JP2023137548A - 計測装置及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの実施形態は、計測マークを高精度に計測できる計測装置及び計測方法を提供することを目的とする。【解決手段】一つの実施形態によれば、支持体と第１の光源と第２の光源と第１のセンサと第２のセンサとを有する計測装置が提供される。支持体は、計測対象の端部を支持可能である。第１の光源は、支持体の表面側に配される。第２の光源は、支持体の裏面側に配される。第２の光源は、光軸が第１の光源の光軸と一致している。第１のセンサは、第１の光源からの光を検知可能である。第２のセンサは、第２の光源からの光を検知可能である。【選択図】図１

Description

本実施形態は、計測装置及び計測方法に関する。

計測装置は、板状の計測対象の表面に配された計測マークを計測することがある。この計測では、計測マークを高精度に計測することが望まれる。

特許第６３６６２６１号公報 特許第５７４３９５８号公報 特開２０１３－２５８３７７号公報

一つの実施形態は、計測マークを高精度に計測できる計測装置及び計測方法を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、支持体と第１の光源と第２の光源と第１のセンサと第２のセンサとを有する計測装置が提供される。支持体は、計測対象の端部を支持可能である。第１の光源は、支持体の表面側に配される。第２の光源は、支持体の裏面側に配される。第２の光源は、光軸が第１の光源の光軸と一致している。第１のセンサは、第１の光源からの光を検知可能である。第２のセンサは、第２の光源からの光を検知可能である。

実施形態にかかる計測装置の構成を示す図。 実施形態にかかる支持体の構成を示す平面図。 実施形態にかかる計測装置の動作を示すフローチャート。 実施形態にかかる計測マークの計測結果を示す平面図及び断面図。 実施形態にかかる計測マークの計測結果を示す平面図及び断面図。 実施形態の第１の変形例にかかる計測装置の構成を示す図。 実施形態の第２の変形例にかかる計測装置の構成を示す図。 実施形態の第３の変形例にかかる計測装置の構成を示す図。 実施形態の第４の変形例にかかる計測装置の概略構成を示す図。 実施形態の第４の変形例における計測部の構成を示す図。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる計測装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
実施形態にかかる計測装置は、板状の計測対象の表面に配された計測マークを計測する。板状の計測対象は、例えば、１枚の基板であってもよいし、上基板と下基板とが積層された積層基板であってもよい。計測対象が１枚の基板である場合、計測マークは、基板に形成される上層レイヤーと下層レイヤーとの合わせずれの計測に用いられる合わせずれマークであってもよい。計測マークは、基板の表面近傍に形成される。計測対象が積層基板である場合、計測マークは、上基板と下基板との位置合わせに用いられる基準マークであってもよい。計測マークは、上基板の表面近傍と下基板の表面近傍とのそれぞれに形成され得る。以下では、計測対象が１枚の基板である場合について例示する。

計測装置１は、図１に示すように構成され得る。図１は、計測装置１の構成を示す図である。計測装置１は、支持体１０、光源２０、光源３０、センサ４０、センサ５０及びコントローラ６０を有する。光源２０の光軸ＰＡ２０と光源３０の光軸ＰＡ３０とは、互いに略一致している。以下では、光軸ＰＡ２０・光軸ＰＡ３０に沿った方向をＺ方向として、Ｚ方向に垂直な平面内で直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。例えば、Ｚ方向は鉛直方向に沿った方向で合ってもよく、ＸＹ方向は水平方向に沿った方向であってもよい。

計測対象１００は、板状の部材であってもよく、例えば基板である。計測対象１００は、表面１００ａ近傍に計測マーク１０１が配される。計測装置１は、計測マーク１０１を計測する。

支持体１０は、計測対象１００の端部を支持可能である。支持体１０は、計測対象１００を表面１００ａが水平方向に沿った方向になる姿勢で支持可能である。これにより、計測対象１００の端部より内側の部分において光が容易に透過できる状態で計測対象１００を保持できる。計測対象１００は、板状であってもよく、例えば基板である。支持体１０は、計測対象１００の端部近傍で表面１００ａ及び裏面１００ｂを挟持することで、計測対象１００を支持してもよい。

支持体１０は、把持部１１，１２、間隔調整部１５、回転駆動部１３、平面駆動部１４を有する。

把持部１１は、計測対象１００の端部近傍で表面１００ａを把持する。把持部１１は、ＸＹ方向外側の端部が、回転駆動部１３に接続され、回転駆動部１３を介して平面駆動部１４に接続される。

把持部１２は、計測対象１００の端部近傍で裏面１００ｂを把持する。把持部１２は、ＸＹ方向外側の端部が、回転駆動部１３に接続され、回転駆動部１３を介して平面駆動部１４に接続される。

間隔調整部１５は、コントローラ６０の制御に応じて、把持部１１及び把持部１２のＺ方向の間隔を互に調節可能である。計測対象１００を把持する際等に、間隔調整部１５は、コントローラ６０の制御に応じて、把持部１１及び把持部１２のＺ方向の間隔を広げて計測対象１００の端部を把持部１１及び把持部１２の間に挿入させる。計測対象１００の端部が把持部１１及び把持部１２の間に挿入された状態で、間隔調整部１５は、コントローラ６０の制御に応じて、把持部１１及び把持部１２のＺ方向の間隔を狭めて把持部１１及び把持部１２に計測対象１００の端部を把持させる。

回転駆動部１３は、コントローラ６０の制御に応じて、把持部１１，１２をＺ軸周りに回転駆動可能である。計測対象１００の端部が把持部１１，１２で把持された状態で、回転駆動部１３は、コントローラ６０の制御に応じて、Ｚ軸周りに把持部１１，１２を回転駆動することで、計測対象１００（例えば、基板）をＺ軸周りに回転させる。回転駆動部１３は、ＸＹ方向外側の端部が、Ｚ軸周りに摺動可能な構造を介して平面駆動部１４に接続されてもよい。

平面駆動部１４は、コントローラ６０の制御に応じて、把持部１１，１２をＸＹ方向に平面駆動可能である。計測対象１００の端部が把持部１１，１２で把持された状態で、平面駆動部１４は、コントローラ６０の制御に応じて、ＸＹ方向に把持部１１，１２を平面駆動することで、計測対象１００（例えば、基板）をＸＹ方向に平面移動させる。

支持体１０は、図２に示すように、計測対象１００の端部を支持可能な任意の平面構成を有する。図２は、支持体１０の構成を示すＸＹ平面図である。図２では、簡略化のため、間隔調整部１５、回転駆動部１３及び平面駆動部１４の図示を省略している。

例えば、図２（ａ）に示すように、把持部１１，１２が、ＸＹ平面視で環状に構成されてもよい。この場合、把持部１１，１２は、計測対象１００の端部を全周に渡って把持するため、計測対象１００を安定的に把持することができる。あるいは、図２（ｂ）に示すように、把持部１１，１２は、ＸＹ平面視で孤形状に構成されてもよい。この場合、把持部１１，１２は、計測対象１００を孤形状で規定される平面の姿勢で把持できるため、計測対象１００を安定的に把持することができる。あるいは、図２（ｃ）に示すように、把持部１１，１２は、複数の部材で構成されてもよい。複数の部材は、ＸＹ平面視で、計測対象１００の平面形状に内接する多角形の頂点に位置する。この場合、把持部１１，１２は、計測対象１００を多角形で規定される平面の姿勢で把持できるため、計測対象１００を安定的に把持することができる。

図１に示す光源２０は、光を発生させ、光を光軸ＰＡ２０に沿って－Ｚ方向に出射する。光源２０の光は、計測対象１００の表面１００ａで反射可能な光である。例えば、計測対象１００が半導体（例えば、シリコン）で形成される場合、光源２０の光は可視光であってもよく、波長帯域が３００～９００ｎｍのブロード光であってもよい。光源２０は、可視光を発生可能な任意の光源であり、キセノンランプ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ）又はＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などであってもよい。

光源３０は、光を発生させ、光を光軸ＰＡ３０に沿って＋Ｚ方向に出射する。光源３０が出射する光は、計測対象１００に対して透過性を有する光である。例えば、計測対象１００が半導体（例えば、シリコン）で形成される場合、光源３０の光は赤外光であってもよく、波長帯域が１０００ｎｍ以上の光であってもよい。光源３０は、赤外光を発生可能な任意の光源であり、赤外ランプ、赤外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ）又は赤外ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などであってもよい。

光源２０の光軸ＰＡ２０と光源３０の光軸ＰＡ３０とは、いずれもＺ方向に沿っており、互いにほぼ一致しており、ほぼ同一直線上にある。これにより、光源２０の光と光源３０の光とで同一のマークを計測すべき場合、光軸合わせが容易である。

センサ４０は、光源２０からの光に応じた計測対象１００における所定のマークの像を取得可能である。センサ４０は、計測対象１００（例えば、基板）の表面１００ａに配される計測マーク１０１を検知する。計測マーク１０１は、レイヤー間の合わせずれを計測するための合わせずれマークであってもよい。センサ４０は、支持体１０の表面側（＋Ｚ側）に配される。センサ４０は、計測対象１００における計測マーク１０１の表面反射像を＋Ｚ側から取得可能である。

センサ４０は、光学系４１、ハーフミラー４３及び画像検出器４２を有する。光学系４１は、光軸ＰＡ３０上に配される。ハーフミラー４３は、光軸ＰＡ３０上における光学系４１と光源２０との間の位置に配される。光学系４１は、光源２０からハーフミラー４３を透過して入射される光を計測マーク１０１に導く。計測マーク１０１で反射された反射光は、その一部がハーフミラー４３でＹ方向に反射され画像検出器４２へ入射される。画像検出器４２は、入射された光に応じて計測マークの表面反射像の画像信号を取得しコントローラ６０へ供給する。これにより、コントローラ６０は、画像信号に応じて、計測マーク１０１の表面反射像の画像データを生成する。

センサ５０は、光源２０からの光に応じた計測対象１００における所定のマークの像を取得可能である。センサ５０は、計測対象１００（例えば、基板）の表面１００ａに配される計測マーク１０１を検知する。計測マーク１０１は、センサ４０で像が取得される計測マーク１０１と同じであってもよい。計測マーク１０１は、レイヤー間の合わせずれを計測するための合わせずれマークであってもよい。センサ５０は、支持体１０の裏面側（－Ｚ側）に配される。センサ５０は、計測対象１００における計測マーク１０１の裏面反射像を－Ｚ側から取得可能である。

センサ５０は、フォーカスセンサ５１、撮像センサ５２、ハーフミラー５３及びハーフミラー５４を有する。ハーフミラー５４は、光軸ＰＡ３０上に配される。ハーフミラー５３は、光軸ＰＡ３０上おけるハーフミラー５４と光源３０との間の位置に配される。光源３０からの光は、ハーフミラー５４及びハーフミラー５３をそれぞれ透過し計測対象１００をさらに透過して表面１００ａ側の計測マーク１０１へ導かれる。

計測マーク１０１で反射された反射光は、その一部がハーフミラー５３でＹ方向に反射されフォーカスセンサ５１へ入射され、他の一部がハーフミラー５３を透過する。フォーカスセンサ５１は、撮像センサ５２に結合される。フォーカスセンサ５１は、入射された光に応じてフォーカス計測を行い撮像センサ５２のデフォーカス量を求めてコントローラ６０へ供給する。コントローラ６０は、そのデフォーカス量に応じて撮像センサ５２をＹ方向に移動させ撮像センサ５２の焦点調節を行う。

ハーフミラー５３を透過した反射光は、その一部がハーフミラー５４でＹ方向に反射され撮像センサ５２へ入射される。撮像センサ５２は、計測マーク１０１の裏面反射像の画像信号を取得してコントローラ６０へ供給する。これにより、コントローラ６０は、画像信号に応じて、計測マーク１０１の裏面反射像の画像データを生成する。

コントローラ６０は、計測装置１を統括的に制御する。例えば、コントローラ６０は、センサ４０が計測マーク１０１を検知する動作とセンサ５０が計測マーク１０１を検知する動作とが並行して行われるように、センサ４０及びセンサ５０を制御してもよい。コントローラ６０は、計測マーク１０１の表面反射像の画像データをセンサ４０から検知結果として受け、計測マーク１０１の裏面反射像の画像データをセンサ５０から検知結果として受ける。コントローラ６０は、センサ４０の検知結果とセンサ５０の検知結果とを比較する。コントローラ６０は、計測マーク１０１の表面反射像の画像データと計測マーク１０１の裏面反射像の画像データとを比較し、両者の一致度を比較結果として求めてもよい。コントローラ６０は、比較結果に応じて、センサ４０及びセンサ５０のいずれの検知結果を用いて計測を行うべきか判断する。コントローラ６０は、判断結果に応じて、センサ４０の検知結果又はセンサ５０の検知結果を用いた計測を行う。

例えば、計測装置１は、図３に示すような動作を行う。図３は、計測装置１の動作を示すフローチャートである。

計測装置１は、表面照射・裏面照射の両方で計測マーク１０１の画像を取得する（Ｓ１）。すなわち、コントローラ６０は、支持体１０を制御し、把持部１１及び把持部１２に計測対象１００の端部を把持させる。コントローラ６０は、支持体１０を制御し、把持部１１及び把持部１２を介して計測対象１００をＸＹ方向及びＺ軸周りの回転方向に移動させ、光源２０の光軸ＰＡ２０を計測対象１００における計測マーク１０１に合わせる。光源２０の光軸ＰＡ２０と光源３０の光軸ＰＡ３０とが一致しているため、光軸ＰＡ２０及び光軸ＰＡ３０と計測対象１００との軸合わせが容易である。光源２０の光軸ＰＡ２０を計測対象１００における計測マーク１０１に合わせることで、光源３０の光軸ＰＡ３０を計測対象１００における計測マーク１０１に合わせることができる。この状態で、コントローラ６０は、光源２０から計測マーク１０１に光（例えば、可視光）を＋Ｚ側から照射し計測マーク１０１で反射した表面反射像をセンサ４０で検知させ、計測マーク１０１の表面反射像の画像データを取得する。コントローラ６０は、光源３０から計測マーク１０１に光（例えば、赤外光）を－Ｚ側から照射し計測マーク１０１で反射した裏面反射像をセンサ４０で検知させ、計測マーク１０１の裏面反射像の画像データを取得する。

計測装置１は、計測マークの表面反射像と計測マークの裏面反射像とのずれが許容範囲を外れるか否かを判断する（Ｓ２）。すなわち、コントローラ６０は、計測マーク１０１の表面反射像の画像データと計測マーク１０１の裏面反射像の画像データとを比較する。コントローラ６０は、計測マーク１０１の表面反射像の画像データと計測マーク１０１の裏面反射像の画像データとの一致度が閾値より大きければ、計測マークの表面反射像と計測マークの裏面反射像とのずれが許容範囲内に収まっていると判断できる。コントローラ６０は、計測マーク１０１の表面反射像の画像データと計測マーク１０１の裏面反射像の画像データとの一致度が閾値以下であれば、計測マークの表面反射像と計測マークの裏面反射像とのずれが許容範囲を外れていると判断できる。

例えば、図４（ｂ）に示すように、基板Ｗ上に重ね合わせマークＭＫ１及び所定のパターンＰＴ１（図示せず）を含むレイヤーＬ１が形成されレイヤーＬ１上に重ね合わせマークＭＫ２及び所定のパターンＰＴ２（図示せず）を含むレイヤーＬ２が形成されるとする。重ね合わせマークＭＫ１は、Ｙ方向の重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２ＲとＸ方向の重ね合わせマークＭＫ１Ｕ，ＭＫ１Ｄ，ＭＫ２Ｕ，ＭＫ２Ｄとを含む。以下では、Ｙ方向の重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒについて例示する。

重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒは、それぞれ、＋Ｚ側の表面の形状と－Ｚ側の表面の形状とが均等である。

この状態において、計測装置１は、重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの画像を取得する。コントローラ６０は、光源２０の光による重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの表面反射像をセンサ４０で検知させ、図４（ａ）に示すような重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの表面反射像の画像データＩＭ４０を取得する。コントローラ６０は、光源３０の光による重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの裏面反射像をセンサ５０で検知させ、図４（ｃ）に示すような重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの裏面反射像の画像データＩＭ５０を取得する。

コントローラ６０は、表面反射像の画像データＩＭ４０と裏面反射像の画像データＩＭ５０とを比較する。図４（ａ）、図４（ｃ）に示す画像データの場合、コントローラ６０は、表面反射像の画像データＩＭ４０と裏面反射像の画像データＩＭ５０との一致度が閾値より大きく、計測マークの表面反射像と計測マークの裏面反射像とのずれが許容範囲内に収まっていると判断する。

ここで、計測マーク１０１は、計測対象１００の加工（例えば、半導体基板への半導体装置の製造）において露光・現像・エッチング加工等の工程を経て形成される。このとき、露光・現像が適正に行われ、計測マーク１０１が計測対象１００（例えば、基板）における適正な位置に形成されても、エッチング加工による加工量が平面方向にばらつくと、計測マーク１０１の表面側の形状が裏面側との形状に比べて歪むことがある。あるいは、同一レイヤー内の他のパターンのエッチング加工による膜応力が膜内で平面方向に働くことなどにより、計測マーク１０１の表面側の形状が裏面側の形状に比べて歪むことがある。計測マーク１０１の表面側の形状が裏面側の形状に比べて歪む場合、計測マーク１０１の表面反射像を用いて計測を行うと、計測マーク１０１の表面反射像から得られる計測値の誤差（計測騙され）が発生する可能性がある。

例えば、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗ上に重ね合わせマークＭＫ１及び所定のパターンＰＴ１（図示せず）を含むレイヤーＬ１が形成されレイヤーＬ１上に重ね合わせマークＭＫ２及び所定のパターンＰＴ２（図示せず）を含むレイヤーＬ２が形成されるとする。重ね合わせマークＭＫ１は、Ｙ方向の重ね合わせマークＭＫ１Ｌａ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２ＲとＸ方向の重ね合わせマークＭＫ１Ｕ，ＭＫ１Ｄ，ＭＫ２Ｕ，ＭＫ２Ｄとを含む。以下では、Ｙ方向の重ね合わせマークＭＫ１Ｌａ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒについて例示する。

Ｙ方向の重ね合わせマークＭＫ１Ｌａ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒのうち、重ね合わせマークＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒは、それぞれ、＋Ｚ側の表面の形状と－Ｚ側の表面の形状とが均等である。一方、重ね合わせマークＭＫ１Ｌａは、＋Ｚ側の表面の形状が－Ｚ側の表面の形状に比べて歪んでＹ方向幅が適正な幅（図４（ａ）参照）より細くなっている。

この状態において、計測装置１は、重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの画像を取得する。コントローラ６０は、光源２０の光による重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの表面反射像をセンサ４０で検知させ、図５（ａ）に示すような重ね合わせマークＭＫ１Ｌａ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの表面反射像の画像データＩＭ４０ａを取得する。コントローラ６０は、光源３０の光による重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの裏面反射像をセンサ５０で検知させ、図５（ｃ）に示すような重ね合わせマークＭＫ１Ｌａ，ＭＫ１Ｒ，ＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒの裏面反射像の画像データＩＭ５０を取得する。

コントローラ６０は、表面反射像の画像データＩＭ４０ａと裏面反射像の画像データＩＭ５０とを比較する。図５（ａ）、図５（ｃ）に示す画像データの場合、コントローラ６０は、表面反射像の画像データＩＭ４０ａにおける重ね合わせマークＭＫ１Ｌａが裏面反射像の画像データＩＭ５０における重ね合わせマークＭＫ１Ｌに比べてＹ方向幅が細いことを特定する。これにより、コントローラ６０は、表面反射像の画像データＩＭ４０ａと裏面反射像の画像データＩＭ５０との一致度が閾値以下であり、計測マークの表面反射像と計測マークの裏面反射像とのずれが許容範囲から外れていると判断する。

図３に戻って、計測マークの表面反射像と計測マークの裏面反射像とのずれが許容範囲内に収まっている場合（Ｓ２でＮｏ）、計測装置１は、計測マークの表面反射像を用いて計測を行う（Ｓ３）。すなわち、コントローラ６０は、計測マーク１０１の表面反射像の画像データを用いて計測を行う。コントローラ６０は、計測マーク１０１の表面反射像の画像データを解析し、解析結果に応じて所定のプロセス評価量を求める。計測が合わせずれ計測である場合、コントローラ６０は、計測マーク１０１の表面反射像の画像データを解析してレイヤー間の合わせずれ量を求める。

例えば、コントローラ６０は、図４（ａ）に示す表面反射像の画像データＩＭ４０において、重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒに応じたレイヤーＬ１の基準位置と重ね合わせマークＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒに応じたレイヤーＬ２の基準位置とを比較し、比較結果に応じてレイヤーＬ１，Ｌ２間の合わせずれ量を求める。コントローラ６０は、重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＷＬ１Ｒの重心位置ＷＣ１Ｌ，ＷＣ１Ｒの中点ＭＰ１をレイヤーＬ１の基準位置として求め、重ね合わせマークＭＫ２Ｌ，ＷＬ２Ｒの重心位置ＷＣ２Ｌ，ＷＣ２Ｒの中点ＭＰ２をレイヤーＬ２の基準位置として求める。コントローラ６０は、レイヤーＬ１の基準位置ＭＰ１とレイヤーＬ２の基準位置ＭＰ２とを比較し、両者のＸ方向のずれをレイヤーＬ１，Ｌ２間のＸ方向の合わせずれ量として求める。図４（ａ）では、レイヤーＬ１の基準位置ＭＰ１とレイヤーＬ２の基準位置ＭＰ２とが一致しており、合わせずれ量がゼロである場合が例示される。これにより、合わせずれ計測が適正に行われ得る。

図３に戻って、計測マークの表面反射像と計測マークの裏面反射像とのずれが許容範囲から外れている場合（Ｓ２でＹｅｓ）、計測装置１は、計測マークの裏面反射像を用いて計測を行う（Ｓ４）。すなわち、コントローラ６０は、計測マーク１０１の裏面反射像の画像データを用いて計測を行う。コントローラ６０は、計測マーク１０１の裏面反射像の画像データを解析し、解析結果に応じて所定のプロセス評価量を求める。計測が合わせずれ計測である場合、コントローラ６０は、計測マーク１０１の裏面反射像の画像データを解析してレイヤー間の合わせずれ量を求める。

コントローラ６０は、図５（ｃ）に示す裏面反射像の画像データＩＭ５０において、重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＭＫ１Ｒに応じたレイヤーＬ１の基準位置と重ね合わせマークＭＫ２Ｌ，ＭＫ２Ｒに応じたレイヤーＬ２の基準位置とを比較し、比較結果に応じてレイヤーＬ１，Ｌ２間の合わせずれ量を求める。コントローラ６０は、重ね合わせマークＭＫ１Ｌ，ＷＬ１Ｒの重心位置ＷＣ１Ｌ，ＷＣ１Ｒの中点ＭＰ１をレイヤーＬ１の基準位置として求め、重ね合わせマークＭＫ２Ｌ，ＷＬ２Ｒの重心位置ＷＣ２Ｌ，ＷＣ２Ｒの中点ＭＰ２をレイヤーＬ２の基準位置として求める。コントローラ６０は、レイヤーＬ１の基準位置ＭＰ１とレイヤーＬ２の基準位置ＭＰ２とを比較し、両者のＸ方向のずれをレイヤーＬ１，Ｌ２間のＸ方向の合わせずれ量として求める。図５（ｃ）では、レイヤーＬ１の基準位置ＭＰ１とレイヤーＬ２の基準位置ＭＰ２とが一致しており、合わせずれ量がゼロである場合が例示される。

例えば、図５（ａ）に示す表面反射像の画像データＩＭ４０ａを用いて計測を行うと、本来一致しているべきレイヤーＬ１の基準位置ＭＰ１ａとレイヤーＬ２の基準位置ＭＰ２とがＹ方向にずれているとして、レイヤーＬ１，Ｌ２間の合わせずれ量を求められてしまう。

それに対して、本実施形態では、図５（ｃ）に示す裏面反射像の画像データＩＭ５０を用いて計測を行うため、レイヤーＬ１の基準位置ＭＰ１とレイヤーＬ２の基準位置ＭＰ２とが一致しており、合わせずれ量がゼロとして求められ得る。これにより、合わせずれ計測が適正に行われ得る。

計測装置１は、Ｓ３又はＳ４で得られた計測結果（例えば、合わせずれ計測の結果）を次のプロセスへフィードバックする（Ｓ５）。計測装置１は、計測結果のデータを次のプロセスを行う装置へ通信回線経由で送信することで、計測結果を次のプロセスへフィードバックしてもよい。

以上のように、実施形態では、計測装置１において、表面照射の光源２０の光軸ＰＡ２０と裏面照射の光源３０の光軸ＰＡ３０とが一致している。これにより、表面照射・裏面照射の両方で計測対象１００における計測マーク１０１の画像を取得する際に、光軸ＰＡ２０及び光軸ＰＡ３０と計測対象１００との軸合わせが容易である。

また、実施形態では、計測装置１において、センサ４０で検知された計測マーク１０１の表面反射像とセンサ５０で検知された計測マーク１０１の裏面反射像とを比較し、比較結果に応じて計測マーク１０１の表面反射像と計測マーク１０１の裏面反射像とのいずれを用いて計測を行うべきか判断する。これにより、計測騙され発生を避けた計測を行うことができるので、適正に計測を行うことができる。

なお、実施形態の第１の変形例として、計測装置２０１では、図６に示すように、計測マーク１０１の裏面反射像に代えて計測マーク１０１の裏面透過像が取得可能に構成されてもよい。図６は、実施形態の第１の変形例にかかる計測装置２０１の構成を示す図である。

計測装置２０１は、センサ５０（図１参照）に代えてセンサ２５０を有する。センサ２５０は、光源２０からの光に応じた計測対象１００における所定のマーク（例えば、表面１００ａに配される計測マーク１０１）を検知する。センサ２５０は、支持体１０の表面側（＋Ｚ側）に配される。センサ２５０は、計測対象１００における計測マーク１０１の裏面透過像を＋Ｚ側から取得可能である。

センサ２５０は、フォーカスセンサ２５１、撮像センサ２５２、ハーフミラー２５３及びハーフミラー２５４を有する。ハーフミラー２５３は、光軸ＰＡ２０上おけるハーフミラー４３と光学系４１との間の位置に配される。ハーフミラー２５４は、光軸ＰＡ２０上おける光学系４１と計測対象１００との間の位置に配される。光源３０からの光は、光軸ＰＡ３０に沿って＋Ｚ方向に進み計測対象１００の計測マーク１０１を透過し、透過光は光軸ＰＡ２０に沿って＋Ｚ方向に進む。ハーフミラー２５４及び光学系４１を通った透過光は、その一部がハーフミラー２５３でＹ方向に反射されフォーカスセンサ２５１へ入射され、他の一部がハーフミラー２５３を透過する。フォーカスセンサ２５１は、撮像センサ２５２に結合される。フォーカスセンサ２５１は、入射された光に応じてフォーカス計測を行い撮像センサ２５２のデフォーカス量を求めてコントローラ２６０へ供給する。コントローラ２６０は、そのデフォーカス量に応じて撮像センサ２５２をＹ方向に移動させ撮像センサ２５２の焦点調節を行う。

ハーフミラー２５３を透過した反射光は、その一部がハーフミラー２５４でＹ方向に反射され撮像センサ２５２へ入射される。撮像センサ２５２は、計測マーク１０１の裏面透過像の画像信号を取得してコントローラ２６０へ供給する。これにより、コントローラ２６０は、画像信号に応じて、計測マーク１０１の裏面反射像の画像データを生成する。

この場合、計測装置１において、センサ４０で検知された計測マーク１０１の表面反射像とセンサ２５０で検知された計測マーク１０１の裏面透過像とを比較し、比較結果に応じて計測マーク１０１の表面反射像と計測マーク１０１の裏面透過像とのいずれを用いて計測を行うべきか判断する。

このような構成によっても、計測騙され発生を避けた計測を行うことができるので、適正に計測を行うことができる。

あるいは、実施形態の第２の変形例として、計測装置３０１は、図７に示すように、実施形態とその第１の変形例とが組み合わされて構成されてもよい。図７は、実施形態の第２の変形例にかかる計測装置３０１の構成を示す図である。

計測装置３０１は、センサ５０に加えてセンサ２５０を有する。センサ５０は、支持体１０の裏面側（－Ｚ側）に配され、センサ２５０は、支持体１０の表面側（＋Ｚ側）に配される。センサ５０は、計測対象１００における計測マーク１０１の裏面反射像を－Ｚ側から取得可能であり、センサ２５０は、計測対象１００における計測マーク１０１の裏面透過像を＋Ｚ側から取得可能である。センサ５０の構成及び動作は、実施形態と同様であり、センサ２５０の構成及び動作は、実施形態の第１の変形例と同様である。

この場合、計測装置３０１において、センサ４０で検知された計測マーク１０１の表面反射像とセンサ５０で検知された計測マーク１０１の裏面反射像とセンサ２５０で検知された計測マーク１０１の裏面透過像とを比較し、比較結果に応じて計測マーク１０１の表面反射像と計測マーク１０１の裏面反射像と計測マーク１０１の裏面透過像とのいずれを用いて計測を行うべきか判断する。

このような構成によっても、計測騙され発生を避けた計測を行うことができるので、適正に計測を行うことができる。

あるいは、実施形態の第３の変形例として、計測装置５０１は、図８に示すように、光軸ＰＡ２０・光軸ＰＡ３０に沿ったＺ方向が水平方向に沿った方向になるように構成されてもよい。図８は、実施形態の第３の変形例にかかる計測装置３０１の構成を示す図である。

例えば、Ｙ方向は鉛直方向に沿った方向で合ってもよく、ＸＺ方向は水平方向に沿った方向であってもよい。計測装置５０１は、計測対象１００を表面１００ａが鉛直方向に沿った方向になる姿勢で支持可能である。これにより、支持部１０に指示された際に計測対象１００が重力の影響で撓むことを抑制でき、計測対象１００を安定的に支持できる。

あるいは、実施形態の第４の変形例として、計測装置４０１は、図９に示すように、基板接合における接合ずれの計測に用いられる装置であってもよい。図９は、実施形態の第４の変形例にかかる計測装置の概略構成を示す図である。

計測装置４０１による計測対象は、積層基板１１０であってもよい。積層基板１１０は、基板１２０，１３０が積層されている。計測装置４０１は、接合部４０２、計測部４０３、搬送部及びコントローラ４６０を有する。計測部４０３は、光源２０（図１参照）に代えて光源４２０を有する以外、実施形態の計測装置１と同様の構成を有する。光源４２０が出射する光は、計測対象に対して透過性を有する光である。例えば、計測対象が半導体（例えば、シリコン）で形成される場合、光源４２０の光は赤外光であってもよく、波長帯域が１０００ｎｍ以上の光であってもよい。光源４２０は、赤外光を発生可能な任意の光源であり、赤外ランプ、赤外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ）又は赤外ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などであってもよい。

接合部４０２は、基板１２０の表面１２０ａと基板１３０の表面１３０ａとを接合し、積層基板１１０を生成する。接合部４０２は、吸着ステージ７１、吸着ステージ７２及び押圧部材７３を有する。

吸着ステージ７１及び吸着ステージ７２は、使用時に互いにＺ方向に対向するように配される。吸着ステージ７１は、吸着ステージ７２に対向する主面７１ａ上に基板１２０を吸着可能である。吸着ステージ７２は、吸着ステージ７１に対向する主面７２ａ上に基板１３０を吸着可能である。基板１２０の表面１２０ａには、計測マーク１２１が形成される。基板１３０の表面１３０ａには、計測マーク１３１が形成される。基板１２０の表面１２０ａと基板１３０の表面１３０ａとは、予め、プラグ間処理等により活性化されてもよい。コントローラ４６０は、吸着ステージ７１及び吸着ステージ７２をＸＹ方向にアライメントさせる。このとき、コントローラ４６０は、計測マーク１２１のＸＹ位置と計測マーク１３１のＸＹ位置とが合うように、吸着ステージ７１及び吸着ステージ７２をアライメントさせてもよい。コントローラ４６０は、その後、押圧部材７３を制御して基板１２０の表面１２０ａを－Ｚ側に押すようにする。コントローラ４６０は、基板１２０の中央部付近が基板１３０側へ凸になるように基板１２０を変形させながら基板１３０に接触させて、基板１２０及び基板１３０の接合を行う。コントローラ４６０は、基板１２０及び基板１３０の接合が完了すると、押圧部材７３を＋Ｚ側に退避させ、吸着ステージ７１による基板１２０の吸着を解除するとともに吸着ステージ７１も＋Ｚ側に退避させる。これにより、基板１２０，１３０が積層された積層基板１１０が得られる。コントローラ４６０は、搬送部４０４を制御し、積層基板１１０を接合部４０２から計測部４０３へ搬送させる。

積層基板１１０が搬送されると、コントローラ４６０は、実施形態と同様に、支持体１０を制御し、把持部１１及び把持部１２に積層基板１１０の端部を把持させる。すなわち、コントローラ４６０は、図１０に示すように、支持体１０を制御し、把持部１１及び把持部１２を介して積層基板１１０をＸＹ方向及びＺ軸周りの回転方向に移動させ、光源４２０の光軸ＰＡ４２０を積層基板１１０における基板１２０の計測マーク１２１に合わせる。光源２０の光軸ＰＡ２０と光源３０の光軸ＰＡ３０とが一致しているため、光軸ＰＡ４２０及び光軸ＰＡ３０と積層基板１１０との軸合わせが容易である。光源４２０の光軸ＰＡ４２０を積層基板１１０における計測マーク１２１に合わせることで、光源３０の光軸ＰＡ３０を積層基板１１０における計測マーク１３１に合わせることができる。この状態で、コントローラ４６０は、光源４２０から計測マーク１２１，１３１に光（例えば、赤外光）を＋Ｚ側から照射し計測マーク１２１で反射した裏面反射像の画像データと計測マーク１３１で反射した表面反射像とをセンサ４０で検知させ、計測マーク１２１の裏面反射像と計測マーク１３１の表面反射像の画像データとを取得する。

このとき、コントローラ４６０は、センサ４０が計測マーク１２１を検知する動作とセンサ４０が計測マーク１３１を検知する動作とセンサ５０が計測マーク１２１を検知する動作とセンサ５０が計測マーク１３１を検知する動作とが並行して行われるように、センサ４０及びセンサ５０を制御してもよい。

コントローラ４６０は、光源３０から計測マーク１２１，１３１に光（例えば、赤外光）を－Ｚ側から照射し計測マーク１２１で反射した表面反射像と計測マーク１３１で反射した裏面反射像とをセンサ４０で検知させ、計測マーク１２１の表面反射像の画像データと計測マーク１３１の裏面反射像の画像データとを取得する。

計測装置４０１は、図３のＳ２と同様の判断を計測マーク１２１，１３１のそれぞれについて行う。計測装置４０１は、計測マーク１２１，１３１のいずれも、計測マークの表面反射像と裏面反射像とのずれが許容範囲内に収まっている場合（Ｓ２でＮｏ）、計測マーク１２１，１３１をそれぞれ表面反射像で接合ずれの計測を行う（Ｓ３）。

計測装置４０１は、計測マーク１２１の表面反射像と裏面反射像とのずれが許容範囲内に収まっており（Ｓ２でＮｏ）、計測マーク１３１の表面反射像と裏面反射像とのずれが許容範囲から外れている場合（Ｓ２でＹｅｓ）、計測マーク１２１は表面反射像で接合ずれの計測を行い（Ｓ３）、計測マーク１３１は裏面反射像で接合ずれの計測を行う（Ｓ４）。

計測装置４０１は、計測マーク１２１の表面反射像と裏面反射像とのずれが許容範囲から外れている場合（Ｓ２でＹｅｓ）、計測マーク１３１の表面反射像と裏面反射像とのずれが許容範囲内に収まっており（Ｓ２でＮｏ）、計測マーク１２１は裏面反射像で接合ずれの計測を行い（Ｓ４）、計測マーク１３１は表面反射像で接合ずれの計測を行う（Ｓ３）。

計測装置４０１は、計測マーク１２１，１３１のいずれも、計測マークの表面反射像と裏面反射像とのずれが許容範囲から外れている場合（Ｓ２でＹｅｓ）、計測マーク１２１，１３１をそれぞれ裏面反射像で接合ずれの計測を行う（Ｓ４）。

計測装置４０１は、Ｓ３及び／又はＳ４で得られた接合ずれの計測の結果を次の接合部４０２による接合プロセスへフィードバックする（Ｓ５）。

このように、計測対象が積層基板１１０である場合に、基板１２０の計測マーク１２１と基板１３０の計測マーク１３１とのそれぞれについて、センサ２４０で検知された計測マークの像とセンサ５０で検知された計測マークの像とを比較し、比較結果に応じて計測マークの表面反射像と計測マークの裏面反射像とのいずれを用いて計測を行うべきか判断する。これによっても、計測騙され発生を避けた計測を行うことができるので、適正に計測を行うことができる。

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。

１、２０１，３０１，４０１ 計測装置、１０ 支持体、２０，３０，４２０ 光源、４０，５０，２５０ センサ。

Claims (12)

1. 計測対象の端部を支持可能である支持体と、
   前記支持体の表面側に配される第１の光源と、
   前記支持体の裏面側に配され、光軸が前記第１の光源の光軸と一致している第２の光源と、
   前記第１の光源からの光に応じた前記計測対象における所定のマークの像を取得可能である第１のセンサと、
   前記第２の光源からの光に応じた前記計測対象における所定のマークの像を取得可能である第２のセンサと、
   を備えた計測装置。
2. 前記第１のセンサは、前記支持体の表面側に配され、前記計測対象の反射像を取得可能であり、
   前記第２のセンサは、前記支持体の裏面側に配され、前記計測対象の反射像を取得可能である
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記第１のセンサは、前記支持体の表面側に配され、前記計測対象の反射像を取得可能であり、
   前記第２のセンサは、前記支持体の表面側に配され、前記計測対象の透過像を取得可能である
   請求項１に記載の計測装置。
4. 前記第１の光源は、可視光を出射し、
   前記第２の光源は、赤外光を出射する
   請求項１に記載の計測装置。
5. 前記第１の光源は、赤外光を出射し、
   前記第２の光源は、赤外光を出射する
   請求項１に記載の計測装置。
6. 前記計測対象は、基板であり、
   前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは、それぞれ、前記基板の表面に配される第１の計測マークを検知する
   請求項１に記載の計測装置。
7. 前記第１のセンサが前記第１の計測マークを検知する動作と前記第２のセンサが前記第１の計測マークを検知する動作とが並行して行われる
   請求項６に記載の計測装置。
8. 前記計測対象は、第１の基板の表面と第２の基板の表面とが接合された積層基板であり、
   前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは、それぞれ、前記第１の基板の表面に配される第１の計測マークを検知し、前記第２の基板の表面における第２の計測マークを検知する
   請求項１に記載の計測装置。
9. 前記第１のセンサが前記第１の計測マークを検知する動作と前記第１のセンサが前記第２の計測マークを検知する動作と前記第２のセンサが前記第１の計測マークを検知する動作と前記第２のセンサが前記第２の計測マークを検知する動作とが並行して行われる
   請求項８に記載の計測装置。
10. 前記第１のセンサの検知結果と前記第２のセンサの検知結果とを比較し、比較結果に応じて、前記第１のセンサ及び前記第２のセンサのいずれの検知結果を用いて計測を行うべきか判断するコントローラをさらに備えた
    請求項１に記載の計測装置。
11. 前記コントローラは、前記第１のセンサの検知結果と前記第２のセンサの検知結果との差分が閾値以下である場合、前記第１のセンサを用いて計測を行うべきであると判断し、前記第１のセンサの検知結果と前記第２のセンサの検知結果との差分が前記閾値を超える場合、前記第２のセンサの検知結果を用いて計測を行うべきであると判断する
    請求項１０に記載の計測装置。
12. 表面に計測マークが配された計測対象の端部を支持体で支持した状態で、前記支持体の表面側に配される第１の光源から前記計測対象に光を照射し、前記支持体の裏面側に配され光軸が前記第１の光源の光軸と一致している第２の光源から前記計測対象に光を照射することと、
    前記第１の光源からの光に応じた像を第１のセンサで取得し、前記第２の光源からの光に応じた像を第２のセンサで取得することと、
    前記第１のセンサの検知結果と前記第２のセンサの検知結果とを比較することと、
    比較結果に応じて、前記第１のセンサの検知結果と前記第２のセンサの検知結果とのいずれを用いて計測を行うべきか判断することと、
    を備えた計測方法。

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