図１４】 従来の重ね合わせ精度測定装置のフォーカ
ス信号とフォーカス位置との関係の一例を示す図であ
る。

【図１５】 （ａ）はパターン形状を示す図、（ｂ）は
従来の重ね合わせ精度測定装置の検出信号の一例を示す
図である。

【図１６】 従来の重ね合わせ精度測定装置の合わせ測
定値及びフォーカス信号とフォーカス位置との関係の一
例を示す図である。

【符号の説明】

１…半導体ウェーハ、１０…ウェーハチャック、１１…
θＺ移動機構、１２…ＸＹ移動機構、２０…光源、２
１，２３…照明レンズ、２２…照明絞り、２４，３１，
３４…ビームスプリッタ、２５，２７…対物レンズ、２
６…シャッター、３０…リファレンスミラー、３２，３
３…結像レンズ、３５ａ，３５ｂ…シリンドリカルレン
ズ、４０…二次元画像信号検出器、４１ａ，４１ｂ…一
次元画像信号検出器、５０…画像信号記憶装置、６０…
画像信号処理装置、７０…測定結果処理装置

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５２５Ｒ (72)発明者 鈴木 高彦 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 富永 浩康 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 田部井 孝和 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 櫻井 喜彦 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA03 AA06 AA07 AA14 AA17 BB02 BB25 BB27 CC19 DD03 DD10 FF04 FF10 FF51 FF61 GG02 GG03 GG12 GG23 GG24 HH03 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 KK01 LL04 LL08 LL12 LL30 LL46 PP12 PP22 PP24 QQ13 QQ29 SS02 SS13 TT02 UU05 UU07 5F046 FA10 FA17 FB08 FB10 FB12 FC03 FC04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面に設けられた段差を有す
   るパターンの検出方法であって、 パターンの画像信号を異なるフォーカス位置で複数作成
   し、 各画像信号について、画像信号からパターンの中心位置
   を求め、パターンの中心位置で分割した２つの領域で画
   像信号の微分波形の最大値又は最小値を検出し、 各領域の画像信号の微分波形の最大値又は最小値のフォ
   ーカス位置による変化からベストフォーカスの位置を検
   出することを特徴とするパターン検出方法。
2. 【請求項２】 フォーカス位置を可変する機構を有し、
   被測定物の表面に設けられた段差を有するパターンを検
   出する装置であって、 パターンの画像を検出して画像信号を出力する画像検出
   手段と、 前記画像検出手段が出力した画像信号を記憶する画像信
   号記憶手段と、 前記画像信号記憶手段に記憶された異なるフォーカス位
   置での複数の画像信号のそれぞれについて、画像信号か
   らパターンの中心位置を求め、パターンの中心位置で分
   割した２つの領域で画像信号の微分波形の最大値又は最
   小値を検出する画像信号処理手段と、 前記画像信号処理手段で検出された各領域の画像信号の
   微分波形の最大値又は最小値のフォーカス位置による変
   化からベストフォーカスの位置を検出する手段とを備え
   たことを特徴とするパターン検出装置。
3. 【請求項３】 被測定物の表面に設けられた段差を有す
   る複数のパターンの重ね合わせ精度を測定する方法であ
   って、 パターンの画像信号を異なるフォーカス位置で複数作成
   し、 各画像信号について、画像信号からパターンの中心位置
   を求め、パターンの中心位置で分割した２つの領域で画
   像信号の微分波形の最大値又は最小値を検出し、 各領域の画像信号の微分波形の最大値又は最小値のフォ
   ーカス位置による変化からベストフォーカスの位置を検
   出し、 検出したベストフォーカスの位置にフォーカス位置を決
   定してパターンの重ね合わせ精度を測定することを特徴
   とする重ね合わせ精度測定方法。
4. 【請求項４】 フォーカス位置を可変する機構を有し、
   被測定物の表面に設けられた段差を有する複数のパター
   ンの重ね合わせ精度を測定する装置であって、 パターンの画像を検出して画像信号を出力する画像検出
   手段と、 前記画像検出手段が出力した画像信号を記憶する画像信
   号記憶手段と、 前記画像信号記憶手段に記憶された異なるフォーカス位
   置での複数の画像信号のそれぞれについて、画像信号か
   らパターンの中心位置を求め、パターンの中心位置で分
   割した２つの領域で画像信号の微分波形の最大値又は最
   小値を検出する画像信号処理手段と、 前記画像信号処理手段で検出された各領域の画像信号の
   微分波形の最大値又は最小値のフォーカス位置による変
   化からベストフォーカスの位置を検出し、検出したベス
   トフォーカスの位置にフォーカス位置を決定して、前記
   画像信号記憶手段に記憶された画像信号からパターンの
   重ね合わせ精度を検出する手段とを備えたことを特徴と
   する重ね合わせ精度測定装置。
5. 【請求項５】 被測定物の表面に設けられた段差を有す
   るパターンの検出方法であって、 照明光を分割して、一方を被測定物の表面に照射し、他
   方を被測定物の表面と光学的に等距離に位置する反射面
   に照射し、 被測定物の表面からの反射光と反射面からの反射光とが
   干渉して得られる干渉画像の画像信号を作成し、 画像信号にフォーカス位置の周期関数を掛け算した値の
   和を求める演算処理を行って干渉画像の位相差を検出す
   ることを特徴とするパターン検出方法。
6. 【請求項６】 周期関数の周期を照明光の中心波長の２
   分の１としたことを特徴とする請求項５に記載のパター
   ン検出方法。
7. 【請求項７】 被測定物の表面に設けられた段差を有す
   るパターンの検出装置であって、 照明光を発生する照明手段と、 前記照明手段が発生した照明光を分割する分割手段と、 被測定物の表面と光学的に等距離に位置する反射面を有
   する反射手段と、 前記照明手段が発生した照明光を前記分割手段で分割し
   た一方を被測定物の表面に照射した反射光と、他方を前
   記反射手段の反射面に照射した反射光とが干渉して得ら
   れる干渉画像を検出して画像信号を出力する画像検出手
   段と、 前記画像検出手段が出力した画像信号を記憶する画像信
   号記憶手段と、 前記画像信号記憶手段に記憶された画像信号にフォーカ
   ス位置の周期関数を掛け算した値の和を求める演算処理
   を行って干渉画像の位相差を検出する画像信号処理手段
   とを備えたことを特徴とするパターン検出装置。
8. 【請求項８】 前記画像信号処理手段は、画像信号に照
   明光の中心波長の２分の１の周期の周期関数を掛け算し
   た値の和を求める演算処理を行って干渉画像の位相差を
   検出することを特徴とする請求項７に記載のパターン検
   出装置。
9. 【請求項９】 被測定物の表面に設けられた段差を有す
   る複数のパターンの重ね合わせ精度を測定する方法であ
   って、 照明光を分割して、一方を被測定物の表面に照射し、他
   方を被測定物の表面と光学的に等距離に位置する反射面
   に照射し、 被測定物の表面からの反射光と反射面からの反射光とが
   干渉して得られる干渉画像の画像信号を作成し、 画像信号にフォーカス位置の周期関数を掛け算した値の
   和を求める演算処理を行って干渉画像の位相差を検出
   し、 検出した干渉画像の位相差からパターンの中心位置を検
   出することを特徴とする重ね合わせ精度測定方法。
10. 【請求項１０】 周期関数の周期を照明光の中心波長の
    ２分の１としたことを特徴とする請求項９に記載の重ね
    合わせ精度測定方法。
11. 【請求項１１】 被測定物の表面に設けられた段差を有
    する複数のパターンの重ね合わせ精度を測定する装置で
    あって、 照明光を発生する照明手段と、 前記照明手段が発生した照明光を分割する分割手段と、 被測定物の表面と光学的に等距離に位置する反射面を有
    する反射手段と、 前記照明手段が発生した照明光を前記分割手段で分割し
    た一方を被測定物の表面に照射した反射光と、他方を前
    記反射手段の反射面に照射した反射光とが干渉して得ら
    れる干渉画像を検出して画像信号を出力する画像検出手
    段と、 前記画像検出手段が出力した画像信号を記憶する画像信
    号記憶手段と、 前記画像信号記憶手段に記憶された画像信号にフォーカ
    ス位置の周期関数を掛け算した値の和を求める演算処理
    を行って干渉画像の位相差を検出する画像信号処理手段
    と、 前記画像信号処理手段が検出した干渉画像の位相差から
    パターンの中心位置を検出する手段とを備えたことを特
    徴とする重ね合わせ精度測定装置。
12. 【請求項１２】 前記画像信号処理手段は、画像信号に
    照明光の中心波長の２分の１の周期の周期関数を掛け算
    した値の和を求める演算処理を行って干渉画像の位相差
    を検出することを特徴とする請求項１１に記載の重ね合
    わせ精度測定装置。