(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起又は溝からなる第１及び第２の検査マークを有する基準サンプルに波長λの光を照射し、前記第１及び第２の検査マークにより反射される光を撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記第１及び第２の検査マークの間の第１の位置ずれ量を計測する工程と、
前記基準サンプルを１８０度回転した後、前記基準サンプルに波長λの光を照射し、前記第１及び第２の検査マークにより反射される光を前記撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記第１及び第２の検査マークの間の第２の位置ずれ量を計測する工程と、
前記第１及び第２の位置ずれ量から前記位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程と
を有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、
前記第１及び第２の位置ずれ量を計測する工程は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記第１及び第２の検査マークの高さ又は深さ方向に移動して各焦点位置における映像を撮像する工程を含む
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記第１及び第２の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ／８±６．２５％又は３λ／８±６．２５％とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【請求項３】
請求項１記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記第１及び第２の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ／８±６．２５％とし、他方の高さ又は深さを３λ／８±６．２５％とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【請求項４】
請求項１記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記第１及び第２の検査マークの高さ又は深さを、いずれも２λ／８±６．２５％とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【請求項５】
照射する光の波長λi（ｉ＝１，２，…，ｎ）に応じて高さ又は深さが決定された突起又は溝からなるｎ組の第１及び第２の検査マークを有する基準サンプルに波長λiの光を照射し、前記波長λiの光に対応するｉ番目の組の第１及び第２の検査マークにより反射される光を撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの間の第１の位置ずれ量を測定する工程と、
前記基準サンプルを１８０度回転した後、前記基準サンプルに波長λiの光を照射し、前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークにより反射される光を前記撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの間の第２の位置ずれ量を測定する工程と、
前記第１及び第２の位置ずれ量から波長λiの光に対する位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程と、
前記基準サンプルに照射する光の波長λiを替えて前記第１の位置ずれ量を測定する工程から前記光学的収差を算出する工程までの工程を前記ｎ組の第１及び第２の検査マークの全てについて繰り返す工程と
を有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、
前記第１及び第２の位置ずれ量を測定する工程は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて各焦点位置における映像を撮像する工程を含む
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記ｎ組の第１及び第２の検査マーク毎に算出した光学的収差の平均値を算出する
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【請求項７】
請求項５記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークのいずれか一方の高さ又は深さを、λi／８±６．２５％又は３λi／８±６．２５とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【請求項８】
請求項５記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλi／８±６．２５％とし、他方の高さ又は深さを３λi／８±６．２５％とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【請求項９】
請求項５記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの高さ又は深さを、いずれも２λi／８±６．２５％とすることを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの上に形成された複数の層の位置ずれを検査する位置ずれ検査装置の光学的収差（Tool Induced Shift：以下、「ＴＩＳ」という）測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置は、ウェーハの上に複数の導電層（配線層）と複数の絶縁層とを積層させて形成する。半導体装置の高集積化のためには各層間の位置ずれをできる限り小さくする必要がある。一般に、各層間の位置ずれ量を検査する場合は、各層をパターニングする工程（フォトリソグラフィ工程）で各層にアライメントマークを形成し、位置ずれ検査装置により各アライメントマークの間隔を測定している。
【０００３】
ところで、近年の半導体装置のより一層の高集積化に伴って、位置ずれ検査装置のＴＩＳが問題になってきた。ＴＩＳは、位置ずれ検査装置の光学系の物理的な非対称性によって発生する測定誤差であり、位置ずれ検査装置の光学系の光軸がウェーハ面に対して垂直でない場合に発生することが知られている。ＴＩＳは、以下のようにして測定することができる。すなわち、位置ずれ検査装置のステージの上にウェーハを載置して層間の位置ずれ量ａ１を測定した後、ステージを１８０度回転させて位置ずれ量ａ２を測定する。そして、下記（１）式を計算することによりＴＩＳが求まる。
【０００４】
ＴＩＳ＝（ａ１＋ａ２）／２    …（１）
位置ずれ検査装置の精度を向上させるためには、ＴＩＳを高精度で測定し、ＴＩＳが小さくなるように光学系の調整を行うことが必要である。
【０００５】
なお、特開平９−２８０８１６号公報には、位置検査装置の測定系の誤差を検出するために、深さの異なる複数の溝からなる複数のアライメントマークを形成した試料を用い、複数のアライメントマーク間の距離を測定後、ステージを１８０度回転して再度距離を測定し、その測定値の差を求める方法が開示されている。また、この特開平９−２８０８１６号公報には、アライメントマークの高さ又は深さを照射光の波長に応じて設定することが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平９−２８０８１６号公報に記載された発明は位置ずれ検査装置ではなく、位置合わせ装置等の位置検出装置に関するものであり、位置ずれ検査装置で複数層の層間の位置ずれ量を検出するものとは異なる。
【０００７】
また、ＴＩＳの発生する要因としてテレセントずれとコマ収差とがあるが、単に試料を回転させてＴＩＳを検出するだけでは、これらのテレセントずれやコマ収差を個別に測定したり評価することができず、位置ずれ検査装置の光学系の調整を効率よく行うことができない。
【０００８】
また、ウェーハプロセスにおける位置ずれ検査にはＴＩＳの影響を受け難くする手法が望まれるが、従来の測定方法におけるＴＩＳの抑制は十分でなかった。実デバイスウェーハ上でにおける位置ずれ検査では、ＴＩＳの他に、ウェーハプロセスに依存した検査マークの非対称性により発生する誤差（Ｗａｆｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ：以下、ＷＩＳという）をも考慮する必要がある。しかしながら、従来の測定方法では、ＴＩＳ自体を抑制し、ＷＩＳが小さいマークを選択することにより位置ずれ計測を行っていたが、この方法ではＴＩＳが完全に抑制されずにＴＩＳとＷＩＳとの相互作用によって計測値に大きな騙されが発生し、或いは、計測騙されが増幅することがあった。このため、ウェーハ上における位置ずれ量を正確に測定することができなかった。
【０００９】
本発明の目的は、ＴＩＳの主な原因であるテレセントずれとコマ収差を個別に評価することができる位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、突起又は溝からなる第１及び第２の検査マークを有する基準サンプルに波長λの光を照射し、前記第１及び第２の検査マークにより反射される光を撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記第１及び第２の検査マークの間の第１の位置ずれ量を計測する工程と、前記基準サンプルを１８０度回転した後、前記基準サンプルに波長λの光を照射し、前記第１及び第２の検査マークにより反射される光を前記撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記第１及び第２の検査マークの間の第２の位置ずれ量を計測する工程と、前記第１及び第２の位置ずれ量から前記位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程とを有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、前記第１及び第２の位置ずれ量を計測する工程は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記第１及び第２の検査マークの高さ又は深さ方向に移動して各焦点位置における映像を撮像する工程を含むことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法によって達成される。
【００１２】
また、上記目的は、（ａ）基板上に形成された突起又は溝からなる第１の検査マークと、前記第１の検査マークに隣接して形成された突起又は溝からなる第２の検査マークとを有する基準サンプルを位置ずれ検査装置のステージ上に載置する工程と、（ｂ）前記基準サンプルの前記第１及び第２の検査マークに波長λの光を照射し、前記第１及び第２の検査マークから反射される光を撮像装置で撮像して第１の映像を得る工程と、（ｃ）前記第１の映像を信号処理して前記第１及び第２の検査マークの位置を検出し、前記第１及び第２の検査マークの間の第１の位置ずれ量を測定する工程と、（ｄ）前記ステージを１８０度回転させた後、前記基準サンプルの前記第１及び第２の検査マークに波長λの光を照射し、前記第１及び第２の検査マークから反射される光を前記撮像装置で撮像して第２の映像を得る工程と、（ｅ）前記第２の映像を信号処理して前記第１及び第２の検査マークの位置を検出し、前記第１及び第２の検査マークの間の第２の位置ずれ量を測定する工程と、（ｆ）前記第１及び第２の位置ずれ量から位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程とを有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、前記第１及び第２の位置ずれ量を測定する工程（ｃ），（ｄ）は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記第１及び第２の検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて各焦点位置における映像を撮像する工程を含み、その後、前記第１及び第２の位置ずれ量から位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程（ｆ）を実行することを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法によっても達成される。
【００１３】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記第１及び第２の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ／８±６．２５％又は３λ／８±６．２５％とするようにしてもよい。
【００１４】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記第１及び第２の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ／８±６．２５％とし、他方の高さ又は深さを３λ／８±６．２５％とするようにしてもよい。
【００１５】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記第１及び第２の検査マークの高さ又は深さを、いずれも２λ／８±６．２５％とするようにしてもよい。
【００１６】
また、上記目的は、照射する光の波長λｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）に応じて高さ又は深さが決定された突起又は溝からなるｎ組の第１及び第２の検査マークを有する基準サンプルに波長λｉの光を照射し、前記波長λｉの光に対応するｉ番目の組の第１及び第２の検査マークにより反射される光を撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの間の第１の位置ずれ量を測定する工程と、前記基準サンプルを１８０度回転した後、前記基準サンプルに波長λｉの光を照射し、前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークにより反射される光を前記撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの間の第２の位置ずれ量を測定する工程と、前記第１及び第２の位置ずれ量から波長λｉの光に対する位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程と、前記基準サンプルに照射する光の波長λｉを替えて前記第１の位置ずれ量を測定する工程から前記光学的収差を算出する工程までの工程を前記ｎ組の第１及び第２の検査マークの全てについて繰り返す工程とを有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、前記第１及び第２の位置ずれ量を測定する工程は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて各焦点位置における映像を撮像する工程を含むことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法によっても達成される。
【００１７】
また、上記目的は、（ａ）照射する光の波長λｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）に応じて高さ又は深さが決定された突起又は溝からなるｎ組の第１及び第２の検査マークを有する基準サンプルを位置ずれ検査装置のステージ上に載置する工程と、（ｂ）前記基準サンプルの前記第１及び第２の検査マークに波長λｉの光を照射し、前記波長λｉの光に対応するｉ番目の組の第１及び第２の検査マークから反射される光を撮像装置で撮像して第１の映像を得る工程と、（ｃ）前記第１の映像を信号処理して前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの位置を検出し、前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの間の第１の位置ずれ量を測定する工程と、（ｄ）前記ステージを１８０度回転させた後、前記基準サンプルの前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークに波長λｉの光を照射し、前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークから反射される光を前記撮像装置で撮像して第２の映像を得る工程と、（ｅ）前記第２の映像を信号処理して前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの位置を検出し、前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの間の第２の位置ずれ量を測定する工程と、（ｆ）前記第１及び第２の位置ずれ量から位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程と、（ｇ）前記基準サンプルに照射する光の波長λｉを替えて前記（ｂ）から（ｆ）までの工程を前記ｎ組の第１及び第２の検査マークの全てについて繰り返す工程とを有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、前記第１及び第２の位置ずれ量を測定する工程（ｃ），（ｅ）は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて各焦点位置における映像を撮像する工程を含み、その後、前記第１及び第２の位置ずれ量から位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程（ｆ）を実行することを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法によっても達成される。
【００１８】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記ｎ組の第１及び第２の検査マーク毎に算出した光学的収差の平均値を算出するようにしてもよい。
【００１９】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークのいずれか一方の高さ又は深さを、λｉ／８±６．２５％又は３λｉ／８±６．２５とするようにしてもよい。
【００２０】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλｉ／８±６．２５％とし、他方の高さ又は深さを３λｉ／８±６．２５％とするようにしてもよい。
【００２１】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの高さ又は深さを、いずれも２λｉ／８±６．２５％とするようにしてもよい。
【００２６】
以下、作用について説明する。
【００２７】
本発明においては、突起又は溝からなる第１及び第２の検査マークを有する基準サンプルを使用し、撮像装置の焦点位置を第１及び第２の検査マークの高さ方向又は深さ方向に移動させながら第１及び第２の検査マークの位置を検出し、各焦点位置での光学的収差を算出する。
【００２８】
本願発明者らの実験によれば、上記のように焦点位置を移動させて各焦点位置におけるＴＩＳを検出すると、焦点位置によりＴＩＳが変化することが判明している。このとき、テレセントずれが大きい場合は、撮像装置の焦点位置を移動するとＴＩＳは直線的に変化する。一方、コマ収差が大きい場合は、撮像装置の焦点位置を一方向に移動するとＴＩＳは曲線（ドーム形状）的に変化する。したがって、ＴＩＳの変化の状態からテレセントずれとコマ収差とを区別することができる。これにより、位置ずれ検査装置の光学系の調整及び品質管理を効率よく行うことができる。
【００２９】
照射光の波長がλであるとき、前記第１及び第２の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ／８、又は３λ／８とするとＴＩＳの値が大きくなる。特に、第１及び第２の検査マークの一方の高さ又は深さをλ／８とし、他方の高さ又は深さを３λ／８とすると、ＴＩＳの値は最も大きくなる。したがって、前記第１及び第２の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ／８、又は３λ／８として焦点位置を移動し、各焦点位置でＴＩＳを測定すると、ＴＩＳの変化から照明系のテレセントづれを有効に評価することができる。
【００３０】
また、前記第１及び第２の検査マークの高さ又は深さを、いずれも２λ／８として焦点位置を移動し各焦点位置でＴＩＳを測定すると、コマ収差の影響がＴＩＳに最も顕著に現れる。したがって、コマ収差の影響を強化するときは、第１及び第２の検査マークの高さ又は深さをいずれも２λ／８とすることが好ましい。なお、第１及び第２の検査マークの高さ又は深さは、上記の値から±１／１６（＝６．２５％）程度の範囲で許容される。
【００３１】
また、ＴＩＳをより高精度に測定するために、基準サンプルに照射する光の波長を替えてＴＩＳを測定し、各波長で測定したＴＩＳの平均値を求めることが好ましい。この場合、光の波長に応じて、高さ又は深さが異なる複数組の検査マークを使用する。これにより、ＴＩＳをより高精度に測定することができる。
【００３２】
また、検査マークの段差をＤ、照射光の波長をλとすると、ＴＩＳはＤ＝ｎλ／４（ｎ＝１，２，…）の関係を満たしているときに最も小さくなる。したがって、検査マークの段差Ｄに応じて位置ずれ検査のための検査波長λを選択することにより、ＴＩＳの影響を抑えて高精度で位置ずれ量を測定することができる。
【００３３】
更に、段差Ｄと波長λとの関係には周期性があるので、主尺の段差と副尺の段差とが一定の関係を満たすとき、すなわち、主尺の段差をＭｍ、副尺の段差をＭｓとして、λ／４＝Ｍｍ／ｎｍ＝Ｍｓ／ｎｓ（ｎｍ，ｎｓ＝１，２，…）の関係を満たすとき、波長λにおける主尺及び副尺の双方の測定においてＴＩＳは最小限となる。したがって、検査波長λに対して主尺の段差Ｍｍと副尺の段差Ｍｓとが前述の関係を満たすときは、位置ずれ検査の処理を簡略化しつつ高精度の位置ずれ量計測を行うことができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法について図１乃至図１６を用いて説明する。
【００３５】
図１は本実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す模式図、図２は検査マークとＣＣＤカメラの出力について説明する図、図３及び図４は検査マークである溝の深さと光強度との関係を示す図、図５は焦点位置を検査マークの深さ方向に移動させたときのＴＩＳの変化を示す模式図、図６は第１の検査マークの深さをλ／８、第２の検査マークの高さを２．７λ／８〜５．５λ／８としたときのＴＩＳの値を実際に測定した結果を示す図、図７乃至図９はＴＩＳ測定に使用する検査マークの例を示す断面図、図１０乃至図１４は基準サンプルの例を示す断面図、図１４は本実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を示すフローチャート、図１５及び図１６は本実施形態による光学的収差測定方法により測定したＴＩＳと焦点位置との関係を示す図である。
【００３６】
〔１〕位置ずれ検査装置の全体構成
図１は本実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す模式図である。
【００３７】
図１に示すように、位置ずれ検査装置は、光源１１、ライトガイド１２、照射レンズ群１３、ビームスプリッタ１４、対物レンズ群１５、ステージ１６、接眼レンズ群１７、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ１８及び信号処理部１９により構成される。
【００３８】
光源１１としては、キセノンランプ又は半導体レーザを使用する。光源１１から出射された光はライトガイド１２を通って照明レンズ群１３に導かれる。照明レンズ群１３は１又は複数のレンズにより構成されており、ライトガイド１２から出射した光をほぼ平行な光にする。ビームスプリッタ１４は照明レンズ群１３を通った光をステージ１６の方向に反射する。そして、ビームスプリッタ１４で反射された光は、１又は複数のレンズからなる対物レンズ群１５を通って、ステージ１６上に載置されたウェーハ１０を垂直方向から照射する。ウェーハ１０には、予め層間の位置ずれを検出するためのアライメントマークが形成されている。また、ステージ１６は、ステージ１６の表面に垂直な方向を軸として任意の角度に回転できるようになっている。
【００３９】
ウェーハ１０により垂直方向に反射された光は、対物レンズ群１５を通り、ビームスプリッタ１４を透過する。そして、１又は複数のレンズからなる接眼レンズ群１７を通り、ＣＣＤカメラ１８のＣＣＤ素子面で結像する。ＣＣＤカメラ１８は、受光した光を電気信号に変換して信号処理部１９に出力する。信号処理部１９はＣＣＤカメラ１８から伝達された信号に対して信号処理を施し、各アライメントマークの位置を検出する。そして、各アライメントマーク間の距離を測定して各層間の位置ずれ量を求める。
【００４０】
位置ずれ検査装置のＴＩＳを測定する場合は、ウェーハ１０に替えて、所定の検査マークを形成した基準サンプルをステージ１６上に載置する。
【００４１】
〔２〕原理
（１）光軸の傾きによる検査信号の非対称性
図２は検査マークとＣＣＤカメラの出力について説明する図であり、図２（ａ）は位置ずれ検査装置のＴＩＳ測定に使用する検査マークの一例を示す断面図、図２（ｂ）、（ｃ）はＣＣＤカメラ１８から出力される信号を示す模式図である。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、基準サンプル２０に、検査マーク２１として断面が矩形の溝が形成されているとする。基準サンプル２０に表面に対して垂直方向から光が照射されるとすると、図２（ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラ１８からは溝の中心に対し左右対称の信号が出力される。しかし、基準サンプル２０を照射する光の光軸が傾いている場合、図２（ｃ）に示すように、ＣＣＤカメラ１８から出力される信号は、溝の中心に対し左右対称でなくなる。このため、信号処理部１９で検査マーク２１の位置を決定するときに溝の中心からずれた位置を検査マーク２１の位置として認識しＴＩＳが大きくなる原因となる。
【００４３】
（２）検査マークの高さ又は深さと光強度との関係
図３及び図４は、横軸に基準サンプル面上の位置をとり、縦軸にＣＣＤカメラ１８で検出した光強度（基準サンプルの平坦部分における表面の光強度を１としたときの相対値）をとって、検査マークである溝の深さと、光強度との関係を示す図である。但し、溝の深さは、照射光の波長（重心波長）をλとし、λ／１６ずつ変化させた。この図３、図４から明らかなように、溝の深さがλ／１６〜３λ／１６のときは、溝の左側エッジ部分の光強度が、溝の右側エッジ部分の光強度に比べて低い。そして、２λ／１６（＝λ／８）のときに、左側エッジ部分の光強度と右側エッジ部分の光強度との差が最も大きくなる。また、溝の深さが５λ／１６〜７λ／１６のときは、溝の左側エッジ部分の光強度が溝の右側エッジ部分の光強度よりも高い。そして、６λ／１６（＝３λ／８）のときに、左側エッジ部分の光強度と右側エッジ部分の光強度との差が最も大きくなる。更に、４λ／１６（＝２λ／８）のときは、溝の左側エッジ部分の光強度と溝の右側エッジ部分の光強度とがほぼ等しくなる。
【００４４】
このことから、２つの検査マーク（第１及び第２の検査マーク）を使用してＴＩＳ測定する場合に、一方の溝の深さをλ／８とし、他方の溝の深さを３λ／８とすることにより、ＴＩＳを高感度で検出できることがわかる。検査マークとして溝の代わりに突起を用いた場合も、これと同様に、一方の突起の高さをλ／８とし、他方の突起の高さを３λ／８とすることにより、ＴＩＳを高感度で検出することができる。このように、検査マークの高さ又は深さをλ／８又は３λ／８としたときは、照射系のテレセントずれの影響を評価することができる。
【００４５】
また、検査マークの高さを２λ／８としたときは、焦点位置とＴＩＳとの関係を示す曲線にコマ収差の影響が顕著に現れる。したがって、光学系のコマ収差の影響を評価するときは、検査マークの高さ又は深さを２λ／８とすることが好ましい。
【００４６】
（３）焦点位置を移動させたときのＴＩＳの変化
本発明においては、撮像装置（ＣＣＤカメラ）の焦点位置を検査マークの高さ方向に移動させてＴＩＳを測定する。
【００４７】
図５は、横軸に焦点位置をとり、縦軸にＴＩＳをとって、焦点位置を検査マークの深さ方向に移動させたときのＴＩＳの変化を示す模式図である。テレセントずれの場合は、図５（ａ）に示すように、焦点位置の移動にともなってＴＩＳがほぼ直線上に変化（増加又は減少）する。テレセントずれが大きいほど直線の傾きが大きくなる。
【００４８】
一方、コマ収差の場合は、図５（ｂ）に示すように、焦点位置の移動にともなってＴＩＳは曲線状（ドーム形状）に変化する。コマ収差が大きいほど、中心部におけるＴＩＳと周辺部におけるＴＩＳとの差が大きくなる。
【００４９】
このように、焦点位置を検査マークの高さ又は深さ方向に移動させるとＴＩＳが変化し、ＴＩＳの変化の状態によりテレセントずれ及びコマ収差を個別に評価することができる。
【００５０】
図６は第１の検査マークの深さをλ／８とし、第２の検査マークの高さを２．７λ／８〜５．５λ／８としたときのＴＩＳの値を実際に測定した結果を示す図である。但し、第１の検査マークはシリコン（Ｓｉ）基板をエッチングして形成し、第２の検査マークはフォトレジストにより形成した。そして、シリコン基板の表面に平行で互いに直行する２つの方向（Ｘ方向及びＹ方向）のＴＩＳを測定した。
【００５１】
その結果、図６に示すように、第２の検査マークの高さの変化に応じてＴＩＳの値が変化し、第２の検査マークの高さがほぼ３λ／８のときにＴＩＳが最大値となった。
【００５２】
〔３〕検査マーク
（１）検査マークの例（Ｉ）
図７はＴＩＳ測定に使用する検査マークの例（Ｉ）を示す断面図である。基準サンプル１０ａはシリコン基板３１からなる。このシリコン基板３１には第１の検査マーク（主尺）３２として突起が形成されており、第２の検査マーク（副尺）３３として溝が形成されている。
【００５３】
以下、図７に示す検査マークの形成方法について説明する。
【００５４】
まず、シリコン基板３１上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する。その後、露光及び現像処理を行って、フォトレジスト膜を所定の形状にパターニングする。そして、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン基板３１を例えばλ／８の深さにエッチングする。これにより、フォトレジスト膜でマスクされていた部分が突起として残る。この突起が第１の検査マーク３２となる。その後、第１の検査マーク３２の形成に使用したフォトレジスト膜を除去する。
【００５５】
次に、シリコン基板３１上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する。その後、露光及び現像処理を行って、フォトレジスト膜を所定の形状にパターニングする。そして、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン基板３１をエッチングし、例えば深さが３λ／８の溝を形成する。この溝の部分が第２の検査マークとなる。その後、第２の検査マーク３３の形成に使用したフォトレジスト膜を除去する。これにより、基準サンプル１０ａが完成する。
【００５６】
なお、上記の例では第１の検査マーク３２の高さをλ／８、第２の検査マーク３３の深さを３λ／８としたが、第１の検査マーク３２の高さを３λ／８、第２の検査マーク３３の深さをλ／８としてもよい。
【００５７】
（２）検査マークの例（ＩＩ）
図８はＴＩＳ測定に使用する検査マークの例（ＩＩ）を示す断面図である。基準サンプル１０ａは、シリコン基板３１をエッチングして形成した第１の検査マーク３４と、該検査マーク３４の内側に形成されたレジスト膜の突起からなる第２の検査マーク３５を有している。
【００５８】
以下、図８に示す検査マークの形成方法について説明する。
【００５９】
まず、シリコン基板３１上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する。その後、露光及び現像処理を行って、フォトレジスト膜を所定の形状にパターニングする。そして、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン基板３１をエッチングし、深さがλ／８の溝を形成する。この溝の部分が第１の検査マーク３４となる。その後、第１の検査マーク３４の形成に使用したフォトレジスト膜を除去する。
【００６０】
次に、シリコン基板３１上にフォトレジストを３λ／８よりも若干厚く塗布してフォトレジスト膜を形成する。その後、露光及び現像を行ってフォトレジスト膜をパターニングし、第１の検査マーク３４の内側にのみフォトレジスト膜を残す。そして、所定の温度で加熱して、フォトレジスト膜をポストベークする。このポストベークにより、フォトレジスト膜の厚さが若干減少し、ほぼ３λ／８となる。このフォトレジスト膜が第２の検査マーク３５となる。これにより、基準サンプル１０ａが完成する。
【００６１】
なお、上記の例では第１の検査マーク３４の深さをλ／８、第２の検査マーク３５の厚さを３λ／８としたが、第１の検査マーク３４の深さを３λ／８、第２の検査マーク３５の高さをλ／８としてもよい。また、コマ収差の影響を評価するためには、図９の検査マークの例（ＩＩＩ）に示すように、第１の検査マーク３４の深さ及び第２の検査マーク３５の高さをいずれも２λ／８とすることが望ましい。
【００６２】
（３）検査マークの他の例
図１０〜図１３は基準サンプルの他の例を示す図である。図１０の基準サンプルは、シリコン基板４０と、ＳｉＯ２膜４１と、タングステン（Ｗ）膜４２と、アルミニウム膜４３と、レジスト膜４４とにより構成されている。ＳｉＯ２膜４１はシリコン基板４０上に形成されており、タングステン膜４２はＳｉＯ２膜４１に選択的に形成された溝内に埋め込まれている。このタングステン膜４２には溝が形成されており、アルミニウム膜４３はＳｉＯ２膜４１及びタングステン膜４２を覆っている。アルミニウム膜４３には、タングステン膜４２の溝に応じた形状で溝が形成されている。この溝が第１の検査マークとなる。また、アルミニウム膜４３の溝の内側にはレジスト膜４４が選択的に形成されている。このレジスト膜４４が第２の測定パターンとなる。
【００６３】
図１１の基準サンプルも、図１０の基準サンプルと同様に、シリコン基板４０と、ＳｉＯ２膜４１と、タングステン膜４２と、アルミニウム膜４３と、レジスト膜４５とにより構成されている。但し第２の検査マークは、レジスト膜４５の開口部４６である。
【００６４】
図１２の基準サンプルは、シリコン基板４０と、タングステン膜４７と、ＳｉＯ２膜４８と、アルミニウム膜４９と、レジスト膜５０とにより構成されている。ＳｉＯ２膜４８はシリコン基板４０上に選択的に形成されており、タングステン膜４７はＳｉＯ２膜４８を覆うようにしてシリコン基板４０上に形成されている。タングステン膜４７の上にはアルミニウム膜４９が形成されている。アルミニウム膜４９及びタングステン膜４７には、ＳｉＯ２膜のために突起が形成される。このアルミニウム膜４９の突起が第１の検査マークとなる。アルミニウム膜４９の上にはレジスト膜５０が選択的に形成されている。このレジスト膜５０が第２の測定パターンとなる。
【００６５】
図１３の基準サンプルも、図１２の基準サンプルと同様に、シリコン基板４０と、タングステン膜４７と、ＳｉＯ２膜４８と、アルミニウム膜４９と、レジスト膜５１とにより構成されている。但し、第２の検査マークは、レジスト膜５１の開口部５２である。
【００６６】
基準サンプルは、上記したシリコン基板以外にも種々の材料を使用することができる。また、第１及び第２の検査マークも、上記した構造に限定されるものではない。
【００６７】
〔４〕光学的収差測定方法
本発明の第１実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法について図１４を用いて説明する。
【００６８】
まず、ステップＳ１１において、基準サンプル１０ａとして図７に示すように半導体基板をエッチングして第１の検査マーク３２及び第２の検査マーク３３を形成したものを用意した。第１の検査マーク３２の高さはλ／８である。
【００６９】
次に、図１に示す位置ずれ検査装置のステージ１６上に基準サンプル１０ａを載置し、Ｘ方向及びＹ方向のＴＩＳを測定した。すなわち、ステップＳ１２において、光源１１から出射された光により基準サンプル１０ａを照射し、ステップＳ１３に移行して、ＣＣＤカメラ１８で基準サンプル１０ａを撮像した。このとき、第１の検査マーク３２の高さ方向の中心位置を原点として、原点に焦点位置ｆ０を合わせた。そして、ＣＣＤカメラ１８の出力を信号処理部１９で信号処理して第１及び第２の検査マークの位置を検出して、第１の検査マーク３２と第２の検査マーク３３との間の第１の位置ずれ量を測定した。その後、焦点位置ｆ０を原点から高さ方向に１００ｎｍのステップで±５００ｎｍの範囲を移動させ、各焦点位置で第１の検査マーク３２の位置を検出して、第１の検査マーク３２と第２の検査マーク３３との間の第１の位置ずれ量を測定した。但し、第２の検査マーク３３の位置は、焦点位置ｆ０を原点に合わせて検出したときの位置とした。
【００７０】
その後、ステージ１６を１８０°回転した後、上記と同様に、第１の検査マーク３２の高さ方向の中心位置を原点として、原点に焦点位置ｆ０を合わせた。そして、ＣＣＤカメラ１８の出力を信号処理部１９で信号処理して第１の検査マーク３２と第２の検査マーク３３の位置を検出した。その後、焦点位置ｆ０を原点から高さ方向に１００ｎｍのステップで±５００ｎｍの範囲を移動させ、各焦点位置ｆ０で第１の検査マーク３２の位置を検出して、第１の検査マーク３２と第２の検査マーク３３との間の第２の位置ずれ量を測定した。このときも、第２の検査マーク３３の位置は、焦点位置ｆ０を原点に合わせて検出したときの位置とした。
【００７１】
そして、ステップＳ１４に移行し、前述の（１）式により、各焦点位置でのＴＩＳを計算した。その結果を図１５に示す。この例では、Ｘ方向のＴＩＳの変化は比較的小さいが、Ｙ方向のＴＩＳの変化は、高さ方向の焦点位置の変化にともなってほぼ直線的に減少している。したがって、この例では、Ｘ方向のテレセントずれは小さいものの、Ｙ方向のテレセントずれが比較的大きいことが判る。
【００７２】
テレセントずれが大きいと判断される場合は、光源１１（ランプハウス）を光軸に対し回転させたり、光源１１を光軸方向に移動することにより改善されることがある。
【００７３】
但し、コマ収差が大きいままで上記の方法でＴＩＳが小さくなるように調整を行うと、実際の露光工程でＴＩＳのばらつきが発生する。これは、コマ収差の場合、段差の状態（高低差）が変わるとＴＩＳの大きさは変わるがＴＩＳのずれる方向は変わらないのに対し、テレセントずれの場合は段差の状態が変わるとＴＩＳの大きさと方向が変化するためである。実際のウェーハでは段差が均一でないため、ある段差状態でコマ収差の影響をうち消すようにテレセントずれを調整すると、段差の状態によりＴＩＳが変化する。したがって、コマ収差がある程度以上大きいときは、レンズをコマ収差が小さいものに交換し、その後テレセントずれを調整する必要がある。
【００７４】
テレセントずれが比較的小さいにもかかわらずＴＩＳが大きい場合は、コマ収差の影響が考えられる。コマ収差を個別に測定する場合は、第１及び第２の検査マークの高さ（又は深さ）を２λ／８として、上記と同様に焦点位置を変化させてＴＩＳを測定すればよい。
【００７５】
なお、焦点位置ｆ０を移動させる毎に第１の検査マーク３２及び第２の検査マーク３３の位置を検出してＴＩＳを求めてもよい。図１６は、このようにしてＴＩＳを求めた結果を示す図である。この図からもＸ方向にテレセントずれがあることがわかる。
【００７６】
以上の通り、本実施形態によれば、焦点位置ｆ０を第１の検査マーク３２の高さ方向に移動させて各焦点位置におけるＴＩＳを測定するので、テレセントずれの影響とコマ収差の影響とを個別に評価することができる。これにより、位置ずれ検査装置の製造工程の管理や品質管理が容易になり、ＴＩＳが小さい位置ずれ検査装置を提供することができる。
【００７７】
また、位置ずれ検査装置の測定誤差の要因としてはＴＩＳの他にＷＩＳ（Ｗａｆｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ）といわれる要因がある。ＷＩＳはウェーハプロセスに依存した検査マークの非対称性により発生する。本実施形態では、テレセントずれ及びコマ収差を個別に評価することができ、それを基にＴＩＳを低減できるので、ＷＩＳの影響を評価することもできる。
【００７８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法について図１７乃至図２６を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００７９】
図１７は本実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す図、図１８及び図１９はフィルタを通した照射光のスペクトルを示す図、図２０は重心波長の計算方法を示す図、図２１は本実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を示すフローチャート、図２２及び図２３は基準サンプルの例を示す断面図、図２４は図２２の基準サンプルにおける焦点位置とＴＩＳとの関係を第１の検査マークの深さを変化して調べた結果を示すグラフ、図２５は図２３の基準サンプルにおける焦点位置とＴＩＳとの関係を第１の検査マークの深さを変化させて調べた結果を示すグラフ、図２６は図２２及び図２３に示す基準サンプルの第１の検査マークの深さを変化させてＴＩＳを測定した結果を示す図である。
【００８０】
〔１〕位置ずれ検査装置の全体構成
本実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を図１７を用いて説明する。
【００８１】
本実施形態による位置ずれ検査装置では、光源１１としてキセノンランプを使用する。そして、光源１１とライトガイド１２との間に、光源１１から出力された光の波長を制御するフィルタ３１を配置する。フィルタ３１は、透過波長が異なるものを複数用意しておく。そして、各フィルタ３１毎に第１実施形態と同様にして、焦点位置を検査マークの高さ又は深さ方向移動させて、各焦点位置でＴＩＳを測定する。その後、フィルタ３１を替えて照射光の波長を変化させた後、同様に、焦点位置を検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて、各焦点位置でＴＩＳを測定する。このようにして各焦点位置でのＴＩＳを測定し、各焦点位置でのＴＩＳの平均値を求める。
【００８２】
〔２〕照射光のスペクトルと重心波長
図１８及び図１９は、横軸に波長をとり、縦軸に強度をとって、照射光のスペクトルを示す図である。但し、図１８、図１９において、縦軸はＣＣＤカメラ１８の出力であり、光源１１から出力される光のスペクトルと、フィルタ３１の分光特性と、ＣＣＤカメラ１８の感度特性に依存する。
【００８３】
本実施形態においては、各フィルタ３１を用いた場合に、検査マークの高さ又は深さを照射光の重心波長に応じて設定する。重心波長は、例えば、光のスペクトルが図２０に示すようであるとすると、図中ａｃ間の面積とｃｂ間の面積とが等しくなるｃの波長を求めて重心波長とする。
【００８４】
〔３〕光学的収差測定方法
図２１は本実施形態による光学的収差測定方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２１において、基準サンプル１０ａを用意する。基準サンプル１０ａには、照射光に応じて高さ又は深さが設定された複数組の第１及び第２の検査マークが形成されている。例えば、照射光の波長をλｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）とすると、基準サンプルにはｎ組の第１及び第２の検査マークが形成されている。そして、ＴＩＳを高感度で調べようとするときはｉ番目の組の第１及び第２の検査マークのいずれか一方の高さ又は深さをλｉ／８、他方の高さ又は深さを３λｉ／８とする。また、コマ収差の影響を調べようとするときは、ｉ番目の組の第１及び第２の検査マークの高さ又は深さをいずれも２λｉ／８とする。
【００８５】
次に、ステップＳ２２において、基準サンプルに波長がλｉの光を照射し、ｉ番目の組の第１の検査マークの高さ方向の中間位置に焦点位置を合わせる。そして、第１の検査マーク及び第２の検査マークの位置を検出し、第１の検査マークと第２の検査マークとの間の位置ずれ量を測定する。その後、ステップＳ２３に移行し、焦点位置を第１の検査マーク高さ方向に例えば１００ｎｍずつ移動させて、各焦点位置における第１の検査マークと第２の検査マークとの間の位置ずれ量を測定する。次いで、位置ずれ検査装置のステージを１８０°回転させて、第１の検査マークの高さ方向の中間位置に焦点位置を合わせる。そして、第１及び第２の検査マークの位置を検出し、第１の検査マークと第２の検査マークとの間の位置ずれ量を測定する。その後、焦点位置を第１の検査マークの高さ方向に例えば１００ｎｍずつ移動させて、各焦点位置における第１の検査マークと第２の検査マークとの間の位置ずれ量を測定する。
【００８６】
次に、ステップＳ２４に移行し、前記（１）式により各焦点位置におけるＴＩＳを算出する。
【００８７】
次に、ステップＳ２５に移行して、フィルタ２５の変更を行うか否かを判断する。フィルタ２５を交換する場合は、ステップＳ２６に移行してフィルタ２５を交換した後、ステップＳ２２に戻って上記の処理を繰り返す。また、ステップＳ２５でフィルタ２５の交換を行わない場合には、ステップＳ２７に移行して、ステップＳ２５で算出したＴＩＳの平均値を計算する。
【００８８】
本実施形態においては、光源１１から出力された光をフィルタ３１に通し、図１６、図１７に示すように、重心波長が５４５ｎｍ、５９５ｎｍ、６７５ｎｍ、６００ｎｍ、６３０ｎｍ及び４６５ｎｍの光を得る。そして、各波長の光により、第１実施形態と同様にして、焦点位置を移動させて各焦点位置でのＴＩＳを測定する。その後、各焦点位置でのＴＩＳの平均値を求め、焦点位置と各焦点位置におけるＴＩＳの平均値との関係から、テレセントずれ及びコマ収差を評価する。
【００８９】
本実施形態においては、照射光の波長を変えてＴＩＳを測定し、その平均値で光学系のＴＩＳを評価するので、ＴＩＳをより正確に評価することができるという効果を奏する。
【００９０】
〔４〕基準サンプルの構造とＴＩＳ
図２２はシリコン基板６１をエッチングして溝を形成し、該溝の内側にレジスト膜からなる突起を形成した基準サンプル６０を示す図である。この基準サンプル６０では、溝を第１の検査マーク６２とし、レジスト膜を第２の検査マーク６３としている。第１の検査マーク６２の深さをＸ、第２の検査マーク６３の高さをＹとする。
【００９１】
図２３はシリコン基板７１をエッチングして溝を形成した基準サンプル７０を示す図である。この基準サンプル７０では、溝を第１の検査マーク７２とし、溝に囲まれた部分を第２の検査マーク７３としている。したがって、第１の検査マーク７２の深さと第２の検査マーク７３の高さはいずれもＸである。
【００９２】
図２４は図２２に示す基準サンプル６０のＸの値をλ／８、２λ／８及び３λ／８とし、焦点位置を変化させてＴＩＳを測定した結果を示す図である。但し、第２の検査マーク６３の高さＹは一定である。また、図２５は、図２３に示す基準サンプル７０のＸの値をλ／８、２λ／８及び３λ／８とし、焦点位置を変化させてＴＩＳを測定した結果を示す図である。更に、図２６は、図２２、図２３に示す基準サンプル６０、７０について、Ｘの値とＴＩＳとの関係を示す図である。これらの図２４〜図２６からわかるように、図２２に示す構造の基準サンプル６０のほうが、図２３に示す構造の基準サンプル７０よりも高感度でＴＩＳを測定することができる。
【００９３】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による位置ずれ検査方法について図２７乃至図２９を用いて説明する。なお、図１７に示す第２実施形態による位置ずれ検査装置と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００９４】
図２７はＴＩＳの段差依存性を説明するための検査マークの一例を示す概略断面図、図２８はＴＩＳと検査波長との関係を示すグラフ、図２９は本実施形態による位置ずれ検査方法を示すフローチャート、図３０は検査ウェーハに形成された検査マークの一例を示す概略断面図である。
【００９５】
本実施形態では、ＴＩＳとＷＩＳとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことができる位置ずれ検査方法について、図１７の位置ずれ検査装置を例にして説明する。なお、本実施形態では特に検査マークの段差Ｄが明らかでない場合を取り扱うものとする。
【００９６】
〔１〕原理
図２７に示すように、検査ウェーハ８０上には、シリコン基板８１に深さＤの溝からなる主尺と、主尺の溝の内部に所定の厚さのレジスト膜８２よりなる副尺とからなる検査マークが形成されているとする。このとき、位置ずれ検査装置による検査光の波長λを変化して各波長についてＴＩＳを測定すると、ＴＩＳの値は変化する。すなわち、ＴＩＳの値は、検査マークの段差Ｄと検査光の波長λとに依存して変化する。図２８は、図２７の構造を用いて測定したＴＩＳの大きさの検査光の波長依存性を示すグラフである。横軸はシリコン基板８１に形成された深さＤの段差を検査波長λで規格化した量（Ｄ／λ）で表している。図示するように、ＴＩＳは検査波長λに対して周期的に変化し、段差Ｄが、
Ｄ＝ｎλ／４（ｎ＝１，２，…）      …（２）
の関係を満たすときにＴＩＳは最小となる。
【００９７】
したがって、検査マークの段差Ｄに応じて検査光の波長λを選択し、すなわち、
λ＝４Ｄ／ｎ（ｎ＝１，２，…）      …（３）
である波長λの検査光を用いることにより、ＴＩＳの影響を抑えつつ位置ずれ検査を行うことが可能となる。
【００９８】
第１及び第２実施形態ではＴＩＳを高精度で測定するためにＴＩＳの影響が大きく現れる検査波長により光学的収差測定を行ったが、その逆に、ＴＩＳの影響を抑制しうる検査波長を選択することにより、ＴＩＳの影響を抑えつつ高精度の位置ずれ検査を行うことができる。
【００９９】
〔２〕位置ずれ検査方法
まず、図１７に示す位置ずれ検査装置のステージ１６上に、検査対象である検査ウェーハ９０を載置する。検査ウェーハ９０は、製造過程にある実デバイスウェーハである。検査ウェーハ９０には、例えば図３０に示すような検査マークが形成されている。すなわち、シリコン基板９１上には、ＳｉＯ２膜９２と、アルミニウム膜９３と、レジスト膜９４とが順次形成されており、ＳｉＯ２膜９２の一部を選択的に除去することにより主尺が構成され、主尺の内部の領域に形成されたレジスト膜９４により副尺が構成されている。例えばＳｉＯ２膜９２に形成されたコンタクトホールにアルミニウム膜９３よりなる配線層を加工するためのレジストパターンの位置ずれを測定する際に、このような検査マークが用いられる。
【０１００】
次に、検査ウェーハ９０に形成された検査マークを用い、位置ずれ検査装置におけるＸ方向及びＹ方向のＴＩＳを測定する。ＴＩＳの測定は、後の位置ずれ検査過程における測定光波長を決定するためである。本実施形態による位置ずれ検査方法では、検査光の波長を変化しつつ複数回のＴＩＳ測定を行い、ＴＩＳの影響が最も小さい波長を見つける。
【０１０１】
すなわち、まず、ステップＳ３１において、検査光の波長の数ｎを指定する。波長の数ｎは、フィルタ２５の数や、光源１１の基線の数等に応じて適宜設定する。また、任意の波長帯（例えば可視光域である約４００〜８００ｎｍ）において任意の波長間隔（例えば１０ｎｍ間隔）となるように波長の数ｎを選択してもよい。
【０１０２】
次いで、ステップＳ３２において、ｉ番目の検査光の波長を設定する。例えば、フィルタ２５により波長を変化する場合には、ｉ番目のフィルタにより得られる透過光の重心波長を前述の手法により設定する。たとえば、第２実施形態と同様のフィルタ２５を用いるとすると、検査光の重心波長は、５４５ｎｍ、５９５ｎｍ、６７５ｎｍ、６００ｎｍ、６３０ｎｍ又は４６５ｎｍとなる。なお、この場合には、ステップＳ３１で指定する波長の数ｎは６である。
【０１０３】
次いで、ステップＳ３３において設定した波長λの検査光によりＴＩＳの計測を行い、ステップＳ３４においてそのときのＴＩＳを算出する。ＴＩＳの計測及び算出には、例えば第１実施形態による検査方法を用いる。
【０１０４】
次いで、ステップＳ３５において、計測が終了したか否かを判断する。計測が終了したとき、すなわち、ｉ＝ｎのときには後述のステップＳ３６に移行する。計測が終了していないとき、すなわち、ｉ＜ｎのときにはステップＳ３８においてｉに１を加えてステップＳ３２に戻り、上記と同様にして（ｉ＋１）番目の波長の光によりＴＩＳを測定する。こうして、１〜ｎ番目までのＴＩＳを測定する。
【０１０５】
次いで、ステップＳ３６において、測定したｎ個のＴＩＳの値から最も小さいＴＩＳを与える重心波長（最適重心波長）を決定する。
【０１０６】
次いで、ステップＳ３７において、ステップＳ３６により求めた最適重心波長を用いて検査ウェーハの位置ずれ計測を行う。フィルタ２５により波長を変化する場合には、重心波長が最適重心波長に最も近くなるフィルタ２５を用い、検査ウェーハ９０の位置ずれ計測を行う。最適重心波長は、前述のλ＝４Ｄ／ｎの関係を満たす波長である。したがって、この波長により位置ずれ検査を行うことで、ＴＩＳの影響を抑えることができる。
【０１０７】
なお、主尺と副尺とでは通常その段差が異なっている。したがって、主尺と副尺とは、それぞれ別々の検査波長で位置検出を行うことが望ましい。すなわち、主尺については主尺に対する最適重心波長を求めてその波長に基づいて検査マークの位置検出を行い、副尺に対しては副尺に対する最適重心波長を求めてその波長に基づいて検査マークの位置検出を行い、これらの結果から両者の位置ずれ量を算出する。こうすることで、ＴＩＳの影響を抑えつつ主尺と副尺との間の位置ずれ量をより正確に検査することができる。但し、一方の尺についてのみ最適重心波長を指定する場合であっても、主尺と副尺の双方の尺について最適重心波長を指定する場合よりも効果は劣るものの、ＴＩＳを抑制する効果は得られる。
【０１０８】
以上の通り、本実施形態によれば、ＴＩＳが最小となる波長を有する検査光を用いて位置ずれ量を測定するので、ＴＩＳの影響を抑えつつ位置ずれ量を検査することができる。また、ＴＩＳの影響を抑えることができるので、ＴＩＳとＷＩＳとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことができる。
【０１０９】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による位置ずれ検査方法について図３１を用いて説明する。図３１は本実施形態による位置ずれ検査方法を示すフローチャートである。
【０１１０】
本実施形態では、ＴＩＳとＷＩＳとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことができる他の位置ずれ検査方法について、図１の位置ずれ検査装置を例にして説明する。
【０１１１】
〔１〕原理
第３実施形態による位置ずれ検査方法では、検査波長を変化して複数回の測定を行い、最小のＴＩＳを与える最適重心波長を求め、その後に位置ずれ量の測定を行う方法を示した。しかし、実デバイスウェーハ上では検査マークの段差が既知であることも多い。例えば、図３０に示す検査マークの例では、主尺の段差はＳｉＯ２膜９２の膜厚により規定され、副尺の段差はレジスト膜９４の膜厚により規定されるが、これらのパラメータは製造プロセスにおいて所定値に制御されるものである。また、これら段差はデバイス構造や特性等に応じて決定されるものであり、位置ずれ検査装置の検査光の波長に応じて主尺及び副尺の段差を制御しうるものではない。したがって、このように検査マークの段差が既知の場合には、図２８に示すようなＴＩＳと検査光の波長との関係から、検査光の波長を検査マークの段差に応じて選択することが望ましい。
【０１１２】
また、前述のように、ＴＩＳと検査光の波長との間には周期性がある。したがって、主尺を測定する際の光の波長と、副尺を測定する際の波長の光とが、当該周期を互いに満足する関係にあれば、主尺の測定と副尺の測定において測定光の波長を変える必要はない。
【０１１３】
すなわち、主尺について最小のＴＩＳを与える検査波長λｍは、
Ｍｍ＝ｎｍλｍ／４（ｎｍ＝１，２，…）      …（４）
として与えられ、副尺について最小のＴＩＳを与える検査波長λｓは、
Ｍｓ＝ｎｓλｓ／４（ｎｓ＝１，２，…）      …（５）
として与えられるので、（４）式、（５）式においてλ＝λｍ＝λｓとして、
λ／４＝Ｍｍ／ｎｍ＝Ｍｓ／ｎｓ  （ｎｍ，ｎｓ＝１，２，…）    …（６）
を満たす波長λが存在すれば、主尺及び副尺の双方についてＴＩＳを最小限に抑えることが可能となる。
【０１１４】
例えば、図３０に示す位置ずれ検査マークにおいて、主尺の段差Ｍｍが３００ｎｍ、副尺の段差Ｍｓが１０００ｎｍであるとすると、ｎｍ＝３、ｎｓ＝１０のとき、すなわち波長λ＝４００ｎｍのときに上式を満足する関係となる。
【０１１５】
なお、（６）式の関係を満たす波長λが多数存在する場合には、その最小公約数を選択することが望ましい。また、波長λのとりうる範囲は可視光域（約４００〜８００ｎｍ）であることが望ましい。
【０１１６】
〔２〕位置ずれ検査方法
まず、図１に示す位置ずれ検査装置のステージ１６上に、検査対象である検査ウェーハ９０を載置する。検査ウェーハ９０は、製造過程にある実デバイスウェーハである。検査ウェーハ９０には、例えば図３０に示すような検査マークが形成されている。すなわち、シリコン基板９１上には、ＳｉＯ２膜９２と、アルミニウム膜９３と、レジスト膜９４とが順次形成されており、ＳｉＯ２膜９２の一部を選択的に除去することにより主尺が構成され、主尺の内部の領域に形成されたレジスト膜９４により副尺が構成されている。
【０１１７】
次いで、ステップＳ４１において、デバイスプロセスによって規定される主尺の段差Ｍｍと、副尺の段差Ｍｓとを入力する。主尺の段差Ｍｍ及び副尺の段差Ｍｓは、予め他の手段により計測した値を用いてもよいし、プロセスにおける狙い膜厚等を用いてもよい。
【０１１８】
次いで、ステップＳ４２において、主尺と副尺との双方についてＴＩＳを最小限に抑えつつ計測しうる検査波長が存在するか否かを計算する。すなわち、主尺の段差をＭｍ、副尺の段差をＭｓとして、（６）式の関係を満たす波長λが存在するか否かを計算する。
【０１１９】
ステップＳ４２において（６）式の関係を満たす波長λが存在する場合にはステップＳ４７に移行する。一方、（６）式の関係を満たす波長λが存在しない場合にはステップＳ４３に移行する。
【０１２０】
ステップＳ４７に移行したときは、まず、（６）式の関係を満たす波長λを検査光の重心波長として設定する。次いで、当該重心波長λを有する検査光を検査ウェーハ９０に照射し、主尺及び副尺に対する画像信号処理をそれぞれ行い、主尺及び副尺の位置検出を行う。
【０１２１】
一方、ステップＳ４３に移行したときには、まず、ステップＳ４３において、上式を基に主尺に対する最適重心波長λｍを求める。次いで、ステップＳ４４において、重心波長λｍの検査光を検査ウェーハ９０に照射し、主尺に対する画像信号処理を行い主尺の位置検出を行う。次いで、ステップＳ４５において、上式を基に副尺に対する最適重心波長λｓを求める。次いで、ステップＳ４６において、重心波長λｓの検査光を検査ウェーハ９０に照射し、副尺に対する画像信号処理を行い副尺の位置検出を行う。
【０１２２】
次いで、ステップＳ４８において、ステップＳ４４及びステップＳ４６又はステップＳ４７により求めた主尺及び副尺の位置に基づいて両者の位置ずれ量を算出する。こうすることで、ＴＩＳの影響を抑えつつ主尺と副尺との間の位置ずれ量を検査することができる。
【０１２３】
以上の通り、本実施形態によれば、検査マークの段差を予め与え、その段差に基づいてＴＩＳが最小となる検査光の波長を設定するので、位置ずれ検査の処理を簡便に行うことができる。また、主尺の検査光と副尺の検査光とを共用するので、位置ずれ検査の処理をより簡便にすることができる。また、第３実施形態の場合と同様に、ＴＩＳの影響を抑えつつ位置ずれ量を検査することができ、また、ＴＩＳの影響を抑えることができるので、ＴＩＳとＷＩＳとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことができる。
【０１２４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、焦点位置を検査マークの高さ又は深さ方向に移動させ、各焦点位置でのＴＩＳを算出するので、ＴＩＳの主要な原因であるテレセントずれの影響とコマ収差の影響とを個別に評価することができる。これにより、位置ずれ検査装置の光学系の調整を効率よく行うことができ、ＴＩＳが小さい位置ずれ検査装置を製造することができる。また、ＴＩＳが小さい位置ずれ検査装置を提供できるので、ＷＩＳの影響を評価することができ、ＷＩＳの影響が小さい検査マークを有する基準サンプルの提供が可能となる。
【０１２５】
また、検査マークの段差に応じた波長の光を選択して位置ずれ量の計測を行うので、ＴＩＳの影響を抑えて高精度に位置ずれ量を検査することができる。したがって、ＴＩＳとＷＩＳとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことが可能となる。
【０１２６】
また、主尺の段差と副尺の段差とが一定の関係を満たすとき、すなわち、主尺の段差をＭｍ、副尺の段差をＭｓとして、λ／４＝Ｍｍ／ｎｍ＝Ｍｓ／ｎｓ（ｎｍ，ｎｓ＝１，２，…）の関係を満たすとき、波長λの光により位置ずれ検査をおこなうので、主尺及び副尺の双方についてＴＩＳを最小限に抑えつつ計測を行うことができる。したがって、位置ずれ検査を高精度に行うことができるとともに、その処理を簡略にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す図である。
【図２】位置ずれ検査装置のＴＩＳ測定に使用する検査マークの配置例及びＣＣＤカメラから出力される信号を示す模式図である。
【図３】検査マークの深さと光強度との関係を示す図（その１）である。
【図４】検査マークの深さと光強度との関係を示す図（その２）である。
【図５】焦点位置を検査マークの深さ方向に移動させたときのＴＩＳの変化を示す模式図である。
【図６】第１の検査マークの深さをλ／８、第２の検査マークの高さを２．７λ／８〜５．５λ／８としたときのＴＩＳの値を実測した結果を示すグラフである。
【図７】ＴＩＳ測定に使用する検査マークの構造を示す概略断面図（その１）である。
【図８】ＴＩＳ測定に使用する検査マークの構造を示す概略断面図（その２）である。
【図９】ＴＩＳ測定に使用する検査マークの構造を示す概略断面図（その３）である。
【図１０】基準サンプルの構造を示す概略断面図（その１）である。
【図１１】基準サンプルの構造を示す概略断面図（その２）である。
【図１２】基準サンプルの構造を示す概略断面図（その３）である。
【図１３】基準サンプルの構造を示す概略断面図（その４）である。
【図１４】本発明の第１実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を示すフローチャートである。
【図１５】第１実施形態による光学的収差測定方法により測定したＴＩＳと焦点位置との関係を示すグラフであり、焦点位置を固定して第２の検出マークの位置を検出し、焦点位置を移動させて第１の検出マークを検出した場合の測定結果を示す。
【図１６】第１実施形態による光学的収差測定方法により測定したＴＩＳと焦点位置との関係を示すグラフであり、焦点位置を移動させて第１及び第２の検出マークの位置を検出した場合の測定結果を示す。
【図１７】本発明の第２実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す図である。
【図１８】光源から出力された照射光をフィルタに通したときの照射光のスペクトルを示す図（その１）である。
【図１９】光源から出力された照射光をフィルタに通したときの照射光のスペクトルを示す図（その２）である。
【図２０】照射光の重心波長の定義を説明する図である。
【図２１】本発明の第２実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を示すフローチャートである。
【図２２】シリコン基板に形成した溝を第１の検査マークとし、溝の内側に形成したレジスト膜からなる第２の突起を第２の検査マークとした基準サンプルを示す図である。
【図２３】シリコン基板に形成した溝を第１の検査マークとし、溝の内側部分を第２の検査マークとした基準サンプルを示す図である。
【図２４】図２２に示す構造の基準サンプルの焦点位置とＴＩＳとの関係を第１の検査マークの深さを変化させて調べた結果を示すグラフである。
【図２５】図２３に示す構造の基準サンプルの焦点位置とＴＩＳとの関係を第１の検査マークの深さを変化させて調べた結果を示すグラフである。
【図２６】図２２及び図２３に示す構造の基準サンプルの第１の検査マークの深さを変化させてＴＩＳを測定した結果を示すグラフである。
【図２７】ＴＩＳの段差依存性を説明するための検査マークの一例を示す概略断面図である。
【図２８】ＴＩＳと検査光の波長との関係を示すグラフである。
【図２９】本発明の第３実施形態による位置ずれ検査方法を示すフローチャートである。
【図３０】検査ウェーハに形成された検査マークの一例を示す概略断面図である。
【図３１】本発明の第４実施形態による位置ずれ検査方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…ウェーハ
１０ａ…基準サンプル
１１…光源
１２…ライトガイド
１３…照射レンズ群
１４…ビームスプリッタ
１５…対物レンズ群
１６…ステージ
１７…接眼レンズ群
１８…ＣＣＤカメラ
１９…信号処理部
２０…基準サンプル
２１…検査マーク
２５…フィルタ
３１…シリコン基板
３２…第１の検査マーク
３３…第２の検査マーク
３４…第１の検査マーク
３５…第２の検査マーク
３６…第１の検査マーク
３７…第２の検査マーク
４０…シリコン基板
４１…ＳｉＯ２膜
４２…タングステン膜
４３…アルミニウム膜
４４…レジスト膜
４５…レジスト膜
４６…開口部
４７…タングステン膜
４８…ＳｉＯ２膜
４９…アルミニウム膜
５０…レジスト膜
５１…レジスト膜
５２…開口部
６０…基準サンプル
６１…シリコン基板
６２…第１の検査マーク
６３…第２の検査マーク
７０…基準サンプル
７１…シリコン基板
７２…第１の検査マーク
７３…第２の検査マーク
８０…検査ウェーハ
８１…シリコン基板
８２…レジスト膜
９０…検査ウェーハ
９１…シリコン基板
９２…ＳｉＯ２膜
９３…アルミニウム膜
９４…レジスト膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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