KR102655300B1 - 오버레이 계측 장치의 보정 방법 및 오버레이 계측 장치의 보정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오버레이의 계측 오차를 보정하기 위한 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 장치의 보정 방법이 제공된다. 상기 오버레이 계측 장치의 보정 방법은, (a) 복수의 타겟들의 TIS값들의 변화를 나타내는 제 1 데이터를 산출하고, 상기 제 1 데이터에서 산포가 가장 작은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 1차 보정위치로 산출하는 단계; (b) 상기 1차 보정위치로부터 상기 핀홀을 상기 소정간격 이동시켜 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터에서 산포가 가장 적은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 2차 보정위치로 산출하는 단계; (c) 상기 2차 보정위치에서 TIS값들의 평균값을 산출하고, 평균값의 상기 핀홀 위치들을 각각의 상기 복수의 타겟들의 보정값들로 산출하는 단계; 및 (d) 상기 보정값들을 자동 계측 프로그램에 저장하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

오버레이 계측 장치의 보정 방법 및 오버레이 계측 장치의 보정 시스템{Correction method and correction system for overlay measurement apparatus}

본 발명은 웨이퍼의 오버레이 계측 장치의 교정에 관한 것으로서, 구체적으로, 오버레이 계측 장치의 보정 방법 및 오버레이 계측 장치의 보정 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 기술이 발전하면서 반도체 디바이스의 사이즈가 작아지고, 집적회로의 밀도는 증가하고 있다. 이러한 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.

이에 따라, 계측 장치를 통하여 층 간에 패턴 정렬 오차를 측정 및 검증을 수해하고, 측정 및 검증을 위하여 웨이퍼에 대한 타겟 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, 웨이퍼의 상부에 형성된 패턴을 검출하기 위한 광학계는 구조적인 광학 정렬이나, 구동시 발생되는 환경 요인에 따라 광학 오차가 발생되며, 이에 따라, 패턴으로 측정되는 오버레이 값, TIS 값 등의 데이터가 일정하지 않고, 변화하는 문제점이 발생된다.

이러한 광학 오차를 교정하기 위하여 웨이퍼의 오버레이 계측시 보정을 적용하여 계측하고 있으나, 웨이퍼에 보정값이 적용되어도 웨이퍼에 형성된 수많은 타겟에 대한 각각의 데이터가 일정하지 않고 변화하는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 오버레이 계측 장치에서 발생되는 오차를 보정할 수 있도록, 오차를 교정하기 위한 보정값을 산출하는 방법을 개시하여, 웨이퍼에 형성된 각각의 타겟에 대하여 개별적으로 보정가능하며, 이에 따라, 오버레이 계측 장치의 오차를 줄이고, 계측 정확도를 향상시키는, 오버레이 계측 장치의 보정 방법 및 오버레이 계측 장치의 보정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 장치의 보정 방법이 제공된다. 상기 오버레이 계측 장치의 보정 방법은, (a) 복수의 타겟들에서 소정간격 핀홀을 이동시켜 발생되는 오버레이 계측 장치의 오차를 나타내는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 1 데이터를 산출하고, 상기 제 1 데이터에서 산포가 가장 작은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 1차 보정위치로 산출하는 단계; (b) 상기 복수의 타겟들에서 상기 1차 보정위치로부터 상기 핀홀을 상기 소정간격 이동시켜 발생되는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터에서 산포가 가장 적은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 2차 보정위치로 산출하는 단계; (c) 상기 제 2 데이터에서 산출된 상기 2차 보정위치에서 TIS값들의 평균값을 산출하고, 상기 복수의 타겟들의 TIS값들 중 상기 평균값인 경우의 TIS값들이 위치한 상기 핀홀 위치들을 각각의 상기 복수의 타겟들의 보정값들로 산출하는 단계; 및 (d) 상기 보정값들을 자동 계측 프로그램에 저장하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 핀홀이 기준위치에서 미리 설정된 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 계측하는 단계; (a-2) 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 상기 소정간격 이동한 제 1 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 재계측하는 단계; (a-3) 상기 기준위치 및 상기 제 1 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 1 데이터를 산출하는 단계; 및 (a-4) 상기 제 1 데이터를 나타내는 제 1 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 상기 핀홀의 상기 1차 보정위치로 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 핀홀이 상기 1차 보정위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 계측하는 단계; (b-2) 상기 핀홀이 상기 1차 보정위치에서 상기 소정간격 이동한 제 2 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 재계측하는 단계; (b-3) 상기 1차 보정위치 및 상기 제 2 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 2 데이터를 산출하는 단계; 및 (b-4) 상기 제 2 데이터를 나타내는 상기 제 2 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 상기 핀홀의 상기 2차 보정위치로 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, (e) 상기 자동 계측 프로그램에 저장된 상기 보정값들을 각각 대응되는 상기 복수의 타겟들에 적용하여 상기 복수의 타겟들의 오버레이 계측을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 장치의 보정 시스템이 제공된다. 상기 오버레이 계측 장치의 보정 시스템은, 복수의 타겟들에서 소정간격 핀홀을 이동시켜 발생되는 오버레이 계측 장치의 오차를 나타내는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 1 데이터를 산출하고, 상기 제 1 데이터에서 산포가 가장 작은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 1차 보정위치로 산출하는 제 1 최적화 산출부; 상기 복수의 타겟들에서 상기 1차 보정위치로부터 상기 핀홀을 상기 소정간격 이동시켜 발생되는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터에서 산포가 가장 적은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 2차 보정위치로 산출하는 제 2 최적화 산출부; 상기 제 2 데이터에서 산출된 상기 2차 보정위치에서 TIS값들의 평균값을 산출하고, 상기 복수의 타겟들의 TIS값들 중 상기 평균값인 경우의 TIS값들이 위치한 상기 핀홀 위치들을 각각의 상기 복수의 타겟들의 보정값들로 산출하는 보정값 산출부; 및 상기 보정값들을 자동 계측 프로그램에 저장하는 저장부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 최적화 산출부는, 상기 핀홀이 기준위치 및 상기 기준위치에서 상기 소정간격 이동한 제 1 위치에서 미리 설정된 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 계측하도록 제어하는 제 1 계측부; 상기 기준위치 및 상기 제 1 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 1 데이터를 산출하는 제 1 데이터 산출부; 및 상기 제 1 데이터를 나타내는 제 1 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 상기 핀홀의 상기 1차 보정위치로 산출하는 제 1 보정위치 산출부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 최적화 산출부는, 상기 핀홀이 상기 1차 보정위치 및 상기 1차 보정위치에서 상기 소정간격 이동한 제 2 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 계측하는 제 2 계측부; 상기 1차 보정위치 및 상기 제 2 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 2 데이터를 산출하는 제 2 데이터 산출부; 및 상기 제 2 데이터를 나타내는 상기 제 2 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 상기 핀홀의 상기 2차 보정위치로 산출하는 제 2 보정위치 산출부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자동 계측 프로그램에 저장된 상기 보정값들을 각각 대응되는 상기 복수의 타겟들에 적용하여 상기 복수의 타겟들의 오버레이 계측을 수행하는 오버레이 계측부;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 오버레이 계측 장치에서 발생되는 오차를 보정할 수 있도록, 오버레이 계측 장치의 광학 오차를 웨이퍼에 형성된 타겟들 각각에 대하여 보정값을 산출하고, 각각의 타겟에 대하여 개별적으로 보정할 수 있다. 이에 따라, 오버레이 계측 장치의 오차를 줄이고, 계측 정확도를 향상시킬 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 도 1의 오버레이 계측 장치의 스테이지에 안착된 웨이퍼의 복수의 타겟들을 나타내는 상면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 보정 방법을 나타내는 도면들이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 보정 방법에서 제 1 데이터를 통하여 산출된 제 1 그래프를 통하여 TIS 산출 방법을 순차적으로 나타내는 그래프들이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 보정 방법에서 제 2 데이터를 통하여 산출된 제 2 그래프를 통하여 TIS 산출 방법을 순차적으로 나타내는 그래프들이다.
도 16 및 도 17은 도 15의 A 영역을 확대하여, 오버레이 계측 장치의 보정 방법에서 평균값 및 보정값을 산출하는 것을 나타내는 그래프들이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 보정 시스템을 나타내는 도면들이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 오버레이 계측 장치(1000)의 스테이지(500)에 안착된 웨이퍼의 복수의 타겟들을 나타내는 상면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 오버레이 계측 장치(1000)는 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 타겟들(T)을 검출하여 두개의 층에 대한 정렬 오차를 계측하는 장치이다. 이때, 복수의 타겟들(T)은 서로 다른 층에 각각 형성된 제 1 오버레이 키와 제 2 오버레이 키를 포함할 수 있다.

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 1에 도시된 바와 같이, 오버레이 계측 장치(1000)는, 광원부(100), 렌즈부(200), 검출부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.

광원부(100)는 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 타겟들(T)로 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 복수의 타겟들(T)로 조명을 지향시키도록 구성될 수 있다.

광원부(100)는 광원(110), 스펙트럼 필터(120), 편광필터, 조리개(130) 및 빔 스플리터(140)를 포함할 수 있다.

광원(110)은 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.

스펙트럼 필터(120)는 광원(110)에서 조사된 빔의 중심 파장 및 밴드 폭을 복수의 타겟들(T)에 형성된 상기 제 1 오버레이 키 및 상기 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.

조리개(130)는 빛이 통과하는 개구가 형성된 불투명한 플레이트로 형성될 수 있으며, 광원(110)에서 조사된 빔이 복수의 타겟들(T)의 촬영에 적합한 형태로 변경될 수 있다.

조리개(130)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, 광원(110)과 빔 스플리터(140) 사이에 형성될 수 있으며, 도시되지 않았지만, 빔 스플리터(140)와 렌즈부(200) 사이에 형성될 수 있다.

빔 스플리터(140)는 광원(110)으로부터 나온 후 조리개(130)를 통과한 빔의 일부는 투과시키고, 일부는 반사시켜서 광원(110)으로부터 나온 빔을 두 개의 빔으로 분리시킨다.

도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈부(200)는 상기 조명을 복수의 타겟들(T) 중 어느 한 지점의 측정위치에 집광시키는 대물렌즈(210)와 대물렌즈(210)와 상기 측정위치에서 복수의 타겟들(T)과의 거리를 조절하는 렌즈 초점 액추에이터(220)와 상기 측정위치에서 반사되는 광을 통과시키는 핀홀(230)이 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 타겟들(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.

핀홀(230)은 유리 기판 등의 투명한 기판 상부에 홀부를 갖는 불투명층으로 구성되어, 상기 홀부로 입사되는 광이 통과할 수 있다. 이때, 상기 홀부는 복수개로 형성되어, 상기 홀부의 크기나 모양에 따라 선택적으로 사용이 가능하다.

핀홀(230)은 웨이퍼(W)를 기준으로 사방으로 이동할 수 있으며, 예를 들면, X축과 Y축으로 이동하여 광이 통과하는 위치를 제어할 수 있다. 이때, 핀홀(230)의 위치를 임의로 이동하여 TIS(Tool Induced Shift)를 계측함에 따라, 오버레이 계측 장치(1000)에서 발생되는 오차에 따른 오버레이 보정값을 산출하고, 산출된 보정값으로 핀홀(230)의 위치를 보정하여 오버레이를 계측할 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 시야각이다. 즉, 대물렌즈(210)로 시야각(FOV)을 조절할 수 있으며, 렌즈 초점 액추에이터(220)로 포커스를 조절할 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 타겟들(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 타겟들(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 마크를 계측할 수 있다.

웨이퍼(W)가 스테이지(500)의 상부에 안착되어, 스테이지(500)의 상부에서 웨이퍼(W)가 고정되며, 스테이지(500)는 상방의 렌즈부(200)에서 웨이퍼(W)의 복수의 타겟들(T)을 측정할 수 있도록 수평방향으로 이동 및 회전이 가능하다.

제어부(400)는 광원부(100)에서 조사되는 조명의 지향을 제어할 수 있고, 상기 조명을 복수의 타겟들(T)에 집광시키고 반사빔을 수집할 수 있도록 렌즈부(200)를 제어할 수 있으며, 상기 조명이 복수의 타겟들(T)에 집광되고 초점 이미지를 획득하도록 렌즈 초점 액추에이터(220)의 동작을 제어하고, 렌즈부(200)에서 수집된 상기 반사빔을 통하여 측정된 초점 이미지를 획득할 수 있도록 검출부(300)를 제어하며, 오버레이 타겟이 렌즈부(200)의 하방에 위치되도록 스테이지(500)의 이동을 제어할 수 있다.

이외에도, 도시되지 않았지만, 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 렌즈부(200) 및 검출부(300)에서 계측되고, 이를 통하여 산출되는 데이터, 이미지 및 그래프 등을 확인할 수 있으며, 상기 입력부를 통하여 사용자가 광원부(100), 렌즈부(200), 검출부(300), 스테이지(500)를 직접 제어하거나, 복수의 타겟들(T)의 이미지, 보정값 등을 직접 선정, 변경 및 산출할 수 있다.

또한, 오버레이 계측 장치(1000)는 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.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 보정 방법을 나타내는 도면들이고, 도 7 내지 도 11은 오버레이 계측 장치의 보정 방법에서 제 1 데이터를 통하여 산출된 제 1 그래프를 통하여 TIS 산출 방법을 순차적으로 나타내는 그래프들이고, 도 12 내지 도 15는 오버레이 계측 장치의 보정 방법에서 제 2 데이터를 통하여 산출된 제 2 그래프를 통하여 TIS 산출 방법을 순차적으로 나타내는 그래프들이고, 도 16 및 도 17은 도 15의 A 영역을 확대하여, 오버레이 계측 장치의 보정 방법에서 평균값 및 보정값을 산출하는 것을 나타내는 그래프들이다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 오버레이 계측 장치의 보정 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, (a) 1차 보정위치(c1)를 산출하는 단계, (b) 2차 보정위치(c2)를 산출하는 단계, (c) 복수의 타겟들(T)의 보정값들을 산출하는 단계, (d) 저장하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (a) 단계는, 복수의 타겟들(T)에서 소정간격(D) 핀홀(230)을 이동시켜 발생되는 오버레이 계측 장치(1000)의 오차를 나타내는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 1 데이터를 산출하고, 상기 제 1 데이터에서 산포가 가장 작은 위치에서의 핀홀값을 핀홀(230)의 1차 보정위치(c1)로 산출하는 단계이다.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 (a) 단계는, (a-1) 기준위치(s1)에서 TIS값들을 계측하는 단계, (a-2) 제 1 위치(p1)에서 TIS값들을 계측하는 단계, (a-3) 제 1 데이터를 산출하는 단계, (a-4) 1차 보정위치(c1)를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (a-1) 단계는, 핀홀(230)이 기준위치(s1)에서 미리 설정된 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측하는 단계이다.

상기 (a-1) 단계는, 핀홀(230)이 미리 설정된 기준위치(s1)에서 데이터 수집 계측을 수행하는 단계이다. 예를 들면, 핀홀(230)이 기준위치(s1)의 좌표(x, y)가 (30, 30)일 경우, 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

일예로서, 기준위치(s1)는 X축, Y축이 각각 30인 좌표(x, y)의 경우를 예로 하였으나, 좌표 이외에도, 수직 또는 수평 거리로 표현된 이동위치로 표현될 수 있다.

이때, 복수의 타겟들(T)은, 도 2와 같이, 웨이퍼(W)에 형성된 3개 이상의 임의의 타겟을 포함할 수 있으며, 웨이퍼(W)에 형성된 모든 타겟을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 타겟들(T)은 자동 계측 프로그램(ARO, Auto Recipe Optimization)에 미리 저장된 위치의 타겟들을 포함할 수 있다.

예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 (a-1) 단계는, 핀홀(230)의 위치가 기준위치(s1)일 경우, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들을 측정할 수 있다. 이때, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)은 일부가 동일하거나, 또는, 서로 다른 TIS값들로 측정될 수 있다.

TIS는 오버레이 계측 장치(1000)의 오차를 나타내는 값으로, 오버레이 계측 장치(1000)에서 웨이퍼(W)의 기준 각도에서 측정된 측정값과, 상기 기준 각도에서 180도 회전된 각도에서 측정된 측정값의 차이를 나타낸다. TIS값이 높을수록 광학 정렬도가 낮은 것으로 측정값에 대한 신뢰도가 낮아지며, TIS값이 낮을수록 광학 정렬도가 높은 것으로 측정값에 대한 신뢰도가 높아질 수 있다.

상기 (a-2) 단계는, 핀홀(230)이 기준위치(s1)에서 소정간격(D) 이동한 제 1 위치(p1)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 재계측하는 단계이다.

상기 (a-2) 단계는, 핀홀(230)을 미리 설정된 소정간격(D) 오프셋(offset)하여 데이터 수집 계측을 수행하는 단계이다. 예를 들면, 상기 (a-1) 단계에서 핀홀(230)의 좌표(x, y)가 (30, 30)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측하고, 각 축으로 소정간격(D)인 3um씩 이동하여, 좌표(x, y)가 (33, 33)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 (a-2) 단계는, 핀홀(230)의 위치가 기준위치(s1)에서 소정간격(D) 이동한 제 1 위치(p1)에서, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들을 재측정할 수 있다. 이때, 제 1 위치(p1)에서 측정된 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들은 일부가 동일하거나, 또는, 서로 다른 TIS값들로 측정될 수 있으며, 특히, 기준위치(s1)에서 측정된 각각의 TIS값들과 다른 TIS값들로 계측될 수 있다.

상기 (a-3) 단계는, 기준위치(s1) 및 제 1 위치(p1)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 1 데이터를 산출하는 단계이다.

상기 (a-3) 단계는, 상기 (a-1) 단계 및 상기 (a-2) 단계에서 수집된 TIS값들의 데이터를 통하여, 복수의 타겟들(T)이 핀홀(230)의 위치변화에 따른 TIS값들을 포함하는 상기 제 1 데이터를 산출할 수 있다.

이때, 상기 제 1 데이터는 제 1 그래프로 나타낼 수 있으며, 상기 제 1 그래프는 복수의 타겟들(T)에 대한 제 1 TIS 그래프일 수 있다. 즉, 상기 제 1 TIS 그래프는 복수의 타겟들(T)의 TIS값들이 핀홀(230)의 위치가 기준위치(s1)에서 제 1 위치(p1)로 변화할 경우에 변화하는 양상을 도출한 그래프를 포함할 수 있다.

예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 (a-3) 단계에서, 핀홀(230)의 위치가 기준위치(s1)에서 복수의 타겟들(T)의 TIS값들과 제 1 위치(p1)에서 복수의 타겟들(T)의 TIS값들을 연결하여, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 핀홀(230)의 위치 변화에 따른 변화를 그래프로 나타낼 수 있다.

상기 (a-4) 단계는, 상기 제 1 데이터에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS 3 Sigma값이 가장 적은 핀홀의 위치를 산출할 수 있다. 이때, 상기 TIS 3 Sigma는 오버레이 계측 장치에서 발생되는 오차, 즉, 복수의 타겟들(T)에서 계측된 TIS 값들의 표준 편차를 나타낸다.

상기 (a-4) 단계는, 상기 제 1 데이터를 나타내는 제 1 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 핀홀(230)의 1차 보정위치(c1)로 산출하는 단계이다.

예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (a-4) 단계는, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 1 그래프에서 산포가 가장 작은 핀홀의 위치를 찾아 1차 보정위치(c1)로 저장하는 단계이다. 예를 들면, 상기 (a-3) 단계에서 산출된 1차 보정위치(c1)의 좌표(x, y)는 (31, 31)일 수 있다.

1차 보정위치(c1)는, 도 10과 같이, 기준위치(s1)와 제 1 위치(p1) 사이에 형성될 수 있으며, 도 11과 같이, 측정된 제 1 위치(p1)를 벗어난 위치에서 제 1 위치(p1) 보다 큰 값에서 형성될 수 있으며, 도시되지 않았지만, 측정된 기준위치(s1)를 이전의 위치에서 기준위치(s1) 보다 작은 값에서 형성될 수 있다.

상기 (b) 단계는, 복수의 타겟들(T)에서 1차 보정위치(c1)로부터 핀홀(230)을 소정간격(D) 이동시켜 발생되는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터에서 산포가 가장 적은 위치에서의 핀홀값을 핀홀(230)의 2차 보정위치(c2)로 산출하는 단계이다.

상기 (b) 단계는, 상기 (a) 단계를 한번 더 수행하여, 상기 (a) 단계에서 산출된 1차 보정위치(c1) 보다 더 정확한 보정값인 2차 보정위치(c2)를 산출할 수 있다. 다만, 복수의 타겟들(t)의 TIS값들을 측정하는 핀홀(230)의 위치는 상기 (a) 단계에서 산출된 1차 보정위치(c1)에 이어서 수행할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 (b) 단계는, (b-1) 1차 보정위치(c1)에서 TIS값들을 계측하는 단계, (b-2) 제 2 위치(p2)에서 TIS값들을 계측하는 단계, (b-3) 제 2 데이터를 산출하는 단계, (b-4) 2차 보정위치(c2)를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (b-1) 단계는, 핀홀(230)이 1차 보정위치(c1)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측하는 단계이다.

상기 (b-1) 단계는, 핀홀(230)이 상기 (a) 단계에서 산출된 1차 보정위치(c1)에서 데이터 수집 계측을 수행하는 단계이다. 예를 들면, 핀홀(230)이 1차 보정위치(c1)의 좌표(x, y)가 (31, 31)일 경우, 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 (b-1) 단계는, 핀홀(230)의 위치가 1차 보정위치(c1)일 경우, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들을 측정할 수 있다. 이때, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들은 1차 보정위치(c1)에서 다시 계측된 TIS값들, 또는, 상기 (a) 단계에서 산출된 1차 보정위치(c1)에서의 TIS값들 중 어느 하나의 TIS값들을 포함할 수 있다.

상기 (b-2) 단계는, 핀홀(230)이 1차 보정위치(c1)에서 소정간격(D) 이동한 제 2 위치(p2)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 재계측하는 단계이다.

상기 (b-2) 단계는, 핀홀(230)을 상기 (a) 단계에서 설정된 소정간격(D) 오프셋하여 데이터 수집 계측을 수행하는 단계이다. 예를 들면, 상기 (b-1) 단계에서 핀홀(230)의 좌표(x, y)가 (31, 31)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측하고, 각 축으로 소정간격(D)인 3um씩 이동하여, 좌표(x, y)가 (34, 34)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 (b-2) 단계는, 핀홀(230)의 위치가 1차 보정위치(c1)에서 소정간격(D) 이동한 제 2 위치(p2)에서, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들을 재측정할 수 있다. 이때, 제 2 위치(p2)에서 측정된 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들은 일부가 동일하거나, 또는, 서로 다른 TIS값들로 측정될 수 있으며, 특히, 1차 보정위치(c1)에서 측정된 각각의 TIS값들과 다른 TIS값들로 계측될 수 있다.

상기 (b-3) 단계는, 1차 보정위치(c1) 및 제 2 위치(p2)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 2 데이터를 산출하는 단계이다.

상기 (b-3) 단계는, 상기 (b-1) 단계 및 상기 (b-2) 단계에서 수집된 TIS값들의 데이터를 통하여, 복수의 타겟들(T)이 핀홀(230)의 위치변화에 따른 TIS값들을 포함하는 상기 제 2 데이터를 산출할 수 있다.

이때, 상기 제 2 데이터는 제 2 그래프로 나타낼 수 있으며, 상기 제 2 그래프는 상기 제 1 그래프와 다른 복수의 타겟들(T)에 대한 제 2 TIS 그래프일 수 있다. 즉, 상기 제 2 TIS 그래프는 복수의 타겟들(T)의 TIS값들이 핀홀(230)의 위치가 1차 보정위치(c1)에서 제 2 위치(p2)로 변화할 경우에 변화하는 양상을 도출한 그래프를 포함할 수 있다.

예컨대, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 (b-3) 단계에서, 핀홀(230)의 위치가 1차 보정위치(c1)에서 복수의 타겟들(T)의 TIS값들과 제 2 위치(p2)에서 복수의 타겟들(T)의 TIS값들을 연결하여, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 핀홀(230)의 위치 변화에 따른 변화를 그래프로 다시 나타낼 수 있다.

상기 (b-4) 단계는, 상기 제 2 데이터에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS 3 Sigma값이 가장 적은 핀홀의 위치를 산출할 수 있다.

구체적으로, 상기 (b-4) 단계는, 상기 제 2 데이터를 나타내는 제 2 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 핀홀(230)의 2차 보정위치(c2)로 산출하는 단계이다.

예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 (b-4) 단계는, 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 2 그래프에서 산포가 가장 작은 핀홀의 위치를 찾아 2차 보정위치(c2)로 저장하는 단계이다. 예를 들면, 상기 (b-3) 단계에서 산출된 2차 보정위치(c2)의 좌표(x, y)는 (31.5, 31.5)일 수 있다.

2차 보정위치(c2)는, 도 15와 같이, 1차 보정위치(c1)와 제 2 위치(p2) 사이에 형성될 수 있다. 이때, 상기 (a) 단계의 상기 제 1 데이터에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS 3 Sigma값이 가장 적은 핀홀의 위치인 1차 보정위치(c1)가 산출되었으며, 이에 따라, 2차 보정위치(c2)는 제 2 위치(p2) 보다 1차 보정위치(c1)에 더 가깝게 산출될 수 있다.

상기 (c) 단계는, 상기 제 2 데이터에서 산출된 2차 보정위치(c2)에서 TIS값들의 평균값(Avg)을 산출하고, 복수의 타겟들(T)의 TIS값들 중 평균값(Avg)인 경우의 TIS값들이 위치한 상기 핀홀 위치들을 각각의 복수의 타겟들(T)의 보정값들로 산출하는 단계이다.

상기 (c) 단계는, 상기 (b) 단계에서 산출된 2차 보정위치(c2)에서 TIS값들의 평균값(Avg)을 산출할 수 있다.

예컨대, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 (c) 단계에서, 2차 보정위치(c2)에서 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 TIS값들을 제 1 TIS값(Ovl.t1), 제 2 TIS값(Ovl.t2), 제 3 TIS값(Ovl.t3), 제 4 TIS값(Ovl.t4), 제 5 TIS값(Ovl.t5)으로 산출하고, TIS값들의 평균을 계산하여 평균값(Avg)을 산출할 수 있다.

상기 (c) 단계는, TIS값이 평균값(Avg)에서의 제 1 타겟(t1), 제 2 타겟(t2), 제 3 타겟(t3), 제 4 타겟(t4), 제 5 타겟(t5)의 핀홀(230)의 보정 위치를 산출할 수 있다.

예컨대, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 (c) 단계에서, 평균값(Avg)인 경우의 TIS값들이 위치한 제 1 보정값(C.t1), 제 보정값(C.t2), 제 3 보정값(C.t3), 제 4 보정값(C.t4), 제 5 보정값(C.t5)을 각각 산출할 수 있다. 더욱 구체적으로 예를 들면, 제 1 보정값(C.t1)은 31.7, 제 2 보정값(C.t2)은 31.6, 제 3 보정값(C.t3)은 31.1, 제 4 보정값(C.t4)은 31.8, 제 5 보정값(C.t5)은 31.3일 수 있다.

즉, 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 타겟들(T)에 대한 핀홀(230)의 보정값을 개별적으로 산출할 수 있다.

상기 (d) 단계는, 상기 보정값들을 상기 자동 계측 프로그램에 저장하는 단계이다.

예컨대, 상기 (d) 단계는, 상기 (c) 단계에서 산출된 제 1 보정값(C.t1), 제 2 보정값(C.t2), 제 3 보정값(C.t3), 제 4 보정값(C.t4), 제 5 보정값(C.t5) 및 제 n 보정값(C.tn)을 각각의 복수의 타겟들(T)의 보정값으로 상기 자동 계측 프로그램에 저장하는 단계이다.

상기 자동 계측 프로그램은 오버레이 계측 레시피의 측정 옵션들을 자동으로 최적화 시켜줄 수 있다. 이때, 최적화 옵션은 필터(filter), 조리개 개구수(NA), 포커스(focus), 핀홀(Pinhole) 등을 포함할 수 있다.

또한, 상기 자동 계측 프로그램은 계측 장치의 동작에 관한 최적화 레시피 정보 이외에도, 계측 장치에 대한 정보, 오버레이 계측 장치(1000)로 인입되는 웨이퍼(W)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 자동 계측 프로그램은 상기 최적화 레시피 정보와 계측 장치 정보 및 측정 타겟 위치 정보를 통하여 최적의 옵션들을 자동으로 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 오버레이 계측 장치의 보정 방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, (e) 오버레이 계측을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (e) 단계는, 웨이퍼(W) 형성된 복수의 타겟들(T)의 오버레이 계측을 수행하는 단계이다. 이때, 상기 자동 계측 프로그램에 저장된 복수의 타겟들(T) 각각에 대응되는 보정값들을 적용하여, 각 타겟에 대응되는 보정값으로 핀홀(230)을 이동하여 오버레이값을 계측할 수 있다.

예컨대, 웨이퍼(W)의 제 1 타겟(t1)을 측정시, 제 1 보정값(C.t1)으로 핀홀(230)을 이동하여 제 1 타겟(t1)의 오버레이값을 계측하고, 제 2 타겟(t2)을 측정시, 제 2 보정값(C.t2)으로 핀홀(230)을 이동하여 제 2 타겟(t2)의 오버레이값을 계측하며, 제 n 타겟(tn)을 측정시, 제 n 보정값(C.tn)으로 핀홀(230)을 이동하여 제 n 타겟(tn)의 오버레이값을 계측할 수 있다.

즉, 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 타겟들(T)에 대한 오버레이 계측시, 복수의 타겟들(T)에 대한 각각의 보정값을 개별로 적용함으로써, 복수의 타겟들(T)의 오버레이 계측 정확도가 향상될 수 있다.

도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 보정 시스템을 나타내는 도면들이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 보정 시스템은, 제 1 최적화 산출부(10), 제 2 최적화 산출부(20), 보정값 산출부(30) 및 저장부(40)를 포함할 수 있다.

제 1 최적화 산출부(10)는 복수의 타겟들(T)에서 소정간격 핀홀(230)을 이동시켜 발생되는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 1 데이터를 산출하고, 상기 제 1 데이터에서 산포가 가장 작은 위치에서의 핀홀값을 핀홀(230)의 1차 보정위치(c1)로 산출할 수 있다.

구체적으로, 도 18에 도시된 바와 같이, 제 1 최적화 산출부(10)는 제 1 계측부(11), 제 1 데이터 산출부(12) 및 제 1 보정위치 산출부(13)를 포함할 수 있다.

제 1 계측부(11)는 핀홀(230)이 기준위치 및 기준위치(s1)에서 소정간격(D) 이동한 제 1 위치(p1)에서 미리 설정된 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

제 1 계측부(11)는 핀홀(230)이 미리 설정된 기준위치(s1)에서 데이터 수집 계측을 수행할 수 있다. 예를 들면, 핀홀(230)이 기준위치(s1)의 30um일 경우, 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

예컨대, 도 19에 도시된 바와 같이, 제 1 계측부(11)는 핀홀(230)의 위치가 기준위치(s1)일 경우, 제 1 타겟, 제 2 타겟 내지 제 n 타겟의 TIS값들을 측정할 수 있다. 이때, 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟은 일부가 동일하거나, 또는, 서로 다른 TIS값들로 측정될 수 있다.

제 1 데이터 산출부(12)는 기준위치(s1) 및 제 1 위치(p1)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 1 데이터를 산출할 수 있다.

제 1 데이터 산출부(12)는 핀홀(230)을 미리 설정된 소정간격(D) 오프셋하여 데이터 수집 계측을 수행할 수 있다. 예를 들면, 제 1 계측부(11)에서 핀홀(230)이 30um에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측하고, 소정간격(D)인 3um 이동하여, 33um에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

예컨대, 제 1 데이터 산출부(12)는 핀홀(230)의 위치가 기준위치(s1)에서 소정간격(D) 이동한 제 1 위치(p1)에서, 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들을 재측정할 수 있다. 이때, 제 1 위치(p1)에서 측정된 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들은 일부가 동일하거나, 또는, 서로 다른 TIS값들로 측정될 수 있으며, 특히, 기준위치(s1)에서 측정된 각각의 TIS값들과 다른 TIS값들로 계측될 수 있다.

제 1 보정위치 산출부(13)는 상기 제 1 데이터를 나타내는 제 1 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 핀홀(230)의 1차 보정위치(c1)로 산출할 수 있다.

제 1 보정위치 산출부(13)는 제 1 계측부(11), 제 1 데이터 산출부(12)에서 수집된 TIS값들의 데이터를 통하여, 복수의 타겟들(T)이 핀홀(230)의 위치변화에 따른 TIS값들을 포함하는 상기 제 1 데이터를 산출할 수 있다.

이때, 상기 제 1 데이터는 제 1 그래프로 나타낼 수 있으며, 상기 제 1 그래프는 복수의 타겟들(T)의 TIS값들이 핀홀(230)의 위치가 기준위치(s1)에서 제 1 위치(p1)로 변화할 경우에 변화하는 양상을 도출한 그래프를 포함할 수 있다.

예컨대, 제 1 보정위치 산출부(13)는 핀홀(230)의 위치가 기준위치(s1)에서 복수의 타겟들(T)의 TIS값들과 제 1 위치(p1)에서 복수의 타겟들(T)의 TIS값들을 연결하여, 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 제 n 타겟의 핀홀(230)의 위치 변화에 따른 변화를 그래프로 나타낼 수 있다.

제 1 보정위치 산출부(13)는 상기 제 1 데이터에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS 3 Sigma값이 가장 적은 핀홀의 위치를 산출할 수 있다.

예컨대, 제 1 보정위치 산출부(13)는 사익 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 1 그래프에서 산포가 가장 작은 핀홀의 위치를 찾아 1차 보정위치(c1)로 저장할 수 있다. 더욱 구체적으로 예를 들면, 1차 보정위치(c1)는 31um일 수 있다.

이때, 1차 보정위치(c1)는, 기준위치(s1)와 제 1 위치(p1) 사이에 형성거나, 측정된 제 1 위치(p1)를 벗어난 위치에서 제 1 위치(p1) 보다 큰 값에서 형성되거나, 측정된 기준위치(s1)를 이전의 위치에서 기준위치(s1) 보다 작은 값에서 형성될 수 있다.

제 2 최적화 산출부(20)는 도 19에 도시된 바와 같이, 복수의 타겟들(T)에서 1차 보정위치(c1)로부터 핀홀(230)을 소정간격(D) 이동시켜 발생되는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터에서 산포가 가장 적은 위치에서의 핀홀값을 핀홀(230)의 2차 보정위치(c2)로 산출할 수 있다.

제 2 최적화 산출부(20)는, 제 1 최적화 산출부(10)와 동일한 동작을 한번 더 수행하여, 제 1 최적화 산출부(10)에서 산출된 1차 보정위치(c1) 보다 더 정확한 보정값인 2차 보정위치(c2)를 산출할 수 있다. 다만, 복수의 타겟들(t)의 TIS값들을 측정하는 핀홀(230)의 위치는 제 1 최적화 산출부(10)에서 산출된 1차 보정위치(c1)에 이어서 수행할 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 제 2 최적화 산출부(20)는 제 2 계측부(21), 제 2 데이터 산출부(22) 및 제 2 보정위치 산출부(23)를 포함할 수 있다.

제 2 계측부(21)는 핀홀(230)이 1차 보정위치(c1) 및 1차 보정위치(c1)에서 소정간격(D) 이동한 제 2 위치(p2)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

제 2 계측부(21)는 핀홀(230)이 제 1 최적화 산출부(10)에서 산출된 1차 보정위치(c1)에서 데이터 수집 계측을 수행할 수 있다. 예를 들면, 핀홀(230)이 1차 보정위치(c1)가 31um일 경우, 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

예컨대, 제 2 계측부(21)는 핀홀(230)의 위치가 1차 보정위치(c1)일 경우, 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들을 측정할 수 있다. 이때, 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들은 1차 보정위치(c1)에서 다시 계측된 TIS값들, 또는, 제 1 최적화 산출부(10)에서 산출된 1차 보정위치(c1)에서의 TIS값들 중 어느 하나의 TIS값들을 포함할 수 있다.

제 2 데이터 산출부(22)는 1차 보정위치(c1) 및 제 2 위치(p2)에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 2 데이터를 산출할 수 있다.

제 2 데이터 산출부(22)는 핀홀(230)을 제 1 최적화 산출부(10)에서 설정된 소정간격(D) 오프셋하여 데이터 수집 계측을 수행할 수 있다. 예를 들면, 제 2 데이터 산출부(22)에서 핀홀(230)이 31um에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측하고, 각 축으로 소정간격(D)인 3um씩 이동하여, 34um에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS값들을 계측할 수 있다.

예컨대, 제 2 데이터 산출부(22)는 핀홀(230)의 위치가 1차 보정위치(c1)에서 소정간격(D) 이동한 제 2 위치(p2)에서, 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들을 재측정할 수 있다. 이때, 제 2 위치(p2)에서 측정된 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들은 일부가 동일하거나, 또는, 서로 다른 TIS값들로 측정될 수 있으며, 특히, 1차 보정위치(c1)에서 측정된 각각의 TIS값들과 다른 TIS값들로 계측될 수 있다.

제 2 보정위치 산출부(23)는 상기 제 2 데이터를 나타내는 상기 제 2 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 핀홀(230)의 2차 보정위치(c2)로 산출할 수 있다.

제 2 보정위치 산출부(23)는 제 2 계측부(21) 및 제 2 데이터 산출부(22)에서 수집된 TIS값들의 데이터를 통하여, 복수의 타겟들(T)이 핀홀(230)의 위치변화에 따른 TIS값들을 포함하는 상기 제 2 데이터를 산출할 수 있다.

이때, 상기 제 2 데이터는 제 2 그래프로 나타낼 수 있으며, 상기 제 2 그래프는 상기 제 1 그래프와 다른 복수의 타겟들(T)에 대한 그래프일 수 있다. 즉, 상기 제 2 그래프는 복수의 타겟들(T)의 TIS값들이 핀홀(230)의 위치가 1차 보정위치(c1)에서 제 2 위치(p2)로 변화할 경우에 변화하는 양상을 도출한 그래프를 포함할 수 있다.

예컨대, 제 2 보정위치 산출부(23)에서 핀홀(230)의 위치가 1차 보정위치(c1)에서 복수의 타겟들(T)의 TIS값들과 제 2 위치(p2)에서 복수의 타겟들(T)의 TIS값들을 연결하여, 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 핀홀(230)의 위치 변화에 따른 변화를 그래프로 다시 나타낼 수 있다.

제 2 보정위치 산출부(23)는 상기 제 2 데이터에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS 3 Sigma값이 가장 적은 핀홀의 위치를 산출할 수 있다.

예컨대, 제 2 보정위치 산출부(23)는 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 2 그래프에서 산포가 가장 작은 핀홀의 위치를 찾아 2차 보정위치(c2)로 저장할 수 있다. 예를 들면, 제 2 보정위치 산출부(23)에서 산출된 2차 보정위치(c2)는 31.5um일 수 있다.

2차 보정위치(c2)는 1차 보정위치(c1)와 제 2 위치(p2) 사이에 형성될 수 있다. 이때, 상기 (a) 단계의 상기 제 1 데이터에서 복수의 타겟들(T)에 대한 TIS 3 Sigma값이 가장 적은 핀홀의 위치인 1차 보정위치(c1)가 산출되었으며, 이에 따라, 2차 보정위치(c2)는 제 2 위치(p2) 보다 1차 보정위치(c1)에 더 가깝게 산출될 수 있다.

보정값 산출부(30)는 상기 제 2 데이터에서 산출된 2차 보정위치(c2)에서 TIS값들의 평균값(Avg)을 산출하고, 복수의 타겟들(T)의 TIS값들 중 평균값(Avg)인 경우의 TIS값들이 위치한 상기 핀홀 위치들을 각각의 복수의 타겟들(T)의 보정값들(C.t1, C.t2, C.t3, C.t4, C.t5)로 산출할 수 있다.

보정값 산출부(30)는 제 2 최적화 산출부(20)에서 산출된 2차 보정위치(c2)에서 TIS값들의 평균값을 산출할 수 있다.

예컨대, 보정값 산출부(30)는 2차 보정위치(c2)에서 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들을 제 1 TIS값, 제 2 TIS값 내지 제 n TIS값으로 산출하고, TIS값들의 평균을 계산하여 상기 평균값을 산출할 수 있다.

보정값 산출부(30)는 TIS값이 상기 평균값에서의 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 핀홀(230)의 보정 위치를 산출할 수 있다.

예컨대, 보정값 산출부(30)에서, 상기 제 1 타겟, 상기 제 2 타겟 내지 상기 제 n 타겟의 TIS값들이 상기 평균값인 경우에 제 1 보정값, 제 2 보정값 내지 제 n 보정값을 각각 산출할 수 있다.

즉, 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 타겟들(T)에 대한 핀홀(230)의 보정값을 개별적으로 산출할 수 있다.

저장부(40)는 상기 보정값들을 자동 계측 프로그램에 저장할 수 있다.

예컨대, 저장부(40)는 보정값 산출부(30)에서 산출된 상기 제 1 보정값, 상기 제 2 보정값 내지 상기 제 n 보정값을 각각의 복수의 타겟들(T)의 보정값으로 상기 자동 계측 프로그램에 저장할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 오버레이 계측 장치의 보정 시스템은, 도 18에 도시된 바와 같이, 오버레이 계측부(50)를 포함할 수 있다.

오버레이 계측부(50)는 상기 자동 계측 프로그램에 저장된 상기 보정값들을 각각 대응되는 복수의 타겟들(T)에 적용하여 복수의 타겟들(T)의 오버레이 계측을 수행할 수 있다.

예컨대, 웨이퍼(W)의 상기 제 1 타겟을 측정시, 상기 제 1 보정값으로 핀홀(230)을 이동하여 상기 제 1 타겟의 오버레이값을 계측하고, 상기 제 2 타겟을 측정시, 상기 제 2 보정값으로 핀홀(230)을 이동하여 상기 제 2 타겟의 오버레이값을 계측하며, 상기 제 n 타겟을 측정시, 상기 제 n 보정값으로 핀홀(230)을 이동하여 상기 제 n 타겟의 오버레이값을 계측할 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 발명의 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 장치의 보정 방법은 각각의 타겟에 대하여 개별적으로 광학 오차를 파악할 수 있으며, 상술한 시퀀스를 통하여 이를 보정하는 광학 오차를 산출하고, 오버레이 계측 시 적용하여 타겟별 광학 오차를 보정할 수 있다.

이에 따라, 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 타겟들(T)에 대한 오버레이 계측시, 복수의 타겟들(T)에 대한 각각의 보정값을 개별로 적용함으로써, 복수의 타겟들(T)의 오버레이 계측 정확도가 향상될 수 있다.

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.

T: 복수의 계측 타겟들
W: 웨이퍼
100: 광원부
110: 광원
120: 스펙트럼 필터
130: 조리개
140: 빔 스플리터
200: 렌즈부
210: 대물렌즈
220: 렌즈 초점 액추에이터
230: 핀홀
300: 검출부
400: 제어부
500: 스테이지

Claims (8)

1. (a) 복수의 타겟들에서 소정간격 핀홀을 이동시켜 발생되는 오버레이 계측 장치의 오차를 나타내는 TIS(Tool Induced Shift)값들의 변화를 나타내는 제 1 데이터를 산출하고, 상기 제 1 데이터에서 산포가 가장 작은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 1차 보정위치로 산출하는 단계;
   (b) 상기 복수의 타겟들에서 상기 1차 보정위치로부터 상기 핀홀을 상기 소정간격 이동시켜 발생되는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터에서 산포가 가장 적은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 2차 보정위치로 산출하는 단계;
   (c) 상기 제 2 데이터에서 산출된 상기 2차 보정위치에서 TIS값들의 평균값을 산출하고, 상기 복수의 타겟들의 TIS값들 중 상기 평균값인 경우의 TIS값들이 위치한 상기 핀홀 위치들을 각각의 상기 복수의 타겟들의 보정값들로 산출하는 단계; 및
   (d) 상기 보정값들을 자동 계측 프로그램에 저장하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 (a) 단계에서 상기 1차 보정위치는,
   상기 복수의 타겟들 중 각각의 타겟들에 대하여 상기 핀홀이 기준위치일 경우의 TIS값과, 상기 기준위치에서 상기 소정간격 이동된 제 1 위치에서의 TIS값을 통하여 TIS값의 변화양상을 산출하고, 상기 복수의 타겟들 각각의 변화양상에서 TIS값의 산포가 가장 작은 지점을 상기 핀홀의 위치로 산출되고,
   상기 (b) 단계에서 상기 2차 보정위치는,
   상기 복수의 타겟들 중 각각의 타겟들에 대하여 상기 핀홀이 상기 제 1 위치일 경우의 TIS값과, 상기 제 1 위치에서 상기 소정간격 이동된 제 2 위치에서의 TIS값을 통하여 TIS값의 변화양상을 산출하고, 상기 복수의 타겟들 각각의 변화양상에서 TIS값의 산포가 가장 작은 지점을 상기 핀홀의 위치로 산출되는, 오버레이 계측 장치의 보정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   (a-1) 상기 핀홀이 기준위치에서 미리 설정된 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 계측하는 단계;
   (a-2) 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 상기 소정간격 이동한 제 1 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 재계측하는 단계;
   (a-3) 상기 기준위치 및 상기 제 1 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 1 데이터를 산출하는 단계; 및
   (a-4) 상기 제 1 데이터를 나타내는 제 1 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 상기 핀홀의 상기 1차 보정위치로 산출하는 단계;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 보정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 (b) 단계는,
   (b-1) 상기 핀홀이 상기 1차 보정위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 계측하는 단계;
   (b-2) 상기 핀홀이 상기 1차 보정위치에서 상기 소정간격 이동한 제 2 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 재계측하는 단계;
   (b-3) 상기 1차 보정위치 및 상기 제 2 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 2 데이터를 산출하는 단계; 및
   (b-4) 상기 제 2 데이터를 나타내는 제 2 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 상기 핀홀의 상기 2차 보정위치로 산출하는 단계;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 보정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   (e) 상기 자동 계측 프로그램에 저장된 상기 보정값들을 각각 대응되는 상기 복수의 타겟들에 적용하여 상기 복수의 타겟들의 오버레이 계측을 수행하는 단계;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 보정 방법.
5. 복수의 타겟들에서 소정간격 핀홀을 이동시켜 발생되는 오버레이 계측 장치의 오차를 나타내는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 1 데이터를 산출하고, 상기 제 1 데이터에서 산포가 가장 작은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 1차 보정위치로 산출하는 제 1 최적화 산출부;
   상기 복수의 타겟들에서 상기 1차 보정위치로부터 상기 핀홀을 상기 소정간격 이동시켜 발생되는 TIS값들의 변화를 나타내는 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터에서 산포가 가장 적은 위치에서의 핀홀값을 상기 핀홀의 2차 보정위치로 산출하는 제 2 최적화 산출부;
   상기 제 2 데이터에서 산출된 상기 2차 보정위치에서 TIS값들의 평균값을 산출하고, 상기 복수의 타겟들의 TIS값들 중 상기 평균값인 경우의 TIS값들이 위치한 상기 핀홀 위치들을 각각의 상기 복수의 타겟들의 보정값들로 산출하는 보정값 산출부; 및
   상기 보정값들을 자동 계측 프로그램에 저장하는 저장부;
   를 포함하고,
   상기 1차 보정위치는,
   상기 복수의 타겟들 중 각각의 타겟들에 대하여 상기 핀홀이 기준위치일 경우의 TIS값과, 상기 기준위치에서 상기 소정간격 이동된 제 1 위치에서의 TIS값을 통하여 TIS값의 변화양상을 산출하고, 상기 복수의 타겟들 각각의 변화양상에서 TIS값의 산포가 가장 작은 지점을 상기 핀홀의 위치로 산출되고,
   상기 2차 보정위치는,
   상기 복수의 타겟들 중 각각의 타겟들에 대하여 상기 핀홀이 상기 제 1 위치일 경우의 TIS값과, 상기 제 1 위치에서 상기 소정간격 이동된 제 2 위치에서의 TIS값을 통하여 TIS값의 변화양상을 산출하고, 상기 복수의 타겟들 각각의 변화양상에서 TIS값의 산포가 가장 작은 지점을 상기 핀홀의 위치로 산출되는, 오버레이 계측 장치의 보정 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 최적화 산출부는,
   상기 핀홀이 기준위치 및 상기 기준위치에서 상기 소정간격 이동한 제 1 위치에서 미리 설정된 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 계측하도록 제어하는 제 1 계측부;
   상기 기준위치 및 상기 제 1 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 1 데이터를 산출하는 제 1 데이터 산출부; 및
   상기 제 1 데이터를 나타내는 제 1 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 상기 핀홀의 상기 1차 보정위치로 산출하는 제 1 보정위치 산출부;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 보정 시스템.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 2 최적화 산출부는,
   상기 핀홀이 상기 1차 보정위치 및 상기 1차 보정위치에서 상기 소정간격 이동한 제 2 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들을 계측하는 제 2 계측부;
   상기 1차 보정위치 및 상기 제 2 위치에서 상기 복수의 타겟들에 대한 TIS값들의 변화를 나타내는 상기 제 2 데이터를 산출하는 제 2 데이터 산출부; 및
   상기 제 2 데이터를 나타내는 제 2 그래프에서 TIS값들의 산포가 가장 작은 위치의 핀홀값을 상기 핀홀의 상기 2차 보정위치로 산출하는 제 2 보정위치 산출부;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 보정 시스템.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 자동 계측 프로그램에 저장된 상기 보정값들을 각각 대응되는 상기 복수의 타겟들에 적용하여 상기 복수의 타겟들의 오버레이 계측을 수행하는 오버레이 계측부;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 보정 시스템.
   

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