(57)【要約】【課題】上層パターンと下層パターンとの位置合わせズレの測定値の誤差を低減する。【解決手段】角度調整部２は、ウェハステージ１の傾き角を調整し、光源３は、ウェハＷへの入射光を生成し、検出器５は、ウェハＷからの反射光を検出し、算出部６は、ウェハＷへのＮ（Ｎは２以上の整数）個の光入射角に対応して反射光にそれぞれ反映されたパターンに基づいて、パターンの位置合わせズレを算出する。【選択図】図１
2016157787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対する入射光の屈折角を調整する調整部と、
前記基板からの反射光を検出する検出器と、
前記基板に対してＮ（Ｎは２以上の整数）個の屈折角が得られる入射光に対する反射光にそれぞれ反映されたパターンに基づいて、前記パターンの位置ズレを算出する算出部とを備える位置ズレ測定装置。
【請求項２】
前記調整部は、前記基板に対する光軸を傾ける傾き調整部または前記基板への入射光の波長を調整する波長調整部である請求項１に記載の位置ズレ測定装置。
【請求項３】
前記位置ズレは、前記基板に形成された上層パターンと下層パターンとの位置合わせズレまたは前記基板の反りである請求項１または２に記載の位置ズレ測定装置。
【請求項４】
基板に対してＮ（Ｎは２以上の整数）個の屈折角が得られる入射光に対する反射光にそれぞれ反映された画像を取得するステップと、
前記画像から得られたパターンに基づいて、前記パターンの位置ズレを算出するステップとをコンピュータに実行させる位置ズレ測定プログラム。
【請求項５】
基板上に下層パターンを形成する工程と、
前記下層パターン上に層間膜を介して上層パターンを形成する工程と、
前記基板に対してＮ（Ｎは２以上の整数）個の屈折角が得られる入射光に対する反射光をそれぞれ検出し、前記上層パターンと下層パターンとの位置ズレを算出する工程と、
前記位置ズレが規定値内の場合、前記上層パターンを介して前記層間膜を加工する工程とを備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、位置ズレ測定装置、位置ズレ測定プログラムおよび半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のリソグラフィー工程では、上層パターンと下層パターンとの位置合わせズレを測定するために、ウェハ上に位置ずれ検出マークを設ける方法がある。この時、ウェハの反りなどによって位置合わせズレの測定値に誤差が生じることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの実施形態は、上層パターンと下層パターンとの位置合わせズレの測定値の誤差を低減することが可能な位置ズレ測定装置、位置ズレ測定プログラムおよび半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの実施形態によれば、調整部と、検出器と、算出部とを備える。調整部は、基板に対する入射光の屈折角を調整する。検出器は、前記基板からの反射光を検出する。算出部は、前記基板に対してＮ（Ｎは２以上の整数）個の屈折角が得られる入射光に対する反射光にそれぞれ反映されたパターンに基づいて、前記パターンの位置ズレを算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る位置ズレ測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の位置ズレ測定装置が適用されるウェハの概略構成例を示す平面図である。
【図３】図３は、図２のマーク領域に配置される位置ずれ検出マークの一例を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は、光軸に対してウェハが傾いている時の位置合わせズレと測定値との関係を示す断面図、図４（ｂ）は、図１の位置ズレ測定装置の位置合わせズレの算出方法を示す図である。
【図５】図５は、図１の位置ズレ測定装置の位置合わせズレの算出方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第２実施形態に係る位置ズレ測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、図６の位置ズレ測定装置の位置合わせズレの算出方法を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る位置ズレ測定方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第４実施形態に係る位置ズレ測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図９の位置ズレ測定装置が適用されるウェハの概略構成例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、図９の位置ズレ測定装置の位置合わせズレの算出方法を示すフローチャートである。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｈ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｈ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４】図１４は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、第６実施形態に係る位置ズレ測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る位置ズレ測定装置、位置ズレ測定プログラムおよび半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る位置ズレ測定装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、位置ズレ測定装置には、ウェハステージ１、角度調整部２、光源３、ハーフミラー４、検出器５、算出部６および傾き制御部７が設けられている。ウェハステージ１はウェハＷを保持する。角度調整部２は、ウェハステージ１の傾き角を調整する。光源３は、ウェハＷへの入射光を生成する。ハーフミラー４は、ウェハＷへの入射光とウェハＷからの反射光を分離する。検出器５は、ウェハＷからの反射光を検出する。なお、検出器５は、反射光に反映された画像を撮像する撮像装置を用いることができる。算出部６は、ウェハＷへのＮ（Ｎは２以上の整数）個の光入射角に対応して反射光にそれぞれ反映されたパターンに基づいて、パターンの位置合わせズレを算出する。なお、このパターンの位置合わせズレとしては、ウェハＷに形成された上層パターンと下層パターンとの位置合わせズレを挙げることができる。なお、下層パターンは、配線であってもよいし、コンタクト電極であってもよいし、ゲート電極であってもよい。上層パターンは、レジストパターンであってもよいし、ハードマスクパターンであってもよい。傾き制御部７は、ウェハステージ１の傾き角を制御する。
そして、光源３にて生成された入射光はハーフミラー４を介してウェハＷに入射する。そして、ウェハＷから反射された反射光はハーフミラー４を介して検出器５に入射し、検出器５にて検出される。そして、算出部６において、反射光に反映された画像からパターンが抽出される。ここで、傾き制御部７では、算出部６にてパターンが抽出されるごとに、ウェハステージ１の傾き角が制御され、ウェハステージ１の傾き角が変えられる。そして、算出部６において、ウェハステージ１の傾き角が変えられる度に、その時の反射光に反映された画像からパターンが抽出される。そして、Ｎ個の光入射角に対応して反射光にそれぞれ反映されたパターンに基づいて、パターンの位置合わせズレが算出される。
【０００９】
図２は、図１の位置ズレ測定装置が適用されるウェハの概略構成例を示す平面図である。
図２において、ウェハＷは、スクライブラインＳＢでチップ領域Ｅ１に区画されている。スクライブラインＳＢ上には、マーク領域Ｅ２が設けられている。マーク領域Ｅ２には、上層パターンと下層パターンとの間の位置合わせズレを検出する位置ずれ検出マークを形成することができる。
【００１０】
図３は、図２のマーク領域に配置される位置ずれ検出マークの一例を示す平面図である。
図３において、マーク領域Ｅ２の下層には、位置ずれ検出マークＬ１〜Ｌ４が形成され、マーク領域Ｅ２の上層には、位置ずれ検出マークＵ１〜Ｕ４が形成されている。各位置ずれ検出マークＬ１〜Ｌ４は、例えば、正方形の４辺に配置し、各位置ずれ検出マークＵ１〜Ｕ４は、例えば、位置ずれ検出マークＬ１〜Ｌ４が配置される正方形の内側の正方形の４辺に相似的に配置することができる。この時、位置ずれ検出マークＬ１、Ｌ２、Ｕ１、Ｕ２はＸ軸に沿って配置し、位置ずれ検出マークＬ３、Ｌ４、Ｕ３、Ｕ４はＹ軸に沿って配置することができる。ここで、位置ずれ検出マークＬ１〜Ｌ４、Ｕ１〜Ｕ４間の位置合わせズレＯＬを算出する方法として、例えば、位置ずれ検出マークＬ１〜Ｌ４の重心位置と、位置ずれ検出マークＵ１〜Ｕ４の重心位置を算出し、これらの重心位置を比較する方法がある。図３の位置ずれ検出マークでは、位置合わせズレＯＬは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで別個に算出することができる。
【００１１】
図４（ａ）は、光軸に対してウェハが傾いている時の位置合わせズレと測定値との関係を示す断面図、図４（ｂ）は、図１の位置ズレ測定装置の位置合わせズレの算出方法を示す図である。
図４（ａ）において、下地層１１上には下層パターン１２が形成されている。下層パターン１２上には、層間膜１３を介して上層パターン１４が形成されている。図４（ａ）では、上層パターン１４として、レジスト膜Ｒに設けられた開口パターンを例にとった。なお、下地層１１は、基板であってもよいし、絶縁層であってもよいし、配線層であってもよい。ここで、下層パターン１２と上層パターン１４との位置合わせズレＯＬは、下層パターン１２に対する垂線ＶＬから直角方向に見た時の下層パターン１２の重心ＷＬと上層パターン１４の重心ＷＵとの間の距離で与えることができる。この時、ウェハＷの反りなどに起因して、上層パターン１４への入射光の光軸ＡＸＮが垂線ＶＬに対して入射角θ０だけ傾いていると、位置合わせズレＯＬの実測値がＯＬＮとなり、位置合わせズレＯＬに対して誤差が生じる。この時、位置合わせズレＯＬは、入射角θ０と実測値ＯＬＮとの２変数関数で表すことができる。実測値ＯＬＮを測定することで、未知数は位置合わせズレＯＬと入射角θ０とすることができる。このため、位置合わせズレＯＬを実測値ＯＬＮから求めるには、位置合わせズレＯＬと入射角θ０を変数とする最低でも２つの方程式があればよい。ただし、このような２つの方程式を得る場合、実測値ＯＬＮを変化させる必要がある。ウェハに反りがある場合においても、ウェハを水平面内で回転させただけでは、実測値ＯＬＮは変化しない。
【００１２】
このため、実測値ＯＬＮが異なる２つの方程式を得るために、図４（ｂ）に示すように、光軸がＡＸ１の入射光と光軸がＡＸ２の入射光を上層パターン１４に入射させる。光軸ＡＸ１は垂線ＶＬに対して入射角θ０だけ傾き、光軸ＡＸ２は垂線ＶＬに対して入射角θ０＋Δθだけ傾いている。この時、上層パターン１４に入射する前の媒質と、上層パターン１４に入射した後の媒質とで屈折率が異なると、これらの媒質の境界で入射光が屈折する。上層パターン１４に入射する前の媒質の屈折率をｎ１、上層パターン１４に入射した後の媒質の屈折率をｎ２とすると、入射角θ０の時の屈折角θ１は以下の（１）式で与えられる。
θ１＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎθ０）                          ・・・（１）
また、入射角θ０＋Δθ０の時の屈折角θ２は以下の（２）式で与えられる。
θ２＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎ（θ０＋Δθ））                ・・・（２）
この（１）式から、光軸がＡＸ１の場合の実測値ＯＬ１と位置合わせズレＯＬと入射角θ０との関数は以下の（３）式で与えられる。
ＯＬ１＝ＯＬ＋ｈ・ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎθ０））    ・・・（３）
また、（２）式から、光軸がＡＸ２の場合の実測値ＯＬ２と位置合わせズレＯＬと入射角θ０＋Δθとの関数は以下の（４）式で与えられる。
ＯＬ２＝ＯＬ＋ｈ・ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎ（θ０＋Δθ）））
・・・（４）
ただし、ｈは層間膜１３の膜厚である。変化角Δθは、図１の角度調整部２にて設定され、既知である。
（３）式および（４）式において、未知数がＯＬとθ０であるのに対して方程式も２個あるので、（３）式および（４）式を解くことで位置合わせズレＯＬを求めることができる。この時、同時に入射角θ０も求めることができる。この入射角θ０はウェハＷの反りによって与えられるため、（３）式および（４）式を解くことでウェハＷの反り角も求めることができる。このため、この位置ズレ測定装置は、位置合わせズレ測定装置として使用するようにしてもよいし、反り測定装置として使用するようにしてもよい。この時、屈折率ｎ１、ｎ２および膜厚ｈは既知として算出部６に与えることができる。
なお、２以上の変化角Δθを設定することで位置合わせズレＯＬと入射角θ０とを変数とする方程式を３以上得ることができる。方程式を３以上得ることで、屈折率ｎ１、ｎ２および膜厚ｈが未知数であっても、位置合わせズレＯＬを求めることができる。また、（３）式および（４）式を解いた時に複数の解が得られる場合も、方程式を３以上立てるようにしてもよい。また、予め取りうる位置合わせズレＯＬの範囲を指定し、そこから外れた解を除外するようにしてもよい。
【００１３】
図５は、図１の位置ズレ測定装置の位置合わせズレの算出方法を示すフローチャートである。なお、図５の例では、変化角ΔθがＮ個ある場合に一般化して示した。
図５において、ウェハＷをウェハステージ１にロードする（Ｓ１）。次に、マーク領域Ｅ２が観察できるようにウェハＷをアライメントした後（Ｓ２）、計測点にウェハステージ１を移動させる（Ｓ３）。次に、変化角ΔθがΔθＮになるように変化させることで入射角を変化させ、その入射角でウェハＷに入射光を入射させる（Ｓ４）。なお、変化角Δθは、計測器の誤差より大きくなるように設定することが好ましく、例えば、１〜１００マイクロラジアンの範囲内に設定することができる。次に、ウェハＷからの反射光が検出器５で受光されることでマーク領域Ｅ２の画像が生成され、算出部６に送られる（Ｓ５）。次に、算出部６において、変化角ΔθがΔθＮの時の画像から位置合わせズレの実測値ＯＬＮが算出される（Ｓ６）。次に、変化角Δθの変化回数Ｎが所定回数より小さいかどうかが判断され（Ｓ７）、変化回数Ｎが所定回数より小さい場合、Ｓ４に戻り、変化回数Ｎが所定回数以上になるまでＳ４〜Ｓ７の処理を繰り返す。この処理をＮ回だけ繰り返すことで、位置合わせズレＯＬを未知数とするＮ個の連立方程式を得ることができる。この時、これらのＮ個の連立方程式は、以下の（５）式で与えることができる。（３）式では、Ｎ＝１を初期値として、変化角Δθを変化させるごとに１ずつインクリメントした例を示す。
ＯＬ１＝ＯＬ＋ｈ・ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎ（θ０＋Δθ１）））
ＯＬ２＝ＯＬ＋ｈ・ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎ（θ０＋Δθ２）））
・
・
・
ＯＬＮ＝ＯＬ＋ｈ・ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎ（θ０＋ΔθＮ）））
・・・（５）
なお、（５）式においてΔθＮのうちのいずれか１つは０であってもよい。（３）式はΔθＮが０である場合である。
次に、変化回数Ｎが所定回数以上の場合、これらのＮ個の連立方程式を解くことで位置合わせズレＯＬを求める（Ｓ８）。次に、未測定点があるかどうかが判断され（Ｓ９）、未測定点がある場合、Ｓ３に戻り、未測定点がなくなるまでＳ３〜Ｓ９の処理を繰り返す。
これにより、ウェハＷの反りに起因して実測値ＯＬ１、ＯＬ２、・・・、ＯＬＮと位置合わせズレＯＬとが異なる場合においても、上層パターンと下層パターンとの位置合わせズレＯＬの誤差を低減することが可能となる。
なお、変化角Δθを変化させる時のウェハステージ１の回転軸は、図３のＸＹ平面においてＸ軸から４５°だけ角度がずれた軸を用いることが好ましい。これにより、ウェハＷの反りの方向に依存して計測精度が低下するのを防止することができる。また、上述した実施形態では、入射角を変化させるために、ウェハステージ１を傾ける方法について説明したが、光源３を傾けるようにしてもよい。あるいは、入射角を変化させるミラーを入射光の光路に設けるようにしてもよい。
【００１４】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る位置ズレ測定装置の概略構成を示すブロック図である。
図６において、位置ズレ測定装置には、ウェハステージ１１、波長選択部１２、光源１３、ハーフミラー１４、検出器１５および算出部１６が設けられている。ウェハステージ１１はウェハＷを保持する。波長選択部１２は、光源１３で生成された入射光から特定の波長を選択する。この波長選択部１２は、例えば、波長選択フィルタを用いることができる。光源１３は、ウェハＷへの入射光を生成する。この時、入射光は複数の波長域を持つことができ、例えば、赤色域から青色域化で含む可視光であってもよい。ハーフミラー１４は、ウェハＷへの入射光とウェハＷからの反射光を分離する。検出器１５は、ウェハＷからの反射光を検出する。算出部１６は、ウェハＷへのＮ（Ｎは２以上の整数）個の波長の入射光に対して得られた反射光にそれぞれ反映されたパターンに基づいて、パターンの位置合わせズレを算出する。
そして、光源１３にて生成された入射光は波長選択部１２にて特定の波長が選択された後、ハーフミラー１４を介してウェハＷに入射する。そして、ウェハＷから反射された反射光はハーフミラー１４を介して検出器１５に入射し、検出器１５にて検出される。そして、算出部１６において、反射光に反映された画像からパターンが抽出される。ここで、波長選択部１２では、算出部１６にてパターンが抽出されるごとに、異なる波長が入射光から選択され、ウェハＷに入射する入射光の波長が変えられる。そして、算出部１６において、ウェハＷに入射する入射光の波長が変えられる度に、その時の反射光に反映された画像からパターンが抽出される。そして、Ｎ個の波長の入射光に対する反射光にそれぞれ反映されたパターンに基づいて、パターンの位置合わせズレが算出される。
なお、上述した実施形態では、入射光の波長を変化させるために、光源１３に含まれる複数の波長域から１つの波長域を選択する方法について説明したが、光源１３で生成される入射光の波長を変化させるようにしてもよい。この時、光源１３として、例えば、赤色ダイオードおよび青色ダイオードを用意し、赤色光と青色光とで入射光を切り替えるようにしてもよい。
【００１５】
図７は、図６の位置ズレ測定装置の位置合わせズレの算出方法を示す図である。
図４（ｂ）では、互いに異なる屈折角を得るために、入射角を異ならせる方法について説明したが、入射光の波長と異ならせることによっても、互いに異なる屈折角を得ることができる。
すなわち、図７において、波長λＡの入射光ＬＡと波長λＢの入射光ＬＢを上層パターン１４に入射させる。入射光ＬＡ、ＬＢは垂線ＶＬに対して入射角θ０だけ傾いている。この時、入射光ＬＡ、ＬＢの波長が互いに異なると、入射角θ０が等しくても、屈折角は互いに異なる。この時、入射光ＬＡの屈折角θＡは以下の（６）式で与えられる。
θＡ＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎθ０）                          ・・・（６）
また、入射光ＬＢの屈折角θＢは以下の（７）式で与えられる。
θＢ＝ｓｉｎ−１（ｎ３／ｎ４・ｓｉｎθ０）                          ・・・（７）
この（６）式から、入射光ＬＡの場合の実測値ＯＬ１と位置合わせズレＯＬと入射角θ０との関数は以下の（８）式で与えられる。
ＯＬ１＝ＯＬ＋ｈ・ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２・ｓｉｎθ０））    ・・・（８）
また、（７）式から、光軸がＡＸ２の場合の実測値ＯＬ２と位置合わせズレＯＬと入射角θ０＋Δθとの関数は以下の（９）式で与えられる。
ＯＬ２＝ＯＬ＋ｈ・ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｎ３／ｎ４・ｓｉｎθ０））
・・・（９）
（８）式および（９）式において、未知数がＯＬとθ０であるのに対して方程式も２個あるので、（８）式および（９）式を解くことで位置合わせズレＯＬを求めることができる。この時、同時に入射角θ０も求めることができる。この入射角θ０はウェハＷの反りによって与えられるため、（８）式および（９）式を解くことでウェハＷの反り角も求めることができる。ここで、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４および膜厚ｈは既知として算出部１６に与えることができる。
なお、３以上の波長を設定することで位置合わせズレＯＬと入射角θ０とを変数とする方程式を３以上得ることができる。方程式を３以上得ることで、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４および膜厚ｈが未知数であっても、位置合わせズレＯＬを求めることができる。また、（８）式および（９）式を解いた時に複数の解が得られる場合も、方程式を３以上立てるようにしてもよい。また、予め取りうる位置合わせズレＯＬの範囲を指定し、そこから外れた解を除外するようにしてもよい。
【００１６】
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る位置ズレ測定方法を示すフローチャートである。なお、この実施形態では、入射光の入射角または波長を変化させて位置合わせズレを求める前に、入射光の入射角または波長を変化させてウェハの反りを求める。そして、ウェハの反りが規格値を超える場合、入射光の入射角または波長を変化させて位置合わせズレを求めるようにしたものである。
図８において、この処理は主に３つのブロックＳＡ、ＳＢ、ＳＣを有する。ブロックＳＡではウェハの反りを判定する。ブロックＳＢでは入射光の入射角および波長を固定して位置合わせズレを求める。ブロックＳＣでは入射光の入射角または波長を変化させて位置合わせズレを求める。
【００１７】
すなわち、ウェハＷをウェハステージ１にロードする（Ｓ１１）。次に、マーク領域Ｅ２が観察できるようにウェハＷをアライメントした後（Ｓ１２）、先行計測点にウェハステージを移動させる（Ｓ１３）。なお、先行計測点は、ウェハの反りを求めるのに用いられるマーク領域Ｅ２である。このマーク領域Ｅ２は、図２のマーク領域Ｅ２のうち外周部にあるマーク領域Ｅ２を用いることができる。外周部にあるマーク領域Ｅ２では、ウェハＷの反りによる入射角θ０が大きくなるため、ウェハＷの反りの算出精度を向上させることができる。次に、入射光の入射角または波長を変化させ、ウェハＷに入射光を入射させる（Ｓ１４）。次に、ウェハＷからの反射光が検出されることでマーク領域Ｅ２の画像が生成される（Ｓ１５）。次に、入射光の入射角または波長を変化させた時に得られた画像から位置合わせズレの実測値が算出される（Ｓ１６）。次に、全ての入射角または波長について計測したかが判断され（Ｓ１７）、全ての入射角または波長について計測してない場合、Ｓ１４に戻り、全ての入射角または波長について計測するまでＳ１４〜Ｓ１７の処理を繰り返す。次に、全ての入射角または波長について計測した場合、これらの位置合わせズレの実測値についての連立方程式を解くことで入射角θ０を求め、この入射角θ０をウェハＷの反りとみなす（Ｓ１８）。次に、全ての先行測定点を測定したかどうかが判断され（Ｓ１９）、全ての先行測定点を測定してない場合、Ｓ１３に戻り、全ての先行測定点を測定するまでＳ１３〜Ｓ１９の処理を繰り返す。次に、全ての先行測定点を測定すると、ウェハＷの反りが規格値以下かどうかが判断される（Ｓ２０）。そして、ウェハＷの反りが規格値以下の場合、本計測点にウェハステージを移動させる（Ｓ２１）。なお、本計測点は、位置合わせズレを求めるのに用いられるマーク領域Ｅ２である。このマーク領域Ｅ２は、図２のマーク領域Ｅ２のうち中心部の近傍にあるマーク領域Ｅ２を用いることが好ましい。ウェハＷの中心部はウェハＷの反りが小さいため、ウェハＷの中心部の近傍にあるマーク領域Ｅ２では、ウェハＷの反りによる位置合わせズレの誤差を低減させることができる。次に、ウェハＷに入射光を入射させ、ウェハＷからの反射光が検出されることでマーク領域Ｅ２の画像が生成される（Ｓ２２）。次に、この時得られた画像から位置合わせズレが算出される（Ｓ２３）。次に、全ての本測定点を測定したかどうかが判断され（Ｓ２４）、全ての本測定点を測定してない場合、Ｓ２１に戻り、全ての本測定点を測定するまでＳ２１〜Ｓ２４の処理を繰り返す。
一方、ウェハＷの反りが規格値を超える場合、計測点にウェハステージを移動させる（Ｓ２５）。次に、入射光の入射角または波長を変化させ、ウェハＷに入射光を入射させる（Ｓ２６）。次に、ウェハＷからの反射光が検出されることでマーク領域Ｅ２の画像が生成される（Ｓ２７）。次に、入射光の入射角または波長を変化させた時に得られた画像から位置合わせズレの実測値が算出される（Ｓ２８）。次に、全ての入射角または波長について計測したかが判断され（Ｓ２９）、全ての入射角または波長について計測してない場合、Ｓ２６に戻り、全ての入射角または波長について計測するまでＳ２６〜Ｓ２９の処理を繰り返す。次に、全ての入射角または波長について計測した場合、これらの位置合わせズレの実測値についての連立方程式を解くことで位置合わせズレＯＬを求める（Ｓ３０）。次に、全ての測定点を測定したかどうかが判断され（Ｓ３１）、全ての測定点を測定してない場合、Ｓ２５に戻り、全ての測定点を測定するまでＳ２５〜Ｓ３１の処理を繰り返す。
これにより、ウェハＷの反りを検出する専用の装置を追加することなく、ウェハＷの反りを求めることが可能となるとともに、ウェハＷの反りに起因して実測値ＯＬ１、ＯＬ２、・・・、ＯＬＮと位置合わせズレＯＬとが異なる場合においても、上層パターンと下層パターンとの位置合わせズレＯＬの誤差を低減することが可能となる。
【００１８】
（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る位置ズレ測定装置の概略構成を示すブロック図、図１０は、図９の位置ズレ測定装置が適用されるウェハの概略構成例を示す平面図である。
図９において、この位置ズレ測定装置には、図１の位置ズレ測定装置に反り検出器８が追加されている。また、図１０において、このウェハＷ´では、図２のウェハＷに反り検出マークＥ３が追加されている。この反り検出マークＥ３は、回折パターンを用いることができる。
そして、位置合わせズレを算出する前に、反り検出器８にて反り検出マークＥ３を検出し、その検出結果からウェハＷ´の反りを算出する。この時、ウェハＷ´の反りに応じて反り検出マークＥ３に対するフォーカス位置が変化するため、その変化量からウェハＷ´の反りを求めることができる。そして、ウェハＷ´の反りが規格値を超える場合、入射光の入射角または波長を変化させて位置合わせズレを求める。一方、ウェハＷ´の反りが規格値以下の場合、入射光の入射角および波長を固定させて位置合わせズレを求める。
なお、上述した実施形態では、図１の位置ズレ測定装置に反り検出器８を追加した構成について説明したが、図６の位置ズレ測定装置に反り検出器８を追加してもよい。
【００１９】
図１１は、図９の位置ズレ測定装置の位置合わせズレの算出方法を示すフローチャートである。
図１１において、この処理では、図８のブロックＳＡの代わりにブロックＳＡ´が設けられている。そして、ブロックＳＡ´において、図９の反り検出器８にてウェハＷ´の反りが計測される（Ｓ４１）。そして、反り検出器８の計測結果に基づいてウェハＷ´の反りが規格値以下かどうかが判定される（Ｓ４２）。ウェハＷ´の反りが規格値以下の場合、ブロックＳＢが実行される。一方、ウェハＷ´の反りが規格値を超える場合、ブロックＳＣが実行される。これにより、ウェハＷ´の反りがない場合においても、ブロックＳＣが実行されるのを防止することができ、位置合わせズレＯＬの計測時間の増大を抑制することができる。  
【００２０】
（第５実施形態）
図１２（ａ）〜図１２（ｈ）および図１３（ａ）〜図１３（ｈ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、  図１２（ａ）〜図１２（ｄ）および図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は図２のマーク領域Ｅ２、図１２（ｅ）〜図１２（ｈ）および図１３（ｅ）〜図１３（ｈ）は図２のチップ領域Ｅ１に対応する。
図１２（ａ）および図１２（ｅ）において、下地層１１のマーク領域Ｅ２に下層パターン１２を形成するとともに、下地層１１のチップ領域Ｅ１に下層パターン２２を形成する。なお、下層パターン２２は、ソース層またはドレイン層などのアクティブ領域であってもよいし、下層配線であってもよい。
次に、図１２（ｂ）および図１２（ｆ）に示すように、ＣＶＤなどの方法にて下層パターン１２、２２上に層間膜１３を形成する。この層間膜１３は、例えば、ＳｉＯ２などの層間絶縁膜を用いることができる。
次に、図１２（ｃ）および図１２（ｇ）に示すように、スピンコートなどの方法にて層間膜１３上にレジスト膜Ｒを形成する。
次に、図１２（ｄ）および図１２（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィー技術にてレジスト膜Ｒをパターニングし、上層パターン１４、２４を層間膜１３上に形成する。
【００２１】
次に、図１３（ａ）および図１３（ｅ）に示すように、下層パターン１２と上層パターン１４との位置合わせズレＯＬを位置ずれ検査装置にて求める。この位置ずれ検査装置は、図１の構成であってもよいし、図６の構成であってもよいし、図９の構成であってもよい。
次に、図１３（ｂ）および図１３（ｆ）に示すように、下層パターン１２と上層パターン１４との位置合わせズレＯＬが規格値内でない場合、レジスト膜Ｒを剥離する。そして、スピンコートなどの方法にて層間膜１３上にレジスト膜Ｒ´を形成する。さらに、フォトリソグラフィー技術にてレジスト膜Ｒ´をパターニングし、上層パターン１４´、２４´を層間膜１３上に形成する。そして、下層パターン１２´と上層パターン１４´との位置合わせズレＯＬ´を位置ずれ検査装置にて求める。
次に、図１３（ｃ）および図１３（ｇ）に示すように、下層パターン１２´と上層パターン１４´との位置合わせズレＯＬ´が規格値内の場合、上層パターン１４´、２４´を介して層間膜１３をエッチングすることにより、上層パターン１４´、２４´にそれぞれ対応した開口部１５、２５を層間膜１３に形成する。
次に、図１３（ｄ）および図１３（ｈ）に示すように、開口部１５、２５にコンタクトプラグ１６、２６をそれぞれ埋め込む。次に、コンタクトプラグ１６、２６をそれぞれ介して下層パターン１２、２２に接続された上層配線１７、２７を形成する。
【００２２】
図１４は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
図１４において、下層パターンが形成されたウェハ上にフォトレジスト膜を塗布する（Ｓ５１）。この時、下層パターンとフォトレジスト膜との間には被加工膜を形成することができる。次に、レチクルおよびウェハ露光装置にロードし、露光光をウェハ上のフォトレジスト膜に照射することにより、ウェハ上のフォトレジスト膜を露光する（Ｓ５２）。次に、フォトレジスト膜を現像することにより、上層パターンとしてレジストパターンをウェハ上に形成する（Ｓ５３）。次に、レジストパターンが形成されたウェハを位置ずれ検査装置にロードする。この位置ずれ検査装置は、図１の構成であってもよいし、図６の構成であってもよいし、図９の構成であってもよい。そして、位置ずれ検査装置にて位置合わせズレＯＬを求める（Ｓ５４）。次に、位置合わせズレＯＬに基づいて、この位置合わせズレＯＬが０に近づくように補正値を算出し、露光装置にフィードバックする（Ｓ５５）。次に、位置合わせズレＯＬが規格値内かどうかを判定し（Ｓ５６）、規格値内でない場合、レジストパターンを除去した後（Ｓ５７）、Ｓ５１に戻る。そして、位置合わせズレＯＬが規格値内になるまで、Ｓ５１〜Ｓ５７の処理を繰り返す。位置合わせズレＯＬが規格値内になると、レジストパターンを介して被加工膜をエッチングし（Ｓ５８）、次工程に進む（Ｓ５９）。
【００２３】
（第６実施形態）
図１５は、第６実施形態に係る位置ズレ測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
図１５において、位置ズレ測定装置には、ＣＰＵなどを含むプロセッサ３１、固定的なデータを記憶するＲＯＭ３２、プロセッサ３１に対してワークエリアなどを提供するＲＡＭ３３、人間とコンピュータとの間の仲介を行うヒューマンインターフェース３４、外部との通信手段を提供する通信インターフェース３５、プロセッサ３１を動作させるためのプログラムや各種データを記憶する外部記憶装置３６および外部との間でデータを入出力する入出力インターフェース３８を設けることができ、プロセッサ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、ヒューマンインターフェース３４、通信インターフェース３５、外部記憶装置３６および入出力インターフェース３８は、バス３７を介して接続されている。
【００２４】
なお、外部記憶装置３６としては、例えば、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカードなどの可搬性半導体記憶装置などを用いることができる。また、ヒューマンインターフェース３４としては、例えば、入力インターフェース３８としてキーボードやマウスやタッチパネル、出力インターフェースとしてディスプレイやプリンタなどを用いることができる。また、通信インターフェース３５としては、例えば、インターネットやＬＡＮなどに接続するためのＬＡＮカードやモデムやルータなどを用いることができる。入力インターフェース３８に入力されるデータがアナログデータの場合、そのアナログデータをデジタルデータに変換するＡＤコンバータを備えていてもよい。ここで、外部記憶装置３６には、基板に対してＮ個の屈折角が得られる入射光に対する反射光にそれぞれ反映されたパターンに基づいて位置ズレを算出する位置ズレ測定プログラム３６ａがインストールされている。この位置ズレは、基板に形成された上層パターンと下層パターンとの位置合わせズレであってもよいし、基板の反りであってもよい。
【００２５】
そして、位置ズレ測定プログラム３６がプロセッサ３１にて実行されると、基板に対してＮ個の屈折角が得られる入射光に対する反射光にそれぞれ反映された画像が取得される。そして、その画像から得られたパターンに基づいて位置ズレが算出される。この時、プロセッサ３１は（５）式の方程式を解くことができる。
【００２６】
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。
【符号の説明】
【００２７】
１  ウェハステージ、２  角度調整部、３  光源、４  ハーフミラー、５  検出器、６  算出部、７  傾き制御部  
【図１】
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【図２】
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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３】
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