JP2019135526A - 合わせずれ検査装置および合わせずれ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置合わせマークの検出精度を向上させる。【解決手段】合わせずれ検査装置１０は、位置合わせマークＭＰ１及び前記位置合わせマークＭＰ１の下層に反射膜が形成された基板Ｗに光を照射する光源３１と、前記基板Ｗからの反射光から、前記位置合わせマークＭＰ１からの反射光を抽出する演算部７２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、合わせずれ検査装置および合わせずれ検査方法に関する。

従来、半導体デバイス製造工程の一工程では、所定膜の合わせずれ量を計測するため、光学式の合わせずれ検査装置によってＸＹ方向の合わせずれ検査を行なっている。この合わせずれ検査装置では、例えば位置合わせマークの合わせずれ量を計測しており、この計測結果に基づいて合わせずれ量判定やプロセスコントロールが行われている。

特開２００１−１５４１９号公報

ところで、従来技術においては、例えば、位置合わせマークの検出精度の点でさらなる改善の余地がある。

実施形態の合わせずれ検査装置は、位置合わせマーク及び前記位置合わせマークの下層に反射膜が形成された基板に光を照射する光源と、前記基板からの反射光から、前記位置合わせマークからの反射光を抽出する抽出部と、を備える。

図１は、実施形態１にかかる合わせずれ検査装置の全体構成を示す図である。 図２は、実施形態１にかかる合わせずれ検査対象のウェハのＡ−Ａ’断面図である。 図３の（ａ）は、実施形態１にかかるウェハへの入射光の波形を模式的にあらわした図であり、（ｂ）は、実施形態１にかかるウェハからの反射光および回折光の波形を模式的に表した図であり、（ｃ）は、実施形態１にかかるウェハの断面図である。 図４は、実施形態１にかかる合わせずれ検査装置における合わせずれ検査処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、実施形態２にかかる合わせずれ検査装置の全体構成を示す図である。 図６は、実施形態２にかかる合わせずれ検査装置の偏光フィルタの機能を説明する模式図である。 図７は、実施形態２にかかる合わせずれ検査装置における合わせずれ検査処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図８は、実施形態３にかかる合わせずれ検査装置における重ね合わせの精度の判定について説明する模式図である。 図９は、実施形態３にかかる合わせずれ検査装置における合わせずれ検査処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１〜図４を用い、実施形態１の合わせずれ検査装置および合わせずれ検査処理について説明する。

（合わせずれ検査装置の構成例）
図１は、実施形態１にかかる合わせずれ検査装置１０の全体構成を示す図である。図１の上段は、合わせずれ検査装置１０で検出される位置合わせマークＭＰ１の一例を示す平面図である。

図１に示すように、合わせずれ検査装置１０は、パルスレーザ光源３１、照明レンズ４１、ハーフミラー４４、対物レンズ４２、結像レンズ４３、撮像素子５０、ステージ６０、および制御部７０を備える。

ステージ６０は、ウェハＷを水平に保持した状態で水平方向に移動させることができる。ウェハＷ上には、例えば、レジスト膜ＲＦと加工対象膜ＰＦとが形成されている。加工対象膜ＰＦは、例えばシリコン酸化膜、シリコンナイトライド膜等の絶縁膜である。加工対象膜ＰＦには、位置合わせマークＭＰ１が形成されている。位置合わせマークＭＰ１は、例えば、加工対象膜ＰＦに埋め込まれたタングステン等の金属膜である。位置合わせマークＭＰ１により、ウェハＷに対する加工対象膜ＰＦのＸＹ方向（水平方向）における合わせずれ量が判定される。この合わせずれ量を、例えば、後の工程であるレジスト膜ＲＦのパターニングの際に参照する。これにより、加工対象膜ＰＦに対し、レジスト膜ＲＦが所定の精度を保ってパターニングされたか否かがわかる。

パルスレーザ光源３１は、ステージ６０上のウェハＷに照射されるパルスレーザ（パルス光）を発生する。パルス光の波長は、例えば、４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下、好ましくは、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下に設定されている。パルス光の１パルスあたりの発光時間は、例えば、１０ピコ秒以下、好ましくは１ピコ秒以下である。パルス光の発光周期、つまり、１回のパルスと次のパルスとの間隔は、ウェハＷからの反射光および回折光等がパルス光に重複しない周期となっている。具体的には、パルス光の発光周期は、例えば、５０ピコ秒以上１００００００ピコ秒（１マイクロ秒）以下である。

照明レンズ４１は、パルスレーザ光源３１から放射されたパルス光を集光させる。ハーフミラー４４は、ウェハＷから放射されたパルス光を反射させたり、ウェハＷから反射された反射光を透過させたりする。対物レンズ４２は、パルス光をウェハＷ上に集光させる。結像レンズ４３は、撮像素子５０の撮像面にウェハＷからの反射光および回折光を集光させる。

検出部としての撮像素子５０は、ウェハＷからの反射光および回折光を検出する。撮像素子５０は、ＣＣＤであってもよいし、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。撮像素子５０は、ウェハＷ上の位置合わせマークＭＰ１を撮像してもよい。

制御部７０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のハードウェアプロセッサ、メモリ、及び、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等を備えるコンピュータとして構成されている。制御部７０は、パルスレーザ光源３１、照明レンズ４１、ハーフミラー４４、対物レンズ４２、結像レンズ４３、撮像素子５０、およびステージ６０の動作を制御する。また、制御部７０は、収集部７１と演算部７２と出力部７３と、記憶部７４と、を備える。

収集部７１は、撮像素子５０が検出した光を信号として受け取る。かかる信号の強度は継時的に変化する。収集部７１は、所定時間、これらの信号のデータを収集することで、信号の時間に対する強度分布を得る。

抽出部としての演算部７２は、収集部７１により収集された信号の強度分布のうち、所定の範囲を抽出する。信号強度は１回のパルス発光に対し、継時的に減衰していく。そこで、所定の信号強度を閾値と定め、信号強度がかかる閾値に低下するまでを所定範囲とすることができる。または、１回のパルス発光後、一定期間を所定範囲とすることができる。

演算部７２は、また、抽出した信号を、検出対象である位置合わせマークＭＰ１からの検出信号として演算処理する。つまり、抽出された信号は、位置合わせマークＭＰ１からの反射光として演算処理される。これにより、位置合わせマークＭＰ１が検出される。

演算部７２は、また、検出された位置合わせマークＭＰ１のウェハＷに対する相対位置から、位置合わせマークＭＰ１の合わせずれ量を算出する。位置合わせマークＭＰ１の合わせずれ量が所定値内の場合、当該ウェハＷを合格と判定する。位置合わせマークＭＰ１の合わせずれ量が所定値から外れている場合、当該ウェハＷを不合格と判定する。

出力部７３は、演算部７２が検出した位置合わせマークＭＰ１の画像、合わせずれ量、および合否判定等を出力装置８０に出力する。出力装置８０は、例えば、モニタ等である。

記憶部７４には、検出された位置合わせマークＭＰ１のウェハＷにおける位置情報が格納される。かかる位置情報は、例えば後の工程にて参照される。

以下、図２および図３を用い、制御部７０の機能についてさらに詳細に説明する。

図２は、実施形態１にかかる合わせずれ検査対象のウェハＷのＡ−Ａ’断面図である。ウェハＷ上の加工対象膜ＰＦの上方には、例えばレジスト膜ＲＦが形成されている。加工対象膜ＰＦの下方には、多層膜からなる下層膜ＵＦが形成されている。下層膜ＵＦを構成する多層膜は、例えば、素子を構成する金属膜、半導体膜、および絶縁膜等が積層された膜である。下層膜ＵＦは、素子の形成工程で用いられるマスク膜等の膜を含んでいてもよい。下層膜ＵＦは、例えば最下層に、反射膜としての金属膜ＭＦ１を含んでいる。

加工対象膜ＰＦの位置合わせマークＭＰ１を検出するにあたり、制御部７０は、パルスレーザ光源３１を動作させる。これにより、一定周期のパルス光Ｌ１，Ｌ２等がウェハＷに照射される。

例えば、パルス光Ｌ１は、位置合わせマークＭＰ１の上面に当たり、上方へと反射する反射光Ｌｒ１となる。ウェハＷ上方のハーフミラー４４、結像レンズ４３を透過した反射光Ｌｒ１は撮像素子５０へと到達し、検出される。

例えば、パルス光Ｌ２は、位置合わせマークＭＰ１の間を抜けて、一部が下層膜ＵＦを透過する。下層膜ＵＦを透過したパルス光Ｌ２は、例えば、下層膜ＵＦに含まれる金属膜ＭＦ１の上面に当たり、上方へと反射する反射光Ｌｒ２となる。ウェハＷ上方のハーフミラー４４、結像レンズ４３を透過した反射光Ｌｒ２は撮像素子５０へと到達し、検出される。

例えば、反射光Ｌｒ２の一部は回折光Ｌｄ２となり、位置合わせマークＭＰ１の下面に当たり、下層膜ＵＦ方向へと反射する反射光Ｌｒ３となる。反射光Ｌｒ３は、例えば、金属膜ＭＦ１の上面に当たり、上方へと反射する反射光Ｌｒ４となる。ウェハＷ上方のハーフミラー４４、結像レンズ４３を透過した反射光Ｌｒ４は撮像素子５０へと到達し、検出される。

このように、撮像素子５０においては、位置合わせマークＭＰ１からの反射光Ｌｒ１だけでなく、下層膜ＵＦに含まれる種々の膜からの反射光や回折光等も検出される。これらの反射光および回折光は互いに反射光Ｌｒ１と干渉し合った状態となっている。制御部７０は、これらの反射光および回折光の影響を低減し、反射光Ｌｒ１を抽出する。

図３の（ａ）は、実施形態１にかかるウェハＷへの入射光の波形を模式的にあらわした図であり、（ｂ）は、実施形態１にかかるウェハＷからの反射光および回折光の波形を模式的に表した図であり、（ｃ）は、実施形態１にかかるウェハＷの断面図である。これらの反射光および回折光の波形は、撮像素子５０により検出され、収集部７１により収集された波形である。パルスレーザ光源３１からの光、ウェハＷからの反射光、回折光等の光を、以後、信号とも呼ぶ。

図３（ａ）に示すように、パルスレーザ光源３１が一定周期でパルス光を発すると、ウェハＷには所定強度の入射光（信号）が入射される。

また、図３（ｂ）に示すように、ウェハＷへの入射光の入射から一定期間を経て、撮像素子５０は、位置合わせマークＭＰ１からの反射光Ｌｒ１を含む種々の光（信号）を検出する。

最初に検出される最も強度の高い信号が、ウェハＷ表層に近い位置合わせマークＭＰ１からの反射光Ｌｒ１である。これに対し、例えば、金属膜ＭＦ１が位置合わせマークＭＰ１の上面から８μｍ下方にあるとすると、光Ｌ２，Ｌｒ２と光Ｌ１，Ｌｒ１との光路差ＯＰは１６μｍとなる。この光路差ＯＰにより、光Ｌ２，Ｌｒ２には、光Ｌ１，Ｌｒ１に対し、時間差にして約５３ピコ秒の遅れがもたらされる。この時間差は、下層膜ＵＦの各層の屈折率を考慮せずに算出されたもので、実際にはより大きな時間差が生じうる。また、下層膜ＵＦの膜厚を８μｍとしたのは、現行の比較的厚膜の半導体デバイスの膜厚を例にとったものである。

上述のパルス光の発光時間から、パルスレーザ光源３１が発するパルス光は、１０ピコ秒と同等、より好ましくは１ピコ秒と同等、またはそれらよりも微小な時間分解能を有する。よって、約５３ピコ秒遅れの反射光Ｌｒ２と、位置合わせマークＭＰ１からの反射光Ｌｒ１とは技術的に分離可能である。

また、上述のように、パルス光の発光周期は５０ピコ秒以上１マイクロ秒以下である。厚膜の８μｍにおいて時間差が約５３ピコ秒であるので、５０ピコ秒以上の発光周期であれば、パルスレーザ光源３１からの照射光とウェハＷからの反射光とが重複してしまうことを充分に抑制できる。また、下層膜ＵＦ中における多重反射や、今後の半導体デバイスがさらに厚膜化していくことに鑑みても、上限の１マイクロ秒は光の重複を抑制するに充分な発光周期といえる。

ところで、下層膜ＵＦを透過した反射光Ｌｒ２の強度は、表層における反射光Ｌｒ１の強度より減衰している。さらに、このような光Ｌ２，Ｌｒ２以外にも、撮像素子５０は様々な光を検出している。したがって、反射光Ｌｒ１は他の光と干渉した状態となっており、検出される信号は、図３（ｂ）に示すように、時間経過とともに急速に減衰する波型の波形となる。

上述のように、制御部７０の収集部７１は、これらの信号の時間に対する強度分布を得る。つまり、図３（ｂ）のような信号の波形データを得る。

演算部７２は、これらの波形データから、１ピークあたりの所定の範囲を抽出する。抽出される所定範囲は、例えば、最も高い信号強度を１００％としたときの所定の信号強度を閾値として、信号強度が１００％からかかる閾値に低下するまでとすることができる。このような抽出範囲の信号は、その他の余計な信号がほぼ取り除かれ、主に位置合わせマークＭＰ１からの信号であると考えられる。

このとき、閾値を１００％に近づけていくほど、より確実に位置合わせマークＭＰ１からの信号のみを抽出できる。しかし、合わせずれ検査に必要な光量が得られるまでに時間がかかりすぎてしまう。このため、閾値の好ましい範囲は、例えば、信号強度が３０％以上１００％以下の範囲である。図３（ｂ）の例は、閾値を信号強度５０％として、信号強度が１００％から５０％に低下するまでを所定範囲としている。

なお、所定範囲を定めるために閾値を決めるのではなく、上述のように、パルス光の発光後の一定期間、つまり、入射光の入射から一定期間を所定範囲としてもよい。

演算部７２は、さらに、位置合わせマークＭＰ１の検出に充分な光量が得られるまで、複数ピークについて上記所定範囲を抽出する。このとき必要なピーク数、つまり、パルス光のパルス数としては、例えば、１０^３以上１０^１０以下である。１パルスあたりの発光時間及び１ピークあたりの抽出範囲にもよるが、パルス数が１０^３以上であれば充分な光量が得られる。また、パルス数が１０^１０以下であれば、合わせずれ検査装置１０のスループット低下を抑制することができる。

演算部７２は、このように抽出された信号を検出信号として演算処理することで、位置合わせマークＭＰ１を検出する。

（合わせずれ検査処理の例）
次に、図４を用いて、合わせずれ検査装置１０における合わせずれ検査処理の例について説明する。図４は、実施形態１にかかる合わせずれ検査装置１０における合わせずれ検査処理の手順の一例を示すフローチャートである。

図４に示すように、ステップＳ１１において、合わせずれ検査装置１０のステージ６０にウェハＷが載置される。

ステップＳ１２において、パルスレーザ光源３１は、ウェハＷに向けてパルス光を照射する。ステップＳ１３において、撮像素子５０は、ウェハＷからの光を検出する。ステップＳ１４において、収集部７１は、撮像素子５０からの光を信号として収集する。ステップＳ１５において、演算部７２は、収集された信号の強度分布の所定範囲を抽出し、演算処理を行う。ステップＳ１６において、演算部７２の演算処理により、位置合わせマークＭＰ１が検出される。このとき、検出された位置合わせマークＭＰ１の位置情報が記憶部７４に格納される。

ステップＳ１７において、演算部７２は、ウェハＷに対する位置合わせマークＭＰ１の合わせずれ量を算出する。ステップＳ１８において、演算部７２は、合わせずれ量が所定の閾値内であるか否かを判定する。合わせずれ量が閾値内であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１９ａにおいて、演算部７２は、当該ウェハＷを合格と判定する。合わせずれ量が閾値から外れていれば（Ｎｏ）、ステップＳ１９ｂにおいて、演算部７２は、当該ウェハＷを不合格と判定する。ステップＳ２０において、出力部７３は、演算部７２の判定結果を出力装置８０に出力する。

以上により、合わせずれ検査装置１０における合わせずれ検査処理が終了する。合格とされたウェハＷは、次の工程へと送られる。次の工程では、位置合わせマークＭＰ１の位置情報を参照しながら、例えば、レジスト膜ＲＦのパターニングが行われる。不合格とされたウェハＷは、例えば、加工対象膜ＰＦの成膜工程等に送られ、リワークされる。

半導体デバイスの製造工程では、異なる材質やレイアウトで構成される複数の層を立体的に積層し、複雑な回路を形成している。半導体デバイスの高性能化に対応するため、半導体デバイスの構成要素である回路素子は微細化しており、各層を積層する際の重ね合わせ精度に対する要求も厳しくなっている。現在の先端的な半導体デバイスにおける重ね合わせ精度の要求値は、例えば１０ｎｍ以下である。それに応じて、位置合わせマークの検出精度の要求値は、例えば１ｎｍ以下となっている。

従来の合わせずれ検査装置においては、加工対象膜の位置合わせマークを検出するにあたり、下層膜での光の反射、吸収、拡散等により、様々な光が検出されてしまう。これらの余計な光が位置合わせマークからの反射光と干渉し、計測ノイズとなって検査精度を低下させていた。

実施形態１の合わせずれ検査装置１０においては、位置合わせマークＭＰ１の検出に用いる光源をパルスレーザ光源３１としている。パルスレーザ光源３１が発するパルス光は、位置合わせマークＭＰ１からの反射光Ｌｒ１に干渉する他の光を分離するのに充分な時間分解能を有する。よって、撮像素子５０が検出した光から、位置合わせマークＭＰ１からの信号を抽出することが可能となる。これにより、計測ノイズを低減し、より高精度の合わせずれ検査を行うことができる。

なお、検査に付されるウェハＷにはレジスト膜ＲＦが形成されているものとしたが、レジスト膜ＲＦ形成前のウェハＷに対して合わせずれ検査をしてもよい。

［実施形態２］
次に、図５〜図７を用い、実施形態２の合わせずれ検査装置２０および合わせずれ検査処理について説明する。実施形態２の合わせずれ検査装置２０は、位置合わせマークＭＰ１からの光（信号）の抽出手法が実施形態１の合わせずれ検査装置１０とは異なる。

（合わせずれ検査装置の構成例）
図５は、実施形態２にかかる合わせずれ検査装置２０の全体構成を示す図である。図５に示すように、合わせずれ検査装置２０は、光源３２、照明レンズ４１、ハーフミラー４４、対物レンズ４２、結像レンズ４３、撮像素子５０、ステージ６０、偏光フィルタ９０、および制御部７５を備える。

合わせずれ検査装置２０においては、パルス光ではなく通常の光を発する光源３２を用いることができる。ただし、実施形態１の合わせずれ検査装置１０のように、パルスレーザ光源３１を使用することを禁止するものではない。光源３２が発する光の波長は、例えば、４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下、好ましくは、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。

抽出部としての偏光フィルタ９０は、例えば、結像レンズ４３と撮像素子５０との間に配置される。偏光フィルタ９０は、スリット状の偏光膜を備える。偏光膜のスリット幅は、例えばナノメーターオーダーであり、合わせずれ検査装置２０に用いられる光源３２の光の波長に応じて調整される。偏光フィルタ９０は、この偏光膜の働きにより、ウェハＷからの光のうち、位置合わせマークＭＰ１からの光を撮像素子５０側へ透過させ、後述する下層膜ＵＦからの反射光を遮蔽する。なお、例えば、結像レンズ４３内に偏光膜を介在させ、偏光フィルタの機能を果たすようにしてもよい。

制御部７５は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のハードウェアプロセッサ、メモリ、及び、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等を備えるコンピュータとして構成されている。制御部７５は、光源３２、照明レンズ４１、ハーフミラー４４、対物レンズ４２、結像レンズ４３、撮像素子５０、ステージ６０、及び偏光フィルタ９０、の動作を制御する。また、制御部７５は、収集部７６と、演算部７７と、出力部７８と、記憶部７９と、を備える。

収集部７６は、撮像素子５０が検出した光を信号として受け取る。演算部７７は、収集部７６により収集された信号に演算処理を施し、位置合わせマークＭＰ１の合わせずれ量から合格または不合格の判定を行う。出力部７８は、演算部７７が検出した位置合わせマークＭＰ１の画像、合わせずれ量、および合否判定等を出力装置８０に出力する。記憶部７９は、検出された位置合わせマークＭＰ１の位置情報を格納する。

合わせずれ検査装置２０のその他の構成は実施形態１の合わせずれ検査装置１０であるので、合わせずれ検査装置１０と同じ符号を付してその説明を省略する。

以下、図６を用い、偏光フィルタ９０の機能についてさらに詳細に説明する。

図６は、実施形態２にかかる合わせずれ検査装置２０の偏光フィルタ９０の機能を説明する模式図である。図６に示されるように、ウェハＷの下層膜ＵＦは反射膜としての金属膜ＭＦ２を含む。金属膜ＭＦ２は、素子領域ＥＡとマーク領域ＭＡとで異なるパターンを有する。素子領域ＥＡは、素子が形成される領域である。マーク領域ＭＡは、位置合わせマークＭＰ１の下層にあたる領域、つまり、位置合わせマークＭＰ１と垂直方向で重なり合う領域である。

素子領域ＥＡの金属膜ＭＦ２には、例えば、凸部（ライン）と凹部（スペース）とが複数組み合わされたラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンＰｅａが形成されている。Ｌ／ＳパターンＰｅａの延伸方向は、通常、ウェハＷを構成するシリコンの所定の結晶方向に対して平行になるよう、または、直交するよう形成される。

マーク領域ＭＡの金属膜ＭＦ２には、例えば、Ｌ／ＳパターンＰｍａが形成されている。かかるＬ／ＳパターンＰｍａの延伸方向は、素子領域ＥＡのＬ／ＳパターンＰｅａの延伸方向に対して角度θｍで傾いて形成されている。角度θｍは、例えば１°以上４５°未満であり、図６の例では４５°である。Ｌ／ＳパターンＰｍａの加工サイズは、例えばマイクロメーターオーダーであり、合わせずれ検査装置２０に用いられる光源３２の光の波長に応じて調整される。

これらのＬ／ＳパターンＰｅａ，Ｐｍａは、同じパターン形成工程で一括して形成されることができる。つまり、例えば、同じマスクパターンを用い、同じエッチング工程や埋め込み工程等で加工されることができる。よって、Ｌ／ＳパターンＰｅａに加え、Ｌ／ＳパターンＰｍａを形成するにあたって、追加の工程は生じない。

ここで、光源３２からウェハＷに照射された光Ｌ５，Ｌ６について考える。

光Ｌ６は、偏光フィルタ９０を介してウェハＷに到達し、金属膜ＭＦ２のＬ／ＳパターンＰｍａにより反射され、反射光Ｌｒ６となって再び偏光フィルタ９０に到達する。このとき、光Ｌ６は様々な振幅方向の光を含んだ状態であり、少なくとも一部の光は、偏光フィルタ９０のスリット９０ｓを抜けてウェハＷに到達することができる。一方、反射光Ｌｒ６は、角度θｍで所定方向に延伸するＬ／ＳパターンＰｍａにより、主に所定の振幅方向の光のみを含んだ状態となっている。このため、偏光フィルタ９０のスリット９０ｓを、反射光Ｌｒ６の振幅方向に対して角度θｐ傾けておけば、反射光Ｌｒ６は偏光フィルタ９０により遮蔽される。角度θｐは、例えば１°以上４５°未満であり、図６の例では４５°である。ただし、上記の角度θｍと、角度θｐとが同一の角度である必要はない。

光Ｌ５は、偏光フィルタ９０を介してウェハＷに到達し、位置合わせマークＭＰ１により反射され、反射光Ｌｒ５となって再び偏光フィルタ９０に到達する。このとき、光Ｌ５及び反射光Ｌｒ５はともに、様々な振幅方向の光を含んだ状態であり、少なくとも一部の光は、偏光フィルタ９０のスリット９０ｓを抜けることができる。つまり、光Ｌ５は偏光フィルタ９０を透過してウェハＷに到達し、反射光Ｌｒ５は偏光フィルタ９０を透過して撮像素子５０に到達する。

したがって、撮像素子５０においては、金属膜ＭＦ２からの反射光Ｌｒ６は検出されず、主に位置合わせマークＭＰ１からの反射光Ｌｒ５が検出される。撮像素子５０により検出された光Ｌｒ５は、収集部７６により所定期間、収集され、演算部７７が演算処理により増幅させノイズ等を取り除き、出力部７８により出力される。

（合わせずれ検査処理の例）
次に、図７を用いて、合わせずれ検査装置２０における合わせずれ検査処理の例について説明する。図７は、実施形態２にかかる合わせずれ検査装置２０における合わせずれ検査処理の手順の一例を示すフローチャートである。

図７に示すように、ステップＳ２１において、合わせずれ検査装置２０のステージ６０にウェハＷが載置される。

ステップＳ２２において、光源３２はウェハＷに向けて光を照射する。ステップＳ２３において、偏光フィルタ９０は、ウェハＷからの光のうち、位置合わせマークＭＰ１からの反射光を抽出する。ステップＳ２４において、抽出された光が撮像素子５０により検出される。ステップＳ２５において、収集部７６が検出された光を信号として収集し、演算部７７が演算処理し、位置合わせマークＭＰ１として検出される。検出された位置合わせマークＭＰ１の位置情報は、記憶部７９に格納される。

ステップＳ２６において、演算部７７は、ウェハＷに対する位置合わせマークＭＰ１の合わせずれ量を算出する。ステップＳ２７において、演算部７７は、合わせずれ量が所定の閾値内であるか否かを判定する。合わせずれ量が閾値内であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２８ａにおいて、演算部７７は、当該ウェハＷを合格と判定する。合わせずれ量が閾値から外れていれば（Ｎｏ）、ステップＳ２８ｂにおいて、演算部７７は、当該ウェハＷを不合格と判定する。ステップＳ２９において、出力部７８は、演算部７７の判定結果を出力装置８０に出力する。

以上により、合わせずれ検査装置２０における合わせずれ検査処理が終了する。

実施形態２の合わせずれ検査装置２０においては、金属膜ＭＦ２のＬ／ＳパターンＰｍａとの組み合わせにより、偏光フィルタ９０がウェハＷから検出対象の光を抽出する機能を果たす。これにより、計測ノイズを低減し、より高精度の合わせずれ検査を行うことができる。また、所定位置に偏光フィルタ９０を挿入するのみであるので、例えば、既存の合わせずれ検査装置への適用が容易である。また、Ｌ／ＳパターンＰｍａを追加工程無しに形成できるので、製造工程における負担が生じない。

なお、検査に付されるウェハＷにはレジスト膜ＲＦが形成されているものとしたが、レジスト膜ＲＦ形成前のウェハＷに対して合わせずれ検査をしてもよい。

［実施形態３］
次に、図８及び図９を用い、実施形態３の合わせずれ検査装置および合わせずれ検査処理について説明する。実施形態３の合わせずれ検査装置においては、レジスト膜ＲＦと加工対象膜ＰＦとの重ね合わせの精度を判定する点が、上述の実施形態１，２とは異なる。

図８は、実施形態３にかかる合わせずれ検査装置における重ね合わせの精度の判定について説明する模式図である。実施形態３の合わせずれ検査装置の検査対象となるウェハＷにおいては、レジスト膜ＲＦに素子形成にかかるパターニングが施される。これと同時に、図８に示すように、位置合わせマークＭＰ２が、位置合わせマークＭＰ１と重なる位置に形成される。実施形態３の合わせずれ検査装置において、これらの位置合わせマークＭＰ１，ＭＰ２の相対位置を検出する。これにより、加工対象膜ＰＦに対し、レジスト膜ＲＦのパターンが所定の精度を持って重ね合されたか否かを判定することができる。

実施形態３の合わせずれ検査装置としては、上述の実施形態１の合わせずれ検査装置１０、または、実施形態２の合わせずれ検査装置２０のいずれかを用いることができる。

図９は、実施形態３にかかる合わせずれ検査装置における合わせずれ検査処理の手順の一例を示すフローチャートである。図９に示すように、ステップＳ３１にてウェハＷをステージ６０に載置し、ステップＳ３２にてウェハＷに光を照射する。

ステップＳ３３にて、レジスト膜ＲＦの位置合わせマークＭＰ２を検出する。位置合わせマークＭＰ２は表層部に形成されているので、一般的な検出手法により検出することができる。位置合わせマークＭＰ２の位置情報は、記憶部７４，７９に格納される。

ステップＳ３４にて、加工対象膜ＰＦの位置合わせマークＭＰ１を検出する。位置合わせマークＭＰ１は、実施形態１または実施形態２の手法に基づき、検出することができる。

ステップＳ３５にて、位置合わせマークＭＰ１，ＭＰ２の相対位置からレジスト膜ＲＦと加工対象膜ＰＦとの重ね合わせ精度が算出される。ステップＳ３６にて、重ね合わせ精度が所定の閾値内であるか否かが判定される。所定値内であれば（Ｙｅｓ）ステップＳ３７ａにて合格判定がなされ、所定値外であれば（Ｎｏ）ステップＳ３７ｂにて不合格判定がなされる。これらのステップＳ３５〜Ｓ３６は、実施形態１の演算部７２または実施形態２の演算部７７により行われる。

ステップＳ３８にて、出力部７３，７８により、合否判定が出力される。

以上により、実施形態３の合わせずれ検査装置における合わせずれ検査処理が終了する。

実施形態３の合わせずれ検査装置においては、レジスト膜ＲＦと加工対象膜ＰＦとの重ね合わせ精度を判定することができる。また、加工対象膜ＰＦの位置情報を得るため、実施形態１または実施形態２の合わせずれ検査処理を行うので、位置合わせマークＭＰ１を精度よく検出することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，２０…合わせずれ検査装置，３１…パルスレーザ光源，３２…光源，４１…照明レンズ，４２…対物レンズ，４３…結像レンズ，４４…ハーフミラー，５０…撮像素子，６０…ステージ，７０，７５…制御部，７１，７６…収集部，７２，７７…演算部，７３，７８…出力部，７４，７９…記憶部，８０…出力装置，９０…偏光フィルタ，Ｐｅａ，Ｐｍａ…Ｌ／Ｓパターン，ＭＦ１，ＭＦ２…金属膜，ＭＰ１，ＭＰ２…位置合わせマーク，ＰＦ…加工対象膜，ＲＦ…レジスト膜，ＵＦ…下層膜，Ｗ…ウェハ。

Claims (10)

1. 位置合わせマーク及び前記位置合わせマークの下層に反射膜が形成された基板に光を照射する光源と、
   前記基板からの反射光から、前記位置合わせマークからの反射光を抽出する抽出部と、を備える、
   合わせずれ検査装置。
2. 前記光源は、パルス光を照射するパルスレーザ光源であり、
   前記抽出部は、前記基板からの反射光の時間に対する強度分布の所定範囲を抽出して検出信号として演算処理する制御部である、
   請求項１に記載の合わせずれ検査装置。
3. 前記パルス光は、１０ピコ秒または１０ピコ秒よりも微小な時間分解能を有する、
   請求項２に記載の合わせずれ検査装置。
4. 前記制御部は、
   前記強度分布の所定の強度を閾値として、検出された前記反射光の強度が最高値から前記閾値に低下するまでの範囲を前記強度分布の前記所定範囲とする、
   請求項２または請求項３に記載の合わせずれ検査装置。
5. 前記反射膜は、前記位置合わせマークに垂直方向に重なる位置に複数の溝を有し、
   前記抽出部は、前記反射膜からの反射光が有する振幅方向に対して所定角度傾いたスリットを有する偏光フィルタである、
   請求項１に記載の合わせずれ検査装置。
6. 前記反射膜からの前記反射光が有する前記振幅方向と前記偏光フィルタが有する前記スリットとがなす角度は１°以上４５°未満である、
   請求項５に記載の合わせずれ検査装置。
7. 前記反射膜は、半導体デバイスを構成する複数の他の溝を有し、
   前記溝と前記他の溝とは同じパターン形成工程で一括して形成され、
   前記溝と前記他の溝とがなす角度は１°以上４５°未満である、
   請求項５または請求項６に記載の合わせずれ検査装置。
8. 位置合わせマーク及び前記位置合わせマークの下層に反射膜が形成された基板に光を照射する照射ステップと、
   前記基板からの反射光から、前記位置合わせマークからの反射光を抽出する抽出ステップと、を含む
   合わせずれ検査方法。
9. 前記照射ステップでは、パルス光を照射し、
   前記抽出ステップでは、前記基板からの反射光の時間に対する強度分布の所定範囲を抽出して検出信号として演算処理する、
   請求項８に記載の合わせずれ検査方法。
10. 前記照射ステップでは、前記反射膜が前記位置合わせマークに垂直方向に重なる位置に複数の溝を有する前記基板に光を照射し、
    前記抽出ステップでは、前記反射膜からの反射光が有する振幅方向に対して所定角度傾いたスリットを有する偏光フィルタを介して前記位置合わせマークからの反射光を抽出する、
    請求項８に記載の合わせずれ検査方法。