KR102461662B1 - 오버레이 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 디바이스의 층간 정렬 오차를 측정하는 오버레이 측정장치에 관한 것이다. 본 발명은 웨이퍼에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 오차를 측정하는 장치로서, 광원과; 상기 광원으로부터 나온 빔의 일부를 통과시키는 개구를 구비하는 어퍼처 키로서, 상기 개구는 그 개구의 중심을 지나는 제1 직선을 중심으로 선대칭인 적어도 한 쌍의 변을 포함하고, 상기 개구는 그 개구의 중심을 지나며 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 중심으로 선대칭인 적어도 한 쌍의 변을 포함하는 어퍼처 키와; 상기 어퍼처 키를 통과한 빔을 웨이퍼의 측정위치에 집광시키고, 측정위치에서 반사된 빔을 수집하는 대물렌즈와; 상기 대물렌즈에서 수집된 빔을 두 개의 빔으로 분리시키는 빔 스플리터와; 상기 빔 스플리터에서 분리된 빔 중 하나의 빔을 검출하여 상기 개구에 의한 제1 정렬 마크와 오버레이 마크가 함께 표시된 제1 이미지를 획득하는 제1 검출기와; 상기 빔 스플리터에서 분리된 빔 중 다른 하나의 빔을 검출하여 상기 개구에 의한 제2 정렬 마크와 오버레이 마크가 함께 표시된 제2 이미지를 획득하는 제2 검출기와; 상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크 사이의 편차를 이용하여 상기 제1 검출기와 제2 검출기의 정렬 오차를 보정하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치를 제공한다.

Description

오버레이 측정장치{Apparatus for measuring overlay}
본 발명은 반도체 디바이스의 층간 정렬 오차를 측정하는 오버레이 측정장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 복수의 검출기를 구비하는 오버레이 측정장치에 관한 것이다.
기술 발전에 따라서 반도체 디바이스의 사이즈가 작아지고, 집적회로의 밀도 증가가 요구되고 있다. 이러한 요구사항을 충족시키기 위해서는 다양한 조건이 만족 되어야 하고, 그 중 오버레이 허용 오차는 중요한 지표 중의 하나이다.
반도체 디바이스는 수많은 제조 프로세스를 통해 제조된다. 집적회로를 웨이퍼에 형성하기 위해서는 특정 위치에서 원하는 회로 구조 및 요소들이 순차적으로 형성되도록 많은 제조 프로세스를 거쳐야 한다. 제조 프로세스는 웨이퍼 상에 패턴화된 층을 순차적으로 생성하도록 한다. 이러한 반복되는 적층 공정들을 통해서 집적회로 안에 전기적으로 활성화된 패턴을 생성한다. 이때, 각각의 구조들이 생산공정에서 허용하는 오차 범위 이내로 정렬되지 않으면 전기적으로 활성화된 패턴 간에 간섭이 일어나고 이런 현상으로 인해 제조된 회로의 성능 및 신뢰도에 문제가 생길 수 있다. 이러한 층간에 정렬 오차를 측정 및 검증하기 위해서 오버레이 측정 툴이 사용된다.
일반적인 오버레이 계측 및 방법들은 두 개의 층들 간에 정렬이 허용 오차 내에 있는지 측정 및 검증을 한다. 그 중 한 가지 방법으로 기판 위에서 특정한 위치에 오버레이 마크라고 불리는 구조물을 형성하고, 이 구조물을 광학적인 이미지 획득 장비로 촬영하여 오버레이를 측정하는 방법이 있다. 측정을 위한 구조물은 각각의 층마다 X 방향 및 Y 방향 중 적어도 하나의 방향의 오버레이를 측정할 수 있도록 설계되어 있다. 각 구조물은 대칭된 구조로 설계되어 있고, 대칭 방향으로 배치된 구조물 사이의 중심 값을 계산하여 그 층의 대푯값으로 사용하고, 그 각각의 층의 대표 값의 상대적인 차이를 계산하여 오버레이 오차를 도출한다.
두 개의 층의 오버레이를 측정하는 경우에는 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 박스 형태의 어미자(1)와 어미자(1)에 비해서 작은 박스 형태의 아들자(2)를 연속된 두 개의 층에 각각 형성한 후 도 3과 4에 도시된 바와 같이, 어미자(1)를 초점면(focal plane)으로 해서 얻은 신호의 위치별 강도의 변화를 나타내는 파형을 획득하여, 어미자(1)의 중심 값(C1)을 획득하고, 아들자(2)를 초점면으로 해서 얻은 신호의 위치별 강도의 변화를 나타내는 파형을 획득하여, 아들자(2)의 중심 값(C2)을 획득함으로써 두 층 사이의 오버레이 오차를 측정한다.
그러나 이러한 방법은 어미자(1)와 아들자(1)가 서로 다른 층에 서로 다른 물질로 형성되며, 어미자(1)는 아들자(1)가 형성된 층에 의해서 덮여있다는 점 등을 고려하지 않고, 같은 빔을 사용하여 어미자(1)와 아들자(1)의 파형 또는 이미지를 획득한다는 점에서 문제가 있다. 또한, 어미자(1)가 형성된 층과 아들자(1)가 형성된 층 사이의 높이 차이에 의해서 어미자(1)와 아들자(2)의 높이가 다르므로, 획득된 파형에 차이가 생긴다는 점을 고려하지 않는다는 문제도 있다.
반도체 공정 기술의 발전으로 인해 높이 차이가 크며, 광학적 성질이 다른 층들 사이의 오버레이 오차를 정확하게 고속으로 측정할 필요가 있는 현재에는 이러한 문제점들의 해결에 대한 요구가 더욱 커지고 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위한 발명으로서, 한국공개특허 10-2020-0031744에는 제1 오버레이 마크 이미지와 제2 오버레이 마크 이미지를 서로 다른 검출기를 이용하여 획득하는 오버레이 측정장치가 개시되어 있다.
그런데 두 개의 검출기를 사용할 경우에는 검출기들 사이에 오정렬(misalignment)이 생길 수 있다는 문제가 있다. 특히, 제2 오버레이 마크가 형성되는 층(예를 들어, 포토레지스트 층)의 두께에 따라서 검출기의 위치를 조절하는 과정에서 검출기들 사이의 오정렬이 생길 수 있다.
한국공개특허 10-2020-0031744 한국공개특허 특2003-0054781 한국등록특허 10-0689709 한국등록특허 10-1564312
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 검출기들 사이의 정렬 오차를 보정할 수 있는 새로운 오버레이 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 웨이퍼에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 오차를 측정하는 장치로서, 광원과; 상기 광원으로부터 나온 빔의 일부를 통과시키는 개구를 구비하는 어퍼처 키로서, 상기 개구는 그 개구의 중심을 지나는 제1 직선을 중심으로 선대칭인 적어도 한 쌍의 변을 포함하고, 상기 개구는 그 개구의 중심을 지나며 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 중심으로 선대칭인 적어도 한 쌍의 변을 포함하는 어퍼처 키와; 상기 어퍼처 키를 통과한 빔을 웨이퍼의 측정위치에 집광시키고, 측정위치에서 반사된 빔을 수집하는 대물렌즈와; 상기 대물렌즈에서 수집된 빔을 두 개의 빔으로 분리시키는 빔 스플리터와; 상기 빔 스플리터에서 분리된 빔 중 하나의 빔을 검출하여 상기 개구에 의한 제1 정렬 마크와 오버레이 마크가 함께 표시된 제1 이미지를 획득하는 제1 검출기와; 상기 빔 스플리터에서 분리된 빔 중 다른 하나의 빔을 검출하여 상기 개구에 의한 제2 정렬 마크와 오버레이 마크가 함께 표시된 제2 이미지를 획득하는 제2 검출기와; 상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크 사이의 편차를 이용하여 상기 제1 검출기와 제2 검출기의 정렬 오차를 보정하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 개구는 사각형, 박스 인 박스 형태, 중심의 사각형과 그 사각형의 각각의 변에서 한쪽으로 치우쳐서 결합하는 네 개의 작은 사각형들을 포함하는 형태 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 빔 스플리터와 상기 제2 검출기 사이의 거리를 조절하는 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 제어기는 상기 제1 검출기의 중심에서 상기 제1 정렬 마크의 중심이 벗어난 정도와, 상기 제2 검출기의 중심에서 상기 제2 정렬 마크의 중심이 벗어난 정도 사이의 차이 값을 이용하여 상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크 사이의 편차를 측정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 검출기 또는 제2 검출기를 그 광축에 직교하는 평면상에서 이동시키는 액추에이터를 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 액추에이터를 제어하여 상기 제1 검출기와 제2 검출기의 정렬 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
본 발명에 따른 오버레이 측정장치는 어퍼처 키(aperture key)에 의해서 형성된 정렬 마크를 이용하여 검출기들 사이의 정렬 오차를 보정할 수 있다. 따라서 좀 더 정확하게 반도체 디바이스의 층간 정렬 오차를 측정할 수 있다.
도 1은 오버레이 마크의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 측 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 오버레이 마크의 어미자를 초점면으로 하여 획득된 신호의 위치별 강도의 변화 파형을 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 아들자를 초점면으로 하여 획득된 신호의 위치별 강도의 변화 파형을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 측정장치의 개념도이다.
도 6은 도 5에 도시된 어퍼처 키의 예들을 나타낸 도면이다.
도 7은 웨이퍼에 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크의 측 단면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 제1 검출기에서 획득된 이미지를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 5에 도시된 제2 검출기에서 획득된 이미지를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 측정장치의 개념도이다. 오버레이 측정장치는 웨이퍼(w)에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2) 사이의 오차를 측정하는 장치이다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 오버레이 마크(OM1)는 현재 층에 형성된 오버레이 마크이며, 제2 오버레이 마크(OM2)는 이전 층에 형성된 오버레이 마크일 수 있다. 오버레이 마크는 다이 영역에 반도체 디바이스 형성을 위한 층을 형성하는 동시에 스크라이브(scribe) 라인에 형성된다. 예를 들어, 제2 오버레이 마크(OM2)는 절연막 패턴과 함께 형성되고, 제1 오버레이 마크(OM1)는 절연막 패턴 위에 형성되는 포토레지스트 패턴과 함께 형성될 수 있다.
이런 경우 제1 오버레이 마크(OM1)는 외부로 노출되어 있으나, 제2 오버레이 마크(OM2)는 포토레지스트 층에 의해서 가려진 상태이며, 포토레지스트 재료로 이루어진 제1 오버레이 마크(OM1)와는 광학적 성질이 다른 산화물로 이루어진다. 또한, 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)의 높이는 서로 다르다.
본 발명은 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)의 높이 차이를 고려하여 서로 다른 두 개의 검출기를 사용함으로써, 오버레이 오차를 정확하게 고속으로 측정할 수 있다.
오버레이 마크로는 박스 인 박스(box in box, BIB, 도 1 참조), AIM(advanced inmaging metrology) 오버레이 마크 등 현재 사용되고 있는 다양한 형태의 오버레이 마크를 사용할 수 있다. 이하에서는 구조가 간단한 박스 인 박스 형태의 오버레이 마크를 기준으로 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 측정장치는 광원(10), 어퍼처 키(15), 제1 빔 스플리터(24), 대물렌즈(20), 제2 빔 스플리터(30), 제1 검출기(31), 제2 검출기(33) 및 제어기(미도시)를 포함한다.
광원(10)으로는 할로겐 램프, 제논 램프, 슈퍼컨티늄 레이저(supercontinuum laser), 발광다이오드, 레이저 여기 램프(laser induced lamp) 등을 사용할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 어퍼처 키의 예들을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 어퍼처 키(15)는 빛이 통과하는 개구(17)가 형성된 불투명한 플레이트(16)이다.
본 발명에서 어퍼처 키(15)는 독특한 형태의 개구(17)를 구비하여, 제1 검출기(31) 및 제2 검출기(33)에서 획득되는 웨이퍼(w)의 범위를 개구(17)의 형태와 동일한 특정 형태로 제한하는 역할을 한다. 이 특정한 형태는 제1 검출기(31)와 제2 검출기(33)를 정렬하는 정렬 마크로서 사용된다.
본 발명에서 어퍼처 키(15)의 개구(17)는 개구(17)의 중심(c)을 지나는 제1 직선(L1)을 중심으로 선대칭인 적어도 한 쌍의 변(도 6의 (a)의 a1, a2, 도 6의 (b)와 (c)의 a1, a2, a3, a4)을 포함한다. 또한, 어퍼처 키(15)의 개구(17)의 중심(c)을 지나며 제1 직선(L1)에 직교하는 제2 직선(L2)을 중심으로 선대칭인 적어도 한 쌍의 변(도 6의 (a)의 b1, b2, 도 6의 (b)와 (c)의 b1, b2, b3, b4)을 포함한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 어퍼처 키(15)의 개구(17)는 사각형, 박스 인 박스 형태, 중심의 사각형과 그 사각형의 각각의 변에서 한쪽으로 치우쳐서 결합하는 네 개의 작은 사각형들을 포함하는 형태 등일 수 있다.
도 6의 (b)와 (c)에 도시된 형태의 개구(17)를 구비한 어퍼처 키(15)는 제1 검출기(31)와 제2 검출기(33)에서 획득된 이미지에 형성되는 정렬 마크의 중심을 찾기 위해서 사용할 수 있는 정보량이 늘어난다는 점에서 장점이 있다.
제1 빔 스플리터(24)는 광원(10)으로부터 나온 후 어퍼처 키(15)를 통과한 빔을 두 개의 빔으로 분리하는 역할을 한다. 즉, 제1 빔 스플리터(24)는 광원(10)으로부터 나온 빔의 일부는 투과시키고, 일부는 반사시켜서 광원(10)으로부터 나온 빔을 두 개의 빔으로 분리시킨다.
대물렌즈(20)는 제1 빔 스플리터(24)에서 반사된 빔을 웨이퍼(w)의 측정위치에 집광시키고, 측정위치에서의 반사된 빔을 수집하는 역할을 한다. 대물렌즈(20)는 렌즈 초점 액추에이터(25, lens focus actuator)에 설치된다.
대물렌즈(20)는 웨이퍼(w)의 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)가 형성된 측정위치에 빔을 집광시키고, 반사된 빔을 수집한다. 렌즈 초점 액추에이터(25)는 대물렌즈(20)와 웨이퍼(w) 사이의 거리를 조절하여 초점면이 제1 오버레이 마크(OM1) 또는 제2 오버레이 마크(OM2)에 위치하도록 조절할 수 있다. 본 실시예에서는 현재 층에 형성된 제1 오버레이 마크(OM1)에 초점면이 위치하는 것을 기준으로 설명한다.
제2 빔 스플리터(30)는 대물렌즈(20)에서 수집된 빔을 두 개의 빔으로 분리하는 역할을 한다. 대물렌즈(20)에서 수집된 빔은 제1 빔 스플리터(24)를 거쳐 제2 빔 스플리터(30)에서 두 개의 빔으로 분리된다. 즉, 제1 오버레이 마크(OM1) 검출용 빔과 제2 오버레이 마크(OM2) 검출용 빔으로 분리된다.
제1 검출기(31)는 제2 빔 스플리터(30)를 통과한 빔을 검출한다. 제1 검출기(31)는 오버레이 마크들(OM1, OM2)과 제1 정렬 마크(AM1)가 함께 표시된 제1 이미지를 획득한다.
도 8은 도 5에 도시된 제1 검출기에서 획득된 이미지를 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 검출기(31)에서 획득된 제1 이미지는 제1 오버레이 마크(OM1)가 선명하게 표시되며, 제2 오버레이 마크(OM2)는 흐리게 표시된다. 본 실시예에서 초점면이 제1 오버레이 마크(OM1)에 위치하기 때문이다. 또한, 제1 이미지에는 어퍼처 키(15)의 개구(17)의 형태에 따른 제1 정렬 마크(AM1)도 함께 표시된다. 즉, 제1 정렬마크(AM1)의 내부에 선명한 제1 오버레이 마크(OM1)와 흐릿한 제2 오버레이 마크(OM2)가 배치된다. 제1 이미지에서 C1은 제1 검출기(31)의 중심이며, CAM1은 제1 정렬 마크(AM1)의 중심이며, COM1은 제1 오버레이 마크(OM1)의 중심이다.
제2 검출기(33)는 제2 빔 스플리터(30)에서 반사된 빔을 검출한다. 제2 검출기(33)는 그 광축에 직교하는 평면상에서 제2 검출기(33)를 이동시키는 액추에이터(34)에 설치된다. 또한, 액추에이터(34)는 제2 빔 스플리터(30)와 제2 검출기(33) 사이의 거리도 조절할 수 있다.
제2 검출기(33)는 오버레이 마크들(OM1, OM2)과 제2 정렬 마크(AM2)가 함께 표시된 제2 이미지를 획득한다.
상술한 바와 같이, 대물렌즈(20)와 웨이퍼(w) 사이의 거리는 초점면이 제1 오버레이 마크(OM1)에 위치하도록 조절되어 있으므로, 제2 오버레이 마크(OM2)의 선명한 이미지를 획득하기 위해서는 액추에이터(34)를 이용하여 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)의 높이 차이에 따라서 제2 검출기(33)와 제2 빔 스플리터(30) 사이의 거리를 조절하여야 한다.
튜브 렌즈(32, tube lens)는 제2 빔 스플리터(30)와 초점 액추에이터(34) 사이에 설치된다.
도 9는 도 5에 도시된 제2 검출기에서 획득된 이미지를 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 검출기(33)에서 획득된 제2 이미지는 제2 오버레이 마크(OM2)가 선명하게 표시되며, 제1 오버레이 마크(OM1)는 흐리게 표시된다. 액추에이터(34)에 의해서 제2 오버레이 마크(OM2)가 선명하게 표시되도록 제2 검출기(33)의 위치가 조절되었기 때문이다. 또한, 제2 이미지에는 어퍼처 키(15)의 개구(17)의 형태에 따른 제2 정렬 마크(AM2)도 함께 표시된다. 즉, 제2 정렬마크(AM2)의 내부에 흐릿한 제1 오버레이 마크(OM1)와 선명한 제2 오버레이 마크(OM2)가 배치된다. 제2 이미지에서 C2은 제2 검출기(33)의 중심이며, CAM2는 제2 정렬 마크(AM2)의 중심이며, COM2은 제2 오버레이 마크(OM2)의 중심이다.
제어기는 제1 정렬 마크(AM1)와 제2 정렬 마크(AM2) 사이의 편차를 이용하여 제1 검출기(31)와 제2 검출기(33)의 정렬 오차를 보정하는 역할을 한다.
제1 검출기(31)와 제2 검출기(33)의 정렬 오차(δ)는 아래의 수학식 1을 통해서 계산할 수 있다. C1은 제1 검출기(31)의 중심 좌표를 나타내며, C2는 제2 검출기(33)의 중심 좌표를 나타낸다. 그리고 CAM1은 제1 정렬 마크(AM1)의 중심 좌표를 나타내며, CAM2은 제2 정렬 마크(AM2)의 중심 좌표를 나타낸다.
Figure 112020069020058-pat00001
제어기는 제1 검출기(31)와 제2 검출기(33)의 정렬 오차(δ) 값을 이용하여, 제1 오버레이 마크(OM1)의 중심과 제2 오버레이 마크의 중심(OM2)의 차이를 이용하여 측정되는 반도체 디바이스의 층간 정렬 오차 값을 보정할 수 있다.
즉, 아래의 수학식 2와 같이, 제1 이미지와 제2 이미지를 통해서 측정된 제1 오버레이 마크(OM1)의 중심(COM1)과 제2 오버레이 마크(OM2)의 중심(COM2)의 차이 값에서 제1 검출기(31)와 제2 검출기(33)의 정렬 오차(δ)에 의한 부분을 제외함으로써, 정확한 반도체 디바이스의 층간 정렬 오차 값(δOM)을 계산할 수 있다.
Figure 112020069020058-pat00002
또한, 제어기는 제1 검출기(31)와 제2 검출기(33)의 정렬 오차(δ) 값을 이용하여 액추에이터(34)를 제어함으로써, 제2 검출기(33)를 제2 검출기(33)의 광축에 직교하는 평면상에서 이동시켜, 제1 검출기(31)와 제2 검출기(33)를 먼저 정렬한 후에 제1 오버레이 마크(OM1)의 중심과 제2 오버레이 마크(OM2)의 중심의 차이 값을 측정할 수도 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환할 수 있을 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
w: 웨이퍼
OM1: 제1 오버레이 마크
OM2: 제2 오버레이 마크
10: 광원
15: 어퍼처 키
18: 튜브 렌즈
20: 대물렌즈
24: 제1 빔 스플리터
25: 렌즈 초점 액추에이터
30: 제2 빔 스플리터
31: 제1 검출기
32: 튜브 렌즈
33: 제2 검출기
34: 액추에이터

Claims (5)

  1. 웨이퍼에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크를 포함하는 오버레이 마크를 이용하여 서로 다른 층 사이의 오차를 측정하는 장치로서,
    광원과,
    상기 광원으로부터 나온 빔의 일부를 통과시키는 개구를 구비하는 어퍼처 키로서, 상기 개구는 그 개구의 중심을 지나는 제1 직선을 중심으로 선대칭인 적어도 한 쌍의 변을 포함하고, 상기 개구는 그 개구의 중심을 지나며 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 중심으로 선대칭인 적어도 한 쌍의 변을 포함하는 어퍼처 키와,
    상기 어퍼처 키의 개구를 통과한 빔을 웨이퍼의 측정위치에 집광시키고, 측정위치에서 반사된 빔을 수집하는 대물렌즈와,
    상기 대물렌즈에서 수집된 빔을 두 개의 빔으로 분리시키는 빔 스플리터와,
    상기 빔 스플리터를 투과한 빔을 검출하여 상기 개구에 의해 웨이퍼에 결상된 정렬 마크와 오버레이 마크가 함께 표시된 제1 이미지를 획득하는 제1 검출기와,
    상기 빔 스플리터에서 반사된 빔을 검출하여 상기 개구에 의해 웨이퍼에 결상된 정렬 마크와 오버레이 마크가 함께 표시된 제2 이미지를 획득하는 제2 검출기와,
    상기 제1 이미지에 표시된 정렬 마크인 제1 정렬 마크와 상기 제2 이미지에 표시된 정렬 마크인 제2 정렬 마크 사이의 편차를 이용하여 상기 제1 이미지 획득 시의 상기 제1 검출기와 상기 제2 이미지 획득 시의 상기 제2 검출기 사이의 정렬 오차를 보정하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구는 중심의 사각형과 그 사각형의 각각의 변에서 한쪽으로 치우쳐서 결합하는 네 개의 작은 사각형들을 포함하는 형태인 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터와 상기 제2 검출기 사이의 거리를 조절하는 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 검출기의 중심에서 상기 제1 정렬 마크의 중심이 벗어난 정도와, 상기 제2 검출기의 중심에서 상기 제2 정렬 마크의 중심이 벗어난 정도 사이의 차이 값을 이용하여 상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크 사이의 편차를 측정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 검출기 또는 제2 검출기를 그 광축에 직교하는 평면상에서 이동시키는 액추에이터를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 액추에이터를 제어하여 상기 제1 검출기와 제2 검출기의 정렬 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치.


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