JP2005337953A

JP2005337953A - 位置検出方法および位置検出装置

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Publication number: JP2005337953A
Application number: JP2004158874A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takagi; 誠高木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: JP4389668B2

Abstract

【課題】下地層とレジスト層との間に形成された中間層の影響を低減して下地層のパターンの位置を正確に検出できる位置検出方法および位置検出装置を提供する。
【解決手段】検出対象のパターンを含む下地層とレジスト層との間に１つ以上の中間層が形成された基板を照明光によって照明する照明工程と、照明光によって照明されたときに基板の各層から発生する光Ｌ３'〜Ｌ６'に基づいて、パターンの画像を取り込む取込工程と、画像に基づいて、パターンの位置を算出する算出工程とを備え、照明工程では、基板の各層から発生する光Ｌ３'〜Ｌ６'のうち「中間層４３,４４からの光Ｌ４'と光Ｌ５'」に対する「下地層４１からの光Ｌ６'」の強度比が大きくなるように、照明光Ｌ１の分光特性を調整し、調整後の分光特性の照明光によって基板を照明する。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板上のパターンの位置を検出する位置検出方法および位置検出装置に関し、特に、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において基板（半導体ウエハや液晶基板など）に形成されたパターンの高精度な位置検出に好適な位置検出方法および位置検出装置に関する。

半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、周知の露光工程と現像工程とを経てレジスト層に回路パターンが転写され、このレジストパターンを介してエッチングなどの加工処理を行うことにより、所定の材料膜に回路パターンが転写される(パターン形成工程)。そして、上記のパターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板（半導体ウエハや液晶基板）の上に積層され、半導体素子や液晶表示素子の回路が形成される。

さらに、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため（製品の歩留まり向上を図るため）、各々のパターン形成工程のうち露光工程の前に、基板のアライメントを行い、現像工程の後でかつ加工工程の前に、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行っている。なお、基板のアライメントには、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成されたアライメントマークが用いられる。レジストパターンの重ね合わせ検査には、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成された重ね合わせマークと、現在のパターン形成工程でレジスト層に形成された重ね合わせマークとが用いられる。

また、基板のアライメントを行う装置や、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置には、上記のアライメントマークや重ね合わせマーク（総じて単に「マーク」という）の位置を検出する装置が組み込まれている。位置検出装置では、一般に、白色光を用いて基板を照明し、ＣＣＤカメラなどの撮像素子を用いてマークの画像を取り込み、この画像に対して所定の画像処理を施すことにより、マークの位置検出を行う（例えば特許文献１を参照）。
特開平７−１５１５１４号公報

しかしながら、マークの位置を検出する際、基板の下地層とレジスト層との間には１つ以上の中間層（未加工の材料膜など）が形成されている。このため、従来のように白色光を用いて基板を照明すると、基板の下地層のマークについては、中間層の影響を受けて正確な位置を検出できないことがあった。中間層の影響による位置検出の誤差は、従来、プロセスルールと比較して非常に小さく無視できる程度であったが、回路パターンの微細化に伴って無視できなくなってきた。

上記のような問題は、基板上のマーク（アライメントマークや重ね合わせマークなど）の位置を検出する場合に限らず、基板上の回路パターンの位置を検出する場合にも起こり得る。本件では、マーク（アライメントマークや重ね合わせマークなど）や回路パターンなどを総じて単に「パターン」という。
本発明の目的は、下地層とレジスト層との間に形成された中間層の影響を低減して下地層のパターンの位置を正確に検出できる位置検出方法および位置検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の位置検出方法は、検出対象のパターンを含む下地層とレジスト層との間に１つ以上の中間層が形成された基板を照明光によって照明する照明工程と、前記照明光によって照明されたときに前記基板の各層から発生する光に基づいて、前記パターンの画像を取り込む取込工程と、前記画像に基づいて、前記パターンの位置を算出する算出工程とを備え、前記照明工程では、前記基板の各層から発生する光のうち「前記中間層からの光」に対する「前記下地層からの光」の強度比が大きくなるように、前記照明光の分光特性を調整し、調整後の分光特性の照明光によって前記基板を照明するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出方法において、前記照明工程では、前記照明光が有する「前記中間層での吸収が小さい波長域の成分」に対する「前記中間層での吸収が大きい波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を調整するものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の位置検出方法において、前記照明工程では、前記照明光が有する「前記下地層での吸収が大きい波長域の成分」に対する「前記下地層での吸収が小さい波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を調整するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出方法において、前記照明工程では、前記中間層の数が２つ以上である場合、前記照明光が有する「前記中間層それぞれの上面で反射する光どうしが干渉によって互いに強め合う波長域の成分」に対する「前記光どうしが干渉によって互いに弱め合う波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を調整するものである。

請求項５に記載の位置検出装置は、照明光の分光特性を変更可能であり、検出対象のパターンを含む下地層とレジスト層との間に１つ以上の中間層が形成された基板を前記照明光によって照明する照明手段と、前記照明光によって照明されたときに前記基板の各層から発生する光に基づいて、前記パターンの画像を取り込む取込手段と、前記画像に基づいて、前記パターンの位置を算出する算出手段とを備え、前記照明手段は、前記基板の各層から発生する光のうち「前記中間層からの光」に対する「前記下地層からの光」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を変更するものである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の位置検出装置において、前記照明手段は、前記照明光が有する「前記中間層での吸収が小さい波長域の成分」に対する「前記中間層での吸収が大きい波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を変更するものである。
請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の位置検出装置において、前記照明手段は、前記照明光が有する「前記下地層での吸収が大きい波長域の成分」に対する「前記下地層での吸収が小さい波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を変更するものである。

請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の位置検出装置において、前記照明手段は、前記中間層の数が２つ以上である場合、前記照明光が有する「前記中間層それぞれの上面で反射する光どうしが干渉によって互いに強め合う波長域の成分」に対する「前記光どうしが干渉によって互いに弱め合う波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を変更するものである。

本発明によれば、下地層とレジスト層との間に形成された中間層の影響を低減して下地層のパターンの位置を正確に検出することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
ここでは、本実施形態の位置検出方法および装置について、図１に示す重ね合わせ検査装置１０を例に説明する。重ね合わせ検査装置１０は、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において、基板１０Ａのレジストパターン(不図示)の重ね合わせ検査を行う装置である。重ね合わせ検査では、基板１０Ａの下地層に形成された回路パターン（以下「下地パターン」という）に対するレジストパターンの位置ずれ量の測定が行われる。

本実施形態の重ね合わせ検査装置１０は、図１(ａ)に示す通り、基板１０Ａを支持するステージ１１と、基板１０Ａに照明光Ｌ１を照射する照明系(１２〜１６)と、基板１０Ａの光学像を形成する結像系(１６,１７)と、撮像素子１８と、観察用のＴＶモニタ１９と、信号処理部(２０,２１)と、制御部(２２〜２４)とで構成されている。
まず、基板１０Ａの説明を行う。基板１０Ａは、半導体ウエハや液晶基板などであり、レジスト層に対する露光・現像後で、所定の材料膜に対する加工前の状態にある。未加工の材料膜は、レジスト層と下地層との間に形成されている。

基板１０Ａのレジストパターンの重ね合わせ検査には、例えば図２に示すような２重マーク３０が用いられる。２重マーク３０は、基板１０Ａの表面（被検査面）の予め指定された多数の箇所に形成されている。図２(ａ),(ｂ)は平面図,ＡＡ断面図である。図２(ｂ)では未加工の材料膜を図示省略した。
２重マーク３０は、大きさが異なる２つの重ね合わせマーク３１,３２からなる。また、外側の重ね合わせマーク３１は、下地層４１に形成された４つの凹部からなり、下地パターンの基準位置を示す。内側の重ね合わせマーク３２は、レジスト層４２に形成された４つの凹部からなり、レジストパターンの基準位置を示す。重ね合わせマーク３１,３２の凹部は何れもバー状であり、２重マーク３０は、bar in bar マークを構成している。以下、下地層４１の重ね合わせマーク３１を「下地マーク３１」という。レジスト層４２の重ね合わせマーク３２を「レジストマーク３２」という。

また、図２(ｂ)のＢ部分を拡大した図（図３）から分かるように、下地層４１とレジスト層４２との間には、例えば２つの中間層４３,４４が形成されている。中間層４３,４４は、未加工の材料膜や加工済の材料膜や反射防止膜などであり、一般的な白色光の波長域において透明または半透明な材質である。なお、材料膜は、配線用の導電材料や、ガラスなどの絶縁材料からなる。

さらに、２つの中間層４３,４４は、下地マーク３１の凹部の影響を受けて、その上面３Ａ,４Ａに微小な凹みを生じている。そして、実際の製造工程では、下地マーク３１の凹部が左右対称な形状であっても、その上の中間層４３,４４の上面３Ａ,４Ａの凹みの形状が、図３(ａ)のように左右対称にはならず、図３(ｂ)のように若干ではあるが非対称になってしまうこともある。なお、レジスト層４２の上面２Ａは、中間層４３,４４の上面３Ａ,４Ａの凹みに拘わらず平面状である。

また、下地マーク３１とレジストマーク３２とは、下地パターンに対するレジストパターンの位置ずれ量がゼロのとき、各々の中心Ｃ１,Ｃ２（図２）が一致するようになっている。重ね合わせ検査装置１０では、レジストパターンの重ね合わせ検査の際に、下地マーク３１の中心Ｃ１の位置とレジストマーク３２の中心Ｃ２の位置とをそれぞれ算出する。このとき、下地マーク３１の上には中間層４３,４４が形成され、その上面３Ａ,４Ａの凹みの形状が非対称になる（図３(ｂ)）こともあるが、本実施形態の重ね合わせ検査装置１０によれば、そのような中間層４３,４４の影響を低減して下地マーク３１の位置を正確に検出することができる（詳細は後述）。

次に、重ね合わせ検査装置１０の構成説明を行う。
ステージ１１は、基板１０Ａを水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(ＸＹ方向)に移動させる駆動部とで構成される。ステージ１１のホルダをＸＹ方向に移動させることで、基板１０Ａの被検査面のうち何れか１つの測定点（図２に示す２重マーク３０）を、結像系(１６,１７)の視野領域内に位置決めすることができる。

照明系(１２〜１６)は、光源１２と波長選択部１３と照明レンズ１４とハーフミラー１５と対物レンズ１６とで構成される。光源１２は白色光を射出する。波長選択部１３は、図１(ｂ)に示す通り、分光特性が異なる４種類の色フィルタ１３Ａと、これらの色フィルタ１３Ａを切り換える機構(レボルバ１３Ｂと不図示のモータ)とで構成され、何れか１つの色フィルタ１３Ａを照明光路１０Ｂに挿入する。

光源１２からの白色光は、波長選択部１３の１つの色フィルタ１３Ａと照明レンズ１４とハーフミラー１５と対物レンズ１６を介した後（照明光Ｌ１）、ステージ１１上の基板１０Ａの被検査面に入射する（落射照明）。このとき、視野領域内に位置決めされた測定点（図２の２重マーク３０）は、照明光Ｌ１により略垂直に照明される。そして、照明光Ｌ１によって照明された２重マーク３０から反射光Ｌ２が発生する。反射光Ｌ２は、後述の結像系(１６,１７)に導かれる。

照明光Ｌ１の分光特性は、光源１２から射出される白色光の分光特性と、照明光路１０Ｂに挿入された色フィルタ１３Ａの分光特性とに応じて決まる。また、波長選択部１３のレボルバ１３Ｂを不図示のモータにより軸１３Ｃの周りで回転させ、照明光路１０Ｂに挿入される色フィルタ１３Ａの種類を変更することで、簡単に照明光Ｌ１の分光特性を調整することができる。なお、照明光Ｌ１の分光特性の調整は、後述の制御部(２２〜２４)からの指示に基づいて行われる。

結像系(１６,１７)は、対物レンズ１６と結像レンズ１７とで構成されている（光学顕微鏡部）。結像レンズ１７は、第２対物レンズとして機能する。基板１１からの反射光Ｌ２は、対物レンズ１６とハーフミラー１５と結像レンズ１７とを介した後、撮像素子１８の撮像面に入射する。このとき、撮像素子１８の撮像面上には、反射光Ｌ２に基づく拡大像（つまり２重マーク３０の光学像）が形成される。

撮像素子１８は、複数の画素が２次元配列された白黒のエリアセンサ（例えばＣＣＤカメラ）であり、撮像面上の２重マーク３０の光学像を撮像して、画像信号を後段のＴＶモニタ１９と信号処理部(２０,２１)に出力する。撮像素子１８から出力される画像信号は、複数のサンプル点からなり、撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布を表す。輝度値は反射光Ｌ２の強弱に比例する。

２重マーク３０の画像（例えばＴＶモニタ１９に表示されるイメージ）は、図４(ａ)に示す通り、下地マーク３１の各凹部に対応する箇所３１Ａと、レジストマーク３２の各凹部に対応する箇所３２Ａにおいて、輝度値が低くなる。
信号処理部(２０,２１)は、フレームメモリ２０と波形信号演算用のＣＰＵ２１とで構成され、フレームメモリ２０内に撮像素子１８からの画像信号（図４(ａ)）を記憶する。ＣＰＵ２１は、フレームメモリ２０内の画像信号（図４(ａ)）に対して信号処理範囲３３を定義し、信号処理範囲３３に含まれる各画素の輝度値を縦方向(Ｅ方向)に積算して、図４(ｂ)または(ｃ)に示す波形信号を生成する（プロジェクション処理）。図４(ｂ),(ｃ)の横軸は画素の位置を表し、縦軸は信号レベル（明るさ）を表す。波形信号のＦ部分は下地マーク３１に対応する。

さらに、ＣＰＵ２１は、例えば周知の相関法を用いて、図４(ｂ),(ｃ)のような波形信号の相関演算により、下地マーク３１の中心Ｃ１の位置とレジストマーク３２の中心Ｃ２の位置とをそれぞれ算出する。また、これらの位置検出の結果に基づいて、下地マーク３１とレジストマーク３２との位置ずれ量を求め、下地パターンに対するレジストパターンの位置ずれ量として制御部(２２〜２４)に出力する。

制御部(２２〜２４)は、装置全体を管理する操作コンピュータ２２と、ステージ制御用のＣＰＵ２３と、モニタ２４とで構成される。上記したＣＰＵ２１による演算結果（つまりの位置ずれ量）は、操作コンピュータ２２に出力され、操作コンピュータ２２を介してモニタ２４に表示される。以上で１つの測定値（つまり位置ずれ量）を得るための一連の動作が終了する。

また、操作コンピュータ２２は、ＣＰＵ２３を介してステージ１１を制御し、基板１０Ａの他の場所に形成された２重マーク３０を順に結像系(１６,１７)の視野領域内に位置決めすると共に、その２重マーク３０の下地マーク３１とレジストマーク３２との位置ずれ量（つまり下地パターンに対するレジストパターンの位置ずれ量）をＣＰＵ２１から取り込み、モニタ２４に表示する。

さらに、上記のような下地マーク３１とレジストマーク３２の位置検出や位置ずれ量の算出に先立ち、操作コンピュータ２２は、例えば検査レシピに予め登録された照明光Ｌ１の設定情報に基づいて、照明系(１２〜１６)の波長選択部１３を制御し、レボルバ１３Ｂを回転させることにより所望の色フィルタ１３Ａを照明光路１０Ｂに挿入する。なお、操作コンピュータ２２による波長選択部１３の制御は、外部から入力された照明光Ｌ１の設定情報に基づいて行ってもよい。

その結果、所望の分光特性の照明光Ｌ１によって、基板１１の２重マーク３０（図２）を照明することができる。照明光Ｌ１の所望の分光特性とは、基板１１の下地層４１とレジスト層４２との間に形成された中間層４３,４４（図３）の影響を低減して、下地マーク３１の位置を正確に検出できるような分光特性である（次に説明する）。なお、レジストマーク３２の位置は照明光Ｌ１の分光特性に拘わらず正確に検出可能である。

次に、下地マーク３１の位置を検出する際の「中間層４３,４４の影響」と「照明光Ｌ１の所望の分光特性」について説明する。
照明光Ｌ１は、基板１１のレジスト層４２の側から照射され、図５に示す通り、一部の光Ｌ３がレジスト層４２の上面２Ａで反射し、他の一部の光Ｌ４が中間層４４の上面４Ａで反射し、他の一部の光Ｌ５が中間層４３の上面３Ａで反射し、残りの一部の光Ｌ６が下地層４１の上面１Ａで反射する。なお、上面１Ａは、レジスト層４１と中間層４３との境界面に相当する。上面３Ａは、中間層４３,４４の境界面に相当する。上面４Ａは、中間層４４とレジスト層４１との境界面に相当する。

このように、照明光Ｌ１が基板１１の各層の上面１Ａ〜４Ａで反射するため、基板１１の各層から発生する光Ｌ３'〜Ｌ６'の合成が上記の反射光Ｌ２（図１参照）となり、結像系(１６,１７)を介して撮像素子１８に導かれる。そして、反射光Ｌ２に基づく光学像は、光Ｌ３'に基づく光学像（つまりレジスト層４２の上面１Ａの光学像）と、光Ｌ４'に基づく光学像（つまり中間層４４の上面４Ａの光学像）と、光Ｌ５'に基づく光学像（つまり中間層４３の上面３Ａの光学像）と、光Ｌ６'に基づく光学像（つまり下地層４１の上面１Ａの光学像）との合成となる。

既に説明した通り、中間層４３,４４は、下地マーク３１の凹部（図３）の影響を受け、その上面３Ａ,４Ａに微小な凹みを生じている。そして、下地マーク３１の凹部が左右対称な形状であると同様に、中間層４３,４４の上面３Ａ,４Ａの凹みの形状も、図３(ａ)のように左右対称な場合、下地マーク３１の画像（図４(ａ)の低輝度な箇所３１Ａ）から求めた波形信号は、例えば図４(ｂ)のＦ部分のように左右対称となる。したがって、下地マーク３１の正確な位置を検出することができる。

一方、中間層４３,４４の上面３Ａ,４Ａの凹みの形状は、下地マーク３１の凹部が左右対称な形状であっても、図３(ｂ)のように若干ではあるが非対称になってしまうこともある。この場合、波長選択部１３の色フィルタ１３Ａを照明光路１０Ｂから退避させ、白色光と同じ分光特性の照明光Ｌ１を用いて照明すると、下地マーク３１の画像（図４(ａ)の低輝度な箇所３１Ａ）から求めた波形信号は、中間層４３,４４の影響（上面３Ａ,４Ａの凹み形状の影響）を受け、例えば図４(ｃ)のＦ部分のように非対称となってしまう。したがって、このままでは下地マーク３１の正確な位置を検出することはできない。

そこで、本実施形態の重ね合わせ検査装置１０では、波長選択部１３の所望の色フィルタ１３Ａを照明光路１０Ｂに挿入し、照明光Ｌ１の分光特性を白色光のものとは異なる所望の分光特性に調整することで、中間層４３,４４の影響（上面３Ａ,４Ａの凹み形状の影響）を低減して、下地マーク３１の位置を正確に検出できるようにする。所望の分光特性の決定は、次のようにして位置検出の前までに行われる。

中間層４３,４４それぞれの上面３Ａ,４Ａで反射する光Ｌ５,Ｌ４どうしは、上面３Ａ,４Ａに挟まれた中間層４４が薄膜状であるため、波長域の成分ごとに干渉によって強め合ったり弱め合ったりする。つまり、中間層４４の屈折率ｎと膜厚ｄとに応じた光路差（≒２ｎｄ）が波長域λ１のＭ倍(Ｍは整数)となる条件では、その波長域λ１の光Ｌ５,Ｌ４どうしが互いに強め合う。また、光路差（≒２ｎｄ）が波長域λ２の(Ｍ−１/２)倍となる条件では、その波長域λ２の光Ｌ５,Ｌ４どうしが互いに弱め合う。

このため、照明光Ｌ１のうち「光Ｌ５,Ｌ４どうしが強め合う波長域λ１の成分」に対する「光Ｌ５,Ｌ４どうしが弱め合う波長域λ２の成分」の強度比が大きくなるように、照明光Ｌ１の所望の分光特性を決定すればよい。波長域λ１,λ２は、中間層４４の屈折率ｎと膜厚ｄに関する設計情報から求めることができる。膜厚ｄは、設計情報の他、実測値を用いてもよい。

上記した所望の分光特性を実現するには、照明光Ｌ１のうち「強め合う波長域λ１の成分」の強度を部分的または全体的に低下させると共に「弱め合う波長域λ２の成分」の強度を制限しないような分光特性の色フィルタ１３Ａを、照明光路１０Ｂに挿入することが好ましい。
このように、照明光Ｌ１のうち「強め合う波長域λ１の成分」に対する「弱め合う波長域λ２の成分」の強度比を大きくすることで、図５に示す基板１１の各層から発生する光Ｌ３'〜Ｌ６'のうち「中間層４３,４４からの光Ｌ４'と光Ｌ５'」に対する「下地層４１からの光Ｌ６'」の強度比を大きくすることができる。

このため、下地マーク３１の画像（図４(ａ)の低輝度な箇所３１Ａ）から求めた波形信号において、中間層４３,４４の影響（上面３Ａ,４Ａの凹み形状の影響）を低減することができる。したがって、上面３Ａ,４Ａの凹み形状が非対称であっても、波形信号の形状を図４(ｂ)のＦ部分のような左右対称な形状に近づけることができ、下地マーク３１の位置を中間層４３,４４によって騙されることなく正確に検出することができる。

このように、本実施形態の重ね合わせ検査装置１０では、「中間層４３,４４からの光Ｌ４'と光Ｌ５'」に対する「下地層４１からの光Ｌ６'」の強度比が大きくなるように照明光Ｌ１の分光特性を調整するため、中間層４３,４４の影響（上面３Ａ,４Ａの凹み形状の影響）を低減して下地マーク３１の正確な位置を検出することができる。したがって、下地マーク３１とレジストマーク３２との位置ずれ量（つまり下地パターンに対するレジストパターンの位置ずれ量）を正確に求めることができ、重ね合わせ検査の精度が向上する。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、中間層４３,４４の上面３Ａ,４Ａで反射する光Ｌ５,Ｌ４の干渉を利用して中間層４３,４４の影響を低減する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、照明光Ｌ１のうち「中間層４３,４４での吸収が小さい波長域の成分」に対する「中間層４３,４４での吸収が大きい波長域の成分」の強度比が大きくなるように照明光Ｌ１の分光特性を調整してもよい。この場合も、「中間層４３,４４からの光Ｌ４'と光Ｌ５'」に対する「下地層４１からの光Ｌ６'」の強度比を大きくできるため、中間層４３,４４の影響（上面３Ａ,４Ａの凹み形状の影響）を低減して下地マーク３１の正確な位置を検出することができる。

さらに、照明光Ｌ１のうち「下地層４１での吸収が大きい波長域の成分」に対する「下地層４１での吸収が小さい波長域の成分」の強度比が大きくなるように照明光Ｌ１の分光特性を調整してもよい。この場合も、「中間層４３,４４からの光Ｌ４'と光Ｌ５'」に対する「下地層４１からの光Ｌ６'」の強度比を大きくできるため、中間層４３,４４の影響を低減して下地マーク３１の正確な位置を検出することができる。

また、中間層４３,４４の上面３Ａ,４Ａで反射する光Ｌ５,Ｌ４の干渉効果と、中間層４３,４４での吸収特性と、下地層４１での吸収特性とを組み合わせて考慮し、照明光Ｌ１の分光特性を調整してもよい。
さらに、上記した実施形態では、下地層４１とレジスト層４２との間に２つの中間層４３,４４が形成されている例を説明したが、本発明はこれに限定されない。中間層の数が１つの場合でも３つ以上の場合でも本発明を適用できる。ただし、中間層の数が１つの場合には、中間層での吸収と下地層での吸収とを考慮して照明光Ｌ１の分光特性を調整することが好ましい。

また、上記した実施形態では、照明系(１２〜１６)に白色光を射出する光源１２と波長選択部１３とを設けたが、本発明はこれに限定されない。光源１２と波長選択部１３に代えて、波長域の異なる複数のレーザ光源を設け、これらのレーザ光源を照明光Ｌ１の所望の分光特性に応じて選択しても良い。
さらに、上記した実施形態では、２重マーク３０がbar in bar マークである例を説明したが、その種類は他のもの（例えばframe in frame マークやbox in box マークなど）でも良い。バー状とボックス状とフレーム状のうち２種類を組み合わせても良い。十字状のマークを用いてもよい。

また、上記した実施形態では、下地層より上方に形成された中間層の影響を低減する例を説明したが、下地層より下方に形成された他の層の影響を低減するように、照明光Ｌ１の分光特性を調整してもよい。
さらに、上記した実施形態では、重ね合わせ検査装置１０に組み込まれた位置検出装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。基板１１の同じ層に形成された２つのマークの位置ずれ量を測定する装置や、基板１１に対する露光工程の前に基板１１のアライメントを行う装置（つまり露光装置のアライメント系）に組み込まれた位置検出装置にも、本発明を適用できる。アライメント系では、下地層に形成されたアライメントマークの位置を検出し、その検出結果とステージ座標系（干渉計など）との位置関係を求める。この場合にも、下地層のアライメントマークの上には１つ以上の中間層を介してレジスト層が形成されている。

また、上記した重ね合わせマークやアライメントマークの位置を検出する場合に限らず、基板１０Ａの下地層に形成された回路パターンの位置を検出する場合にも、本発明を適用できる。
さらに、重ね合わせ検査装置１０のＣＰＵ２１により下地層のパターン（アライメントマークや重ね合わせマークや回路パターンなど）の位置を検出する場合に限らず、重ね合わせ検査装置に接続された外部のコンピュータを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。

重ね合わせ検査装置１０の構成を示す図である。下地マーク３１とレジストマーク３２について説明する図である。中間層４３,４４について説明する図である。マークの画像と波形信号について説明する図である。基板１１の各層から発生する光Ｌ３'〜Ｌ６'について説明する図である。

符号の説明

１０重ね合わせ検査装置
１０Ａ基板
１１ステージ
１２光源
１３波長選択部
１４照明レンズ
１５ハーフミラー
１６対物レンズ
１７結像レンズ
１８撮像素子
２０フレームメモリ
２１，２３ＣＰＵ
２２操作コンピュータ
３１下地マーク
３２レジストマーク

Claims

検出対象のパターンを含む下地層とレジスト層との間に１つ以上の中間層が形成された基板を照明光によって照明する照明工程と、
前記照明光によって照明されたときに前記基板の各層から発生する光に基づいて、前記パターンの画像を取り込む取込工程と、
前記画像に基づいて、前記パターンの位置を算出する算出工程とを備え、
前記照明工程では、前記基板の各層から発生する光のうち「前記中間層からの光」に対する「前記下地層からの光」の強度比が大きくなるように、前記照明光の分光特性を調整し、調整後の分光特性の照明光によって前記基板を照明する
ことを特徴とする位置検出方法。
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記照明工程では、前記照明光が有する「前記中間層での吸収が小さい波長域の成分」に対する「前記中間層での吸収が大きい波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を調整する
ことを特徴とする位置検出方法。
請求項１または請求項２に記載の位置検出方法において、
前記照明工程では、前記照明光が有する「前記下地層での吸収が大きい波長域の成分」に対する「前記下地層での吸収が小さい波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を調整する
ことを特徴とする位置検出方法。
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記照明工程では、前記中間層の数が２つ以上である場合、前記照明光が有する「前記中間層それぞれの上面で反射する光どうしが干渉によって互いに強め合う波長域の成分」に対する「前記光どうしが干渉によって互いに弱め合う波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を調整する
ことを特徴とする位置検出方法。
照明光の分光特性を変更可能であり、検出対象のパターンを含む下地層とレジスト層との間に１つ以上の中間層が形成された基板を前記照明光によって照明する照明手段と、
前記照明光によって照明されたときに前記基板の各層から発生する光に基づいて、前記パターンの画像を取り込む取込手段と、
前記画像に基づいて、前記パターンの位置を算出する算出手段とを備え、
前記照明手段は、前記基板の各層から発生する光のうち「前記中間層からの光」に対する「前記下地層からの光」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を変更する
ことを特徴とする位置検出装置。
請求項５に記載の位置検出装置において、
前記照明手段は、前記照明光が有する「前記中間層での吸収が小さい波長域の成分」に対する「前記中間層での吸収が大きい波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を変更する
ことを特徴とする位置検出装置。
請求項５または請求項６に記載の位置検出装置において、
前記照明手段は、前記照明光が有する「前記下地層での吸収が大きい波長域の成分」に対する「前記下地層での吸収が小さい波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を変更する
ことを特徴とする位置検出装置。
請求項５に記載の位置検出装置において、
前記照明手段は、前記中間層の数が２つ以上である場合、前記照明光が有する「前記中間層それぞれの上面で反射する光どうしが干渉によって互いに強め合う波長域の成分」に対する「前記光どうしが干渉によって互いに弱め合う波長域の成分」の強度比が大きくなるように、前記分光特性を変更する
ことを特徴とする位置検出装置。