KR102580204B1 - 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크, 이를 이용한 광학 수차 평가 방법, 이를 이용한 오버레이 마크 품질 평가 방법, 오버레이 측정 장치, 오버레이 측정 방법 및 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크, 이를 이용한 광학 수차 평가 방법, 이를 이용한 오버레이 마크 품질 평가 방법, 오버레이 측정 장치, 오버레이 측정 방법 및 반도체 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오버레이 마크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 층들 사이의 한쪽 방향 오버레이 오차 측정에 사용되는 오버레이 마크에 관한 것이다. 본 발명은 복수의 층들 사이의 제1 방향으로의 오버레이 오차를 결정하는 오버레이 마크로서, 정렬된 상기 오버레이 마크의 중심을 지나는 상기 제1 방향으로 연장된 축과 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 연장된 축 및 한 쌍의 대각선에 의해서 8 분할된 8개의 배치 영역 중에서, 180도 회전 대칭을 이루는 배치 영역 쌍으로 이루어진 네 개의 배치 영역 세트들과; 각각의 상기 배치 영역 세트를 구성하는 각각의 상기 배치 영역에 상기 제1 방향을 따라서 배치된 패턴 요소들을 포함하며, 동일한 상기 배치 영역 세트에 포함되는 상기 배치 영역들은 동일한 층에 형성되고, 동일한 상기 배치 영역 세트에 배치된 상기 패턴 요소들은 180도 회전 대칭을 이루는 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크를 제공한다.

Description

1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크, 이를 이용한 광학 수차 평가 방법, 이를 이용한 오버레이 마크 품질 평가 방법, 오버레이 측정 장치, 오버레이 측정 방법 및 반도체 소자의 제조방법{Overlay Mark for One-dimensional Overlay Measurement, Optical Aberration Evaluation Method, Overlay Mark Quality Evaluation Method, Overlay Measurement Device, Overlay Measurement Method, and Semiconductor Device Manufacturing Method Using the Same}
본 발명은 오버레이 마크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 층들 사이의 한쪽 방향 오버레이 오차 측정에 사용되는 오버레이 마크에 관한 것이다.
반도체 기판상에는 복수 개의 패턴 층들이 순차적으로 형성된다. 또한, 더블 패터닝 등을 통해서 하나의 층의 회로가 두 개의 패턴으로 나뉘어 형성되기도 한다. 이러한 패턴 층들 또는 하나의 층의 복수의 패턴들이 미리 설정된 위치에 정확하게 형성되어야만, 원하는 반도체 소자를 제조할 수 있다.
따라서 패턴 층들이 정확하게 정렬되었는지를 확인하기 위해서, 패턴 층들과 동시에 형성되는 오버레이 마크들이 사용된다.
오버레이 마크를 이용하여 오버레이를 측정하는 방법은 아래와 같다. 먼저, 이전 공정, 예를 들어, 에칭 공정에서 형성된 패턴 층에, 패턴 층 형성과 동시에 오버레이 마크의 일부인 하나의 구조물을 형성한다. 그리고 후속 공정, 예를 들어, 포토리소그래피 공정에서, 포토레지스트에 오버레이 마크의 나머지 구조물을 형성한다.
그리고 오버레이 측정 장치를 통해서 이전 공정에 형성된 패턴 층의 오버레이 구조물(포토레지스트 층을 투과하여 이미지 획득)과 포토레지스트 층의 오버레이 구조물의 이미지를 획득하고, 이들 이미지들의 중심들 사이의 오프셋 값을 계측하여 오버레이 값을 측정한다.
좀 더 구체적으로, 일본공개특허 2020-112807에는 기판에 형성된 오버레이 마크의 이미지를 캡처하고, 캡처된 이미지에서 복수의 워킹 존은 선택하고, 선택된 워킹 존 각각에 대해 정보를 가진 신호를 형성하고, 이들을 비교함으로써 서로 다른 층들 또는 서로 다른 패턴들 사이의 상대적인 어긋남을 결정하는 방법이 개시되어 있다.
도 1은 종래의 오버레이 마크의 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 오버레이 마크(101)는 제1 패턴 층과 함께 형성되는 제1 오버레이 마크(102)와, 제2 패턴 층과 함께 형성되는 제2 오버레이 마크(103)를 포함한다. 오버레이 마크(101)는 4개의 워킹 존(working zone) 세트(104, 105, 106, 107)들을 구비한다. 그리고 각각의 워킹 존 세트(104, 105, 106, 107)는 서로 대각선상으로 배치되는 2개의 워킹 존들을 구비한다. 각각의 워킹 존 세트(104, 105, 106, 107)는 해당 워킹 존 세트와 함께 형성된 패턴 층의 X축 또는 Y축 방향으로의 오버레이 오차 측정에 사용된다.
각각의 워킹 존은 오버레이 마크(101)의 중심으로부터 오버레이 마크(101)의 외곽까지 일정한 간격으로 배치되는 바들을 포함한다. 따라서 오버레이 측정 장치를 이용해서, 워킹 존 세트(104, 105, 106, 107)에 속하는 두 개의 워킹 존으로부터, 도 2에 도시된 바와 같은, 주기적인 신호를 각각 획득할 수 있다. 도 2의 그래프는. 예를 들어, 도 1에서 선택된 일부 영역(108)으로부터 얻을 수 있다.
도 2의 그래프에서 피크들을 바들이 배치된 부분에 나타난다. 종래의 오버레이 마크(101)는 바들이 주기적으로 배치되므로, 획득되는 신호도 주기성을 가진다. 그리고 선택된 두 개의 영역(108, 108')으로부터 획득한 두 개의 주기적인 신호의 상관 분석(correlation)을 통해서 오버레이 오차를 측정한다.
최근에 오버레이 오차 측정이 필요한 샘플의 크기가 계속 감소함에 따라 이러한 오버레이 측정 샘플에 맞도록 구성된 오버레이 마크의 사용이 필요하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 현재의 오버레이 마크는 X축 방향과 Y축 방향으로의 오버레이 오차의 측정을 위해서 X축 방향으로 배치된 주기적 바들과, Y축 방향으로 배치된 주기적 바들을 포함한다. 그러나 이러한 2차원 오버레이 오차 측정에는 더 큰 크기의 오버레이 마크가 필요하다.
따라서, 1차원 오버레이 오차 측정 방법과 호환되는 오버레이 마크가 요구된다. 이러한 오버레이 마크는 오버레이 오차 측정이 필요한 샘플에서 더 작은 영역을 차지할 수 있다.
또한, 최근에는 멀티 패터닝과 관련해서, 한 번에 많은 층들을 정렬할 필요가 생겼다. 과거에는 하나의 층이 다른 하나의 층에 정렬되었으나, 최근에는 하나의 층이 다른 복수의 층에 정렬될 필요가 있다. 이때, 종래의 오버레이 마크를 이용한다면, 너무 많은 수의 오버레이 마크를 반도체 웨이퍼의 스크라이브 레인에 형성하여야 한다. 예를 들어, 더블 패터닝 공정이 적용된 3개의 층을 정렬하기 위해서는 15개의 오버레이 마크가 필요하며, 트리플 패터닝 공정이 적용된 3개의 층을 정렬하기 위해서는 36개의 오버레이 마크가 필요하다.
또한, 오버레이 오차를 측정하기 위해서 사용되는 오버레이 마크의 평면상 위치가 서로 다르기 때문에 오버레이 측정장치의 평면상 이동이 필요하므로 오차가 생길 수 있다는 문제도 있었다.
미국공개특허 US 2021-0381825A1 일본등록특허 5180419 일본공개특허 2020-112807
본 발명은 상술한 문제점들을 개선하기 위한 것으로서, 복수의 층들의 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 복수의 층들 사이의 제1 방향으로의 오버레이 오차를 결정하는 오버레이 마크로서, 정렬된 상기 오버레이 마크의 중심을 지나는 상기 제1 방향으로 연장된 축과 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 연장된 축 및 한 쌍의 대각선에 의해서 8 분할된 8개의 배치 영역 중에서, 180도 회전 대칭을 이루는 배치 영역 쌍으로 이루어진 네 개의 배치 영역 세트들과; 각각의 상기 배치 영역 세트를 구성하는 각각의 상기 배치 영역에 상기 제1 방향을 따라서 배치된 패턴 요소들을 포함하며, 동일한 상기 배치 영역 세트에 포함되는 상기 배치 영역들은 동일한 층에 형성되고, 동일한 상기 배치 영역 세트에 배치된 상기 패턴 요소들은 180도 회전 대칭을 이루는 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 서로 다른 배치 영역 세트에 포함되는 상기 배치 영역들은 서로 다른 층에 형성되는 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 상기 패턴 요소는 상기 제2 방향으로 연장된 바인 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 상기 패턴 요소들은 동일한 피치를 가지는 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 상기 배치 영역들은 직삼각형 형태인 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 본 발명은, 오버레이 마크를 이용하여 광학 수차를 측정하는 방법으로서, 상기 오버레이 마크는 상술한 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크이며, a) 복수의 연속하는 패턴 층들과 동시에 형성된 오버레이 마크를 촬영하여 오버레이 마크 이미지를 획득하는 단계와, b) 상기 오버레이 마크 이미지에서 중심과 형태가 서로 일치하고, 면적만 서로 다른 제1 수차 측정 영역과, 제2 수차 측정 영역을 각각 선택하는 단계와, c) 상기 배치 영역 세트와 상기 제1 수차 측정 영역의 교집합에 속하는 한 쌍의 상기 배치 영역들을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득하는 단계와, d) 상기 c) 단계에서 획득된 상기 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점과, 상기 배치 영역 세트와 상기 제1 수차 측정 영역의 교집합에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정하는 단계와, e) 상기 배치 영역 세트와 상기 제2 수차 측정 영역의 교집합에 속하는 한 쌍의 상기 배치 영역들을 각각 대표하는 한 쌍의 신호를 획득하는 단계와, f) 상기 e) 단계에서 획득된 상기 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 상기 기준점과, 상기 배치 영역 세트와 상기 제2 수차 측정 영역의 교집합에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정하는 단계와, g) 상기 d) 단계에서 측정된 오프셋과 상기 f) 단계에서 측정된 오프셋 사이의 차이를 이용하여 광학 수차를 평가하는 단계를 포함하는 광학 수차 평가 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 오버레이 마크의 품질 평가 방법으로서, 상기 오버레이 마크는 상술한 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크이며, a) 복수의 연속하는 패턴 층들과 동시에 형성된 오버레이 마크를 촬영하여 오버레이 마크 이미지를 획득하는 단계와, b) 상기 배치 영역 세트에 속하는 하나의 배치 영역에서 상기 제1 방향으로 연장된 제1 평가 영역을 선택하고, 다른 하나의 배치 영역에서 상기 제1 평가 영역과 쌍을 이루며 상기 제1 평가 영역과 180도 회전 대칭을 이루는 제2 평가 영역을 선택하는 단계와, c) 쌍을 이루는 상기 제1 평가 영역과 상기 제2 평가 영역을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득하는 단계와, d) 상기 c) 단계에서 획득된 상기 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점과, 상기 제1 평가 영역 및 상기 제2 평가 영역에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정하는 단계와, e) 상기 배치 영역 세트에 속하는 상기 하나의 배치 영역에서 상기 제1 방향으로 연장된 제3 평가 영역을 선택하고, 상기 다른 하나의 배치 영역에서 상기 제3 평가 영역과 쌍을 이루며 상기 제3 평가 영역과 180도 회전 대칭을 이루는 제4 평가 영역을 선택하는 단계와, f) 쌍을 이루는 상기 제3 평가 영역과 상기 제4 평가 영역을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득하는 단계와, g) 상기 f) 단계에서 획득된 상기 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점과, 상기 제3 평가 영역 및 상기 제4 평가 영역에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정하는 단계와, h) 상기 d) 단계에서 측정된 오프셋과 상기 g) 단계에서 측정된 오프셋 사이의 차이를 이용하여 상기 오버레이 마크의 품질을 평가하는 단계를 포함하는 오버레이 마크의 품질 평가 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 복수의 연속하는 패턴 층을 형성함과 동시에 형성된 오버레이 마크를 조명하는 조명 광학계와, 상기 오버레이 마크로부터의 반사광을 집광하여 오버레이 마크 이미지를 결상시키는 결상 광학계와, 상기 결상 광학계에 의해 결상된 상기 오버레이 마크 이미지를 획득하는 이미지 획득 장치와, 상기 이미지 획득 장치에 의해 얻어진 상기 오버레이 마크 이미지를 처리하여 복수의 연속하는 패턴 층 사이의 오버레이를 측정하는 오버레이 측정 장치로서, 상기 오버레이 마크는 상술한 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크인 오버레이 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 복수의 연속하는 패턴 층들 사이의 오버레이 오차를 측정하는 방법으로서, 복수의 연속하는 패턴 층들과 동시에 형성된 오버레이 마크를 촬영하여 오버레이 마크 이미지를 획득하는 단계와, 상기 오버레이 마크 이미지를 분석하는 단계를 포함하며, 상기 오버레이 마크는 상술한 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크인 오버레이 측정방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 반도체 소자의 제조방법으로서, 복수의 연속하는 패턴 층들과 동시에 오버레이 마크를 형성하는 단계와, 상기 오버레이 마크를 이용하여 오버레이 오차를 측정하는 단계와, 측정된 오버레이 오차를 복수의 연속하는 패턴 층을 형성하기 위한 공정제어에 이용하는 단계를 포함하며, 상기 오버레이 마크는 상술한 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크인 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크는 종래의 2차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크에 비해서 스크라이브 레인에서 차지하는 영역을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 광학 수차 측정을 위해서도 사용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 오버레이 마크의 품질 측정이 가능하다는 장점도 있다.
도 1은 종래의 오버레이 마크의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 하나의 워킹 존으로부터 획득된 신호를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 마크의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 측정 장치의 개략도이다.
도 5는 Y축 방향으로의 오버레이 오차 측정을 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 오버레이 마크의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 수차 측정 방법의 순서도이다.
도 7은 도 6의 제1 및 제2 수차 영역 선택 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6의 제1 수차 측정 영역의 중심의 오프셋을 측정하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 6의 제2 수차 측정 영역의 중심의 오프셋을 측정하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 마크 품질 평가 방법의 순서도이다.
도 11은 도 10의 평가 영역들 선택 단계를 설명하기 위한 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 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 마크의 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 마크(100)는 제1 오버레이 마크(10), 제2 오버레이 마크(20), 제3 오버레이 마크(30), 및 제4 오버레이 마크(40)를 포함한다.
예를 들어, 오버레이 마크(100) 중에서 제1 패턴 층과 함께 형성되는 부분을 제1 오버레이 마크(10), 제2 패턴 층과 함께 형성되는 부분을 제2 오버레이 마크(20), 제3 패턴 층과 함께 형성되는 부분을 제3 오버레이 마크(30), 제4 패턴 층과 함께 형성되는 부분을 제4 오버레이 마크(40)라고 할 수 있다.
도 3은 제1 내지 제4 오버레이 마크(10, 20, 30, 40)들이 완벽하게 정렬된 상태를 나타낸다. 즉, 제1 패턴 층 내지 제4 패턴 층이 서로 정렬된 상태를 나타낸다.
도 3에서는 제1 내지 제4 오버레이 마크(10, 20, 30, 40)들을 서로 구별하기 위해서 서로 다른 해칭(hatching) 패턴을 사용하여 표시하였다. 사용된 해칭 패턴은 제1 내지 제4 오버레이 마크(10, 20, 30, 40)들을 용이하기 구별하기 위한 것일 뿐이며 제1 내지 제4 오버레이 마크(10, 20, 30, 40)들의 형태와는 무관하다.
본 실시예의 오버레이 마크(100)는 반도체 웨이퍼의 스크라이브 레인에 형성되어 반도체 웨이퍼 상의 4개의 패턴 층들 간의 제1 방향으로의 오버레이 오차를 측정하기 위해 제공될 수 있다.
즉, 제1 패턴 층과 제2 패턴 층 사이의 제1 방향 오버레이 오차 값과, 제1 패턴 층과 제3 패턴 층 사이의 제1 방향 오버레이 오차 값, 제1 패턴 층과 제4 패턴 층 사이의 제1 방향 오버레이 오차 값, 제2 패턴 층과 제3 패턴 층 사이의 제1 방향 오버레이 오차 값, 제2 패턴 층과 제4 패턴 층 사이의 제1 방향 오버레이 오차 값, 제3 패턴 층과 제4 패턴 층 사이의 제1 방향 오버레이 오차 값의 측정에 사용될 수 있다. 제1 방향은 X축 방향 또는 Y축 방향일 수 있다. 이하에서는 제1 방향이 X축 방향인 것으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 정렬된 오버레이 마크(100)를 기준으로 오버레이 마크(100)는 중심(C)을 지나는 X축, Y축 및 한 쌍의 대각선(D1, D2)에 의해서 8 분할된 8개의 배치 영역(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)들을 구비한다. 각각의 사분면에 두 개의 배치 영역들이 포함된다. 이하에서는 12시 방향을 기준으로 시계방향을 따라서 순서대로 배치 영역(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)들을 제1 배치 영역 내지 제8 배치 영역(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)으로 부른다. 배치 영역(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)들은 서로 겹치지 않는다. 각각의 배치 영역(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)은 직삼각형 형태이다. 배치 영역(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)들은 서로 인접하여 배치되며 오버레이 마크(100)는 전체적으로 정사각형 형태를 이룰 수 있다. 모든 배치 영역(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)들은 오버레이 마크(100)의 중심에 대해 동일하게 배치된다.
이들 8개의 배치 영역(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)들은 네 개의 배치 영역 세트(C1, C2, C3, C4)들로 그룹화된다. 각각의 배치 영역 세트(C1, C2, C3, C4)는 180도 회전 대칭을 이루는 한 쌍의 배치 영역들을 포함한다. 하나의 배치 영역 세트를 이루는 한 쌍의 배치 영역들은 대각선상으로 배치된다.
예를 들어, 제1 배치 영역 세트(C1)는 제1 배치 영역(1)과, 제5 배치 영역(5)으로 이루어질 수 있다. 제2 배치 영역 세트(C2)는 제2 배치 영역(2)과, 제6 배치 영역(6)으로 이루어질 수 있다. 제3 배치 영역 세트(C2)는 제3 배치 영역(3)과, 제7 배치 영역(7)으로 이루어질 수 있다. 제4 배치 영역 세트(C4)는 제4 배치 영역(4)과, 제8 배치 영역(8)으로 이루어질 수 있다. 각각의 배치 영역 세트(C1, C2, C3, C4)에 속하는 배치 영역들은 동일한 층에 배치된다.
제1 오버레이 마크(10)는 제1 배치 영역 세트(C1)에 배치된다. 제1 오버레이 마크(10)는 제1 배치 영역(1)과 제5 배치 영역(5)에 X축 방향을 따라서 간격을 두고 나란하게 배치되는 제1 패턴 요소(11a, 11b)들을 포함한다. 제1 패턴 요소(11a, 11b)들은 Y축 방향으로 길게 연장된 제1 바들일 수 있다. 제1 패턴 요소(11a, 11b)들은 제1 배치 영역(1)과 제5 배치 영역(5)을 거의 가득 채우도록 배치된다. 제1 패턴 요소(11a, 11b)들은 전체적으로 제1 배치 영역 세트(C1)의 중심(도 3에서는 오버레이 마크의 중심(C)과 일치함)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다. 제1 패턴 요소(11a, 11b)들은 단일 피치 또는 복수의 피치를 가질 수 있다. 제1 패턴 요소(11a, 11b)들의 폭은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 제1 바들의 길이는 제1 배치 영역(1)과 제5 배치 영역(5)의 형태에 따라서 중심부에서 외곽으로 진행할수록 길어진다.
제2 오버레이 마크(20)는 제2 배치 영역 세트(C2)에 배치된다. 제2 오버레이 마크(20)는 제2 배치 영역(2)과 제6 배치 영역(6)에 X축 방향을 따라서 간격을 두고 나란하게 배치되는 제2 패턴 요소(21a, 21b)들을 포함한다. 제2 패턴 요소(21a, 21b)들은 Y축 방향으로 길게 연장된 제2 바들일 수 있다. 제2 패턴 요소(21a, 21b)들은 제2 배치 영역(2)과 제6 배치 영역(6)을 거의 가득 채우도록 배치된다. 제2 패턴 요소(21a, 21b)들은 전체적으로 제2 배치 영역 세트(C2)의 중심(도 3에서는 오버레이 마크의 중심(C)과 일치함)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다. 제2 패턴 요소(21a, 21b)들은 단일 피치 또는 복수의 피치를 가질 수 있다. 제2 패턴 요소(21a, 21b)들의 폭은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 제2 바들의 길이는 제2 배치 영역(2)과 제6 배치 영역(6)의 형태에 따라서 중심부에서 외곽으로 진행할수록 길어진다. 제2 패턴 요소(21a, 21b)들의 피치는 제1 패턴 요소(11a, 11b)들의 피치와 동일할 수 있다.
제3 오버레이 마크(30)는 제3 배치 영역 세트(C3)에 배치된다. 제3 오버레이 마크(30)는 제3 배치 영역(3)과 제7 배치 영역(7)에 X축 방향을 따라서 간격을 두고 나란하게 배치되는 제3 패턴 요소(31a, 31b)들을 포함한다. 제3 패턴 요소(31a, 31b)들은 Y축 방향으로 길게 연장된 제3 바들일 수 있다. 제3 패턴 요소(31a, 31b)들은 제3 배치 영역(3)과 제7 배치 영역(7)을 거의 가득 채우도록 배치된다. 제3 패턴 요소(31a, 31b)들은 전체적으로 제3 배치 영역 세트(C3)의 중심(도 3에서는 오버레이 마크의 중심(C)과 일치함)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다. 제3 패턴 요소(31a, 31b)들은 단일 피치 또는 복수의 피치를 가질 수 있다. 제3 패턴 요소(31a, 31b)들의 폭은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 제3 바들의 길이는 제3 배치 영역(3)과 제7 배치 영역(7)의 형태에 따라서 중심부에서 외곽으로 진행할수록 길어진다. 제3 패턴 요소(31a, 31b)들의 피치는 제1 패턴 요소(11a, 11b)들의 피치와 동일할 수 있다.
제4 오버레이 마크(40)는 제4 배치 영역 세트(C4)에 배치된다. 제4 오버레이 마크(40)는 제4 배치 영역(4)과 제8 배치 영역(8)에 X축 방향을 따라서 간격을 두고 나란하게 배치되는 제4 패턴 요소(41a, 41b)들을 포함한다. 제4 패턴 요소(41a, 41b)들은 Y축 방향으로 길게 연장된 제4 바들일 수 있다. 제4 패턴 요소(41a, 41b)들은 제4 배치 영역(4)과 제8 배치 영역(8)을 거의 가득 채우도록 배치된다. 제4 패턴 요소(41a, 41b)들은 전체적으로 제4 배치 영역 세트(C4)의 중심(도 3에서는 오버레이 마크의 중심(C)과 일치함)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다. 제4 패턴 요소(41a, 41b)들은 단일 피치 또는 복수의 피치를 가질 수 있다. 제4 패턴 요소(41a, 41b)들의 폭은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 제4 바들의 길이는 제4 배치 영역(4)과 제8 배치 영역(8)의 형태에 따라서 중심부에서 외곽으로 진행할수록 길어진다. 제4 패턴 요소(41a, 41b)들의 피치는 제1 패턴 요소(11a, 11b)들의 피치와 동일할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다른 패턴 층에 형성된 패턴 요소들은 동일선상에 배치될 수 있다. 도 3에서 대응하는 제1 패턴 요소(11a), 제2 패턴 요소(21a), 제3 패턴 요소(31a), 제4 패턴 요소(41a)는 동일선상에 배치된다.
이하에서는 도 3에 도시된 오버레이 마크를 이용한 오버레이 측정 방법을 간단하게 설명한다.
오버레이 측정 방법은 오버레이 마크(100)의 이미지를 획득하는 단계와, 오버레이 마크(100)의 이미지를 분석하는 단계를 포함한다.
오버레이 마크(100)의 이미지를 획득하는 단계는 일반적으로, 오버레이 측정 장치를 이용하여 제1 내지 제4 오버레이 마크(10, 20, 30, 40)의 이미지를 한 번에 획득하는 단계이다. 패턴 층들 사의 높이 차이가 클 경우에는 초점 위치를 변경하면서 획득한 이미지들을 조합하여 하나의 오버레이 마크 이미지를 획득할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 측정 장치의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 오버레이 측정 장치(1000)는 반도체 웨이퍼(W) 상의 오버레이 마크를 조명하는 조명 광학계(1010)와, 오버레이 마크로부터의 반사광을 집광하여 오버레이 마크 이미지를 결상시키는 결상 광학계(1020)와, 결상 광학계(1020)에 의해 결상된 오버레이 마크 이미지를 획득하는 이미지 검출기(1030)를 포함한다. 오버레이 측정 장치(1000)는 획득된 오버레이 마크 이미지를 처리하여 복수의 연속하는 패턴 층 사이의 오버레이를 측정할 수 있다.
조명 광학계(1010)는 다양한 광학 요소들을 이용하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 조명 광학계(1010)는 조명원(1011)과, 빔 스플리터(1013)와, 대물렌즈(1015)를 포함할 수 있다. 또한, 다른 렌즈나 조리개 등의 광학 요소들을 더 포함할 수도 있다.
조명원(1011)은 오버레이 마크를 비추는 조명을 생성하는 역할을 한다. 조명원(1011)은 넓은 파장 대역의 광을 생성할 수 있는 광원과 투과하는 광의 파장 대역을 조절할 수는 가변 광학 필터들을 포함할 수 있다.
빔 스플리터(1013)는 조명원(1011)과 대물렌즈(1013) 사이에 배치되어, 조명원(1011)으로부터의 조명을 대물렌즈(1013)에 전달하는 역할을 한다.
대물렌즈(1015)는 조명을 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 측정위치에 집광시키고, 측정위치에서의 반사된 반사광을 수집하는 역할을 한다. 대물렌즈(1015)는 렌즈 초점 액추에이터(1017)에 설치된다. 렌즈 초점 액추에이터(1017)는 대물렌즈(1015)와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 거리를 조절하는데 사용된다.
결상 광학계(1020)는 다양한 광학 요소들을 이용하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 결상 광학계(1020)는 튜브 렌즈(1021)를 포함할 수 있다. 또한, 결상 광학계(1020)는 조명 광학계(1010)의 대물렌즈(1015)와 빔 스플리터(1013)를 사용할 수 있다. 또한, 다른 렌즈나 조리개 등의 광학 요소들을 더 포함할 수도 있다.
대물렌즈(1015)에서 수집된 반사광은 빔 스플리터(1013)를 투과한 후에 튜브 렌즈(1021)에 의해서 이미지 검출기(1030)에 집광된다.
이미지 검출기(1030)는 조명에 의한 오버레이 마크로부터의 반사광을 수광하여 오버레이 마크 이미지를 생성하는 역할을 한다. 이미지 검출기(1030)는 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라일 수 있다.
오버레이 마크(100)의 이미지를 분석하는 단계는 획득된 오버레이 마크 이미지에서 두 세트의 배치 영역 세트들을 선택하는 단계로 시작된다. 만약, 제1 패턴 층과 제2 패턴 층 사이의 오버레이 오차를 측정하고자 한다면, 제1 배치 영역 세트(C1)와 제2 배치 영역 세트(C2)를 선택할 수 있다.
다음, 제1 배치 영역 세트(C1)에 속하는 제1 배치 영역(1)과 제5 배치 영역(5)으로부터 이들 영역을 대표하는 신호를 각각 획득한다. 예를 들어, 제1 배치 영역(1)과 제5 배치 영역(5)의 2차원 이미지를 1차원으로 프로젝션하여 신호를 획득할 수 있다. 즉, 2차원 이미지에서 동일한 X 값을 가지는 픽셀들의 그레이 값들을 모두 더하거나, 그레이 값들의 평균을 구하거나, 그레이 값들을 정규화하는 방법으로 1차원 그래프를 얻을 수 있다. 패턴 요소와 배경은 그레이 값이 서로 다르므로, 이러한 1차원 그래프에서는 패턴 요소의 위치에 피크가 형성된다. 그리고 제1 배치 영역(1)을 대표하는 1차원 그래프와, 제5 배치 영역(5)을 대표하는 1차원 그래프의 상관 분석을 통해서 제1 오버레이 마크(10)의 중심(제1 배치 영역 세트의 중심)과 기준점, 예를 들어, 오버레이 마크 이미지의 중심(C) 사이의 오프셋을 측정할 수 있다. 도 3은 오버레이 마크(100)가 완전히 정렬된 상태를 나타내므로, 오버레이 마크 이미지의 중심(C)과 제1 내지 제4 오버레이 마크(10, 20, 30, 40)들의 중심들과 일치하는 것으로 도시되어 있으나, 오버레이 오차가 있는 경우에는 서로 일치하지 않는다. 제1 내지 제4 오버레이 마크(10, 20, 30, 40)들의 중심들 사이의 X 방향으로의 오차는 X 방향으로의 오버레이 오차를 나타낸다.
다음, 같은 방법으로 제2 배치 영역 세트(C2)에 속하는 배치 영역(2, 6)들로부터 이들을 대표하는 신호를 획득한 후 이들의 상관 분석을 통해서 제2 오버레이 마크(20)의 중심(제2 배치 영역 세트의 중심)과 기준점, 예를 들어, 오버레이 마크 이미지의 중심(C) 사이의 오프셋을 측정할 수 있다.
그리고 제1 오버레이 마크(10)의 중심과 기준점 상의 오프셋과 제2 오버레이 마크(20)의 중심과 기준점 상의 오프셋을 이용하여, 제1 오버레이 마크(10)의 중심과 제2 오버레이 마크(20)의 중심 사이의 오프셋을 구할 수 있다. 이 값이, 제1 오버레이 마크(10)(제1 패턴 층)과 제2 오버레이 마크(20)(제2 패턴 층) 사이의 X축 방향으로의 오버레이 오차가 된다.
같은 방법으로 다른 층들 사이의 X축 방향으로의 오버레이 오차도 측정할 수 있다.
Y축 방향으로의 오버레이 오차는 도 5에 도시된 오버레이 마크(200)를 이용하여 측정할 수 있다. 도 5에 도시된 오버레이 마크(200)는 도 3에 도시된 오버레이 마크(100)를 90도 회전시킨 형태이다. 도 5에 도시된 오버레이 마크(200)는 패턴요소(111a, 111b, 121a, 121b, 131a, 131b, 141a, 141b)들이 Y축 방향으로 간격을 두고 배치된다는 점 이외에는 도 3에 도시된 오버레이 마크(100)와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. X축 방향과 Y축 방향으로의 오버레이 오차를 모두 측정해야 하는 경우에는 도 3에 도시된 오버레이 마크(100)와 도 5에 도시된 오버레이 마크(200)를 반도체 웨이퍼의 스크라이브 레인에 인접하게 형성할 수 있다.
이하에서는, 도 3에 도시된 오버레이 마크를 이용한 광학 수차 측정 방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 수차 측정 방법의 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 광학 수차 측정 방법은 오버레이 마크(100)의 이미지를 획득하는 단계(S1)로 시작된다. 본 단계는 상술한 오버레이 측정 방법에서의 오버레이 마크(100)의 이미지를 획득하는 단계와 동일하다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 획득된 오버레이 마크 이미지에서 형상이 동일하고, 중심이 일치하며, 면적만 서로 다른 제1 수차 측정 영역(A1)과, 제2 수차 측정 영역(A2)을 선택한다(S2). 제1 수차 측정 영역(A1)과 제2 수차 측정 영역(A2)의 중심은 오버레이 마크 이미지의 중심(C)과 일치할 수 있다. 제1 수차 측정 영역(A1)과 제2 수차 측정 영역(A2)은, 예를 들어, 정사각형 형태일 수 있다.
다음, 선택된 배치 영역 세트와 제1 수차 측정 영역(A1)의 교집합에 속하는 한 쌍의 배치 영역들을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득한다(S3).
예를 들어, 제1 배치 영역 세트(C1)를 선택한다면, 제1 배치 영역 세트(C1)와 제1 수차 측정 영역(A1)의 교집합에 속하는 제1 배치 영역(1´)과 제5 배치 영역(5´)을 대표하는 신호를 각각 획득한다. 예를 들어, 이들 영역의 2차원 이미지를 1차원으로 프로젝션하여 신호를 획득할 수 있다.
다음, 획득된 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점, 예를 들어, 오버레이 마크 이미지의 중심(C)과 배치 영역 세트와 제1 수차 측정 영역(A1)의 교집합에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정한다(S4).
제1 배치 영역 세트(C1)를 선택했다면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 배치 영역(1)을 대표하는 1차원 그래프(G1-1)를 좌우 반전시킨 그래프(G1-1´)를 제5 배치 영역(5)을 대표하는 1차원 그래프(G2-1)와 비교하여 두 그래프(G1-1´, G2-1)들의 피크들 사이의 오프셋 값(△X1)을 측정하고, 이 값의 절반을, 기준점, 예를 들어, 오버레이 마크 이미지의 중심과 제1 수차 측정 영역(A1)에 속하는 제1 오버레이 마크(10´)(제1 패턴 요소들) 사이의 오프셋 값으로 구할 수 있다.
다음, S3와 같은 방법으로, 선택된 배치 영역 세트와 제2 수차 측정 영역(A2)의 교집합에 속하는 한 쌍의 배치 영역(1˝, 5˝)들을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득한다(S5).
다음, S4와 같은 방법으로, 기준점과 제2 수차 측정 영역(A2)에 속하는 제1 오버레이 마크(10˝)(제1 패턴 요소들) 사이의 오프셋 값을 측정한다(S6).
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 수차 측정 영역(A2)에 속하는 제1 배치 영역(1˝)을 대표하는 1차원 그래프(G1-2)를 좌우 반전시킨 그래프(G1-2´)를 제2 수차 측정 영역(A2)에 속하는 제5 배치 영역(5)을 대표하는 1차원 그래프(G2-2)와 비교하여 두 그래프(G1-2´, G2-2)들의 피크들 사이의 오프셋 값(△X2)을 측정하고, 이 값의 절반을 기준점과 제2 수차 측정 영역(A2)에 속하는 제1 오버레이 마크(10˝)(제1 패턴 요소들) 사이의 오프셋 값으로 구할 수 있다.
다음, S4 단계에서 측정된 오프셋과 S6 단계에서 측정된 오프셋 사이의 차이를 이용하여 광학 수차를 평가한다.
만약에, 제1 오버레이 마크(10)와 관련된 광학 수차가 0이라면, 기준점과 제1 수차 측정 영역(A1)에 속하는 제1 오버레이 마크(10´) 사이의 오프셋 값(△X1)과 기준점과 제2 수차 측정 영역(A2)에 속하는 제1 오버레이 마크(10˝) 사이의 오프셋 값(△X2)은 서로 일치해야 한다.
오프셋 값들이 서로 다르다면 그 값들의 차이 값은 광학 수차의 정도를 평가하는 지표가 될 것이다. 그 차이 값이 클수록 제1 오버레이 마크(10)와 관련된 광학 수차가 큰 것으로 평가할 수 있다.
같은 방법으로 제2 오버레이 마크 내지 제4 오버레이 마크(20, 30, 40)와 관련된 광학 수차를 평가하는 지표를 따로 구할 수 있다. 또한, 이들의 지표들의 평균 또는 합을 전체 오버레이 마크(100)에 관한 광학 수차를 평가하는 지표로 사용할 수 있다.
이하에서는, 도 3에 도시된 오버레이 마크를 이용한 오버레이 마크 품질 평가 방법을 설명한다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 마크 품질 평가 방법의 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 오버레이 마크 품질 평가 방법은 오버레이 마크(100)의 이미지를 획득하는 단계(S11)로 시작된다. 본 단계는 상술한 오버레이 측정 방법에서의 오버레이 마크(100)의 이미지를 획득하는 단계와 동일하다.
다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 선택된 배치 영역 세트(도 11에서는 제1 배치 영역 세트)에 속하는 하나의 배치 영역에서 제1 평가 영역(R1)을 선택하고, 다른 하나의 배치 영역에서 제1 평가 영역(R1)과 쌍을 이루는 제2 평가 영역(R2)을 선택한다(S12). 제1 평가 영역(R1)은 제1 방향으로 길게 연장된 직사각형 형태이다. 제2 평가 영역(R2)은 제1 평가 영역(R1)과 180도 회전 대칭을 이룬다. 제1 평가 영역(R1)은 제1 패턴 요소(11a)들과 교차하며, 제2 평가 영역(R2)은 제2 패턴 요소(11b)들과 교차한다.
다음, 쌍을 이루는 제1 평가 영역(R1)과 제2 평가 영역(R2)을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득한다(S13). 본 단계는 제1 평가 영역(R1)과 제2 평가 영역(R2)에서 얻은 2차원 이미지를 각각 프로젝션하는 단계일 수 있다.
다음, S13 단계에서 획득된 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점과, 제1 평가 영역(R1) 및 제2 평가 영역(R2)에 속하는 패턴 요소(11a, 11b)들의 중심 사이의 오프셋을 측정한다(S14). 기준점은, 예를 들어, 오버레이 마크 이미지의 중심(C) 또는 제1 배치 영역 세트(C1)의 중심일 수 있다. 도 11에서는 두 중심이 일치하지만 일치하지 않을 수도 있다.
다음, 선택된 배치 영역 세트에 속하는 상기 하나의 배치 영역에서 제3 평가 영역(R3)을 선택하고, 상기 다른 하나의 배치 영역에서 제3 평가 영역(R3)과 쌍을 이루며 제3 평가 영역(R3)과 180도 회전 대칭을 이루는 제4 평가 영역(R4)을 선택한다(S15).
다음, 쌍을 이루는 제3 평가 영역(R3)과 제4 평가 영역(R4)을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득한다(S16).
다음, S16 단계에서 획득된 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점과, 제3 평가 영역(R3) 및 제4 평가 영역(R4)에 속하는 패턴 요소(11a, 11b)들의 중심 사이의 오프셋을 측정한다(S17).
다음, S14 단계에서 측정된 오프셋과 S17 단계에서 측정된 오프셋 사이의 차이를 이용하여 오버레이 마크의 품질을 평가한다(S18). 본 단계에서는 S14 단계에서 측정된 오프셋과 S17 단계에서 측정된 오프셋 사이의 차이가 작을수록 품질이 우수한 것으로 평가할 수 있다. 다른 배치 영역 세트에 형성된 오버레이 마크의 품질도 같은 방법으로 평가할 수 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 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
100, 200: 오버레이 마크
10: 제1 오버레이 마크
11a, 11b: 제1 패턴 요소
20: 제2 오버레이 마크
21a, 21b: 제2 패턴 요소
30: 제3 오버레이 마크
31a, 31b: 제3 패턴 요소
40: 제4 오버레이 마크
41a, 41b: 제4 패턴 요소

Claims (10)

  1. 오버레이 마크를 이용하여 광학 수차를 측정하는 방법으로서,
    상기 오버레이 마크는,
    복수의 층들 사이의 제1 방향으로의 오버레이 오차를 결정하는 오버레이 마크로서,
    정렬된 상기 오버레이 마크의 중심을 지나는 상기 제1 방향으로 연장된 축과 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 연장된 축 및 한 쌍의 대각선에 의해서 8 분할된 8개의 배치 영역 중에서, 180도 회전 대칭을 이루는 배치 영역 쌍으로 이루어진 네 개의 배치 영역 세트들과,
    상기 8개의 배치 영역들에 배치되는 패턴 요소들을 포함하며,
    상기 패턴 요소들은 모두 상기 제1 방향을 따라서 간격을 두고 배치되며,
    동일한 상기 배치 영역 세트에 포함되는 상기 배치 영역들은 동일한 층에 형성되고,
    동일한 상기 배치 영역 세트에 배치된 상기 패턴 요소들은 180도 회전 대칭을 이루는 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크이며,
    a) 복수의 연속하는 패턴 층들과 동시에 형성된 오버레이 마크를 촬영하여 오버레이 마크 이미지를 획득하는 단계와,
    b) 상기 오버레이 마크 이미지에서 중심과 형태가 서로 일치하고, 면적만 서로 다른 제1 수차 측정 영역과, 제2 수차 측정 영역을 각각 선택하는 단계와,
    c) 상기 배치 영역 세트와 상기 제1 수차 측정 영역의 교집합에 속하는 한 쌍의 상기 배치 영역들을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득하는 단계와,
    d) 상기 c) 단계에서 획득된 상기 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점과, 상기 배치 영역 세트와 상기 제1 수차 측정 영역의 교집합에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정하는 단계와,
    e) 상기 배치 영역 세트와 상기 제2 수차 측정 영역의 교집합에 속하는 한 쌍의 상기 배치 영역들을 각각 대표하는 한 쌍의 신호를 획득하는 단계와,
    f) 상기 e) 단계에서 획득된 상기 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 상기 기준점과, 상기 배치 영역 세트와 상기 제2 수차 측정 영역의 교집합에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정하는 단계와,
    g) 상기 d) 단계에서 측정된 오프셋과 상기 f) 단계에서 측정된 오프셋 사이의 차이를 이용하여 광학 수차를 평가하는 단계를 포함하는 광학 수차 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 다른 배치 영역 세트에 포함되는 상기 배치 영역들은 서로 다른 층에 형성되는 광학 수차 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 요소는 상기 제2 방향으로 연장된 바인 광학 수차 평가 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 요소들은 동일한 피치를 가지는 광학 수차 평가 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배치 영역들은 직삼각형 형태인 광학 수차 평가 방법.
  6. 오버레이 마크의 품질 평가 방법으로서,
    상기 오버레이 마크는,
    복수의 층들 사이의 제1 방향으로의 오버레이 오차를 결정하는 오버레이 마크로서,
    정렬된 상기 오버레이 마크의 중심을 지나는 상기 제1 방향으로 연장된 축과 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 연장된 축 및 한 쌍의 대각선에 의해서 8 분할된 8개의 배치 영역 중에서, 180도 회전 대칭을 이루는 배치 영역 쌍으로 이루어진 네 개의 배치 영역 세트들과,
    상기 8개의 배치 영역들에 배치되는 패턴 요소들을 포함하며,
    상기 패턴 요소들은 모두 상기 제1 방향을 따라서 간격을 두고 배치되며,
    동일한 상기 배치 영역 세트에 포함되는 상기 배치 영역들은 동일한 층에 형성되고,
    동일한 상기 배치 영역 세트에 배치된 상기 패턴 요소들은 180도 회전 대칭을 이루는 1차원 오버레이 오차 측정을 위한 오버레이 마크이며,
    a) 복수의 연속하는 패턴 층들과 동시에 형성된 오버레이 마크를 촬영하여 오버레이 마크 이미지를 획득하는 단계와,
    b) 상기 배치 영역 세트에 속하는 하나의 배치 영역에서 상기 제1 방향으로 연장된 제1 평가 영역을 선택하고, 다른 하나의 배치 영역에서 상기 제1 평가 영역과 쌍을 이루며 상기 제1 평가 영역과 180도 회전 대칭을 이루는 제2 평가 영역을 선택하는 단계와,
    c) 쌍을 이루는 상기 제1 평가 영역과 상기 제2 평가 영역을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득하는 단계와,
    d) 상기 c) 단계에서 획득된 상기 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점과, 상기 제1 평가 영역 및 상기 제2 평가 영역에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정하는 단계와,
    e) 상기 배치 영역 세트에 속하는 상기 하나의 배치 영역에서 상기 제1 방향으로 연장된 제3 평가 영역을 선택하고, 상기 다른 하나의 배치 영역에서 상기 제3 평가 영역과 쌍을 이루며 상기 제3 평가 영역과 180도 회전 대칭을 이루는 제4 평가 영역을 선택하는 단계와,
    f) 쌍을 이루는 상기 제3 평가 영역과 상기 제4 평가 영역을 각각 대표하는 한 쌍의 신호들을 획득하는 단계와,
    g) 상기 f) 단계에서 획득된 상기 한 쌍의 신호들의 상관 분석을 통해서 기준점과, 상기 제3 평가 영역 및 상기 제4 평가 영역에 속하는 패턴 요소들의 중심 사이의 오프셋을 측정하는 단계와,
    h) 상기 d) 단계에서 측정된 오프셋과 상기 g) 단계에서 측정된 오프셋 사이의 차이를 이용하여 상기 오버레이 마크의 품질을 평가하는 단계를 포함하는 오버레이 마크의 품질 평가 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    서로 다른 배치 영역 세트에 포함되는 상기 배치 영역들은 서로 다른 층에 형성되는 오버레이 마크의 품질 평가 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 패턴 요소는 상기 제2 방향으로 연장된 바인 오버레이 마크의 품질 평가 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 패턴 요소들은 동일한 피치를 가지는 오버레이 마크의 품질 평가 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 배치 영역들은 직삼각형 형태인 오버레이 마크의 품질 평가 방법.
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