(57)【要約】【課題】より高精度にマークの検出が可能な半導体装置の製造装置および製造方法を提供する。【解決手段】この製造装置は、位置検出用のマークが形成された下地層およびレジスト層との間に、加工層が形成された半導体基板に光を照射する光源と、光源により照明されたマークをデジタル画像として撮像する撮像部と、デジタル画像における輝度を抽出する輝度抽出部と、輝度に基づいてマークの位置を算出する算出部と、を備える。さらに、光源と半導体基板との間に介在し、透過する光の波長を連続的に変化させる光学フィルタと、光学フィルタにより透過波長を制御する制御部と、を備える。制御部は、バックグラウンドの輝度と、マークが形成された部分における輝度との差が最大になる透過波長を決定し、撮像部は、決定された透過波長の光を照射したデジタル画像を撮像し、算出部は該デジタル画像において抽出された輝度に基づいてマークの位置を算出する。【選択図】図１
2017183354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出用の第１マーク（２０１）が形成された下地層（２１０）と、位置検出用の第２マーク（２０２）が形成されたレジスト層（２３０）との間に、加工対象である少なくとも１層の加工層（２２０）が形成された半導体基板（２００）に光を照射する光源（２０）と、
前記光源により照明された前記第１マークおよび前記第２マークをデジタル画像として撮像する撮像部（３０）と、
前記デジタル画像における輝度を抽出する輝度抽出部（４０）と、
前記輝度に基づいて前記第１マークおよび前記第２マークの位置を算出する算出部（５０）と、
前記光源と前記半導体基板との間に介在し、透過する光の波長が面内で連続的に変化する板状の光学フィルタ（２１）と、
前記光学フィルタ上における前記光源の光が照射される位置を変化させることにより前記光学フィルタを透過した光の透過波長を制御する制御部（６０）と、を備え、
前記制御部は、前記第１マークおよび前記第２マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、前記第１マークあるいは前記第２マークが形成された部分における輝度との差が所定の閾値以上になる透過波長を決定し、
前記撮像部は、決定された前記透過波長の光を照射した前記デジタル画像を撮像し、
前記算出部は、前記透過波長の光により撮像された前記デジタル画像において抽出された輝度に基づいて前記第１マークおよび前記第２マークの位置を算出する半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記透過波長は、前記第１マークおよび前記第２マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、前記第１マークあるいは前記第２マークが形成された部分における輝度との差が最大になる波長である請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記バックグラウンドと前記第１マークとの輝度差が所定の閾値以上となる前記透過波長としての第１透過波長（λ１）と、前記バックグラウンドと前記第２マークとの輝度差が所定の閾値以上となる前記透過波長としての第２透過波長（λ２）と、を記憶する波長記憶部（６１）を有し、
前記撮像部は、１つの前記半導体基板につき、前記第１透過波長の光を照射した前記デジタル画像としての第１デジタル画像と、前記第２透過波長の光を照射した前記デジタル画像としての第２デジタル画像と、を撮像し、
前記算出部は、前記第１デジタル画像に基づいて前記第１マークの位置を算出し、前記第２デジタル画像に基づいて前記第２マークの位置を算出する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記第１透過波長は、前記第１マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、前記第１マークが形成された部分における輝度との差が最大になる波長であり、
前記第２透過波長は、前記第２マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、前記第２マークが形成された部分における輝度との差が最大になる波長である請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記光源と前記光学フィルタとの間に介在し、前記光源の光を前後光学フィルタ上に集光する第１集光レンズ（２３）と、
前記光学フィルタと前記半導体基板との間に介在し、前後光学フィルタを透過した透過光を前後半導体基板上に集光する第２集光レンズ（２４）と、を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
位置検出用の第１マーク（２０１）が形成された下地層（２１０）と、位置検出用の第２マーク（２０２）が形成されたレジスト層（２３０）との間に、加工対象である少なくとも１層の加工層（２２０）が形成された半導体基板に光源（２０）により光を照射して照明すること、
照明された前記第１マークおよび前記第２マークをデジタル画像として撮像すること、
前記デジタル画像における輝度を抽出すること、
前記輝度に基づいて前記第１マークおよび前記第２マークの位置を算出すること、を備え、
前記半導体基板に光を照明するとき、前記光源と前記半導体基板との間に介在して透過する光の波長が面内で連続的に変化する板状の光学フィルタ（２１）上における前記光源の光が照射される位置を変化させることにより前記光学フィルタを透過した光の透過波長を制御し、
前記第１マークおよび前記第２マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、前記第１マークあるいは前記第２マークが形成された部分における輝度との差が所定の閾値以上になる前記透過波長を決定し、
前記デジタル画像を撮像するとき、決定された前記透過波長の光を照射した前記デジタル画像を撮像し、
前記透過波長の光により撮像された前記デジタル画像において抽出された輝度に基づいて前記第１マークおよび前記第２マークの位置を算出する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記透過波長は、前記第１マークおよび前記第２マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、前記第１マークあるいは前記第２マークが形成された部分における輝度との差が最大になる波長である請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記透過波長を決定するとき、前記バックグラウンドと前記第１マークとの輝度差が所定の閾値以上となる第１透過波長（λ１）と、前記バックグラウンドと前記第２マークとの輝度差が所定の閾値以上となる第２透過波長（λ２）と、を決定し、
前記デジタル画像を撮像するとき、１つの前記半導体基板につき、前記第１透過波長の光を照射した前記デジタル画像としての第１デジタル画像と、前記第２透過波長の光を照射した前記デジタル画像としての第２デジタル画像と、を撮像し、
前記第１デジタル画像に基づいて前記第１マークの位置を算出し、前記第２デジタル画像に基づいて前記第２マークの位置を算出する、請求項６または請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１透過波長は、前記第１マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、前記第１マークが形成された部分における輝度との差が最大になる波長であり、
前記第２透過波長は、前記第２マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、前記第２マークが形成された部分における輝度との差が最大になる波長である請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の検査に係る製造装置と、該検査を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、周知のフォトリソグラフィの工程を経てレジスト層に回路パターン等が転写され、このレジストパターンを介してエッチングなどの加工処理を行うことにより、所定の材料膜にパターンが転写される。そして、上記のパターン形成と加工処理を繰り返し行うことにより、様々な材料膜のパターンが基板上に形成され、半導体素子や液晶表示素子の回路やその他の構造が形成される。
【０００３】
さらに、上記の製造工程では、フォトリソグラフィの後、加工処理の前に、下地層に対するレジストパターンの重ね合わせ検査を行う。重ね合わせ検査では、下地層に設けられたマークと、レジスト層に設けられたマークとを検出して、各マークの中心が所定の規格内で一致するか否かを検査するものである。
【０００４】
ところで、従来、下地層およびレジスト層に形成された各マークは、該マークの形成位置に白色光が照射され、ＣＣＤカメラ等の撮像装置によって検出される。このとき、下地層とレジスト層との間には加工対象となる加工層が存在するため、加工層の材質や膜厚によってはマーク間のコントラストが十分に得られず、マークの形成位置が不明瞭となってマーク中心の検出精度が低下する問題があった。
【０００５】
これに対して、特許文献１には、マークを検出する際の照明光の分光特性を調整する位置検出方法が開示されている。この方法では、入射される白色光に対して特定の波長の光のみを通過させる色フィルタ（ナローバンドパスフィルタ）をレボルバに複数配置し、レボルバを回転させることで照明光の波長を変化させる。すなわち、照明光の分光特性をレボルバの回転によって調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３３７９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、予めレボルバに設けられた色フィルタによって通過される波長でのみ分光特性の調整ができるのであり、予め決められた波長以外の波長の光での調整はできない。例えば特許文献１に記載の位置検出装置にあっては４色の色フィルタでのみ分光特性の調整が行えるが、当該４色に相当する各波長域以外の波長域で分光特性を調整することができない。
【０００８】
換言すれば、調整可能な波長域において十分なコントラストが得られない場合、マークの形成位置が不明瞭となってマーク中心の検出精度が低下するという問題を解決できない虞がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、より高精度にマークの検出が可能な半導体装置の製造装置および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】
【００１０】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、位置検出用の第１マーク（２０１）が形成された下地層（２１０）と、位置検出用の第２マーク（２０２）が形成されたレジスト層（２３０）との間に、加工対象である少なくとも１層の加工層（２２０）が形成された半導体基板（２００）に光を照射する光源（２０）と、光源により照明された第１マークおよび第２マークをデジタル画像として撮像する撮像部（３０）と、デジタル画像における輝度を抽出する輝度抽出部（４０）と、輝度に基づいて第１マークおよび第２マークの位置を算出する算出部（５０）と、光源と半導体基板との間に介在し、透過する光の波長が面内で連続的に変化する板状の光学フィルタ（２１）と、光学フィルタ上における光源の光が照射される位置を変化させることにより光学フィルタを透過した光の透過波長を制御する制御部（６０）と、を備え、制御部は、第１マークおよび第２マークが形成されていない部分におけるバックグラウンドの輝度と、第１マークあるいは第２マークが形成された部分における輝度との差が所定の閾値以上になる透過波長を決定し、撮像部は、決定された透過波長の光を照射したデジタル画像を撮像し、算出部は、透過波長の光により撮像されたデジタル画像において抽出された輝度に基づいて第１マークおよび第２マークの位置を算出する。
【００１２】
これによれば、光源から放射された光は、面内で透過光の波長が連続的に変化するようにされた光学フィルタを通して半導体基板に照射される。すなわち、波長を連続的に変化させながら半導体基板を照明することができる。
【００１３】
制御部は、バックグラウンドの輝度と、第１マークあるいは第２マークの輝度との輝度差が所定の閾値以上になる適切な波長を、連続的に変化させた波長域に中から選択することができる。このため、第１マークあるいは第２マークと、バックグラウンドとのコントラストをより明瞭にでき、高精度にマークの検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る重ね合わせ検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１マークおよび第２マークの詳細を示す上面図および断面図である。
【図３】第１マーク、第２マークおよびバックグラウンドの輝度Ｎの状態、および輝度の位置微分値（ｄＮ／ｄｘ）を示す図である。
【図４】光学フィルタの構成を示す図である。
【図５】重ね合わせの検査方法を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係る重ね合わせ検査装置の一部を示す図である。
【図７】第３実施形態に係る重ね合わせ検査装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１６】
（第１実施形態）
最初に、図１〜図４を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造装置の概略構成について説明する。
【００１７】
本実施形態における半導体装置の製造装置は、例えば重ね合わせ検査装置である。重ね合わせ検査装置は半導体装置の製造工程において、半導体基板のレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置であり、下地層のパターンに対するレジストパターンの位置ずれ量の測定を行うものである。
【００１８】
図１に示すように、この重ね合わせ検査装置１００は、半導体基板２００を載置するステージ１０と、載置された半導体基板２００の少なくとも一部を照明する光源２０と、照明された半導体基板２００の表面を撮像するカメラ３０と、カメラ３０により撮像されたデジタル画像における輝度を抽出する輝度抽出部４０と、抽出された輝度に基づいて後述するマークの位置を算出する算出部５０と、を備えている。
【００１９】
また、この重ね合わせ検査装置１００は、光源２０と半導体基板２００との間であって、光源２０から放射される光の光路上に介在する光学フィルタ２１を備えている。そして、この光学フィルタを光路に直交する方向にスライドするように変位させるモータ２２を備えている。さらに、重ね合わせ検査装置１００は、モータ２２の駆動を制御する制御部６０を備えている。
【００２０】
半導体基板２００は、図２に示すように、下地層２１０とレジスト層２３０と、下地層２１０とレジスト層２３０との間に形成された少なくとも１層の加工層２２０を有している。
【００２１】
下地層２１０は、前工程までに回路パターン等が形成された層である。これらパターンの形成の際に、例えばウェハの所定の箇所に、重ね合わせ検査のための位置検出用である第１マーク２０１が形成される。第１マーク２０１は、下地層２１０に設けられた第１溝部２１１により、ウェハ上面から視認可能に形成されている。本実施形態における第１溝部２１１は矩形状に形成されており、第１マーク２０１も矩形である。なお、第１マーク２０１は、ウェハ上面から可視光を介して観察すると、マークが形成されていない箇所（バックグラウンド）に対して低い輝度として視認される。すなわち、周囲よりも暗く見える。
【００２２】
加工層２２０は下地層２１０に積層されている。加工層２２０は例えばアルミニウムの層であり、次工程において加工されるべき層として下地層２１０に積層されている。換言すれば、重ね合わせ検査の時点では加工層２２０は加工されておらず、下地層２１０の一面に亘って一様に形成されている。
【００２３】
レジスト層２３０は、所定のパターンが形成され、形成されたパターンを加工層２２０に転写するための層である。レジスト層２３０に形成されたパターンには、重ね合わせ検査のための位置検出用である第２マーク２０２が含まれる。第２マーク２０２は、レジスト層２３０に設けられた第２溝部２３１により、ウェハ上面から視認可能に形成されている。本実施形態における第２溝部２３１は矩形状に形成されており、第２マーク２０２も矩形である。なお、第２マーク２０２は、ウェハ上面から可視光を介して観察すると、マークが形成されていない箇所（バックグラウンド）に対して高い輝度として視認される。すなわち、周囲よりも明るく見える。
【００２４】
本実施形態における第１マーク２０１および第２マーク２０２は、半導体基板２００を正面視したときに、それぞれ正方形を成している。第２マーク２０２の正方形は、第１マーク２０１の正方形の内部に含まれる、いわゆるＢＯＸ  ｉｎ  ＢＯＸのマーク方式を成している。第１マーク２０１および第２マーク２０２は、下地層２１０とレジスト層２３０とに位置ずれが無く互いが相対的に正しい位置関係にあれば、第１マーク２０１の正方形の中心と、第２マーク２０２の正方形の中心とが一致するようになっている。重ね合わせ検査装置１００は、第１マーク２０１および第２マーク２０２の位置をそれぞれ検出し、中心の座標のずれ量を算出する装置である。
【００２５】
以下、重ね合わせ検査装置１００の構成について、図１〜図４を参照して詳しく説明する。
【００２６】
ステージ１０は、図１に示すように、半導体基板２００を吸着固定する板状のチャック１１と、チャック１１とともに半導体基板２００を回転方向に変位させるθステージ１２と、半導体基板２００を板の面方向に変位させるＸＹステージ１３とを有している。ステージ１０は、半導体基板２００を固定する役割を果たすとともに、光源２０から放射される光の光路が半導体基板２００に形成された後述のマークに重なるように半導体基板２００を移動させる。
【００２７】
光源２０は例えばハロゲンランプであり、少なくとも可視光の波長域を含む白色光を放射する光源である。光源２０はある程度の指向性を有し、後述する光学フィルタ２１に板面にスポット状に光を照射する。
【００２８】
カメラ３０は特許請求の範囲に記載の撮像部に相当し、例えばエリアセンサ型のＣＣＤカメラである。カメラ３０は半導体基板２００の表面に対向する位置に撮像面を向けて配置されており、半導体基板２００の表面を撮像する。カメラ３０はデジタル画像を出力する。デジタル画像は、半導体基板２００の表面における輝度情報をデジタルデータとして保持している。具体的には、デジタル画像は、撮像面における画素の座標データと、当該画素における輝度情報と、を保持している。カメラ３０は少なくとも輝度情報を取得することができればよいので、カラーＣＣＤである必要はなく、モノクロＣＣＤであってもよい。撮像されたデジタル画像は例えばモノクロ８ビットで出力され、半導体基板２００の表面における輝度を画素ごとに２５６階調のデジタルデータとして保持している。
【００２９】
輝度抽出部４０は、デジタル画像に保持された輝度情報について、とくにマーク２０１，２０２が形成された部分の輝度情報を抽出する部分である。輝度抽出部４０は、デジタル画像に対してローパス処理等を実行してノイズを除去する。例えば、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う輝度プロファイルは図３上図に示すようになる。第１マーク２０１の該当する画素はバックグラウンドに較べて輝度Ｎが小さく、第２マーク２０２に該当する画素は輝度Ｎが大きくなる。ノイズの除去後、輝度抽出部４０は、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うｘ方向について輝度Ｎを微分することにより、図３下図に示すように、輝度が急激に変化する箇所をエッジとして抽出する。
【００３０】
算出部４０は、輝度抽出部４０により抽出された輝度情報およびエッジの情報に基づいて第１マーク２０１および第２マーク２０２の位置を算出し、その位置ずれ量を算出する部分である。算出部５０は、２つのエッジの間であって、且つ、輝度が閾値よりも小さい部分を第１マーク２０１として判定し、輝度が閾値よりも大きい部分を第２マーク２０２として判定する。これにより、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うｘ方向についてマーク２０１，２０２の位置を算出することができる。算出部５０は、ｘ方向に直交するｙ方向についても同様にエッジを検出し、第１マーク２０１および第２マーク２０２の位置を算出する。
【００３１】
算出部５０は、ｘ方向における２箇所の第１マーク２０１の中心の座標Ｘ１と、ｙ方向における２箇所の第１マーク２０１の中心の座標Ｙ１とを算出し、以って下地層２１０の形成された矩形状の第１マーク２０１の中心（Ｘ１，Ｙ１）を決定する。同様に、算出部５０は、ｘ方向における２箇所の第２マーク２０２の中心の座標Ｘ２と、ｙ方向における２箇所の第２マーク２０２の中心の座標Ｙ２とを算出し、以って下地層２３０の形成された矩形状の第２マーク２０２の中心（Ｘ２，Ｙ２）を決定する。
【００３２】
算出部５０は、第１マーク２０１における中心の座標（Ｘ１，Ｙ１）と、第２マーク２０２における中心の座標（Ｘ２，Ｙ２）との差分を算出する。すなわち、（｜Ｘ１−Ｘ２｜，｜Ｙ１−Ｙ２｜）を算出する。算出部５０は、各成分が予め定めた所定の規格よりも小さな値であれば、下地層２１０とレジスト層２３０とがずれていないと判定する。一方、各成分が予め定めた所定の規格よりも大きな値であれば、下地層２１０とレジスト層２３０とがずれていると判定する。
【００３３】
本実施形態における重ね合わせ検査装置１００は、上記した構成要素に加えて、光学フィルタ２１と、光学フィルタ２１を駆動するモータ２２と、モータ２２の駆動を制御する制御部６０と、を備えている。
【００３４】
光学フィルタ２１は、図４に示すように、長方形平板状を成すフィルタである。この光学フィルタ２１は、フィルタの面内において、透過する光の波長が少なくとも可視光の範囲で連続的に変化する。具体的には、光学フィルタ２１の長手方向に沿って、透過できる波長が略４００ｎｍから略７５０ｎｍまで連続的に変化するようになっている。
【００３５】
光学フィルタ２１は、光源２０から放射された指向性の光線が光学フィルタ２１に略直交するように、光源２０と半導体基板２００との間に挿入されている。光源２０から放射された白色光は光学フィルタ２１を通して、略単一の波長域に限定されて透過する。例えば、光源２０からの白色光が光学フィルタ２０の長手方向の一端近傍を通過すれば透過光はほぼ紫色となり、光学フィルタ２０の中央近傍を通過すれば透過光はほぼ緑色となり、光学フィルタ２０の他端近傍を通過すれば透過光はほぼ赤色となる。透過した光は半導体基板２００における第１マーク２０１および第２マーク２０２が形成された領域に照射され、当該箇所を照明する。
【００３６】
モータ２２は、光学フィルタ２１に機械的に接続されており、ロータの回転角に対応した位置に光学フィルタ２１を移動させる。光学フィルタ２１は、光源２０から半導体基板２００上の照明すべき箇所に向かう光路（光線）と直交する状態を維持しながら、スライドする。光学フィルタ２１が長手方向にスライドすることにより、光学フィルタ２１上の光線の当たる場所が変化して透過光の波長が変化する。すなわち、モータ２２におけるロータの回転角と、スライドにより調整された光の波長とは一対一に対応する。
【００３７】
制御部６０は、モータ２２への通電を制御して光学フィルタ２１のスライド量、すなわち光源２０に対する光学フィルタ２１の位置、を制御している。上記したように、モータ２２におけるロータの回転角と、スライドにより調整された光の波長とは一対一に対応するので、制御部６０は、モータ２２の駆動を制御することによって、半導体基板２００を照明する光の波長を制御している。
【００３８】
制御部６０は、重ね合わせ検査時において、光学フィルタ２１を介して生成可能なすべての波長に亘って、各波長に対応する輝度情報を取得する。そして、第１マーク２０１における輝度とバックグラウンドにおける輝度の差を算出する。また、制御部６０は、第２マーク２０２における輝度とバックグラウンドにおける輝度の差を算出する。現実的には、例えば波長にして１０ｎｍごとにデジタル画像を撮像し、それぞれの輝度情報を取得する。
【００３９】
上記した輝度差の計算において用いる輝度値は、予め決められた所定の画素の値を採用しても良いし、マーク部分およびバックグラウンド部分に相当する画素の輝度値のそれぞれの平均値を採用しても良い。
【００４０】
制御部６０は、第１マーク２０１における輝度とバックグラウンドにおける輝度の差が最大となる第１透過波長λ１を決定する。また、第２マーク２０２における輝度とバックグラウンドにおける輝度の差が最大となる第２透過波長λ２を決定する。第１透過波長λ１および第２透過波長λ２は、制御部６０が有する波長記憶部６１に記憶される。制御部６０は、次回の同一工程において、記憶された第１透過波長λ１および第２透過波長λ２を用いて、半導体基板２００を照明し重ね合わせ検査を実施する。
【００４１】
なお、第１透過波長λ１および第２透過波長λ２の決定に際して、必ずしも輝度差が最大となるようにする必要はなく、所定の閾値以上となるように設定すれば良い。所定の閾値とは、例えばカメラ３０にて撮像したときにマーク２０１，２０２とバックグラウンドとの境界が明瞭になる値として予め指定しておくものである。ここでの閾値は、算出部４０によるマーク２０１，２０２の判定の際に用いられる閾値と同一であっても良いし、異なっていても良い。
【００４２】
次に、図５を参照して、本実施形態における重ね合わせ検査装置１００を用いた半導体装置の製造方法について説明する。とくに、半導体装置の製造方法に一部である重ね合わせ検査方法について説明する。
【００４３】
最初に、図５に示すように、ステップＳ１を実行する。ステップＳ１は、重ね合わせ検査の対象となる半導体基板２００を用意するステップである。半導体基板２００は、下地層２１０に対してスパッタリングやＣＶＤなど一般的な方法により加工層２２０を積層して形成し、加工層２２０上にレジスト層２３０を塗布後フォトリソグラフィによりパターンを形成することで得る。第１マーク２０１は予め下地層２１０に形成されており、第２マーク２０２は、レジストマスクに第２マーク２０２に相当する部分が形成されることによりレジスト層２３０に転写されて成る。
【００４４】
次いで、ステップＳ２を実行する。ステップＳ２は、レジスト層２３０のフォトリソグラフィによるパターンの転写の後、用意された半導体基板２００をステージ１０に載置するステップである。
【００４５】
次いで、ステップＳ３を実行する。ステップＳ３は、暖機等により光量を安定させた光源２０の光を半導体基板２００上に照射するステップである。光源２０の光は半導体基板２００の全面を照明する必要はなく、少なくとも第１マーク２０１および第２マーク２０２が形成された部分を含む所定の領域を照明できるように集光されていれば良い。通常、マーク２０１，２０２は同一ウェハ上に複数形成されているが、少なくとも一箇所を照明するように集光すれば良く、複数のマーク２０１，２０２に対して重ね合わせ検査を実施する場合には、適宜ＸＹステージ１３、θステージ１２を駆動してウェハを移動させる。
【００４６】
次いで、ステップＳ４を実行する。ステップＳ４は、光学フィルタ２１の光源２０に対する位置を初期位置に移動するステップである。光学フィルタ２１の初期位置は任意に設定することができるが、本実施形態では、例えば長手方向の一端であって、透過光の波長が７５０ｎｍになる位置に光源２０からの光が照射される位置を光学フィルタ２１の初期位置とする。ステップＳ４では、制御部６０がモータ２２を駆動して光学フィルタ２１を初期位置まで移動させる。
【００４７】
次いで、ステップＳ５を実行する。ステップＳ５は、光学フィルタ２１を介した光源２０の光で照明されたマーク２０１，２０２を撮像するステップである。撮像はカメラ３０で行う。撮像によって生成されるデジタル画像は輝度抽出部４０に出力される。
【００４８】
次いで、ステップＳ６を実行する。ステップＳ６は、ステップＳ５において生成したデジタル画像に基づいて輝度情報を抽出し取得するステップである。上記したように、輝度抽出部４０がデジタル画像のノイズ除去やエッジ検出を行い、バックグラウンドの部分、第１マーク２０１が形成された部分および第２マーク２０２が形成された部分における輝度情報をそれぞれ取得する。ここで取得された輝度情報は、ステップＳ５において撮像された際に照明されている光の波長において固有である。換言すれば、照明に用いられる波長ごとに、バックグラウンド、第１マーク２０１および第２マーク２０２のそれぞれの輝度が取得される。
【００４９】
次いで、ステップＳ７を実行する。ステップＳ７は、光学フィルタ２１を介して生成可能なすべての光の波長に対して、上記した輝度情報を取得したか否かを判定するステップである。すべての波長に対して輝度情報が取得されていればＹＥＳ判定となりステップＳ９に進む。一方、すべての波長に対して輝度情報が取得されていなければＮＯ判定となり、ステップＳ８に進む。
【００５０】
例えば、ステップＳ４の後、カメラによるマーク２０１，２０２の撮像が初めてであれば、ステップＳ７は言うまでも無くＮＯ判定となる。ステップＳ８は、光学フィルタ２１を移動（スライド）して透過光の波長を変更するステップである。例えば透過光の波長が初期位置（７５０ｎｍ）から１０ｎｍだけ短くなるように光学フィルタ２１を移動する。これにより、半導体基板２００を照明する光の波長は７４０ｎｍとなる。そして、再びステップＳ５に戻り、マーク２０１，２０２を波長にして７４０ｎｍの光で照明しながら撮像する。
【００５１】
すべての波長について撮像が完了するまでステップＳ５〜ステップＳ８を繰り返し実行する。これにより、波長が４００ｎｍから７５０ｎｍの間において１０ｎｍ刻みで設定される波長の光に対応した、計３６枚のデジタル画像が得られる。そして、それぞれのデジタル画像に対して、バックグラウンド、第１マーク２０１および第２マーク２０２のそれぞれの輝度が取得される。
【００５２】
すべての波長について輝度情報が得られるとステップＳ７はＹＥＳ判定となりステップＳ９に進む。ステップＳ９は、第１透過波長λ１を決定するステップである。制御部６０は、ひとつの波長における第１マーク２０１の部分の輝度とバックグラウンドの部分の輝度の差分を算出する。これを取得されたすべての波長に対して実行し、輝度差が最大となる第１透過波長λ１を決定する。
【００５３】
次いで、ステップＳ１０を実行する。ステップＳ９は、第２透過波長λ２を決定するステップである。制御部６０は、ひとつの波長における第２マーク２０２の部分の輝度とバックグラウンドの部分の輝度の差分を算出する。これを取得されたすべての波長に対して実行し、輝度差が最大となる第２透過波長λ２を決定する。第１透過波長λ１と第２透過波長λ２とは一般的に異なる値を取る。
【００５４】
次いで、ステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１は、ステップＳ９において決定した第１透過波長λ１、および、ステップＳ１０において決定した第２透過波長λ２のそれぞれの透過波長を用いてマーク２０１，２０２を撮像するステップである。例えば、ひとつの半導体基板２００に対して、照明する波長を第１透過波長λ１に設定して撮像して第１デジタル画像を生成する。その後、光学フィルタ２１を駆動して透過波長を第２透過波長λ２に変更する。そして、変更された透過波長のもとで撮像して第２デジタル画像を生成する。
【００５５】
次いで、ステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２は、第１デジタル画像および第２デジタル画像から抽出された輝度情報に基づいて、それぞれ第１マーク２０１および第２マーク２０２の位置を算出し、両者の位置ずれを判定するステップである。上記したように、算出部５０は、第１デジタル画像を用い、図３に示すｘ方向における２箇所の第１マーク２０１の中心の座標Ｘ１と、ｘ方向に直交するｙ方向における２箇所の第１マーク２０１の中心の座標Ｙ１とを算出し、以って下地層２１０の形成された矩形状の第１マーク２０１の中心（Ｘ１，Ｙ１）を決定する。同様に、第２デジタル画像を用い、ｘ方向における２箇所の第２マーク２０２の中心の座標Ｘ２と、ｙ方向における２箇所の第２マーク２０２の中心の座標Ｙ２とを算出し、以って下地層２３０の形成された矩形状の第２マーク２０２の中心（Ｘ２，Ｙ２）を決定する。
【００５６】
そして、第１マーク２０１における中心の座標（Ｘ１，Ｙ１）と、第２マーク２０２における中心の座標（Ｘ２，Ｙ２）との差分を算出する。すなわち、ずれ量（｜Ｘ１−Ｘ２｜，｜Ｙ１−Ｙ２｜）を算出する。ずれ量の各成分が予め定めた所定の規格よりも小さな値であれば、下地層２１０とレジスト層２３０とがずれていないと判定する。一方、各成分が予め定めた所定の規格よりも大きな値であれば、下地層２１０とレジスト層２３０とがずれていると判定する。
【００５７】
次いで、ステップＳ１３を実行する。ステップＳ１３は、重ね合わせ検査の対象の半導体基板２００を次の基板に交換するステップである。検査済の半導体基板２００は次の工程を行うためにステージ１０から外され搬送される。一方、ステージ１０には、次に重ね合わせ検査を実施するべき半導体基板が搬送されて載置される。
【００５８】
次に重ね合わせ検査を実施すべき半導体基板がステージ１０に載置されたらステップＳ１１に戻る。すなわち、第１透過波長λ１および第２透過波長λ２のそれぞれの透過波長を用いてマーク２０１，２０２を撮像する。検査すべきすべての半導体基板２００の重ね合わせ検査が終了するまでステップＳ１１からステップＳ１３を繰り返し実行する。
【００５９】
次に、本実施形態における重ね合わせ検査装置１００を採用することによる作用効果について説明する。
【００６０】
本実施形態における重ね合わせ検査装置１００では、光源２０から放射された光が、面内で透過光の波長が連続的に変化するようにされた光学フィルタ２１を通して半導体基板２００に照射される。このため、波長を連続的に変化させながら半導体基板２００を照明することができる。
【００６１】
制御部６０は、バックグラウンドの輝度と、第１マーク２０１あるいは第２マーク２０２の輝度との輝度差が最大になる適切な波長（λ１，λ２）を、連続的に変化させた波長域に中から選択することができる。このため、第１マーク２０１あるいは第２マーク２０２と、バックグラウンドとのコントラストを最大にでき、高精度にマークの検出を行うことができる。
【００６２】
（第２実施形態）
光源２０の光が光学フィルタ２１を透過する際に、光学フィルタ２１に入射する光のスポット径は、光学フィルタ２１の体格に対して、可能な限り小さいことが好ましい。これは、スポット径が大きいと、透過して得られる光が含む波長成分がブロードになるためである。逆に言えば、スポット径が小さければ、透過光の波長成分を単一に近づけることができ、最適な透過波長を選択する際に、波長の選択幅をより高解像度にできる。
【００６３】
これを実現するため、本実施形態における重ね合わせ検査装置１００は、図６に示すように、光源２０と光学フィルタ２１との間に、光源２０から入射した光を光学フィルタ２１上に集光する第１集光レンズ２３を備え、さらに、光学フィルタ２１と半導体基板２００との間に、光学フィルタ２１を透過して拡散した光を半導体基板２００上に集光する第２集光レンズ２４を備えている。なお、第１集光レンズ２３および第２集光レンズ２４が挿入される以外の構成要素は第１実施形態と同様である。
【００６４】
第１集光レンズ２３は、所定の焦点距離に設定されており、光源２０から放射された光を光学フィルタ２１上に集光するようになっている。例えば、長手方向の長さが略５０ｍｍである光学フィルタ２１に対して、集光後の光のスポット径が略１ｍｍとなるように設定されている。第１集光レンズ２３を備えることにより、光学フィルタ２１上のスポット径をできるだけ小さくすることができ、透過光の波長成分をより単一に近づけることができる。
【００６５】
第２集光レンズ２４は、所定の焦点距離に設定されており、光学フィルタ２１を透過した所定の波長にされた透過光を半導体基板２００上に集光するようになっている。一般にレンズの焦点距離は波長によって前後する。本実施形態における第２集光レンズ２４は、光学フィルタ２１のスライド位置に連動して光路上を前後するようになっている。また、第２集光レンズ２４を光路方向に前後することにより、第２集光レンズ２４を介して半導体基板２００上を照明する光のスポット径を任意に調整可能とされている。これにより、第１マーク２０１および第２マーク２０２のサイズに合わせて照明するスポット径を調整することができる。
【００６６】
（第３実施形態）
第１実施形態の説明において、図１では、光源２０から照射される光の光路が半導体基板２００に対して斜めに入射するように図示したが、光路の構成はこの限りではない。例えば、図７に示すように、光学フィルタ２１とカメラ３０との間にハーフミラー７０を配置し、半導体基板２００への光の入射方向と、半導体基板２００からカメラ３０に向かう反射方向とが平行になるようにしても良い。カメラ３０の光軸は半導体基板２００に直交している。そして、光源２０から照射される光の進行方向はカメラ３０の光軸に直交している。ハーフミラー７０は、カメラ３０の光軸と光源２０からの照射光の進行方向が交わる位置に配置され、照射光が半導体基板２００に向かうようになっている。ハーフミラー７０を反射した光はレボルバ８０を介して半導体基板２００に照射されて第１マーク２０１および第２マーク２０２が照明される。マーク２０１，２０２において反射した光はハーフミラー７０を介してカメラ３０に入射し、カメラ３０がデジタル画像を取得する。
【００６７】
これによれば、半導体基板２００への光の入射方向とカメラ３０に向かう光の進行方向とを平行にできるので、カメラ３０において、光源２０の出力に対して効率的に光を集光することができる。
【００６８】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００６９】
上記した各実施形態では、第１透過波長λ１と第２透過波長λ２の両方を決定して、その両方を用いてデジタル画像を取得する例について説明したが、この限りではない。例えば、第２マーク２０２とバックグラウンドとの輝度差が十分に確保できることが明らかな工程において重ね合わせ検査を実施する際には、検査の時短を目的に、第２透過波長λ２を決定するためのステップ、すなわち、第１実施形態にて説明したステップＳ１０を省略するようにしても良い。この場合、ステップＳ１１の撮像の工程においても、第２透過波長λ２を用いた撮像は実施されない。
【００７０】
また、半導体基板２００を白色光で照射することで、第１マーク２０１とバックグラウンド、および第２マーク２０２とバックグラウンドとの輝度差が十分に確保できることが明らかな工程においては重ね合わせ検査を実施する際には、光学フィルタ２１を光路上から外すようにモータ２２を駆動することが好ましい。
【００７１】
また、光源２０の分光にあたって、上記した各実施形態では光学フィルタ２１により白色光を所定の波長の光に分光する例を説明したが、光学フィルタ２１に替えて回折格子を介して分光しても良いし、プリズムを介して分光しても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１０…ステージ，２０…光源，２１…光学フィルタ，２２…モータ，３０…カメラ（撮像部），４０…輝度抽出部，５０…算出部，６０…制御部，６１…波長記憶部
【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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