(57)【要約】【課題】位置ずれ測定用マーク間の位置ずれを、確実に、容易に、しかも、高い精度にて測定することができる位置ずれ測定装置を提供する。【解決手段】位置ずれ測定装置は、（Ａ）基板５０の第１面５０Ａ、及び、第２面５０Ｂの一部が露出した状態となるように、基板５０の第２面５０Ｂの周縁部を支持する基板支持ステージ１０、（Ｂ）第１の位置ずれ測定用マークを検出するための第１の検出手段２０、（Ｃ）第２の位置ずれ測定用マークを検出するための第２の検出手段３０、及び、（Ｄ）第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれを解析するデータ処理手段４０を備え、レベリング・センサー７０を更に備えている。【選択図】  図１
2006138646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）基板の第１面、及び、基板の第２面の一部が露出した状態となるように、基板の第２面の周縁部を支持する基板支持ステージ、
（Ｂ）基板の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マークを検出するために、基板の第１面側の空間に配置された第１の検出手段、
（Ｃ）基板の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マークを検出するために、基板の第２面側の空間に配置された第２の検出手段、及び、
（Ｄ）第１の検出手段で検出された第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報と、第２の検出手段で検出された第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報とに基づき、第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれを解析するデータ処理手段、
を備えた位置ずれ測定装置であって、
（Ｅ）光源、及び、光源から射出され、第１の位置ずれ測定用マークによって反射される光を検出する光検出器から成り、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出するレベリング・センサー、
を更に備えていることを特徴とする位置ずれ測定装置。
【請求項２】
基板支持ステージの高さ及び傾斜を制御するための制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の位置ずれ測定装置。
【請求項３】
制御手段はアクチュエータから成ることを特徴とする請求項２に記載の位置ずれ測定装置。
【請求項４】
（Ｆ）第２の光源、及び、第２の光源から射出され、第２の位置ずれ測定用マークによって反射される光を検出する第２の光検出器から成る第２のレベリング・センサー、
を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の位置ずれ測定装置。
【請求項５】
基板支持ステージの高さを検出する高さ検出手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の位置ずれ測定装置。
【請求項６】
データ処理手段は、第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報と、第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報とに基づき、第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の相対的な位置ずれ量を算出することを特徴とする請求項１に記載の位置ずれ測定装置。
【請求項７】
（Ａ）基板の第１面、及び、基板の第２面の一部が露出した状態となるように、基板の第２面の周縁部を支持する基板支持ステージ、
（Ｂ）基板の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マークを検出するために、基板の第１面側の空間に配置された第１の検出手段、
（Ｃ）基板の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マークを検出するために、基板の第２面側の空間に配置された第２の検出手段、及び、
（Ｄ）第１の検出手段で検出された第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報と、第２の検出手段で検出された第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報とに基づき、第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれを解析するデータ処理手段、
を備えた位置ずれ測定装置であって、
（Ｅ）基板支持ステージの高さ及び傾斜を制御するための制御手段、
を更に備えていることを特徴とする位置ずれ測定装置。
【請求項８】
制御手段はアクチュエータから成ることを特徴とする請求項７に記載の位置ずれ測定装置。
【請求項９】
（ａ）基板の第１面、及び、基板の第２面の一部が露出した状態となるように、基板支持ステージにおいて基板の第２面の周縁部を支持し、
（ｂ）基板の第１面側の空間に配置された第１の検出手段によって、基板の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マークを検出し、併せて、基板の第２面側の空間に配置された第２の検出手段によって、基板の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マークを検出し、次いで、第１の検出手段で検出された第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報と、第２の検出手段で検出された第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報とに基づき、第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれをデータ処理手段によって解析する、
工程から成る、基板の第１面側に形成された第１の位置ずれ測定用マークと基板の第２面側に形成された第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれを測定する位置ずれ測定方法であって、
前記工程（ａ）の後、前記工程（ｂ）の実行中、あるいは又、前記工程（ｂ）の後に、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出する傾斜検出工程を実行することを特徴とする位置ずれ測定方法。
【請求項１０】
光源、及び、光源から射出され、第１の位置ずれ測定用マークによって反射される光を検出する光検出器から成るレベリング・センサーを用いて、第１の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出する傾斜検出工程を実行することを特徴とする請求項９に記載の位置ずれ測定方法。
【請求項１１】
傾斜検出工程において、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出し、第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜が無くなるように基板支持ステージの傾斜を制御することを特徴とする請求項９に記載の位置ずれ測定方法。
【請求項１２】
傾斜検出工程において、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出し、その検出結果に基づき、データ処理手段によって、第１の検出手段で検出された第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報、及び／又は、第２の検出手段で検出された第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報を補正することを特徴とする請求項９に記載の位置ずれ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の第１面側に形成された第１の位置ずれ測定用マークと、第１面に対向した基板の第２面側に形成された第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれを測定するための位置ずれ測定装置、及び、位置ずれ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリソグラフィ工程においては、基体上にレジスト材料を塗布、乾燥してレジスト層を形成した後、レジスト層の露光、加熱処理、現像処理を行うことで、レジスト層をパターニングする。そして、このパターニングされたレジスト層の線幅測定、目視（外観）検査、位置ずれ測定等の位置ずれ検査を行う。位置ずれ検査に合格した場合には、例えば、パターニングされたレジスト層をエッチング用マスクとして、基体をエッチングする。位置ずれ検査が不合格の場合には、パターニングされたレジスト層を基体から除去し、再び、基体上にパターニングされたレジスト層を形成する。位置ずれ測定には、特別なＴＥＧ（Test Element Group）を配置して電気的特性で評価する方法や、走査型電子顕微鏡による観察といった方法もあるが、インプロセスの位置ずれ測定のために、光学式の位置ずれ測定装置が屡々用いられている（例えば、特開２００２−１２４４５８参照）。
【０００３】
従来の位置ずれ測定装置の概念図を図６に示し、ボックス・イン・ボックス型の位置ずれ測定用マーク及びバー・イン・バー型の位置ずれ測定用マークの平面形状を、それぞれ、図７の（Ａ）及び図８の（Ａ）に模式的に示す。尚、図７の（Ａ）及び図８の（Ａ）において、位置ずれ測定用マークを明確化するために、位置ずれ測定用マークに斜線を付した。更には、図７の（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂにて位置ずれ測定用マーク等を切断したときの模式的な一部端面図を図７の（Ｂ）に示し、図８の（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂにて位置ずれ測定用マーク等を切断したときの模式的な一部端面図を図８の（Ｂ）に示す。
【０００４】
従来の位置ずれ測定装置は、
（１）基板支持ステージ１０上に載置された基板５０の位置ずれ測定用マーク（図６には図示せず）に照明光（例えば、波長５００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の白色光）を照射する光源１２１、
（２）ＣＣＤから成る光検出装置１２３、
（３）光源１２１から射出され、基板５０に設けられた位置ずれ測定用マークによって反射された照明光を光検出装置１２３へと反射させるハーフミラー１２２、及び、
（４）光検出装置１２３から出力された電気信号を処理するデータ処理手段１４０、
を備えている。
【０００５】
第１の位置ずれ測定用マーク１６１は、例えば、下地層１５０上に形成された下層１５１に設けられており、第２の位置ずれ測定用マーク１６２は、下層１５１及び下地層１５０上に形成された上層１５２の上に形成されている。
【０００６】
図７の（Ａ）及び図７の（Ｂ）に図示したボックス・イン・ボックス型の位置ずれ測定用マークにおいて、第１の位置ずれ測定用マーク１６１は、下層１５１に設けられた矩形形状の開口部１５４から成る。そして、上層１５２の上に形成された矩形形状の第２の位置ずれ測定用マーク１６２は、第１の位置ずれ測定用マーク１６１と第２の位置ずれ測定用マーク１６２との間に位置ずれが無い場合には、第１の位置ずれ測定用マーク１６１を構成する矩形形状の開口部１５４の中央部に位置する。
【０００７】
一方、図８の（Ａ）及び図８の（Ｂ）に図示したバー・イン・バー型の位置ずれ測定用マークにおいて、下層１５１に設けられた第１の位置ずれ測定用マーク１６１は、第１の矩形の各辺に相当する位置に設けられた棒状の形状を有する。また、上層１５２の上に形成された第２の位置ずれ測定用マーク１６２は、第２の矩形の各辺に相当する位置に設けられた棒状の形状を有する。そして、第１の位置ずれ測定用マーク１６１と第２の位置ずれ測定用マーク１６２との間に位置ずれが無い場合には、第２の位置ずれ測定用マーク１６２は、第１の位置ずれ測定用マーク１６１の中央部に位置する。具体的には、第１の位置ずれ測定用マーク１６１と、この第１の位置ずれ測定用マーク１６１に対向する第２の位置ずれ測定用マーク１６２とは平行であり、しかも、矩形の相対する２辺に相当する第１の位置ずれ測定用マーク１６１と第２の位置ずれ測定用マーク１６２の２組において、第１の位置ずれ測定用マーク１６１と第２の位置ずれ測定用マーク１６２との間の距離は等しい。
【０００８】
尚、第２の位置ずれ測定用マーク１６２は、例えば、上層１５２をエッチングするためのエッチング用マスクに相当するレジスト層から構成されている。
【０００９】
そして、光源１２１から射出され、ハーフミラー１２２を通過した照明光で位置ずれ測定用マーク１６１，１６２を照射し、位置ずれ測定用マーク１６１，１６２からの反射光をハーフミラー１２２で反射させ、光検出装置１２３で検出し、データ処理手段１４０で画像処理等を行うことで、位置ずれ測定を行う。第１の位置ずれ測定用マーク１６１と第２の位置ずれ測定用マーク１６２との間に位置ずれが無い場合には、通常、エッチング後に上層１５２に形成されたパターンと、下層１５１に形成されているパターンとの間に位置ずれが生じない。
【００１０】
例えばシリコン半導体基板の第１面及び第２面に半導体装置の構成要素を形成するプロセス（ダブル・サイド・プロセス，Double Side Processing とも呼ばれる）が屡々採用されている。ここで、ダブル・サイド・プロセスとは、例えば、先ず、第１面と対向するシリコン半導体基板の第２面に半導体装置の構成要素を形成した後、シリコン半導体基板の第２面に絶縁層を介して支持基板を貼り合わせ、次いで、シリコン半導体基板を第１面の側から研磨することでシリコン半導体基板の厚さを薄くし、次いで、薄くされたシリコン半導体基板の第１面に半導体装置の構成要素を形成するプロセスを指す。
【００１１】
そして、このダブル・サイド・プロセスにおけるリソグラフィ工程において、第２面に形成された半導体装置の構成要素と、第１面に形成される半導体装置の構成要素との相対的な位置関係を揃えるようなアライメント技術として、例えば、ＡＳＭＬ社等から３ＤＡｌｉｇｎ等のアライメント技術が提案されている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−１２４４５８
【非特許文献１】ＡＳＭＬ社、”Ｆｌｙ  ｗｉｔｈ  ＡＳＭＬ  ３ＤＡｌｉｇｎ”、[online]、２００３年、[平成１６年１０月４日検索]、インターネット＜URL:http://www.asml.com/NASApp/asmldotcom/show.do?rid=1930&ctx=1925＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図７の（Ｂ）あるいは図８の（Ｂ）に示したように、下層１５１に形成された第１の位置ずれ測定用マーク１６１が上層１５２に覆われた状態で位置ずれ測定を行うと、第１の位置ずれ測定用マーク１６１の位置に関する情報（データ）に誤差が生じ易い。それ故、金属やポリシリコン等の測定光学系にとって不透明な上層１５２を用いる場合、第１の位置ずれ測定用マーク１６１上の上層１５２の部分を除去した状態で位置ずれ測定を行っている。あるいは又、何らかの理由によって、不透明な材料から成る上層１５２を第１の位置ずれ測定用マーク１６１上に残さなければならない場合には、第１の位置ずれ測定用マーク１６１を十分に読み取れる配慮がなされている。
【００１４】
一方、上記のダブル・サイド・プロセスでは、シリコン半導体基板等のかなり厚い不透明層越しに位置ずれ測定用マークの検出・測定を行う必要がある。しかしながら、このような位置ずれ測定用マークの検出・測定に適した位置ずれ測定装置は、本発明者が調べた限りでは、知られていない。また、位置ずれ測定用マークの検出・測定を行うために、位置ずれ測定用マークの上方の不透明層の部分を選択的に除去して開口部を設け、位置ずれ測定用マークを露出させる方法も考えられるが、係る開口部は、ダブル・サイド・プロセスにおける半導体装置の構成要素の形成、作製において、種々の不都合を招く。それ故、このような方法は、適切な方法であるとは云い難い。
【００１５】
従って、本発明の目的は、例えばシリコン半導体基板の対向する第１面と第２面のそれぞれに設けられた第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれを、確実に、容易に、しかも、高い精度にて測定することができる位置ずれ測定装置、及び、位置ずれ測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様及び第２の態様に係る位置ずれ測定装置は、
（Ａ）基板の第１面、及び、基板の第２面の一部が露出した状態となるように、基板の第２面の周縁部を支持する基板支持ステージ、
（Ｂ）基板の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マークを検出するために、基板の第１面側の空間に配置された第１の検出手段、
（Ｃ）基板の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マークを検出するために、基板の第２面側の空間に配置された第２の検出手段、及び、
（Ｄ）第１の検出手段で検出された第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）と、第２の検出手段で検出された第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）とに基づき、第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれを解析するデータ処理手段、
を備えた位置ずれ測定装置である。
【００１７】
そして、本発明の第１の態様に係る位置ずれ測定装置は、
（Ｅ）光源、及び、光源から射出され、第１の位置ずれ測定用マークによって反射される光を検出する光検出器から成り、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出するレベリング・センサー、
を更に備えていることを特徴とする。
【００１８】
一方、本発明の第２の態様に係る位置ずれ測定装置は、
（Ｅ）基板支持ステージの高さ及び傾斜を制御するための制御手段、
を更に備えていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１の態様に係る位置ずれ測定装置にあっては、基板支持ステージの高さ及び傾斜を制御するための制御手段を更に備えていることが好ましく、制御手段としてアクチュエータを例示することができる。
【００２０】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る位置ずれ測定装置にあっては、
（Ｆ）第２の光源、及び、第２の光源から射出され、第２の位置ずれ測定用マークによって反射される光を検出する第２の光検出器から成る第２のレベリング・センサー、
を更に備えていることが好ましい。
【００２１】
本発明の第２の態様に係る位置ずれ測定装置にあっては、制御手段としてアクチュエータを例示することができる。
【００２２】
以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る位置ずれ測定装置にあっては、基板支持ステージの高さを検出する高さ検出手段を更に備えていることが好ましい。また、データ処理手段は、第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）と、第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）とに基づき、第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の相対的な位置ずれ量を算出することが好ましい。
【００２３】
上記の目的を達成するための本発明の位置ずれ測定方法は、
（ａ）基板の第１面、及び、基板の第２面の一部が露出した状態となるように、基板支持ステージにおいて基板の第２面の周縁部を支持し、
（ｂ）基板の第１面側の空間に配置された第１の検出手段によって、基板の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マークを検出し、併せて、基板の第２面側の空間に配置された第２の検出手段によって、基板の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マークを検出し、次いで、第１の検出手段で検出された第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）と、第２の検出手段で検出された第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）とに基づき、第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれをデータ処理手段によって解析する、
工程から成る、基板の第１面側に形成された第１の位置ずれ測定用マークと基板の第２面側に形成された第２の位置ずれ測定用マークとの間の位置ずれを測定する位置ずれ測定方法であって、
前記工程（ａ）の後、前記工程（ｂ）の実行中、あるいは又、前記工程（ｂ）の後に、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出する傾斜検出工程を実行することを特徴とする。
【００２４】
本発明の位置ずれ測定方法においては、光源、及び、光源から射出され、第１の位置ずれ測定用マークによって反射される光を検出する光検出器から成るレベリング・センサーを用いて、第１の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出する傾斜検出工程を実行する構成とすることができる。
【００２５】
上記の好ましい構成を含む本発明の位置ずれ測定方法においては、前記工程（ａ）の後、前記工程（ｂ）の実行中、あるいは又、前記工程（ｂ）の後に、傾斜検出工程を実行するが、この傾斜検出工程において、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出し、第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜が無くなるように基板支持ステージの傾斜を制御する構成とすることができる。
【００２６】
あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の位置ずれ測定方法においては、前記工程（ａ）の後、前記工程（ｂ）の実行中、あるいは又、前記工程（ｂ）の後に、傾斜検出工程を実行するが、この傾斜検出工程において、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出し、その検出結果に基づき、データ処理手段によって、第１の検出手段で検出された第１の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）、及び／又は、第２の検出手段で検出された第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）を補正する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
基板の第２面の一部及び第１面が露出した状態となるように基板の第２面の周縁部を基板支持ステージによって支持した場合、基板の自重で基板が撓み、第１の位置ずれ測定用マークや第２の位置ずれ測定用マークが傾斜する結果、正確な位置ずれ量測定を行うことが困難になる場合がある。然るに、本発明にあっては、第１の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出するレベリング・センサーが備えられており、あるいは又、基板支持ステージの高さ及び傾斜を制御するための制御手段が備えられているので、あるいは又、基板支持ステージによって支持された基板における第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜を検出する傾斜検出工程を実行するので、第１の位置ずれ測定用マーク及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの傾斜、ひいては、基板の傾斜を補正することが可能となり、正確な位置ずれ量測定を達成することができる。そして、基板の表側と裏側との両方から、表面及び裏面各々に設けられた位置ずれ測定用マークを検出するために、基板を裏返す必要がない。
【００２８】
それ故、本発明によれば、基板の第１面側及び第２面側（例えば、シリコン半導体基板の表面及び裏面）に半導体装置の構成要素を形成するダブル・サイド・プロセスにおいても、確実に、容易に、しかも、高い精度で位置ずれ測定を行うことが可能となり、正確な位置ずれ量測定や、それに基づく位置ずれ量の判断によって、ダブル・サイド・プロセスに基づき製造される半導体装置の品質向上、製造歩留りの向上を達成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００３０】
実施例１は、本発明の第１の態様に係る位置ずれ測定装置、及び、本発明の位置ずれ測定方法に関する。実施例１の位置ずれ測定装置の概念図を図１の（Ａ）に示し、基板支持ステージ等の模式的な断面図を図１の（Ｂ）に示し、位置ずれ測定中の概念図を図２に示す。更には、基板の模式的な一部断面図を図３に例示する。
【００３１】
実施例１の位置ずれ測定装置は、基板５０の第１面側に形成された第１の位置ずれ測定用マーク６１と基板５０の第２面側に形成された第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の位置ずれを測定する位置ずれ測定装置である。そして、実施例１の位置ずれ測定装置は、基板支持ステージ１０、第１の検出手段２０、第２の検出手段３０、及び、コンピュータから構成されたデータ処理手段４０を備えている。
【００３２】
例えば、セラミックスから作製された基板支持ステージ１０は、基板５０の第１面５０Ａ、及び、基板５０の第２面５０Ｂの一部が露出した状態となるように、基板５０の第２面５０Ｂの周縁部を支持する。第１の検出手段２０は、基板５０の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マーク６１を検出するために、基板５０の第１面側の空間に配置されている。第２の検出手段３０は、基板５０の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マーク６２を検出するために、基板５０の第２面側の空間に配置されている。データ処理手段４０は、第１の検出手段２０で検出された第１の位置ずれ測定用マーク６１の位置に関する情報（データ）と、第２の検出手段３０で検出された第２の位置ずれ測定用マーク６２の位置に関する情報（データ）とに基づき、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の位置ずれを解析する（位置ずれの値を求めるためのデータ処理を行う）。
【００３３】
基板支持ステージ１０の中央部には貫通部１１が設けられており、貫通部１１の側壁から基板支持部１２が突出している。即ち、基板５０の第２面５０Ｂの周縁部は、具体的には、基板支持部１２によって支持され、基板５０の第１面５０Ａは、基板５０の第１面側の空間に露出した状態となり、基板５０の第２面５０Ｂの一部は、基板支持ステージ１０の中央部に設けられた貫通部１１を介して、基板５０の第２面側の空間に露出した状態となる。更には、基板支持ステージ１０には、高い平坦度を有する干渉計バーミラー１４，１６が取り付けられており、これらの干渉計バーミラー１４，１６には、例えば、ヘリウム−ネオン・レーザ１５，１７からのレーザ光が照射され、干渉計バーミラー１４，１６によって反射されたレーザ光は、図示しない光検出器によって検出され、この光検出器の出力はデータ処理手段４０に送出される。また、位置ずれ測定装置には制御手段（具体的には、例えば油圧シリンダーから成る複数のアクチュエータ７３）が備えられており、この制御手段の作動によって、即ち、アクチュエータ７３の伸縮による上下動によって、基板支持ステージ１０の高さ及び傾斜が制御される。アクチュエータ７３は、基板支持ステージ１０の下側に、基板支持ステージ１０の下側と接した状態で配置されている。アクチュエータ７３や基板支持ステージ１０は、図示しないＸ−Ｙテーブル上に載置されている。基板支持ステージ１０には、更に、基板支持ステージ１０の高さを検出する高さ検出手段（図示せず）が備えられている。この高さ検出手段は、具体的には、基板支持ステージ１０の四隅に配置された干渉計バーミラーと、ヘリウム−ネオン・レーザとから構成され、これらの干渉計バーミラーにヘリウム−ネオン・レーザからのレーザ光を照射し、反射させて、基板支持ステージ１０の高さを検出する。位置ずれ測定時のフォーカシングは基板５０の状態に依存するので、後述する位置ずれ測定用マークからの信号を検出して行う。
【００３４】
第１の検出手段２０は、例えばハロゲンランプから成る第１の検出用光源２１、ＣＣＤから成る第１の光検出装置２３、第１の検出用光源２１から射出された照明光を通過させ、第１の位置ずれ測定用マーク６１によって反射された反射光（あるいは、回折された回折光）を第１の光検出装置２３へと反射させる第１のハーフミラー２２から構成されている。一方、第２の検出手段３０は、例えばハロゲンランプから成る第２の検出用光源３１、ＣＣＤから成る第２の光検出装置３３、第２の検出用光源３１から射出された照明光を通過させ、第２の位置ずれ測定用マーク６２によって反射された反射光（あるいは、回折された回折光）を第２の光検出装置３３へと反射させる第２のハーフミラー３２から構成されている。第１の光検出装置２３及び第２の光検出装置３３に入射した反射光あるいは回折光は、第１の光検出装置２３及び第２の光検出装置３３によって電気信号に変換され、第１の光検出装置２３及び第２の光検出装置３３からデータ処理手段４０へと出力される。
【００３５】
基板５０は、例えばシリコン半導体基板５１、支持基板５３、及び、シリコン半導体基板５１と支持基板５３との間に設けられた絶縁層５２から構成された、貼り合わせ基板構造を有する。基板５０の第１面側には（より具体的には、シリコン半導体基板５１の第１面５１Ａの側には）、第１の位置ずれ測定用マーク６１が設けられている。ここで、第１の位置ずれ測定用マーク６１は、例えば、エッチング処理すべき基体５５上に形成されたレジスト層の一部分から構成されている。尚、基板５０の第１面側には（より具体的には、シリコン半導体基板５１の第１面５１Ａには）、半導体装置の構成要素が既に形成されている場合があるが、係る半導体装置の構成要素の図示は省略した。一方、基板５０の第２面側には（より具体的には、シリコン半導体基板５１の第２面５１Ｂには）、第２の位置ずれ測定用マーク６２が設けられている。ここで、第２の位置ずれ測定用マーク６２は、例えば、金属薄膜をパターニングすることで形成されている。尚、基板５０の第２面側には（より具体的には、シリコン半導体基板５１の第２面５１Ｂには）、半導体装置の構成要素が形成されているが、係る半導体装置の構成要素の図示は省略した。第２の位置ずれ測定用マーク６２の上方の絶縁層５２及び支持基板５３の部分は、例えばエッチング法に基づき選択的に除去され、開口部５４が形成されており、第２の位置ずれ測定用マーク６２は露出した状態となっている。
【００３６】
このような基板５０は、例えば、先ず、第１面５１Ａと対向するシリコン半導体基板５１の第２面５１Ｂに半導体装置の構成要素及び第２の位置ずれ測定用マーク６２を形成した後、シリコン半導体基板５１の第２面５１Ｂに絶縁層５２を介して支持基板５３を貼り合わせ、次いで、シリコン半導体基板５１を第１面５１Ａの側から研磨することでシリコン半導体基板５１の厚さを薄くし、次いで、開口部５４を形成し、その後、薄くされたシリコン半導体基板５１の第１面５１Ａに半導体装置の構成要素、第１の位置ずれ測定用マーク６１を形成することで得ることができる。但し、基板５０の形成方法はこのような方法に限定するものではない。
【００３７】
第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２は、図７あるいは図８に図示したボックス・イン・ボックス型の位置ずれ測定用マークあるいはバー・イン・バー型の位置ずれ測定用マーク１６１，１６２と同様の構成、構造とすることができる。尚、基板５０の第１面側に形成された第１の位置ずれ測定用マーク６１と基板５０の第２面側に形成された第２の位置ずれ測定用マーク６２とは、例えば、半導体装置の１チップ毎に設けられ、且つ、１チップ内に数カ所設けられている。尚、実際に測定するチップは基板５０内で数チップから十数チップである。図３にあっては、位置ずれ測定用マーク６１，６２として、バー・イン・バー型の位置ずれ測定用マークを図示している。
【００３８】
例えば、バー・イン・バー型の位置ずれ測定用マーク６１，６２が検査用光源２１，３１からの照明光によって照射され、バー・イン・バー型の位置ずれ測定用マーク６１，６２によって反射された反射光あるいは回折された回折光が光検出装置２３，３３に入射した場合、一般には、模式的に図４の（Ａ）に図示する信号がデータ処理手段４０に出力される。尚、図４の（Ａ）、（Ｂ）においては、基板５０や第１の位置ずれ測定用マーク６１、第２の位置ずれ測定用マーク６２を概念的に表示している。実際には、位置ずれ測定用マーク６１，６２の両方に最大限合うように、検査用光源２１，３１からの照明光の焦点合わせを行う。具体的には、アクチュエータ７３を作動させて基板支持ステージ１０の高さを少しずつ変更するか、検査用光源２１，３１からの照明光の焦点高さを少しずつ動かし、位置ずれ測定用マーク６１，６２の両方に対して光学像のコントラストが最大となる位置を探す。
【００３９】
ところが、図１の（Ｂ）に模式的に示したように、基板５０の第２面５０Ｂの周縁部が基板支持部１２によって支持された状態にあっては、通常、基板５０の自重によって基板５０は撓んだ状態となる。基板５０が撓むと、位置ずれ測定用マーク６１，６２が傾き、位置ずれ測定用マーク６１，６２全体に亙って照明光の均一なるフォーカシングが困難になる。その結果、位置ずれ測定用マーク６１，６２によって反射された反射光あるいは回折された回折光が光検出装置２３，３３に入射したとき、模式的に図４の（Ｂ）に図示する信号がデータ処理手段４０に出力される。それ故、位置ずれ測定用マーク６１，６２の像のコントラストが低下し、信号波形が劣化し、その結果、位置ずれ測定精度が低下する場合がある。例えば、位置ずれ測定用マーク６１，６２の大きさを５０μｍ四方としたとき、位置ずれ測定用マーク６１，６２が１度傾くと、位置ずれ測定用マーク６１，６２の両端部で約０．９μｍの高さ変化が生じる。ＬＳＩ回路製造においては、１０ｎｍ以下の位置ずれ測定精度が要求されるが故に、このような位置ずれ測定用マーク６１，６２の傾斜は無視することができないし、許容することもできない。
【００４０】
更には、図９に模式的に図示するように、位置ずれ測定用マーク６１，６２が傾斜すると、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２は、見掛け上、反対方向に位置がずれてしまい、測定誤差が発生するという問題が生じる。第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の距離（シリコン半導体基板５１の厚さ）をＤ、傾斜角（回転角）をθとすると、傾斜による位置ずれ量は、近似的にＤ×θとなる。従って、Ｄ＝１μｍ、θ＝１度とした場合、０．０１７５μｍの変位が発生する。通常、基板５０を構成するシリコン半導体基板５１の厚さ（＝Ｄ）は１０μｍ程度なので、位置ずれ測定用マーク６１，６２が１度傾斜すると、約０．１８μｍの誤差が生じることになる。このような値は、ＬＳＩ回路製造では、とても許容できる値ではない。
【００４１】
実施例１の位置ずれ測定装置にあっては、光源７１、及び、光源７１から射出され、第１の位置ずれ測定用マーク６１によって反射される光を検出する光検出器７２から成り、基板支持ステージ１０によって支持された基板５０における第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を検出するレベリング・センサー７０が更に備えられている。ここで、光源７１は、例えば、赤色を発光する発光ダイオードや半導体レーザと、例えば、緑色を発光する発光ダイオードや半導体レーザとの組合せとすることができる。また、光検出器７２は、例えばＣＣＤから構成することができる。光検出器７２の出力は、データ処理手段４０に入力される。光源７１及びアクチュエータ７３の動作は、データ処理手段４０によって制御される。
【００４２】
実施例１の位置ずれ測定装置においては、第１の検出手段２０と第２の検出手段３０とが、基板５０の第１面側の空間及び第２面側の空間に設けられている。従って、第１の検出手段２０と第２の検出手段３０との相対的な位置関係を、予め把握しておく必要がある。そのためには、予め基板支持ステージ１０の表面及び裏面の周辺部に相対的な位置関係が既知の基準マーク１３（図１の（Ａ）及び図２には、基板支持ステージ１０の表面に設けられた基準マーク１３のみを図示した）を設けておけばよい。あるいは又、基板支持ステージ１０の周辺部に、第１の検査用光源２１及び第２の検査用光源３１からの照明光に対して透明な領域を設け、この領域に基準マークを設けてもよい。これによって、透明な領域において、第１の検出手段２０と第２の検出手段３０によって基板支持ステージ１０の表面側及び裏面側から基準マークを参照することができるので、第１の検出手段２０と第２の検出手段３０との間の相対的な位置関係の較正を容易に行うことができる。また、基準マーク１３を用いることで、レベリング・センサー７０の校正を行うことができる。
【００４３】
以下、実施例１の位置ずれ測定装置を用いた、実施例１の位置ずれ測定方法を説明するが、実施例１の位置ずれ測定方法にあっては、基板支持ステージ１０において基板５０の第２面の周縁部を支持した後、直ちに、上述したレベリング・センサー７０を用いて、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を検出する傾斜検出工程を実行する。また、基板５０の第１面側に形成された第１の位置ずれ測定用マーク６１と基板５０の第２面側に形成された第２の位置ずれ測定用マーク６２とは、例えば、半導体装置の１チップ毎に、且つ、１つのチップ内に複数カ所設けられている。そして、基板５０の面内で、中心、上下左右斜めの９チップ、且つ、各チップ内で５カ所に対して、各第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２の組毎に傾斜検出工程を実行する。
【００４４】
［工程−１００］
先ず、図示しない搬送機器を用いて、基板５０を基板支持ステージ１０へと搬入し、基板５０の第１面５０Ａ、及び、基板５０の第２面５０Ｂの一部が露出した状態となるように、基板支持ステージ１０において基板５０の第２面の周縁部を支持する（図１の（Ｂ）参照）。尚、このような操作は、周知のロボット等を用いて行うことができる。
【００４５】
［工程−１１０］
そして、Ｘ−Ｙテーブルを作動させて、半導体装置の１チップ毎に設けられ、且つ、１チップ内に複数カ所設けられている第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２の内、測定対象となる第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２を第１の検査用光源２１及び第２の検査用光源３１の略光軸上に位置させる。次いで、基板支持ステージ１０によって支持された基板５０における第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を検出する傾斜検出工程を実行する。ここで、実施例１においては、上述したレベリング・センサー７０を用いて、傾斜検出工程を実行する。具体的には、図２に模式的に示すように、例えば、光源７１から２条の光を第１の位置ずれ測定用マーク６１に対して斜めに射出し、第１の位置ずれ測定用マーク６１によって反射されたそれぞれの光を光検出器７２によって検出し、検出結果をデータ処理手段４０によって解析することで、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を測定することができる。併せて、図示しない高さ検出手段によって基板支持ステージ１０の高さ情報（データ）も同時にモニターしておき、傾斜と高さによる変動を区別する。
【００４６】
［工程−１２０］
更に、傾斜検出工程を実行する。即ち、基板支持ステージ１０によって支持された基板５０における第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を検出し、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜が無くなるように基板支持ステージ１０の傾斜を制御する。即ち、データ処理手段４０での解析から得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜の情報（データ）に基づき、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜が無くなるように基板支持ステージ１０の傾斜を制御する。具体的には、データ処理手段４０の制御下、アクチュエータ７３を作動させ、レベリング・センサー７０によって第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を測定するといった操作を繰り返し、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を無くす。
【００４７】
［工程−１３０］
次に、基板５０の第１面側の空間に配置された第１の検出手段２０によって、基板５０の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マーク６１を検出し、併せて、基板５０の第２面側の空間に配置された第２の検出手段３０によって、基板５０の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マーク６２を検出する。
【００４８】
具体的には、例えば、バー・イン・バー型の第１の位置ずれ測定用マーク６１が第１の検査用光源２１からの照明光によって照射され、第１の位置ずれ測定用マーク６１によって反射された反射光あるいは回折された回折光が第１のハーフミラー２２によって反射されて第１の光検出装置２３に入射され、電気信号に変換され、データ処理手段４０に出力される。一方、例えば、バー・イン・バー型の第２の位置ずれ測定用マーク６２が第２の検査用光源３１からの照明光によって照射され、第２の位置ずれ測定用マーク６２によって反射された反射光あるいは回折された回折光が第２のハーフミラー３２によって反射されて第２の光検出装置３３に入射され、電気信号に変換され、データ処理手段４０に出力される。
【００４９】
そして、データ処理手段４０において、第１の検出手段２０で検出された第１の位置ずれ測定用マーク６１の位置に関する情報（データ）と、第２の検出手段３０で検出された第２の位置ずれ測定用マーク６２の位置に関する情報（データ）とが処理される。具体的には、データ処理手段４０は、例えば、第１の検出手段２０及び第２の検出手段３０によって得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１の位置に関する情報（データ）及び第２の位置ずれ測定用マーク６２の位置に関する情報（データ）を合成する処理を行う。この合成処理によって、例えば第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の相対的な位置ずれ量や位置ずれ方向を算出することができる。より具体的には、データ処理手段４０において、検出情報である画像を処理し、図４の（Ａ）に示したような信号から、各位置ずれ測定用マーク６１，６２の中点を求める。そして、ヘリウム−ネオン・レーザ１５，１７、干渉計バーミラー１４，１６、及び、図示しない光検出器を用いて、各位置ずれ測定用マーク６１，６２の絶対位置を決定する。更には、これらの結果から、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２の相対的な位置ずれ量を算出する。尚、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２の相対的な位置ずれ量の算出は、第１の位置ずれ測定用マーク６１の絶対位置の決定と、第２の位置ずれ測定用マーク６２の絶対位置の決定とを別個に行うことで得ることもできるし、あるいは又、データ処理手段４０において、第１の位置ずれ測定用マーク６１の検出情報である画像と、第２の位置ずれ測定用マーク６２の検出情報である画像とを合成した画像から、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２の絶対位置を同時に決定することもできる。
【００５０】
こうして、或るチップに相当する領域での第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の位置ずれの測定を完了したので、Ｘ−Ｙテーブルを作動させて、同じチップ内の別の測定箇所に移動させる。あるいは又、次の半導体装置の１チップに設けられた第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２を第１の検査用光源２１及び第２の検査用光源３１の略光軸上に位置させる。そして、［工程−１１０］以降を繰り返す。
【００５１】
そして、この位置ずれ量や位置ずれ方向の測定結果に基づき、次の半導体装置の製造工程へと進めるべきか、否かを決定することができる。即ち、その他、レジスト層の線幅測定、目視（外観）検査等の位置ずれ検査を行い、位置ずれ検査に合格した場合には、例えば、パターニングされたレジスト層をエッチング用マスクとして、基体５５をエッチングする。位置ずれ検査が不合格の場合には、パターニングされたレジスト層を基体５５から除去し、再び、基体上にパターニングされたレジスト層を形成する。
【００５２】
あるいは又、第１の位置ずれ測定用マーク６１を、例えば、金属薄膜をパターニングすることで形成された位置ずれ測定用マークとし、次の工程において、シリコン半導体基板５１の第１面５１Ａ上にレジスト層を形成し、フォトリソグラフィ技術に基づき露光装置内でこのレジスト層に対して露光処理を行う場合、露光装置内における基板５０の配置状態、特に、半導体装置のチップ内のパターン配置状態及び基板５０内でのチップの配置状態を、位置ずれ量や位置ずれ方向の測定結果に基づき、補正すればよい。
【００５３】
尚、実施例１においては、レベリング・センサー７０によって第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を測定したが、位置ずれ測定装置に、第２の光源、及び、第２の光源から射出され、第２の位置ずれ測定用マークによって反射される光を検出する第２の光検出器から成る第２のレベリング・センサーを更に備えさせ、この第２のレベリング・センサーによって第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜を測定することで、基板５０の傾斜の測定を一層向上させることができる。より具体的には、［工程−１１０］の傾斜検出工程において、基板支持ステージ１０によって支持された基板５０における第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜を検出した後、［工程−１２０］の傾斜検出工程において、第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜が平均的に無くなるように基板支持ステージ１０の傾斜を制御すればよい。あるいは又、［工程−１１０］の傾斜検出工程において、基板支持ステージ１０によって支持された基板５０における第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜を検出した後、［工程−１２０］の傾斜検出工程において、第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜が無くなるように基板支持ステージ１０の傾斜を制御してもよい。
【００５４】
［工程−１３０］を実行した後、［工程−１１０］及び［工程−１２０］を実行してもよい。この場合には、［工程−１３０］の実行によって得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の相対的な位置ずれ量や位置ずれ方向には、第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜に起因した誤差が含まれる。従って、［工程−１３０］の後に［工程−１１０］及び［工程−１２０］を実行することで得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜に関する情報（データ）に基づき、［工程−１３０］の実行によって得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１の位置に関する情報（データ）及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）を補正すればよい。
【００５５】
あるいは又、［工程−１２０］を省略してもよい。即ち、［工程−１１０］において、基板支持ステージ１０によって支持された基板５０における第１の位置ずれ測定用マーク６１（及び／又は第２の位置ずれ測定用マーク６２）の傾斜を検出し、その検出結果に基づき、［工程−１３０］において、データ処理手段４０によって、第１の位置ずれ測定用マーク６１の位置に関する情報（データ）及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）を補正してもよい。即ち、［工程−１３０］の実行によって得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の相対的な位置ずれ量や位置ずれ方向には、第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜に起因した誤差が含まれる。従って、［工程−１１０］を実行することで得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜に関する情報（データ）に基づき、［工程−１３０］の実行によって得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１の位置に関する情報（データ）及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）を補正すればよい。あるいは又、［工程−１２０］を省略して、［工程−１３０］、［工程−１１０］の順に実行してもよい。即ち、［工程−１３０］の実行によって得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１の位置に関する情報（データ）及び／又は第２の位置ずれ測定用マークの位置に関する情報（データ）を、［工程−１１０］を実行することで得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜に関する情報（データ）に基づき、補正すればよい。
【実施例２】
【００５６】
実施例２は、実施例１の位置ずれ測定装置の変形である。実施例２の位置ずれ測定装置の概念図を図５に示す。以下、実施例２の位置ずれ測定装置が実施例１の位置ずれ測定装置と相違する点について、説明する。
【００５７】
実施例２の位置ずれ測定装置において、第１の検出手段２０Ａは、例えばハロゲンランプから成る第１の検出用光源２１、第１のシャッター２４、ＣＣＤから成る光検出装置８３、第１の検出用光源２１から射出された照明光を通過させ、第１の位置ずれ測定用マーク６１によって反射された反射光（あるいは、回折された回折光）を光検出装置８３へと反射させる第１のハーフミラー２２から構成されている。一方、第２の検出手段３０Ａは、例えばハロゲンランプから成る第２の検出用光源３１、第２のシャッター３４、ＣＣＤから成る光検出装置８３（この光検出装置８３は、第１の検出手段２０Ａを構成する光検出装置と共通であり、同じものである）、第２の検出用光源３１から射出された照明光を通過させ、第２の位置ずれ測定用マーク６２によって反射された反射光（あるいは、回折された回折光）を光検出装置８３へと反射させる第２のハーフミラー３２、反射鏡３２Ａ、及び、ハーフミラー８２から構成されている。
【００５８】
実施例２の位置ずれ測定装置のその他の構成要素は、実施例１の位置ずれ測定装置の対向する構成要素と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。但し、第１の位置ずれ測定用マーク６１によって反射された反射光（あるいは、回折された回折光）と第２の位置ずれ測定用マーク６２によって反射された反射光（あるいは、回折された回折光）を１つの光検出装置８３によって検出するので、干渉計バーミラー１４，１６やヘリウム−ネオン・レーザ１５，１７、レーザ光に光検出器は、本質的に不要である。
【００５９】
実施例２の位置ずれ測定装置にあっては、基板５０の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マーク６１から得られる反射光（あるいは回折光）と、基板５０の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マーク６２から得られる反射光（あるいは回折光）を、１つの光検出装置８３で、別々にあるいは同時に検出するので、干渉計バーミラー１４，１６やヘリウム−ネオン・レーザ１５，１７、レーザ光に光検出器が、本質的に不要となり、安価なシステム構成が可能となる。尚、第１の位置ずれ測定用マーク６１から得られる反射光（あるいは回折光）と、第２の位置ずれ測定用マーク６２から得られる反射光（あるいは回折光）を、１つの光検出装置８３で、別々に検出する場合、第１の検出用光源２１、第２の検出用光源３１から射出された照明光を遮るための第１のシャッター２４、第２のシャッター３４を、第１の検出用光源２１、第２の検出用光源３１の下流に配置すればよい。
【００６０】
実施例２の位置ずれ測定装置を用いた位置ずれ測定方法は、実施例１において説明した位置ずれ測定方法と実質的に同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【実施例３】
【００６１】
実施例３は、本発明の第２の態様に係る位置ずれ測定装置、及び、本発明の位置ずれ測定方法に関する。実施例３の位置ずれ測定装置は、レベリング・センサー７０が備えられていないことを除き、実施例１の位置ずれ測定装置と同じ構成、構造を有し、その概念図は、実質的に、図１の（Ａ）に示したと同様である。実施例３の位置ずれ測定装置にあっても、基板支持ステージ１０の高さ及び傾斜を制御するための制御手段（具体的には、例えば油圧シリンダーから成る複数のアクチュエータ７３）が備えられており、この制御手段の作動によって、即ち、アクチュエータ７３の伸縮による上下動によって、基板支持ステージ１０の高さ及び傾斜が制御される。実施例３の位置ずれ測定装置にあっても、アクチュエータ７３は、基板支持ステージ１０の下側に、基板支持ステージ１０の下側と接した状態で配置されている。
【００６２】
以下、実施例３の位置ずれ測定装置を用いた、実施例３の位置ずれ測定方法を説明するが、実施例３の位置ずれ測定方法にあっては、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の位置ずれをデータ処理手段によって解析している間に、傾斜検出工程を実行する。そして、この傾斜検出工程において、基板支持ステージ１０によって支持された基板５０における第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を検出し、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜が無くなるように基板支持ステージ１０の傾斜を制御する。
【００６３】
［工程−３００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様に、基板５０を基板支持ステージ１０へと搬入し、基板５０の第１面５０Ａ、及び、基板５０の第２面５０Ｂの一部が露出した状態となるように、基板支持ステージ１０において基板５０の第２面の周縁部を支持する。
【００６４】
［工程−３１０］
そして、Ｘ−Ｙテーブルを作動させて、半導体装置の１チップあるいは数チップに相当する領域毎に設けられている第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２を第１の検査用光源２１及び第２の検査用光源３１の略光軸上に位置させる。次いで、基板５０の第１面側の空間に配置された第１の検出手段２０によって、基板５０の第１面側に設けられた第１の位置ずれ測定用マーク６１を検出し、併せて、基板５０の第２面側の空間に配置された第２の検出手段３０によって、基板５０の第２面側に設けられた第２の位置ずれ測定用マーク６２を検出する。
【００６５】
第１の位置ずれ測定用マーク６１が傾斜している場合、第１の位置ずれ測定用マーク６１から得られる反射光（あるいは回折光）が第１の光検出装置２３に入射され、電気信号に変換され、データ処理手段４０に出力されるが、係る電気信号は、模式的に図４の（Ｂ）に図示する信号である。そして、データ処理手段４０での解析から得られた第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜の情報（データ）に基づき、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜が無くなるように基板支持ステージ１０の傾斜を制御する。具体的には、第１の位置ずれ測定用マーク６１から得られる反射光（あるいは回折光）に基づきデータ処理手段４０に出力される電気信号が、模式的に図４の（Ａ）に図示する信号となるように、データ処理手段４０の制御下、アクチュエータ７３を作動させて基板支持ステージ１０の傾斜を制御する。併せて、図示しない高さ検出手段によって基板支持ステージ１０の高さ情報（データ）も同時にモニターしておき、傾斜と高さによる変動を区別する。
【００６６】
こうして、第１の位置ずれ測定用マーク６１が傾斜していない状態となったならば、即ち、データ処理手段４０において、検出情報である画像を処理し、図４の（Ａ）に示したような信号となったならば、各位置ずれ測定用マーク６１，６２の中点を求める。そして、ヘリウム−ネオン・レーザ１５，１７、干渉計バーミラー１４，１６、及び、図示しない光検出器を用いて、各位置ずれ測定用マーク６１，６２の絶対位置を決定する。更には、これらの結果から、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２の相対的な位置ずれ量を算出する。尚、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２の相対的な位置ずれ量の算出は、第１の位置ずれ測定用マーク６１の絶対位置の決定と、第２の位置ずれ測定用マーク６２の絶対位置の決定とを別個に行うことで得ることもできるし、あるいは又、データ処理手段４０において、第１の位置ずれ測定用マーク６１の検出情報である画像と、第２の位置ずれ測定用マーク６２の検出情報である画像とを合成した画像から、第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２の絶対位置を同時に決定することもできる。こうして、第１の位置ずれ測定用マーク６１が傾斜していない状態における、基板５０の第１面側に形成された第１の位置ずれ測定用マーク６１と基板５０の第２面側に形成された第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の位置ずれ量を求めることができる。
【００６７】
こうして、或るチップに相当する領域での第１の位置ずれ測定用マーク６１と第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の位置ずれの測定を完了したので、Ｘ−Ｙテーブルを作動させて、同じチップ内の別の測定箇所に移動させる。あるいは又、次の半導体装置の１チップに設けられた第１の位置ずれ測定用マーク６１及び第２の位置ずれ測定用マーク６２を第１の検査用光源２１及び第２の検査用光源３１の略光軸上に位置させる。そして、［工程−３１０］を繰り返す。
【００６８】
そして、実施例１と同様に、この位置ずれ量や位置ずれ方向の測定結果に基づき、次の半導体装置の製造工程へと進めるべきか、否かを決定することができるし、あるいは又、フォトリソグラフィ技術に基づき露光装置内でこのレジスト層に対して露光処理を行う場合の各種の処理、補正を行うこともできる。
【００６９】
尚、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜を測定したと同様の方法で、第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜を測定してもよいし、第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜と第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜を測定して、傾斜の情報（データ）を平均化してもよい。
【００７０】
また、第１の位置ずれ測定用マーク６１が傾斜している場合、模式的に図４の（Ｂ）に図示する電気信号が得られるが、係る電気信号に基づき、データ処理手段４０において第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜量を算出し、係る第１の位置ずれ測定用マーク６１の傾斜量に基づき、データ処理手段４０において、基板５０の第１面側に形成された第１の位置ずれ測定用マーク６１と基板５０の第２面側に形成された第２の位置ずれ測定用マーク６２との間の位置ずれ量を補正することもできる。
【００７１】
あるいは又、模式的に図４の（Ｂ）に図示する電気信号から模式的に図４の（Ａ）に図示する電気信号となるように、第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２に入射する照明光の状態（例えば入射角や光軸）を変更する手段を設け、あるいは、第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２によって反射された反射光あるいは回折された回折光が光検出装置に入射する状態（例えば入射角や光軸）を変更する手段を設け、あるいは、第１の検査用光源２１及び第２の検査用光源３１の配置状態や光軸の角度を変更する手段を設け、これらの手段によって入射角や光軸、配置、光軸等が変更された状態に関する情報（データ）に基づき、第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２の傾斜量を算出することもできる。
【００７２】
実施例３においても、実施例２にて説明した位置ずれ測定装置を用いることができる。
【００７３】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例における位置ずれ測定装置の構成要素の具体的な構成、構造は例示であり、適宜、変更することができるし、実施例において説明した位置ずれ測定方法の具体的な方法も例示であり、適宜、変更することができる。更には、基板や位置ずれ測定用マークの構造や構成も例示であり、適宜、変更することができる。更には、データ処理手段とは別のコンピュータから構成された処理手段を配置し、各種の処理を行ってもよい。また、第１の検出用光源２１及び第２の検出用光源３１を１つの検出用光源から構成し、この検出用光源から射出した照明光を、例えば光ファイバーや反射系あるいは屈折系の光学系を介して、第１の位置ずれ測定用マーク６１や第２の位置ずれ測定用マーク６２に入射させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１の（Ａ）は、実施例１の位置ずれ測定装置の概念図であり、図１の（Ｂ）は、基板支持ステージ等の模式的な断面図である。
【図２】図２は、位置ずれ測定を行っている状態を説明する概念図である。
【図３】図３は、基板の一例の模式的な一部断面図である。
【図４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、光検出装置から出力された信号を模式的に示す図である。
【図５】図５は、実施例１の位置ずれ測定装置の変形例の概念図である。
【図６】図６は、従来の位置ずれ測定装置の概念図である。
【図７】図７の（Ａ）は、ボックス・イン・ボックス型の位置ずれ測定用マークの模式的な平面形状であり、図７の（Ｂ）は、図７の（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂにて位置ずれ測定用マークを切断したときの模式的な一部端面図である。
【図８】図８の（Ａ）は、バー・イン・バー型の位置ずれ測定用マークの模式的な平面形状であり、図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂにて位置ずれ測定用マークを切断したときの模式的な一部端面図である。
【図９】位置ずれ測定用マークが傾斜し、第１の位置ずれ測定用マークと第２の位置ずれ測定用マークが見掛け上反対方向に位置がずれている状態を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０・・・基板支持ステージ、１１・・・貫通部、１２・・・基板支持部、１３・・・基準マーク、１４，１６・・・干渉計バーミラー、１５，１７・・・ヘリウム−ネオン・レーザ、２０，２０Ａ・・・第１の検出手段、２１・・・第１の検出用光源、２２・・・第１のハーフミラー、２３・・・第１の光検出装置、２４・・・第１のシャッター、３０，３０Ａ・・・第２の検出手段、３１・・・第２の検出用光源、３２・・・第２のハーフミラー、３２Ａ・・・反射鏡、３３・・・第２の光検出装置、３４・・・第２のシャッター、４０・・・データ処理手段、５０・・・基板、５０Ａ・・・基板の第１面、５０Ｂ・・・基板の第２面、５１・・・シリコン半導体基板、５１Ａ・・・シリコン半導体基板の第１面、５１Ｂ・・・シリコン半導体基板の第２面、５２・・・絶縁層、５３・・・支持基板、５４・・・開口部、５５・・・基体、６１・・・第１の位置ずれ測定用マーク、６２・・・第２の位置ずれ測定用マーク、７０・・・レベリング・センサー、７１・・・光源、７２・・・光検出器、７３・・・アクチュエータ、８２・・・ハーフミラー、８３・・・光検出装置
【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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