(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-15
(45)【発行日】2023-05-23
(54)【発明の名称】オーバーレイ測定装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20230516BHJP
G01B 11/02 20060101ALI20230516BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20230516BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 C
G01B11/02 Z
H01L21/66 J
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2022515113
(86)(22)【出願日】2020-09-08
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-10
(86)【国際出願番号】 KR2020012096
(87)【国際公開番号】W WO2021049845
(87)【国際公開日】2021-03-18
【審査請求日】2022-03-07
(31)【優先権主張番号】10-2019-0111950
(32)【優先日】2019-09-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】515309575
【氏名又は名称】オーロステクノロジー， インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100109553
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 一郎
(72)【発明者】
【氏名】パク ギュナム
(72)【発明者】
【氏名】シン ヒョンギ
(72)【発明者】
【氏名】イ ソンス
【審査官】飯村 悠斗
(56)【参考文献】
【文献】特開平０３－０４８１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３５００７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３８９０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
Ｈ０１Ｌ ２１／６４－２１／６６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウェーハに形成された互いに異なる層にそれぞれ形成された第１オーバーレイマークと第２オーバーレイマークとの誤差を測定する装置であって、第１ビームを照射する第１光源と、
前記第１光源から出て前記ウェーハの測定位置で反射された前記第１ビームによる信号を取得する第１検出器と、
前記第１ビームとは波長が異なる第２ビームを照射する第２光源と、
前記第２光源から出て前記ウェーハの前記測定位置で反射された前記第２ビームによる信号を取得する第２検出器と、
前記第１ビームと前記第２ビームを前記ウェーハの前記測定位置に集光させ、前記測定位置で反射されたビームを収集する対物レンズと、
前記ウェーハに対する前記対物レンズの光軸方向の相対位置を調節するアクチュエータと、
前記アクチュエータを制御する制御手段と、
前記ウェーハに対する前記対物レンズの前記光軸方向の相対位置の変化による前記第１検出器の信号の変化に基づいて前記第１オーバーレイマークの高さを検出し、前記ウェーハに対する前記対物レンズの前記光軸方向の相対位置の変化による前記第２検出器の信号の変化に基づいて前記第２オーバーレイマークの高さを検出する高さ検出手段と、
前記第１オーバーレイマークと前記第２オーバーレイマークの画像を取得するように構成された光学系を含み、
前記高さ検出手段で検出された前記第１オーバーレイマークの高さと前記第２オーバーレイマークの高さを用いて、前記第１オーバーレイマークと前記第２オーバーレイマークとの間に焦点を合わせた後、前記光学系を用いて前記第１オーバーレイマークと前記第２オーバーレイマークの画像を一度に取得するように構成されたオーバーレイ測定装置。
【請求項2】
前記第１光源と前記対物レンズとの間に配置され、前記第１光源から出た前記第１ビームのうちの長波長の光を前記対物レンズに向けて反射させるホットミラーをさらに含む、請求項１に記載のオーバーレイ測定装置。
【請求項3】
前記第２光源と前記対物レンズとの間に配置され、前記第２光源から出た前記第２ビームのうちの短波長の光を前記対物レンズに向けて反射させるコールドミラーをさらに含む、請求項１に記載のオーバーレイ測定装置。
【請求項4】
前記第１光源から出た前記第１ビームの形態を前記第１オーバーレイマークの形態に対応する形態に変更する第１絞りをさらに含む、請求項１に記載のオーバーレイ測定装置。
【請求項5】
前記第２光源から出た前記第２ビームの形態を前記第２オーバーレイマークの形態に対応する形態に変更する第２絞りをさらに含む、請求項１に記載のオーバーレイ測定装置。
【請求項6】
前記第１光源から出た前記第１ビームをラインビーム（ｌｉｎｅ ｂｅａｍ）に変更する第１シリンダーレンズをさらに含む、請求項１に記載のオーバーレイ測定装置。
【請求項7】
前記第２光源から出た前記第２ビームをラインビーム（ｌｉｎｅ ｂｅａｍ）に変更する第２シリンダーレンズをさらに含む、請求項１に記載のオーバーレイ測定装置。
【請求項8】
前記第１ビームは赤外線領域のビームであり、前記第２ビームは紫外線領域のビームである、請求項１に記載のオーバーレイ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オーバーレイ測定装置に関する。より詳細には、互いに異なる波長の光源を使用するオートフォーカス（Ａｕｔｏ ｆｏｃｕｓ）システムを備えたオーバーレイ測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
技術の発展に伴い、半導体デバイスのサイズが小さくなり、集積回路の密度増加が求められている。このような要求事項を満たすためには、さまざまな条件が満足されなければならず、その中でもオーバーレイ許容誤差は重要な指標の一つである。
【0003】
半導体デバイスは、数多くの製造プロセスを介して製造される。集積回路をウェーハに形成するためには、特定の位置で所望の回路構造及び要素が順次形成されるように多くの製造プロセスを経なければならない。製造プロセスは、ウェーハ上にパターン化された層を順次生成するようにする。このような繰り返される積層工程を介して、集積回路内に電気的に活性化されたパターンを生成する。このとき、それぞれの構造が生産工程で許容する誤差範囲内に整列されなければ、電気的に活性化されたパターン間に干渉が発生し、このような現象により製造された回路の性能及び信頼度に問題が生じるおそれがある。これらの層間に整列誤差を測定及び検証するために、オーバーレイ測定ツールが使用される。
【0004】
一般なオーバーレイ測定及び方法は、２つの層間に整列が許容誤差内にあるか測定及び検証を行う。その一つの方法によって基板上で特定の位置にオーバーレイマークと呼ばれる構造物を形成し、この構造物を光学的なイメージ取得装備で撮影してオーバーレイを測定する方法がある。測定のための構造物は、それぞれの層ごとにＸ方向及びＹ方向のうちの少なくとも一つの方向のオーバーレイを測定することができるように設計されている。各構造物は、対称構造で設計されており、対称方向に配置された構造物間の中心値を計算してその層の代表値として使用し、そのそれぞれの層の代表値の相対的差を計算してオーバーレイ誤差を導出する。
【0005】
２つの層のオーバーレイを測定する場合には、図１及び図２に示すように、略ボックス状の第１オーバーレイマーク１と、第１オーバーレイマーク１に比べて小さい略ボックス状の第２オーバーレイマーク２とを連続した２つの層にそれぞれ形成した後、図３及び図４に示すように、第１オーバーレイマーク１を焦点面（ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ）として得た信号の位置別強度の変化を示す波形を取得し、第１オーバーレイマーク１の中心値Ｃ１を取得し、第２オーバーレイマーク２を焦点面として得た信号の位置別強度の変化を示す波形を取得して、第２オーバーレイマーク２の中心値Ｃ２を取得することにより、２層間のオーバーレイ誤差を測定する。
【0006】
しかし、このような方法は、第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２とが互いに異なる物質で形成され、第１オーバーレイマーク１は、第２オーバーレイマーク２が形成された層によって覆われていることなどを考慮せず、単一光源を使用するオートフォーカス装置を用いて第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２の高さを測定するという点において問題がある。
【0007】
オートフォーカス装置は、ウェーハとの距離に応じた検出器信号（ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｓｉｇｎａｌ）の大きさの変化を用いて第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２の高さを測定する。例えば、オーバーレイマークイメージのコントラストの変化を利用して、第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２の高さを測定することができる。
【0008】
図５は単一波長の光源を使用する場合にウェーハと対物レンズとの距離による検出器信号の大きさの変化を示す図である。図５の（ａ）は短波長の光源を使用した場合であり、図５の（ｂ）は長波長の光源を使用した場合である。
【0009】
図５の（ａ）及び（ｂ）に示されているように、第１オーバーレイマーク１は、先ず、形成された以前層に位置するので、ウェーハと対物レンズとの距離が近い領域で第１オーバーレイマーク１による検出器信号が最大値を有し、第２オーバーレイマーク２は、以前層の上に形成された現在層に位置するので、ウェーハと対物レンズとの距離が遠い領域で第２オーバーレイマーク２による検出器信号が最大値を有する。
【0010】
ところが、図５の（ａ）と（ｂ）から分かるように、光源の種類によって最大値の大きさに大きな差がある。短波長の光源を使用する場合には、第２オーバーレイマーク２による検出器信号の最大値は非常に大きいが、これに対し、第１オーバーレイマーク１による検出器信号の最大値は非常に小さい。したがって、短波長の光源を使用する場合には、第１オーバーレイマーク１の高さを正確に測定することが困難であるという問題がある。これに対し、長波長の光源を使用する場合には、第２オーバーレイマーク２の高さを正確に測定することが困難であるという問題がある。
【0011】
半導体工程技術の発展により高さ差が大きく、光学的性質が異なる層間のオーバーレイ誤差を正確に測定する必要がある現在では、これらの問題点の解決に対する要求が一層高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【文献】韓国公開特許特２００３－００５４７８１号
【文献】韓国登録特許第１０－０６８９７０９号
【文献】韓国登録特許第１０－１５６４３１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は、上述した問題点を改善するためのもので、その目的は、高さ差が大きく、光学的性質が異なる層間のオーバーレイ誤差を正確に測定することができる新規なオーバーレイ測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記目的を達成するために、本発明は、ウェーハに形成された互いに異なる層にそれぞれ形成された第１オーバーレイマークと第２オーバーレイマークとの誤差を測定する装置であって、第１ビームを照射する第１光源と、前記第１光源から出て前記ウェーハの測定位置で反射された前記第１ビームによる信号を取得する第１検出器と、前記第１ビームとは波長が異なる第２ビームを照射する第２光源と、前記第２光源から出て前記ウェーハの前記測定位置で反射された前記第２ビームによる信号を取得する第２検出器と、前記第１ビームと前記第２ビームを前記ウェーハの前記測定位置に集光させ、前記測定位置で反射されたビームを収集する対物レンズと、前記ウェーハに対する前記対物レンズの光軸方向の相対位置を調節するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御手段と、前記ウェーハに対する前記対物レンズの前記光軸方向の相対位置の変化による前記第１検出器の信号の変化に基づいて前記第１オーバーレイマークの高さを検出し、前記ウェーハに対する前記対物レンズの前記光軸方向の相対位置の変化による前記第２検出器の信号の変化に基づいて前記第２オーバーレイマークの高さを検出する高さ検出手段と、を含む、オーバーレイ測定装置を提供する。
【0015】
また、前記第１光源と前記対物レンズとの間に配置され、前記第１光源から出た前記第１ビームのうちの長波長の光を前記対物レンズに向けて反射させるホットミラーをさらに含む、オーバーレイ測定装置を提供する。
【0016】
また、前記第２光源と前記対物レンズとの間に配置され、前記第２光源から出た前記第２ビームのうちの短波長の光を前記対物レンズに向けて反射させるコールドミラーをさらに含む、オーバーレイ測定装置を提供する。
【0017】
また、前記第１光源から出た前記第１ビームの形態を前記第１オーバーレイマークの形態に対応する形態に変更する第１絞りをさらに含む、オーバーレイ測定装置を提供する。
【0018】
また、前記第２光源から出た前記第２ビームの形態を前記第２オーバーレイマークの形態に対応する形態に変更する第２絞りをさらに含む、オーバーレイ測定装置を提供する。
【0019】
また、前記第１光源から出た前記第１ビームをラインビーム（ｌｉｎｅ ｂｅａｍ）に変更する第１シリンダーレンズをさらに含む、オーバーレイ測定装置を提供する。
【0020】
また、前記第２光源から出た前記第２ビームをラインビーム（ｌｉｎｅ ｂｅａｍ）に変更する第２シリンダーレンズをさらに含む、オーバーレイ測定装置を提供する。
【0021】
また、第１ビームは赤外線領域のビームであり、第２ビームは紫外線領域のビームである、オーバーレイ測定装置を提供する。
【発明の効果】
【0022】
本発明によるオーバーレイ測定装置は、層ごとに異なる波長の光を用いて高さを測定するので、正確に高さを測定することができる。よって、高さ差が大きく、光学的性質が互いに異なる層間のオーバーレイ誤差を正確に測定することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】オーバーレイマークの平面図である。
【図5】単一波長の光源を使用する場合にウェーハと対物レンズとの距離による検出器信号の大きさの変化を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態によるオーバーレイ測定装置の概念図である。
【図7】第１光源を使用する場合にウェーハと対物レンズとの距離による第１検出器信号の大きさの変化を示す図である。
【図8】第２光源を使用する場合にウェーハと対物レンズとの距離による第２検出器信号の大きさの変化を示す図である。
【図9】第１ビームの一例を示す図である。
【図10】第２ビームの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な異なる形態に変形することができ、本発明の範囲は、後述する実施形態に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施形態は、当技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状などは、より明確な説明を強調するために誇張されたものであり、図面において同一の符号で表示された要素は同一の要素を意味する。
【0025】
図６は本発明の一実施形態によるオーバーレイ測定装置の概念図である。オーバーレイ測定装置は、ウェーハｗに形成された互いに異なる層にそれぞれ形成された第１オーバーレイマークと第２オーバーレイマークとの誤差を測定する装置である。
【0026】
例えば、図１及び図２に示されているように、第１オーバーレイマーク１は、以前層（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｌａｙｅｒ）に形成されたオーバーレイマークであり、第２オーバーレイマーク２は、現在層（ｃｕｒｒｅｎｔ ｌａｙｅｒ）に形成されたオーバーレイマークであり得る。オーバーレイマークは、ダイ（ｄｉｅ）領域に半導体デバイス形成のための層が形成されるとき、スクライブライン（ｓｃｒｉｂｅ ｌｉｎｅ）に形成される。例えば、第１オーバーレイマーク１は、絶縁膜パターンと共に形成され、第２オーバーレイマーク２は、絶縁膜パターン上に形成されるフォトレジストパターンと共に形成されることができる。
【0027】
このような場合、第２オーバーレイマーク２は、外部に露出しているが、第１オーバーレイマーク１は、フォトレジスト層によって覆われた状態であり、フォトレジスト材料からなる第２オーバーレイマーク２とは光学的性質が異なる酸化物からなる。また、第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２とは、高さが互いに異なる。
【0028】
本発明では、第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２の高さを測定するために、互いに異なる波長のビームを使用する。すなわち、それぞれのマークをなす材料の光学的特性、それぞれのマークの高さ、形状に適した波長のビームを用いてそれぞれのマークの高さを測定する。例えば、第１オーバーレイマーク１の高さは赤外線ビームを用いて測定し、第２オーバーレイマーク２の高さは紫外線ビームを用いて測定することができる。
【0029】
オーバーレイマークとしては、ボックスインボックス（ｂｏｘ ｉｎ ｂｏｘ、ＢＩＢ、図１参照）やＡＩＭ（ａｄｖａｎｃｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）オーバーレイマークなど、現在使用されている様々な形態のオーバーレイマークを使用することができる。以下では、主に構造が簡単なボックスインボックス状のオーバーレイマークを基準に説明する。
【0030】
図６に示されているように、本発明の一実施形態によるオーバーレイ測定装置は、第１オーバーレイマーク１の高さ測定に使用される第１光源１１、第１ビームスプリッタ（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１３、ホットミラー（ｈｏｔ ｍｉｒｒｏｅｒ）１６、及び第１検出器１８を含む。
【0031】
また、第２オーバーレイマークの高さ測定に使用される第２光源２１、第２ビームスプリッタ２３、コールドミラー（ｃｏｌｄ ｍｉｒｒｏｒ）２６、及び第２検出器２８を含む。
【0032】
また、第１オーバーレイマーク１の高さ測定と第２オーバーレイマーク２の高さ測定に共通に使用される対物レンズ３１、アクチュエータ３２、制御手段４１、及び高さ検出手段４２を含む。
【0033】
まず、オーバーレイ測定装置の第１オーバーレイマーク１の高さ測定に関する構成について説明する。
【0034】
第１光源１１としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、スーパーコンティニウムレーザー（ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｌａｓｅｒ）、発光ダイオード、レーザー励起ランプ（ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌａｍｐ）などを使用することができる。第１光源１１は、以前層に形成された第１オーバーレイマーク１に光を照射するための光源として使用される。
【0035】
第１ビームスプリッタ１３は、第１光源１１から出たビームを２つのビームに分離させる役割を果たす。すなわち、第１ビームスプリッタ１３は、第１光源１１から出たビームの一部は透過させ、一部は反射させることにより、第１光源１１から出たビームを２つのビームに分離させる。
【0036】
ホットミラー１６は、第１ビームスプリッタ１３を透過したビームの経路に対して４５°をなすように設置される。ホットミラー１６は、第１ビームスプリッタ１３を透過したビームのうち、長波長のビームを反射させ、短波長のビームは透過させる。
【0037】
対物レンズ３１は、ホットミラー１６で反射された長波長のビームをウェーハｗの測定位置に集光させ、測定位置での反射されたビームを収集する役割を果たす。対物レンズ３１は、対物レンズ３１を光軸方向に沿って直線移動させることができるように構成されたアクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）３２に設置される。制御手段４１は、アクチュエータ３２を制御して、ウェーハｗに対する対物レンズ３１の光軸方向の相対位置を調節する。
【0038】
第１検出器１８は、対物レンズ３１で収集された後にコールドミラー２６を透過し、ホットミラー１６で反射された後、第１ビームスプリッタ１３で反射された第１ビームを検出する。
【0039】
高さ検出手段４２は、ウェーハｗに対する対物レンズ３１の光軸方向の相対位置の変化による第１検出器１８の信号の変化に基づいて第１オーバーレイマーク１の高さを検出することができる。
【0040】
例えば、図７に示されているように、第１検出器１８で得られた信号の大きさの変化を確認して、信号の大きさが最高点であるときのウェーハｗに対する対物レンズ３１の光軸方向の相対位置を用いて第１オーバーレイマーク１の高さを検出することができる。
【0041】
図７に示されているように、第１光源１１を使用した場合には、第１オーバーレイマーク１による第１検出器１８の信号の大きさの最大値が第２オーバーレイマーク２による第１検出器１８の信号の大きさの最大値に比べて大きい。したがって、第１光源１１では、第１オーバーレイマーク１の高さを正確に測定することができる。
【0042】
次に、第２オーバーレイマーク２の高さ測定に関する構成について説明する。
【0043】
第２光源２１も、第１光源１１と同様に、ハロゲンランプ、キセノンランプ、スーパーコンティニウムレーザー（ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｌａｓｅｒ）、発光ダイオード、レーザー励起ランプ（ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌａｍｐ）などを使用することができる。第２光源２１は、現在層に形成された第２オーバーレイマーク２に光を照射するための光源として使用される。第２光源２１のビームは、第１光源１１のビームに比べて短波長のビームであることが好ましい。上述したように、第１光源１１のビームは赤外線領域のビームであり、第２光源２１のビームは紫外線領域のビームであり得る。
【0044】
第２ビームスプリッタ２３は、第２光源２１から出たビームを２つのビームに分離する役割を果たす。
【0045】
コールドミラー２６（ｃｏｌｄ ｍｉｒｒｏｒ）は、第２ビームスプリッタ２３を透過したビームの経路に対して４５°をなすように設置される。コールドミラー２６は、第２ビームスプリッタ２３を透過したビームのうち、短波長のビームを反射させ、長波長のビームは透過させる。
【0046】
対物レンズ３１は、コールドミラー２６で反射された短波長のビームをウェーハｗの測定位置に集光させ、測定位置での反射されたビームを収集する。制御手段４１は、アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）３２を制御して、ウェーハｗに対する対物レンズ３１の光軸方向の相対位置を調節する。
【0047】
第２検出器２８は、対物レンズ３１で収集されてコールドミラー２６で反射された後、第２ビームスプリッタ２３で反射された第２ビームを検出する。
【0048】
高さ検出手段４２は、ウェーハｗに対する対物レンズ３１の光軸方向の相対位置の変化による第２検出器２８の信号の変化に基づいて第２オーバーレイマーク２の高さを検出することができる。
【0049】
例えば、図８に示されているように、第２検出器２８で取得された第２オーバーレイマーク２による信号の大きさの変化を確認して、信号の大きさが最高点であるときのウェーハｗに対する対物レンズの光軸方向の相対位置を用いて第２オーバーレイマーク２の高さを検出することができる。
【0050】
図８に示されているように、第２光源２１を使用した場合には、第２オーバーレイマーク２による第２検出器２８の信号の大きさの最大値が第１オーバーレイマーク１のイメージによる第２検出器２８の信号の大きさの最大値に比べて遥かに大きい。したがって、第２光源２１では、第２オーバーレイマーク２の高さを正確に測定することができる。
【0051】
また、オーバーレイ測定装置は、オーバーレイ誤差測定のために、第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２を撮影するための第３照明５１、第３検出器５３及びチューブレンズ５２をさらに含む。
【0052】
オーバーレイ誤差は、次の方法で測定することができる。
【0053】
まず、取得された第１オーバーレイマーク１の高さと第２オーバーレイマーク２の高さを用いて、第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２との間に焦点面が位置するようにする。焦点面は、例えば、第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２との中間に位置することができる。
【0054】
次に、第１オーバーレイマーク１と第２オーバーレイマーク２のイメージを一度に取得する。
【0055】
そして、第１オーバーレイマーク１のイメージの中心と第２オーバーレイマーク２のイメージの中心とを比較してオーバーレイ誤差を測定することもできる。
【0056】
また、第１オーバーレイマーク１のイメージと第２オーバーレイマーク２のイメージをそれぞれ取得した後、２つのイメージを比較してオーバーレイ誤差を測定することもできる。
【0057】
より詳細に説明すると、第１オーバーレイマーク１を撮影する際には、高さ検出手段４２で取得された第１オーバーレイマーク１の高さを用いて、第１オーバーレイマーク１に焦点面が位置するようにした後、第３照明５１でイメージ取得のためのビームを照射し、しかる後に、反射されたビームを第３検出器５３で検出して第１オーバーレイマーク１の鮮明なイメージを取得する。
【0058】
次に、第２オーバーレイマーク２を撮影する際には、第２オーバーレイマーク２の高さを用いて、第２オーバーレイマーク２に焦点面が位置するようにした後、第２オーバーレイマーク２の鮮明なイメージを取得する。
【0059】
そして、第１オーバーレイマーク１のイメージと第２オーバーレイマーク２のイメージとの中心を比較してオーバーレイ誤差を測定する。
【0060】
また、オーバーレイ測定装置は、第１オーバーレイマーク１の高さと第２オーバーレイマーク２の高さをより正確に測定するために、第１絞り（ａｐｅｒｔｕｒｅ）１２と第２絞り２２をさらに含む。
【0061】
第１絞り１２は、第１光源１１と第１ビームスプリッタ１３との間に配置される。第２絞り２２は、第２光源１２と第２ビームスプリッタ２３との間に配置される。
【0062】
第１絞り１２は、第１ビームを第１オーバーレイマーク１の撮影に適した形態に変更する役割を果たす。
【0063】
例えば、図９に示されているように、第１オーバーレイマーク１がボックスインボックス（ＢＩＢ）オーバーレイマークの外部ボックスである場合には、第１ビームＢ１をドーナツ形態に変更することができる。ＢＩＢオーバーレイマークの第１オーバーレイマーク１の中心部が空いている四角枠の形態であるので、中心部に第１ビームＢ１を照射する必要がない。
【0064】
第２絞り２２は、第２ビームを第２オーバーレイマーク２の撮影に適した形態に変更する役割を果たす。
【0065】
例えば、図１０に示されているように、第２オーバーレイマーク２がボックスインボックス（ＢＩＢ）オーバーレイマークの内部ボックスである場合には、第２ビームＢ２を、直径が内部ボックスの対角線長さ程度である円形に変更することができる。
【0066】
また、オーバーレイ測定装置は、第１オーバーレイマーク１の高さと第２オーバーレイマーク２の高さをより正確に測定するために、第１シリンダーレンズ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｌｅｎｓ）１４と第２シリンダーレンズ１７とを含む。
シリンダーレンズは、ラインビーム（ｌｉｎｅ ｂｅａｍ）が必要な場合に使用する。シリンダーレンズは、一側にのみ曲面があるレンズであって、シリンダーレンズを通過したビームは、ラインビームになる。ラインビームを使用すると、光学収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）によって敏感度が上昇して、より精巧な高さ測定が可能である。
シリンダーレンズは、ラインビーム（ｌｉｎｅ ｂｅａｍ）が必要な場合に使用する。シリンダーレンズは、一側にのみ曲面があるレンズであって、シリンダーレンズを通過したビームは、ラインビームになる。ラインビームを使用すると、光学収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）によって敏感度が上昇して、より精巧な高さ測定が可能である。
【0067】
また、オーバーレイ測定装置は、ホットミラー１６とコールドミラー２６の前段に配置され、通過する光を偏光状態に変える偏光板（ｗａｖｅｐｌａｔｅ）１５、２５と、第１検出器１８と第２検出器２８の前段に配置され、光を集めるレンズ１７、２７などをさらに含むことができる。
【0068】
以上説明した実施形態は、本発明の好適な実施形態を説明したものに過ぎず、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想と特許請求の範囲内で当該分野における当業者によって様々な変更、変形または置換することができ、それらの実施形態も本発明の範囲に属するものと理解されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
