JP2013120872A - 重ね合わせ計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誤計測を低減した重ね合わせ計測を行うことができる重ね合わせ計測方法を提供すること。
【解決手段】実施形態の重ね合わせ計測方法は、第１の層を用いて形成された第１および第２の重ね合わせ計測マークからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記第１および第２の重ね合わせ計測マークに対する所定方向の第１の対称中心座標を算出し、第２の層を用いて形成された第３および第４の重ね合わせ計測マークからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークに対する前記所定方向の第２の対称中心座標を算出し、前記第１および第２の対称中心座標に基づいて、前記第１の層と前記第２の層との間の前記所定方向の重ね合わせずれ量を算出し、前記第１〜第４の重ね合わせ計測マークは、前記所定方向に垂直な方向に対して複数種類のスペース幅または複数種類のパターン幅を有している。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、重ね合わせ計測方法に関する。

露光装置を用いた半導体製造工程では、前の工程で形成したパターンに対して位置合わせを行なったうえで露光が行なわれる。そして、露光されたパターン（上地パターン）と下地パターンとの重ね合わせずれ量は、前の工程で形成した重ね合わせ計測マークと露光で形成した重ね合わせ計測マークとを同時に撮像した画像から計測される。重ね合わせ計測マークには種々のパターンが利用されており、代表例としてボックスインボックス型、バーインバー型、ライン＆スペース型などがある。

このような重ね合わせ計測マークでは、半導体チップの微細化が進む反面、半導体チップ内に配置する重ね合わせ計測ポイントの数を増やしたいという需要が高まっている。このため、重ね合わせ計測マークの微小化が進められている。

しかしながら、重ね合わせ計測マークの微小化によって、重ね合わせ計測マークおよび重ね合わせ計測マーク周辺の出来栄えにばらつきが発生する場合がある。この結果、重ね合わせ計測の誤計測や、突発的な大きな重ね合わせずれを検出できないといった弊害が発生する場合がある。このため、誤計測を低減した重ね合わせ計測を行うことが望まれている。

特開２００９−１４７３２８号公報 特開２００３−２３４２７２号公報

本発明が解決しようとする課題は、誤計測を低減した重ね合わせ計測を行うことができる重ね合わせ計測方法を提供することである。

実施形態によれば、重ね合わせ計測方法が提供される。重ね合わせ計測方法は、基板面内で第１のラインパターン群の各ラインパターンが第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第１の層を用いて形成された第１の重ね合わせ計測マークと、前記第１の層を用いて形成され且つ前記第１の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第２の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第１および第２の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光するとともに、前記基板面内で第２のラインパターン群の各ラインパターンが前記第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第２の層を用いて形成された第３の重ね合わせ計測マークと、前記第２の層を用いて形成され且つ前記第３の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第４の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第３および第４の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光する照明ステップを含んでいる。また、前記第１および第２の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第１の方向に垂直な第２の方向の、前記第１および第２の重ね合わせ計測マークに対する第１の対称中心座標を算出するとともに、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第２の方向の、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークに対する第２の対称中心座標を算出する原点算出ステップを含んでいる。また、前記第１の対称中心座標および前記第２の対称中心座標に基づいて、前記第１の層を用いて形成されたパターンと前記第２の層を用いて形成されたパターンとの間の前記第２の方向の重ね合わせずれ量を算出するずれ量算出ステップを含んでいる。そして、前記第１〜第４の重ね合わせ計測マークは、前記第２の方向に対して複数種類のスペース幅または複数種類のパターン幅を有している。

図１は、合わせずれ検査装置の構成を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る重ね合わせ計測マークに対する反射率の波形例と一致度を示す図である。 図４は、第２の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。 図５は、第２の実施形態に係る重ね合わせ計測マークに対する反射率の波形例と一致度を示す図である。 図６は、第３の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。 図７は、第３の実施形態に係る重ね合わせ計測マークに対する反射率の波形例と一致度を示す図である。 図８は、第４の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。 図９は、ラインパターン領域内に配置されるラインパターンの構成を示す図である。 図１０は、第４の実施形態に係る重ね合わせ計測マークに対する反射率の波形例を示す図である。 図１１は、第５の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態に係る重ね合わせ計測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。

（第１の実施形態）
図１は、合わせずれ検査装置の構成を示す図である。合わせずれ検査装置１は、下層側に形成された重ね合わせ計測マーク（以下、下層側マーク１１という）と、上層側に形成された重ね合わせ計測マーク（以下、上層側マーク１２という）と、の間の重ね合わせずれ量（位置ずれ量）を計測する装置である。上層側マーク１２は、下層側マーク１１よりも後の工程で形成されるパターンであり、例えば、露光処理と現像処理を用いて形成されたレジストパターンである。本実施形態では、下層側マーク１１と上層側マーク１２を、それぞれ複数の異なるパターンピッチ（以下、ピッチという）をもつライン＆スペース構造を有したマークとする。

合わせずれ検査装置１は、下層側マーク１１と上層側マーク１２とを同時に撮像し、撮像した画像に基づいて下層側マーク１１と上層側マーク１２との間の重ね合わせずれ量を計測する。

合わせずれ検査装置１は、測定光源２、ミラー３、顕微鏡４、結像光学系５、信号分析部６を備えている。測定光源２は、ハロゲンランプなどの光源装置であり、照明光を送出する。ミラー３は、測定光源２から送られてくる照明光を透過させて顕微鏡４に送る。顕微鏡４は、光学顕微鏡などであり、照明光をウエハＷなどの基板上に照射する。これにより、ウエハＷに形成済みの下層側マーク１１および上層側マーク１２と、これらの周辺領域に照明光が照射される。

ウエハＷで反射された照明光（反射光）は、ミラー３で反射されて結像光学系５に送られる。結像光学系５は、反射光を結像させることによって反射光から画像を生成し、画像を信号分析部６に送る。

信号分析部６は、下層側マーク１１および上層側マーク１２が撮像された画像を反射率の波形に変換する。信号分析部６は、下層側マーク１１の反射率の波形に基づいて下層側マーク１１に対する原点座標Ｏを算出し、上層側マーク１２の反射率の波形に基づいて上層側マーク１２に対する原点座標Ｏを算出する。信号分析部６は、下層側マーク１１に対する原点座標Ｏと上層側マーク１２に対する原点座標Ｏとに基づいて、下層側マーク１１と上層側マーク１２との間の重ね合わせずれ量を算出する。

下層側マーク１１と上層側マーク１２とによって、後述する重ね合わせ計測マーク１０が構成されている。重ね合わせ計測マーク１０は、例えば、ウエハＷ上の複数のショットに形成される。また、重ね合わせ計測マーク１０は、各ショット内の複数個所に形成される。合わせずれ検査装置１は、これらの重ね合わせ計測マーク１０を用いて、ウエハＷ上における重ね合わせずれ量の分布を算出する。

図２は、第１の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。図２の（ａ）では、第１の実施形態に係る重ね合わせ計測マーク１０の上面図を示している。重ね合わせ計測マーク１０は、ライン＆スペース型のマークであり、例えばＡＩＭ（Advanced Imaging Metrology）マークである。重ね合わせ計測マーク１０は、下層側のパターンと上層側のパターンとを用いて形成されている。例えば、下層側マーク１１および上層側マーク１２は、それぞれライン＆スペースのスペース幅が少なくとも２種類以上の異なる寸法となるよう形成されている。

重ね合わせ計測マーク１０は、下層側マーク１１（Ｏｕｔｅｒ）として下層側マーク１１ＸＲ，１１ＹＲ，１１ＸＬ，１１ＹＬを有しており、上層側マーク１２（Ｉｎｎｅｒ）として上層側マーク１２ＸＲ，１２ＹＲ，１２ＸＬ，１２ＹＬを有している。なお、以下では下層側マーク１１ＸＲ，１１ＹＲ，１１ＸＬ，１１ＹＬを下層側マーク１１という場合がある。また、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＹＲ，１２ＸＬ，１２ＹＬを上層側マーク１２という場合がある。

下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターンをＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、下層側マーク１１ＹＲ，１１ＹＬは、Ｘ方向に延びるラインパターンをＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。下層側マーク１１ＸＲは、下層側マーク１１ＸＬに対し、後述する原点座標Ｏを対称中心とした点対称な関係にある。同様に、下層側マーク１１ＹＲは、下層側マーク１１ＹＬに対し、原点座標Ｏを対称中心とした点対称な関係にある。

上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターンをＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、上層側マーク１２ＹＲ，１２ＹＬは、Ｘ方向に延びるラインパターンをＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。上層側マーク１２ＸＲは、上層側マーク１２ＸＬに対し、原点座標Ｏを対称中心とした点対称な関係にある。同様に、上層側マーク１２ＹＲは、上層側マーク１２ＹＬに対し、原点座標Ｏを対称中心とした点対称な関係にある。

例えば、第１層を用いて第１の位置に下層側マーク１１を形成しておく。その後、第２層を用いて第２の位置に上層側マーク１２が形成され、これにより、第１層と第２層とを用いた重ね合わせ計測マーク１０が形成される。また、第２層を用いて第２の位置に上層側マーク１２を形成する際には、第２層を用いて第３の位置に下層側マーク１１を形成しておく。その後、第３層を用いて第４の位置に上層側マーク１２が形成され、これにより、第２層と第３層とを用いた重ね合わせ計測マーク１０が形成される。

ここで、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＹＲ，１１ＸＬ，１１ＹＬと、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＹＲ，１２ＸＬ，１２ＹＬの構成について説明する。なお、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＹＲ，１１ＸＬ，１１ＹＬ、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＹＲ，１２ＸＬ，１２ＹＬは、それぞれ同様の構成を有しているので、ここでは下層側マーク１１ＸＲの構成について説明する。

図２の（ｂ）は、第１の実施形態に係る下層側マークの上面図を示している。下層側マーク１１ＸＲは、５本のラインパターン１３〜１７を有している。重ね合わせ計測マーク１０の原点座標Ｏに最も近いのがラインパターン１３であり、２番目に近いのがラインパターン１４であり、３番目に近いのがラインパターン１５である。また、重ね合わせ計測マーク１０の原点座標Ｏに４番目に近いのがラインパターン１６であり、最も遠いのがラインパターン１７である。換言すると、ラインパターン１３〜１７は、重ね合わせ計測マーク１０の原点座標Ｏから遠ざかる方向に、ラインパターン１３，１４，１５，１６，１７の順番で並べられている。

ラインパターン１３〜１７は、ラインパターン幅（短手方向）が略同じ寸法であり、各ラインパターン間のスペース幅が、複数種類の寸法に設定されている。例えば、ラインパターン１３〜１７は、それぞれ同一形状で同じ大きさであり、各ラインパターンは、重ね合わせ計測マーク１０の原点座標Ｏから遠ざかるほど、ラインパターン間の距離（スペース幅）が大きくなるよう配置されている。具体的には、スペース幅の中では、重ね合わせ計測マーク１０の原点座標Ｏに最も近いラインパターン１３と２番目に近いラインパターン１４との間のスペース幅が最も小さい。そして、ラインパターン１４とラインパターン１５との間のスペース幅が２番目に小さく、ラインパターン１５とラインパターン１６との間のスペース幅が３番目に小さい。そして、ラインパターン１６とラインパターン１７との間のスペース幅が最も大きくなっている。

同様に、下層側マーク１１ＹＲ，１１ＸＬ，１１ＹＬ、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＹＲ，１２ＸＬ，１２ＹＬには、原点座標Ｏに近いラインパターンほど隣接するラインパターンとの間の距離が短くなるよう、各ラインパターンが配置されている。

なお、下層側マーク１１、上層側マーク１２に対し、原点座標Ｏに近いラインパターンほど隣接するラインパターンとの間の距離が長くなるよう、各ラインパターンを配置してもよい。また、原点座標Ｏからの距離に関係なく、種々のスペース幅となるよう各ラインパターンを配置してもよい。

つぎに、重ね合わせずれ量の計測方法について説明する。図３は、重ね合わせずれ量の計測方法を説明するためのものであって、第１の実施形態に係る重ね合わせ計測マークに対する反射率の波形例と一致度を示す図である。図３の（ａ）は、重ね合わせずれ量の計測領域であるＲＯＩ（Region of Interest）と重ね合わせ計測マーク１０の原点座標Ｏを示している。ここではＲＯＩとして、下層側マーク１１ＸＲの計測領域Ａと、下層側マーク１１ＸＬの計測領域Ｂと、上層側マーク１２ＸＲの計測領域Ｃと、上層側マーク１２ＸＬの計測領域Ｄと、を示している。

合わせずれ検査装置１は、下層側マーク１１と上層側マーク１２との間のＸ方向の重ね合わせずれ量を計測するため、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬで構成されたマークの原点座標Ｏ１（図示せず）と、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬで構成されたマークの原点座標Ｏ２（図示せず）を算出する。

具体的には、合わせずれ検査装置１の信号分析部６は、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬの原点座標Ｏ１を算出するため、原点座標Ｏと計測領域Ａ，Ｂとの相対位置を固定した状態で、原点座標Ｏを重ね合わせ計測マーク１０上でＸ方向に移動させる。そして、信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に、計測領域Ａ内の画像に基づいて計測領域Ａ内の反射率を導出するとともに、計測領域Ｂ内の画像に基づいて計測領域Ｂ内の反射率を導出する。これにより、図３の（ｂ）に示すような反射率の波形６１Ａ，６１Ｂが導出される。

さらに、信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に、反射率の波形６１Ａと反射率の波形６１Ｂとの間の一致度（相関値）を算出する。これにより、図３の（ｃ）に示すような、反射率の波形６１Ａと反射率の波形６１Ｂとの間の一致度に関する情報が導出される。

図３の（ｃ）のグラフでは、横軸が原点座標Ｏであり、縦軸が一致度である。信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に導出した一致度のうち、一致度の最も高い原点座標Ｏの位置を、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬの原点座標Ｏ１に採用する。換言すると、原点座標ＯをＸ方向に振った場合に、反射光の強度プロファイルである波形６１Ａ，６１Ｂの相関が最大になる原点座標Ｏが原点座標Ｏ１に採用される。

また、信号分析部６は、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬの原点座標Ｏ２を算出するため、原点座標Ｏと計測領域Ｃ，Ｄとの相対位置を固定した状態で、原点座標Ｏを重ね合わせ計測マーク１０上でＸ方向に移動させる。そして、信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に、計測領域Ｃ内の画像に基づいて反射率を導出することにより、反射率の波形６１Ｃ（図示せず）を導出する。また、信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に、計測領域Ｄ内の画像に基づいて反射率を導出することにより、反射率の波形６１Ｄ（図示せず）を導出する。

さらに、信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に、波形６１Ｃと波形６１Ｄとの間の一致度を算出する。信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に導出した一致度のうち、一致度の最も高い原点座標Ｏの位置を、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬの原点座標Ｏ２に採用する。

そして、信号分析部６は、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬの原点座標Ｏ１と、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬの原点座標Ｏ２と、を比較し、その差分をＸ方向の重ね合わせずれ量とする。

同様に、信号分析部６は、下層側マーク１１ＹＲ，１１ＹＬに基づいて下層側マーク１１ＹＲ，１１ＹＬの原点座標Ｏ３（図示せず）を算出するとともに、上層側マーク１２ＹＲ，１２ＹＬに基づいて上層側マーク１２ＹＲ，１２ＹＬの原点座標Ｏ４（図示せず）を算出する。そして、下層側マーク１１ＹＲ，１１ＹＬの原点座標Ｏ３と、上層側マーク１２ＹＲ，１２ＹＬの原点座標Ｏ４と、を比較し、その差分をＹ方向の重ね合わせずれ量とする。

信号分析部６は、Ｘ方向の重ね合わせずれ量とＹ方向の重ね合わせずれ量とを足したものを、下層膜を用いて形成されたパターンと上層膜を用いて形成されたパターンとの間の重ね合わせずれ量として算出する。

ところで、下層側マーク内のラインパターン幅とスペース幅が全て同じである場合、（１）１ピッチずれ、（２）１／２ピッチずれ、（３）１／４ピッチずれのような、重ね合わせの誤計測が発生する場合がある。なお、ピッチは、ラインパターンとスペースパターンとが交互に配置されている場合の、隣接するラインパターン幅とスペースパターン幅との合計値である。

（１）１ピッチずれは、ラインパターンに出来栄え不良などが発生した場合に発生する誤計測である。例えば、下層側マーク内のラインパターン幅とスペース幅が全て同じである場合に、下層側マーク内の１つのラインパターンに出来栄え不良などが発生すると、反射率の波形として４つの正常な波形しか現れない。このような場合、下層側マークの４つの波形と、上層側マークの５つの波形と、が比較されることにより、一致度が算出される。このため、ライン＆スペースの１ピッチ分だけずれた位置が、下層側マークの原点座標Ｏであると判断されてしまう場合がある。

また、実際に下層側マークが、上層側マークに対して１ピッチ分だけずれてしまう場合がある。このような場合に、下層側マーク内のラインパターン幅とスペース幅が全て同じであると、１ピッチ分だけずれているにもかかわらず、重ね合わせずれ量が、略ゼロと判断されてしまうおそれがある。

（２）１／２ピッチずれは、膜むらが大きい場合、ウエハＷの反りが大きい場合などに生じる。膜むらやウエハＷに反りがある場合には、下層側マークの位置によってラインパターンとスペース位置の明るさに差を生じてしまう場合がある。例えば、一方の下層側マークでは、ラインパターンの方がスペース位置よりも明るいにもかかわらず、他方の下層側マークでは、ラインパターンの方がスペース位置よりも暗いような場合がある。このような場合には、ラインパターンとスペースを誤認してしまい、その結果、ライン＆スペースの１／２ピッチ分だけずれた位置が、下層側マークの原点座標Ｏであると判断されてしまう場合がある。

（３）１／４ピッチずれは、下層側マークや上層側マークを構成するラインパターンのエッジコントラストが高い場合などに生じる。ラインパターンのエッジコントラストが高い場合、ラインパターンの各エッジ部分が反射率の波形のピークとなってしまう。このような反射率の波形を用いて、下層側マークの反射率の波形と、上層側マークの反射率の波形との間の一致度を算出すると、ライン＆スペースの１／４ピッチ分だけずれた位置が、下層側マークの原点座標Ｏであると判断されてしまう場合がある。

一方、本実施形態では、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬ内や上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬのラインパターン１３〜１７が、２種類以上のスペース幅を有するよう配置されている。例えば、図２の（ａ）に示した下層側マーク１１ＸＲの場合、下層側マーク１１ＸＲは、ラインパターン１３，１４の間の第１のスペース幅、ラインパターン１４，１５の間の第２のスペース幅、ラインパターン１５，１６の間の第３のスペース幅、ラインパターン１６，１７の間の第４のスペース幅を有している。

このため、下層側マーク１１ＸＲ内や下層側マーク１１ＸＬ内の１つのラインパターンに出来栄え不良などが発生しても、ライン＆スペースの１ピッチ分だけずれた位置を、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬの原点座標Ｏと判断してしまうことはない。

同様に、膜むらやウエハＷに反りがあっても、ライン＆スペースの１／２ピッチ分だけずれた位置を、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬの原点座標Ｏと判断してしまうことはない。

また、ラインパターンのエッジのコントラストが高い場合であっても、ライン＆スペースの１／４ピッチ分だけずれた位置を、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬの原点座標Ｏと判断してしまうことはない。

これは、ラインパターン１３〜１７が、種々のスペース幅を用いて配置されているので、１ピッチ分、１／２ピッチ分、１／４ピッチ分だけずれた状態では、反射率の波形６１Ａと反射率の波形６１Ｂとの間の一致度が極端に小さくなるからである。換言すると、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬを用いて重ね合わせずれ量を計測すると、ピッチのずれがない位置（正しい原点座標Ｏの位置）で、一致度のピークが１つだけ現れることとなる。このため、重ね合わせずれ量を計測する際の誤計測のリスクが低減する。

このように、本実施形態では、下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬのラインパターン１３〜１７が、種々のスペース幅を用いて配置されているので、重ね合わせ計測マーク１０および重ね合わせ計測マーク１０周辺の出来栄えによって発生しうる誤計測（計測飛び）を防止することが可能となる。また、突発的な大きな重ね合わせずれを検出することが可能となる。

下層側マーク１１と上層側マーク１２の形成や、合わせずれ検査装置１による重ね合わせずれ量の計測は、例えばウエハプロセスのレイヤ毎に行われる。半導体装置（半導体集積回路）を製造する際には、種々のレイヤで下層側マーク１１と上層側マーク１２が形成され、これにより、下層側マーク１１と上層側マーク１２とで重ね合わせ計測マーク１０が形成される。

具体的には、ウエハＷ上に下層膜が成膜され、下層膜を用いて下層側回路パターンと下層側マーク１１とが形成される。さらに、ウエハＷ上に上層膜が成膜される。この後、ウエハＷ上にレジストが塗布され、レジストの塗布されたウエハＷにマスクを用いて露光が行なわれ、その後ウエハを現像してウエハ上にレジストパターンが形成される。このとき、レジストパターンとしては、回路パターンと上層側マーク１２とが形成される。そして、上層側マーク１２と下層側マーク１１との原点座標Ｏが比較されることにより、上層側マーク１２と下層側マーク１１との間の重ね合わせずれ量が計測される。

この後、重ね合わせずれ量が許容範囲内であれば、レジストパターンをマスクとして上層膜がエッチングされる。これにより、上層膜を用いた上層側回路パターンがウエハＷ上に形成される。重ね合わせずれ量が許容範囲を逸脱していると、ウエハＷ上のレジストパターンを剥離した後、重ね合わせずれ量が許容範囲内となるまでウエハＷ上へのレジストの塗布とレジストパターンの形成が繰り返し行われる。半導体装置を製造する際には、上述した下層膜の成膜、下層膜を用いた下層側回路パターンと下層側マーク１１の形成、上層膜の成膜、レジストの塗布、レジストパターンを用いた上層側回路パターンと上層側マーク１２の形成（露光、現像）、重ね合わせずれ量の計測、エッチングなどが、レイヤ毎に繰り返される。

なお、重ね合わせ計測マーク１０の下層側マーク１１と上層側マーク１２は、図２に示した配置に限らない。また、下層側マーク１１（例えば、下層側マーク１１ＸＲ）や上層側マーク１２のラインパターンは、５本に限らず、３本以上であればよい。

このように第１の実施形態によれば、下層側マーク１１および上層側マーク１２のラインパターン幅を一定とし、且つスペース幅を少なくとも２種類以上の異なる寸法としているので、反射率の相関グラフにおける擬似ピーク発生が抑制される。この結果、重ね合わせずれ量の誤計測を低減することが可能となる。したがって、微小マークを用いた計測ロバスト性が改善される。

（第２の実施形態）
つぎに、図４および図５を用いてこの発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、下層側マーク１１および上層側マーク１２のスペース幅を一定とし、且つラインパターン幅を少なくとも２種類以上の異なる寸法とする。

図４は、第２の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。図４の（ａ）では、第２の実施形態に係る重ね合わせ計測マーク２０の上面図を示している。重ね合わせ計測マーク２０は、ＡＩＭマークなどであり、下層側のパターンと上層側のパターンとを用いて形成されている。下層側マーク１１および上層側マーク１２は、それぞれライン＆スペース型のマークであり、ラインパターン幅が少なくとも２種類以上の異なる寸法で形成されている。

重ね合わせ計測マーク２０は、下層側マーク１１として下層側マーク２１ＸＲ，２１ＹＲ，２１ＸＬ，２１ＹＬを有しており、上層側マーク１２として上層側マーク２２ＸＲ，２２ＹＲ，２２ＸＬ，２２ＹＬを有している。なお、以下では下層側マーク２１ＸＲ，２１ＹＲ，２１ＸＬ，２１ＹＬを下層側マーク１１という場合がある。また、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＹＲ，２２ＸＬ，２２ＹＬを上層側マーク１２という場合がある。

下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターンをＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、下層側マーク２１ＹＲ，２１ＹＬは、Ｘ方向に延びるラインパターンをＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。

上層側マーク２２ＸＲ，２２ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターンをＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、上層側マーク２２ＹＲ，２２ＹＬは、Ｘ方向に延びるラインパターンをＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。

本実施形態の下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬ，２１ＹＲ，２１ＹＬ、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＸＬ，２２ＹＲ，２２ＹＬは、それぞれ第１の実施形態の下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬ，１１ＹＲ，１１ＹＬ、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬ，１２ＹＲ，１２ＹＬと同様の位置に配置されている。

ここで、下層側マーク２１ＸＲ，２１ＹＲ，２１ＸＬ，２１ＹＬと、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＹＲ，２２ＸＬ，２２ＹＬの構成について説明する。なお、下層側マーク２１ＸＲ，２１ＹＲ，２１ＸＬ，２１ＹＬ、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＹＲ，２２ＸＬ，２２ＹＬは、それぞれ同様の構成を有しているので、ここでは下層側マーク２１ＸＲの構成について説明する。

図４の（ｂ）は、第２の実施形態に係る下層側マークの上面図を示している。下層側マーク２１ＸＲは、５本のラインパターン２３〜２７を有している。重ね合わせ計測マーク２０の原点座標Ｏに最も近いのがラインパターン２３であり、２番目に近いのがラインパターン２４であり、３番目に近いのがラインパターン２５である。また、重ね合わせ計測マーク２０の原点座標Ｏに４番目に近いのがラインパターン２６であり、最も遠いのがラインパターン２７である。換言すると、ラインパターン２３〜２７は、重ね合わせ計測マーク２０の原点座標Ｏから遠ざかる方向に、ラインパターン２３，２４，２５，２６，２７の順番で並べられている。

ラインパターン２３〜２７は、各ラインパターン間のスペース幅が略同じ寸法となるよう配置され、各ラインパターン幅は、複数種類の寸法に設定されている。例えば、ラインパターン２３〜２７は、重ね合わせ計測マーク２０の原点座標Ｏから遠ざかるほど、ラインパターン幅が大きくなるよう配置されている。具体的には、ラインパターン幅の中では、重ね合わせ計測マーク２０の原点座標Ｏに最も近いラインパターン２３のラインパターン幅が最も小さい。そして、ラインパターン２４のラインパターン幅が２番目に小さく、ラインパターン２５のラインパターン幅が３番目に小さい。そして、ラインパターン２６のラインパターン幅が４番目に小さく、ラインパターン２７のラインパターン幅が最も大きくなっている。

同様に、下層側マーク２１ＹＲ，２１ＸＬ，２１ＹＬ、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＹＲ，２２ＸＬ，２２ＹＬには、原点座標Ｏに近いラインパターンほどラインパターン幅が小さくなるよう、各ラインパターンが配置されている。

なお、下層側マーク１１、上層側マーク１２に対し、原点座標Ｏに近いラインパターンほどラインパターン幅が大きくなるよう、各ラインパターンを配置してもよい。また、原点座標Ｏからの距離に関係なく、種々のラインパターン幅となるよう各ラインパターンを配置してもよい。

つぎに、重ね合わせずれ量の計測方法について説明する。合わせずれ検査装置１は、第１の実施形態と同様の処理手順によって下層側マーク１１と上層側マーク１２との間の重ね合わせずれ量を計測する。

具体的には、合わせずれ検査装置１は、下層側マーク１１と上層側マーク１２との間のＸ方向の重ね合わせずれ量を計測するため、下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬの原点座標Ｏ１と、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＸＬの原点座標Ｏ２を算出する。下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬの原点座標Ｏ１を算出する際には、下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬに計測領域Ａ，Ｂが設定される。

そして、信号分析部６は、各計測領域Ａ，Ｂ内の画像に基づいて計測領域Ａ，Ｂ内における反射率の波形を求める。図５は、第２の実施形態に係る重ね合わせ計測マークに対する反射率の波形例と一致度を示す図である。図５の（ａ）は、重ね合わせずれ量の計測領域であるＲＯＩと重ね合わせ計測マーク２０の原点座標Ｏを示している。ここではＲＯＩとして、下層側マーク２１ＸＲの計測領域Ａと、下層側マーク２１ＸＬの計測領域Ｂと、上層側マーク２２ＸＲの計測領域Ｃと、上層側マーク２２ＸＬの計測領域Ｄと、を示している。また、図５の（ｂ）では、計測領域Ａ内における反射率の波形６２Ａと、計測領域Ｂ内における反射率の波形６２Ｂと、を示している。

信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に計測領域Ａ内の反射率を導出するとともに、原点座標Ｏの位置毎に計測領域Ｂ内の反射率を導出する。これにより、図５の（ｂ）に示すような反射率の波形６２Ａ，６２Ｂが導出される。

さらに、信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に、反射率の波形６２Ａと反射率の波形６２Ｂとの間の一致度を算出する。これにより、図５の（ｃ）に示すような、反射率の波形６２Ａと反射率の波形６２Ｂとの間の一致度に関する情報が導出される。図５の（ｃ）のグラフでは、横軸が原点座標Ｏであり、縦軸が一致度である。信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に導出した一致度のうち、一致度の最も高い原点座標Ｏの位置を、下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬの原点座標Ｏ１に採用する。

また、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＸＬの原点座標Ｏ２を算出する際には、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＸＬに、計測領域Ｃ，Ｄが設定される。そして、第１の実施形態と同様の処理手順によって、計測領域Ｃ内における反射率の波形６２Ｃ（図示せず）と計測領域Ｄ内における反射率の波形６２Ｄ（図示せず）が導出される。さらに、信号分析部６は、波形６２Ｃと波形６２Ｄに基づいて、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＸＬの原点座標Ｏ２を算出する。

そして、信号分析部６は、下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬの原点座標Ｏ１と、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＸＬの原点座標Ｏ２と、を比較し、その差分をＸ方向の重ね合わせずれ量とする。

なお、合わせずれ検査装置１は、第１の実施形態と同様の処理手順によって、下層側マーク１１と上層側マーク１２との間のＹ方向の重ね合わせずれ量を計測するので、その説明は省略する。

本実施形態では、下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬ，２１ＹＲ，２１ＹＬ内、上層側マーク２２ＸＲ，２２ＸＬ，２２ＹＲ，２２ＹＬ内、のラインパターン２３〜２７が、２種類以上のラインパターン幅を用いて構成されている。例えば、図４の（ａ）に示した下層側マーク２１ＸＲの場合、下層側マーク２１ＸＲの各ラインパターンは、ラインパターン２３が有する第１のラインパターン幅、ラインパターン２４が有する第２のラインパターン幅、ラインパターン２５が有する第３のラインパターン幅、ラインパターン２６が有する第４のラインパターン幅、ラインパターン２７が有する第５のラインパターン幅で構成されている。

このため、第１の実施形態と同様に、ライン＆スペースの１ピッチ分、１／２ピッチ分、１／４ピッチ分だけずれた位置を、下層側マーク２１ＸＲ，２１ＸＬの原点座標Ｏと判断してしまうことを防止できる。

これは、ラインパターン２３〜２７が、種々のラインパターン幅で構成されているので、ラインパターン２３〜２７を用いて重ね合わせずれ量を計測すると、ピッチのずれがない位置（正しい原点座標Ｏの位置）で、一致度のピークが１つだけ現れるからである。

このように、本実施形態では、下層側マーク１１、上層側マーク１２を構成するラインパターン２３〜２７が、種々のラインパターン幅で構成されているので、重ね合わせ計測マーク２０および重ね合わせ計測マーク２０周辺の出来栄えによって発生しうる誤計測（計測飛び）を防止することが可能となる。また、突発的な大きな重ね合わせずれを検出することが可能となる。

なお、重ね合わせ計測マーク２０の下層側マーク１１と上層側マーク１２は、図４に示した配置に限らない。また、下層側マーク１１（例えば、下層側マーク２１ＸＲ）や上層側マーク１２のラインパターンは、５本に限らず、２本以上であればよい。

また、本実施形態では、下層側マーク１１および上層側マーク１２のスペース幅を一定とした場合について説明したが、下層側マーク１１および上層側マーク１２のスペース幅を少なくとも２種類以上の異なる寸法とし、且つラインパターン幅を少なくとも２種類以上の異なる寸法としてもよい。

このように第２の実施形態によれば、下層側マーク１１および上層側マーク１２のスペース幅を一定とし、且つラインパターン幅を少なくとも２種類以上の異なる寸法としているので、重ね合わせずれ量の誤計測を低減することが可能となる。

（第３の実施形態）
つぎに、図６および図７を用いてこの発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、下層側マーク１１および上層側マーク１２を構成するラインパターンのピッチを一定とし、且つラインパターン幅およびスペース幅を、それぞれ２種類以上の異なる寸法とする。

図６は、第３の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。図６の（ａ）では、第３の実施形態に係る重ね合わせ計測マーク３０の上面図を示している。重ね合わせ計測マーク３０は、ＡＩＭマークなどであり、下層側のパターンと上層側のパターンとを用いて形成されている。下層側マーク１１および上層側マーク１２は、それぞれライン＆スペース型のマークであり、ラインパターン幅およびスペース幅が少なくとも２種類以上の異なる寸法で形成されている。

重ね合わせ計測マーク３０は、下層側マーク１１として下層側マーク３１ＸＲ，３１ＹＲ，３１ＸＬ，３１ＹＬを有しており、上層側マーク１２として上層側マーク３２ＸＲ，３２ＹＲ，３２ＸＬ，３２ＹＬを有している。なお、以下では下層側マーク３１ＸＲ，３１ＹＲ，３１ＸＬ，３１ＹＬを下層側マーク１１という場合がある。また、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＹＲ，３２ＸＬ，３２ＹＬを上層側マーク１２という場合がある。

下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターンをＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、下層側マーク３１ＹＲ，３１ＹＬは、Ｘ方向に延びるラインパターンをＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。

上層側マーク３２ＸＲ，３２ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターンをＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、上層側マーク３２ＹＲ，３２ＹＬは、Ｘ方向に延びるラインパターンをＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。

本実施形態の下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬ，３１ＹＲ，３１ＹＬ、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＸＬ，３２ＹＲ，３２ＹＬは、それぞれ第１の実施形態の下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬ，１１ＹＲ，１１ＹＬ、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬ，１２ＹＲ，１２ＹＬと同様の位置に配置されている。

ここで、下層側マーク３１ＸＲ，３１ＹＲ，３１ＸＬ，３１ＹＬと、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＹＲ，３２ＸＬ，３２ＹＬの構成について説明する。なお、下層側マーク３１ＸＲ，３１ＹＲ，３１ＸＬ，３１ＹＬ、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＹＲ，３２ＸＬ，３２ＹＬは、それぞれ同様の構成を有しているので、ここでは下層側マーク３１ＸＲの構成について説明する。

図６の（ｂ）は、第３の実施形態に係る下層側マークの上面図を示している。下層側マーク３１ＸＲは、５本のラインパターン３３〜３７を有している。重ね合わせ計測マーク３０の原点座標Ｏに最も近いのがラインパターン３３であり、２番目に近いのがラインパターン３４であり、３番目に近いのがラインパターン３５である。また、重ね合わせ計測マーク３０の原点座標Ｏに４番目に近いのがラインパターン３６であり、最も遠いのがラインパターン３７である。換言すると、ラインパターン３３〜３７は、重ね合わせ計測マーク３０の原点座標Ｏから遠ざかる方向に、ラインパターン３３，３４，３５，３６，３７の順番で並べられている。

ラインパターン３３〜３７は、ピッチが一定となるよう形成され、各ラインパターン幅および各スペース幅は、それぞれ複数種類の寸法に設定されている。例えば、ラインパターン３３〜３７は、重ね合わせ計測マーク３０の原点座標Ｏから遠ざかるほど、ラインパターン幅が大きくなり、且つスペース幅が小さくなるよう配置されている。

換言すると、原点座標Ｏから近いほど、ラインパターン幅が小さくなっている。さらに、原点座標Ｏから近いほど、スペース幅が大きくなっている。

同様に、下層側マーク３１ＹＲ，３１ＸＬ，３１ＹＬ、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＹＲ，３２ＸＬ，３２ＹＬには、原点座標Ｏに近いほどラインパターン幅が小さくなるとともにスペース幅が大きくなるよう、各ラインパターンが配置されている。

なお、下層側マーク１１、上層側マーク１２に対し、原点座標Ｏに近いほどラインパターン幅が大きくなるとともにスペース幅が小さくなるよう、各ラインパターンを配置してもよい。また、原点座標Ｏからの距離に関係なく、種々のスペース幅および種々のラインパターン幅となるよう各ラインパターンを配置してもよい。

つぎに、重ね合わせずれ量の計測方法について説明する。合わせずれ検査装置１は、第１の実施形態と同様の処理手順によって下層側マーク１１と上層側マーク１２との間の重ね合わせずれ量を計測する。

具体的には、合わせずれ検査装置１は、下層側マーク１１と上層側マーク１２との間のＸ方向の重ね合わせずれ量を計測するため、下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬの原点座標Ｏ１と、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＸＬの原点座標Ｏ２を算出する。下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬの原点座標Ｏ１を算出する際には、下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬに計測領域Ａ，Ｂが設定される。

そして、信号分析部６は、各計測領域Ａ，Ｂ内の画像に基づいて計測領域Ａ，Ｂ内における反射率の波形を求める。図７は、第３の実施形態に係る重ね合わせ計測マークに対する反射率の波形例と一致度を示す図である。図７の（ａ）は、重ね合わせずれ量の計測領域であるＲＯＩと重ね合わせ計測マーク３０の原点座標Ｏを示している。ここではＲＯＩとして、下層側マーク３１ＸＲの計測領域Ａと、下層側マーク３１ＸＬの計測領域Ｂと、上層側マーク３２ＸＲの計測領域Ｃと、上層側マーク３２ＸＬの計測領域Ｄと、を示している。また、図７の（ｂ）では、計測領域Ａ内における反射率の波形６３Ａと、計測領域Ｂ内における反射率の波形６３Ｂと、を示している。

信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に計測領域Ａ内の反射率を導出するとともに、原点座標Ｏの位置毎に計測領域Ｂ内の反射率を導出する。これにより、図７の（ｂ）に示すような反射率の波形６３Ａ，６３Ｂが導出される。

さらに、信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に、反射率の波形６３Ａと反射率の波形６３Ｂとの間の一致度を算出する。これにより、図７の（ｃ）に示すような、反射率の波形６３Ａと反射率の波形６３Ｂとの間の一致度に関する情報が導出される。図７の（ｃ）のグラフでは、横軸が原点座標Ｏであり、縦軸が一致度である。信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に導出した一致度のうち、一致度の最も高い原点座標Ｏの位置を、下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬの原点座標Ｏ１に採用する。

この後、第１の実施形態と同様の処理手順によって、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＸＬの原点座標Ｏ２が算出される。そして、信号分析部６は、下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬの原点座標Ｏ１と、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＸＬの原点座標Ｏ２と、を比較し、その差分をＸ方向の重ね合わせずれ量とする。

なお、合わせずれ検査装置１は、第１の実施形態と同様の処理手順によって、下層側マーク１１と上層側マーク１２との間のＹ方向の重ね合わせずれ量を計測するので、その説明は省略する。

本実施形態では、下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬ，３１ＹＲ，３１ＹＬ内、上層側マーク３２ＸＲ，３２ＸＬ，３２ＹＲ，３２ＹＬ内のラインパターン３３〜３７が、２種類以上のラインパターン幅およびスペース幅を用いて構成されている。例えば、図６の（ａ）に示した下層側マーク３１ＸＲの場合、下層側マーク３１ＸＲの各ラインパターンは、ラインパターン３３が有する第１のラインパターン幅、ラインパターン３４が有する第２のラインパターン幅、ラインパターン３５が有する第３のラインパターン幅、ラインパターン３６が有する第４のラインパターン幅、ラインパターン３７が有する第５のラインパターン幅で構成されている。また、下層側マーク３１ＸＲのスペースは、ラインパターン３３，３４間の第１のスペース幅、ラインパターン３４，３５間の第２のスペース幅、ラインパターン３５，３６間の第３のスペース幅、ラインパターン３６，３７間の第４のスペース幅で構成されている。

このため、第１の実施形態と同様に、ライン＆スペースの１ピッチ分、１／２ピッチ分、１／４ピッチ分だけずれた位置を、下層側マーク３１ＸＲ，３１ＸＬの原点座標Ｏと判断してしまうことを防止できる。

これは、ラインパターン３３〜３７が、種々のラインパターン幅およびラインパターン間隔（スペース幅）で配置されているので、ラインパターン３３〜３７を用いて重ね合わせずれ量を計測すると、ピッチのずれがない位置（正しい原点座標Ｏの位置）で、一致度のピークが１つだけ現れるからである。

このように、本実施形態では、下層側マーク１１、上層側マーク１２が同一ピッチかつ種々のラインパターン幅およびスペース幅で構成されているので、重ね合わせ計測マーク３０および重ね合わせ計測マーク３０周辺の出来栄えによって発生しうる誤計測（計測飛び）を防止することが可能となる。また、突発的な大きな重ね合わせずれを検出することが可能となる。

なお、重ね合わせ計測マーク３０の下層側マーク１１と上層側マーク１２は、図６に示した配置に限らない。また、下層側マーク１１（例えば、下層側マーク３１ＸＲ）や上層側マーク１２のラインパターンは、５本に限らず、３本以上であればよい。

このように第３の実施形態によれば、下層側マーク１１および上層側マーク１２を構成するラインパターンのピッチを一定とし、且つラインパターン幅およびスペース幅を、それぞれ２種類以上の異なる寸法としているので、重ね合わせずれ量の誤計測を低減することが可能となる。

（第４の実施形態）
つぎに、図８〜図１０を用いてこの発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、下層側マーク１１および上層側マーク１２を構成するラインパターン領域（ラインパターン１３〜１７の配置されていた各位置）のそれぞれに種々のパターン密度分布やパターン密度を与える。換言すると、各ラインパターン領域に対し、パターン密度分布やパターン密度が異なるパターン群を配置する。

図８は、第４の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。図８の（ａ）では、第４の実施形態に係る重ね合わせ計測マーク４０の上面図を示している。重ね合わせ計測マーク４０は、ＡＩＭマークなどであり、下層側のパターンと上層側のパターンとを用いて形成されている。下層側マーク１１および上層側マーク１２は、それぞれライン＆スペース型のマークである。

重ね合わせ計測マーク４０は、下層側マーク１１として下層側マーク４１ＸＲ，４１ＹＲ，４１ＸＬ，４１ＹＬを有しており、上層側マーク１２として上層側マーク４２ＸＲ，４２ＹＲ，４２ＸＬ，４２ＹＬを有している。なお、以下では下層側マーク４１ＸＲ，４１ＹＲ，４１ＸＬ，４１ＹＬを下層側マーク１１という場合がある。また、上層側マーク４２ＸＲ，４２ＹＲ，４２ＸＬ，４２ＹＬを上層側マーク１２という場合がある。

下層側マーク４１ＸＲ，４１ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターン領域をＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、下層側マーク４１ＹＲ，４１ＹＬは、Ｘ方向に延びるラインパターン領域をＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。

上層側マーク４２ＸＲ，４２ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターン領域をＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、上層側マーク４２ＹＲ，４２ＹＬは、Ｘ方向に延びるラインパターン領域をＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。

本実施形態の下層側マーク４１ＸＲ，４１ＸＬ，４１ＹＲ，４１ＹＬ、上層側マーク４２ＸＲ，４２ＸＬ，４２ＹＲ，４２ＹＬは、それぞれ第１の実施形態の下層側マーク１１ＸＲ，１１ＸＬ，１１ＹＲ，１１ＹＬ、上層側マーク１２ＸＲ，１２ＸＬ，１２ＹＲ，１２ＹＬと同様の位置に配置されている。

ここで、下層側マーク４１ＸＲ，４１ＹＲ，４１ＸＬ，４１ＹＬと、上層側マーク４２ＸＲ，４２ＹＲ，４２ＸＬ，４２ＹＬの構成について説明する。なお、下層側マーク４１ＸＲ，４１ＹＲ，４１ＸＬ，４１ＹＬ、上層側マーク４２ＸＲ，４２ＹＲ，４２ＸＬ，４２ＹＬは、それぞれ同様の構成を有しているので、ここでは下層側マーク４１ＸＲの構成について説明する。

図８の（ｂ）は、第４の実施形態に係る下層側マークの上面図を示している。下層側マーク４１ＸＲは、５本のラインパターン領域４３〜４７を有している。重ね合わせ計測マーク４０の原点座標Ｏに最も近いのがラインパターン領域４３であり、２番目に近いのがラインパターン領域４４であり、３番目に近いのがラインパターン領域４５である。また、重ね合わせ計測マーク４０の原点座標Ｏに４番目に近いのがラインパターン領域４６であり、最も遠いのがラインパターン領域４７である。換言すると、ラインパターン領域４３〜４７は、重ね合わせ計測マーク４０の原点座標Ｏから遠ざかる方向に、ラインパターン領域４３，４４，４５，４６，４７の順番で並べられている。

ラインパターン領域４３〜４７は、ラインパターン領域幅（短手方向）が略同じ寸法であって且つ各ラインパターン領域間のスペースパターン領域の幅が略同じ寸法である。例えば、ラインパターン領域４３〜４７は、それぞれ同一形状で同じ大きさである。

そして、ラインパターン領域４３〜４７内には、Ｘ方向に対し種々のパターン密度分布となるよう、あるいは種々のパターン密度を有するよう複数のラインパターンが配置されている。このように、下層側マーク４１ＸＲは、５本のラインパターン領域４３〜４７でセグメント化され、各セグメント内でパターン密度分布あるいはパターン密度が変化させられている。

同様に、下層側マーク４１ＹＲ，４１ＸＬ，４１ＹＬ、上層側マーク４２ＸＲ，４２ＹＲ，４２ＸＬ，４２ＹＬには、ラインパターン領域幅（短手方向）が略同じ寸法であって且つ各ラインパターン領域間の幅が略同じ寸法のラインパターン領域が配置されている。

つぎに、各ラインパターン領域４３〜４７内に配置されるラインパターンの構成について説明する。図９は、ラインパターン領域内に配置されるラインパターンの構成を示す図である。図９では、各ラインパターン領域４３〜４７内の上面図を示している。

図９の（ａ）は、下層側マーク４１ＸＲの一例である下層側マーク４１ＸＲａの構成を示している。下層側マーク４１ＸＲａでは、ラインパターン領域４３〜４７としてのラインパターン領域４３Ａ〜４７Ａ内にラインパターンが配置されている。なお、図９の（ａ）では、ラインパターン領域４４Ａ，４６Ａの図示を省略している。ラインパターン領域４３Ａ〜４７Ａ内の各ラインパターンは、それぞれ略同一のラインパターン幅である。

ラインパターン領域４３Ａ内には、左端部側（ラインパターン領域４４Ａとは反対側）が右端部側（ラインパターン領域４４Ａ側）よりもパターン密度が小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

また、ラインパターン領域４４Ａ内には、左端部側（ラインパターン領域４３Ａ側）が右端部側（ラインパターン領域４５Ａ側）よりもパターン密度が小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

この場合において、ラインパターン領域４４Ａの左端部側よりも、ラインパターン領域４３Ａの左端部側の方が、パターン密度が小さくなるようラインパターンを配置しておく。なお、ラインパターン領域４４Ａの右端部側よりも、ラインパターン領域４３Ａの右端部側の方が、パターン密度が大きくなるようラインパターンを配置しておいてもよい。

換言すると、ラインパターン領域４４Ａよりもラインパターン領域４３Ａの方が、左端部側と右端部側とでパターン密度の差が大きくなるよう、ラインパターン領域４３Ａ，４４Ａ内にラインパターンを配置しておく。

また、ラインパターン領域４７Ａ内には、右端部側（ラインパターン領域４６Ａとは反対側）が左端部側（ラインパターン領域４６Ａ側）よりもパターン密度が小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

また、ラインパターン領域４６Ａ内には、右端部側（ラインパターン領域４７Ａ側）が左端部側（ラインパターン領域４５Ａ側）よりもパターン密度が小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

この場合において、ラインパターン領域４６Ａの右端部側よりも、ラインパターン領域４７Ａの右端部側の方が、パターン密度が小さくなるようラインパターンを配置しておく。なお、ラインパターン領域４６Ａの左端部側よりも、ラインパターン領域４７Ａの左端部側の方が、パターン密度が大きくなるようラインパターンを配置しておいてもよい。

換言すると、ラインパターン領域４６Ａよりもラインパターン領域４７Ａの方が、左端部側と右端部側とでパターン密度の差が大きくなるよう、ラインパターン領域４６Ａ，４７Ａ内にラインパターンを配置しておく。

また、ラインパターン領域４５Ａ内には、ラインパターン領域４５Ａ内でパターン密度が略一定となるよう、複数のラインパターンが配置されている。

例えば、ラインパターン領域４３Ａ，４４Ａには、左端部側から右端部側にかけて、ラインパターン幅が一定でスペース幅が少しずつ小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。また、ラインパターン領域４６Ａ，４７Ａには、右端部側から左端部側にかけて、ラインパターン幅が一定でスペース幅が少しずつ小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

また、ラインパターン領域４５Ａには、ラインパターン幅（短手方向）が略同じ寸法であって且つ各ラインパターン間のスペース幅が略同じ寸法のラインパターンが複数配置されている。例えば、ラインパターン領域４５Ａには、同一形状で同じ大きさのラインパターンが複数配置されている。

図９の（ｂ）は、下層側マーク４１ＸＲの他の一例である下層側マーク４１ＸＲｂの構成を示している。下層側マーク４１ＸＲｂでは、ラインパターン領域４３〜４７としてのラインパターン領域４３Ｂ〜４７Ｂ内にラインパターンが配置されている。なお、図９の（ｂ）では、ラインパターン領域４４Ｂ，４６Ｂの図示を省略している。ラインパターン領域４３Ｂ〜４７Ｂ内の各ラインパターン間は、それぞれ略同一のスペース幅である。

ラインパターン領域４３Ｂ〜４７Ｂは、それぞれラインパターン領域４３Ａ〜４７Ａと同様にパターン密度分布（不均一なパターン密度）を有している。具体的には、ラインパターン領域４３Ｂ内には、左端部側（ラインパターン領域４４Ｂとは反対側）が右端部側（ラインパターン領域４４Ｂ側）よりもパターン密度が小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

また、ラインパターン領域４４Ｂ内には、左端部側（ラインパターン領域４３Ｂ側）が右端部側（ラインパターン領域４５Ｂ側）よりもパターン密度が小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

この場合において、ラインパターン領域４４Ｂの左端部側よりも、ラインパターン領域４３Ｂの左端部側の方が、パターン密度が小さくなるようラインパターンを配置しておく。なお、ラインパターン領域４４Ｂの右端部側よりも、ラインパターン領域４３Ｂの右端部側の方が、パターン密度が大きくなるようラインパターンを配置しておいてもよい。

換言すると、ラインパターン領域４４Ｂよりもラインパターン領域４３Ｂの方が、左端部側と右端部側とでパターン密度の差が大きくなるよう、ラインパターン領域４３Ｂ，４４Ｂ内にラインパターンを配置しておく。

また、ラインパターン領域４７Ｂ内には、右端部側（ラインパターン領域４６Ｂとは反対側）が左端部側（ラインパターン領域４６Ｂ側）よりもパターン密度が小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

また、ラインパターン領域４６Ｂ内には、右端部側（ラインパターン領域４７Ｂ側）が左端部側（ラインパターン領域４５Ｂ側）よりもパターン密度が小さくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

この場合において、ラインパターン領域４６Ｂの右端部側よりも、ラインパターン領域４７Ｂの右端部側の方が、パターン密度が小さくなるようラインパターンを配置しておく。なお、ラインパターン領域４６Ｂの左端部側よりも、ラインパターン領域４７Ｂの左端部側の方が、パターン密度が大きくなるようラインパターンを配置しておいてもよい。

換言すると、ラインパターン領域４６Ｂよりもラインパターン領域４７Ｂの方が、左端部側と右端部側とでパターン密度の差が大きくなるよう、ラインパターン領域４６Ｂ，４７Ｂ内にラインパターンを配置しておく。

また、ラインパターン領域４５Ｂ内には、ラインパターン領域４５Ｂ内でパターン密度が略一定となるよう、複数のラインパターンが配置されている。

例えば、ラインパターン領域４３Ｂ，４４Ｂには、左端部側から右端部側にかけて、スペース幅が一定でラインパターン幅が少しずつ大きくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。また、ラインパターン領域４６Ｂ，４７Ｂには、右端部側から左端部側にかけて、スペース幅が一定でラインパターン幅が少しずつ大きくなるよう、複数のラインパターンが配置されている。

また、ラインパターン領域４５Ｂには、ラインパターン幅（短手方向）が略同じ寸法であって且つ各ラインパターン間のスペース幅が略同じ寸法のラインパターンが複数配置されている。例えば、ラインパターン領域４５Ｂには、同一形状で同じ大きさのラインパターンが配置されている。

図９の（ｃ）は、下層側マーク４１ＸＲのさらに他の一例である下層側マーク４１ＸＲｃの構成を示している。下層側マーク４１ＸＲｃでは、ラインパターン領域４３〜４７としてのラインパターン領域４３Ｃ〜４７Ｃ内にラインパターンが配置されている。なお、図９の（ｃ）では、ラインパターン領域４４Ｃ，４６Ｃの図示を省略している。

ラインパターン領域４３Ｃ〜４７Ｃは、それぞれ異なるパターン密度を有している。具体的には、ラインパターン領域４３Ｃ，４４Ｃ，４５Ｃ，４６Ｃ，４７Ｃの順番でパターン密度が小さくなるよう、ラインパターン領域４３Ｃ〜４７Ｃ内のそれぞれに、複数のラインパターンが配置されている。

例えば、ラインパターン領域４３Ｃ，４４Ｃ，４５Ｃ，４６Ｃ，４７Ｃの順番でラインパターン幅が小さく且つスペース幅が大きくなるよう、ラインパターン領域４３Ｃ〜４７Ｃ内のそれぞれに複数のラインパターンを配置しておく。なお、ラインパターン領域４３Ｃ，４４Ｃ，４５Ｃ，４６Ｃ，４７Ｃの順番でスペース幅が大きくなるよう、ラインパターン領域４３Ｃ〜４７Ｃ内のそれぞれに、ラインパターン幅が一定のラインパターンを複数配置しておいてもよい。また、ラインパターン領域４３Ｃ，４４Ｃ，４５Ｃ，４６Ｃ，４７Ｃの順番でラインパターン幅が小さくなるよう、ラインパターン領域４３Ｃ〜４７Ｃ内のそれぞれに、スペース幅を一定としてラインパターンを複数配置しておいてもよい。さらに、原点座標Ｏからの距離に関係なく、種々のスペース幅、ラインパターン幅となるよう各ラインパターンを配置してもよい。

なお、本実施形態では、下層側マーク４１ＸＲａが５種類のパターン密度分布（５つのラインパターン領域４３Ａ〜４７Ａ）を有している場合について説明したが、下層側マーク４１ＸＲａは２種類以上のパターン密度分布（２つ以上のラインパターン領域）を有していればよい。

また、本実施形態では、下層側マーク４１ＸＲｂが５種類のパターン密度分布（５つのラインパターン領域４３Ｂ〜４７Ｂ）を有している場合について説明したが、下層側マーク４１ＸＲｂは２種類以上のパターン密度分布（２つ以上のラインパターン領域）を有していればよい。

また、本実施形態では、下層側マーク４１ＸＲｃが５種類のパターン密度（５つのラインパターン領域４３Ｃ〜４７Ｃ）を有している場合について説明したが、下層側マーク４１ＸＲｃは２種類以上のパターン密度（２つ以上のラインパターン領域）を有していればよい。

合わせずれ検査装置１は、第１の実施形態と同様の処理手順によって下層側マーク１１と上層側マーク１２との間の重ね合わせずれ量を計測する。具体的には、合わせずれ検査装置１は、下層側マーク１１と上層側マーク１２との間のＸ方向の重ね合わせずれ量を計測するため、下層側マーク４１ＸＲ，４１ＸＬの原点座標Ｏ１と、上層側マーク４２ＸＲ，４２ＸＬの原点座標Ｏ２を算出する。下層側マーク４１ＸＲ，４１ＸＬの原点座標Ｏ１を算出する際には、下層側マーク４１ＸＲ，４１ＸＬに計測領域Ａ，Ｂが設定される。

そして、信号分析部６は、各計測領域Ａ，Ｂ内の画像に基づいて計測領域Ａ，Ｂ内における反射率の波形を求める。図１０は、第４の実施形態に係る重ね合わせ計測マークに対する反射率の波形例を示す図である。図１０の（ａ）では、各ラインパターン領域内のパターン群を図９の（ａ）に示した配置とした場合に、下層側マーク４１ＸＲに対する計測領域Ａ内の反射率の波形６４Ａと、下層側マーク４１ＸＬに対する計測領域Ｂ内の反射率の波形６４Ｂと、を示している。また、図１０の（ｂ）では、各ラインパターン領域内のパターン群を図９の（ｂ）に示した配置とした場合に、下層側マーク４１ＸＲに対する計測領域Ａ内の反射率の波形６５Ａと、下層側マーク４１ＸＬに対する計測領域Ｂ内の反射率の波形６５Ｂと、を示している。また、図１０の（ｃ）では、各ラインパターン領域内のパターン群を図９の（ｃ）に示した配置とした場合に、下層側マーク４１ＸＲに対する計測領域Ａ内の反射率の波形６６Ａと、下層側マーク４１ＸＬに対する計測領域Ｂ内の反射率の波形６６Ｂと、を示している。

信号分析部６は、原点座標Ｏの位置毎に計測領域Ａ内の反射率を導出するとともに、原点座標Ｏの位置毎に計測領域Ｂ内の反射率を導出する。これにより、図９の（ａ）に示したパターン配置の場合、図１０の（ａ）に示すような反射率の波形６４Ａ，６４Ｂが導出される。具体的には、波形の各山が左右非対称となる波形６４Ａ，６４Ｂが導出される。

また、図９の（ｂ）に示したパターン配置の場合、図１０の（ｂ）に示すような反射率の波形６５Ａ，６５Ｂが導出される。具体的には、波形の各山が左右非対称となる波形６５Ａ，６５Ｂが導出される。

また、図９の（ｃ）に示したパターン配置の場合、図１０の（ｃ）に示すような反射率の波形６６Ａ，６６Ｂが導出される。具体的には、波形の各山が高さの異なる山である波形６６Ａ，６６Ｂが導出される。この後、第１の実施形態と同様の処理によって、Ｘ方向の重ね合わせずれ量と、Ｙ方向の重ね合わせずれ量と、が算出される。

このように、本実施形態では、複数のラインパターン領域に対し、種々のパターン密度分布、種々のパターン密度でラインパターンを配置している。例えば、図９の（ａ）に示した下層側マーク４１ＸＲａの場合、下層側マーク４１ＸＲａの各ラインパターン領域は、ラインパターン領域４３Ａが有する第１のパターン密度分布、ラインパターン領域４４Ａが有する第２のパターン密度分布、ラインパターン領域４５Ａが有する第３のパターン密度分布、ラインパターン領域４６Ａが有する第４のパターン密度分布、ラインパターン領域４７Ａが有する第５のパターン密度分布で構成されている。同様に、図９の（ｂ）に示した下層側マーク４１ＸＲｂの場合、下層側マーク４１ＸＲｂのラインパターン領域は、複数種類のパターン密度分布を有している。これにより、下層側マーク４１ＸＲｂの各ラインパターン領域は、膜むらを有することとなる。また、図９の（ｃ）に示した下層側マーク４１ＸＲｃのように、複数のラインパターン領域に対し、種々のパターン密度でラインパターンを配置している。

このため、第１の実施形態と同様に、ライン＆スペースの１ピッチ分、１／２ピッチ分、１／４ピッチ分だけずれた位置を、下層側マーク４１ＸＲ，４１ＸＬの原点座標Ｏと判断してしまうことはない。

これは、ラインパターン領域４３〜４７が、種々のパターン密度分布、種々のパターン密度で構成されているので、マクロ観察した際にグラデーションを発生させるからである。ラインパターン領域４３〜４７を用いて重ね合わせずれ量を計測すると、ピッチのずれがない位置（正しい原点座標Ｏの位置）で、一致度のピークが１つだけ現れる。

このように、本実施形態では、下層側マーク４１ＸＲａや下層側マーク４１ＸＲｂが種々のパターン密度分布で構成されているので、左右非対称の山を有した反射率の波形を得ることができる。換言すると、ラインパターン領域毎に異なるマークコントラストを得ることができる。また、下層側マーク４１ＸＲｃが種々のパターン密度で構成されているので、ラインパターン領域毎に異なる高さの山を有した波形を得ることができる。そして、下層側マーク４１ＹＲ，４１ＸＬ，４１ＹＬ、上層側マーク４２ＸＲ，４２ＹＲ，４２ＸＬ，４２ＹＬは、下層側マーク４１ＸＲと同様の構成を有している。

したがって、重ね合わせ計測マーク４０および重ね合わせ計測マーク４０周辺の出来栄えによって発生しうる誤計測（計測飛び）を防止することが可能となる。また、突発的な大きな重ね合わせずれを検出することが可能となる。

なお、本実施形態では、ラインパターン領域４３〜４７内にラインパターンを配置する場合について説明したが、ラインパターン以外の形状を有したパターンをラインパターン領域４３〜４７内に配置してもよい。例えば、ラインパターン領域４３〜４７内には、コンタクトホールパターンなどを配置してもよい。

また、重ね合わせ計測マーク４０の下層側マーク１１と上層側マーク１２は、図８に示した配置に限らない。また、下層側マーク１１（例えば、下層側マーク４１ＸＲ）や上層側マーク１２のラインパターン領域は、５つに限らず、２つ以上であればよい。

このように第４の実施形態によれば、下層側マーク１１および上層側マーク１２を構成するラインパターン領域のそれぞれに種々のパターン密度分布またはパターン密度を与えているので、重ね合わせずれ量の誤計測を低減することが可能となる。

（第５の実施形態）
つぎに、図１１を用いてこの発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、バーインバー型の重ね合わせ計測マークに対し、第１〜第４の実施形態で説明したラインパターンの配置を行なう。

図１１は、第５の実施形態に係る重ね合わせ計測マークの構成を示す図である。図１１では、第５の実施形態に係る重ね合わせ計測マーク５０の上面図を示している。重ね合わせ計測マーク５０は、バーインバー型のマークであり、下層側のパターンと上層側のパターンとを用いて形成されている。下層側マーク１１および上層側マーク１２は、それぞれ重ね合わせ計測マーク５０の原点座標Ｏを囲んでその四方に配置されたライン＆スペースパターンである。

重ね合わせ計測マーク５０は、下層側マーク１１として下層側マーク５１ＸＲ，５１ＹＢ，５１ＸＬ，５１ＹＴを有しており、上層側マーク１２として上層側マーク５２ＸＲ，５２ＹＢ，５２ＸＬ，５２ＹＴを有している。なお、以下では下層側マーク５１ＸＲ，５１ＹＢ，５１ＸＬ，５１ＹＴを下層側マーク１１という場合がある。また、上層側マーク５２ＸＲ，５２ＹＢ，５２ＸＬ，５２ＹＴを上層側マーク１２という場合がある。

下層側マーク５１ＸＲ，５１ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターンをＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、下層側マーク５１ＹＢ，５１ＹＴは、Ｘ方向に延びるラインパターンをＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。

上層側マーク５２ＸＲ，５２ＸＬは、Ｙ方向に延びるラインパターンをＸ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。また、上層側マーク５２ＹＢ，５２ＹＴは、Ｘ方向に延びるラインパターンをＹ方向に複数並べたライン＆スペースパターンである。

下層側マーク５１ＸＲは、下層側マーク５１ＸＬに対し、下層側マーク１１の中心を対称中心とした点対称な関係にある。同様に、下層側マーク５１ＹＢは、下層側マーク５１ＹＴに対し、下層側マーク１１の中心を対称中心とした点対称な関係にある。

また、上層側マーク５２ＸＲは、上層側マーク５２ＸＬに対し、上層側マーク１２の中心を対称中心とした点対称な関係にある。同様に、上層側マーク５２ＹＢは、上層側マーク５２ＹＴに対し、上層側マーク１２の中心を対称中心とした点対称な関係にある。

ここで、下層側マーク５１ＸＲ，５１ＹＢ，５１ＸＬ，５１ＹＴと、上層側マーク５２ＸＲ，５２ＹＢ，５２ＸＬ，５２ＹＴの構成について説明する。なお、下層側マーク５１ＸＲ，５１ＹＢ，５１ＸＬ，５１ＹＴ、上層側マーク５２ＸＲ，５２ＹＢ，５２ＸＬ，５２ＹＴは、それぞれ同様の構成を有しているので、ここでは下層側マーク５１ＸＲの構成について説明する。

下層側マーク５１ＸＲは、例えば、第１の実施形態で説明した下層側マーク１１ＸＲと同様の構成を有している。この場合、下層側マーク５１ＸＲは、３本以上のラインパターンを有している。そして、各ラインパターンは、ラインパターン幅（短手方向）が略同じ寸法のラインパターンであり、各ラインパターン間のスペース幅が、複数種類の寸法に設定されている。

なお、下層側マーク５１ＸＲは、第２の実施形態で説明した下層側マーク２１ＸＲと同様の構成であってもよい。この場合、下層側マーク５１ＸＲは、２本以上のラインパターンを有している。そして、下層側マーク５１ＸＲの各ラインパターンは、ラインパターン間のスペース幅が略同じ寸法となるよう配置されたラインパターンであり、各ラインパターン幅は、複数種類の寸法に設定されている。

また、下層側マーク５１ＸＲは、第３の実施形態で説明した下層側マーク３１ＸＲと同様の構成であってもよい。この場合、下層側マーク５１ＸＲは、３本以上のラインパターンを有している。そして、下層側マーク５１ＸＲの各ラインパターンは、ピッチが一定となるよう形成されたラインパターンであり、各ラインパターン幅および各スペース幅は、複数種類の寸法に設定されている。

また、下層側マーク５１ＸＲは、第４の実施形態で説明した下層側マーク４１ＸＲと同様の構成であってもよい。この場合、下層側マーク５１ＸＲは、２つ以上のラインパターン領域を有している。そして、下層側マーク５１ＸＲの各ラインパターン領域は、種々のパターン密度分布やパターン密度となるようラインパターンが配置されている。

このように、本実施形態では、下層側マーク５１ＸＲが、第１〜第４の実施形態で説明した下層側マーク１１ＸＲ，２１ＸＲ，３１ＸＲ，４１ＸＲと同様の構成を有している。そして、下層側マーク５１ＹＢ，５１ＸＬ，５１ＹＴ、上層側マーク５２ＸＲ，５２ＹＢ，５２ＸＬ，５２ＹＴは、下層側マーク５１ＸＲと同様の構成を有している。

したがって、第５の実施形態によれば、下層側マーク５１ＸＲ，５１ＹＢ，５１ＸＬ，５１ＹＴ、上層側マーク５２ＸＲ，５２ＹＢ，５２ＸＬ，５２ＹＴを、第１〜第４の実施形態で説明した下層側マーク１１、上層側マーク１２と同様の構成としているので、重ね合わせずれ量の誤計測を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、ボックスインボックス型の重ね合わせ計測マークに対し、第１〜第４の実施形態で説明したラインパターンの配置を行ってもよい。

以上のように第１〜第５の実施形態によれば、誤計測を低減した重ね合わせ計測を行うことが可能となる。

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。

１…合わせずれ検査装置、４…顕微鏡、６…信号分析部、１０，２０，３０，４０，５０…重ね合わせ計測マーク、１１ＸＲ，１１ＸＬ，１１ＹＲ，１１ＹＬ，２１ＸＲ，２１ＸＬ，２１ＹＲ，２１ＹＬ，３１ＸＲ，３１ＸＬ，３１ＹＲ，３１ＹＬ，４１ＸＲａ〜４１ＸＲｃ，５１ＸＲ，５１ＹＢ，５１ＸＬ，５１ＹＴ…下層側マーク、１２ＸＲ，１２ＸＬ，１２ＹＲ，１２ＹＬ，２２ＸＲ，２２ＸＬ，２２ＹＲ，２２ＹＬ，３２ＸＲ，３２ＸＬ，３２ＹＲ，３２ＹＬ，５２ＸＲ，５２ＹＢ，５２ＸＬ，５２ＹＴ…上層側マーク、４３〜４７…ラインパターン領域、Ｏ…原点座標。

Claims (5)

1. 基板面内で第１のラインパターン群の各ラインパターンが第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第１の層を用いて形成された第１の重ね合わせ計測マークと、前記第１の層を用いて形成され且つ前記第１の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第２の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第１および第２の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光するとともに、前記基板面内で第２のラインパターン群の各ラインパターンが前記第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第２の層を用いて形成された第３の重ね合わせ計測マークと、前記第２の層を用いて形成され且つ前記第３の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第４の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第３および第４の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光し、さらに、前記基板面内で第３のラインパターン群の各ラインパターンが前記第１の方向に垂直な第２の方向に対して平行方向に延設されるよう前記第１の層を用いて形成された第５の重ね合わせ計測マークと、前記第１の層を用いて形成され且つ前記第５の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第６の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第５および第６の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光するとともに、前記基板面内で第４のラインパターン群の各ラインパターンが前記第２の方向に対して平行方向に延設されるよう前記第２の層を用いて形成された第７の重ね合わせ計測マークと、前記第２の層を用いて形成され且つ前記第７の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第８の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第７および第８の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光する照明ステップと、
   前記第１および第２の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第２の方向の、前記第１および第２の重ね合わせ計測マークに対する第１の対称中心座標を算出するとともに、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第２の方向の、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークに対する第２の対称中心座標を算出し、さらに、前記第５および第６の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第１の方向の、前記第５および第６の重ね合わせ計測マークに対する第３の対称中心座標を算出するとともに、前記第７および第８の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第１の方向の、前記第７および第８の重ね合わせ計測マークに対する第４の対称中心座標を算出する原点算出ステップと、
   前記第１の対称中心座標および前記第２の対称中心座標に基づいて、前記第１の層を用いて形成されたパターンと前記第２の層を用いて形成されたパターンとの間の前記第２の方向の重ね合わせずれ量を算出するとともに、前記第３の対称中心座標および前記第４の対称中心座標に基づいて、前記第１の層を用いて形成されたパターンと前記第２の層を用いて形成されたパターンとの間の前記第１の方向の重ね合わせずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
   を含み、
   前記第１〜第４の重ね合わせ計測マークは、それぞれ前記第２の方向に対して略同じパターン幅で複数種類のスペース幅を有するように配置された３本以上のラインパターンからなり且つ前記第５〜第８の重ね合わせ計測マークは、それぞれ前記第１の方向に対して略同じパターン幅で複数種類のスペース幅を有するように配置された３本以上のラインパターンからなり、
   前記第１〜第８の重ね合わせ計測マークで構成されるマークは、ライン＆スペース型のマークであることを特徴とする重ね合わせ計測方法。
2. 基板面内で第１のラインパターン群の各ラインパターンが第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第１の層を用いて形成された第１の重ね合わせ計測マークと、前記第１の層を用いて形成され且つ前記第１の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第２の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第１および第２の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光するとともに、前記基板面内で第２のラインパターン群の各ラインパターンが前記第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第２の層を用いて形成された第３の重ね合わせ計測マークと、前記第２の層を用いて形成され且つ前記第３の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第４の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第３および第４の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光する照明ステップと、
   前記第１および第２の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第１の方向に垂直な第２の方向の、前記第１および第２の重ね合わせ計測マークに対する第１の対称中心座標を算出するとともに、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第２の方向の、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークに対する第２の対称中心座標を算出する原点算出ステップと、
   前記第１の対称中心座標および前記第２の対称中心座標に基づいて、前記第１の層を用いて形成されたパターンと前記第２の層を用いて形成されたパターンとの間の前記第２の方向の重ね合わせずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
   を含み、
   前記第１〜第４の重ね合わせ計測マークは、前記第２の方向に対して複数種類のスペース幅または複数種類のパターン幅を有していることを特徴とする重ね合わせ計測方法。
3. 前記照明ステップは、さらに、前記基板面内で第３のラインパターン群の各ラインパターンが前記第２の方向に対して平行方向に延設されるよう前記第１の層を用いて形成された第５の重ね合わせ計測マークと、前記第１の層を用いて形成され且つ前記第５の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第６の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第５および第６の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光するとともに、前記基板面内で第４のラインパターン群の各ラインパターンが前記第２の方向に対して平行方向に延設されるよう前記第２の層を用いて形成された第７の重ね合わせ計測マークと、前記第２の層を用いて形成され且つ前記第７の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第８の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第７および第８の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光し、
   前記原点算出ステップは、さらに、前記第５および第６の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第１の方向の、前記第５および第６の重ね合わせ計測マークに対する第３の対称中心座標を算出するとともに、前記第７および第８の重ね合わせ計測マークにおける各ラインパターンからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第１の方向の、前記第７および第８の重ね合わせ計測マークに対する第４の対称中心座標を算出し、
   前記ずれ量算出ステップは、さらに、前記第３の対称中心座標および前記第４の対称中心座標に基づいて、前記第１の層を用いて形成されたパターンと前記第２の層を用いて形成されたパターンとの間の前記第１の方向の重ね合わせずれ量を算出し、
   前記第５〜第８の重ね合わせ計測マークは、前記第１の方向に対して複数種類のスペース幅または複数種類のパターン幅を有していることを特徴とする請求項２に記載の重ね合わせ計測方法。
4. 基板面内で第１のラインパターン領域群の各ラインパターン領域が第１のスペースパターン領域を介して第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第１の層を用いて形成された第１の重ね合わせ計測マークと、前記第１の層を用いて形成され且つ前記第１の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第２の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第１および第２の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光するとともに、前記基板面内で第２のラインパターン領域群の各ラインパターン領域が第２のスペースパターン領域を介して前記第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第２の層を用いて形成された第３の重ね合わせ計測マークと、前記第２の層を用いて形成され且つ前記第３の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第４の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第３および第４の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光する照明ステップと、
   前記第１および第２の重ね合わせ計測マークからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第１の方向に垂直な第２の方向の、前記第１および第２の重ね合わせ計測マークに対する第１の対称中心座標を算出するとともに、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第２の方向の、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークに対する第２の対称中心座標を算出する原点算出ステップと、
   前記第１の対称中心座標および前記第２の対称中心座標に基づいて、前記第１の層を用いて形成されたパターンと前記第２の層を用いて形成されたパターンとの間の前記第２の方向の重ね合わせずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
   を含み、
   前記第１のラインパターン領域群の各ラインパターン領域は、ラインパターン領域毎に前記第２の方向に対して異なるパターン密度分布を有し、
   前記第２のラインパターン領域群の各ラインパターン領域は、ラインパターン領域毎に前記第２の方向に対して異なるパターン密度分布を有していることを特徴とする重ね合わせ計測方法。
5. 基板面内で第１のラインパターン領域群の各ラインパターン領域が第１のスペースパターン領域を介して第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第１の層を用いて形成された第１の重ね合わせ計測マークと、前記第１の層を用いて形成され且つ前記第１の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第２の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第１および第２の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光するとともに、前記基板面内で第２のラインパターン領域群の各ラインパターン領域が第２のスペースパターン領域を介して前記第１の方向に対して平行方向に延設されるよう第２の層を用いて形成された第３の重ね合わせ計測マークと、前記第２の層を用いて形成され且つ前記第３の重ね合わせ計測マークに対して点対称な関係にある第４の重ね合わせ計測マークと、に対し、照明光を照射して前記第３および第４の重ね合わせ計測マークからの反射光を受光する照明ステップと、
   前記第１および第２の重ね合わせ計測マークからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第１の方向に垂直な第２の方向の、前記第１および第２の重ね合わせ計測マークに対する第１の対称中心座標を算出するとともに、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークからの反射光の強度プロファイルに基づいて、前記基板面内で前記第２の方向の、前記第３および第４の重ね合わせ計測マークに対する第２の対称中心座標を算出する原点算出ステップと、
   前記第１の対称中心座標および前記第２の対称中心座標に基づいて、前記第１の層を用いて形成されたパターンと前記第２の層を用いて形成されたパターンとの間の前記第２の方向の重ね合わせずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
   を含み、
   前記第１のラインパターン領域群の各ラインパターン領域は、ラインパターン領域毎に異なるパターン密度を有し、
   前記第２のラインパターン領域群の各ラインパターン領域は、ラインパターン領域毎に異なるパターン密度を有していることを特徴とする重ね合わせ計測方法。

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