JP3844940B2 - マーク位置検出装置およびマーク位置検出方法 - Google Patents
マーク位置検出装置およびマーク位置検出方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程におけるマスク間の合せずれ測定方法および合せずれ測定装置に関し、特に、半導体基板に予め形成された合せずれ測定マークの位置を検出する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
それぞれ異なるパターンを有する薄膜の積層体でなる半導体装置の製造においては、各製造段階において、パターンを形成するためのマスク（レチクル）を半導体基板に対して正確に配置することが極めて重要となる。
【０００３】
マスクアライメントの方法として、素子形成領域外の半導体基板上に合せずれ測定マーク（以下、適宜測定マークという）を予め形成しておき、この測定マークの位置を検出し、検出した位置を基準としてマスクの配置位置を調整する方法が広く採用されている。
【０００４】
従来の技術による測定マークの位置検出方法について、スライスレベル法と相関法を取りあげて説明する。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【０００５】
図１２は、従来の技術による測定マーク位置検出装置の概略を示す構成図である。
【０００６】
同図に示す合せずれ測定マーク位置検出装置１１０は、光源１３とハーフミラー１５とステージ７０とＣＣＤセンサ３３と制御コンピュータ１１０とを備えている。ステージ７０上には、測定対象である測定マーク２０が予め形成されたＳｉ基板１２０が載置される。同図では、測定マーク２０のＸ方向における断面図を示し、測定マーク２０以外の領域は省略して記載する。
【０００７】
図１３は、図１２に示す測定マーク２０の拡大図である。同図に示すように、測定マーク２０は、Ｓｉ基板１２０上に形成されたＳｉＯ２層２３と、ＳｉＯ２層２３の上に凸状に形成されたＳｉＮ層２７とを備える。ＳｉＯ２層２３とＳｉＮは、ともに１μｍの膜厚Ｔ１，Ｔ２で形成されている。ＳｉＯ２層２３の表面には、ともに０．１２μｍの深さＤ１，Ｄ２を有する２つの凹部Ｃ１，Ｃ２が形成され、これにより段差が形成される。ＳｉＮ層２７はその中心が図１３の断面図において凹部Ｃ１，Ｃ２の中間に位置するように配置される。即ち、ＳｉＮ層２７からみて各凹部の外側エッジＥ１，Ｅ４の中間点にＳｉＮ層２７の中心が位置するようにＳｉＮ層２７が形成され、これにより測定マーク２０は、ＳｉＮ層２７の中心線ｌ１を中心とする対称形をなしている。
【０００８】
測定マーク２０の位置検出は、ＳｉＮ層２７の中心点Ｐ１を検出すればよいが、測定の精度を向上させるため、一般的には、ＳｉＮ層２７の中心点Ｐ１と、２つの凹部Ｃ１，Ｃ２の各外側エッジＥ１，Ｅ４の中心点とが一致することを確認する手順を含む。
【０００９】
（１）スライスレベル法
スライスレベル法による測定マーク検出法について図１４〜図１７、および図１６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００１０】
まず、図１２に示す装置１００を用い、光源１３から所定の波長λを有する光、または白色光Ｌ１を発光させ、ハーフミラー１５を介して測定マーク２０に照射させる（ステップＳ１０１）。測定マーク２０からは反射光Ｌ２が生じるので、この反射光Ｌ２をハーフミラー１５を介してＣＣＤセンサ３３により検出する（ステップＳ１０２）。Ｓｉ基板１２０とＳｉＯ２層２３との界面、ＳｉＯ２層２３の表面、ＳｉＯ２層２３とＳｉＮ層２７との界面およびＳｉＮ層２７の表面でそれぞれ反射した光が相互に干渉し合うので、反射光Ｌ２はこれら界面および表面とＣＣＤセンサ３３の画素部との各光路差に応じた強度を有する光となってセンサ３１に入射する。
【００１１】
ＣＣＤセンサ３３は、画素がＸ方向に列をなすように配置される。各画素から反射光に応じて発生した信号電荷はＡ／Ｄ変換器３５を介して制御コンピュータ１１０に取込まれる。
【００１２】
制御コンピュータ１１０は、ＣＣＤセンサ３３から供給された信号電荷を処理し、測定マークのＸ方向における位置座標を横軸とし、測定マークからの反射光Ｌ２の強度を縦軸とする波形を認識する（ステップＳ１０３）。なお、測定マークの基板１２０上の位置座標（以下、ウェーハ位置座標という）は、既知の方法により検出する。
【００１３】
制御コンピュータ１１０により得られた波形図を測定マークの断面形状とともに図１４に示す。同図に示すように、横軸の各位置座標は、測定マークの位置座標にそれぞれ対応し、例えば各凹凸形状のエッジＥ１〜Ｅ６が波形図のＸ１〜Ｘ６にそれぞれ対応している。
【００１４】
図１４に示すように、凹部Ｃ１に対応する位置座標Ｘ１〜Ｘ２での反射光の強度をｒｄ１、凹部Ｃ２に対応する位置座標Ｘ５〜Ｘ６での反射光の強度をｒｄ２、その他のＳｉＯ２層２３の表面からの反射光の強度をｒ０とすると、これらの間には、以下の関係が成立する。
【００１５】
ｒ０＞ｒｄ１，ｒｄ２・・・・・・・・（１）
ｒｄ１＝ｒｄ２・・・・・・・・・・・（２）
このように、線対称な断面形状を有する測定マークから得られた反射光の波形は、位置座標Ｘ１〜Ｘ２の領域およびその近傍においても、また、位置座標Ｘ５〜Ｘ６の領域およびその近傍においても凹状となり、全体の波形は、Ｘ３〜Ｘ４の中間点ＸＭ３４を通過してＸ軸に垂直な直線ｌ１’について線対称な形状となる。
【００１６】
このような対称波形を処理してスライスレベル法により測定マーク２０の位置を検出する方法を図１５、図１６を参照しながら説明する。
【００１７】
まず、波形図の位置座標Ｘ１〜Ｘ２およびその近傍において光強度の降下が最も急峻な位置ＸＭ１を検出する（ステップＳ１０４）。
【００１８】
同様に、波形図の位置座標Ｘ５〜Ｘ６およびその近傍において光強度の上昇が最も急峻な位置ＸＭ６を検出する（ステップＳ１０５）。
【００１９】
次に、上記手順にて得られた位置ＸＭ１と位置ＸＭ６の中点ＸＭ１６を算出する（ステップＳ１０６）。
【００２０】
次に、上述したステップＳ１０４〜Ｓ１０６と同様の手順で、位置座標Ｘ３とその近傍領域並びに位置座標ＸＭ４とその近傍領域で、波形の降下と上昇がそれぞれ最も急峻な位置ＸＭ３，ＸＭ４を検出し（ステップＳ１０７、Ｓ１０８）、これらの中点ＸＭ３４を算出する（ステップＳ１０９）。
【００２１】
最後に、ＸＭ３４とＸＭ１６との差を算出し、これを合せずれとして出力する（ステップＳ１１０）。
【００２２】
図１５に示す波形図の場合、反射光強度の波形は、対称形なので、ＸＭ１と位置座標Ｘ１、ＸＭ６と位置座標Ｘ６とは正確に対応する。従って、ＸＭ３４−ＸＭ１６＝０となり、ＸＭ１６が位置座標Ｘ１とＸ６との中点に正確に一致する。この結果、測定マークの位置を正確に検出できるので、その後のリソグラフィ工程において、基板または基板上に既に形成されたパターンに対してマスクの位置を正確に整合させることができる。
【００２３】
（２）相関法
次に、相関法による測定マーク検出法について図１２、図１４、図１７および図２２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２４】
測定マーク２０に光Ｌ１を照射して反射光Ｌ２をＣＣＤセンサ３３により検出し、図１４に示す波形図を得る手順は、上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同一である。
【００２５】
次に、図１７に示すように、位置座標Ｘ１およびこの近傍領域の波形部分１１を抽出し、ミラー反転処理によりＸ方向に対称な図形を作成し、これを参照波形１１ｉｎｖとして図示しないメモリに格納する（ステップＳ１１４）。
【００２６】
次に、位置座標Ｘ５〜Ｘ６およびその近傍領域の波形と参照波形１１ｉｎｖとを比較し、最も近似する波形を検出してこれに対応する位置座標をＸＮ６とする（ステップＳ１１５）。
【００２７】
次に、波形部分１１に対応する位置ＸＮ１と、ステップＳ１１５により得られた位置ＸＮ６との中点を算出し、位置ＸＮ１とＸＮ６の中点ＸＮ１６とする（ステップＳ１１６）。
【００２８】
次に、上述したステップＳ１１４〜Ｓ１１６と同様の手順により、位置Ｘ３とＸ４との中点ＸＮ３４を算出する（ステップＳ１１７〜Ｓ１１９）。
【００２９】
最後に、ＸＮ３４とＸＮ１６との差を算出し、これを合せずれとして出力する（ステップＳ１２０）。
【００３０】
以上の相関法によっても、反射光から得られた波形図が対称である場合は、ＸＮ１６が位置座標Ｘ３とＸ４との中点ＸＮ３４に正確に一致するため、測定マーク２０の位置を正確に検出できる。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したスライスレベル法および相関法のいずれについても、測定マークが非対称の形状を有する場合には、マークの位置を正確に検出できない、という問題点があった。以下、この問題点を詳述する。
【００３２】
図１８は、非対称の断面形状を有する合せずれ測定マークの一例を示す。同図に示す測定マーク２１は、マーク構成部分の材料および膜厚について図１３に示す測定マーク２１と同一であり、また、ＳｉＮ層２７が２つの凹部Ｃ３，Ｃ４の中間に配置されている点においも前述の測定マーク２１と同一である。
【００３３】
しかしながら測定マーク２１のＳｉＯ２層２４に形成された２つの凹部Ｃ３とＣ４の深さＤ１’，Ｄ２’が測定マーク２１と異なり、それぞれＤ１’＝０．１μｍ、Ｄ２’＝０．１４μｍとなっている。このため、ＳｉＮ層２７の中心線ｌ２に対して非対称の断面形状を有する。このため、図１６および図２２に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０３の手順により反射光強度分布を取得すると、凹部Ｃ４の部分において反射光の位相が逆転し、その波形は図１９（ｂ）の波形図に示すとおりとなる。
【００３４】
この波形図を用いて上述した従来技術により測定マーク２１の位置を検出しようとすると以下の問題が生じる。
（スライスレベル法）
図２０に示すように、位置座標Ｘ１〜Ｘ２およびその近傍において反射光強度の降下が最も急峻な位置ＸＭ１を検出する手順（図１６のステップＳ１０４）においては、ＸＭ１は位置座標Ｘ１に対応する。
【００３５】
しかし、位置座標Ｘ５〜Ｘ６およびその近傍において光強度の上昇が最も急峻な位置ＸＭ６を検出する手順（図１６ステップＳ１０５）では、ＸＭ５は位置座標Ｘ６でなく位置座標Ｘ５に対応してしまう。従って、これらの中点ＸＭ１６は、位置座標Ｘ１とＸ６との中点でなく、位置座標Ｘ１とＸ５との中点に対応する。このため、ＸＭ１６は、図１６のステップＳ１０７〜Ｓ１０９の手順により得られたＸＭ３とＸＭ４との中点ＸＭ３４と一致することなく、図２０のＸＥだけの誤差が発生する。この結果、その後の製造工程においてマスクとの間の合せずれを正確に測定することが不可能となる。
【００３６】
（相関法）
図２１に示すように、位置座標Ｘ３およびその近傍領域の波形部分１３’のミラー反転図形１３ｉｎｖ’は、位置座標Ｘ４およびこの近傍領域の波形に最も近似するため、対称な断面形状の場合と同様に、検出された位置座標の中点ＸＮ３４は、Ｘ３とＸ４の中点に対応する。
【００３７】
しかし、位置座標Ｘ１およびその近傍領域の波形部分１１’のミラー反転図形１１ｉｎｖ’は、位置座標Ｘ５およびこの近傍領域の波形に最も近似することになる。従って、これらの中点ＸＮ１６は、位置座標Ｘ１とＸ６との中点でなく、位置座標Ｘ１とＸ５との中点に対応する。このため、図２１に示すように、ステップＳ１１７〜Ｓ１１９の手順により得られたＸＮ３とＸＮ４との中点ＸＮ３４と、ＸＮ１６との間でＸＥだけの誤差が発生する。この結果、測定マーク２１とマスクとの間で合せずれを正確に測定することが不可能となる。
【００３８】
このように、従来の技術によれば、合せずれ測定マークの断面形状が対称形であれば、正確にマーク位置を検出できるが、非対称な断面形状を有する合せずれ測定マークについてはその位置を正確に検出することができない、という問題点があった。
【００３９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、合せずれ測定マークの断面形状が非対称な場合であっても、正確にその位置を検出することができるマーク位置検出装置およびマーク位置検出方法を提供することにある。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００４１】
即ち、本発明によれば、
半導体基板上に形成された合せずれ測定用のマークに光を照射する発光手段と、上記マークから発生した反射光を検出する光検出手段と、この光検出手段の検出結果と予め与えられた上記マークの形状情報に基づいて、上記マークの断面形状に応じた上記反射光の強度分布を表す測定波形を出力する波形認識手段と、予め得られた上記マークの構成要素の材料情報および上記形状情報に基づいて上記反射光の強度が変化する箇所の理論波形を作成する演算手段と、上記理論波形と上記測定波形とを比較して上記マークの位置を検出する判定手段と、を備えるマーク位置検出装置が提供される。
本発明にかかるマーク位置検出装置によれば、マークを構成する材料と形状の情報に基づいて上記演算手段が上記反射光の理論波形を作成し、上記判定手段がこの理論波形と測定波形とを比較するので、あわせずれ測定マークの断面形状が対称な場合でも、非対称な場合でも正確にマークの位置を検出することができる。
【００４２】
上述のマーク位置検出装置は、上記反射光を任意の波長の光に分光して上記光検出手段に供給する分光手段と、上記光検出器の検出結果を受けて上記マークの断面形状に応じた上記反射光の波長依存性を解析しこの解析結果に基づいて上記マークの形状情報を取得する形状情報取得手段と、をさらに備えることが望ましい。
【００４３】
上記形状情報取得手段により、単一の装置で上記あわせずれ測定マークの形状情報をも取得することができる。これにより、高いスループットを実現するマーク位置検出装置が提供される。
【００４４】
上記分光手段が分光波を供給する光検出手段は、分光波を解析するために別途備えるものでも良く、また、上記光検出手段に移動機構を設け、単一の光検出手段が上記マークからの反射光を直接検出しまたは上記分光手段を介して間接的に検出するものでも良い。
【００４５】
また、本発明によれば、
半導体基板上に形成された合せずれ測定用のマークに光を照射する手順と、上記マークから発生した反射光を検出する手順と、この反射光の検出結果と予め与えられた上記マークの形状情報に基づいて、上記マークの断面形状に応じた上記反射光の強度分布を表す測定波形を認識する手順と、予め得られた上記マークの構成要素の材料情報と上記形状情報に基づいて上記反射光の強度が変化する箇所の理論波形を作成する手順と、上記理論波形と上記測定波形とを比較して上記マークの位置を検出する判定手順と、を備えるマーク位置検出方法が提供される。
【００４６】
本発明にかかるマーク位置検出方法によれば、合せずれ測定マークを構成する材料と形状の情報に基づいて反射光の理論波形を作成し、この理論波形と測定波形を比較するので、マークの断面形状が対称な場合でも、非対称な場合でも正確にマークの位置を検出することができる。
【００４７】
上述したマーク位置検出方法においては、上記反射光を任意の波長の光に分光して上記マークの断面形状に応じた上記反射光の波長依存性を解析し、その解析結果に基づいて上記マークの形状情報を取得する形状情報取得手順をさらに備えることが望ましい。
【００４８】
上記形状情報取得手順により、一連の手順で上記あわせずれ測定マークの形状情報をも取得することができる。これにより、高いスループットでマークの位置を検出することができる。
【００４９】
上記形状情報は、上記マークの構成要素の厚さの情報と、上記マークの表面に形成された凹部の深さの情報を含む。
【００５０】
また、上記マークの構成要素は、上記半導体基板上に第１の材料で形成された第１の薄膜と、この薄膜の上に第２の材料で形成された第２の薄膜とを含み、上記凹部は、上記第１の薄膜に形成された第１の深さの第１の凹部と第２の深さの第２の凹部とを含み、上記第２の薄膜は、上記第１の凹部と上記第２の凹部の中間に位置するように形成された突起部をなし、上記形状情報は、上記第１の薄膜の膜厚と上記第２の薄膜の膜厚と上記第１の深さと上記第２の深さの情報と、上記第１の凹部と上記突起部と上記第２の凹部における各側面の位置情報と、を含むと良い。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。
【００５２】
（１）第１の実施の形態
図１は、本発明にかかるマーク位置検出装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【００５３】
図１に示すように、本実施形態のマーク位置検出装置１は、照明光学系１０とステージ７０と検出光学系３０と制御コンピュータ５０とを備える。
【００５４】
ステージ７０は、測定対象である合せずれ測定マークが形成された基板１２０を上面に載置する。
【００５５】
照明光学系１０は、光源１３とハーフミラー１５とを有する。光源１３は制御コンピュータからの指令に基づいて任意の波長λの光Ｌ１を発光する。
【００５６】
検出光学系３０は、ＣＣＤセンサ３３とＡ／Ｄ変換器３５とを備える。ＣＣＤセンサ３３は、合せずれ測定マークからの反射光Ｌ２を検出し、その強度に応じた信号電荷を発生させる。また、Ａ／Ｄ変換器３５は、ＣＣＤセンサ３３からアナログの信号電荷の供給を受けてこれをディジタル信号に変換する。
【００５７】
制御コンピュータは、測定波形図作成部５１と理論波形作成部５７と波形照合部５３と合せずれ演算部５５とを含む。
【００５８】
測定波形図作成部５１は、Ａ／Ｄ変換器３５から受けたディジタル信号に基づいて、測定波形の波形図を作成する。この波形図は、横軸が基板１２０のＸ方向の位置座標を表し、縦軸が反射光の強度を表す。
【００５９】
理論波形作成部５７は、合せずれ測定マークの材料および形状に関する情報Ｉｎｆの入力を受けて測定マークの所望の位置に対応する反射光の強度をシミュレーションにより計算して理論波形を作成する。本実施形態において合せずれ測定マークに関する情報Ｉｎｆとしては、ＳｉＯ２膜（第１の膜）の材料および膜厚Ｔ１、第１および第２の凹部Ｃ１，Ｃ２におけるそれぞれの段差（深さ）Ｄ１，Ｄ２、ＳｉＮ膜（第２の膜）の材料および膜厚Ｔ２が含まれる。
【００６０】
波形照合部５３は、測定波形と理論波形とを照合し、測定波形のうち、理論波形に最も近似する測定波形部分を検出し、これに対応する測定波形図上の位置座標を出力する。
【００６１】
合せずれ演算部５５は、波形照合部５３から供給された位置情報に演算処理を行って測定結果の誤差の有無を判定し、誤差がある場合は、その値を出力する。
【００６２】
本実施形態のマーク位置検出装置１の動作について、本発明にかかるマーク位置検出方法の第１の実施の形態として図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、従来技術との対比を容易にするため、合せずれ測定マークとして図１３および図１８に示す測定マークと同一のマークを用いる。
【００６３】
図２〜図４は、本実施形態のマーク位置検出方法を説明するフローチャートである。図２は、本実施形態の一連の手順の概略を示し、また図３および図４は、後述する本処理の一連の手順を示す。
【００６４】
本実施形態では、測定マークの位置を検出する前に前処理として測定マークの膜厚および凹部の深さを膜厚計を用いて予め測定する。図２におけるステップＳ１１およびステップＳ１２は、測定前の前処理を示す。また、図２のステップＳ４０（図３および図４）は、測定の本処理を示す。以下、前処理と本処理に分けて説明する。
【００６５】
（Ａ）前処理
図２に示すように、まず、図１３または図１８に示す測定マークについて、ＳｉＯ２層２３の膜厚（第１の膜厚）Ｔ１と、ＳｉＮ層２７の膜厚（第２の膜厚）Ｔ２とを膜厚計（図示せず）を用いて測定する（ステップＳ１１）。
【００６６】
次に、測定マークにおける第１の凹部の深さと第２の凹部の深さとを図示しない段差計（膜厚計）を用いて測定する（ステップＳ１２）。第１および第２の凹部は、図１３に示す対称形の測定マークについては凹部Ｃ１，Ｃ２の深さＤ１とＤ２、図１８に示す非対称形の測定マークについては凹部Ｃ３，Ｃ４の深さＤ１’とＤ２’に相当する。
【００６７】
（Ｂ）本処理
上述の前処理により得られた膜厚および深さのデータを用いて合せずれ測定マークの位置を検出する（ステップＳ４０）。
【００６８】
まず、図３に示すように、マーク位置検出装置１の光源１３から波長λの光Ｌ１を発光し、ハーフミラー１５を介して合せずれ測定マークに照射する（ステップＳ４１）。これにより、合せずれ測定マークから反射光Ｌ２が発生する。反射光Ｌ２は、ハーフミラー１５を再び介して光路差に応じた強度を有する光としてＣＣＤセンサ３３の画素部に入射する。
【００６９】
ＣＣＤセンサ３３は、反射光Ｌ２を検出する。即ち、各画素から入射した反射光の強度に応じた信号電荷が発生し（ステップＳ４２）、ＣＣＤセンサ３３はこの信号電荷をアナログ信号としてＡ／Ｄ変換器３５に供給する。
【００７０】
Ａ／Ｄ変換器３５は、ＣＣＤセンサ３３から供給された信号電荷をディジタル信号に変換して制御コンピュータ５０に供給する。制御コンピュータの測定波形図作成部５１は、供給された信号に基づいて、合せずれ測定マークの表面形状の変化に応じた反射光の強度分布を認識し、この測定波形ＷＳＭを表す測定波形図を作成する（ステップＳ４３）。測定波形図は、測定マークの基板１２０表面に平行な面におけるＸ方向の位置座標を横軸とし、また、測定マークからの反射光の強度を縦軸として測定値をプロットしたものに相当する。
【００７１】
以下、測定波形ＷＳＭを処理して合せずれ測定マークの位置を検出する手順について、図１３に示すように測定マークが対称な断面形状を有する場合と図１８に示すように非対称な断面形状を有する場合に分けて説明する。
【００７２】
（ａ）測定マークの断面形状が対称形である場合
上述のステップＳ４１〜Ｓ４３により得られた測定波形ＷＳＭ１の具体例を図５（ａ）に示す。測定波形は、図１５に示す波形図と同様に、測定マークの断面形状においてＳｉＮ層２７の中心を通って基板１２０に垂直な線を中心に対称な形状となる。この対称波形ＷＳＭ１を用いてマーク位置を検出する方法を図３、図４のフローチャートおよび図５（ａ）を参照しながら説明する。なお、図３、Ｄにおいては、記載を簡略化するため、膜厚をＴｊ（ｊ＝１，２）、深さをＤｋ（ｋ＝１，２）、測定マークの位置座標をＸｌ，Ｘｍ（ｌ，ｍ＝１〜６）と記載した。
【００７３】
図３に示すように、まず、シミュレーションにより理論波形を作成し、これを用いて位置座標Ｘ１に対応する測定波形図上の位置を検出する。
【００７４】
即ち、ｊ＝１、ｋ＝１、ｌ＝１、ｍ＝２とし（ステップＳ４４）、パラメータとして膜厚Ｔ１、段差の深さＤ１を制御コンピュータの理論波形作成部５７に入力する。本実施形態では、Ｔ１＝１μｍ、Ｄ１＝０．１μｍを入力する。理論波形作成部５７は、入力されたこれらのパラメータに基づいて位置座標Ｘ１およびその近傍から発生するであろう反射光の反射光強度を算出し、図５に示すように、理論波形ＷＳＴ２１を作成し、波形照合部５３へ供給する（図３、ステップＳ４５）。
【００７５】
次に、波形照合部５３は、測定波形ＷＳＭ１と理論波形ＷＳＴ２１とを比較照合し、測定波形ＷＳＭ１のうち、位置座標Ｘ１〜Ｘ２およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２１に最も近似する部分に対応する位置座標ＸＰ１を検出し（図３、ステップＳ４６）、その情報を合せずれ演算部５５に供給する。
【００７６】
次に、上述した手順と同一の手順で、位置座標Ｘ６に対応する測定波形図上の位置ＸＰ６を測定する（ステップＳ４７、Ｓ４８、Ｓ４５、４６）。即ち、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝６、ｍ＝５とし（ステップＳ４８）、Ｔ１＝１μｍ、Ｄ２（＝Ｄ１）＝０．１２μｍをパラメータとして入力し、Ｘ６およびその近傍の理論波形ＷＳＴ２６を作成し（ステップＳ４５）、測定波形ＷＳＭ１のうち位置座標Ｘ６〜Ｘ５およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２６と最も近似する箇所の位置座標ＸＰ６を検出し（ステップＳ４６）、検出結果を合せずれ演算部５５に供給する。
【００７７】
ＸＰ１およびＸＰ２が検出されると（ステップＳ４７）、合せずれ演算部５５は、図４に示すように、ＸＰ１とＸＰ２との中点ＸＰ１６を算出する（ステップＳ４９）。
【００７８】
次に、ＳｉＮ層２７の両側エッジの位置である位置座標Ｘ３、Ｘ４に対応するＸＰ３、ＸＰ４を検出する。この手順も上述した図３のステップＳ４５、Ｓ４６と実質的に同一の手順である。
【００７９】
即ち、図４に示すように、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝３、ｍ＝４とし（ステップＳ５１）、ＳｉＯ２層２３の膜厚Ｔ１、ＳｉＮ膜の膜厚Ｔ２をパラメータとして理論波形作成部５７に入力し、理論波形作成部５７が位置座標Ｘ３およびその近傍から得られる反射光の強度を算出して理論波形ＷＳＴ２３を作成する（ステップＳ５２）。本実施形態ではＴ２＝１μｍである。
【００８０】
次に、波形照合部５３により、測定波形ＷＳＭのうち位置座標Ｘ３〜Ｘ４およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２３に最も近似する箇所の位置座標ＸＰ３を検出する（ステップＳ５３）。
【００８１】
同様の手順により、ＸＰ４についても（ステップＳ５４）、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝４、ｍ＝３として（ステップＳ５５）、上述したステップＳ５２およびＳ５３により検出し、検出結果を合せずれ演算部５５へ供給する。
【００８２】
合せずれ演算部５５は、まず、ＸＰ３とＸＰ４の中点ＸＰ３４を算出し（ステップＳ５６）、さらに、ステップＳ４９により得られた中点１６との差（ＸＰ１６−ＸＰ３４）を算出し、合せずれ０として出力する。
【００８３】
このように、本実施形態で対称な断面形状の合せずれ測定マークを測定する場合は、表面形状が変化する箇所に対応した理論波形、例えばＷＳＴ２１、ＷＳＴ２６を作成し、測定波形ＷＳＭ上でそれぞれ最も波形が近似する箇所の位置座標ＸＰ１，ＸＰ６を求める。従って、理論波形ＷＳＴ２１、ＷＳＴ２６が正確に作成できれば、位置座標ＸＰ１、ＸＰ６は、測定マークのウェーハ位置座標Ｘ１、Ｘ６にそれぞれ正確に対応する。
【００８４】
従って、ＸＰ１６はウェーハ位置座標Ｘ１，Ｘ６の中点に正確に一致し、本実施形態によっても合せずれ測定マークを正確に検出することができる。
【００８５】
（ｂ）測定マークの断面形状が対称形である場合
次に、非対称な断面形状を有する測定マークを検出する場合の手順について図３、図４および図５（ｂ）を参照しながら説明する。測定対象としては図１３に示す測定マークを用いる。従って、図３のステップＳ４１によって膜厚Ｔ１＝Ｔ２＝１μｍ、第１の凹部の深さＤ１’＝０．１μｍ、第２の凹部の深さＤ２’＝０．１４μｍが測定され、これらの数値がパラメータとして理論波形作成部５７に入力される。
【００８６】
図５（ｂ）は、図３に示す手順ステップＳ４１〜Ｓ４３により得られた測定波形ＷＳＭ２を示す。測定波形ＷＳＭ２は、前述したとおり、測定マークの断面形状においてＳｉＮ膜の中心を通って基板１２０に垂直な線を中心に非対称な形状である。
【００８７】
図３に示すように、まず、位置座標Ｘ１およびその近傍から得られるであろう理論波形を作成し、これに対応する測定波形図上の位置を検出する。即ち、ｊ＝１、ｋ＝１、ｌ＝１、ｍ＝２とし（ステップＳ４４）、パラメータとして膜厚Ｔ１＝１μｍ、段差の深さＤ１’＝０．１μｍを制御コンピュータの理論波形作成部５７に入力する。理論波形作成部５７は、位置座標Ｘ１およびその近傍から発生する反射光強度を算出し、図５（ｂ）に示すように、理論波形ＷＳＴ２１１’を作成する（ステップＳ４５）。
【００８８】
次に、波形照合部５３は、測定波形ＷＳＭ１と理論波形ＷＳＴ２１’とを比較照合し、測定波形ＷＳＭ１のうち、位置座標Ｘ１〜Ｘ２およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２１’に最も近似する部分に対応する位置座標ＸＰ１を検出し（図３、ステップＳ４６）、その情報を合せずれ演算部５５に供給する。
【００８９】
次に、上述した手順と同一の手順で、位置座標Ｘ６およびその近傍から得られるであろう理論波形を作成し、これに対応する測定波形図上の位置ＸＰ６を検出する（ステップＳ４７、Ｓ４８、Ｓ４５、４６）。即ち、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝６、ｍ＝５とし（ステップＳ４８）、Ｔ１＝１μｍ、Ｄ２’（≠Ｄ１’）＝０．１４μｍをパラメータとして入力し、Ｘ６およびその近傍の理論波形ＷＳＴ２１２’を作成し（ステップＳ４５）、測定波形ＷＳＭ２のうち位置座標Ｘ６〜Ｘ５およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２１２’と最も近似する部分に対応する位置座標ＸＰ６を検出し（ステップＳ４６）、検出結果を合せずれ演算部５５に供給する。
【００９０】
ＸＰ１およびＸＰ２が検出されると（ステップＳ４７）、合せずれ演算部５５は、図４に示すように、ＸＰ１とＸＰ２との中点ＸＰ１６を算出する（ステップＳ４９）。
【００９１】
次に、ＳｉＮ層２７の両側エッジの位置である位置座標Ｘ３、Ｘ４に対応するＷＰ３、ＸＰ４を検出する。
【００９２】
図４に示すように、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝３、ｍ＝４とし（ステップＳ５１）、ＳｉＯ２層２３の膜厚Ｔ１＝１μｍ、ＳｉＮ層２７の膜厚Ｔ２＝１μｍをパラメータとして理論波形作成部５７に入力し、理論波形作成部５７が位置座標Ｘ３およびその近傍から得られる反射光の強度を算出して理論波形ＷＳＴ２３’を作成する（ステップＳ５２）。
【００９３】
次に、波形照合部５３により、測定波形ＷＳＭ２のうち位置座標Ｘ３〜Ｘ４およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２３’に最も近似する箇所の位置座標ＸＰ３を検出する（ステップＳ５３）。
【００９４】
同様の手順により、ＸＰ４についても（ステップＳ５４）、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝４、ｍ＝３として（ステップＳ５５）、上述したステップＳ５２およびＳ５３により検出し、検出結果を合せずれ演算部５５へ供給する。
【００９５】
合せずれ演算部５５は、まず、ＸＰ３とＸＰ４の中点ＸＰ３４を算出し（ステップＳ５６）、さらに、ステップＳ４９により得られた中点ＸＰ１６との差（ＸＰ１６−ＸＰ３４）を算出し、合せずれ０として出力する。
【００９６】
このように、本実施形態では、表面形状が変化する箇所に対応した理論波形を作成し、測定波形ＷＳＭ上でそれぞれ最も波形が近似する部分に対応する位置座標、例えばＸＰ１，ＸＰ６を求めるので、理論波形が正確に作成できれば、位置座標ＸＰ１、ＸＰ６は、測定マークのウェーハ位置座標Ｘ１、Ｘ６にそれぞれ正確に対応し、ＸＰ１６はウェーハ位置座標Ｘ１，Ｘ６の中点に正確に一致する。
【００９７】
以上詳述したとおり、本実施形態によれば、測定波形が対称な場合でも、非対称な場合でも、正確に合せずれ測定マークを検出することができる。
【００９８】
（２）第２の実施形態
次に、本発明にかかるマーク位置検出装置の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００９９】
図６は、本実施形態のマーク位置検出装置２の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のマーク位置検出装置２の特徴は、測定マークを検出するためのパラメータである膜厚Ｔ１，Ｔ２と凹部の深さＤ１，Ｄ２を測定する形状情報取得手段を備える点にある。
【０１００】
図１との対比において明らかなように、マーク位置検出装置２の照明光学系１１は、は、ハーフミラー１７をさらに含む。また、検出光学系３１は、分光器４１とＡ／Ｄ変換器４７をさらに含む。また制御コンピュータ６０は、パラメータ算出部６３をさらに含む。これらの追加の構成要素は、形状情報取得手段をなす。本実施形態のマーク位置検出装置２のその他の構成は、図１に示すマーク位置検出装置１と実質的に同一である。
【０１０１】
分光器４１は、回折格子４３とＣＣＤセンサ４５を有する。測定マークで発生した反射光はハーフミラー１７を介して回折格子４３に入射し、任意の波長の光に分光された後、ＣＣＤセンサ４５の画素部に入射する。
【０１０２】
ＣＣＤセンサ４５の各画素で発生した信号電荷は、Ａ／Ｄ変換器４７に供給され、ディジタル信号に変換されて各波長ごとの反射光強度を表す信号として制御コンピュータ６０に供給される。
【０１０３】
本実施形態のマーク位置検出装置２の動作について、本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態として図７〜図１１を参照しながら説明する。
【０１０４】
図７〜図１０は、本実施形態のマーク位置検出方法を説明するフローチャートである。図７は本検出方法の概略手順を説明するフローチャートであり、図８〜図１０は図７のステップＳ２０の詳細手順を説明するフローチャートである。
【０１０５】
図７に示すように、本実施形態の特徴は、本処理である合せずれ測定マーク位置検出処理（ステップＳ４０）に先行する前処理として、パラメータを算出する手順（ステップＳ２０）を含む点にある。パラメータは、本実施形態において図１３または図１８に示す測定マークの膜厚Ｔ１，Ｔ２、凹部の深さＤ１，Ｄ２である。各膜厚を構成する材料の情報は、制御コンピュータの図示しないメモリに予め格納されている。本処理である合せずれ測定マーク位置検出処理の手順は、図２〜図４に示す手順と同一であるので、以下では、前処理の詳細な手順について図１８に示す非対称な測定マーク２１を取りあげて説明する。図８のフローチャートは膜厚Ｔ１および深さＤ１を算出する手順を示し、また、図９のフローチャートは深さＤ２を算出する手順を示す。さらに、図１０のフローチャートは膜厚Ｔ２を算出する手順を示す。
【０１０６】
まず、図８に示すように、制御コンピュータ６０のパラメータ算出部６３は、膜厚Ｔ１、深さＤ１の候補となる値Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ、Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ１ｃを設定し、理論波形作成部５７に供給する（ステップＳ２１）。
【０１０７】
理論波形作成部５７は、これらのパラメータと、図示しないメモリから引出したＳｉＯ２層２３およびＳｉＮ層２７の材料の情報に基づいて、測定マークの第１の凹部（位置座標Ｘ１〜Ｘ２）に白色光を照射した場合に得られる反射光強度の波長依存性をシミュレーションにより算出し、図１１（ａ）に示すように、理論波形ＷＳＴ３１ａ，ＷＳＴ３１ｂ，ＷＳＴ３１ｃを作成する（ステップＳ２２）。
【０１０８】
次に、波長λの光、本実施形態では白色光を光源１３から発光させ、ハーフミラー１５を介して図１３の矢印Ｌ１ａに示すように、測定マークの凹部（位置座標Ｘ１〜Ｘ２）内に照射する（ステップＳ２３）。反射光はハーフミラー１５を介して分光器４１に入射し、回折格子４３により予め設定された波長の光に分光されてＣＣＤセンサ４５の画素部に入射し、各画素からは分光された各波長の光ごとにそれぞれの強度に応じた信号電荷が発生する（ステップＳ２４）。本実施形態では波長を６００nm，６５０nm，７００nm，７５０nm，８００nmと設定し、これらの波長の光の強度を測定する。ＣＣＤセンサ４５から発生した信号電荷は、Ａ／Ｄ変換器４７によりディジタル変換され、理論波形作成部５７に供給される。理論波形作成部５７は、Ａ／Ｄ変換器４７から供給された信号に基づいて反射光の波長依存性を表す測定分光波形ＷＳＭ３１を作成する。図１１（ａ）に示す例では、説明の簡略化のため、反射光の波長ごとの強度の測定値を算出し、この算出した測定値を、上述したステップＳ２２により予め作成した理論波形図内にプロットしている。理論波形作成部５７は、作成した測定分光波形を波形照合部５３に供給する（ステップＳ２５）。
【０１０９】
波形照合部５３は、測定分光波形（図１１ａ（ａ）に示す例では反射光の波長ごとの測定値）と理論波形とを比較し、理論波形ＷＳＴ３１ａ，ＷＳＴ３１ｂ，ＷＳＴ３１ｃのうち測定分光波形（測定値）に最も近似する理論波形を選択し、これをパラメータ算出部６３に供給する。図１１（ａ）に示す例においては、理論波形ＷＳＴ３１ｂが選択される。
【０１１０】
測定分光波形と理論波形との具体的な比較方法は次のとおりである。
【０１１１】
即ち、理論波形の各波長における光強度をａ（λ），ｂ（λ），ｃ（λ）とし、測定された分光波の各波長における光強度をＹ（λ）とする。
【０１１２】
次に、各波長について理論波形における光強度と、測定した反射光の強度の差の絶対値の合計、即ち、
【数１】
を算出し、これが最小となる理論波形を測定分光波形（測定値）に最も近似する理論波形として選択する。
【０１１３】
パラメータ算出部６３は、波形照合部５３から供給された理論波形ＷＳＴ３１ｂの情報によりこの理論波形ＷＳＴ３１ｂに対応する膜厚Ｔ１、深さＤ１をパラメータとして選定し、理論波形作成部５７に供給する（ステップＳ２６）。図１１（ａ）に示す例においては、Ｔ１＝１μｍ、Ｄ１＝０．１μｍが選定される。
【０１１４】
次に、マーク位置検出装置２は、測定マークの凹部Ｃ２の深さＤ２を測定する。
【０１１５】
即ち、図９に示すように、パラメータ算出部６３が深さＤ２の候補となる値Ｄ１ａ，Ｄ２ｂ，Ｄ２ｃを設定し、理論波形作成部５７に供給する（ステップＳ２７）。
【０１１６】
理論波形作成部５７は、図示しないメモリからＳｉＯ２層２３の材料の情報を引出し、上述の設定値をパラメータとして、測定マークの凹部（位置座標Ｘ６〜Ｘ５）内に白色光を照射した場合に得られる反射光強度の波長依存性をシミュレーションにより算出し、図１１（ｂ）に示すように、理論波形ＷＳＴ３６ａ，ＷＳＴ３６ｂ，ＷＳＴ３６ｃを作成する（ステップＳ２８）。
【０１１７】
次に、光源１３から白色光を発光させ、ハーフミラー１５を介して、例えば図１３の矢印Ｌ１ｃに示すように、測定マークの凹部（位置座標Ｘ６〜Ｘ５）内に照射する（図９、ステップＳ２９）。反射光はハーフミラー１７を介して分光器４１に入射し、回折格子４３により所定波長の光に分光されてＣＣＤセンサ４５に検出され、ＣＣＤセンサ４５からは反射光の各波長における強度に応じた信号電荷が出力される（ステップＳ３０）。設定される測定波長は、凹部Ｃ１の場合と同様に、６００nm，６５０nm，７００nm，７５０nm，８００nmである。ＣＣＤセンサ４５から出力した信号電荷は、Ａ／Ｄ変換器４７によりディジタル変換され、制御コンピュータ６０の理論波形作成部５７は、Ａ／Ｄ変換器４７から供給された信号に基づいて反射光の波長依存性を表す測定分光波形ＷＳＭ３６を作成する。図１１（ｂ）に示す例では、反射光の波長ごとの強度の測定値を算出し、この算出した測定値を、上述したステップＳ２８により予め作成した理論波形図内にプロットしている。理論波形作成部５７は、作成した測定分光波形を波形照合部５３に供給する（ステップＳ３１）。
【０１１８】
波形照合部５３は、測定分光波形（図１１ａ（ｂ）に示す例では反射光の波長ごとの測定値）と理論波形とを比較し、理論波形ＷＳＴ３６ａ，ＷＳＴ３６ｂ，ＷＳＴ３６ｃのうち測定分光波形（測定値）に最も近似する理論波形を選択し、これをパラメータ算出部６３に供給する。図１１（ｂ）に示す例においては、理論波形ＷＳＴ３６ｂが選択される。
【０１１９】
パラメータ算出部６３は、波形照合部５３から供給された理論波形ＷＳＴ３６ｂに対応する深さＤ２をパラメータとして選定し、理論波形作成部５７に供給する（ステップＳ３２）。図１１（ｂ）に示す例においては、ｄ２＝０．１４μｍが選定される。
【０１２０】
最後に上述したステップＳ２７〜３２と同様の手順によりＳｉＮ膜の膜厚Ｔ２を算出し、パラメータとして理論波形作成部５７に供給する。図１０は膜厚Ｔ２を算出する手順を示す。測定対象のパラメータがＴ２であること、理論波形がＷＳＴ３３４ａ〜３３４ｃであること、および位置座標がＸ３〜Ｘ４であることを除けば、図１０は、図９のステップ番号に６を加えたものと実質的に同一であるので、ここでは説明を省略する。
【０１２１】
以上の前処理により必要な測定パラメータを取得したマーク位置検出装置２は、これらのパラメータを用いて上述した第１の実施形態と同様の手順で測定マークの位置を検出する。
【０１２２】
このように、本実施形態によれば、対称および非対称のいずれの断面形状にかかわらず、測定マークの位置を正確に検出することができることに加え、分光器４１を用いて測定マークの位置検出に必要なパラメータをも取得するので、単一の装置でパラメータの取得からマーク位置の検出まで処理することができる。
【０１２３】
なお、本実施形態においては、反射光の波長依存性を解析するために、反射光の強度分布を認識するためのＣＣＤセンサ３３およびＡ／Ｄ変換器３５とは別個のＣＣＤセンサとＡ／Ｄ変換器を備える場合について説明したが、ステージ７０の上面に水平な平面内で移動可能な機構に回折格子４３を取付け、前処理の段階ではハーフミラー１５とＣＣＤセンサ３３との間の領域に移動してハーフミラー１７を介在させることなく反射光を分光し、本処理の段階でこの領域から離隔して反射光を直接ＣＣＤセンサ３３に入射させるようにしても良い。
【０１２４】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【０１２５】
即ち、本発明によれば、合せずれ測定マークを構成する材料と形状の情報に基づいて理論波形を作成し、この理論波形と測定波形を比較するので、マークの断面形状が対称な場合でも、非対称な場合でも正確にマークの位置を検出することができる。
【０１２６】
また、形状情報取得手段または形状情報取得手順を備える場合は、単一の装置または一連の手順で合せずれ測定マークの形状情報を得ることもできる。これにより、高いスループットでマークの位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる測定マーク位置検出装置の第１の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかるマーク位置検出方法の第１の実施の形態の概略を説明するフローチャートである。
【図３】本発明にかかるマーク位置検出方法の第１の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図４】本発明にかかるマーク位置検出方法の第１の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図５】図２に示す手順により得られた測定波形の一例を示す波形図である。
【図６】本発明にかかる測定マーク位置検出装置の第２の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態の概略を説明するフローチャートである。
【図８】本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図９】本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図１１】測定マークの反射光の波長依存性を示す分光波形図である。
【図１２】従来の技術による測定マーク位置検出装置の一例を示す概略構成図である。
【図１３】図１２に示す測定マークの拡大図である。
【図１４】図１３に示す測定マークからの反射光の強度を測定マークの位置座標との関連で示す波形図である。
【図１５】スライスレベル法を説明するための波形図である。
【図１６】スライスレベル法を説明するフローチャートである。
【図１７】相関法を説明するための波形図である。
【図１８】非対称な断面形状を有する測定マークの説明図である。
【図１９】図１８に示す測定マークからの反射光の強度を測定マークの位置座標との関連で示す波形図である。
【図２０】スライスレベル法を説明するための波形図である。
【図２１】相関法を説明するための波形図である。
【図２２】相関法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１，２ マーク位置検出装置
１０ 照明光学系
１３ 光源
１５，１７ ハーフミラー
２０ 合せずれ測定マーク（対称）
２１ 合せずれ測定マーク（非対称）
２３，２４ ＳｉＯ２層
２７ ＳｉＮ層（突起部）
３０，３１ 検出光学系
３３，４５ ＣＣＤセンサ
３５，４７ Ａ／Ｄ変換器
４１ 分光器
４３ 回折格子
５０，６０ 制御コンピュータ
５１ 測定波形図作成部
５３ 波形照合部
５５ 合せずれ演算部
５７ 理論波形作成部
６３ パラメータ算出部
７０ ステージ
１２０ 基板（ウェーハ）
Ｃ１〜Ｃ４ 凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程におけるマスク間の合せずれ測定方法および合せずれ測定装置に関し、特に、半導体基板に予め形成された合せずれ測定マークの位置を検出する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
それぞれ異なるパターンを有する薄膜の積層体でなる半導体装置の製造においては、各製造段階において、パターンを形成するためのマスク（レチクル）を半導体基板に対して正確に配置することが極めて重要となる。
【０００３】
マスクアライメントの方法として、素子形成領域外の半導体基板上に合せずれ測定マーク（以下、適宜測定マークという）を予め形成しておき、この測定マークの位置を検出し、検出した位置を基準としてマスクの配置位置を調整する方法が広く採用されている。
【０００４】
従来の技術による測定マークの位置検出方法について、スライスレベル法と相関法を取りあげて説明する。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【０００５】
図１２は、従来の技術による測定マーク位置検出装置の概略を示す構成図である。
【０００６】
同図に示す合せずれ測定マーク位置検出装置１１０は、光源１３とハーフミラー１５とステージ７０とＣＣＤセンサ３３と制御コンピュータ１１０とを備えている。ステージ７０上には、測定対象である測定マーク２０が予め形成されたＳｉ基板１２０が載置される。同図では、測定マーク２０のＸ方向における断面図を示し、測定マーク２０以外の領域は省略して記載する。
【０００７】
図１３は、図１２に示す測定マーク２０の拡大図である。同図に示すように、測定マーク２０は、Ｓｉ基板１２０上に形成されたＳｉＯ２層２３と、ＳｉＯ２層２３の上に凸状に形成されたＳｉＮ層２７とを備える。ＳｉＯ２層２３とＳｉＮは、ともに１μｍの膜厚Ｔ１，Ｔ２で形成されている。ＳｉＯ２層２３の表面には、ともに０．１２μｍの深さＤ１，Ｄ２を有する２つの凹部Ｃ１，Ｃ２が形成され、これにより段差が形成される。ＳｉＮ層２７はその中心が図１３の断面図において凹部Ｃ１，Ｃ２の中間に位置するように配置される。即ち、ＳｉＮ層２７からみて各凹部の外側エッジＥ１，Ｅ４の中間点にＳｉＮ層２７の中心が位置するようにＳｉＮ層２７が形成され、これにより測定マーク２０は、ＳｉＮ層２７の中心線ｌ１を中心とする対称形をなしている。
【０００８】
測定マーク２０の位置検出は、ＳｉＮ層２７の中心点Ｐ１を検出すればよいが、測定の精度を向上させるため、一般的には、ＳｉＮ層２７の中心点Ｐ１と、２つの凹部Ｃ１，Ｃ２の各外側エッジＥ１，Ｅ４の中心点とが一致することを確認する手順を含む。
【０００９】
（１）スライスレベル法
スライスレベル法による測定マーク検出法について図１４〜図１７、および図１６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００１０】
まず、図１２に示す装置１００を用い、光源１３から所定の波長λを有する光、または白色光Ｌ１を発光させ、ハーフミラー１５を介して測定マーク２０に照射させる（ステップＳ１０１）。測定マーク２０からは反射光Ｌ２が生じるので、この反射光Ｌ２をハーフミラー１５を介してＣＣＤセンサ３３により検出する（ステップＳ１０２）。Ｓｉ基板１２０とＳｉＯ２層２３との界面、ＳｉＯ２層２３の表面、ＳｉＯ２層２３とＳｉＮ層２７との界面およびＳｉＮ層２７の表面でそれぞれ反射した光が相互に干渉し合うので、反射光Ｌ２はこれら界面および表面とＣＣＤセンサ３３の画素部との各光路差に応じた強度を有する光となってセンサ３１に入射する。
【００１１】
ＣＣＤセンサ３３は、画素がＸ方向に列をなすように配置される。各画素から反射光に応じて発生した信号電荷はＡ／Ｄ変換器３５を介して制御コンピュータ１１０に取込まれる。
【００１２】
制御コンピュータ１１０は、ＣＣＤセンサ３３から供給された信号電荷を処理し、測定マークのＸ方向における位置座標を横軸とし、測定マークからの反射光Ｌ２の強度を縦軸とする波形を認識する（ステップＳ１０３）。なお、測定マークの基板１２０上の位置座標（以下、ウェーハ位置座標という）は、既知の方法により検出する。
【００１３】
制御コンピュータ１１０により得られた波形図を測定マークの断面形状とともに図１４に示す。同図に示すように、横軸の各位置座標は、測定マークの位置座標にそれぞれ対応し、例えば各凹凸形状のエッジＥ１〜Ｅ６が波形図のＸ１〜Ｘ６にそれぞれ対応している。
【００１４】
図１４に示すように、凹部Ｃ１に対応する位置座標Ｘ１〜Ｘ２での反射光の強度をｒｄ１、凹部Ｃ２に対応する位置座標Ｘ５〜Ｘ６での反射光の強度をｒｄ２、その他のＳｉＯ２層２３の表面からの反射光の強度をｒ０とすると、これらの間には、以下の関係が成立する。
【００１５】
ｒ０＞ｒｄ１，ｒｄ２・・・・・・・・（１）
ｒｄ１＝ｒｄ２・・・・・・・・・・・（２）
このように、線対称な断面形状を有する測定マークから得られた反射光の波形は、位置座標Ｘ１〜Ｘ２の領域およびその近傍においても、また、位置座標Ｘ５〜Ｘ６の領域およびその近傍においても凹状となり、全体の波形は、Ｘ３〜Ｘ４の中間点ＸＭ３４を通過してＸ軸に垂直な直線ｌ１’について線対称な形状となる。
【００１６】
このような対称波形を処理してスライスレベル法により測定マーク２０の位置を検出する方法を図１５、図１６を参照しながら説明する。
【００１７】
まず、波形図の位置座標Ｘ１〜Ｘ２およびその近傍において光強度の降下が最も急峻な位置ＸＭ１を検出する（ステップＳ１０４）。
【００１８】
同様に、波形図の位置座標Ｘ５〜Ｘ６およびその近傍において光強度の上昇が最も急峻な位置ＸＭ６を検出する（ステップＳ１０５）。
【００１９】
次に、上記手順にて得られた位置ＸＭ１と位置ＸＭ６の中点ＸＭ１６を算出する（ステップＳ１０６）。
【００２０】
次に、上述したステップＳ１０４〜Ｓ１０６と同様の手順で、位置座標Ｘ３とその近傍領域並びに位置座標ＸＭ４とその近傍領域で、波形の降下と上昇がそれぞれ最も急峻な位置ＸＭ３，ＸＭ４を検出し（ステップＳ１０７、Ｓ１０８）、これらの中点ＸＭ３４を算出する（ステップＳ１０９）。
【００２１】
最後に、ＸＭ３４とＸＭ１６との差を算出し、これを合せずれとして出力する（ステップＳ１１０）。
【００２２】
図１５に示す波形図の場合、反射光強度の波形は、対称形なので、ＸＭ１と位置座標Ｘ１、ＸＭ６と位置座標Ｘ６とは正確に対応する。従って、ＸＭ３４−ＸＭ１６＝０となり、ＸＭ１６が位置座標Ｘ１とＸ６との中点に正確に一致する。この結果、測定マークの位置を正確に検出できるので、その後のリソグラフィ工程において、基板または基板上に既に形成されたパターンに対してマスクの位置を正確に整合させることができる。
【００２３】
（２）相関法
次に、相関法による測定マーク検出法について図１２、図１４、図１７および図２２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２４】
測定マーク２０に光Ｌ１を照射して反射光Ｌ２をＣＣＤセンサ３３により検出し、図１４に示す波形図を得る手順は、上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同一である。
【００２５】
次に、図１７に示すように、位置座標Ｘ１およびこの近傍領域の波形部分１１を抽出し、ミラー反転処理によりＸ方向に対称な図形を作成し、これを参照波形１１ｉｎｖとして図示しないメモリに格納する（ステップＳ１１４）。
【００２６】
次に、位置座標Ｘ５〜Ｘ６およびその近傍領域の波形と参照波形１１ｉｎｖとを比較し、最も近似する波形を検出してこれに対応する位置座標をＸＮ６とする（ステップＳ１１５）。
【００２７】
次に、波形部分１１に対応する位置ＸＮ１と、ステップＳ１１５により得られた位置ＸＮ６との中点を算出し、位置ＸＮ１とＸＮ６の中点ＸＮ１６とする（ステップＳ１１６）。
【００２８】
次に、上述したステップＳ１１４〜Ｓ１１６と同様の手順により、位置Ｘ３とＸ４との中点ＸＮ３４を算出する（ステップＳ１１７〜Ｓ１１９）。
【００２９】
最後に、ＸＮ３４とＸＮ１６との差を算出し、これを合せずれとして出力する（ステップＳ１２０）。
【００３０】
以上の相関法によっても、反射光から得られた波形図が対称である場合は、ＸＮ１６が位置座標Ｘ３とＸ４との中点ＸＮ３４に正確に一致するため、測定マーク２０の位置を正確に検出できる。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したスライスレベル法および相関法のいずれについても、測定マークが非対称の形状を有する場合には、マークの位置を正確に検出できない、という問題点があった。以下、この問題点を詳述する。
【００３２】
図１８は、非対称の断面形状を有する合せずれ測定マークの一例を示す。同図に示す測定マーク２１は、マーク構成部分の材料および膜厚について図１３に示す測定マーク２１と同一であり、また、ＳｉＮ層２７が２つの凹部Ｃ３，Ｃ４の中間に配置されている点においも前述の測定マーク２１と同一である。
【００３３】
しかしながら測定マーク２１のＳｉＯ２層２４に形成された２つの凹部Ｃ３とＣ４の深さＤ１’，Ｄ２’が測定マーク２１と異なり、それぞれＤ１’＝０．１μｍ、Ｄ２’＝０．１４μｍとなっている。このため、ＳｉＮ層２７の中心線ｌ２に対して非対称の断面形状を有する。このため、図１６および図２２に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０３の手順により反射光強度分布を取得すると、凹部Ｃ４の部分において反射光の位相が逆転し、その波形は図１９（ｂ）の波形図に示すとおりとなる。
【００３４】
この波形図を用いて上述した従来技術により測定マーク２１の位置を検出しようとすると以下の問題が生じる。
（スライスレベル法）
図２０に示すように、位置座標Ｘ１〜Ｘ２およびその近傍において反射光強度の降下が最も急峻な位置ＸＭ１を検出する手順（図１６のステップＳ１０４）においては、ＸＭ１は位置座標Ｘ１に対応する。
【００３５】
しかし、位置座標Ｘ５〜Ｘ６およびその近傍において光強度の上昇が最も急峻な位置ＸＭ６を検出する手順（図１６ステップＳ１０５）では、ＸＭ５は位置座標Ｘ６でなく位置座標Ｘ５に対応してしまう。従って、これらの中点ＸＭ１６は、位置座標Ｘ１とＸ６との中点でなく、位置座標Ｘ１とＸ５との中点に対応する。このため、ＸＭ１６は、図１６のステップＳ１０７〜Ｓ１０９の手順により得られたＸＭ３とＸＭ４との中点ＸＭ３４と一致することなく、図２０のＸＥだけの誤差が発生する。この結果、その後の製造工程においてマスクとの間の合せずれを正確に測定することが不可能となる。
【００３６】
（相関法）
図２１に示すように、位置座標Ｘ３およびその近傍領域の波形部分１３’のミラー反転図形１３ｉｎｖ’は、位置座標Ｘ４およびこの近傍領域の波形に最も近似するため、対称な断面形状の場合と同様に、検出された位置座標の中点ＸＮ３４は、Ｘ３とＸ４の中点に対応する。
【００３７】
しかし、位置座標Ｘ１およびその近傍領域の波形部分１１’のミラー反転図形１１ｉｎｖ’は、位置座標Ｘ５およびこの近傍領域の波形に最も近似することになる。従って、これらの中点ＸＮ１６は、位置座標Ｘ１とＸ６との中点でなく、位置座標Ｘ１とＸ５との中点に対応する。このため、図２１に示すように、ステップＳ１１７〜Ｓ１１９の手順により得られたＸＮ３とＸＮ４との中点ＸＮ３４と、ＸＮ１６との間でＸＥだけの誤差が発生する。この結果、測定マーク２１とマスクとの間で合せずれを正確に測定することが不可能となる。
【００３８】
このように、従来の技術によれば、合せずれ測定マークの断面形状が対称形であれば、正確にマーク位置を検出できるが、非対称な断面形状を有する合せずれ測定マークについてはその位置を正確に検出することができない、という問題点があった。
【００３９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、合せずれ測定マークの断面形状が非対称な場合であっても、正確にその位置を検出することができるマーク位置検出装置およびマーク位置検出方法を提供することにある。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００４１】
即ち、本発明によれば、
半導体基板上に形成された合せずれ測定用のマークに光を照射する発光手段と、上記マークから発生した反射光を検出する光検出手段と、この光検出手段の検出結果と予め与えられた上記マークの形状情報に基づいて、上記マークの断面形状に応じた上記反射光の強度分布を表す測定波形を出力する波形認識手段と、予め得られた上記マークの構成要素の材料情報および上記形状情報に基づいて上記反射光の強度が変化する箇所の理論波形を作成する演算手段と、上記理論波形と上記測定波形とを比較して上記マークの位置を検出する判定手段と、を備えるマーク位置検出装置が提供される。
本発明にかかるマーク位置検出装置によれば、マークを構成する材料と形状の情報に基づいて上記演算手段が上記反射光の理論波形を作成し、上記判定手段がこの理論波形と測定波形とを比較するので、あわせずれ測定マークの断面形状が対称な場合でも、非対称な場合でも正確にマークの位置を検出することができる。
【００４２】
上述のマーク位置検出装置は、上記反射光を任意の波長の光に分光して上記光検出手段に供給する分光手段と、上記光検出器の検出結果を受けて上記マークの断面形状に応じた上記反射光の波長依存性を解析しこの解析結果に基づいて上記マークの形状情報を取得する形状情報取得手段と、をさらに備えることが望ましい。
【００４３】
上記形状情報取得手段により、単一の装置で上記あわせずれ測定マークの形状情報をも取得することができる。これにより、高いスループットを実現するマーク位置検出装置が提供される。
【００４４】
上記分光手段が分光波を供給する光検出手段は、分光波を解析するために別途備えるものでも良く、また、上記光検出手段に移動機構を設け、単一の光検出手段が上記マークからの反射光を直接検出しまたは上記分光手段を介して間接的に検出するものでも良い。
【００４５】
また、本発明によれば、
半導体基板上に形成された合せずれ測定用のマークに光を照射する手順と、上記マークから発生した反射光を検出する手順と、この反射光の検出結果と予め与えられた上記マークの形状情報に基づいて、上記マークの断面形状に応じた上記反射光の強度分布を表す測定波形を認識する手順と、予め得られた上記マークの構成要素の材料情報と上記形状情報に基づいて上記反射光の強度が変化する箇所の理論波形を作成する手順と、上記理論波形と上記測定波形とを比較して上記マークの位置を検出する判定手順と、を備えるマーク位置検出方法が提供される。
【００４６】
本発明にかかるマーク位置検出方法によれば、合せずれ測定マークを構成する材料と形状の情報に基づいて反射光の理論波形を作成し、この理論波形と測定波形を比較するので、マークの断面形状が対称な場合でも、非対称な場合でも正確にマークの位置を検出することができる。
【００４７】
上述したマーク位置検出方法においては、上記反射光を任意の波長の光に分光して上記マークの断面形状に応じた上記反射光の波長依存性を解析し、その解析結果に基づいて上記マークの形状情報を取得する形状情報取得手順をさらに備えることが望ましい。
【００４８】
上記形状情報取得手順により、一連の手順で上記あわせずれ測定マークの形状情報をも取得することができる。これにより、高いスループットでマークの位置を検出することができる。
【００４９】
上記形状情報は、上記マークの構成要素の厚さの情報と、上記マークの表面に形成された凹部の深さの情報を含む。
【００５０】
また、上記マークの構成要素は、上記半導体基板上に第１の材料で形成された第１の薄膜と、この薄膜の上に第２の材料で形成された第２の薄膜とを含み、上記凹部は、上記第１の薄膜に形成された第１の深さの第１の凹部と第２の深さの第２の凹部とを含み、上記第２の薄膜は、上記第１の凹部と上記第２の凹部の中間に位置するように形成された突起部をなし、上記形状情報は、上記第１の薄膜の膜厚と上記第２の薄膜の膜厚と上記第１の深さと上記第２の深さの情報と、上記第１の凹部と上記突起部と上記第２の凹部における各側面の位置情報と、を含むと良い。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。
【００５２】
（１）第１の実施の形態
図１は、本発明にかかるマーク位置検出装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【００５３】
図１に示すように、本実施形態のマーク位置検出装置１は、照明光学系１０とステージ７０と検出光学系３０と制御コンピュータ５０とを備える。
【００５４】
ステージ７０は、測定対象である合せずれ測定マークが形成された基板１２０を上面に載置する。
【００５５】
照明光学系１０は、光源１３とハーフミラー１５とを有する。光源１３は制御コンピュータからの指令に基づいて任意の波長λの光Ｌ１を発光する。
【００５６】
検出光学系３０は、ＣＣＤセンサ３３とＡ／Ｄ変換器３５とを備える。ＣＣＤセンサ３３は、合せずれ測定マークからの反射光Ｌ２を検出し、その強度に応じた信号電荷を発生させる。また、Ａ／Ｄ変換器３５は、ＣＣＤセンサ３３からアナログの信号電荷の供給を受けてこれをディジタル信号に変換する。
【００５７】
制御コンピュータは、測定波形図作成部５１と理論波形作成部５７と波形照合部５３と合せずれ演算部５５とを含む。
【００５８】
測定波形図作成部５１は、Ａ／Ｄ変換器３５から受けたディジタル信号に基づいて、測定波形の波形図を作成する。この波形図は、横軸が基板１２０のＸ方向の位置座標を表し、縦軸が反射光の強度を表す。
【００５９】
理論波形作成部５７は、合せずれ測定マークの材料および形状に関する情報Ｉｎｆの入力を受けて測定マークの所望の位置に対応する反射光の強度をシミュレーションにより計算して理論波形を作成する。本実施形態において合せずれ測定マークに関する情報Ｉｎｆとしては、ＳｉＯ２膜（第１の膜）の材料および膜厚Ｔ１、第１および第２の凹部Ｃ１，Ｃ２におけるそれぞれの段差（深さ）Ｄ１，Ｄ２、ＳｉＮ膜（第２の膜）の材料および膜厚Ｔ２が含まれる。
【００６０】
波形照合部５３は、測定波形と理論波形とを照合し、測定波形のうち、理論波形に最も近似する測定波形部分を検出し、これに対応する測定波形図上の位置座標を出力する。
【００６１】
合せずれ演算部５５は、波形照合部５３から供給された位置情報に演算処理を行って測定結果の誤差の有無を判定し、誤差がある場合は、その値を出力する。
【００６２】
本実施形態のマーク位置検出装置１の動作について、本発明にかかるマーク位置検出方法の第１の実施の形態として図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、従来技術との対比を容易にするため、合せずれ測定マークとして図１３および図１８に示す測定マークと同一のマークを用いる。
【００６３】
図２〜図４は、本実施形態のマーク位置検出方法を説明するフローチャートである。図２は、本実施形態の一連の手順の概略を示し、また図３および図４は、後述する本処理の一連の手順を示す。
【００６４】
本実施形態では、測定マークの位置を検出する前に前処理として測定マークの膜厚および凹部の深さを膜厚計を用いて予め測定する。図２におけるステップＳ１１およびステップＳ１２は、測定前の前処理を示す。また、図２のステップＳ４０（図３および図４）は、測定の本処理を示す。以下、前処理と本処理に分けて説明する。
【００６５】
（Ａ）前処理
図２に示すように、まず、図１３または図１８に示す測定マークについて、ＳｉＯ２層２３の膜厚（第１の膜厚）Ｔ１と、ＳｉＮ層２７の膜厚（第２の膜厚）Ｔ２とを膜厚計（図示せず）を用いて測定する（ステップＳ１１）。
【００６６】
次に、測定マークにおける第１の凹部の深さと第２の凹部の深さとを図示しない段差計（膜厚計）を用いて測定する（ステップＳ１２）。第１および第２の凹部は、図１３に示す対称形の測定マークについては凹部Ｃ１，Ｃ２の深さＤ１とＤ２、図１８に示す非対称形の測定マークについては凹部Ｃ３，Ｃ４の深さＤ１’とＤ２’に相当する。
【００６７】
（Ｂ）本処理
上述の前処理により得られた膜厚および深さのデータを用いて合せずれ測定マークの位置を検出する（ステップＳ４０）。
【００６８】
まず、図３に示すように、マーク位置検出装置１の光源１３から波長λの光Ｌ１を発光し、ハーフミラー１５を介して合せずれ測定マークに照射する（ステップＳ４１）。これにより、合せずれ測定マークから反射光Ｌ２が発生する。反射光Ｌ２は、ハーフミラー１５を再び介して光路差に応じた強度を有する光としてＣＣＤセンサ３３の画素部に入射する。
【００６９】
ＣＣＤセンサ３３は、反射光Ｌ２を検出する。即ち、各画素から入射した反射光の強度に応じた信号電荷が発生し（ステップＳ４２）、ＣＣＤセンサ３３はこの信号電荷をアナログ信号としてＡ／Ｄ変換器３５に供給する。
【００７０】
Ａ／Ｄ変換器３５は、ＣＣＤセンサ３３から供給された信号電荷をディジタル信号に変換して制御コンピュータ５０に供給する。制御コンピュータの測定波形図作成部５１は、供給された信号に基づいて、合せずれ測定マークの表面形状の変化に応じた反射光の強度分布を認識し、この測定波形ＷＳＭを表す測定波形図を作成する（ステップＳ４３）。測定波形図は、測定マークの基板１２０表面に平行な面におけるＸ方向の位置座標を横軸とし、また、測定マークからの反射光の強度を縦軸として測定値をプロットしたものに相当する。
【００７１】
以下、測定波形ＷＳＭを処理して合せずれ測定マークの位置を検出する手順について、図１３に示すように測定マークが対称な断面形状を有する場合と図１８に示すように非対称な断面形状を有する場合に分けて説明する。
【００７２】
（ａ）測定マークの断面形状が対称形である場合
上述のステップＳ４１〜Ｓ４３により得られた測定波形ＷＳＭ１の具体例を図５（ａ）に示す。測定波形は、図１５に示す波形図と同様に、測定マークの断面形状においてＳｉＮ層２７の中心を通って基板１２０に垂直な線を中心に対称な形状となる。この対称波形ＷＳＭ１を用いてマーク位置を検出する方法を図３、図４のフローチャートおよび図５（ａ）を参照しながら説明する。なお、図３、Ｄにおいては、記載を簡略化するため、膜厚をＴｊ（ｊ＝１，２）、深さをＤｋ（ｋ＝１，２）、測定マークの位置座標をＸｌ，Ｘｍ（ｌ，ｍ＝１〜６）と記載した。
【００７３】
図３に示すように、まず、シミュレーションにより理論波形を作成し、これを用いて位置座標Ｘ１に対応する測定波形図上の位置を検出する。
【００７４】
即ち、ｊ＝１、ｋ＝１、ｌ＝１、ｍ＝２とし（ステップＳ４４）、パラメータとして膜厚Ｔ１、段差の深さＤ１を制御コンピュータの理論波形作成部５７に入力する。本実施形態では、Ｔ１＝１μｍ、Ｄ１＝０．１μｍを入力する。理論波形作成部５７は、入力されたこれらのパラメータに基づいて位置座標Ｘ１およびその近傍から発生するであろう反射光の反射光強度を算出し、図５に示すように、理論波形ＷＳＴ２１を作成し、波形照合部５３へ供給する（図３、ステップＳ４５）。
【００７５】
次に、波形照合部５３は、測定波形ＷＳＭ１と理論波形ＷＳＴ２１とを比較照合し、測定波形ＷＳＭ１のうち、位置座標Ｘ１〜Ｘ２およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２１に最も近似する部分に対応する位置座標ＸＰ１を検出し（図３、ステップＳ４６）、その情報を合せずれ演算部５５に供給する。
【００７６】
次に、上述した手順と同一の手順で、位置座標Ｘ６に対応する測定波形図上の位置ＸＰ６を測定する（ステップＳ４７、Ｓ４８、Ｓ４５、４６）。即ち、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝６、ｍ＝５とし（ステップＳ４８）、Ｔ１＝１μｍ、Ｄ２（＝Ｄ１）＝０．１２μｍをパラメータとして入力し、Ｘ６およびその近傍の理論波形ＷＳＴ２６を作成し（ステップＳ４５）、測定波形ＷＳＭ１のうち位置座標Ｘ６〜Ｘ５およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２６と最も近似する箇所の位置座標ＸＰ６を検出し（ステップＳ４６）、検出結果を合せずれ演算部５５に供給する。
【００７７】
ＸＰ１およびＸＰ２が検出されると（ステップＳ４７）、合せずれ演算部５５は、図４に示すように、ＸＰ１とＸＰ２との中点ＸＰ１６を算出する（ステップＳ４９）。
【００７８】
次に、ＳｉＮ層２７の両側エッジの位置である位置座標Ｘ３、Ｘ４に対応するＸＰ３、ＸＰ４を検出する。この手順も上述した図３のステップＳ４５、Ｓ４６と実質的に同一の手順である。
【００７９】
即ち、図４に示すように、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝３、ｍ＝４とし（ステップＳ５１）、ＳｉＯ２層２３の膜厚Ｔ１、ＳｉＮ膜の膜厚Ｔ２をパラメータとして理論波形作成部５７に入力し、理論波形作成部５７が位置座標Ｘ３およびその近傍から得られる反射光の強度を算出して理論波形ＷＳＴ２３を作成する（ステップＳ５２）。本実施形態ではＴ２＝１μｍである。
【００８０】
次に、波形照合部５３により、測定波形ＷＳＭのうち位置座標Ｘ３〜Ｘ４およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２３に最も近似する箇所の位置座標ＸＰ３を検出する（ステップＳ５３）。
【００８１】
同様の手順により、ＸＰ４についても（ステップＳ５４）、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝４、ｍ＝３として（ステップＳ５５）、上述したステップＳ５２およびＳ５３により検出し、検出結果を合せずれ演算部５５へ供給する。
【００８２】
合せずれ演算部５５は、まず、ＸＰ３とＸＰ４の中点ＸＰ３４を算出し（ステップＳ５６）、さらに、ステップＳ４９により得られた中点１６との差（ＸＰ１６−ＸＰ３４）を算出し、合せずれ０として出力する。
【００８３】
このように、本実施形態で対称な断面形状の合せずれ測定マークを測定する場合は、表面形状が変化する箇所に対応した理論波形、例えばＷＳＴ２１、ＷＳＴ２６を作成し、測定波形ＷＳＭ上でそれぞれ最も波形が近似する箇所の位置座標ＸＰ１，ＸＰ６を求める。従って、理論波形ＷＳＴ２１、ＷＳＴ２６が正確に作成できれば、位置座標ＸＰ１、ＸＰ６は、測定マークのウェーハ位置座標Ｘ１、Ｘ６にそれぞれ正確に対応する。
【００８４】
従って、ＸＰ１６はウェーハ位置座標Ｘ１，Ｘ６の中点に正確に一致し、本実施形態によっても合せずれ測定マークを正確に検出することができる。
【００８５】
（ｂ）測定マークの断面形状が対称形である場合
次に、非対称な断面形状を有する測定マークを検出する場合の手順について図３、図４および図５（ｂ）を参照しながら説明する。測定対象としては図１３に示す測定マークを用いる。従って、図３のステップＳ４１によって膜厚Ｔ１＝Ｔ２＝１μｍ、第１の凹部の深さＤ１’＝０．１μｍ、第２の凹部の深さＤ２’＝０．１４μｍが測定され、これらの数値がパラメータとして理論波形作成部５７に入力される。
【００８６】
図５（ｂ）は、図３に示す手順ステップＳ４１〜Ｓ４３により得られた測定波形ＷＳＭ２を示す。測定波形ＷＳＭ２は、前述したとおり、測定マークの断面形状においてＳｉＮ膜の中心を通って基板１２０に垂直な線を中心に非対称な形状である。
【００８７】
図３に示すように、まず、位置座標Ｘ１およびその近傍から得られるであろう理論波形を作成し、これに対応する測定波形図上の位置を検出する。即ち、ｊ＝１、ｋ＝１、ｌ＝１、ｍ＝２とし（ステップＳ４４）、パラメータとして膜厚Ｔ１＝１μｍ、段差の深さＤ１’＝０．１μｍを制御コンピュータの理論波形作成部５７に入力する。理論波形作成部５７は、位置座標Ｘ１およびその近傍から発生する反射光強度を算出し、図５（ｂ）に示すように、理論波形ＷＳＴ２１１’を作成する（ステップＳ４５）。
【００８８】
次に、波形照合部５３は、測定波形ＷＳＭ１と理論波形ＷＳＴ２１’とを比較照合し、測定波形ＷＳＭ１のうち、位置座標Ｘ１〜Ｘ２およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２１’に最も近似する部分に対応する位置座標ＸＰ１を検出し（図３、ステップＳ４６）、その情報を合せずれ演算部５５に供給する。
【００８９】
次に、上述した手順と同一の手順で、位置座標Ｘ６およびその近傍から得られるであろう理論波形を作成し、これに対応する測定波形図上の位置ＸＰ６を検出する（ステップＳ４７、Ｓ４８、Ｓ４５、４６）。即ち、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝６、ｍ＝５とし（ステップＳ４８）、Ｔ１＝１μｍ、Ｄ２’（≠Ｄ１’）＝０．１４μｍをパラメータとして入力し、Ｘ６およびその近傍の理論波形ＷＳＴ２１２’を作成し（ステップＳ４５）、測定波形ＷＳＭ２のうち位置座標Ｘ６〜Ｘ５およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２１２’と最も近似する部分に対応する位置座標ＸＰ６を検出し（ステップＳ４６）、検出結果を合せずれ演算部５５に供給する。
【００９０】
ＸＰ１およびＸＰ２が検出されると（ステップＳ４７）、合せずれ演算部５５は、図４に示すように、ＸＰ１とＸＰ２との中点ＸＰ１６を算出する（ステップＳ４９）。
【００９１】
次に、ＳｉＮ層２７の両側エッジの位置である位置座標Ｘ３、Ｘ４に対応するＷＰ３、ＸＰ４を検出する。
【００９２】
図４に示すように、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝３、ｍ＝４とし（ステップＳ５１）、ＳｉＯ２層２３の膜厚Ｔ１＝１μｍ、ＳｉＮ層２７の膜厚Ｔ２＝１μｍをパラメータとして理論波形作成部５７に入力し、理論波形作成部５７が位置座標Ｘ３およびその近傍から得られる反射光の強度を算出して理論波形ＷＳＴ２３’を作成する（ステップＳ５２）。
【００９３】
次に、波形照合部５３により、測定波形ＷＳＭ２のうち位置座標Ｘ３〜Ｘ４およびその近傍で理論波形ＷＳＴ２３’に最も近似する箇所の位置座標ＸＰ３を検出する（ステップＳ５３）。
【００９４】
同様の手順により、ＸＰ４についても（ステップＳ５４）、ｊ＝１、ｋ＝２、ｌ＝４、ｍ＝３として（ステップＳ５５）、上述したステップＳ５２およびＳ５３により検出し、検出結果を合せずれ演算部５５へ供給する。
【００９５】
合せずれ演算部５５は、まず、ＸＰ３とＸＰ４の中点ＸＰ３４を算出し（ステップＳ５６）、さらに、ステップＳ４９により得られた中点ＸＰ１６との差（ＸＰ１６−ＸＰ３４）を算出し、合せずれ０として出力する。
【００９６】
このように、本実施形態では、表面形状が変化する箇所に対応した理論波形を作成し、測定波形ＷＳＭ上でそれぞれ最も波形が近似する部分に対応する位置座標、例えばＸＰ１，ＸＰ６を求めるので、理論波形が正確に作成できれば、位置座標ＸＰ１、ＸＰ６は、測定マークのウェーハ位置座標Ｘ１、Ｘ６にそれぞれ正確に対応し、ＸＰ１６はウェーハ位置座標Ｘ１，Ｘ６の中点に正確に一致する。
【００９７】
以上詳述したとおり、本実施形態によれば、測定波形が対称な場合でも、非対称な場合でも、正確に合せずれ測定マークを検出することができる。
【００９８】
（２）第２の実施形態
次に、本発明にかかるマーク位置検出装置の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００９９】
図６は、本実施形態のマーク位置検出装置２の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のマーク位置検出装置２の特徴は、測定マークを検出するためのパラメータである膜厚Ｔ１，Ｔ２と凹部の深さＤ１，Ｄ２を測定する形状情報取得手段を備える点にある。
【０１００】
図１との対比において明らかなように、マーク位置検出装置２の照明光学系１１は、は、ハーフミラー１７をさらに含む。また、検出光学系３１は、分光器４１とＡ／Ｄ変換器４７をさらに含む。また制御コンピュータ６０は、パラメータ算出部６３をさらに含む。これらの追加の構成要素は、形状情報取得手段をなす。本実施形態のマーク位置検出装置２のその他の構成は、図１に示すマーク位置検出装置１と実質的に同一である。
【０１０１】
分光器４１は、回折格子４３とＣＣＤセンサ４５を有する。測定マークで発生した反射光はハーフミラー１７を介して回折格子４３に入射し、任意の波長の光に分光された後、ＣＣＤセンサ４５の画素部に入射する。
【０１０２】
ＣＣＤセンサ４５の各画素で発生した信号電荷は、Ａ／Ｄ変換器４７に供給され、ディジタル信号に変換されて各波長ごとの反射光強度を表す信号として制御コンピュータ６０に供給される。
【０１０３】
本実施形態のマーク位置検出装置２の動作について、本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態として図７〜図１１を参照しながら説明する。
【０１０４】
図７〜図１０は、本実施形態のマーク位置検出方法を説明するフローチャートである。図７は本検出方法の概略手順を説明するフローチャートであり、図８〜図１０は図７のステップＳ２０の詳細手順を説明するフローチャートである。
【０１０５】
図７に示すように、本実施形態の特徴は、本処理である合せずれ測定マーク位置検出処理（ステップＳ４０）に先行する前処理として、パラメータを算出する手順（ステップＳ２０）を含む点にある。パラメータは、本実施形態において図１３または図１８に示す測定マークの膜厚Ｔ１，Ｔ２、凹部の深さＤ１，Ｄ２である。各膜厚を構成する材料の情報は、制御コンピュータの図示しないメモリに予め格納されている。本処理である合せずれ測定マーク位置検出処理の手順は、図２〜図４に示す手順と同一であるので、以下では、前処理の詳細な手順について図１８に示す非対称な測定マーク２１を取りあげて説明する。図８のフローチャートは膜厚Ｔ１および深さＤ１を算出する手順を示し、また、図９のフローチャートは深さＤ２を算出する手順を示す。さらに、図１０のフローチャートは膜厚Ｔ２を算出する手順を示す。
【０１０６】
まず、図８に示すように、制御コンピュータ６０のパラメータ算出部６３は、膜厚Ｔ１、深さＤ１の候補となる値Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ、Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ１ｃを設定し、理論波形作成部５７に供給する（ステップＳ２１）。
【０１０７】
理論波形作成部５７は、これらのパラメータと、図示しないメモリから引出したＳｉＯ２層２３およびＳｉＮ層２７の材料の情報に基づいて、測定マークの第１の凹部（位置座標Ｘ１〜Ｘ２）に白色光を照射した場合に得られる反射光強度の波長依存性をシミュレーションにより算出し、図１１（ａ）に示すように、理論波形ＷＳＴ３１ａ，ＷＳＴ３１ｂ，ＷＳＴ３１ｃを作成する（ステップＳ２２）。
【０１０８】
次に、波長λの光、本実施形態では白色光を光源１３から発光させ、ハーフミラー１５を介して図１３の矢印Ｌ１ａに示すように、測定マークの凹部（位置座標Ｘ１〜Ｘ２）内に照射する（ステップＳ２３）。反射光はハーフミラー１５を介して分光器４１に入射し、回折格子４３により予め設定された波長の光に分光されてＣＣＤセンサ４５の画素部に入射し、各画素からは分光された各波長の光ごとにそれぞれの強度に応じた信号電荷が発生する（ステップＳ２４）。本実施形態では波長を６００nm，６５０nm，７００nm，７５０nm，８００nmと設定し、これらの波長の光の強度を測定する。ＣＣＤセンサ４５から発生した信号電荷は、Ａ／Ｄ変換器４７によりディジタル変換され、理論波形作成部５７に供給される。理論波形作成部５７は、Ａ／Ｄ変換器４７から供給された信号に基づいて反射光の波長依存性を表す測定分光波形ＷＳＭ３１を作成する。図１１（ａ）に示す例では、説明の簡略化のため、反射光の波長ごとの強度の測定値を算出し、この算出した測定値を、上述したステップＳ２２により予め作成した理論波形図内にプロットしている。理論波形作成部５７は、作成した測定分光波形を波形照合部５３に供給する（ステップＳ２５）。
【０１０９】
波形照合部５３は、測定分光波形（図１１ａ（ａ）に示す例では反射光の波長ごとの測定値）と理論波形とを比較し、理論波形ＷＳＴ３１ａ，ＷＳＴ３１ｂ，ＷＳＴ３１ｃのうち測定分光波形（測定値）に最も近似する理論波形を選択し、これをパラメータ算出部６３に供給する。図１１（ａ）に示す例においては、理論波形ＷＳＴ３１ｂが選択される。
【０１１０】
測定分光波形と理論波形との具体的な比較方法は次のとおりである。
【０１１１】
即ち、理論波形の各波長における光強度をａ（λ），ｂ（λ），ｃ（λ）とし、測定された分光波の各波長における光強度をＹ（λ）とする。
【０１１２】
次に、各波長について理論波形における光強度と、測定した反射光の強度の差の絶対値の合計、即ち、
【数１】
【０１１３】
パラメータ算出部６３は、波形照合部５３から供給された理論波形ＷＳＴ３１ｂの情報によりこの理論波形ＷＳＴ３１ｂに対応する膜厚Ｔ１、深さＤ１をパラメータとして選定し、理論波形作成部５７に供給する（ステップＳ２６）。図１１（ａ）に示す例においては、Ｔ１＝１μｍ、Ｄ１＝０．１μｍが選定される。
【０１１４】
次に、マーク位置検出装置２は、測定マークの凹部Ｃ２の深さＤ２を測定する。
【０１１５】
即ち、図９に示すように、パラメータ算出部６３が深さＤ２の候補となる値Ｄ１ａ，Ｄ２ｂ，Ｄ２ｃを設定し、理論波形作成部５７に供給する（ステップＳ２７）。
【０１１６】
理論波形作成部５７は、図示しないメモリからＳｉＯ２層２３の材料の情報を引出し、上述の設定値をパラメータとして、測定マークの凹部（位置座標Ｘ６〜Ｘ５）内に白色光を照射した場合に得られる反射光強度の波長依存性をシミュレーションにより算出し、図１１（ｂ）に示すように、理論波形ＷＳＴ３６ａ，ＷＳＴ３６ｂ，ＷＳＴ３６ｃを作成する（ステップＳ２８）。
【０１１７】
次に、光源１３から白色光を発光させ、ハーフミラー１５を介して、例えば図１３の矢印Ｌ１ｃに示すように、測定マークの凹部（位置座標Ｘ６〜Ｘ５）内に照射する（図９、ステップＳ２９）。反射光はハーフミラー１７を介して分光器４１に入射し、回折格子４３により所定波長の光に分光されてＣＣＤセンサ４５に検出され、ＣＣＤセンサ４５からは反射光の各波長における強度に応じた信号電荷が出力される（ステップＳ３０）。設定される測定波長は、凹部Ｃ１の場合と同様に、６００nm，６５０nm，７００nm，７５０nm，８００nmである。ＣＣＤセンサ４５から出力した信号電荷は、Ａ／Ｄ変換器４７によりディジタル変換され、制御コンピュータ６０の理論波形作成部５７は、Ａ／Ｄ変換器４７から供給された信号に基づいて反射光の波長依存性を表す測定分光波形ＷＳＭ３６を作成する。図１１（ｂ）に示す例では、反射光の波長ごとの強度の測定値を算出し、この算出した測定値を、上述したステップＳ２８により予め作成した理論波形図内にプロットしている。理論波形作成部５７は、作成した測定分光波形を波形照合部５３に供給する（ステップＳ３１）。
【０１１８】
波形照合部５３は、測定分光波形（図１１ａ（ｂ）に示す例では反射光の波長ごとの測定値）と理論波形とを比較し、理論波形ＷＳＴ３６ａ，ＷＳＴ３６ｂ，ＷＳＴ３６ｃのうち測定分光波形（測定値）に最も近似する理論波形を選択し、これをパラメータ算出部６３に供給する。図１１（ｂ）に示す例においては、理論波形ＷＳＴ３６ｂが選択される。
【０１１９】
パラメータ算出部６３は、波形照合部５３から供給された理論波形ＷＳＴ３６ｂに対応する深さＤ２をパラメータとして選定し、理論波形作成部５７に供給する（ステップＳ３２）。図１１（ｂ）に示す例においては、ｄ２＝０．１４μｍが選定される。
【０１２０】
最後に上述したステップＳ２７〜３２と同様の手順によりＳｉＮ膜の膜厚Ｔ２を算出し、パラメータとして理論波形作成部５７に供給する。図１０は膜厚Ｔ２を算出する手順を示す。測定対象のパラメータがＴ２であること、理論波形がＷＳＴ３３４ａ〜３３４ｃであること、および位置座標がＸ３〜Ｘ４であることを除けば、図１０は、図９のステップ番号に６を加えたものと実質的に同一であるので、ここでは説明を省略する。
【０１２１】
以上の前処理により必要な測定パラメータを取得したマーク位置検出装置２は、これらのパラメータを用いて上述した第１の実施形態と同様の手順で測定マークの位置を検出する。
【０１２２】
このように、本実施形態によれば、対称および非対称のいずれの断面形状にかかわらず、測定マークの位置を正確に検出することができることに加え、分光器４１を用いて測定マークの位置検出に必要なパラメータをも取得するので、単一の装置でパラメータの取得からマーク位置の検出まで処理することができる。
【０１２３】
なお、本実施形態においては、反射光の波長依存性を解析するために、反射光の強度分布を認識するためのＣＣＤセンサ３３およびＡ／Ｄ変換器３５とは別個のＣＣＤセンサとＡ／Ｄ変換器を備える場合について説明したが、ステージ７０の上面に水平な平面内で移動可能な機構に回折格子４３を取付け、前処理の段階ではハーフミラー１５とＣＣＤセンサ３３との間の領域に移動してハーフミラー１７を介在させることなく反射光を分光し、本処理の段階でこの領域から離隔して反射光を直接ＣＣＤセンサ３３に入射させるようにしても良い。
【０１２４】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【０１２５】
即ち、本発明によれば、合せずれ測定マークを構成する材料と形状の情報に基づいて理論波形を作成し、この理論波形と測定波形を比較するので、マークの断面形状が対称な場合でも、非対称な場合でも正確にマークの位置を検出することができる。
【０１２６】
また、形状情報取得手段または形状情報取得手順を備える場合は、単一の装置または一連の手順で合せずれ測定マークの形状情報を得ることもできる。これにより、高いスループットでマークの位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる測定マーク位置検出装置の第１の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかるマーク位置検出方法の第１の実施の形態の概略を説明するフローチャートである。
【図３】本発明にかかるマーク位置検出方法の第１の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図４】本発明にかかるマーク位置検出方法の第１の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図５】図２に示す手順により得られた測定波形の一例を示す波形図である。
【図６】本発明にかかる測定マーク位置検出装置の第２の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態の概略を説明するフローチャートである。
【図８】本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図９】本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明にかかるマーク位置検出方法の第２の実施の形態を説明するフローチャートである。
【図１１】測定マークの反射光の波長依存性を示す分光波形図である。
【図１２】従来の技術による測定マーク位置検出装置の一例を示す概略構成図である。
【図１３】図１２に示す測定マークの拡大図である。
【図１４】図１３に示す測定マークからの反射光の強度を測定マークの位置座標との関連で示す波形図である。
【図１５】スライスレベル法を説明するための波形図である。
【図１６】スライスレベル法を説明するフローチャートである。
【図１７】相関法を説明するための波形図である。
【図１８】非対称な断面形状を有する測定マークの説明図である。
【図１９】図１８に示す測定マークからの反射光の強度を測定マークの位置座標との関連で示す波形図である。
【図２０】スライスレベル法を説明するための波形図である。
【図２１】相関法を説明するための波形図である。
【図２２】相関法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１，２ マーク位置検出装置
１０ 照明光学系
１３ 光源
１５，１７ ハーフミラー
２０ 合せずれ測定マーク（対称）
２１ 合せずれ測定マーク（非対称）
２３，２４ ＳｉＯ２層
２７ ＳｉＮ層（突起部）
３０，３１ 検出光学系
３３，４５ ＣＣＤセンサ
３５，４７ Ａ／Ｄ変換器
４１ 分光器
４３ 回折格子
５０，６０ 制御コンピュータ
５１ 測定波形図作成部
５３ 波形照合部
５５ 合せずれ演算部
５７ 理論波形作成部
６３ パラメータ算出部
７０ ステージ
１２０ 基板（ウェーハ）
Ｃ１〜Ｃ４ 凹部
Claims (8)
- 半導体基板上に形成された合せずれ測定用のマークに光を照射する発光手段と、
前記マークから発生した反射光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果と予め与えられた前記マークの形状情報に基づいて、前記マークの断面形状に応じた前記反射光の強度分布を表す測定波形を出力する波形認識手段と、
予め得られた前記マークの構成要素の材料情報および前記形状情報に基づいて前記反射光の強度が変化する箇所の理論波形を作成する演算手段と、
前記理論波形と前記測定波形とを比較して前記マークの位置を検出する判定手段と、
を備えるマーク位置検出装置。 - 前記反射光を任意の波長の光に分光して前記光検出手段に供給する分光手段と、
前記光検出器の検出結果を受けて前記マークの断面形状に応じた前記反射光の波長依存性を解析し、その解析結果に基づいて前記マークの形状情報を取得する形状情報取得手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のマーク位置検出装置。 - 前記形状情報は、前記マークの構成要素の厚さの情報と、前記マークの表面に形成された凹部の深さの情報を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のマーク位置検出装置。
- 前記マークの構成要素は、前記半導体基板上に第１の材料で形成された第１の薄膜と、この薄膜の上に第２の材料で形成された第２の薄膜とを含み、
前記凹部は、前記第１の薄膜に形成された第１の深さの第１の凹部と第２の深さの第２の凹部とを含み、
前記第２の薄膜は、前記第１の凹部と前記第２の凹部の中間に位置するように形成された突起部をなし、
前記形状情報は、前記第１の薄膜の膜厚と前記第２の薄膜の膜厚と前記第１の深さと前記第２の深さの情報と、前記第１の凹部と前記突起部と前記第２の凹部における各側面の位置情報と、を含むことを特徴とする請求項３に記載のマーク位置検出装置。 - 半導体基板上に形成された合せずれ測定用のマークに光を照射する手順と、
前記マークから発生した反射光を検出する手順と、
前記反射光の検出結果と予め与えられた前記マークの形状情報に基づいて、前記マークの断面形状に応じた前記反射光の強度分布を表す測定波形を認識する手順と、
予め得られた前記マークの構成要素の材料情報と前記形状情報に基づいて前記反射光の強度が変化する箇所の理論波形を作成する手順と、
前記理論波形と前記測定波形とを比較して前記マークの位置を検出する判定手順と、
を備えるマーク位置検出方法。 - 前記反射光を任意の波長の光に分光して前記マークの断面形状に応じた前記反射光の波長依存性を解析し、その解析結果に基づいて前記マークの形状情報を取得する形状情報取得手順をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のマーク位置検出方法。
- 前記形状情報は、前記マークの構成要素の厚さの情報と、前記マークの表面に形成された凹部の深さの情報を含むことを特徴とする請求項５または６に記載のマーク位置検出装置。
- 前記マークの構成要素は、前記半導体基板上に第１の材料で形成された第１の薄膜と、この薄膜の上に第２の材料で形成された第２の薄膜とを含み、
前記凹部は、前記第１の薄膜に形成された第１の深さの第１の凹部と第２の深さの第２の凹部とを含み、
前記第２の薄膜は、前記第１の凹部と前記第２の凹部の中間に位置するように形成された突起部をなし、
前記形状情報は、前記第１の薄膜の膜厚と前記第２の薄膜の膜厚と前記第１の深さと前記第２の深さの情報と、前記第１の凹部と前記突起部と前記第２の凹部における各側面の位置情報と、を含むことを特徴とする請求項７に記載のマーク位置検出方法。
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