KR102427966B1

KR102427966B1 - 회절 기반의 오버레이 측정을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102427966B1
Application number: KR1020200066387A
Authority: KR
Inventors: 헝-치 시에; 옌-리앙 첸
Original assignee: 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2022-08-02
Also published as: TWI795732B; US10990023B1; US11275314B2; CN113311668A; DE102020105593B3; US20210271175A1; US20240069449A1; US20220197153A1; KR20210110135A; TW202132927A; US11841622B2

Abstract

오버레이 에러 측정 방법은, 기판 위에 기준 패턴 모듈을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 기판은 제1 및 제2 위치에서의 제1 및 제2 오버레이 측정 패턴을 포함한다. 상기 기준 패턴 모듈은 제1 및 제2 기준 패턴을 포함한다. 상기 방법은, 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제1 기준 패턴의 제1 중첩 및 상기 제2 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 기준 패턴의 제2 중첩을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계 및 상기 제2 기준 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 총 오버레이 에러를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

회절 기반의 오버레이 측정을 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DIFFRACTION-BASED OVERLAY MEASUREMENT}

본 발명은 회절 기반의 오버레이 측정을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

반도체 산업이 더 높은 디바이스 밀도를 추구하여 나노미터 기술 프로세스 노드로 발전함에 따라, 리소그래피 동작에서 포토 레지스트 레이아웃 패턴 및 아래의 레이아웃 패턴의 오버레이 에러(overlay error)를 감소시키는 것이 중요한 문제 중 하나가 되었다. 따라서, 포토 레지스트 레이아웃 패턴과 아래의 레이아웃 패턴 중의 하나 사이의 오버레이 에러를 정밀하게 결정하는 효율적인 방법이 바람직하다.

본 개시는 다음의 상세한 설명으로부터 첨부 도면과 함께 볼 때 가장 잘 이해된다. 산업계에서의 표준 실시에 따라 다양한 특징부들이 실축척대로 도시되지 않고 단지 설명을 위한 목적으로 사용된 것임을 강조한다. 사실상, 다양한 특징부들의 치수는 설명을 명확하게 하기 위해 임의로 증가되거나 감소되었을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 웨이퍼 상에 광 빔 리소그래피 시스템에 의해 생성될 오버레이 측정 패턴의 상부 평면도 및 단면도를 각각 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 2개의 오버레이 측정 패턴을 갖는 기판의 단면도를 각각 예시하며, 도 2b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 기판의 2개의 오버레이 측정 패턴 사이의 오버레이 에러를 결정하기 위한 광학 시스템을 포함한다.
도 3a, 도 3b 및 도 3b는 본 개시의 일부 실시예에 따라, 하나의 오버레이 측정 패턴이 오버레이 시프트(드리프트)를 갖는 것인 2개의 오버레이 측정 패턴을 갖는 기판, 오버레이 시프트의 함수로서 포지티브 및 네가티브 1차 회절된 강도, 및 오버레이 시프트의 함수로서 1차 회절된 광 강도의 차이를 각각 예시한다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 오버레이 측정 패턴을 예시한다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 개시의 일부 실시예에 따라, 2개의 오버레이 측정 패턴을 갖는 기판, 기준 패턴 모듈의 단면도, 기준 패턴 모듈의 상부 평면도, 및 기판 위에 배치된 기준 패턴 모듈의 단면도를 각각 예시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 측정 시스템을 예시한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 개시의 실시예에 따라 기준 패턴의 기준 패턴 그룹을 예시한다.
도 8은 본 개시의 일부 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 예시적인 측정 시스템을 예시한다.
도 9는 본 개시의 일부 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도를 예시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 장치를 예시한다.

다음의 개시는 제공되는 주제의 상이한 특징들을 구현하기 위한 많은 다양한 실시예 또는 예를 제공한다. 컴포넌트 및 구성의 구체적 예가 본 개시를 단순화하도록 아래에 기재된다. 이들은 물론 단지 예일 뿐이며 한정하고자 하는 것이 아니다. 예를 들어, 이어지는 다음 기재에 있어서 제2 특징부 상에 또는 위에 제1 특징부를 형성하는 것은, 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하지 않도록 제1 특징부와 제2 특징부 사이에 추가의 특징부가 형성될 수 있는 실시예도 또한 포함할 수 있다. 또한, 본 개시는 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 단순하고 명확하게 하기 위한 목적인 것이며, 그 자체가 설명되는 다양한 실시예 및/또는 구성 간의 관계를 지시하는 것은 아니다.

또한, “밑에”, “아래에”, “하부”, “위에”, “상부” 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 예시된 바와 같이 하나의 구성요소 또는 특징부의 또다른 구성요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 관계를 기재하고자 설명을 쉽게 하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용중이거나 동작중인 디바이스의 상이한 배향들을 망라하도록 의도된다. 장치는 달리 배향될 수 있고(90도 회전되거나 또는 다른 배향으로), 여기에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술자는 마찬가지로 그에 따라 해석될 수 있다. 또한, 용어 “~로 이루어지는”은 “포함하는” 또는 “구성되는”을 의미할 수 있다. 본 개시에서, 문구 “A, B 및 C 중의 하나”는, 달리 기재되지 않는 한, "A, B 및/또는 C”(A, B, C, A 및 B, A 및 C, B 및 C, 또는 A, B 및 C)를 의미하고, A로부터의 하나의 요소, B로부터의 하나의 요소, 및 C로부터의 하나의 요소를 의미하는 것은 아니다.

집적 회로(IC; integrated circuit) 설계 동안, IC 프로세싱의 상이한 단계들을 위해 IC의 다수의 레이아웃 패턴들이 생성된다. 레이아웃 패턴은 웨이퍼 상에 제조될 구조물에 대응하는 기하학적 형상을 포함한다. 레이아웃 패턴은 IC를 생성하도록 웨이퍼 상에 투사되는, 예컨대 이미징되는 마스크 레이아웃 패턴일 수 있다. 리소그래피 프로세스는 마스크의 레이아웃 패턴을 웨이퍼에 전사하며, 그리하여 웨이퍼의 미리 정의된 영역에만 에칭, 주입, 또는 다른 단계들이 적용된다. 웨이퍼 상에 상이한 구조물들을 생성하도록 복수의 레이아웃 패턴들이 웨이퍼의 상이한 층들에 전사될 수 있다. 따라서, 제1 또는 이전(previous) 레이아웃 패턴이 제2 층 아래의 웨이퍼의 상이한 제1 층에 존재할 때, 제2 또는 후속(subsequent) 레이아웃 패턴이 웨이퍼 상의 제2 층에 전사될 수 있다.

기재된 바와 같이, 웨이퍼 상에 상이한 구조물들을 생성하도록 복수의 레이아웃 패턴들이 웨이퍼의 상이한 층들에 전사될 수 있다. 웨이퍼 상에 생성되는 레이아웃 패턴들 사이에는 오버레이 에러가 없는 것이 이상적이다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴, 예컨대 그레이팅(grating)이 각각의 레이아웃 패턴에 포함된다. IC 회로의 일부가 아닐 수 있는 오버레이 측정 패턴은, 웨이퍼 상에 배치되는 상이한 레이아웃 패턴들 사이의 오버레이 에러를 결정하기 위해 사용된다. 일부 실시예에서, 웨이퍼의 2개의 레이아웃 패턴들 사이의 오버레이 에러는, 2개의 레이아웃 패턴의 오버레이 측정 패턴이 중첩될 때 측정된다. 2개의 레이아웃 패턴의 중첩된 오버레이 측정 패턴은 광 빔, 예컨대 코히런트(coherent) 광 빔으로 조사되고, 2개의 레이아웃 패턴의 중첩된 오버레이 측정 패턴으로부터 반사되는 회절 광에 기초하여, 2개의 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러가 결정되며, 예컨대 계산된다.

일부 실시예에서, 웨이퍼 상의 제1 층에 제1 레이아웃 패턴 및 제1 오버레이 측정 패턴을 생성하도록, 제1 오버레이 측정 패턴을 포함하는 제1 레이아웃 패턴이 웨이퍼에 이미징되며, 예컨대 투사된다. 일부 실시예에서, 제1 층은 제2 층으로 덮이고, 제2 오버레이 측정 패턴을 포함하는 제2 레이아웃 패턴이 제2 층에 생성된다. 제2 층은 처음에 레지스트 재료 층으로 덮이고, 제2 오버레이 측정 패턴을 포함하는 제2 레이아웃 패턴이 제2 층의 상부 상의 레지스트 재료 층에 이미징된다. 따라서, 제2 오버레이 측정 패턴은 레지스트 재료 층에 있고, 레지스트 재료 층은, 제1 오버레이 측정 패턴을 포함하는 제1 층의 상부 상에 있는 제2 층의 상부 상에 있다. 일부 다른 실시예에서, 제2 층은 존재하지 않으며, 제1 층은 레지스트 재료 층으로 덮이고, 제2 오버레이 측정 패턴을 포함하는 제2 레이아웃 패턴이 제1 층의 상부 바로 상에 있는 레지스트 재료 층에 이미징된다. 따라서, 제2 오버레이 측정 패턴은 레지스트 재료 층에 있고, 레지스트 재료 층은, 제1 오버레이 측정 패턴을 포함하는 제1 층의 상부 상에 있다. 어느 경우든, 레지스트 재료가 현상된 후에, 제1 층의 제1 오버레이 측정 패턴과, 제1 층의 상부 상에 있는 레지스트 재료 층의 제2 오버레이 측정 패턴이 중첩되면, 제1 레이아웃 패턴과 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러가 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 오버레이 에러가 문턱값보다 낮을 때, 제2 레이아웃 패턴을 포함하는 현상된 레지스트 재료는 다음 프로세싱 단계에서 사용된다. 그렇지 않은 경우에는, 레지스트 재료가 제거되고, 새로운 레지스트 레이아웃 패턴이 리소그래피 프로세스에서 보정된 정렬로 형성된다.

언급한 바와 같이, 제1 층의 제1 오버레이 측정 패턴과 레지스트 재료 층의 제2 오버레이 측정 패턴이 중첩될 때 오버레이 에러가 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 레이아웃 패턴들의 각각의 레이아웃 패턴은, 중첩된 오버레이 측정 패턴으로부터 반사되는 강한 회절 광을 생성하는 적어도 하나의 위치에서 중첩이 일어남을 보장하도록 복수의 오버레이 측정 패턴을 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 기준 패턴을 포함하는 기준 패턴 모듈이 웨이퍼 상에 배치된다. 오버레이 에러를 결정하기 위해 레지스트 재료 층의 오버레이 측정 패턴을 레지스트 재료 층 아래의 층의 오버레이 측정 패턴과 중첩시키는 대신, 레지스트 재료 층을 포함하는 기판의 각각의 층의 오버레이 에러가 기준 패턴 모듈에 관련하여 결정된다. 따라서, 레지스트 재료 층 및 레지스트 재료 층 아래의 층의 오버레이 측정 패턴들 사이의 중첩을 생성하는 것을 피하고, 또한 층의 레이아웃 패턴에 복수의 오버레이 측정 패턴을 생성하는 것도 피한다.

일부 실시예에서, 기준 패턴 모듈은 상부 투명 평판, 하부 투명 평판 및 그 사이에 동봉된 액정을 갖는 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal display) 패널을 포함한다. 상부 및 하부 전극은 LCD 패널 상에 패턴을 생성하도록 상부 및 하부 투명 평판의 내측 표면 상에 배치된다. 또한, 서로에 대하여 90도 편광 위상으로 광을 편광시키도록 상부 및 하부 투명 평판 상에 편광판이 배치된다.

일부 실시예에서, 상부 및 하부 전극의 특정 부분 사이에 전압을 인가함으로써, LCD 패널에 하나 이상의 원하는 기준 패턴이 생성된다. 일부 실시예에서, 생성된 원하는 기준 패턴 중의 하나 이상은 기판의 층들의 오버레이 측정 패턴과 동일하다. 일부 실시예에서, 액정 패널의 상부 및 하부 전극 표면 사이에 인가되는 전압을 조정함으로써, 상부 표면과 하부 표면 사이의 광 투과가 0.1%와 0.99% 사이에 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 표면으로부터 들어가는 광의 일부는, 기준 패턴 모듈의 액정 패널에서 생성되는 기준 패턴에 의해 회절된다. 일부 실시예에서, 상부 표면으로부터 들어가는 광의 일부는 기준 패턴 모듈의 액정 패널에서 생성되는 기준 패턴에 의해 회절 및 반사된다.

일부 실시예에서, 기준 패턴 모듈은 기판 위에 배치되고, 기판은 기판의 제1 층에서의 제1 오버레이 측정 패턴 및 제1 층의 상부 상의 레지스트 재료 층에서의 제2 오버레이 측정 패턴을 갖는다. 기준 패턴 모듈의 액정 패널은 제1 층의 제1 오버레이 측정 패턴과 중첩되는 기준 패턴을 생성할 수 있다. 또한, 기준 패턴 모듈의 액정 패널은 레지스트 재료 층의 제2 오버레이 측정 패턴과 중첩되는 또다른 기준 패턴을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 오버레이 에러는 다음에 의해 측정된다: 첫 번째로, 제1 층 및 레지스트 층 위에 기준 패턴 모듈을 배치함. 두 번째로, 제1 층의 제1 오버레이 측정 패턴과 중첩되는 기준 패턴 모듈에서의 일차(primary) 기준 패턴을 생성함. 세 번째로, 레지스트 재료 층의 제2 오버레이 측정 패턴과 중첩되는 기준 패턴 모듈에서의 이차(secondary) 기준 패턴을 생성함. 네 번째로, 일차 기준 패턴과 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 측정하고 이차 기준 패턴과 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 측정함. 다섯 번째로, 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 제1 층의 레이아웃 패턴과 레지스트 재료 층의 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러를 결정함. 일부 실시예에서, 제1 층의 레이아웃 패턴과 레지스트 재료 층의 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러는 또한, 기준 패턴 모듈의 정보에 기초하여, 예컨대 일차 및 이차 기준 패턴 사이의 거리에 기초하여 그리고 추가적으로 제1 및 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 예상 거리에 기초하여 결정된다.

도 1a 및 도 1b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 웨이퍼 상에 광 빔 리소그래피 시스템에 의해 생성될 오버레이 측정 패턴의 상부 평면도 및 단면도를 각각 예시한다. 도 1a는, Y 방향(122)에서 길이(117)로 연장되며 X 방향(124)에서 범위(113) 내에 분포되어 있는 오버레이 측정 패턴(100)을 도시한다. 오버레이 측정 패턴(100)은 어두운 스트립(114)과 밝은 스트립(116)을 포함한다. 일부 실시예에서, 입사 광 빔이 오버레이 측정 패턴(100)을 방사할(radiate) 때 어두운 스트립(114)은 낮은 반사율 부분이고, 밝은 스트립(116)은 높은 반사율 부분이다.

도 1b는, Z 방향(136)에서 높이(119)로 연장되며 X 방향(124)에 분포되어 있는 오버레이 측정 패턴(100)의 단면도를 도시한다. 일부 실시예에서, 어두운 스트립(114)은 리소그래피 프로세스가 적용된 후에 남아있는 층의 피처들이고(예컨대, 포토 레지스트 패턴), 밝은 스트립(116)은 리소그래피 프로세스가 적용된 후에 제거되는 위치들이다. 다른 실시예에서, 어두운 패턴과 밝은 패턴은, 예를 들어 아래의 층의 재료에 따라 뒤바뀐다. 단면도에 도시된 바와 같이, 어두운 스트립(114)은 폭(134), 예컨대 임계 치수(CD; critical dimension)를 갖고, 오버레이 측정 패턴(100)은 피치(132)를 갖는다. 일부 실시예에서, 입사 광 빔의 파장이 오버레이 측정 패턴의 폭(134) 및/또는 피치(132)와 비슷할 때, 입사 광 빔은 회절되고 입사 광 빔의 일부가 반사된다. 입사 광 빔의 회절은 도 2b에 관련하여 기재된다.

도 2a 및 도 2b는 2개의 오버레이 측정 패턴(206 및 208)을 갖는 기판(232)의 단면도를 각각 예시한다. 도 2b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 기판의 2개의 오버레이 측정 패턴 사이의 오버레이 에러를 결정하기 위한 광학 시스템(220)을 더 예시한다. 도 2a는 하부(underlying) 기판(200)의 상부 상에 배치되는 제1 층(204)에서의 오버레이 측정 패턴(208)의 단면도를 포함한다. 일부 실시예에서, 처음에 오버레이 측정 패턴(208)이 대응하는 회로 레이아웃 패턴(도시되지 않음)과 함께 하부 기판(200) 상에 배치되고, 그 다음 제1 층(204)이 오버레이 측정 패턴(208) 위에 배치되며, 예컨대 에피텍셜 성장되거나 퇴적된다. 일부 실시예에서, 제2 층(202)이 제1 층(204) 위에 배치되며, 예컨대 에피텍셜 성장되거나 퇴적된다. 일부 실시예에서, 레지스트 재료 층(203)이 제2 층(202) 위에 퇴적되고, 레지스트 재료 층(203)은 레지스트 재료 층(203)에서의 대응하는 레이아웃 패턴(도시되지 않음)과 함께 오버레이 측정 패턴(206)을 생성하도록 노출 및 현상된다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(206 및 208)은 도 1a 및 도 1b의 오버레이 측정 패턴(100)과 일치한다. 또한, 도 1a 및 도 1b와 일치하여, 오버레이 측정 패턴(206 및 208)은 X 방향에서의 오버레이 에러를 측정하도록 X 방향으로 분포되어 있다. 일부 실시예에서, Y 방향에서의 오버레이 에러를 측정하도록 Y 방향으로 분포된 오버레이 측정 패턴도 또한 배치된다. 일부 실시예에서, 제2 층(202)은 존재하지 않으며, 오버레이 측정 패턴(206)은 제1 층(204)의 상부 상에 배치된다. 일부 실시예에서, 기판(232)은 하부 기판(200) 그리고 하부 기판(200)의 상부 상의 제1 층(204), 제2 층(202), 및 레지스트 재료 층(203)을 포함한 구조물을 포함한다.

도 2b는 하나 이상의 광원(226) 및 하나 이상의 검출기(222)를 포함하는 광학 시스템(220)을 도시한다. 도 2a는 오버레이 측정 패턴(206 및 208)과, 제1 층(204), 제2 층(202) 및 레지스트 재료 층(203)을 더 도시한다. 일부 실시예에서, 광학 시스템(220)의 광원(226)은, X 방향에서 그리고 Y 방향에서 중첩을 갖는 오버레이 측정 패턴(206 및 208)에 입사 광 빔(214A)을 전달하며, 예컨대 방사한다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(206 및 208)은 동일한 피치 및 광원(226)을 가지며, 이는 코히런트 광원이고, 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 피치와 비슷한 파장을 갖는다. 입사 광 빔(214A)의 일부는 오버레이 측정 패턴(206)으로부터 회절 및 반사되며, 네가티브 및 포지티브 1차 회절(first order diffraction)(210A 및 212A)을 각각 생성한다. 입사 광 빔(214A)의 남은 부분(214B)은 오버레이 측정 패턴(206)을 통해 통과하며 오버레이 측정 패턴(208)으로부터 회절 및 반사되고, 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210B 및 212B)을 각각 생성한다. 따라서, 반사되는 네가티브 1차 회절(210A 및 210B)을 포함하는 1차 회절(210)이 하나의 검출기(222)에 의해 검출되고, 반사되는 포지티브 1차 회절(212A 및 212B)을 포함하는 1차 회절(212)이 또다른 검출기(222)에 의해 검출된다.

도 2b에 도시된 분석기 모듈(230)이 광학 시스템(220)에 연결된다. 분석기 모듈(230)은 검출된 1차 회절(210 및 212)의 대응하는 신호를 수신하고 대응하는 신호에 대해 분석을 수행하여 오버레이 측정 패턴(208 및 206) 사이의 드리프트, 예컨대 시프트를 결정한다.

일부 실시예에서, 제1 층(204)은 제1 레이아웃 패턴의 일부로서 오버레이 측정 패턴(208)을 포함한다. 또한, 제2 층(202) 상에 퇴적되는 레지스트 재료 층(203)은 제2 레이아웃 패턴의 일부로서 오버레이 측정 패턴(206)을 포함한다. 따라서, 오버레이 측정 패턴(208 및 206) 사이의 측방향 위치 차이는, 제1 층(204)의 제1 레이아웃 패턴과, 레지스트 재료 층(203)을 사용하여 제2 층(202)에 생성될 제2 레이아웃 패턴 사이의 측방향 위치 차이를 나타낸다. 일부 실시예에서, 상부 오버레이 측정 패턴(206) 및 하부 오버레이 측정 패턴(208)은, 오버레이 측정 패턴(206 및 208)에서 박스의 수(예컨대, 오버레이 측정 패턴의 서브패턴), 박스의 폭, 및 박스 사이의 거리가 동일하도록, 동일한 피치 및 동일한 형상을 갖는다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 내의 박스가 일치하며 상부 오버레이 측정 패턴(206)의 박스와 하부 오버레이 측정 패턴(208)의 박스 사이에 드리프트가 없도록, 상부 오버레이 측정 패턴(206) 및 하부 오버레이 측정 패턴(208)은 일치한다. 일부 실시예에서, 광학 시스템(220)의 개구 수(numerical aperture)로 인해, 예컨대 검출기(222)의 개구 수로 인해, 1차 회절(210A 및 212A)은 검출기에 들어가고 고차 회절은 광학 시스템(220)에 들어가지 않는다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 개시의 일부 실시예에 따라, 하나의 오버레이 측정 패턴이 오버레이 시프트를 갖는 것인 2개의 오버레이 측정 패턴(206 및 208)을 갖는 기판(232)(도 3a), 오버레이 시프트의 함수로서 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210 및 212)(도 3b), 및 오버레이 시프트 거리(302)의 함수로서 1차 회절된 광 강도의 차이(도 3c)를 각각 예시한다. 도 3a는 도 2a와 일치하며, 제2 층(202)의 상부 상의 레지스트 재료 층(203)의 오버레이 측정 패턴(206)이 포지티브 X 방향에서 시프트 거리(302) 만큼 오버레이 측정 패턴(208)에 대하여 시프트된다는 차이점이 있다. 시프트 거리(302)는 2개의 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 중심(예컨대, 질량 중심 또는 중심 패턴의 중심) 사이의 거리이다.

도 3b는 오버레이 시프트 거리(302)의 함수로서 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210 및 212)의 광 강도를 도시한다. 일부 실시예에서, 도 3b는 도 2b에서 광학 시스템(220)의 검출기(222)에 의해 검출되는 네가티브 및 포지티브 검출된 1차 회절(210 및 212)에 대응하는 신호를 각각 도시한다. 일부 실시예에서, 분석기 모듈(230)은 검출된 1차 회절(210 및 212)의 대응하는 신호를 수신하고, 포지티브 1차 회절(212)에 대응하는 신호로부터 네가티브 1차 회절(210)에 대응하는 신호를 감산하여, 비대칭(AS; asymmetry) 함수(320)(도 3c)를 생성한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 네가티브 1차 회절(210)에 대응하는 신호는 시프트 거리(302)의 네가티브 영역에서 강도 피크를 갖고, 포지티브 1차 회절(212)에 대응하는 신호는 시프트 거리(302)의 포지티브 영역에서 강도 피크를 갖는다. 또한, 도 3b는 네가티브 및 포지티브 검출된 1차 회절(210 및 212)에 대응하는 신호가 강도 좌표(304)에 대하여 대칭임을 보여준다. 시프트 거리(302)가 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 박스의 에지 사이의 시프트로서 디스플레이되지만, 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 원점은 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 중심으로서 정의될 수 있고, 시프트 거리(302)는 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 중심의 시프트에 대하여 정의될 수 있다.

도 3c는 시프트 거리(302)의 함수로서 AS 함수(320)를 도시한다. 네가티브 및 포지티브 검출된 1차 회절(210 및 212)에 대응하는 신호가 강도 좌표(304)에 대하여 대칭이기 때문에, AS 함수(320)는 원점을 통해 통과한다. 일부 실시예에서, AS 함수는 다음과 같이 쓰일 수 있다:

여기에서, P는 패턴(그레이팅) 피치이고, S는 시프트 거리(302)이고, k는 광 파장과 제1 층, 제2 층 및 레지스트 재료 층의 층 구조물(예컨대, 두께, 굴절률, 및 흡수 계수)에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 시프트 거리(302)가 패턴 피치(P)에 비교하여 작을 때, AS 함수는 다음과 같이 쓰일 수 있다:

여기에서,

는 도 3c의 원점에서 AS 함수(320)의 기울기(322)이다.

도 4는 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 오버레이 측정 패턴을 예시한다. 오버레이 측정 패턴(206)으로서 사용될 수 있고 레지스트 재료 층(203)에서 생성될 수 있는 도 4의 오버레이 측정 패턴(400)은 4개의 상이한 오버레이 측정 패턴을 갖는다. 일부 실시예에서, 상부 상의 오버레이 측정 패턴(400)이 하부 오버레이 측정 패턴(208)과 일치할 때, 오버레이 측정 패턴(400)의 상단 우측 부분(402) 및 하단 좌측 부분(404)은 각각 하부 오버레이 측정 패턴(208)에 대하여 포지티브 X 방향에서 -D 및 +D의 초기 시프트를 갖는다. 일부 실시예에서, 상부 상의 오버레이 측정 패턴(400)은 하부 오버레이 측정 패턴(208) 위에, X-방향 오버레이 에러(OV), 예컨대 X 방향에서의 오버레이 배치 에러를 가지고 배치되며, 따라서 상단 우측 부분(402)과 하부 오버레이 측정 패턴(208) 사이의 AS 함수는 다음이 된다:

이는 시프트

를 갖는 도 3c의 AS 함수(320) 상의 포인트이다. 상단 우측 부분(402)과 하부 오버레이 측정 패턴(208) 사이의 AS 함수는

로서 근사화될 수 있으며, 이는 시프트

를 갖는 도 3c의 AS 함수(320)의 기울기(322) 상의 포인트이다. 또한, 하단 좌측 부분(404)과 하부 오버레이 측정 패턴(208) 사이의 AS 함수는 다음이 된다:

이는 시프트

를 갖는 도 3c의 AS 함수(320) 상의 포인트이다. 하단 좌측 부분(404)과 하부 오버레이 측정 패턴(208) 사이의 AS 함수는

로서 근사화될 수 있으며, 이는 시프트

를 갖는 도 3c의 AS 함수(320)의 기울기(322) 상의 포인트이다. 따라서, 도 2b의 광학 시스템(220)을 사용하고 네가티브 및 포지티브 검출된 1차 회절(210 및 212)을 측정함으로써, 오버레이 측정 패턴(400)의 상단 우측 부분(402)과 하부 오버레이 측정 패턴(208) 사이의 AS 함수 값(AS1) 및 오버레이 측정 패턴(400)의 하단 좌측 부분(404)과 하부 오버레이 측정 패턴(208) 사이의 AS 함수 값(AS2)이 결정될 수 있고, X 방향에서의 오버레이 에러(OV)는 다음으로서 결정될 수 있다:

일부 실시예에서, 상부 상의 오버레이 측정 패턴(400)이 하부 오버레이 측정 패턴(208)과 일치할 때, 오버레이 측정 패턴(400)의 상단 좌측 부분(401) 및 하단 우측 부분(405)은 각각 하부 오버레이 측정 패턴(208)에 대하여 포지티브 Y 방향에서 -D 및 +D의 초기 시프트를 갖는다. 따라서, Y 방향에서의 오버레이 에러가 마찬가지로 결정될 수 있다.

일부 실시예에서 그리고 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 오버레이 측정 패턴(400)의 각각의 부분의 폭(113)은 300 nm과 40,000 nm 사이이다. 오버레이 측정 패턴(400)의 각각의 부분의 서브 패턴, 예컨대 박스의 CD는 10 nm와 1400 nm 사이이다. 오버레이 측정 패턴(400)의 각각의 부분의 서브 패턴 사이의 피치는 100 nm와 1500 nm 사이이다.

도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 개시의 일부 실시예에 따라, 2개의 오버레이 측정 패턴(206 및 208)을 갖는 기판(232), 기준 패턴 모듈의 단면도, 기준 패턴 모듈의 상부 평면도, 및 기판 위에 배치된 기준 패턴 모듈의 단면도를 각각 예시한다. 도 5a는 도 3a와 일치하며, 상부 및 하부 오버레이 측정 패턴(206 및 208)이 기판의 상이한 비중첩(non-overlapping) 부분에 있다는 차이점이 있다. 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 오버레이 측정 패턴(206 및 208)은 서로 인접하지 않을 수 있는 하부 층 또는 기판(200) 위의 상이한 위치에 있다. 기재된 바와 같이, 오버레이 측정 패턴(208)은 제1 층(204)의 제1 레이아웃 패턴의 일부이고, 오버레이 측정 패턴(206)은 제1 층(204) 위에 배치된 제2 층(202)의 상부 상의 레지스트 재료 층(203)에 생성된다. 또한 기재된 바와 같이, 제2 층(202)은 일부 실시예에서 존재하지 않으며, 레지스트 재료 층(203)이 제1 층(204)의 상부 상에 배치된다.

도 5b는 상부 표면(554) 및 하부 표면(552)을 갖는 LCD 패널(504)인, 기준 패턴 모듈(550)의 단면도이다. 일부 실시예에서, LCD 패널은 복수의 픽셀을 갖는 LCD 평판 패널(504)이고, 각각의 픽셀은 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT; thin film transistor)에 의해 제어된다. 일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는 LCD 패널에 서브패턴(510A 및 510B), 예컨대 직사각형 박스를 생성하기 위해 LCD 패널의 픽셀을 턴온/턴오프하도록 TFT에 인가되는 신호를 생성하기 위한 디스플레이 카드를 포함한다. 일부 실시예에서, 서브패턴(510A 및 510B)의 각각의 것은 상부 및 하부 표면(554 및 552) 사이에 각각의 픽셀이 위치되어 있는 복수의 픽셀을 포함한다. TFT 트랜지스터는 서브패턴(510A 및 510B)을 생성하도록 픽셀의 투과율을 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 입사 광 빔이 기준 패턴(502A 및 502B)을 방사할 때, 어두운 서브패턴(510A 및 510B)은 낮은 반사율 부분이고, 서브패턴(510A 및 510B)에 이웃한 밝은 박스는 높은 반사율 부분이다. 따라서, 서브패턴(510A 및 510B)의 투과율은, 전압, 예컨대 신호가 서브패턴(510A 및 510B)을 제어하는 TFT에 인가되는 경우 변할 수 있다. 따라서, 원하는 패턴을 생성하도록 서브패턴(510A 및 510B)의 TFT 트랜지스터 사이에 전압을 인가함으로써, 서브패턴(510A)의 그룹은 기준 패턴(502A)으로서 수행할 수 있고, 서브패턴(510B)의 그룹은 기준 패턴(502B)으로서 수행할 수 있다. 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 기준 패턴(502A 및 502B)은 서로 인접하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(502A)의 서브패턴(501A)(예컨대, 박스)은 폭(534A) 및 피치(532A)를 가지며, 기준 패턴(502B)의 서브패턴(510B)(예컨대, 박스)은 폭(534B) 및 피치(532B)를 갖는다. 일부 실시예에서, 기준 패턴 모듈(550)은 지지 고정물(506)로 유지된다.

레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는 기준 패턴 모듈(550)에 연결된다. 일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는 기준 패턴 모듈(550)의 기준 패턴(502A 및 504B)을 생성하도록 서브패턴(510A 및 510B)을 제어하는 TFT 트랜지스터에 인가될 신호를 생성한다. 일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는 X 방향 및/또는 Y 방향에서 기준 패턴 모듈(550)의 위치를 제어한다. 일부 실시예에서, TFT 트랜지스터를 턴온/턴오프함으로써, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는 LCD 패널의 픽셀 해상도에 의해 기준 패턴(502A 및 502B)을 이동시킨다.

일부 실시예에서, 기준 패턴(502A)의 중심(예컨대, 질량 중심 또는 중심 패턴의 중심)과 기준 패턴(502B)의 중심 사이의 거리(556)는 고정되거나, 알려지거나, 또는 미리 결정된다. 일부 실시예에서, 거리(556)는 기판(232)의 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 중심 사이의 알려진 예상 거리이다. 일부 실시예에서, TFT 트랜지스터는 LCD 패널의 픽셀의 투과율을 투명, 예컨대 맑은 것으로부터 불투명, 예컨대 어두운 것으로 변경하도록 턴온 및 턴오프된다.

일부 실시예에서 그리고 상부 및 하부 표면(554 및 552) 사이의 액정 재료의 특성에 따라, 서브 패턴(510A 및 510B)의 상부 표면 콘택에 5 볼트의 포지티브 전압을 인가하고 하부 표면 콘택에 접지 전압을 인가함으로써, 기준 패턴 모듈(550)은 기준 패턴(502A 및 502B)을 나타낸다. 따라서, 기준 패턴 모듈(550)은 서브 패턴(510A 및 510B)의 상부 표면으로부터 수직으로 들어가는 광 빔이 서브 패턴(510A 및 510B)의 하부 표면을 빠져나갈 수 있게 하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 표면 콘택에 인가되는 포지티브 전압은, 서브 패턴(510A 및 510B)의 상부 표면으로부터 수직으로 들어가는 광 빔의 일부가 서브패턴(510A 및 510B)의 하부 표면을 빠져나가도록 감소된다. 일부 실시예에서, 상부 표면으로부터 들어가는 광의 일부가, 기준 패턴 모듈(550)에서 서브 패턴(510A 및 510B)에 의해 생성되는 하나 이상의 오버레이 측정 패턴에 의해 회절 및 반사된다.

도 5c는 기준 패턴 모듈(550)의 상부 평면도이며, 기준 패턴 모듈(550)에서 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)에 의해 생성되는 기준 패턴(502A 및 502B)을 도시한다. 일부 실시예에서, 서브 패턴(510A)은 균일한 폭(534A)을 갖고 그리고/또는 서브 패턴(510B)은 균일한 폭(534B)을 가지며 폭(534A)은 폭(534B)과 상이하다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(502A)은 각각의 2개의 이웃하는 서브 패턴(510A) 사이에 균일한 피치(532A)를 갖고 그리고/또는 기준 패턴(502B)은 각각의 2개의 이웃하는 서브 패턴(510B) 사이에 균일한 피치(532B)를 가지며, 피치(532A)는 피치(532B)와 상이하다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(502A)의 서브 패턴(510A)의 폭(534A) 중의 적어도 하나 및/또는 기준 패턴(502B)의 서브 패턴(510B)의 폭(534B) 중의 적어도 하나는 동일하지 않다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(502A)의 각각의 2개의 이웃하는 서브 패턴(510A) 사이의 피치(532A) 중의 적어도 하나 및/또는 기준 패턴(502B)의 각각의 2개의 이웃하는 서브패턴(510B) 사이의 피치(532B) 중의 하나는 동일하지 않다.

일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는 도 4의 오버레이 측정 패턴(400)과 일치하는 기준 패턴 모듈(550)에서의 하나 이상의 기준 패턴을 생성한다. 일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는, 기준 패턴 중의 적어도 둘이 서로 인접하지 않도록, 기준 패턴 모듈(550)의 상이한 위치에서 오버레이 측정 패턴(400)과 일치하는 복수의 기준 패턴을 생성한다. 일부 실시예에서, 기준 패턴 모듈(550)은 Y 방향에서 길이(508)를 갖는다.

도 5d는 기판(232) 위에 배치된 기준 패턴 모듈(550)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 기준 패턴(502A)은, 기판(232)의 오버레이 측정 패턴(208)에 대하여 네가티브 X 방향에서 시프트 거리(302A) 만큼, 예컨대 오버레이 에러 만큼 시프트되고, 따라서 시프트 거리(302A)는 네가티브 거리이다. 또한, 기준 패턴(502B)은, 기판(232)의 오버레이 측정 패턴(206)에 대하여 포지티브 X 방향에서 시프트 거리(302B) 만큼, 예컨대 오버레이 에러 만큼 시프트되고, 따라서 시프트 거리(302B)는 포지티브 거리이다. 따라서, 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 사이의 총 오버레이 시프트 거리(총 오버레이 에러)는 거리(302A 및 302B) 사이의 차이이며, 거리(302A 및 302B)가 상이한 극성을 갖기 때문에 값이 서로에 가산된다.

일부 실시예에서, 둘 다의 거리(302A 및 302B)는 동일한 극성(도시되지 않음)을 갖는다. 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 사이의 총 오버레이 시프트 거리(총 오버레이 에러)는 거리(302A 및 302B) 사이의 차이이며, 거리(302A 및 302B)가 동일한 극성을 갖기 때문에 값이 서로로부터 감산된다.

일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(206)은 제1 레이아웃 패턴의 일부이고 오버레이 측정 패턴(208)은 제2 레이아웃 패턴의 일부이다. 따라서, 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 사이의 총 오버레이 에러를 결정, 예컨대 측정함으로써, 제1 레이아웃 패턴과 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러가 결정된다.

도 5d에 도시된 바와 같이, 기준 패턴(502A 및 502B) 사이의 중심-중심 거리는 거리(556)이고, 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 사이의 중심-중심 거리는 거리(558)이다. 시프트 거리(302A 및 302B)가 반대 극성을 갖기 때문에, 거리(556 및 558) 사이의 차이는, 시프트 거리(302A 및 302B)의 절대값의 합인 값을 갖는다.

도 6a 및 도 6b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 측정 시스템을 예시한다. 도 6a는 도 5a의 기판(232)과 일치하는 기판(602)을 도시한다. 기판(602)은 스테이지(551) 상에 장착되고, 스테이지(551)는 스테이지 컨트롤러(560)에 연결되어 그에 의해 제어된다. 기준 패턴 모듈(550)은 또한, 기판(602)의 상부 상에 기판(602)의 표면 위에 그리고 스페이지(551)와 평행하게 장착된다. 일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는, 예컨대 TFT 트랜지스터를 턴온/턴오프시킴으로써, 기준 패턴(502A 및 502B)을 특정 위치로 이동시키고, 그리고/또는 스테이지 컨트롤러(560)는, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)에 의해 생성된 기준 패턴(502A 및 502B)이 기판(602)의 오버레이 측정 패턴(206)과 중첩하도록, 예컨대 적어도 부분적으로 중첩하도록, 기판(602)을 이동시킨다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(502A)은 제1 층(204)의 오버레이 측정 패턴(208)과 중첩하고, 기준 패턴(502B)은 레지스트 재료 층(203)의 오버레이 측정 패턴(206)과 중첩한다. 오버레이 측정 패턴(208)과 기준 패턴(502A) 사이의 상대 위치 및 오버레이 측정 패턴(206)과 기준 패턴(502B) 사이의 상대 위치를 측정함으로써, 오버레이 측정 패턴(206)과 오버레이 측정 패턴(208) 사이의 오버레이 에러를 측정하는 것이 가능한데, 기준 패턴(502A)과 기준 패턴(502B) 사이의 거리(예컨대, 중심-중심 거리)가 알려져 있거나 미리 결정되기 때문이다.

도 6a에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 광학 시스템(220)의 광원 중의 하나는 입사 광 빔(514)을, X 방향에서 적어도 중첩을 갖는 오버레이 측정 패턴(208) 및 기준 패턴(502A)으로 전달한다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(208) 및 기준 패턴(502A)은 동일한 피치를 갖는다. 입사 광 빔(514A)의 일부가 기준 패턴(502A)으로부터 회절 및 반사되며, 각각 1차 회절(542 및 546)의 내측 부분인 네가티브 및 포지티브 1차 회절을 생성한다. 입사 광 빔(514)의 남은 부분은 기준 패턴(502A)을 통해 통과하며 오버레이 측정 패턴(208)으로부터 회절 및 반사되고, 각각 1차 회절(542 및 546)의 외측 부분인 네가티브 및 포지티브 1차 회절을 생성한다. 반사되는 네가티브 및 포지티브 1차 회절(542 및 546)은 광학 시스템(220)의 검출기(222)에 의해 검출된다.

도 6a는 또한 광학 시스템(220)에 연결되어 있는 분석기 모듈(230)을 도시한다. 분석기 모듈(230)은 검출된 1차 회절(542 및 546)의 대응하는 신호를 수신하고 대응하는 신호에 대해 분석을 수행하여 오버레이 측정 패턴(208)과 기준 패턴(502A) 사이의 제1 드리프트, 예컨대 제1 오버레이 에러를 결정한다. 기재된 바와 같이, 일부 실시예에서, 광 빔(514)의 파장은 기준 패턴(502A) 및 오버레이 측정 패턴(208)의 피치와 비슷하다. 또한, 일부 실시예에서, 광 빔(515)의 파장은 기준 패턴(502B) 및 오버레이 측정 패턴(206)의 피치와 비슷하다. 따라서, 오버레이 측정 패턴(208 및 206)이 상이한 피치를 가질 때, 상이한 파장을 갖는 광학 시스템(220)의 2개의 상이한 광원이 광 빔(514 및 515)을 생성하는데 사용된다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(208 및 206)이 동일한 피치를 가질 때, 광학 시스템(220)의 동일한 광원 또는 2개의 상이한 광원이 광 빔(514 및 515)을 생성하는데 사용될 수 있다.

또한, 도 6a에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(220)의 광원 중의 하나는 입사 광 빔(515)을, X 방향에서 적어도 중첩을 갖는 오버레이 측정 패턴(206) 및 기준 패턴(502B)으로 전달한다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(206) 및 기준 패턴(502B)은, 오버레이 측정 패턴(208) 및 기준 패턴(502A)의 피치와는 동일하지 않은 동일 피치를 갖는다. 입사 광 빔(515)의 일부가 기준 패턴(502B)으로부터 회절 및 반사되며, 각각 1차 회절(544 및 548)의 내측 부분인 네가티브 및 포지티브 1차 회절을 생성한다. 입사 광 빔(515)의 남은 부분은 기준 패턴(502B)을 통해 통과하며 오버레이 측정 패턴(206)으로부터 회절 및 반사되고, 각각 1차 회절(544 및 548)의 외측 부분인 네가티브 및 포지티브 1차 회절을 생성한다. 반사되는 네가티브 및 포지티브 1차 회절(544 및 548)은 광학 시스템(220)의 검출기(222)에 의해 검출된다. 분석기 모듈(230)은 검출된 1차 회절(544 및 548)의 대응하는 신호를 수신하고 대응하는 신호에 대해 분석을 수행하여 오버레이 측정 패턴(206)과 기준 패턴(502B) 사이의 제2 드리프트, 예컨대 제2 오버레이 에러를 결정한다. 기재된 바와 같이, 중첩된 기준 패턴(502B) 및 오버레이 측정 패턴(206)을 조사하는 광 빔의 파장 및 중첩된 기준 패턴(502A) 및 오버레이 측정 패턴(208)을 조사하는 광 빔의 파장은 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 피치와 비슷할 수 있다.

일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는 생성된 기준 패턴(502A 및 502B) 사이의 거리를 포함하는 기준 패턴(502A 및 502B)의 정보를 갖는다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(208)과 기준 패턴(502A) 사이의 중첩은 오버레이 측정 패턴(206)과 기준 패턴(502B) 사이의 중첩과 동시에 일어난다. 일부 실시예에서, 생성된 기준 패턴(502A 및 502B) 사이의 거리는 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 사이의 예상 거리이다. 따라서, 분석기 모듈(230)은 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 사이의 오버레이 에러를 결정할 수 있다.

일부 실시예에서, 오버레이 측정 패턴(208)과 기준 패턴(502A) 사이의 중첩은 오버레이 측정 패턴(206)과 기준 패턴(502B) 사이의 중첩과 동시에 일어나지 않는다. 또한, 분석기 모듈(230)은 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)로부터 생성된 기준 패턴(502A 및 502B) 사이의 거리를 수신하고 스테이지 컨트롤러(560)로부터 스테이지(551) 이동도 또한 수신하며, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)로부터 기준 패턴 모듈(550)의 위치를 수신한다. 따라서, 분석기 모듈(230)은 제1 및 제2 오버레이 에러, 기준 패턴(502A 및 502B) 사이의 거리, 및 기준 패턴 모듈(550)과 스테이지(551)의 이동 거리에 기초하여 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 사이의 총 오버레이 에러를 결정할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 기준 패턴 모듈(550)의 기준 패턴(502A 및 502B)은 즉석에서 생성되고, 기준 패턴(502A 및 502B)의 폭 및 피치는 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 폭 및 피치에 기초하여 선택된다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(502A 및 502B)의 피치는 검출기에 의해 검출되는 회절 신호를 증가시키도록 조정된다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(502A 및 502B)의 피치는 오버레이 측정 패턴(206 및 208)의 대응하는 피치와 매칭하도록 조정된다.

도 6b는 도 5a의 기판(232)과 일치하는 기판(602)을 도시한다. 기판(602)은 스테이지(551) 상에 장착되고, 스테이지(551)는 스테이지 컨트롤러(560)에 연결되어 그에 의해 제어된다. 기준 패턴 모듈(550)은 기판(602)의 상부 상에 그리고 스테이지(551)에 수직으로 장착된다. 도 6b는 또한, 입사 광 빔(650)을 수신하여 입사 광 빔(650)으로부터 입사 광 빔에 평행한 제1 부분(652) 및 입사 광 빔에 수직인 제2 부분(656)을 생성하는 빔 스플리터(606)를 도시한다. 일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는, 예컨대 TFT 트랜지스터를 턴온/턴오프시킴으로써, 기준 패턴(502A 및 502B)을 특정 위치로 이동시키고, 그리고/또는 스테이지 컨트롤러(560)는, 입사 광 빔(650)의 제1 부분(652)이 기준 패턴(502B) 상에 입사하고 입사 광 빔(650)의 제2 부분(656)이 오버레이 측정 패턴(206) 상에 입사하도록 기판(602)을 이동시킨다.

일부 실시예에서, 입사 광 빔(650)의 제1 부분(652)은 기준 패턴(502B)으로부터 회절 및 반사되며, 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210A 및 212A)을 생성한다. 입사 광 빔(650)의 제2 부분(656)은 오버레이 측정 패턴(206)으로부터 회절 및 반사되며, 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210B 및 212B)을 생성한다. 일부 실시예에서, 광학 시스템, 예컨대 빔 스플리터(606)는 기준 패턴(502B)으로부터 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210A 및 212A)을 수신하고 또한 오버레이 측정 패턴(206)으로부터 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210B 및 212B)을 수신하며, 수신된 회절을 조합하여 조합된 회절(654)을 광학 시스템(220)의 검출기(222)에 전송한다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(502B)으로부터 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210A 및 212A)의 회절 각도는 작으며, 예컨대 30도보다 작다. 또한 오버레이 측정 패턴(206)으로부터 네가티브 및 포지티브 1차 회절(210B 및 212B)의 회절 각도는 작다. 따라서, 빔 스플리터(606)는 기준 패턴(502B)으로부터 그리고 오버레이 측정 패턴(206)으로부터 1차 회절 패턴을 조합할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 시스템, 예컨대 대물 렌즈(도시되지 않음)가 기준 패턴(502B) 및 오버레이 측정 패턴(206) 앞에 배치된다. 광학 시스템은 1차 회절을 수집하고 1차 회절을 조합되게 지향시킨다. 조합된 회절(654)의 네가티브 및 포지티브 1차 회절이 광학 시스템(220)의 검출기(222)에 의해 검출된다. 분석기 모듈(230)은 검출된 1차 회절의 대응하는 신호를 수신하고 대응하는 신호에 대해 분석을 수행하여 오버레이 측정 패턴(206)과 기준 패턴(502B) 사이의 제2 드리프트, 예컨대 제2 오버레이 에러를 결정한다.

일부 실시예에서, 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는, 예컨대 TFT 트랜지스터를 턴온/턴오프시킴으로써, 기준 패턴(502A 및 502B)을 특정 위치로 이동시키고, 그리고/또는 스테이지 컨트롤러(560)는, 입사 광 빔(650)의 제1 부분(652)이 기준 패턴(502A) 상에 입사하고 입사 광 빔(650)의 제2 부분(656)이 오버레이 측정 패턴(208) 상에 입사하도록 기판(602)을 이동시킨다. 마찬가지로, 분석기 모듈(230)은 오버레이 측정 패턴(208)과 기준 패턴(502A) 사이의 제1 오버레이 에러를 결정한다. 또한, 분석기 모듈(230)은 제1 및 제2 오버레이 에러, 생성된 기준 패턴(502A 및 502B) 사이의 거리, 및 기준 패턴 모듈(550)과 스테이지(551)의 이동 거리에 기초하여 오버레이 측정 패턴(206 및 208) 사이의 총 오버레이 에러를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(602) 및/또는 기준 패턴 모듈(550)을 이동시키는 대신 또는 그에 추가적으로, 빔 스플리터(606)가 좌우 및/또는 상하 이동된다.

도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 개시의 실시예에 따라 기준 패턴들의 기준 패턴 그룹을 예시한다. 도 7a는 기판(710)의 둘레를 따라 배열되는 복수의 폭 및 피치를 갖는 도 4의 오버레이 측정 패턴과 일치하는 다수의 기준 패턴들(701)을 포함하는 기준 패턴 그룹(700)을 예시한다. 일부 실시예에서, 기준 패턴 그룹(700)의 기준 패턴(701)은 예를 들어 산화물 성장, 리소그래피에 의한 패터닝, 및 에칭에 의해, 기판(710) 상에 배치된다.

도 7b는 기판(720)에 배열되는 복수의 폭 및 피치를 갖는 다수의 기준 패턴(701)을 포함하는 기준 오버레이 패턴 그룹(750)을 예시한다. 일부 실시예에서, 기준 패턴 그룹(750)의 기준 패턴(701)은 예를 들어 산화물 성장, 리소그래피에 의한 패터닝, 및 에칭에 의해, 기판(720) 상에 배치된다.

도 7c는 도 5b의 기준 패턴 모듈(550)과 일치하는 기준 패턴 모듈(553)의 단면도이다. 기준 패턴 모듈(553)은 기판(555) 상에 서브패턴(박스)(513A 및 513B)을 배치함으로써 생성된다. 기준 패턴 모듈(553)은 액정 패널이 아니며, 기준 패턴 모듈(553)의 서브패턴(박스)(513A 및 513B)은 산화물 성장, 산화물의 패터닝, 및 산화물의 에칭을 통해 생성된다. 그러나, 서브패턴(박스)(513A 및 513B)은 서브패턴(박스)(510A 및 510B)과 일치하고, 기준 패턴(503A 및 503B)은 각각 기준 패턴(502A 및 502B)과 일치한다. 일부 실시예에서, 도 6a 및 도 6b의 측정 시스템은 기준 패턴 모듈(550) 대신에 기준 패턴 모듈(553)을 사용할 수 있다. 다시 도 6b를 참조하면, 도 7c의 레이아웃 위치 컨트롤러(521) 및/또는 스테이지 컨트롤러(560)는, 입사 광 빔(650)의 제1 부분(652)이 기준 패턴 모듈(553)의 선택된 기준 패턴(503A) 상에 입사하고 입사 광 빔(650)의 제2 부분(656)이 오버레이 측정 패턴(208) 상에 입사하도록 기판(602) 및/또는 기준 패턴 모듈(553)을 이동시킨다. 또한, 레이아웃 위치 컨트롤러(521) 및/또는 스테이지 컨트롤러(560)는, 입사 광 빔(650)의 제1 부분(652)이 기준 패턴 모듈(553)의 기준 패턴(503B) 상에 입사하고 입사 광 빔(650)의 제2 부분(656)이 오버레이 측정 패턴(206) 상에 입사하도록 기판(602) 및/또는 기준 패턴 모듈(553)을 이동시킨다. 일부 실시예에서, 기준 패턴(503A 및 503B)은 서로 인접하지 않는다.

도 8은 본 개시의 일부 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 측정 시스템을 예시한다. 시스템(800)은 서로에 연결된 분석기 모듈(830) 및 메인 컨트롤러(840)를 포함한다. 도 2b, 도 6a 및 도 6b의 분석기 모듈(230)과 일치하는 분석기 모듈(830)은 도 5b 및 도 5c의 기준 패턴 모듈(550) 상에 생성될 하나 이상의 레이아웃 패턴(810)을 수신한다. 분석기 모듈(830)은 광학 시스템(804)에 직접 연결될 수 있거나 또는 메인 컨트롤러(840)를 통해 광학 시스템(804)에 연결될 수 있다.

일부 실시예에서, 메인 컨트롤러(840)는 레이아웃 생성기(808), 레이아웃 위치 컨트롤러(806), 광학 시스템(804) 및 스테이지 컨트롤러(802)에 연결된다. 일부 실시예에서 그리고 도 2b, 도 6a, 및 도 6b로 다시 돌아가서, 광학 시스템(804)은 광학 시스템(220)과 일치한다. 메인 컨트롤러(840)에 의해 제어되는 광학 시스템(804)은 도 2b, 도 6a 및 도 6b의 입사 광 빔(214a, 514, 515 및 650)을 생성한다. 또한, 광학 시스템(804)은 오버레이 측정 패턴으로부터의 회절 광을 수신하고 회절 광을 검출하며 검출된 회절 광의 대응하는 신호를 생성한다. 광학 시스템(804)은 기판의 상이한 오버레이 측정 패턴들 사이의 드리프트를 결정하도록 도 6a 및 도 6b에 관련하여 상기에 기재된 바와 같은 분석을 위해 분석기 모듈에 검출된 회절 광의 대응하는 신호를 보낸다. 일부 실시예에서, 도 5b, 도 6a, 및 도 6b의 레이아웃 생성기-컨트롤러(520)는 레이아웃 위치 컨트롤러(806) 및 레이아웃 생성기(808)의 조합과 일치한다. 일부 실시예에서, 도 7c의 레이아웃 위치 컨트롤러(521)는 레이아웃 위치 컨트롤러(806)와 일치한다. 일부 실시예에서, 레이아웃 위치 컨트롤러(806)는 TFT 트랜지스터를 턴온/턴오프시킴으로써 레이아웃 생성기(808)로 조합되며, 레이아웃 생성기(808)는 LCD 패널의 픽셀 해상도에 의해 기준 패턴을 이동시킨다.

일부 실시예에서, 분석기 모듈(830)은 레이아웃 생성기(808)에 직접 또는 메인 컨트롤러(840)를 통해 하나 이상의 레이아웃 패턴(810)을 보내고, 도 5b, 도 5c, 도 6a, 및 도 6b의 기준 패턴 모듈(550)에서 하나 이상의 레이아웃 패턴(810)을 생성하도록 레이아웃 생성기(808)에 명령한다.

도 9는 본 개시의 일부 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 예시적인 프로세스(900)의 흐름도를 예시한다. 프로세스(900)는 도 6a, 도 6b, 및 도 8의 측정 시스템에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스(900)의 일부가 도 10a 및 도 10b에 관련하여 아래에 기재된 컴퓨터 시스템(1000)에 의해 수행되고 그리고/또는 제어된다. 방법은, 기판 위에 제1 및 제2 기준 패턴을 포함하는 기준 패턴 모듈을 배치하는 동작 S902을 포함한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 기준 패턴 모듈(550)은 제1 및 제2 기준 패턴(502A 및 502B)을 포함한다. 또한, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 기준 패턴 모듈(550)이 기판(602) 위로, 예컨대 위에 배치된다. 일부 실시예에서, 기판(602)은 제1 및 제2 오버레이 측정 패턴(206 및 208)을 포함한다.

동작 S904에서, 제1 기준 패턴과 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이에 적어도 제1 부분 중첩이 생성된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 기준 패턴 모듈(550)의 제1 기준 패턴(502A)과 기판(602)의 제1 오버레이 측정 패턴(208) 사이에 중첩이 생성된다.

동작 S906에서, 제2 기준 패턴과 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이에 적어도 제2 부분 중첩이 생성된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 기준 패턴 모듈(550)의 제2 기준 패턴(502B)과 기판(602)의 제2 오버레이 측정 패턴(206) 사이에 중첩이 생성된다. 일부 실시예에서, 동작 S904 및 S906은 동시에 수행된다.

동작 S908에서, 제1 기준 패턴과 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 레이아웃 에러가 결정된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(220)은 제1 오버레이 측정 패턴(208)의 상부 상에 있는 제1 기준 패턴(502A)에 입사 광 빔(514)을 전송한다. 제1 기준 패턴(502A)으로부터 그리고 제1 오버레이 측정 패턴(208)으로부터의 반사된 1차 회절(542 및 546)이 광학 시스템(220)에 의해 검출되고, 검출된 신호가 분석기 모듈(230)에 전송된다. 분석기 모듈(230)은 검출된 신호에 기초하여 제1 오버레이 측정 패턴(208)과 제1 기준 패턴(502A) 사이의 제1 레이아웃 에러를 결정하며, 예컨대 계산한다.

동작 S910에서, 제2 기준 패턴과 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 레이아웃 에러가 결정된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(220)은 제2 오버레이 측정 패턴(206)의 상부 상에 있는 제2 기준 패턴(502B)에 입사 광 빔(515)을 전송한다. 제2 기준 패턴(502B)으로부터 그리고 제2 오버레이 측정 패턴(206)으로부터의 반사된 1차 회절(544 및 548)이 광학 시스템(220)에 의해 검출되고, 검출된 신호가 분석기 모듈(230)에 전송된다. 분석기 모듈(230)은 검출된 신호에 기초하여 제2 오버레이 측정 패턴(206)과 제2 기준 패턴(502B) 사이의 제2 레이아웃 에러를 계산한다.

동작 S912에서, 기판의 제1 및 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 총 레이아웃 에러가 결정된다. 제1 오버레이 측정 패턴(208)과 제2 오버레이 측정 패턴(206) 사이의 총 레이아웃 에러가 분석기 모듈(230)에 의해 결정된다. 일부 실시예에서, 상기에 기재된 바와 같이, 총 레이아웃 에러는 제1 및 제2 레이아웃 에러의 대수 합(algebraic sum), 예컨대 합산 또는 감산이다.

도 10a 및 도 10b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 장치를 예시한다. 도 10a는 상기에 기재된 바와 같은 하나 이상의 실시예에 따라 오버레이 에러를 결정하기 위한 프로세스를 실행하는 컴퓨터 시스템(1000)의 개략도이다. 전술한 실시예의 프로세스, 방법 및/또는 동작의 전부 또는 일부는 컴퓨터 하드웨어 및 그 상에서 실행되는 컴퓨터 프로그램을 사용하여 구현될 수 있다. 동작은, 광학 시스템 및 광학 시스템의 광원과 검출기를 제어하고, 검출기에 의해 검출된 광을 분석하고, 기준 패턴 모듈에서의 오버레이 측정 패턴의 생성을 생성 및/또는 제어하고, 스테이지 상의 기판의 오버레이 측정 패턴 및 기준 패턴 모듈의 오버레이 측정 패턴으로부터의 회절 광을 조합하도록 기판을 홀딩하는 스테이지의 이동 및 기준 패턴 모듈의 이동을 제어하는 것을 포함한다. 따라서, 일부 실시예에서, 컴퓨터 시스템(1000)은 분석기 모듈(830), 메인 컨트롤러(840), 스테이지 컨트롤러(802), 레이아웃 위치 컨트롤러(806) 및 광학 시스템(804)의 컨트롤러의 기능을 제공한다. 도 10a에서, 컴퓨터 시스템(1000)은 광학 디스크 판독 전용 메모리(예컨대, CD-ROM 또는 DVD-ROM) 드라이브(1005) 및 자기 디스크 드라이브(1006), 키보드(1002), 마우스(1003), 및 모니터(1004)를 포함한 컴퓨터(1001)를 구비한다.

도 10b는 컴퓨터 시스템(1000)의 내부 구성을 보여주는 도면이다. 도 10b에서, 컴퓨터(1001)는, 광학 디스크 드라이브(1005) 및 자기 디스크 드라이브(1006)에 추가적으로, 마이크로 프로세서 유닛(MPU; micro-processor unit)과 같은 하나 이상의 프로세서(1011), 부트 업 프로그램과 같은 프로그램이 저장되어 있는 ROM(1012), 프로세서(1011)에 접속되며 애플리케이션 프로그램의 커맨드가 임시 저장되고 임시 저장 영역이 제공되는 랜덤 액세스 메모리(RAM; random access memory)(1013), 애플리케이션 프로그램, 시스템 프로그램, 및 데이터가 저장되는 하드 디스크(1014), 및 프로세서(1011), ROM(1012) 등을 접속시키는 버스(1015)를 구비한다. 컴퓨터(1001)는 LAN에의 접속을 제공하기 위한 네트워크 카드(도시되지 않음)를 포함할 수 있다는 것을 유의하자.

컴퓨터 시스템(1000)으로 하여금 전술한 실시예에서의 반도체 디바이스의 오버레이 에러를 결정하기 위한 프로세스를 실행하게 하기 위한 프로그램이, 광학 디스크 드라이브(1005) 또는 자기 디스크 드라이브(1006)로 삽입되는 광학 디스크(1021) 또는 자기 디스크(1022)에 저장되며, 하드 디스크(1014)에 전송될 수 있다. 대안으로서, 프로그램은 네트워크(도시되지 않음)를 통해 컴퓨터(1001)에 전송되고 하드 디스크(1014)에 저장될 수 있다. 실행 시에, 프로그램이 RAM(1013)으로 로딩된다. 프로그램은 광학 디스크(1021) 또는 자기 디스크(1022)로부터 또는 네트워크로부터 직접 로딩될 수 있다. 프로그램은 예를 들어, 컴퓨터(1001)로 하여금 전술한 실시예에서의 반도체 디바이스의 리소그래피 마스크를 제조하기 위한 프로세스를 실행하게 하기 위한 운영 체제(OS; operating system) 또는 써드 파티 프로그램을 반드시 포함하여야 하는 것은 아니다. 프로그램은 단지 제어 모드로 적합한 기능(모듈)을 호출하고 원하는 결과를 얻기 위한 커맨드 부분을 포함할 수 있다.

상기에 설명된 바와 같이, 기판과 별개인 독립형 기준 패턴 모듈이, 기판의 상이한 레이아웃 패턴들 사이의, 또는 기판의 기존의 레이아웃 패턴과 리소그래피 프로세스에 의해 패터닝되고 있는 기판 상의 레지스트 재료 층의 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 독립형 기준 패턴 모듈을 사용함으로써, 각각의 층의 오버레이 에러가 독립형 기준 패턴 모듈에 관련하여 측정된다. 각각의 2개의 층의 오버레이 에러는 2개의 층과 독립형 기준 패턴 모듈 사이의 오버레이 에러의 대수 합에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 각각의 2개의 층의 오버레이 측정 패턴 사이에 중첩이 있음을 보장하도록 기판의 상이한 패터닝된 층들은 각각의 층에 복수의 오버레이 측정 패턴을 갖지 않아도 된다. 또한, 오버레이 측정 패턴은 막 스택이 변경될 때 재설계되지 않아도 된다.

모든 이점들이 반드시 여기에 설명된 것은 아니고 어떠한 특정 이점도 모든 실시예 또는 예에 요구되는 것이 아니며 다른 실시예 또는 예가 다른 이점을 제공할 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

본 개시의 일부 실시예에 따르면, 오버레이 에러 측정 방법은, 기판 위에 기준 패턴 모듈을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 기판은 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴 및 제2 위치에서의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과는 별개인 제2 오버레이 측정 패턴을 포함한다. 상기 기준 패턴 모듈은 제1 기준 패턴 및 상기 제1 기준 패턴과는 별개인 제2 기준 패턴을 포함한다. 상기 방법은, 상기 기준 패턴 모듈 아래의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제1 기준 패턴의 적어도 제1 부분 중첩을 생성하는 단계, 및 상기 제1 부분 중첩을 생성하는 단계와 동시에, 상기 기준 패턴 모듈 아래의 상기 제2 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 기준 패턴의 적어도 제2 부분 중첩을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계, 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 총 오버레이 에러를 결정하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 상기 제1 오버레이 측정 패턴은 상기 기판의 제1 층에 있는 제1 레이아웃 패턴에 포함되고, 상기 제2 오버레이 측정 패턴은 상기 제1 층과는 상이한 상기 기판의 제2 층에 있는 제2 레이아웃 패턴에 포함되며, 상기 제1 레이아웃 패턴과 상기 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러가 상기 총 오버레이 에러에 기초하여 결정된다. 실시예에서, 상기 제1 레이아웃 패턴과 상기 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러를 결정하는 것은, 상기 제1 및 제2 오버레이 에러의 대수 합을 결정하는 것을 포함한다. 실시예에서, 상기 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계는, 상기 제1 기준 패턴과 상기 제1 오버레이 측정 패턴의 제1 부분 중첩 위에 제1 광 빔을 인가하는 단계, 및 상기 제1 오버레이 에러를 결정하도록 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴으로부터의 회절 광을 분석하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 상기 제2 오버레이 에러를 결정하는 단계는, 상기 제2 기준 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴의 제2 부분 중첩 위에 제2 광 빔을 인가하는 단계; 및 상기 제2 오버레이 에러를 결정하도록 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴으로부터의 회절 광을 분석하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 상기 회절 광을 분석하는 단계는, 포지티브 1차 회절 광과 네가티브 1차 회절 광 사이의 강도 차이를 결정하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 상기 방법은, 상기 제1 부분 중첩을 생성하는 단계 전에, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴 및 제2 기준 패턴을 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 제1 기준 패턴은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 피치와 동일한 제1 피치를 갖고, 상기 제2 기준 패턴은 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴의 피치와 동일한 제2 피치를 갖는다. 실시예에서, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴은, 제1 방향으로 연장하며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되어 있는 제1 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제2 복수의 제3 서브패턴들을 포함한다. 상기 제1 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제2 복수의 제3 서브패턴들은 상기 제1 방향으로 연장하는 제3 중심선의 대향측에 동일 거리 D3로 배열된다. 또한, 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴은, 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제1 방향과 교차하는 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제3 복수의 제1 서브패턴들 및 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제4 복수의 제1 서브패턴들을 포함한다. 상기 제3 복수의 제1 서브패턴들 및 상기 제4 복수의 제1 서브패턴들은 상기 제1 방향으로 연장하는 제1 중심선의 대향측에 동일 거리 D1로 배열되고, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴이 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 위에 배치되며 상기 제1 중심선과 상기 제3 중심선이 중첩할 때, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴의 제1 복수의 제3 서브패턴들은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 제3 복수의 제1 서브패턴들과의 오프셋 d=D1-D3을 가지며, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴의 제2 복수의 제3 서브패턴들은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 제4 복수의 제1 서브패턴들과의 오프셋 -d=D3-D1을 갖는다. 실시예에서, 상기 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계는, 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제1 기준 패턴의 제1 부분 중첩 위에 제1 광 빔을 인가하는 단계를 포함한다. 상기 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계는 또한, 상기 제1 기준 패턴의 제1 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제1 오버레이 측정 패턴의 제3 복수의 제1 서브패턴들로부터의 제1 회절 광을 분석하여, 상기 제1 회절 광의 포지티브 및 네가티브 1차 회절에 기초하여 제1 비대칭 함수(AS1)를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계는, 상기 제1 기준 패턴의 제2 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제1 오버레이 측정 패턴의 제4 복수의 제1 서브패턴들로부터의 제2 회절 광을 분석하여, 상기 제2 회절 광의 포지티브 및 네가티브 1차 회절에 기초하여 제2 비대칭 함수(AS1)를 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계는, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를

로서 결정하는 단계를 더 포함한다.

본 개시의 일부 실시예에 따르면, 오버레이 에러 측정 방법은, 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제1 층의 제1 위치에서의 상기 제1 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 제1 조합의 회절 광의 제1 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제2 층의 제2 위치에서의 상기 제2 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 제2 조합의 회절 광의 제2 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 상기 기판의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 총 오버레이 에러를 결정하는 단계를 더 포함한다. 실시예에서, 상기 기준 패턴 모듈은 상기 기판 위에 평행하게 배치된다. 실시예에서, 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 오버레이 측정 패턴은 상기 기판의 상이한 층에 있다. 실시예에서, 상기 기준 패턴 모듈은 상기 기판에 수직으로 배치되고, 상기 방법은, 빔 스플리터에 코히런트 광 빔을 투사하는 단계, 및 상기 코히런트 광 빔의 제1 부분을 상기 빔 스플리터로부터 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴으로 지향시키도록 그리고 상기 코히런트 광 빔의 남은 제2 부분을 상기 빔 스플리터로부터 상기 기판의 제1 층의 제1 위치로 지향시키도록, 상기 빔 스플리터를 구성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 상기 빔 스플리터에 의해, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 회절 광을 조합하여, 제1 조합의 회절 광을 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 빔 스플리터에 의해, 상기 제1 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 제1 기준 패턴으로부터 수신된 상기 제1 조합의 회절 광을, 검출 및 분석을 위해 광학 시스템으로 지향시키는 단계를 포함한다. 그리고 상기 방법은, 상기 제1 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 광학 시스템에 연결되거나 포함된 분석기 모듈에 의해 상기 제1 조합의 회절 광의 포지티브 및 네가티브 1차 회절을 분석하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 상기 방법은 상기 코히런트 광 빔의 제1 부분을 상기 빔 스플리터로부터 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴으로 지향시키도록 그리고 상기 코히런트 광 빔의 남은 제2 부분을 상기 빔 스플리터로부터 상기 기판의 제2 층의 제2 위치로 지향시키도록, 상기 빔 스플리터를 구성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 상기 빔 스플리터에 의해, 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제2 위치에서의 제2 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 회절 광을 조합하여, 제2 조합의 회절 광을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 빔 스플리터에 의해, 상기 제2 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 제2 기준 패턴으로부터 수신된 상기 제2 조합의 회절 광을, 검출 및 분석을 위해 광학 시스템으로 지향시키는 단계를 포함한다. 그리고 상기 방법은, 상기 제2 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 분석기 모듈에 의해 상기 제2 조합의 회절 광의 포지티브 및 네가티브 1차 회절을 분석하는 단계를 포함한다.

본 개시의 일부 실시예에 따르면, 오버레이 에러를 결정하기 위한 시스템은, 메인 컨트롤러 및 기판 위에 배치된 기준 패턴 모듈을 포함하며, 상기 기판은 상기 기판의 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 기판의 제2 위치에서의 제2 오버레이 측정 패턴을 포함한다. 상기 시스템은, 상기 메인 컨트롤러에 연결된 분석기 모듈을 포함한다. 상기 분석기 모듈은 제1 기준 패턴 및 제2 기준 패턴을 수신한다. 상기 시스템은, 상기 메인 컨트롤러에 연결되며, 상기 메인 컨트롤러를 통하여 상기 분석기 모듈로부터 상기 제1 및 제2 기준 패턴 그리고 상기 제1 기준 패턴과 상기 제2 기준 패턴 사이의 오프셋을 수신하도록 구성된 레이아웃 생성기를 포함한다. 상기 레이아웃 생성기는 또한, 상기 기준 패턴 모듈에 연결되며, 상기 기준 패턴 모듈에서 상기 제1 및 제2 기준 패턴을 생성한다. 상기 시스템은, 상기 기판의 이동을 제어하도록 상기 메인 컨트롤러에 연결된 스테이지 컨트롤러, 및 하나 이상의 광원을 포함하며 상기 메인 컨트롤러에 연결된 광학 시스템을 포함한다. 상기 하나 이상의 광원은, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴을 방사하며 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴을 방사하기 위한 제1 광 빔을 생성한다. 상기 하나 이상의 광원은, 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴을 방사하며 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴을 방사하기 위한 제2 광 빔을 생성한다. 상기 광학 시스템은 또한, 하나 이상의 광 검출기를 포함한다. 상기 하나 이상의 광 검출기는, 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴으로부터의 제1 조합의 회절 광을 수신하고 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴으로부터의 제2 조합의 회절 광을 수신한다. 상기 분석기 모듈은 또한, 상기 제1 조합의 회절 광과 연관된 검출된 신호를 수신하여 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하고, 상기 제2 조합의 회절 광과 연관된 검출된 신호를 수신하여 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정한다. 실시예에서, 상기 제1 오버레이 측정 패턴은 상기 기판의 제1 층에서의 제1 레이아웃 패턴에 포함되고, 상기 제2 오버레이 측정 패턴은 상기 제1 층과는 상이한 상기 기판의 제2 층에서의 제2 레이아웃 패턴에 포함된다. 상기 기판의 상기 제1 레이아웃 패턴과 상기 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러가 상기 제1 오버레이 에러 및 상기 제2 오버레이 에러에 기초하여 결정된다. 실시예에서, 상기 기준 패턴 모듈은 상기 기판 위에 평행하게 배치된다. 상기 시스템은, 상기 기준 패턴 모듈을 상기 기판과 평행하게 이동시키도록 상기 기준 패턴 모듈에 연결된 레이아웃 위치 컨트롤러를 더 포함한다. 상기 스테이지 컨트롤러 및 상기 레이아웃 위치 컨트롤러는, 상기 기판의 제1 위치에서의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 기판 위의 상기 제1 기준 패턴의 적어도 제1 부분 중첩을 생성한다. 그리고 또한, 상기 기판의 제2 위치에서의 상기 제2 오버레이 측정 패턴과 상기 기판 위의 상기 제2 기준 패턴의 적어도 제2 부분 중첩을 생성한다. 상기 하나 이상의 광원은 상기 제1 부분 중첩 위에 상기 제1 광 빔을 생성하고 상기 제2 부분 중첩 위에 상기 제2 광 빔을 생성한다. 실시예에서, 상기 기준 패턴 모듈은 상기 기판 위에 그리고 상기 기판의 표면에 수직으로 배치된다. 상기 시스템은, 상기 기판에 수직으로 상기 레이아웃 위치 컨트롤러를 이동시키도록 상기 기준 패턴 모듈에 연결된 레이아웃 위치 컨트롤러를 더 포함한다. 상기 시스템은, 상기 제1 광 빔을 수신하고 상기 제1 광 빔의 제1 부분이 상기 기판의 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴을 방사하고 상기 제1 광 빔의 남은 제2 부분이 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴을 방사하도록, 상기 제1 광 빔을 분할하기 위한 빔 스플리터를 포함한다. 상기 빔 스플리터는 또한, 상기 제2 광 빔을 수신하고, 상기 제2 광 빔의 제1 부분이 상기 기판의 제2 위치에서의 제2 오버레이 측정 패턴을 방사하고 상기 제2 광 빔의 남은 제2 부분이 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴을 방사하도록, 상기 제2 광 빔을 분할한다. 상기 스테이지 컨트롤러 및 상기 레이아웃 위치 컨트롤러는, 상기 제1 광 빔의 제1 및 제2 부분이 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴을 동시에 방사하고 상기 제2 광 빔의 제1 및 제2 부분이 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴을 동시에 방사하도록, 상기 기판 및 상기 기준 패턴 모듈을 이동시킨다. 실시예에서, 상기 제1 기준 패턴 및 상기 제1 오버레이 측정 패턴으로부터의 회절 광은 각각 상기 기준 패턴 모듈 및 상기 기판으로부터 반사된다. 상기 빔 스플리터는, 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴으로부터의 회절 광을 조합하여 제1 조합의 회절 광을 생성하고 상기 제1 조합의 회절 광을 상기 광학 시스템의 하나 이상의 광 검출기에 보낸다. 상기 제2 기준 패턴 및 상기 제2 오버레이 측정 패턴으로부터의 회절 광은 각각 상기 기준 패턴 모듈 및 상기 기판으로부터 반사된다. 상기 빔 스플리터는 또한, 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴으로부터의 회절 광을 조합하여 제2 조합의 회절 광을 생성하고 상기 제2 조합의 회절 광을 상기 광학 시스템의 하나 이상의 광 검출기에 보낸다. 실시예에서, 상기 광학 시스템의 하나 이상의 광원은 코히런트 광원이다.

전술한 바는 당해 기술 분야에서의 숙련자들이 본 개시의 양상을 보다 잘 이해할 수 있도록 여러 실시예 또는 예들의 특징을 나타낸 것이다. 당해 기술 분야에서의 숙련자라면, 여기에서 소개된 실시예 또는 예와 동일한 목적을 수행하고/하거나 동일한 이점을 달성하기 위해 다른 프로세스 및 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기반으로서 본 개시를 용이하게 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 당해 기술 분야에서의 숙련자는 또한, 이러한 등가의 구성이 본 개시의 진정한 의미 및 범위로부터 벗어나지 않으며, 본 개시의 진정한 의미 및 범위에서 벗어나지 않고서 다양한 변경, 치환 및 대안을 행할 수 있다는 것을 알아야 한다.

실시예

실시예 1. 방법에 있어서,

기판 위에 기준 패턴 모듈을 배치하는 단계 - 상기 기판은 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴 및 제2 위치에서의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과는 별개인 제2 오버레이 측정 패턴을 포함하고, 상기 기준 패턴 모듈은 제1 기준 패턴 및 상기 제1 기준 패턴과는 별개인 제2 기준 패턴을 포함함 - ;

상기 기준 패턴 모듈 아래의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제1 기준 패턴의 적어도 제1 부분 중첩을 생성하는 단계;

상기 제1 부분 중첩을 생성하는 단계와 동시에, 상기 기준 패턴 모듈 아래의 상기 제2 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 기준 패턴의 적어도 제2 부분 중첩을 생성하는 단계;

상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계;

상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 총 오버레이 에러를 결정하는 단계

를 포함하는, 방법.

실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 제1 오버레이 측정 패턴은 상기 기판의 제1 층에 있는 제1 레이아웃 패턴에 포함되고, 상기 제2 오버레이 측정 패턴은 상기 제1 층과는 상이한 상기 기판의 제2 층에 있는 제2 레이아웃 패턴에 포함되며, 상기 제1 레이아웃 패턴과 상기 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러가 상기 총 오버레이 에러에 기초하여 결정되는 것인, 방법.

실시예 3. 실시예 2에 있어서, 상기 제1 레이아웃 패턴과 상기 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러를 결정하는 것은, 상기 제1 및 제2 오버레이 에러의 대수 합(algebraic sum)을 결정하는 것을 포함하는 것인, 방법.

실시예 4. 실시예 1에 있어서, 상기 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계는,

상기 제1 기준 패턴과 상기 제1 오버레이 측정 패턴의 제1 부분 중첩 위에 제1 광 빔을 인가하는 단계; 및

상기 제1 오버레이 에러를 결정하도록 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴으로부터의 회절 광을 분석하는 단계

를 포함하는 것인, 방법.

실시예 5. 실시예 4에 있어서, 상기 제2 오버레이 에러를 결정하는 단계는,

상기 제2 기준 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴의 제2 부분 중첩 위에 제2 광 빔을 인가하는 단계; 및

상기 제2 오버레이 에러를 결정하도록 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴으로부터의 회절 광을 분석하는 단계

를 포함하는 것인, 방법.

실시예 6. 실시예 5에 있어서, 상기 회절 광을 분석하는 단계는, 포지티브 1차(first order) 회절 광과 네가티브 1차 회절 광 사이의 강도 차이를 결정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.

실시예 7. 실시예 1에 있어서,

상기 제1 부분 중첩을 생성하는 단계 전에, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴 및 제2 기준 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 기준 패턴은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 피치와 동일한 제1 피치를 갖고, 상기 제2 기준 패턴은 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴의 피치와 동일한 제2 피치를 갖는 것인, 방법.

실시예 8. 실시예 7에 있어서,

상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴은, 제1 방향으로 연장하며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되어 있는 제1 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제2 복수의 제3 서브패턴들을 포함하고, 상기 제1 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제2 복수의 제3 서브패턴들은 상기 제1 방향으로 연장하는 제3 중심선의 대향측에 동일 거리 D3로 배열되고;

상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴은, 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제1 방향과 교차하는 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제3 복수의 제1 서브패턴들 및 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제4 복수의 제1 서브패턴들을 포함하고, 상기 제3 복수의 제1 서브패턴들 및 상기 제4 복수의 제1 서브패턴들은 상기 제1 방향으로 연장하는 제1 중심선의 대향측에 동일 거리 D1로 배열되고, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴이 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 위에 배치되며 상기 제1 중심선과 상기 제3 중심선이 중첩할 때, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴의 제1 복수의 제3 서브패턴들은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 제3 복수의 제1 서브패턴들과의 오프셋 d=D1-D3을 가지며, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴의 제2 복수의 제3 서브패턴들은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 제4 복수의 제1 서브패턴들과의 오프셋 -d=D3-D1을 갖는 것인, 방법.

실시예 9. 실시예 8에 있어서, 상기 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계는,

상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제1 기준 패턴의 제1 부분 중첩 위에 제1 광 빔을 인가하는 단계;

상기 제1 기준 패턴의 제1 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제1 오버레이 측정 패턴의 제3 복수의 제1 서브패턴들로부터의 제1 회절 광을 분석하여, 상기 제1 회절 광의 포지티브 및 네가티브 1차 회절에 기초하여 제1 비대칭 함수(AS1)를 결정하는 단계;

상기 제1 기준 패턴의 제2 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제1 오버레이 측정 패턴의 제4 복수의 제1 서브패턴들로부터의 제2 회절 광을 분석하여, 상기 제2 회절 광의 포지티브 및 네가티브 1차 회절에 기초하여 제2 비대칭 함수(AS1)를 결정하는 단계; 및

상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를

로서 결정하는 단계

를 포함하는 것인, 방법.

실시예 10. 방법에 있어서,

기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제1 층의 제1 위치에서의 상기 제1 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 제1 조합의 회절 광의 제1 분석을 수행하는 단계;

기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제2 층의 제2 위치에서의 상기 제2 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 제2 조합의 회절 광의 제2 분석을 수행하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 상기 기판의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 총 오버레이 에러를 결정하는 단계

를 포함하는, 방법.

실시예 11. 실시예 10에 있어서, 상기 기준 패턴 모듈은 상기 기판 위에 평행하게 배치되는 것인, 방법.

실시예 12. 실시예 10에 있어서, 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 오버레이 측정 패턴은 상기 기판의 상이한 층에 있는 것인, 방법.

실시예 13. 실시예 10에 있어서, 상기 기준 패턴 모듈은 상기 기판에 수직으로 배치되고, 상기 방법은,

빔 스플리터에 코히런트(coherent) 광 빔을 투사하는 단계;

상기 코히런트 광 빔의 제1 부분을 상기 빔 스플리터로부터 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴으로 지향시키도록 그리고 상기 코히런트 광 빔의 남은 제2 부분을 상기 빔 스플리터로부터 상기 기판의 제1 층의 제1 위치로 지향시키도록, 상기 빔 스플리터를 구성하는 단계;

상기 빔 스플리터에 의해, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 회절 광을 조합하여, 제1 조합의 회절 광을 생성하는 단계;

상기 빔 스플리터에 의해, 상기 제1 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 제1 기준 패턴으로부터 수신된 상기 제1 조합의 회절 광을, 검출 및 분석을 위해 광학 시스템으로 지향시키는 단계; 및

상기 제1 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 광학 시스템에 연결되거나 포함된 분석기 모듈에 의해 상기 제1 조합의 회절 광의 포지티브 및 네가티브 1차 회절을 분석하는 단계

를 더 포함하는, 방법.

실시예 14. 실시예 13에 있어서,

상기 코히런트 광 빔의 제1 부분을 상기 빔 스플리터로부터 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴으로 지향시키도록 그리고 상기 코히런트 광 빔의 남은 제2 부분을 상기 빔 스플리터로부터 상기 기판의 제2 층의 제2 위치로 지향시키도록, 상기 빔 스플리터를 구성하는 단계;

상기 빔 스플리터에 의해, 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제2 위치에서의 제2 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 회절 광을 조합하여, 제2 조합의 회절 광을 생성하는 단계;

상기 빔 스플리터에 의해, 상기 제2 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 제2 기준 패턴으로부터 수신된 상기 제2 조합의 회절 광을, 검출 및 분석을 위해 광학 시스템으로 지향시키는 단계; 및

상기 제2 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 분석기 모듈에 의해 상기 제2 조합의 회절 광의 포지티브 및 네가티브 1차 회절을 분석하는 단계

를 더 포함하는, 방법.

실시예 15. 오버레이 에러를 결정하는 시스템에 있어서,

메인 컨트롤러;

기판 위에 배치된 기준 패턴 모듈 - 상기 기판은 상기 기판의 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 기판의 제2 위치에서의 제2 오버레이 측정 패턴을 포함함 - ;

상기 메인 컨트롤러에 연결된 분석기 모듈 - 상기 분석기 모듈은 제1 기준 패턴 및 제2 기준 패턴을 수신하도록 구성됨 - ;

상기 메인 컨트롤러에 연결되며, 상기 메인 컨트롤러를 통하여 상기 분석기 모듈로부터 상기 제1 및 제2 기준 패턴 그리고 상기 제1 기준 패턴과 상기 제2 기준 패턴 사이의 오프셋을 수신하도록 구성된 레이아웃 생성기 - 상기 레이아웃 생성기는 또한, 상기 기준 패턴 모듈에 연결되며, 상기 기준 패턴 모듈에서 상기 제1 및 제2 기준 패턴을 생성하도록 구성됨 - ;

상기 메인 컨트롤러에 연결되며, 상기 기판의 이동 제어를 위해 구성된 스테이지 컨트롤러; 및

하나 이상의 광원을 포함하며 상기 메인 컨트롤러에 연결된 광학 시스템

을 포함하고,

상기 하나 이상의 광원은, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴을 방사하며(radiate) 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴을 방사하기 위한 제1 광 빔을 생성하고 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴을 방사하며 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴을 방사하기 위한 제2 광 빔을 생성하도록 구성되고,

상기 광학 시스템은 하나 이상의 광 검출기를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 광 검출기는, 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴으로부터의 제1 조합의 회절 광을 수신하도록 그리고 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴으로부터의 제2 조합의 회절 광을 수신하도록 구성되고,

상기 분석기 모듈은 또한, 상기 제1 조합의 회절 광과 연관된 검출된 신호를 수신하여 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하도록 그리고 상기 제2 조합의 회절 광과 연관된 검출된 신호를 수신하여 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하도록 구성되는 것인, 오버레이 에러를 결정하는 시스템.

실시예 16. 실시예 15에 있어서, 상기 제1 오버레이 측정 패턴은 상기 기판의 제1 층에서의 제1 레이아웃 패턴에 포함되고, 상기 제2 오버레이 측정 패턴은 상기 제1 층과는 상이한 상기 기판의 제2 층에서의 제2 레이아웃 패턴에 포함되며, 상기 기판의 상기 제1 레이아웃 패턴과 상기 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러가 상기 제1 오버레이 에러 및 상기 제2 오버레이 에러에 기초하여 결정되는 것인, 오버레이 에러를 결정하는 시스템.

실시예 17. 실시예 15에 있어서, 상기 기준 패턴 모듈은 상기 기판 위에 평행하게 배치되고, 상기 시스템은, 상기 기준 패턴 모듈에 연결되며 상기 기준 패턴 모듈을 상기 기판과 평행하게 이동시키도록 구성된 레이아웃 위치 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 스테이지 컨트롤러 및 상기 레이아웃 위치 컨트롤러는, 상기 기판의 제1 위치에서의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 기판 위의 상기 제1 기준 패턴의 적어도 제1 부분 중첩을 생성하도록 그리고 상기 기판의 제2 위치에서의 상기 제2 오버레이 측정 패턴과 상기 기판 위의 상기 제2 기준 패턴의 적어도 제2 부분 중첩을 생성하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 광원은 상기 제1 부분 중첩 위에 상기 제1 광 빔을 생성하도록 그리고 상기 제2 부분 중첩 위에 상기 제2 광 빔을 생성하도록 구성되는 것인, 오버레이 에러를 결정하는 시스템.

실시예 18. 실시예 15에 있어서, 상기 기준 패턴 모듈은 상기 기판 위에 그리고 상기 기판의 표면에 수직으로 배치되고, 상기 시스템은,

상기 기준 패턴 모듈에 연결되며, 상기 기판에 수직으로 상기 레이아웃 위치 컨트롤러를 이동시키도록 구성된 레이아웃 위치 컨트롤러; 및

상기 제1 광 빔을 수신하도록, 그리고 상기 제1 광 빔의 제1 부분이 상기 기판의 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴을 방사하고 상기 제1 광 빔의 남은 제2 부분이 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴을 방사하도록, 상기 제1 광 빔을 분할하도록 구성된 빔 스플리터를 더 포함하고,

상기 빔 스플리터는 또한, 상기 제2 광 빔을 수신하도록, 그리고 상기 제2 광 빔의 제1 부분이 상기 기판의 제2 위치에서의 제2 오버레이 측정 패턴을 방사하고 상기 제2 광 빔의 남은 제2 부분이 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴을 방사하도록, 상기 제2 광 빔을 분할하도록 구성되고,

상기 스테이지 컨트롤러 및 상기 레이아웃 위치 컨트롤러는, 상기 제1 광 빔의 제1 및 제2 부분이 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴을 동시에 방사하고 상기 제2 광 빔의 제1 및 제2 부분이 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴을 동시에 방사하도록, 상기 기판 및 상기 기준 패턴 모듈을 이동시키도록 구성되는 것인, 오버레이 에러를 결정하는 시스템.

실시예 19. 실시예 18에 있어서, 상기 제1 기준 패턴 및 상기 제1 오버레이 측정 패턴으로부터의 회절 광은 각각 상기 기준 패턴 모듈 및 상기 기판으로부터 반사된 것이며, 상기 빔 스플리터는, 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴으로부터의 회절 광을 조합하여 제1 조합의 회절 광을 생성하도록 그리고 상기 제1 조합의 회절 광을 상기 광학 시스템의 하나 이상의 광 검출기에 보내도록 구성되고,

상기 제2 기준 패턴 및 상기 제2 오버레이 측정 패턴으로부터의 회절 광은 각각 상기 기준 패턴 모듈 및 상기 기판으로부터 반사된 것이며, 상기 빔 스플리터는, 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴으로부터의 회절 광을 조합하여 제2 조합의 회절 광을 생성하도록 그리고 상기 제2 조합의 회절 광을 상기 광학 시스템의 하나 이상의 광 검출기에 보내도록 구성되는 것인, 오버레이 에러를 결정하는 시스템.

실시예 20. 실시예 15에 있어서, 상기 광학 시스템의 하나 이상의 광원은 코히런트 광원인 것인, 오버레이 에러를 결정하는 시스템.

Claims

방법에 있어서,
기판 위에 기준 패턴 모듈을 배치하는 단계 - 상기 기판은 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴 및 제2 위치에서의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과는 별개인 제2 오버레이 측정 패턴을 포함하고, 상기 기준 패턴 모듈은 적어도 하나의 조정가능한 기준 패턴을 생성하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 조정가능한 기준 패턴은 제1 기준 패턴 및 상기 제1 기준 패턴과는 별개인 제2 기준 패턴을 포함함 - ;
상기 기준 패턴 모듈 아래의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제1 기준 패턴의 적어도 제1 부분 중첩을 생성하는 단계;
상기 제1 부분 중첩을 생성하는 단계와 동시에, 상기 기준 패턴 모듈 아래의 상기 제2 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 기준 패턴의 적어도 제2 부분 중첩을 생성하는 단계;
상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계;
상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 총 오버레이 에러를 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 오버레이 측정 패턴은 상기 기판의 제1 층에 있는 제1 레이아웃 패턴에 포함되고, 상기 제2 오버레이 측정 패턴은 상기 제1 층과는 상이한 상기 기판의 제2 층에 있는 제2 레이아웃 패턴에 포함되며, 상기 제1 레이아웃 패턴과 상기 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러가 상기 총 오버레이 에러에 기초하여 결정되는 것인, 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 제1 레이아웃 패턴과 상기 제2 레이아웃 패턴 사이의 오버레이 에러를 결정하는 것은, 상기 제1 및 제2 오버레이 에러의 대수 합(algebraic sum)을 결정하는 것을 포함하는 것인, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 오버레이 에러를 결정하는 단계는,
상기 제1 기준 패턴과 상기 제1 오버레이 측정 패턴의 제1 부분 중첩 위에 제1 광 빔을 인가하는 단계; 및
상기 제1 오버레이 에러를 결정하도록 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴으로부터의 회절 광을 분석하는 단계
를 포함하는 것인, 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제2 오버레이 에러를 결정하는 단계는,
상기 제2 기준 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴의 제2 부분 중첩 위에 제2 광 빔을 인가하는 단계; 및
상기 제2 오버레이 에러를 결정하도록 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴으로부터의 회절 광을 분석하는 단계
를 포함하는 것인, 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 회절 광을 분석하는 단계는, 포지티브 1차(first order) 회절 광과 네가티브 1차 회절 광 사이의 강도 차이를 결정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 부분 중첩을 생성하는 단계 전에, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴 및 제2 기준 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 기준 패턴은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 피치와 동일한 제1 피치를 갖고, 상기 제2 기준 패턴은 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴의 피치와 동일한 제2 피치를 갖는 것인, 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴은, 제1 방향으로 연장하며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되어 있는 제1 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제2 복수의 제3 서브패턴들을 포함하고, 상기 제1 복수의 제3 서브패턴들 및 상기 제2 복수의 제3 서브패턴들은 상기 제1 방향으로 연장하는 제3 중심선의 대향측에 동일 거리 D3로 배열되고;
상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴은, 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제1 방향과 교차하는 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제3 복수의 제1 서브패턴들 및 상기 제1 방향으로 연장하며 상기 제2 방향으로 배열되어 있는 제4 복수의 제1 서브패턴들을 포함하고, 상기 제3 복수의 제1 서브패턴들 및 상기 제4 복수의 제1 서브패턴들은 상기 제1 방향으로 연장하는 제1 중심선의 대향측에 동일 거리 D1로 배열되고, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴이 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 위에 배치되며 상기 제1 중심선과 상기 제3 중심선이 중첩할 때, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴의 제1 복수의 제3 서브패턴들은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 제3 복수의 제1 서브패턴들과의 오프셋 d=D1-D3을 가지며, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴의 제2 복수의 제3 서브패턴들은 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴의 제4 복수의 제1 서브패턴들과의 오프셋 -d=D3-D1을 갖는 것인, 방법.
방법에 있어서,
기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제1 층의 제1 위치에서의 상기 제1 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 제1 조합의 회절 광의 제1 분석을 수행하는 단계;
기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하도록, 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴으로부터 수신된 그리고 상기 기판의 제2 층의 제2 위치에서의 상기 제2 오버레이 측정 패턴으로부터 수신된 제2 조합의 회절 광의 제2 분석을 수행하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 오버레이 에러에 기초하여 상기 기판의 상기 제1 오버레이 측정 패턴과 상기 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 총 오버레이 에러를 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 기준 패턴 모듈은 적어도 하나의 조정가능한 기준 패턴을 생성하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 조정가능한 기준 패턴은 제1 기준 패턴 및 상기 제1 기준 패턴과는 별개인 제2 기준 패턴을 포함하는, 방법.
오버레이 에러를 결정하는 시스템에 있어서,
메인 컨트롤러;
기판 위에 배치된 기준 패턴 모듈 - 상기 기판은 상기 기판의 제1 위치에서의 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 기판의 제2 위치에서의 제2 오버레이 측정 패턴을 포함함 - ;
상기 메인 컨트롤러에 연결된 분석기 모듈 - 상기 분석기 모듈은 제1 기준 패턴 및 제2 기준 패턴을 수신하도록 구성됨 - ;
상기 메인 컨트롤러에 연결되며, 상기 메인 컨트롤러를 통하여 상기 분석기 모듈로부터 상기 제1 및 제2 기준 패턴 그리고 상기 제1 기준 패턴과 상기 제2 기준 패턴 사이의 오프셋을 수신하도록 구성된 레이아웃 생성기 - 상기 레이아웃 생성기는 또한, 상기 기준 패턴 모듈에 연결되며, 상기 기준 패턴 모듈에서 상기 제1 및 제2 기준 패턴을 생성하도록 구성됨 - ;
상기 메인 컨트롤러에 연결되며, 상기 기판의 이동 제어를 위해 구성된 스테이지 컨트롤러; 및
하나 이상의 광원을 포함하며 상기 메인 컨트롤러에 연결된 광학 시스템
을 포함하고,
상기 하나 이상의 광원은, 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴을 방사하며(radiate) 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴을 방사하기 위한 제1 광 빔을 생성하고 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴을 방사하며 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴을 방사하기 위한 제2 광 빔을 생성하도록 구성되고,
상기 광학 시스템은 하나 이상의 광 검출기를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 광 검출기는, 상기 제1 오버레이 측정 패턴 및 상기 제1 기준 패턴으로부터의 제1 조합의 회절 광을 수신하도록 그리고 상기 제2 오버레이 측정 패턴 및 상기 제2 기준 패턴으로부터의 제2 조합의 회절 광을 수신하도록 구성되고,
상기 분석기 모듈은 또한, 상기 제1 조합의 회절 광과 연관된 검출된 신호를 수신하여 상기 기준 패턴 모듈의 제1 기준 패턴과 상기 기판의 제1 오버레이 측정 패턴 사이의 제1 오버레이 에러를 결정하도록 그리고 상기 제2 조합의 회절 광과 연관된 검출된 신호를 수신하여 상기 기준 패턴 모듈의 제2 기준 패턴과 상기 기판의 제2 오버레이 측정 패턴 사이의 제2 오버레이 에러를 결정하도록 구성되는 것인, 오버레이 에러를 결정하는 시스템.