KR102615980B1 - 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오버레이의 계측 시간을 최적화하기 시스템으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 장치가 제공된다. 상기 오버레이 계측 장치는, 웨이퍼에 형성된 복수의 오버레이 타겟으로 조명을 지향시키도록 구성된 광원부; 상기 조명을 상기 복수의 오버레이 타겟 중 어느 한 지점의 측정위치에 집광시키는 대물렌즈와 상기 대물렌즈와 상기 측정위치에서 상기 웨이퍼의 표면으로부터의 거리를 조절하는 렌즈 초점 액추에이터가 형성되는 렌즈부; 상기 측정위치에서 반사된 빔을 통하여 상기 측정위치에서의 초점 이미지를 획득하는 검출부; 상기 웨이퍼가 안착되는 스테이지; 및 상기 복수의 오버레이 타겟 중 미리 설정된 수집형 오버레이 타겟을 측정하도록 상기 렌즈부, 상기 검출부 및 상기 스테이지를 제어하고, 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 타겟 좌표를 수집하며, 상기 타겟 좌표를 통하여 보정값을 산출하고, 상기 스테이지를 상기 보정값을 적용하여 이동시키고, 상기 복수의 오버레이 타겟 중 적어도 하나 이상의 적용형 오버레이 타겟을 측정하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 웨이퍼의 오버레이 계측에 관한 것으로서, 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기술이 발전하면서 웨이퍼의 특성을 계측하는 반도체 디바이스의 사이즈가 작아지고, 계측 장치의 집적회로의 밀도는 증가하고 있다. 집적회로를 웨이퍼에 형성하기 위해서는 특정 위치에서 원하는 회로 구조 및 요소들이 순차적으로 형성되도록 많은 제조 과정들을 거쳐야 한다. 이러한 제조 과정은 웨이퍼 상에 패턴화된 층을 순차적으로 생성하도록 한다.
이러한 반복되는 적층 공정들을 통해서 집적회로 안에 전기적으로 활성화된 패턴이 생성된다. 이때, 각각의 구조들이 생산 공정에서 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 층 간에 정렬 오차를 측정 및 검증하기 위해 웨이퍼에 대한 이미지에서의 명암 또는 위상차를 통해 초점 위치를 찾는다.
이때, 웨이퍼의 각각의 레이어 상에 형성된 패턴을 계측하기 위해 웨이퍼를 스테이지에 안착시킨 후에, 웨이퍼 상부의 다양한 위치에 형성된 패턴을 검출하게 된다.
그러나, 웨이퍼가 스테이지의 정위치에 안착되지 못하고, 일부 어긋나거나, 회전된 상태에서 스테이지에 안착될 수 있으며, 이때, 패턴을 검출하기 위하여 스테이지를 이동하여 패턴을 찾는 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
또한, 웨이퍼의 상부에서 다양한 위치에 형성된 패턴을 검출하기 위하여, 각각의 위치로 스테이지를 이동하게 되는데, 이때, 광학 장치와 스테이지 간에 미세하게 수직 정렬이 되지 못하거나, 광학 장치의 정렬(Optics alignment), 렌즈 성능(Lens quality), 스테이지 레벨(Stage leveling), 스테이지의 이동시 발생되는 진동, 이동시 발생되는 오차 등의 문제로부터 이동시 마다 패턴을 시야각 중심으로 정렬해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼와 스테이지와의 오정렬과 스테이지의 이동시 마다 발생되는 오프셋량을 오버레이 계측 진행 중에 지속적으로 계측 및 보정하여 보정 정확성을 높일 수 있는 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 장치가 제공된다. 상기 오버레이 계측 장치는, 웨이퍼에 형성된 복수의 오버레이 타겟으로 조명을 지향시키도록 구성된 광원부; 상기 조명을 상기 복수의 오버레이 타겟 중 어느 한 지점의 측정위치에 집광시키는 대물렌즈와 상기 대물렌즈와 상기 측정위치에서 상기 웨이퍼의 표면으로부터의 거리를 조절하는 렌즈 초점 액추에이터가 형성되는 렌즈부; 상기 측정위치에서 반사된 빔을 통하여 상기 측정위치에서의 초점 이미지를 획득하는 검출부; 상기 웨이퍼가 안착되는 스테이지; 및 상기 복수의 오버레이 타겟 중 미리 설정된 수집형 오버레이 타겟을 측정하도록 상기 렌즈부, 상기 검출부 및 상기 스테이지를 제어하고, 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 타겟 좌표를 수집하며, 상기 타겟 좌표를 통하여 보정값을 산출하고, 상기 스테이지를 상기 보정값을 적용하여 이동시키고, 상기 복수의 오버레이 타겟 중 적어도 하나 이상의 적용형 오버레이 타겟을 측정하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 스테이지의 이동을 제어하는 스테이지 동작부; 상기 검출부에서 획득된 상기 수집형 오버레이 타겟의 이미지 및 상기 적용형 오버레이 타겟의 이미지를 저장하는 저장부; 상기 수집형 오버레이 타겟이 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 타겟 좌표의 거리를 산출하는 오프셋 산출부; 및 상기 타겟 좌표를 통하여 상기 보정값을 산출하는 보정값 산출부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 스테이지 동작부는, 상기 수집형 오버레이 타겟을 측정시, 상기 웨이퍼의 중심에서 가장 가까운 사이트에 형성된 상기 수집형 오버레이 타겟부터 상기 웨이퍼의 중심에서 먼 사이트에 형성된 상기 수집형 오버레이 타겟까지 순차적으로 계측할 수 있도록 상기 스테이지를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 보정값 산출부는, 상기 검출부에서 반복적으로 측정된 복수의 상기 타겟 좌표의 평균을 보정값으로 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 오프셋 산출부는, 상기 적용형 오버레이 타겟이 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 추가 타겟 좌표의 거리를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 렌즈부 및 상기 검출부는, 상기 웨이퍼에 형성된 글로벌 마크를 측정할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 글로벌 마크를 통하여 상기 웨이퍼의 기준 좌표를 산출하고, 상기 스테이지와 상기 웨이퍼의 오정렬을 보정할 수 있도록, 상기 기준 좌표를 적용하여 상기 보정값을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 방법이 제공된다. 상기 오버레이 계측 방법은, 웨이퍼가 안착된 스테이지를 이동하여, 렌즈부 및 검출부로 복수의 오버레이 타겟 중 적어도 하나 이상의 수집형 오버레이 타겟을 측정하고, 상기 수집형 오버레이 타겟이 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 타겟 좌표를 수집하며, 상기 수집형 오버레이 타겟의 오버레이 값을 계측하는 수집형 오버레이 계측 단계; 상기 스테이지의 이동 시 발생되는 오차를 보정하기 위하여, 상기 타겟 좌표를 통하여 보정값을 산출하는 보정값 산출 단계; 및 상기 보정값을 적용하며 상기 스테이지를 이동하여, 상기 렌즈부 및 상기 검출부로 복수의 오버레이 타겟 중 적어도 하나 이상의 적용형 오버레이 타겟을 측정하고, 상기 적용형 오버레이 타겟의 오버레이 값을 계측하는 적용형 오버레이 계측 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수집형 오버레이 계측 단계는, 상기 렌즈부가 상기 수집형 오버레이 타겟이 형성된 사이트의 상방에 위치되도록, 상기 웨이퍼가 안착된 스테이지를 이동하는 제 1 스테이지 이동 단계; 상기 렌즈부 및 상기 검출부로 상기 수집형 오버레이 타겟을 측정하는 제 1 패턴 측정 단계; 및 상기 수집형 오버레이 타겟이 상기 시야 중심을 기준으로 이격된 타겟 좌표의 거리를 산출하는 오프셋 산출 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수집형 오버레이 계측 단계는, 상기 복수의 오버레이 타겟 중 제 1 수집형 오버레이 타겟, 제 2 수집형 오버레이 타겟 내지 제 n 수집형 오버레이 타겟을 측정하여, 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 각각의 수집형 오버레이 타겟이 이격된 제 1 타겟 좌표, 제 2 타겟 좌표 내지 제 n 타겟 좌표를 수집할 수 있도록 계측을 반복 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수집형 오버레이 계측 단계에서, 상기 제 1 수집형 오버레이 타겟, 상기 제 2 수집형 오버레이 타겟 내지 상기 제 n 수집형 오버레이 타겟은 상기 웨이퍼의 중심에서 가장 가까운 사이트에서 상기 웨이퍼에 중심에서 멀어지는 순서로 설정되고, 상기 웨이퍼의 중심에서 가장 가까운 사이트에 위치하는 제 1 수집형 오버레이 타겟이 형성된 위치로 상기 스테이지가 이동하여 상기 제 1 수집형 오버레이 타겟을 계측하고, 상기 웨이퍼의 중심에서 두번째로 가까운 사이트에 위치하는 제 2 수집형 오버레이 타겟이 형성된 위치로 상기 스테이지가 이동하여 상기 제 2 수집형 오버레이 타겟을 계측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 보정값 산출 단계는, 상기 수집형 오버레이 계측 단계에서 반복적으로 측정된 복수의 타겟 좌표와 상기 렌즈부의 시야 중심과의 이격된 거리의 평균을 보정값으로 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 적용형 오버레이 계측 단계는, 상기 렌즈부가 상기 적용형 오버레이 타겟이 형성된 사이트의 상방에 위치하도록 상기 스테이지를 이동시 상기 보정값을 적용하여 상기 스테이지를 이동하는 제 2 스테이지 이동 단계; 및 상기 렌즈부 및 상기 검출부로 상기 적용형 오버레이 타겟을 측정하는 제 2 패턴 측정 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 적용형 오버레이 계측 단계는, 상기 복수의 오버레이 타겟 중 제 1 적용형 오버레이 타겟, 제 2 적용형 오버레이 타겟 내지 제 n 적용형 오버레이 타겟을 측정하도록 반복 수행하고, 상기 제 1 적용형 오버레이 타겟, 상기 제 2 적용형 오버레이 타겟 내지 상기 제 n 적용형 오버레이 타겟 측정을 위한 상기 스테이지 이동시 각각 상기 보정값을 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 적용형 오버레이 계측 단계 이후에, 상기 보정값 산출 단계를 반복하고, 상기 적용형 오버레이 계측 단계에서, 상기 적용형 오버레이 타겟이 상기 시야 중심을 기준으로 이격된 추가 타겟 좌표의 거리를 산출하고, 상기 보정값 산출 단계에서, 상기 추가 타겟 좌표를 적용하여 상기 보정값을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 수집형 오버레이 계측 단계 이전에, 상기 렌즈부 및 상기 검출부로 상기 웨이퍼에 형성된 글로벌 마크를 측정하여 상기 웨이퍼의 기준 좌표를 산출하는 웨이퍼 좌표 산출 단계;를 더 포함하고, 상기 보정값 산출 단계에서, 상기 스테이지와 상기 웨이퍼의 오정렬을 보정하기 위하여, 상기 보정값에 상기 기준 좌표를 적용하여 산출할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 미리 설정된 오버레이 타겟에서 측정 위치로부터의 오프셋값을 산출하고, 이를 다른 오버레이 타겟에 보정값으로 적용함으로써, 스테이지의 이동마다 발생되는 오차를 보정하고, 측정 시 마다 발생되는 오차를 줄일 수 있으며, 또한, 측정 위치로 이동되는 이동시간을 절약할 수 있고, 이에 따라, 측정 정확도가 높아지고, 작업자의 공수를 줄일 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 오버레이 계측 장치의 제어부를 나타내는 도면이다
도 3 내지 도 6은 본 발명의 여러 실시예에 따른 오버레이 계측 방법을 나타내는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 글로벌 마크 및 복수의 오버레이 타겟이 형성된 웨이퍼가 스테이지에 안착된 것을 나타내는 상면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수집형 오버레이 계측 단계를 나타내는 상면도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적용형 오버레이 계측 단계를 나타내는 상면도들이다.
도 2는 본 발명의 오버레이 계측 장치의 제어부를 나타내는 도면이다
도 3 내지 도 6은 본 발명의 여러 실시예에 따른 오버레이 계측 방법을 나타내는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 글로벌 마크 및 복수의 오버레이 타겟이 형성된 웨이퍼가 스테이지에 안착된 것을 나타내는 상면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수집형 오버레이 계측 단계를 나타내는 상면도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적용형 오버레이 계측 단계를 나타내는 상면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
오버레이 계측 시스템은 웨이퍼(W)에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 제 1 오버레이 키와 제 2 오버레이 키 사이의 오차를 계측하는 시스템이다.
예컨대, 제 1 오버레이 키는 이전 층(previous layer)에 형성된 오버레이 마크이며, 제 2 오버레이 키는 현재 층(current layer)에 형성된 오버레이 마크일 수 있다. 오버레이 마크는 다이 영역에 반도체 디바이스 형성을 위한 층을 형성하는 동시에 스크라이브 라인에 형성된다. 예를 들어, 제 1 오버레이 키는 절연막 패턴과 함께 형성되고, 제 2 오버레이 키는 절연막 패턴 위에 형성되는 포토레지스트 패턴과 함께 형성될 수 있다. 이런 경우 제 2 오버레이 키는 외부로 노출되어 있으나, 제 1 오버레이 키는 포토레지스트 층에 의해서 가려진 상태이며, 포토레지스트 재료로 이루어진 제 2 오버레이 키와는 광학적 성질이 다른 산화물로 이루어질 수 있다.
또한, 제 1 오버레이 키와 제 2 오버레이 키의 물리적 위치는 서로 다르지만, 초점면은 같거나 또는 서로 다를 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 오버레이 계측 장치의 제어부(400)를 나타내는 도면이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치는, 크게, 광원부(100), 렌즈부(200), 검출부(300), 제어부(400) 및 스테이지(500)를 포함할 수 있다.
광원부(100)는. 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 오버레이 타겟(T)으로 조명을 지향시킬 수 있다. 구체적으로, 광원부(100)는 웨이퍼(W)에 적층된 제 1 레이어에 형성되는 제 1 오버레이 키와 상기 제 1 레이어의 상방에 적층된 제 2 레이어에 형성되는 제 2 오버레이 키가 위치하는 오버레이 타겟(T)으로 조명을 지향시키도록 구성될 수 있다.
예컨대, 광원부(100)는 할로겐 램프, 제논 램프, 슈퍼컨티늄 레이저(supercontinuum laser), 발광다이오드, 레이저 여기 램프(laser induced lamp) 등으로 형성될 수 있으며, 자외선 (UV, ultraviolet), 가시광선 또는 적외선(IR, infrared) 등의 다양한 파장을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치는, 조리개(110), 스펙트럼 필터(120), 편광필터(130) 및 빔 스플리터(140)를 포함할 수 있다.
조리개(110)는 빛이 통과하는 개구가 형성된 불투명한 플레이트로 형성될 수 있으며, 광원부(100)에서 조사된 빔이 복수의 오버레이 타겟(T)의 촬영에 적합한 형태로 변경될 수 있다.
조리개(110)는 빛의 양을 조절하는 구경 조리개(Aperture stop) 및 상의 맺히는 범위를 조절하는 시야 조리개(Field Stop) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 도 1과 같이, 광원부(100)와 빔 스플리터(140) 사이에 형성될 수 있으며, 도시되지 않았지만, 빔 스플리터(140)와 렌즈부(200) 사이에 형성될 수 있다.
스펙트럼 필터(120)는 광원부(100)에서 조사된 빔의 중심 파장 및 밴드 폭을 복수의 오버레이 타겟(T)에 형성된 제 1 오버레이 키 및 제 2 오버레이 키의 이미지 획득에 적합하도록 조절할 수 있다. 예컨대, 스펙트럼 필터(120)는 필터 휠, 선형 병진 디바이스, 플리퍼 디바이스 및 이들의 조합 중 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
빔 스플리터(140)는 광원부(100)로부터 나온 후 조리개(110)를 통과한 빔의 일부는 투과시키고, 일부는 반사시켜서 광원부(100)로부터 나온 빔을 두 개의 빔으로 분리시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈부(200)는 상기 조명을 복수의 오버레이 타겟(T) 중 어느 한 지점의 측정위치에 집광시키는 대물렌즈(210)와 대물렌즈(210)와 복수의 오버레이 타겟(T)과의 거리를 조절하는 렌즈 초점 액추에이터(220)가 형성될 수 있다.
대물렌즈(210)는 빔 스플리터(140)에서 반사된 빔을 웨이퍼(W)의 제 1 오버레이 키와 제 2 오버레이 키가 형성된 측정위치에 빔을 집광시키고 반사된 빔을 수집할 수 있다.
대물렌즈(210)는 렌즈 초점 액추에이터(220, lens focus actuator)에 설치될 수 있다.
렌즈 초점 액추에이터(220)는 대물렌즈(200)와 웨이퍼(W) 사이의 거리를 조절하여 초점면이 복수의 오버레이 타겟(T)에 위치하도록 조절할 수 있다.
렌즈 초점 액추에이터(220)는 제어부(400)의 제어에 의하여, 대물렌즈(200)를 웨이퍼(W) 방향으로 수직 이동시켜 초점 거리를 조절할 수 있다.
렌즈부(200)를 사용하여 웨이퍼(W)를 측정할 경우, 대물렌즈(210)를 제어함에 따라 이미지가 촬영되는 영역이 달라지고, 이때, 대물렌즈(210)로 웨이퍼(W)를 촬영할 수 있는 영역이 시야각(FOV)이다. 즉, 대물렌즈(210)로 시야각(FOV)을 조절할 수 있으며, 렌즈 초점 액추에이터(220)로 포커스를 조절할 수 있다.
또한, 렌즈부(200)는 웨이퍼(W)의 정위치를 확인하는 글로벌 마크(GM)를 측정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 검출부(300)는 상기 측정위치에서 반사된 빔을 통하여 상기 측정위치에서의 초점 이미지를 획득할 수 있다.
검출부(300)는 복수의 오버레이 타겟(T)에서 반사된 빔이 빔 스플리터(140)를 통과하여 나오는 빔을 캡쳐하여, 제 1 오버레이 키 및 제 2 오버레이 키의 이미지를 획득할 수 있다.
검출부(300)는 복수의 오버레이 타겟(T)으로부터 반사된 빔을 측정할 수 있는 광학 검출기를 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 광학 검출기는 빛을 전하로 변환시켜 이미지를 추출하는 전하결합소자(CCD, charge-coupled device), 집적회로의 하나인 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor) 센서, 빛을 측정하는 광전 증폭관(PMT, photomultiplier tube), 광검파기로서 APD(avalanche photodiode) 어레이 또는 이미지를 생성하거나 캡쳐하는 다양한 센서 등을 포함할 수 있다.
검출부(300)는 필터, 편광판, 빔 블록을 포함할 수 있으며, 대물렌즈(210)에 의해 수집된 조명을 수집하기 위한 임의의 수집 광학 컴포넌트(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 검출부(300)는 웨이퍼(W)의 정위치를 확인하는 글로벌 마크(GM)를 계측할 수 있다.
스테이지(500)는 웨이퍼(W)가 상부에 안착되고, 웨이퍼(W)를 고정하도록 형성될 수 있으며, 상방에 고정된 렌즈부(200)에서 웨이퍼(W)의 복수의 오버레이 타겟(T)을 측정할 수 있도록 수평방향으로 이동 및 회전이 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는 광원부(100)에서 조사되는 조명의 지향을 제어할 수 있고, 상기 조명을 복수의 오버레이 타겟(T)에 집광시키고 반사빔을 수집할 수 있도록 렌즈부(200)를 제어할 수 있으며, 렌즈부(200)에서 수집된 상기 반사빔을 통하여 측정된 초점 이미지를 획득할 수 있도록 검출부(300)를 제어하고, 오버레이 타겟이 렌즈부(200)의 하방에 위치되도록 스테이지(500)의 이동을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(400)는 복수의 오버레이 타겟(T) 중 미리 설정된 수집형 오버레이 타겟(A)을 측정하도록 렌즈부(200), 검출부(300) 및 스테이지(500)를 제어하고, 렌즈부(200)의 시야 중심(C)으로부터 이격된 타겟 좌표를 수집하며, 상기 타겟 좌표를 통하여 보정값을 산출하고, 스테이지(500)를 상기 보정값을 적용하여 이동시키고, 복수의 오버레이 타겟(T) 중 적어도 하나 이상의 적용형 오버레이 타겟(B)을 측정하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(400)는 광원 동작부(410), 렌즈 동작부(420), 스테이지 동작부(430), 저장부(440), 오프셋 산출부(450), 보정값 산출부(460) 및 오버레이 계측부(470)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광원 동작부(410)는 광원부(100)에서 조사되는 조명의 지향을 제어할 수 있고, 렌즈 동작부(420)는 상기 조명이 복수의 오버레이 타겟(T)에 집광되고 초점 이미지를 획득하도록 렌즈 초점 액추에이터(220)의 동작을 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지 동작부(430)는 오버레이 타겟이 렌즈부(200)의 하방에 위치되도록 스테이지(500)의 이동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 스테이지 동작부(430)는 웨이퍼(W)에 복수개 형성된 글로벌 마크(GM) 및 복수의 오버레이 타겟(T)이 형성된 위치가 렌즈부(200)로 측정될 수 있도록 웨이퍼(W)를 이동 및 회전을 제어할 수 있다.
구체적으로, 스테이지 동작부(430)는 복수의 오버레이 타겟(T) 중 오버레이 계측 시 오프셋 데이터를 수집하는 수집형 오버레이 타겟(A)과 오버레이 계측 시 오프셋 데이터를 적용하는 적용형 오버레이 타겟(B)을 검출할 수 있도록 스테이지(500)의 이동을 제어할 수 있다. 예컨대, 스테이지 동작부(430)는 미리 설정된 복수의 오버레이 타겟(T)의 분류에 따라, 수집형 오버레이 타겟(A)에서는 설정된 위치로 스테이지(500)를 이동하되, 적용형 오버레이 타겟(B)에서는 설정된 위치에서 후술될 보정값을 적용하여 스테이지(500)를 이동하도록 제어할 수 있다.
이때, 복수의 오버레이 타겟(T) 중 수집형 오버레이 타겟(A) 및 적용형 오버레이 타겟(B)은 미리 설정될 수 있으며, 웨이퍼(W) 마다 다를 수 있다.
또한, 스테이지 동작부(430)는 수집형 오버레이 타겟(A) 및 적용형 오버레이 타겟(B)으로 미리 설정된 계측 위치에 따라 스테이지(500)를 이동하도록 제어할 수 있다. 이때, 미리 설정된 계측 위치는 오버레이 타겟의 중심을 기준으로 이동하나, 실제 이동시에는 이동시 발생되는 오차로 인하여, 시야각(FOV)의 시야 중심(C)이 오버레이 타겟의 중심에서 벗어나게 되므로, 후술될 보정값을 적용하여 스테이지(500)의 이동을 제어할 수 있다.
스테이지 동작부(430)는 수집형 오버레이 타겟(A)을 측정시, 웨이퍼(W)의 중심에서 가장 가까운 사이트에 형성된 수집형 오버레이 타겟(A)부터 웨이퍼(W)의 중심에서 먼 사이트에 형성된 수집형 오버레이 타겟(A)까지 순차적으로 계측할 수 있도록 스테이지(500)를 제어할 수 있다.
또한, 스테이지 동작부(430)는 적용형 오버레이 타겟(B)을 측정시, 웨이퍼(W)의 중심에서 가장 가까운 사이트에 형성된 적응형 오버레이 타겟(A)부터 웨이퍼(W)의 중심에서 먼 사이트에 형성된 적응형 오버레이 타겟(A)까지 순차적으로 계측할 수 있도록 스테이지(500)를 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 저장부(440)는 검출부(300)에서 획득된 수집형 오버레이 타겟(A)의 이미지 및 적용형 오버레이 타겟(B)의 이미지를 저장할 수 있다.
예컨대, 스테이지 동작부(430)에서 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 오버레이 타겟(T)이 렌즈부(200)의 하방으로 위치되도록 제어하고, 이에 따라, 렌즈 동작부(420)에서 대물렌즈(210)와 렌즈 초점 액추에이터(220)를 제어하여 각각의 위치에서 측정된 복수의 오버레이 타겟(T)의 이미지가 획득되어 저장부(440)에 저장될 수 있다.
이때, 저장부(440)에 저장되는 복수의 오버레이 타겟(T)의 이미지는 수집형 오버레이 타겟(A)과 적용형 오버레이 타겟(B)으로 분류되어 저장될 수 있다.
수집형 오버레이 타겟(A)은 보정값 산출부(460)에서 산출된 보정값이 적용되지 않은 상태에서 측정된 이미지이며, 적용형 오버레이 타겟(B)은 보정값 산출부(460)에서 산출된 보정값이 적용된 상태에서 측정된 이미지이다.
오프셋 산출부(450)는 복수의 오버레이 타겟(T)을 렌즈부(200)로 계측하여, 계측된 오버레이 타겟 이미지가 시야각(FOV)의 시야 중심(C)에서 이격된 거리, 이격된 위치, 회전 방향 등을 산출할 수 있다.
구체적으로, 오프셋 산출부(450)는 수집형 오버레이 타겟(A)이 렌즈부(200)의 시야 중심(C)으로부터 이격된 타겟 좌표의 거리를 산출할 수 있다. 예컨대, 오프셋 산출부(450)는 시야각(FOV)의 시야 중심(C)을 중심 좌표(0, 0)으로 설정하고, 측정된 이미지가 중심 좌표(0, 0)를 중심으로 X축, Y축으로 이격된 타겟 좌표(x, y)의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 오프셋 산출부(450)는 수집형 오버레이 타겟(A)을 계측하여 시야 중심(C)으로부터 회전된 각도를 산출할 수 있다. 예컨대, 수집형 오버레이 타겟(A)의 X축 대칭선과 시야각(FOV)의 X축과의 각도를 산출하여 회전 각도를 산출할 수 있다.
또한, 오프셋 산출부(450)는 적용형 오버레이 타겟(B)이 렌즈부(200)의 시야 중심(C)으로부터 이격된 추가 타겟 좌표의 거리를 산출할 수 있으며, 또한, 적용형 오버레이 타겟(B)의 회전 각도를 산출할 수 있다.
보정값 산출부(460)는 상기 타겟 좌표를 통하여 보정값을 산출할 수 있다. 예컨대, 오프셋 산출부(450)에서 상기 타겟 좌표가 (x, y)로 산출되었을 경우, (-x, -y)를 보정값으로 산출할 수 있다.
또한, 복수의 오버레이 타겟(T)을 검출하는 경우, 보정값 산출부(460)는 검출부(300)에서 반복적으로 측정된 복수의 상기 타겟 좌표와 상기 렌즈부의 시야 중심과의 이격된 거리의 평균을 보정값으로 산출할 수 있다.
제어부(400)는 글로벌 마크(GM)를 통하여 웨이퍼(W)의 기준 좌표를 산출하고, 스테이지(500)와 웨이퍼(W)의 오정렬을 보정할 수 있도록, 상기 기준 좌표를 적용하여 상기 보정값을 산출할 수 있다.
구체적으로, 렌즈부(200) 및 검출부(300)에서 계측된 글로벌 마크(GM)를 통하여 웨이퍼(W)가 스테이지(500)에 안착된 상태를 확인할 수 있다. 예컨대, 스테이지(500)의 상부에 웨이퍼(W)가 일부 어긋나게 안착되거나, 회전되어 안착될 경우, 렌즈부(200)에서 측정된 글로벌 마크(GM)가 일부 어긋나거나 회전되어 측정될 수 있다.
글로벌 마크(GM)를 통하여 웨이퍼(W)가 스테이지(500)로부터 어긋난 거리 및 각도를 산출하고, 이를 보정할 수 있는 기준값을 산출하여, 복수의 오버레이 타겟(T)을 계측하기 위하여 스테이지(500)를 이동할 경우 상기 기준값을 적용하여, 웨이퍼(W)의 오버레이 타겟이 렌즈부(200)의 시야 중심(C)에 위치하도록 할 수 있다.
오버레이 계측부(470)는 오프셋값을 수집하며 오버레이를 계측하는 수집형 오버레이 타겟(A) 및 보정값을 적용하여 오버레이를 계측하는 적용형 오버레이 타겟(B)을 포함하는 복수의 오버레이 타겟(T)의 이미지를 통하여 모든 타겟에 대한 오버레이 값을 계측할 수 있다.
또한, 제어부(400)에서 수행되는 일련의 과정은 사용자가 모니터링할 수 있도록 표시부(미도시)를 포함할 수 있으며, 사용자가 직접 제어할 수 있는 입력부(미도시)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 표시부를 통하여 저장부(440), 오프셋 산출부(450), 보정값 산출부(460) 및 오버레이 계측부(470)와 이를 통하여 산출되는 데이터 및 이미지들을 확인할 수 있으며, 상기 입력부를 통하여 사용자가 광원 동작부(410), 렌즈 동작부(420), 스테이지 동작부(430)를 직접 제어하거나, 복수의 오버레이 타겟(T)의 이미지, 보정값 등을 직접 선정, 변경 및 산출할 수 있다.
이외에도, 오버레이 계측 장치는 제어부(400)에 의해 오버레이 계측 장치의 각 구성의 동작을 제어하도록 하는 명령어들, 프로그램, 로직 등을 저장하는 메모리 등을 포함할 수 있으며, 필요에 따라 구성 요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
즉, 본 발명의 오버레이 계측 장치는, 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 오버레이 타겟(T) 중 미리 설정된 일부의 수집형 오버레이 타겟(A)에서 측정 위치로부터의 오프셋값을 산출하고, 이를 복수의 오버레이 타겟(T) 중 나머지 적용형 오버레이 타겟(B)에 보정값으로 적용함으로써, 스테이지(500)의 이동마다 발생되는 오차를 보정하고, 측정시 마다 발생되는 오차를 줄일 수 있으며, 또한, 측정 위치로 이동되는 이동시간을 절약할 수 있다.
특히, 수집형 오버레이 타겟(A)에서 보정하지 않고 오프셋값을 산출함으로써, 스테이지(500) 이동에 따른 평균 오프셋값을 산출할 수 있으며, 적용형 오버레이 타겟(B)에서부터 보정값을 적용하여 측정시간을 줄일 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 여러 실시예에 따른 오버레이 계측 방법을 나타내는 도면들이고, 도 7은 글로벌 마크(GM) 및 복수의 오버레이 타겟(T)이 형성된 웨이퍼(W)가 스테이지(500)에 안착된 것을 나타내는 상면도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수집형 오버레이 계측 단계(S100)를 나타내는 상면도들이며, 도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적용형 오버레이 계측 단계(S300)를 나타내는 상면도들이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 방법은, 수집형 오버레이 계측 단계(S100), 보정값 산출 단계(S200) 및 적용형 오버레이 계측 단계(S300)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수집형 오버레이 계측 단계(S100)는 웨이퍼(W)가 안착된 스테이지(500)를 이동하여, 렌즈부(200) 및 검출부(300)로 복수의 오버레이 타겟(T) 중 적어도 하나 이상의 수집형 오버레이 타겟(A)을 측정하고, 수집형 오버레이 타겟(A)이 렌즈부(200)의 시야 중심(C)으로부터 이격된 타겟 좌표를 수집하며, 수집형 오버레이 타겟(A)의 오버레이 값을 계측하는 단계이다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 수집형 오버레이 계측 단계(S100)는 제 1 스테이지 이동 단계(S110), 제 1 패턴 측정 단계(S120) 및 오프셋 산출 단계(S130)를 포함할 수 있다.
제 1 스테이지 이동 단계(S110)는 렌즈부(200)가 수집형 오버레이 타겟(A)이 형성된 사이트의 상방에 위치되도록, 웨이퍼(W)가 안착된 스테이지(500)를 이동하는 단계이고, 제 1 패턴 측정 단계(S120)는 렌즈부(200) 및 검출부(300)로 수집형 오버레이 타겟(A)을 측정하는 단계이다.
오프셋 산출 단계(S130)는 수집형 오버레이 타겟(A)이 시야 중심(C)을 기준으로 이격된 타겟 좌표의 거리를 산출하는 단계이다.
예컨대, 제 1 스테이지 이동 단계(S110)는 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)이 렌즈부(200)의 시야각(FOV)의 중심에 위치하도록 이동될 수 있다. 이때, 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)의 중심이 시야각(FOV)의 중심에 오도록 스테이지(500)의 이동을 제어하나, 실제로는 이동시 발생되는 오차로 인하여, 시야각(FOV)의 시야 중심(C)이 오버레이 타겟의 중심에서 벗어날 수 있다.
따라서, 이러한 오차를 제 1 패턴 측정 단계(S120)에서 측정하고, 오프셋 산출 단계(S130)에서 산출할 수 있다. 예컨대, 도 9와 같이, 측정된 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)이 시야각(FOV)의 시야 중심(C)에서 이격될 수 있으며, 이때의 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)의 타겟 좌표를 (x, y)로 산출할 수 있다.
이때, 수집형 오버레이 계측 단계(S100)는, 복수의 오버레이 타겟(T) 중 제 1 수집형 오버레이 타겟(A), 제 2 수집형 오버레이 타겟(A) 내지 제 n 수집형 오버레이 타겟(A)을 측정하여, 렌즈부(200)의 시야 중심(C)으로부터 각각의 수집형 오버레이 타겟(A)이 이격된 제 1 타겟 좌표, 제 2 타겟 좌표 내지 제 n 타겟 좌표를 수집할 수 있도록 계측을 반복 수행할 수 있다.
수집형 오버레이 계측 단계(S100)는 복수개로 형성된 수집형 오버레이 타겟(A)을 반복 측정할 수 있으며, 예를 들어, 도 8과 같이, 제 1 스테이지 이동 단계(S110)에서 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)이 렌즈부(200)의 하방에 위치하도록 스테이지(500)를 이동하고, 제 1 패턴 측정 단계(S120)에서 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)을 측정하고, 오프셋 산출 단계(S130)에서 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)이 시야 중심(C)에서 이격된 제 1 타겟 좌표의 거리를 산출할 수 있다.
이렇게 산출된 상기 제 1 타겟 좌표를 저장하고, 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)과 다른 위치에 형성된, 도 9와 같이, 제 2 수집형 오버레이 타겟(A-2)를 동일한 방법으로 계측하여 제 2 타겟 좌표를 산출하여 저장할 수 있다.
이때, 복수의 오버레이 타겟(T) 중 수집형 오버레이 타겟(A)은 미리 설정될 수 있으며, 웨이퍼 별로 다를 수 있다.
또한, 수집형 오버레이 타겟(A)의 계측 순서는 미리 설정된 순서로 측정할 수 있으며, 바람직하게는 웨이퍼(W)의 중심부에서 가장자리부를 향하는 방향으로 측정할 수 있다.
예컨대, 수집형 오버레이 계측 단계(S100)에서, 제 1 수집형 오버레이 타겟(A), 제 2 수집형 오버레이 타겟(A) 내지 제 n 수집형 오버레이 타겟(A)은 웨이퍼(W)의 중심에서 가장 가까운 사이트에서 웨이퍼(W)에 중심에서 멀어지는 순서로 설정될 수 있다.
예컨대, 도 9와 같이, 웨이퍼(W)의 중심부에 형성된 오버레이 타겟(T)을 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)으로 설정하고, 도 10과 같이, 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)에서 가장 가까이 형성된 오버레이 타겟(T)을 제 2 수집형 오버레이 타겟(A-2)으로 설정할 수 있다.
따라서, 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1), 제 2 수집형 오버레이 타겟(A-2)를 측정하고, 이어서, 제 3 수집형 오버레이 타겟(A-3), 제 4 수집형 오버레이 타겟(A-4), 제 5 수집형 오버레이 타겟(A-5)을 측정할 수 있다.
즉, 수집형 오버레이 계측 단계(S100)에서 웨이퍼(W)의 중심에서 가장 가까운 사이트에 위치하는 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)이 형성된 위치로 스테이지(500)가 이동하여 제 1 수집형 오버레이 타겟(A-1)을 계측하고, 웨이퍼(W)의 중심에서 두번째로 가까운 사이트에 위치하는 제 2 수집형 오버레이 타겟(A-2)이 형성된 위치로 상기 스테이지(500)가 이동하여 상기 제 2 수집형 오버레이 타겟(A-1)을 계측할 수 있으며, 이에 따라, 초기 안착시 발생되는 오차 및 스테이지(500) 이동시 발생되는 오차로 인하여 서로 다르게 계측되는 상기 제 1 타겟 좌표 및 상기 제 2 타겟 좌표를 산출할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 보정값 산출 단계(S200)는 스테이지(500)의 이동 시 발생되는 오차를 보정하기 위하여, 상기 타겟 좌표를 통하여 보정값을 산출하는 단계이다.
복수개로 형성된 수집형 오버레이 타겟(A)을 반복 측정할 경우, 보정값 산출 단계(S200)는 수집형 오버레이 계측 단계(S100)에서 반복적으로 측정된 복수의 타겟 좌표와 상기 렌즈부의 시야 중심과의 이격된 거리의 평균을 보정값으로 산출할 수 있다.
즉, 반복적으로 측정된 수집형 오버레이 타겟(A)의 PR(pattern recognition) 오프셋을 Six param modeling 하여 보정치를 산출할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼에서 PR 오프셋을 이용하여, 변화된 이동(translation), 회전(rotation), 범위(scale) 성분을 산출할 수 있다.
즉, 제 1 타겟 좌표, 제 2 타겟 좌표 내지 제 n 타겟 좌표의 평균값을 보정값으로 산출하여 후술될 적용형 오버레이 계측 단계(S300)에 적용할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 적용형 오버레이 계측 단계(S300)는 상기 보정값을 적용하며 스테이지(500)를 이동하여, 렌즈부(200)로 복수의 오버레이 타겟(T) 중 적어도 하나 이상의 적용형 오버레이 타겟(B)을 측정하고, 적용형 오버레이 타겟(B)의 오버레이 값을 계측하는 단계이다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 적용형 오버레이 계측 단계(S300)는 제 2 스테이지 이동 단계(S310) 및 제 2 패턴 측정 단계(S320)를 포함할 수 있다.
제 2 스테이지 이동 단계(S310)는 렌즈부(200)가 적용형 오버레이 타겟(B)이 형성된 사이트의 상방에 위치하도록 스테이지(500)를 이동시, 상기 보정값을 적용하여 스테이지(500)를 이동하는 단계이고, 제 2 패턴 측정 단계(S320)는 렌즈부(200) 및 검출부(300)로 적용형 오버레이 타겟(B)을 측정하는 단계이다.
예컨대, 제 2 스테이지 이동 단계(S3210)는 제 2 수집형 오버레이 타겟(B-1)이 시야각(FOV)의 중심에 위치하도록 이동될 수 있다. 이때, 스테이지(500)의 이동은 보정값 산출 단계(S200)에서 산출된 상기 보정값을 적용하여 이동하여, 제 2 패턴 측정 단계(S320)를 수행할 수 있다.
따라서, 제 1 적용형 오버레이 타겟(B-1)이 시야 중심(C)으로부터 이격되어 계측될 수 있다. 이때, 제 1 적용형 오버레이 타겟(B-1)이 시야 중심(C)에서 이격된 거리는 수집형 오버레이 타겟(A)이 시야 중심(C)으로부터 이격된 거리보다 더 작을 수 있다.
예컨대, 도 8 및 도 9에서와 같이, 상기 보정값이 적용되지 않은 수집형 오버레이 타겟(A)을 측정하였을 경우 보다, 도 10에서와 같이, 상기 보정값이 적용된 적용형 오버레이 타겟(B-1)을 측정하였을 경우에, 상기 보정값을 스테이지(500)의 이동시 적용하였으므로, 시야 중심(C)에서 더 가깝게 계측될 수 있다.
즉, 웨이퍼(W)에 형성된 수많은 오버레이 패턴이 형성된 오버레이 타겟(T) 중 미리 설정된 수집형 오버레이 타겟(A)에서 오프셋값을 산출하여, 오버레이 타겟(T) 중 나머지 적용형 오버레이 타겟(B)에 보정값으로 적용함으로써, 웨이퍼(W)의 전체적인 오버레이 계측 속도가 빨라지고, 공정 시간이 감소될 수 있다.
이때, 적용형 오버레이 계측 단계(S300)는 복수의 오버레이 타겟(T) 중 제 1 적용형 오버레이 타겟(B), 제 2 적용형 오버레이 타겟(B) 내지 제 n 적용형 오버레이 타겟(B)을 측정하도록 반복 수행할 수 있다.
적용형 오버레이 계측 단계(S300)는 복수개로 형성된 적용형 오버레이 타겟(B)을 반복 측정할 수 있으며, 예를 들어, 도 4와 같이, 제 2 스테이지 이동 단계(S310)에서 제 2 수집형 오버레이 타겟(B-1)이 렌즈부(200)의 하방에 위치하도록 스테이지(500)를 이동하고, 제 2 패턴 측정 단계(S320)에서 제 2 수집형 오버레이 타겟(B-1)을 측정할 수 있다.
이때, 제 2 스테이지 이동 단계(S310)는 제 1 적용형 오버레이 타겟(B), 상기 제 2 적용형 오버레이 타겟(B) 내지 상기 제 n 적용형 오버레이 타겟(B) 측정을 위한 스테이지(500) 이동시 각각 상기 보정값을 적용할 수 있다.
또는, 적용형 오버레이 계측 단계(S300) 이후에, 보정값 산출 단계(S200)를 반복할 수 있다.
구체적으로, 적용형 오버레이 계측 단계(S300)에서 적용형 오버레이 타겟(B)이 시야 중심(C)을 기준으로 이격된 추가 타겟 좌표의 거리를 산출하고, 보정값 산출 단계(S200)에서 상기 추가 타겟 좌표를 적용하여 상기 보정값을 산출할 수 있다.
즉, 수집형 오버레이 계측 단계(S100)에서 산출된 상기 타겟 좌표와 적용형 오버레이 계측 단계(S300)에서 산출된 상기 추가 타겟 좌표를 모두 적용하여 상기 보정값이 산출될 수 있다.
또한, 적용형 오버레이 계측 단계(S300) 이후에, 보정값 산출 단계(S200)를 반복함으로써, 상기 추가 타겟 좌표가 누적되고, 이에 따라, 상기 보정값이 계속 업데이트되어, 오버레이 계측이 계속될수록 시야 중심(C)에 점점 수렴할 수 있다.
예컨대, 도 10 내지 도 11과 같이, 제 1 적용형 오버레이 타겟(B-1)을 측정할 경우에서 보다, 제 2 적용형 오버레이 타겟(B-2)을 측정할 경우에 오버레이 타겟(T)이 시야 중심(C)에 더 가까이 위치할 수 있다.
이때, 복수의 오버레이 타겟(T) 중 적용형 오버레이 타겟(B)은 미리 설정될 수 있으며, 웨이퍼 별로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 수집형 오버레이 계측 단계(S100) 이전에, 렌즈부(200) 및 검출부(300)로 웨이퍼(W)에 형성된 글로벌 마크(GM)를 측정하여 웨이퍼(W)의 기준 좌표를 산출하는 웨이퍼 좌표 산출 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
웨이퍼 좌표 산출 단계(S400)는 스테이지(500) 상부에 웨이퍼(W)가 안착된 후에 웨이퍼(W)의 정위치를 확인하는 단계이다.
예컨대, 웨이퍼(W)가 스테이지(500) 상부에서 정위치에 안착되지 않을 경우, 이후에 계측되는 복수의 오버레이 타겟(T)의 계측 위치는 모두 어긋날 수 있다. 따라서, 웨이퍼 좌표 산출 단계(S400)에서 웨이퍼(W)의 위치를 확인하고, 웨이퍼(W)가 정위치가 아닐 경우, 기준 좌표를 저장하여, 이후에 계측되는 복수의 오버레이 타겟(T)에 적용할 수 있다.
즉, 보정값 산출 단계(S200)에서, 스테이지(500)와 웨이퍼(W)의 오정렬을 보정하기 위하여, 상기 보정값에 상기 기준 좌표를 적용하여 산출할 수 있다.
상술한 바에 따르면, 본 발명의 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 방법은 초기 측정에서 스테이지 이동에 따른 오프셋값을 측정하고, 이를 이후 측정에 반영하여, 웨이퍼의 오정렬에 따른 보정과, 스테이지의 이동시 발생되는 오차를 보정하고, 측정 시 마다 발생되는 오차를 줄일 수 있으며, 이에 따라, 측정 정확도가 높아지고, 오버레이 패턴이 형성된 사이트가 측정 위치로 이동되는 시간 및 거리를 절약하고, 작업자의 공수를 줄일 수 있다. 또한, 작업자 개인의 능력에 크게 영향을 받았던 최적화 결과를 데이터 기반의 자동 최적화로 일관적인 결과 도출이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
A: 수집형 오버레이 타겟
B: 적용형 오버레이 타겟
GM: 글로벌 마크
T: 복수의 오버레이 계측 타겟
W: 웨이퍼
100: 광원부
110: 조리개
120: 스펙트럼 필터
140: 빔 스플리터
200: 렌즈부
210: 대물렌즈
220: 렌즈 초점 액추에이터
300: 검출부
400: 제어부
500: 스테이지
B: 적용형 오버레이 타겟
GM: 글로벌 마크
T: 복수의 오버레이 계측 타겟
W: 웨이퍼
100: 광원부
110: 조리개
120: 스펙트럼 필터
140: 빔 스플리터
200: 렌즈부
210: 대물렌즈
220: 렌즈 초점 액추에이터
300: 검출부
400: 제어부
500: 스테이지
Claims (15)
- 웨이퍼에 형성된 복수의 오버레이 타겟으로 조명을 지향시키도록 구성된 광원부;
상기 조명을 상기 복수의 오버레이 타겟 중 어느 한 지점의 측정위치에 집광시키는 대물렌즈와 상기 대물렌즈와 상기 측정위치에서 상기 웨이퍼의 표면으로부터의 거리를 조절하는 렌즈 초점 액추에이터가 형성되는 렌즈부;
상기 측정위치에서 반사된 빔을 통하여 상기 측정위치에서의 초점 이미지를 획득하는 검출부;
상기 웨이퍼가 안착되는 스테이지; 및
상기 복수의 오버레이 타겟 중 미리 설정된 수집형 오버레이 타겟을 측정하도록 상기 렌즈부, 상기 검출부 및 상기 스테이지를 제어하고, 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 타겟 좌표를 수집하며, 상기 타겟 좌표를 통하여 보정값을 산출하고, 상기 스테이지를 상기 보정값을 적용하여 이동시키고, 상기 복수의 오버레이 타겟 중 적어도 하나 이상의 적용형 오버레이 타겟을 측정하도록 제어하는 제어부;
를 포함하는, 오버레이 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 스테이지의 이동을 제어하는 스테이지 동작부;
상기 검출부에서 획득된 상기 수집형 오버레이 타겟의 이미지 및 상기 적용형 오버레이 타겟의 이미지를 저장하는 저장부;
상기 수집형 오버레이 타겟이 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 타겟 좌표의 거리를 산출하는 오프셋 산출부; 및
상기 타겟 좌표를 통하여 상기 보정값을 산출하는 보정값 산출부;
를 포함하는, 오버레이 계측 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 스테이지 동작부는,
상기 수집형 오버레이 타겟을 측정시, 상기 웨이퍼의 중심에서 가장 가까운 사이트에 형성된 상기 수집형 오버레이 타겟부터 상기 웨이퍼의 중심에서 먼 사이트에 형성된 상기 수집형 오버레이 타겟까지 순차적으로 계측할 수 있도록 상기 스테이지를 제어하는, 오버레이 계측 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 보정값 산출부는,
상기 검출부에서 반복적으로 측정된 복수의 상기 타겟 좌표와 상기 렌즈부의 시야 중심과의 이격된 거리의 평균을 보정값으로 산출하는, 오버레이 계측 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 오프셋 산출부는,
상기 적용형 오버레이 타겟이 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 추가 타겟 좌표의 거리를 산출하는, 오버레이 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 렌즈부 및 상기 검출부는, 상기 웨이퍼에 형성된 글로벌 마크를 측정할 수 있고,
상기 제어부는, 상기 글로벌 마크를 통하여 상기 웨이퍼의 기준 좌표를 산출하고, 상기 스테이지와 상기 웨이퍼의 오정렬을 보정할 수 있도록, 상기 기준 좌표를 적용하여 상기 보정값을 산출하는, 오버레이 계측 장치. - 웨이퍼가 안착된 스테이지를 이동하여, 렌즈부 및 검출부로 복수의 오버레이 타겟 중 적어도 하나 이상의 수집형 오버레이 타겟을 측정하고, 상기 수집형 오버레이 타겟이 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 이격된 타겟 좌표를 수집하며, 상기 수집형 오버레이 타겟의 오버레이 값을 계측하는 수집형 오버레이 계측 단계;
상기 스테이지의 이동 시 발생되는 오차를 보정하기 위하여, 상기 타겟 좌표를 통하여 보정값을 산출하는 보정값 산출 단계; 및
상기 보정값을 적용하며 상기 스테이지를 이동하여, 상기 렌즈부 및 상기 검출부로 복수의 오버레이 타겟 중 적어도 하나 이상의 적용형 오버레이 타겟을 측정하고, 상기 적용형 오버레이 타겟의 오버레이 값을 계측하는 적용형 오버레이 계측 단계;
를 포함하는, 오버레이 계측 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 수집형 오버레이 계측 단계는,
상기 렌즈부가 상기 수집형 오버레이 타겟이 형성된 사이트의 상방에 위치되도록, 상기 웨이퍼가 안착된 스테이지를 이동하는 제 1 스테이지 이동 단계;
상기 렌즈부 및 상기 검출부로 상기 수집형 오버레이 타겟을 측정하는 제 1 패턴 측정 단계; 및
상기 수집형 오버레이 타겟이 상기 시야 중심을 기준으로 이격된 타겟 좌표의 거리를 산출하는 오프셋 산출 단계;
를 포함하는, 오버레이 계측 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 수집형 오버레이 계측 단계는,
상기 복수의 오버레이 타겟 중 제 1 수집형 오버레이 타겟, 제 2 수집형 오버레이 타겟 내지 제 n 수집형 오버레이 타겟을 측정하여, 상기 렌즈부의 시야 중심으로부터 각각의 수집형 오버레이 타겟이 이격된 제 1 타겟 좌표, 제 2 타겟 좌표 내지 제 n 타겟 좌표를 수집할 수 있도록 계측을 반복 수행하는, 오버레이 계측 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 수집형 오버레이 계측 단계에서,
상기 제 1 수집형 오버레이 타겟, 상기 제 2 수집형 오버레이 타겟 내지 상기 제 n 수집형 오버레이 타겟은 상기 웨이퍼의 중심에서 가장 가까운 사이트에서 상기 웨이퍼에 중심에서 멀어지는 순서로 설정되고,
상기 웨이퍼의 중심에서 가장 가까운 사이트에 위치하는 제 1 수집형 오버레이 타겟이 형성된 위치로 상기 스테이지가 이동하여 상기 제 1 수집형 오버레이 타겟을 계측하고, 상기 웨이퍼의 중심에서 두번째로 가까운 사이트에 위치하는 제 2 수집형 오버레이 타겟이 형성된 위치로 상기 스테이지가 이동하여 상기 제 2 수집형 오버레이 타겟을 계측하는, 오버레이 계측 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 보정값 산출 단계는,
상기 수집형 오버레이 계측 단계에서 반복적으로 측정된 복수의 타겟 좌표와 상기 렌즈부의 시야 중심과의 이격된 거리의 평균을 보정값으로 산출하는, 오버레이 계측 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 적용형 오버레이 계측 단계는,
상기 렌즈부가 상기 적용형 오버레이 타겟이 형성된 사이트의 상방에 위치하도록 상기 스테이지를 이동시 상기 보정값을 적용하여 상기 스테이지를 이동하는 제 2 스테이지 이동 단계; 및
상기 렌즈부 및 상기 검출부로 상기 적용형 오버레이 타겟을 측정하는 제 2 패턴 측정 단계;
를 포함하는, 오버레이 계측 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 적용형 오버레이 계측 단계는,
상기 복수의 오버레이 타겟 중 제 1 적용형 오버레이 타겟, 제 2 적용형 오버레이 타겟 내지 제 n 적용형 오버레이 타겟을 측정하도록 반복 수행하고,
상기 제 1 적용형 오버레이 타겟, 상기 제 2 적용형 오버레이 타겟 내지 상기 제 n 적용형 오버레이 타겟 측정을 위한 상기 스테이지 이동시 각각 상기 보정값을 적용하는, 오버레이 계측 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 적용형 오버레이 계측 단계 이후에,
상기 보정값 산출 단계를 반복하고,
상기 적용형 오버레이 계측 단계에서, 상기 적용형 오버레이 타겟이 상기 시야 중심을 기준으로 이격된 추가 타겟 좌표의 거리를 산출하고,
상기 보정값 산출 단계에서, 상기 추가 타겟 좌표를 적용하여 상기 보정값을 산출하는, 오버레이 계측 방법. - 제 7 항에 있어서,
수집형 오버레이 계측 단계 이전에,
상기 렌즈부 및 상기 검출부로 상기 웨이퍼에 형성된 글로벌 마크를 측정하여 상기 웨이퍼의 기준 좌표를 산출하는 웨이퍼 좌표 산출 단계;
를 더 포함하고,
상기 보정값 산출 단계에서,
상기 스테이지와 상기 웨이퍼의 오정렬을 보정하기 위하여, 상기 보정값에 상기 기준 좌표를 적용하여 산출하는, 오버레이 계측 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020230074412A KR102615980B1 (ko) | 2023-06-09 | 2023-06-09 | 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230074412A KR102615980B1 (ko) | 2023-06-09 | 2023-06-09 | 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 방법 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20170307983A1 (en) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Asml Netherlands B.V. | Determination of stack difference and correction using stack difference |
| US20190310553A1 (en) * | 2016-07-22 | 2019-10-10 | Asml Netherlands B.V. | Method of predicting patterning defects caused by overlay error |
| US20220317577A1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | Kla Corporation | Enhancing performance of overlay metrology |
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- 2023-06-09 KR KR1020230074412A patent/KR102615980B1/ko active IP Right Grant
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