(57)【要約】【課題】基板の表面および裏面にパターンが形成される場合の表裏パターンの合わせズレを正確に検査できるようにすること。【解決手段】本発明は、基板Ｗの表裏に形成されたパターンの合わせズレを検査する装置において、所定のステージＳに載置される基板Ｗの表側に配置され、その基板Ｗの表側に設けられている第１のマークＰ１を検出する第１の検出手段１と、基板Ｗの裏側に配置され、その基板Ｗの裏側に設けられている第２のマークＰ２を検出する第２の検出手段２と、第１の検出手段１で検出した第１のマークＰ１の検出データと、第２の検出手段２で検出した第２のマークＰ２の検出データとを合成するデータ処理手段１０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表裏に形成されたパターンの合わせズレを検査する装置において、
所定のステージに載置される前記基板の表側に配置され、前記基板の表側に設けられている第１のマークを検出する第１の検出手段と、
前記基板の裏側に配置され、前記基板の裏側に設けられている第２のマークを検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段で検出した前記第１のマークの検出データと、前記第２の検出手段で検出した前記第２のマークの検出データとを合成するデータ処理手段と
を備えていることを特徴とする合わせズレ検査装置。
【請求項２】
前記データ処理手段は、前記第１のマークの検出データと、前記第２のマークの検出データとを合成して、一方のマークに対する他方のマーク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記載の合わせズレ検査装置。
【請求項３】
前記ステージの前記基板が載置される位置には、前記基板の裏側を参照するための透光部が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の合わせズレ検査装置。
【請求項４】
基板の表裏に形成されたパターンの合わせズレを検査する装置において、
所定のステージに載置される前記基板の表側に配置され、その基板の表側に設けられている第１のマークの像を反射させる第１の反射手段と、
前記基板の裏側に配置され、その基板の裏側に設けられている第２のマークの像を反射させる第２の反射手段と、
前記第１の反射手段で反射した前記第１のマークの像と、前記第２の反射手段で反射した前記第２のマークの像とを取り込む検出手段と、
前記検出手段で取り込んだ前記第１のマークの像と前記第２のマークの像とを合成するデータ処理手段と
を備えていることを特徴とする合わせズレ検査装置。
【請求項５】
前記データ処理手段は、前記第１のマークの像と前記第２のマークの像とを合成して、一方のマークに対する他方のマーク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記載の合わせズレ検査装置。
【請求項６】
前記ステージの前記基板が載置される位置には、前記基板の裏側を参照するための透光部が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の合わせズレ検査装置。
【請求項７】
基板の表裏に形成されたパターンの合わせズレを検査する方法において、
前記基板の表側に設けられている第１のマークを検出するとともに、前記基板の裏側に設けられている第２のマークを検出する工程と、
検出した前記第１のマークの検出データと、前記第２のマークの検出データとを合成して、一方のマークに対する他方のマークの相対的な位置ずれ量を算出する工程と
を備えていることを特徴とする合わせズレ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表裏に所定のパターンが形成されている対象物について、表裏のパターンの合わせズレを検査する合わせズレ検査装置および合わせズレ検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面と裏面とにデバイスを形成するプロセス（Double Side Processing）において、表側のデバイス層と裏側のデバイス層との相対位置を一致させるようにしたリソグラフィ工程での露光装置として、ASML社などから3DAlignなどアライメント技術が提案されている。（{ HYPERLINK "http://www.asml.com/NASApp/asmldotcom/show.do?rid=1930&ctx=1925" ,http://www.asml.com/NASApp/asmldotcom/show.do?rid=1930&ctx=1925}）
【０００３】
ここで、通常のリソグラフィ工程では、レジスト塗布→露光→加熱処理→現像処理でのパターン形成後、検査工程として線幅測定、合わせズレ測定、目視（外観）検査等を行っている。
【０００４】
合わせズレ検査には、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、SEM（Scanning Electron Microscope）を使った方法などもあるが、通常のインプロセスモニタとしては、光学式の検査装置が使われるのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図５は、従来の合わせズレ検査装置を説明する模式図である。この合わせズレ検査装置は、ステージＳ上に載置された基板Ｗに光を照射する照明Ｌと、照明Ｌによる基板Ｗからの反射光をディテクター１１へ反射させるハーフミラーＭと、ディテクター１１で変換した画像データを処理するデータ処理手段１０とを備えている。
【０００６】
このような合わせズレ検査装置では、照明Ｌとして白色光（波長500〜800nm程度）を用い、この白色光を測定対象である合わせズレ測定用のマーク（Box-in-BoxマークやBar-in-Barマーク）に照射し、その反射光をCCD（Charge Coupled Device）等のディテクター１１で検出し、データ処理手段１０で画像処理等を行うことで、ターゲット層との相対的な位置ズレ測定を行っている。
【０００７】
図６は合わせズレ測定用のマークを説明する図で、（ａ）はBox-in-Boxマークの断面図、（ｂ）はBox-in-Boxマークの平面図、（ｃ）はBar-in-Barマークの平面図である。いずれのマークも基準層に対する測定層の位置を検出することで二つの層の合わせズレを測定している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１２４４５８号公報
【非特許文献１】ＡＳＭＬ社、”Ｆｌｙ  ｗｉｔｈ  ＡＳＭＬ  ３ＤＡｌｉｇｎ”、[online]、２００３年、[平成１５年１２月９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】
【０００９】
合わせズレ測定は、現在処理を行っている層（測定層）とターゲット層（基準層）との二層（あるいは複数の基準層）間の位置ずれ測定を行うことで製品保証を行っているが、通常のプロセスにおいては、基準層と測定層との間の層はプロセス的な工夫を行うことで十分マーク検出を行えるようにしている。具体的には、メタルやPoly-Si等の測定光学系にとって非透明な膜は除去され、SiO2等の透明膜だけを残すことで、マーク検出を容易にしている。あるいは、何らかの理由によって、非透明膜を残す場合にも、マーク段差が十分に取れる様な配慮を行うことで、マーク検出のコントラストを維持している。
【００１０】
しかしながら、上記のDouble Side Processingでは、基板となるシリコンウェハ等の十分厚い非透明膜越しにマーク検出を行う必要があるが、これに対応した合わせズレ検査装置がないというのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、基板の表裏に形成されたパターンの合わせズレを検査する装置において、所定のステージに載置される基板の表側に配置され、その基板の表側に設けられている第１のマークを検出する第１の検出手段と、基板の裏側に配置され、その基板の裏側に設けられている第２のマークを検出する第２の検出手段と、第１の検出手段で検出した第１のマークの検出データと、第２の検出手段で検出した第２のマークの検出データとを合成するデータ処理手段とを備えている。
【００１２】
また、本発明は、所定のステージに載置される前記基板の表側に配置され、その基板の表側に設けられている第１のマークの像を反射させる第１の反射手段と、基板の裏側に配置され、その基板の裏側に設けられている第２のマークの像を反射させる第２の反射手段と、第１の反射手段で反射した第１のマークの像と、第２の反射手段で反射した第２のマークの像とを取り込む検出手段と、検出手段で取り込んだ第１のマークの像と第２のマークの像とを合成するデータ処理手段とを備えるものでもある。
【００１３】
また、本発明は、基板の表裏に形成されたパターンの合わせズレを検査する方法において、基板の表側に設けられている第１のマークを検出するとともに、基板の裏側に設けられている第２のマークを検出する工程と、検出した第１のマークの検出データと、第２のマークの検出データとを合成して、一方のマークに対する他方のマークの相対的な位置ずれ量を算出する工程とを備えている。
【００１４】
このような本発明では、基板の表側と裏側との両方から、表裏各々に設けられたマークを検出し、これらの検出データを合成するため、基板を裏返すことなく基板表裏のマークのズレを正確に算出できるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
したがって、本発明によれば、基板の表裏にパターンを形成するDouble Side Processingに対応した合わせズレ測定が可能となり、正確なズレ量測定やズレ量判断によってこれらのプロセスを用いたデバイスでの製品の品質（歩留まり）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】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、第１実施形態に係る合わせズレ検査装置を説明する模式図で、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は基板表裏のマークを示す模式断面図である。すなわち、この合わせズレ検査装置は、ＸＹ方向へ移動可能なステージＳに載置される基板Ｗ（例えば、シリコンウェハ）の表側に配置される第１の検出手段１と、基板Ｗの裏側に配置される第２の検出手段２と、第１の検出手段１および第２の検出手段２による検出データを合成するデータ処理手段１０とを備えている。
【００１７】
第１の検出手段１および第２の検出手段２は、各々照明Ｌ１、Ｌ２とハーフミラーＭ１、Ｍ２およびディテクター１１、１２によって構成されている。第１の検出手段１では、照明Ｌ１（例えば、ハロゲンランプ）から出射した光をハーフミラーＭ１を介して基板Ｗに照射し、基板Ｗの表側に設けられた第１のマークＰ１からの反射光もしくは回折光をハーフミラーＭ１で反射させてディテクター１１（例えば、ＣＣＤ）で電気信号に変換する。そして、この検出データをデータ処理手段１０へ渡している。
【００１８】
一方、第２の検出手段２では、照明Ｌ２（例えば、ハロゲンランプ）から出射した光をハーフミラーＭ２を介して基板Ｗに照射し、基板Ｗの裏側に設けられた第２のマークＰ２からの反射光もしくは回折光をハーフミラーＭ２で反射させてディテクター１２（例えば、ＣＣＤ）で電気信号に変換する。そして、この検出データをデータ処理手段１０へ渡している。
【００１９】
各マークＰ１、Ｐ２からの反射光を検出するために、基板Ｗを載置するステージＳはHe-Neレーザー等を用いたレーザー干渉計を備えている。
【００２０】
データ処理手段１０は、第１の検出手段１および第２の検出手段２でそれぞれ取り込んだ第１のマークＰ１の検出データおよび第２のマークＰ２の検出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のマークＰ１に対する第２のマークＰ２の位置合わせズレを算出でき、このズレ量やズレの方向によって次の工程へ進めるか否かを決定できるようになる。
【００２１】
次に、この合わせズレ検査装置を用いた具体的な合わせズレ検査方法を説明する。先ず、第１の検出手段１にある照明Ｌ１から基板Ｗの表面に向けて光を照射する。これとともに第２の検出手段２にある照明かＬ２ら基板Ｗの裏面に向けて光を照射する。例えば、照明Ｌ１、Ｌ２としてハロゲンランプを用い、可視光（波長500〜800nm）を被測定対象に照射する。各照明Ｌ１、Ｌ２から出射される光は基板Ｗの表裏に各々設けられたマークＰ１、Ｐ２に照射される。
【００２２】
次に、この照射した光の反射光あるいは回折光を各々ハーフミラーＭ１、Ｍ２を介して、CCD等のディテクター１１、１２で検知し、データ処理手段１０へ渡す。データ処理手段１０は検出データである画像を処理し、マークＰ１、Ｐ２のエッジに対応する部分を検出し、その中点を求める。
【００２３】
さらに、He-Neレーザー光学系および高平坦度の干渉計バーミラーから成るレーザー干渉計にて、上記検出したマークＰ１、Ｐ２の中点の絶対位置を決定する。これを基板Ｗの表面、裏面に対して、別々行い、これらの結果から、表面、裏面のマークＰ１、Ｐ２の相対的な位置ズレを算出する。
【００２４】
相対的な位置ズレの算出は、表面のマークＰ１の絶対位置の決定と裏面のマークＰ２の絶対位置の決定とを別個に行っても、また２つの画像を合成した画像から両マークＰ１、Ｐ２の絶対位置を同時に決定するようにしてもよい。
【００２５】
また、この合わせズレ検査装置では、ディテクター１１、１２が基板Ｗの表側、裏側にそれぞれ設けられているため、これらの相対的な位置を予め把握しておく必要がある。このため、予めステージＳの表裏に相対的な位置関係が既知の基準用マークを形成しておく。
【００２６】
図２は基準用マークの設置を説明する模式断面図である。図２（ａ）に示す例では、ステージＳの表面側の端部に基準用マークＰ０を設け、ステージＳの裏面側の端部で、表面側の基準用マークＰ０と対応する位置に基準用マークＰ０’を設けている。
【００２７】
また、図２（ｂ）に示す例では、ステージＳの端部に測定光に対して透明な膜Ｋを介して基準用マークＰ０を設けたものである。これにより透明な膜Ｋを介してステージＳの表裏両側から同じ基準用マークＰ０を参照でき、両ディテクター間の位置較正を行うことができるようになる。
【００２８】
このような合わせズレ検査方法により、基板Ｗを裏返すことなく基板Ｗの表裏に設けられたマークの合わせズレを正確に検出でき、基板Ｗの表面および裏面に形成したパターンの合わせを正確に行うことができるようになる。
【００２９】
次に、第２の実施形態を説明する。図３は、第２の実施形態に係る合わせズレ検査装置を説明する模式図である。すなわち、この合わせズレ検査装置は、ステージＳに載置される基板Ｗの表側に配置される第１の反射手段１０１と、基板Ｗの裏側に配置される第２の反射手段１０２と、第１の反射手段１０１で反射した像および第２の反射手段１０２で反射した像を取り込む検出手段であるディテクター１１と、ディテクター１１で取り込んだ２つの像を合成するデータ処理手段１０とを備えている。
【００３０】
また、第１の反射手段１０１側には照明Ｌ１およびシャッターＳＴ１が配置され、第２の反射手段１０２側にも照明Ｌ２およびシャッターＳＴ２が配置されている。この構成により、照明Ｌ１から出射された光はステージＳ上の基板Ｗの表面に照射され、その反射光（表側のマークの反射光）が第１の反射手段１０１であるハーフミラーＭ１１で反射してディテクターへ送られる。一方、照明Ｌ２から出射された光は基板Ｗの裏面に照射され、その反射光（裏側のマークの反射光）が第２の反射手段１０２であるハーフミラーＭ２１およびミラーＭ２２さらにはハーフミラーＭ２３を介してディテクター１１へ送られる。
【００３１】
ディテクター１１へ送られた基板表裏の画像は合成され、各々のマークの検出を行って各マークの合わせズレを算出できるようになる。
【００３２】
このような合わせズレ検査装置では、基板Ｗの表面側に設けられた第１のマークＰ１（図１（ｂ）参照）から得られる検出信号と裏面側に設けられた第２のマークＰ２（図１（ｂ）参照）から得られる検出信号とを一つのディテクター１１に別々あるいは同時に取り込み、位置ズレ計測を行う。したがって、レーザー干渉計などの複雑な機構が不要であり、安価なシステム構成が可能となる。
【００３３】
また、ディテクター１１に各光を取り込む際、ディテクター１１の前にハーフミラーＭ２３を設けて同時に取り込んでも良いし、別々に取り込んで画像処理の過程で画像を合成しても良い。後者の場合には、ディテクター１１の前段に可動式のミラー等を配置するか、あるいは各照明Ｌ１、Ｌ２にシャッターＳＴ１、ＳＴ２を設けることでこれに対応する。
【００３４】
つまり、ディテクター１１の前段に可動式のミラーを配置する構成では、基板Ｗの表面の画像を取り込む際に可動式ミラーを跳ね上げておき、ハーフミラーＭ１１で反射した画像のみをディテクター１１へ送る。その後、基板Ｗの裏面の画像を取り込む際には可動式ミラーをセットして、この可動式ミラーによって基板Ｗの裏面の画像を反射してディテクター１１へ送るようにする。
【００３５】
また、シャッターＳＴ１、ＳＴ２を用いる構成では、基板Ｗの表面の画像を取り込む際にシャッターＳＴ１を開け、シャッターＳＴ２を閉じるようにする。これにより基板Ｗの表面の画像のみをハーフミラーＭ１１で反射してディテクター１１へ送ることができる。その後、基板Ｗの裏面の画像を取り込む際にはシャッターＳＴ１を閉じ、シャッターＳＴ２を開けるようにする。これにより基板Ｗの裏面の画像のみをハーフミラーＭ２１、ミラーＭ２２およびハーフミラーＭ２３で反射してディテクター１１へ送ることができる。
【００３６】
なお、上記の各実施形態に係る合わせズレ検査装置では、基板Ｗの表面および裏面をそれぞれ照射するための照明Ｌ１、Ｌ２を別々に記載しているが、例えば光ファイバーや反射もしくは屈折系の光学系を使うことで、一つの照明源にしても構わない。
【００３７】
また、通常の合わせズレ検査装置のステージは、セラミック等、測定光（照明光）である可視光に対しては非透明膜である。したがって、本実施形態の測定を実現するためには、ステージの少なくともマークと対応する箇所が測定光にとって透過する材質、例えば、石英やサファイアなどであるか、その部分に孔を設けて開口した構造となっている必要がある。
【００３８】
図４はステージの構成を説明する模式平面図である。図４（ａ）に示す例は、ステージＳの基板が載置される部分で、基板のマークと対応する箇所に孔もしくは透明な材質から成る透光部ｈが設けられているものである。また、図４（ｂ）に示す例は、ステージＳの基板が載置される部分のうち基板の外形よりわずかに小さい孔もしくは透明な材質から成る透光部ｈが設けられているものである。いずれの例でも基板をステージＳに載置した状態でステージＳの裏面側から透光部ｈを介して基板裏面のマークの画像を取り込むことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施形態に係る合わせズレ検査装置を説明する模式図である。
【図２】基準用マークの設置を説明する模式断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る合わせズレ検査装置を説明する模式図である。
【図４】ステージの構成を説明する模式平面図である。
【図５】従来の合わせズレ検査装置を説明する模式図である。
【図６】合わせズレ測定用のマークを説明する図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…第１の検出手段、２…第２の検出手段、１０…データ処理手段、１１…ディテクター、１２…ディテクター、１０１…第１の反射手段、１０２…第２の反射手段、Ｌ１…照明、Ｌ２…照明、Ｍ１…ハーフミラー、Ｍ２…ハーフミラー、Ｓ…ステージ、Ｗ…基板
【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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