JP2008085007A - 多層ウェハ、その製造方法、およびその検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各層のパターン間の位置ずれを、それぞれ誤差の量や方向のばらつきが小さく検知することが可能であるとともに、位置ずれを検知するための処理を、シンプルに構成できるとともに短時間に行うことができ、さらに、多層薄膜上におけるオーバーレイマーカーの占有面積を小さく抑えることが可能な、多層薄膜から成る多層ウェハ、その製造方法、およびその検査装置を提供する。
【解決手段】各層のパターン６２，６６，７０間の相対的な位置ずれを検知可能にするためのオーバーレイマーカー６２ａ，７０ａ，６６ａを各層に備え、少なくとも一つの層の特定のオーバーレイマーカー７０ａの観測位置から、その層とは異なる複数の層のオーバーレイマーカー６２ａ，６６ａを観測可能となるねらいで、オーバーレイマーカー６２ａ，７０ａ，６６ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知可能にするためのオーバーレイマーカーを各層に備える多層ウェハ、その製造方法、およびその検査装置に関する。

磁気ヘッドや半導体チップ等において、所定パターンに形成された薄膜が多層に積層されて成る多層薄膜が広く用いられている。このような多層薄膜を製造する上で、各層のパターン間の、薄膜の面方向の相対的な位置ずれが、磁気ヘッドや半導体チップ等の製品の品質に影響する。そこで、従来、薄膜の積層工程の後、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知して、位置ずれ量や位置ずれ方向などの統計を取るなどし、その結果を薄膜の積層工程にフィードバックして、積層工程における位置合わせ精度を向上させることが行われている。

従来、積層工程後に、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知するために、オーバーレイマーカーが用いられている。すなわち、各層の薄膜を所定パターンに形成する際、パターンの一部をオーバーレイマーカーとなる所定形状に形成しておき、各層のオーバレーマーカー間の相対的な位置ずれを検出することで、各層のパターン間の位置ずれを検知する方法が採用されている。

特許文献１に、位置合わせマーク（オーバーレイマーカー）を用いた従来のオーバーレイ位置ずれ測定方法が開示されている。
特許文献１記載のオーバーレイ位置ずれ測定方法の説明図を図４および図５に示す。

特許文献１記載のオーバーレイ位置ずれ測定方法においては、図４に示すように、多層薄膜の各層のパターンをフォトリソグラフィ法により形成するために用いられる第１のフォトリソグラフィ処理マスク１０に、半導体の回路の設計パターンに対応するパターン１４、および、オーバーレイマーカーの形状に対応する箱型（正方形）の目標像１２が形成されている。そしてフォトリソグラフィ処理により、ウエハー１６表面に、パターン１４に対応する回路の設計パターン２０を設けると同時に、箱型（正方形）ターゲットまたは目標像１２に対応する目標位置合わせマーク（オーバーレイマーカー）１８を設ける。次に、位置合わせマーク１８および回路の設計パターン２０を、レジスト、酸化膜、スパッターした層等（中間層）で覆う。第２のマスク２２には小さな箱型像２４があり、その位置は前記箱型の目標像１２とセンター・ツー・センターで一線上に並ぶように設計されている（特許文献１ 段落０００３）。
続いて、第２のマスク２２のパターンに基づいて、前記中間層上に、位置合わせマーク（オーバーレイマーカー）２８が形成される。

図５は、図４のウエハー１６の２−２断面図である。第１のフォトリソグラフィ処理マスクに基づいて形成されたプロセス層４４に、空白領域４２を取り囲む位置合わせマーク１８が形成されている。また、プロセス層４４（位置合わせマーク１８）の上層には、材料層（中間層）４６が設けられている。さらに材料層４６の上層に、第２のマスク２２に基づいて形成された位置合わせマーク２８が形成されている（特許文献１ 段落００１０）。

このように、位置合わせする層の一方に、四角形の空白領域を囲む形状のオーバーレイマーカー（位置あわせマーク１８）を形成し、他方の層に、その空白領域内に配置させるねらいでオーバーレイマーカー（位置合わせマーク２８）を形成し、各オーバーレイマーカー１８，２８間の相対的な位置関係を検出することで、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知する。
なお、この位置ずれ検知方法は、一般に、ボックス・イン・ボックス方式と呼ばれる。

さらに、第２のマスク２２に対応して形成されたパターンと、その上層に形成するパターンとの位置ずれの検知を行う場合には、上記方法と同様のプロセスを行う。すなわち、図４に示すように、第２のマスク２２に、四角形の空白領域を囲む形状のオーバーレイマーカーに対応する別の像２６を形成し、さらに上層のパターンに対応する第３のマスク３０に、その空白領域内に配置させるオーバーレイマーカーに対応する像３４を形成し、像２６および像３４に基づいて形成された各オーバーレイマーカー間の相対的な位置関係を検出することで、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知する。
第３のマスク３０には、さらにその上層との位置合わせを行うための、四角形の空白領域を囲む形状のオーバーレイマーカーに対応する像３２が形成される。

このような多層薄膜における３層間の各オーバーレイマーカーの関係を、図６に模式的に表す。
図６の多層薄膜は、一層目の第一パターン５０と、二層目の第二パターン５２と、三層目の第三パターン５４と、第一パターン５０と第二パターン５２との間に設けられた中間層５６と、第二パターン５２と第三パターン５４との間に設けられた中間層５８とを有する。

第一パターン５０には、所定の空白領域５０ａを囲む形状の第一オーバーレイマーカー５０ｂが含まれる。第二パターン５２には、第一オーバーレイマーカー５０ｂの空白領域５０ａの対応位置内に配置させるねらいで形成された第二オーバーレイマーカー５２ａが含まれる。
同様に、第二パターン５２の別の位置には、所定の空白領域５２ｂを囲む形状の第三オーバーレイマーカー５２ｃが含まれる。第三パターン５４には、第三オーバーレイマーカー５２ｃの空白領域５２ｂの対応位置内に配置させるねらいで形成された第四オーバーレイマーカー５４ａが含まれる。

第一パターン５０と第二パターン５２との間の位置ずれの検知は、多層薄膜の上方から多層薄膜の積層方向Ａに向かって、多層薄膜を光学カメラで撮像し、その結果得た画像データから、第一オーバーレイマーカー５０ｂの輪郭線５０ｃと、第二オーバーレイマーカー５２ａの輪郭線５２ｄとの相対的な位置関係を検出することで行うことができる。
同様に、第二パターン５２と第三パターン５４との間の位置ずれの検知は、前記画像データから、第三オーバーレイマーカー５２ｃの輪郭線５２ｅと、第四オーバーレイマーカー５４ａの輪郭線５４ｂとの相対的な位置関係を検出することで行うことができる。
なお、中間層５６，５８は、前記光学カメラで撮像可能な光線を十分透過する材料で構成される。

また、第一パターン５０と第三パターン５４との間の位置ずれを検知する場合には、第一パターン５０と第二パターン５２との間の位置ずれ（位置ずれ量および位置ずれ方向を示す情報）と、第二パターン５２と第三パターン５４との間の位置ずれとを足す処理を行う。

特開平７−６９４８号公報

上述の従来の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法では、３層以上の各層のパターン間の位置ずれを検知する場合、２層間で対応するオーバーレイマーカーを、位置を変えて複数組設ける必要がある。図６の例では、第一オーバーレイマーカー５０ｂと第二オーバーレイマーカー５２ａとから成る第一組と、第三オーバーレイマーカー５２ｃと第四オーバーレイマーカー５４ａとから成る第二組との、少なくとも２組が必要となる。

ところで、前記光学カメラで撮像した画像データ上におけるオーバーレイマーカーの位置は、厳密には、多層薄膜上での実際の位置とは異なる。
これは、多層薄膜の薄膜面内の位置に応じて、面方向に対する前記光学カメラに向かう光線の角度が異なるために、各オーバーレイマーカー毎に撮像されるマーカー側面の厚さが異なったり、また、この角度に応じて中間層による光の屈折角度が異なったりするためである。

さて、前記従来方法には、以下のような課題がある。
３層以上の各層のパターン間の位置ずれを検知する場合、前述の通り複数組のオーバーレイマーカーを、別の位置に形成する必要がある。そのため、各組毎の形成位置の違いに影響され、前記光学カメラで撮像した画像データ上におけるオーバーレイマーカーの位置の、実際の位置に対する誤差の量および方向が、各組毎に大きく異なる。したがって、オーバーレイマーカーに基づいて検知される各パターン間の位置ずれ量および位置ずれ方向の、実際の位置ずれ量および位置ずれ方向との誤差の量および方向が、各組毎に大きく異なるという課題がある。

なお、この課題は、図６の例における第一パターン５０と第三パターン５４との間の位置ずれを検知するために、前述の通り、前記第一組から検出される位置ずれ量および位置ずれ方向と、前記第二組から検出される位置ずれ量および位置ずれ方向とを足す処理にも影響を与える。すなわち、各組から求められる誤差の量および方向が大きく異なるために、両者を足し合わせて求めた第一パターン５０と第三パターン５４との間の位置ずれ量および位置ずれ方向は、実際の位置ずれ量および位置ずれ方向と大きく異なってしまう場合がある。

また、画像データ上から複数組のオーバーレイマーカーをそれぞれに認識して画像処理を行う必要があるから、位置ずれを検知するための処理が煩雑となり、また時間が掛かるという課題がある。

さらに、位置ずれを検知する層が増える毎に、オーバーレイマーカーを別の位置に設ける必要があるから、多層薄膜上におけるオーバーレイマーカーの占有面積が大きくなってしまうと言う課題がある。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、各層のパターン間の位置ずれを、それぞれ誤差の量や方向のばらつきが小さく検知することが可能であるとともに、位置ずれを検知するための処理を、シンプルに構成できるとともに短時間に行うことができ、さらに、多層薄膜上におけるオーバーレイマーカーの占有面積を小さく抑えることが可能な、多層薄膜から成る多層ウェハ、その製造方法、およびその検査装置を提供することにある。

本発明に係る多層ウェハは、上記課題を解決するため、以下の構成を備える。
すなわち、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知可能にするためのオーバーレイマーカーを各層に備える多層ウェハにおいて、少なくとも一つの層の特定の前記オーバーレイマーカーの観測位置から、該層とは異なる複数の層の前記オーバーレイマーカーを観測可能となるねらいで、該オーバーレイマーカーが設けられていることを特徴とする。
これによれば、複数層のパターン間の各オーバーレイマーカーを、前記特定のオーバーレイマーカーの前記抜かれた領域内にまとめて、至近距離に設けるから、各パターン間の位置ずれのそれぞれを、互いに誤差の量や方向のばらつきが小さく高精度に検知することが可能であるとともに、オーバーレイマーカーの占有面積を小さく抑えることができる。また、前記特定のオーバーレイマーカーの範囲だけを撮像した一つの画像データに対する処理を行うだけで済むから、位置ずれを検知するための処理を、シンプルに構成できるとともに短時間に行うことができる。

さらに、前記位置ずれ量が当該多層ウェハを不良品とする判定基準を超える場合には、前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーが観測できなくなることを特徴とする。
これによれば、位置ずれ不良を簡単に判定できる。

また、少なくとも一つの前記オーバーレイマーカーが箱形状であることを特徴とする。
また、少なくとも一つの前記オーバーレイマーカーが棒形状から構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る多層ウェハの製造方法は、上記課題を解決するため、以下の構成を備える。
すなわち、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知可能にするためのオーバーレイマーカーを各層に備える多層ウェハの製造方法において、少なくとも一つの層の特定の前記オーバーレイマーカーの観測位置から、該層とは異なる複数の層の前記オーバーレイマーカーを観測可能とするねらいで、前記多層ウェハの各前記オーバーレイマーカーを設けるステップと、前記特定のオーバーレイマーカーを観測するステップと、前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーを観測できない場合には、前記多層ウェハを不良品と判定するステップとを備えることを特徴とする。
これによれば、位置ずれ不良を簡単に判定できる。

また、本発明に係る多層ウェハの検査装置は、上記課題を解決するため、以下の構成を備える。
すなわち、請求項１記載の多層ウェハを検査する多層ウェハの検査装置であって、前記特定のオーバーレイマーカーを観測する観測部と、前記観測部により、前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーを観測できない場合には、前記多層ウェハを不良品と判定する判定部とを備えることを特徴とする。
これによれば、位置ずれ不良を簡単に判定できる。

また、本発明に付随する多層薄膜の層間位置ずれ検知方法は、上記課題を解決するため、以下の構成を備える。
すなわち、オーバーレイマーカーを含む所定パターンに形成された薄膜が多層に積層されて成る多層薄膜の、各層のオーバーレイマーカー間の相対的な位置関係を検出することで、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知する多層薄膜の層間位置ずれ検知方法において、前記多層薄膜の少なくとも一つの層に、第一オーバーレイマーカーを形成するステップと、該第一オーバーレイマーカーを形成する層と位置合わせする層のうちの一つに、第一オーバーレイマーカーを取り囲むねらいで第二オーバーレイマーカーを形成するステップと、前記第一および第二オーバーレイマーカーを形成する各層と位置合わせする層のうちの少なくとも一つに、第一オーバーレイマーカーと第二オーバーレイマーカーとに挟まれた領域内に配置させるねらいで第三オーバーレイマーカーを形成するステップと、前記多層薄膜の積層方向から前記第一、第二、および第三オーバーレイマーカーを観測して、該各オーバーレイマーカー間の相対的な位置関係を検出することで、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知するステップとを含むことを特徴とする。
これによれば、複数層のパターン間の各オーバーレイマーカーを、第二オーバーレイマーカーが取り囲む領域内にまとめて、至近距離に設けることができ、したがって、各パターン間の位置ずれのそれぞれを、互いに誤差の量や方向のばらつきが小さく高精度に検知することが可能であるとともに、多層薄膜上におけるオーバーレイマーカーの占有面積を小さく抑えることができる。また、第二オーバーレイマーカーの範囲だけを撮像した一つの画像データに対する処理を行うだけで済むから、位置ずれを検知するための処理を、シンプルに構成できるとともに短時間に行うことができる。

さらに、前記第三オーバーレイマーカーを、前記第一オーバーレイマーカーを取り囲むねらいの形状に形成することを特徴とする。
これによれば、第一オーバーレイマーカーと第三オーバーレイマーカー間、および、第二オーバーレイマーカーと第三オーバーレイマーカー間の位置ずれの検出を、薄膜の面の全方向に対して、正確に行うことができる。

さらに、前記第一、第二、および第三オーバーレイマーカー間の相対的な位置関係を検出する際、第一もしくは第三オーバーレイマーカーが、第二オーバーレイマーカーが取り囲む領域内に位置せず、または、第一オーバーレイマーカーが、第三オーバーレイマーカーが取り囲む領域内に位置していない場合には、前記多層薄膜を不良と判定することを特徴とする。
これによれば、位置ずれ不良を簡単に判定できる。

また、前記第一オーバーレイマーカーを、四角形に形成し、前記第二および第三オーバーレイマーカーを、取り囲む領域が四角形となるよう形成することを特徴とする。

また、前記第一、第二、および／または第三オーバーレイマーカーを、バー形状を四角形配置とした形状に形成することを特徴とする。

また、前記多層薄膜は、前記第一、第二、および第三オーバーレイマーカーが形成された各層の間に、オーバーレイマーカーを含まない中間層を有することを特徴とする。

さらに、前記中間層は、アルミナから成ることを特徴とする。

本発明に係る多層ウェハ、その製造方法、およびその検査装置によれば、各層のパターン間の位置ずれを、それぞれ誤差の量や方向のばらつきが小さく高精度に検知することが可能であるとともに、位置ずれを検知するための処理を、シンプルに構成できるとともに短時間に行うことができ、さらに、多層ウェハ上におけるオーバーレイマーカーの占有面積を小さく抑えることができる。

以下、本発明に係る多層ウェハ、その製造方法、およびその検査装置を実施するための最良の形態を説明する。

本実施の形態において層間位置ずれの検知対象となる多層薄膜から成る多層ウェハは、磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドの製造工程上の形態である多層ウェハである。図１および図２は、本実施の形態に係る多層ウェハの層間位置ずれ検知方法において、各層のパターン間の位置ずれを検出するために形成するオーバーレイマーカーの例を示す。図１は、各層に形成されたオーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａを、多層ウェハＦの上方から多層ウェハＦの積層方向Ａに向かって見た図であり、図２は、多層ウェハＦのｘ−ｘ断面図である。

図２に示すように、磁気ヘッドとなる多層薄膜（多層ウェハＦ）の製造工程において、所定の下地層６０上に、所定の磁性体から成る、リード素子（図示せず）および第一オーバーレイマーカー６２ａを含む第一パターン６２を形成する。
リード素子および第一オーバーレイマーカー６２ａを含む第一パターン６２は、フォトリソグラフィ法により形成される。すなわち、まず下地層６０上に感光性レジスト層を設け、その感光性レジスト層を、第一パターン６２の形状に対応するマスクを用いて感光した後に現像する。そして、下地層６０上の、感光性レジスト層から露出した箇所に、磁性体を形成することで第一パターン６２を形成する。なお、フォトリソグラフィ法は周知の方法であるので、以下の説明においては、その具体的な手順は省略する。

続いて、第一パターン６２上に、中間層としてのアルミナから成る絶縁層６４を積層する。絶縁層６４の厚さは、約５μｍである。
次に、絶縁層６４上に、所定の磁性体から成る、ライト主磁極（図示せず）および第三オーバーレイマーカー６６ａを含む第二パターン６６を、フォトリソグラフィ法により形成する。

続いて、第二パターン６６上に、中間層としてのアルミナから成る絶縁層６８を積層する。絶縁層６８の厚さは、１〜２．５μｍ程度である。
次に、絶縁層６８上に、フォトリソグラフィ法によりトレーリングシールド（図示せず）を形成するための感光性レジストから成る第三パターン７０を設ける。第三パターン７０は、第二オーバーレイマーカー７０ａを含む。すなわち、後述する位置ずれの検知は、トレーリングシールドの形成前の工程で行う。
なお、第三パターン７０は、感光性レジストの露出部に形成されるトレーリングシールドの材質で形成してもよい。この場合、トレーリングシールドの形成後に、後述する位置ずれの検知を行うことになる。

次に、第一、第二、および第三オーバーレイマーカー６２ａ，７０ａ，６６ａのそれぞれの形状について説明する。
図１に示すように、第一オーバーレイマーカー６２ａは、薄膜の平面内の形状が四角形（箱形状、ボックス形状ともいう）となるよう形成される。
また、第二オーバーレイマーカー７０ａは、第一オーバーレイマーカー６２ａを取り囲むねらいで、第一オーバーレイマーカー６２ａよりも大きく、第一オーバーレイマーカー６２ａと各辺が平行な四角形（箱形状、ボックス形状ともいう）の空白領域７２を囲む形状に形成される。すなわち、第二オーバーレイマーカー７０ａは、所定形状（四角形）に抜かれて形成される。
第三オーバーレイマーカー６６ａは、第一オーバーレイマーカー６２ａと第二オーバーレイマーカー７０ａとに挟まれた領域内に配置させるねらいで設けられる。第三オーバーレイマーカー６６ａは、４つのバー形状（棒形状）を、第一オーバーレイマーカー６２ａと各辺が平行な四角形（正方形）配置とした形状に形成され、その取り囲む領域の形状が四角形（正方形）となっている。

すなわち、第三オーバーレイマーカー６６ａは第一オーバーレイマーカー６２ａを取り囲むねらいで形成され、第二オーバーレイマーカー７０ａは、第一および第三オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａを取り囲むねらいで形成される。
なお、図２に示すように、第一、第二、および第三オーバーレイマーカー６２ａ，７０ａ，６６ａは、それぞれ異なる層に形成されているが、本発明において「取り囲む」との表現は、多層ウェハＦの積層方向Ａから見た際に、図１に示したように、取り囲む形状および位置となっていることを表すものである。言い換えれば、オーバーレイマーカーの薄膜の面方向の形状および配置が、「取り囲む」ように形成されていることを示している。

なお、第一、第二、および第三オーバーレイマーカー６２ａ，７０ａ，６６ａの形状は、正方形に限定されるものではなく、例えば、長方形や平行四辺形等の他の四角形に形成してもよく、あるいは、四角形以外の多角形や円形に形成してもよい。

図１は、第一、第二、および第三パターン６２，６６，７０が、互いに相対的な位置ずれなく、ねらい通りに形成された状態を表す例である。すなわち、第一、第三、第二オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａは、図１に示すように、それぞれの正方形が同心状の入れ子状態となるねらいで形成される。
他方、図３は、第一、第三、第二オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａのそれぞれの正方形が、互いに同心状に配置されていない。すなわち、第一、第二、および第三パターン６２，６６，７０の間に位置ずれのある状態を示している。

第一、第二、および第三パターン６２，６６，７０の間の相対的な位置ずれの検知には、多層ウェハの検査装置（多層薄膜の層間位置ずれ検知装置）を用いる。
多層ウェハの検査装置は、可視光線を撮像可能な観測部としての光学カメラと、ＣＰＵやメモリを有し、所定のコンピュータプログラムを実行可能な制御部とを備える。

多層ウェハの検査装置は、多層ウェハＦの上方から多層ウェハＦの積層方向Ａに向かって、多層ウェハＦを前記光学カメラで撮像し、前記制御部は、その結果得た画像データから、第一、第三、および第二オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａの各輪郭線の相対的な位置関係を検出する。より具体的には、前記制御部は、前記検出した輪郭線に基づいて、各第一、第三、および第二オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａの正方形のそれぞれの重心位置を算出し、さらにその各重心位置の位置ずれを算出することで、第一、第二、および第三パターン６２，６６，７０、すなわち、前記リード素子、ライト主磁極、およびトレーリングシールドの間の相対的な位置ずれを検知する。

なお、絶縁層（中間層）６４，６８は、アルミナから成るから、前記光学カメラで撮像される可視光線を透過する。したがって、前記光学カメラにより、第一、第三、および第二オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａを撮像することが可能である。

また、第一、第二、および第三パターン６２，６６，７０の間の相対的な位置ずれが非常に大きい場合や、第一、第三、および第二オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａを非常に小さく形成した場合には、第一もしくは第三オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａが、第二オーバーレイマーカー７０ａが取り囲む領域内に位置せず、または、第一オーバーレイマーカー６２ａが、第三オーバーレイマーカー６６ａが取り囲む領域内に位置しないことがあり得る。この際、オーバーレイマーカーの一部または全部が重なって、その一部または全部が光学カメラに撮像されないこととなる。制御部は、前記画像データ上で、オーバーレイマーカーの一部または全部が観測（検出）できない場合には、対応する多層ウェハＦを不良品と判定する判定部としての処理を行うよう構成される。

これを多層ウェハＦの構成の観点から言えば、多層ウェハＦの各オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａは、第三パターン７０と、第一または第二パターン６２，６６との間の位置ずれ量が、当該多層ウェハＦを不良品とする判定基準を超える場合には、第二オーバーレイマーカー７０ａから第一または第三オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａが観測できなくなるように設けられていると言うことができる。

本実施の形態に係る多層ウェハ、その製造方法、およびその検査装置によれば、複数層のパターン６２，６６，７０間の各オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａを、第二オーバーレイマーカー７０ａが取り囲む領域７０ａ内にまとめて、至近距離に設けることができる。したがって、各オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａから前記光学カメラに向かう光線の角度の差異が小さく、また、絶縁層６４，６８による光の屈折角度の各オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａ間の差異も小さくなる。これにより、各パターン６２，６６，７０間の位置ずれのそれぞれを、互いに誤差の量や方向のばらつきが小さく高精度に検知することが可能である。さらに、多層ウェハＦ上におけるオーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａの占有面積を小さく抑えることができる。

特に、磁気ヘッドのリード素子、ライト主磁極、およびトレーリングシールドの間のように、位置合わせを行うパターン６２，６６，７０間の絶縁層（中間層）６４，６８の厚さが数μｍ程度と厚い場合であっても、従来方法に比較して、各オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａから前記光学カメラに向かう光線の角度や、絶縁層６４，６８による光の屈折角度の各オーバーレイマーカー６２ａ，６６ａ，７０ａ間の差異も小さいから、各パターン６２，６６，７０間の位置ずれのそれぞれを、互いに誤差の量や方向のばらつきが小さく高精度に検知することが可能である。

また、第二オーバーレイマーカー７０ａの範囲だけを撮像した一つの画像データに対する処理を行うだけで済むから、位置ずれを検知するための処理を、シンプルに構成できるとともに短時間に行うことができる。
また、オーバーレイマーカーが形成された層のうちで隣接していない層のパターン間の位置ずれを検知する場合でも、従来のように各隣接するパターン間の位置ずれを足し込むことなく、一つの前記画像データに基づいて、対応するオーバーレイマーカー間の位置関係を直接的に比較して位置ずれを検知できるから、検知した位置ずれの誤差が蓄積することなく、誤差を小さく抑えることができる。

なお、本実施の形態においては、最下層に第一オーバーレイマーカー６２ａ、次に第三オーバーレイマーカー６６ａ、最上層に第二オーバーレイマーカー７０ａを形成したが、この順序はこれに限定されず、任意の順序で形成できる。
また、本実施の形態では、３つのパターン６２，６６，７０間の位置ずれを検知する例を挙げたが、本発明は、４層以上のパターンの位置ずれの検知にも適用可能である。この場合、第一オーバーレイマーカーと第二オーバーレイマーカーとに挟まれた領域内に配置させる第三オーバーレイマーカーを、複数層のパターンに含ませ、各第三オーバーレイマーカー同士は重ならない位置となるねらいで形成するとよい。

（付記１）
各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知可能にするためのオーバーレイマーカーを各層に備える多層ウェハにおいて、少なくとも一つの層の特定の前記オーバーレイマーカーの観測位置から、該層とは異なる複数の層の前記オーバーレイマーカーを観測可能となるねらいで、該オーバーレイマーカーが設けられていることを特徴とする多層ウェハ。
（付記２）
前記位置ずれ量が当該多層ウェハを不良品とする判定基準を超える場合には、前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーが観測できなくなることを特徴とする付記１記載の多層ウェハ。
（付記３）
少なくとも一つの前記オーバーレイマーカーが箱形状であることを特徴とする付記１または２記載の多層ウェハ。
（付記４）
少なくとも一つの前記オーバーレイマーカーが棒形状から構成されていることを特徴とする付記１〜３のうちのいずれか一項記載の多層ウェハ。
（付記５）
各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知可能にするためのオーバーレイマーカーを各層に備える多層ウェハの製造方法において、少なくとも一つの層の特定の前記オーバーレイマーカーの観測位置から、該層とは異なる複数の層の前記オーバーレイマーカーを観測可能とするねらいで、前記多層ウェハの各前記オーバーレイマーカーを設けるステップと、前記特定のオーバーレイマーカーを観測するステップと、前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーを観測できない場合には、前記多層ウェハを不良品と判定するステップとを備えることを特徴とする多層ウェハの製造方法。
（付記６）
付記１記載の多層ウェハを検査する多層ウェハの検査装置であって、前記特定のオーバーレイマーカーを観測する観測部と、前記観測部により、前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーを観測できない場合には、前記多層ウェハを不良品と判定する判定部とを備えることを特徴とする多層ウェハの検査装置。
（付記７）
オーバーレイマーカーを含む所定パターンに形成された薄膜が多層に積層されて成る多層薄膜の、各層のオーバーレイマーカー間の相対的な位置関係を検出することで、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知する多層薄膜の層間位置ずれ検知方法において、前記多層薄膜の少なくとも一つの層に、第一オーバーレイマーカーを形成するステップと、該第一オーバーレイマーカーを形成する層と位置合わせする層のうちの一つに、第一オーバーレイマーカーを取り囲むねらいで第二オーバーレイマーカーを形成するステップと、前記第一および第二オーバーレイマーカーを形成する各層と位置合わせする層のうちの少なくとも一つに、第一オーバーレイマーカーと第二オーバーレイマーカーとに挟まれた領域内に配置させるねらいで第三オーバーレイマーカーを形成するステップと、前記多層薄膜の積層方向から前記第一、第二、および第三オーバーレイマーカーを観測して、該各オーバーレイマーカー間の相対的な位置関係を検出することで、各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知するステップとを含むことを特徴とする多層薄膜の層間位置ずれ検知方法。
（付記８）
前記第三オーバーレイマーカーを、前記第一オーバーレイマーカーを取り囲むねらいの形状に形成することを特徴とする付記７記載の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法。
（付記９）
前記第一、第二、および第三オーバーレイマーカー間の相対的な位置関係を検出する際、第一もしくは第三オーバーレイマーカーが、第二オーバーレイマーカーが取り囲む領域内に位置せず、または、第一オーバーレイマーカーが、第三オーバーレイマーカーが取り囲む領域内に位置していない場合には、前記多層薄膜を不良と判定することを特徴とする付記８記載の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法。
（付記１０）
前記第一オーバーレイマーカーを、四角形に形成し、前記第二および第三オーバーレイマーカーを、取り囲む領域が四角形となるよう形成することを特徴とする付記８または９記載の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法。
（付記１１）
前記第一、第二、および／または第三オーバーレイマーカーを、バー形状を四角形配置とした形状に形成することを特徴とする付記８〜１０のうちのいずれか一項記載の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法。
（付記１２）
前記多層薄膜は、前記第一、第二、および第三オーバーレイマーカーが形成された各層の間に、オーバーレイマーカーを含まない中間層を有することを特徴とする付記７〜１１のうちのいずれか一項記載の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法。
（付記１３）
前記中間層は、アルミナから成ることを特徴とする付記１２記載の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法。

本発明に係る多層ウェハのオーバーレイマーカーを、多層ウェハの上方から多層薄膜の積層方向に向かって見た図である。 本発明に係る多層ウェハのオーバーレイマーカーの、多層薄膜の積層方向の断面図である。 本発明に係る多層ウェハのオーバーレイマーカーを、多層ウェハの上方から多層薄膜の積層方向に向かって見た図である。 従来の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法に用いられるオーバーレイマーカーの形成方法の説明図である。 従来の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法に用いられるオーバーレイマーカーの説明図である。 従来の多層薄膜の層間位置ずれ検知方法に用いられるオーバーレイマーカーの、多層薄膜の積層方向の断面図である。

符号の説明

Ｆ 多層ウェハ（多層薄膜）
Ａ 薄膜の積層方向
６０ 下地層
６２ 第一パターン
６２ａ 第一オーバーレイマーカー
６４，６８ 絶縁層（中間層）
６６ 第二パターン
６６ａ 第三オーバーレイマーカー
７０ 第三パターン
７０ａ 第二オーバーレイマーカー

Claims (6)

1. 各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知可能にするためのオーバーレイマーカーを各層に備える多層ウェハにおいて、
   少なくとも一つの層の特定の前記オーバーレイマーカーの観測位置から、該層とは異なる複数の層の前記オーバーレイマーカーを観測可能となるねらいで、該オーバーレイマーカーが設けられていることを特徴とする多層ウェハ。
2. 前記位置ずれ量が当該多層ウェハを不良品とする判定基準を超える場合には、前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーが観測できなくなることを特徴とする請求項１記載の多層ウェハ。
3. 少なくとも一つの前記オーバーレイマーカーが箱形状であることを特徴とする請求項１または２記載の多層ウェハ。
4. 少なくとも一つの前記オーバーレイマーカーが棒形状から構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項記載の多層ウェハ。
5. 各層のパターン間の相対的な位置ずれを検知可能にするためのオーバーレイマーカーを各層に備える多層ウェハの製造方法において、
   少なくとも一つの層の特定の前記オーバーレイマーカーの観測位置から、該層とは異なる複数の層の前記オーバーレイマーカーを観測可能とするねらいで、前記多層ウェハの各前記オーバーレイマーカーを設けるステップと、
   前記特定のオーバーレイマーカーを観測するステップと、
   前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーを観測できない場合には、前記多層ウェハを不良品と判定するステップとを備えることを特徴とする多層ウェハの製造方法。
6. 請求項１記載の多層ウェハを検査する多層ウェハの検査装置であって、
   前記特定のオーバーレイマーカーを観測する観測部と、
   前記観測部により、前記特定のオーバーレイマーカーの観測位置から前記複数の層のオーバーレイマーカーを観測できない場合には、前記多層ウェハを不良品と判定する判定部とを備えることを特徴とする多層ウェハの検査装置。

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