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KR102524462B1 - 오버레이 측정장치 - Google Patents

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KR102524462B1
KR102524462B1 KR1020220037874A KR20220037874A KR102524462B1 KR 102524462 B1 KR102524462 B1 KR 102524462B1 KR 1020220037874 A KR1020220037874 A KR 1020220037874A KR 20220037874 A KR20220037874 A KR 20220037874A KR 102524462 B1 KR102524462 B1 KR 102524462B1
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KR
South Korea
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value
Prior art date
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KR1020220037874A
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English (en)
Inventor
신현기
류보경
고정선
박진우
Original Assignee
(주)오로스 테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to TW111139505A priority patent/TWI833392B/zh
Priority to CN202280007292.4A priority patent/CN117242337A/zh
Priority to PCT/KR2022/016028 priority patent/WO2023191213A1/ko
Priority to JP2023533303A priority patent/JP7663690B2/ja
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Abstract

본 발명은 오버레이 측정장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 높이 차이가 큰 층들 사이의 오버레이 오차를 빠르게 측정할 수 있는 오버레이 측정장치에 관한 것이다. 본 발명은 웨이퍼에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 오차를 측정하는 장치로서, 복수의 초점 위치에서 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크의 정렬 이미지들을 획득하도록 구성된 이미징 시스템과, 상기 이미징 시스템에 통신 가능하게 결합된 제어기를 포함하는 오버레이 측정장치를 제공한다. 본 발명에 따른 오버레이 측정장치는 높이 차이가 큰 층들 사이의 오버레이 오차를 빠르고 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

Description

오버레이 측정장치{Apparatus for measuring overlay}
본 발명은 오버레이 측정장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 높이 차이가 큰 층들 사이의 오버레이 오차를 빠르게 측정할 수 있는 오버레이 측정장치에 관한 것이다.
기술 발전에 따라서 반도체 디바이스의 사이즈가 작아지고, 집적회로의 밀도 증가가 요구되고 있다. 이러한 요구사항을 충족 시기키 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 특정위치에서 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.
이하, 박스 인 박스(box in box, BIB) 오버레이 마크를 이용하여 두 개의 층의 오버레이를 측정하는 방법을 간단히 설명한다. 먼저, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 대체로 박스 형태인 제1 오버레이 마크(OM1)와 대체로 제1 오버레이 마크(1)에 비해서 작은 박스 형태인 제2 오버레이 마크(OM2)를 연속된 두 개의 층에 각각 형성한다. 그리고 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)의 이미지를 한 번에 획득한다. 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 위치별 강도의 변화를 나타내는 파형을 획득하여, 제1 오버레이 마크(OM1)의 중심 값(C1)과 제2 오버레이 마크(OM2)의 중심 값(C2)을 각각 획득한다. 그리고 이들을 비교함으로써 두 층 사이의 오버레이 오차를 측정한다.
두 층 사이의 높이 차이가 크지 않을 경우에는 자동 초점(autofocus) 센서를 이용하여 초점을 자동으로 맞춘 후에 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)의 조합 이미지를 한 번에 획득할 수 있다. 자동 초점 센서를 이용하여 찾은 초점은 조합 이미지 획득에 최적화된 초점이 아닐 수 있으나, 두 층 사이의 높이 차이가 크지 않을 경우에는 크게 문제가 되지 않는다.
그러나 반도체 공정 기술의 발전으로 인해 높이 차이가 크며, 광학적 성질이 다른 층들 사이의 오버레이 오차를 정확하게 측정할 필요가 있는 현재에는 자동 초점 센서를 이용하여 획득된 표준 초점(standard focus)과 더욱 정확한 측정을 위한 측정 초점(measure focus)의 차이가 클 수 있다는 문제가 있다. 예를 들어, 자동 초점 센서에 의한 표준 초점은 현재 층(current layer)의 상부에 위치하지만, 측정 초점은 이전 층(previous layer)과 현재 층 사이에 위치할 수 있다. 이런 경우에 표준 초점에서 획득된 이미지를 이용하면, 정렬 이미지에서 이전 층에 형성된 제1 오버레이 마크가 선명하지 않기 때문에 정확하게 오버레이 오차를 측정할 수 없다는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 도 4와 5에 도시된 바와 같이, 제1 오버레이 마크(OM1)를 초점면(focal plane)으로 해서 얻은 신호의 위치별 강도의 변화를 나타내는 파형을 획득하여, 제1 오버레이 마크(OM1)의 중심 값(C1)을 획득하고, 제2 오버레이 마크(OM2)를 초점면으로 해서 얻은 신호의 위치별 강도의 변화를 나타내는 파형을 획득하여, 제2 오버레이 마크(OM2)의 중심 값(C2)을 획득함으로써 두 층 사이의 오버레이 오차를 측정하는 방법이 사용되었다. 그러나 이러한 방법은 오버레이 오차 측정을 위해서 매번 두 번 촬영해야 하므로 검사 시간이 길어진다는 문제가 있었다.
한국공개특허 특2003-0054781 한국등록특허 10-0689709 한국등록특허 제10-1564312호
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 높이 차이가 큰 층들 사이의 오버레이 오차를 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 새로운 오버레이 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 웨이퍼에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 오차를 측정하는 장치로서, 복수의 초점 위치에서 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크의 정렬 이미지들을 획득하도록 구성된 이미징 시스템과, 상기 이미징 시스템에 통신 가능하게 결합된 제어기를 포함하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
여기서 상기 이미징 시스템은, 상기 정렬 이미지 획득을 위한 제1 조명 광을 방사하는 제1 광원과; 제2 조명 광을 방사하는 제2 광원과; 상기 제1 조명 광과 상기 제2 조명 광을 상기 웨이퍼의 측정 영역에 집광시키고, 상기 웨이퍼의 측정 영역에서 반사된 제1 반사 광과 제2 반사 광을 수집하는 대물렌즈와; 상기 제1 광원으로부터 나와서 상기 웨이퍼의 측정 영역에서 반사된 상기 제1 반사 광이 집광되어 상기 정렬 이미지가 획득되는 제1 검출기와; 상기 제2 광원으로부터 나와서 상기 웨이퍼의 측정 영역에서 반사된 상기 제2 반사광에 의해 상기 초점 위치에 따른 신호를 획득하는 제2 검출기와; 상기 초점 위치를 조절하도록 상기 웨이퍼의 측정 영역과 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하는 제1 액추에이터를 포함한다.
그리고 상기 제어기는, 명령어를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 명령어는 상기 프로세서가, a) 측정 영역에서 복수의 초점 위치에서 상기 이미징 시스템을 통해 획득된 정렬 이미지들을 수신하는 단계와, b) 상기 정렬 이미지들의 상기 제1 오버레이 마크의 대비(contrast) 값의 변화와, 상기 제2 오버레이 마크의 대비 값의 변화에 기초하여, 측정 초점(measure focus, MF) 위치를 결정하는 단계와, c) 상기 측정 초점 위치에서의 상기 제2 검출기로부터의 신호 값인 기준 신호 값을 획득하는 단계와, d) 상기 측정 초점 위치에서 획득된 정렬 이미지인 측정 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정하는 단계를 수행하도록 한다.
또한, 본 발명은, 상기 제어기는, 상기 프로세서가, e) 상기 a) 단계의 측정 영역과 다른 측정 영역에서 상기 제2 검출기로부터 획득된 신호 값을 수신하는 단계와, f) 상기 e) 단계에서 수신된 신호 값과 상기 기준 신호 값을 비교하는 단계와, g) 상기 제2 검출기로부터 획득된 신호 값이 상기 기준 신호 값과 다르면 상기 제1 액추에이터를 제어하여 초점 위치를 변경하는 단계와, h) 상기 제2 검출기로부터 획득된 신호 값이 상기 기준 신호 값과 일치하면, 상기 이미징 시스템을 통해 획득된 정렬 이미지를 수신하는 단계와, i) 상기 h) 단계에서 수신한 정렬 이미지인 측정 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정하는 단계를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 이미징 시스템은, 상기 제2 광원과 상기 대물렌즈 사이에 배치되며, 상기 제2 광원에서 방사된 제2 조명광을 굴절시키는 광학 렌즈와; 상기 제2 광원과 상기 대물렌즈 사이에서의 상기 광학 렌즈의 위치를 조절하는 제2 액추에이터를 더 포함하며, 상기 제어기는, 상기 프로세서가, 상기 c) 단계 이후에, 상기 기준 신호 값을 미리 정해진 기준 신호 값과 비교하는 단계와, 상기 기준 신호 값과 상기 미리 정해진 기준 신호 값이 다르면, 상기 제2 액추에이터를 제어하여 상기 광학 렌즈의 위치를 조절함으로써, 상기 기준 신호 값을 상기 미리 정해진 기준 신호 값과 일치시키는 단계를 더 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 광학 렌즈는 볼록 렌즈인 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 b) 단계는, 상기 제1 오버레이 마크에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값과 상기 제2 오버레이 마크에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값 사이의 위치에서 측정 초점 위치를 찾는 단계인 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 b) 단계는, 상기 제1 오버레이 마크에 의한 대비 값의 변화 그래프와 상기 제2 오버레이 마크에 의한 대비 값의 변화 그래프가 교차하는 위치를 측정 초점 위치로 찾는 단계인 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 제2 검출기는 위상 차 방식의 자동초점 센서 모듈이며, 상기 미리 정해진 기준 신호 값은 상기 자동초점 센서 모듈에서 측정되는 위상 차가 최소화되는 값인 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 제2 광원과 상기 대물렌즈 사이에 배치되며, 상기 제2 광원으로부터 나온 제2 조명 광 중에서 장파장의 빛을 상기 대물렌즈를 향해 반사시키는 핫 미러를 더 포함하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 제2 광원으로부터 나온 제2 조명 광을 라인 빔(line beam)으로 변경하는 실린더 렌즈를 더 포함하는 오버레이 측정장치를 제공한다.
본 발명에 따른 오버레이 측정장치는 높이 차이가 큰 층들 사이의 오버레이 오차를 빠르고 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 오버레이 마크의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 오버레이 마크 이미지로부터 획득된 신호의 위치별 강도의 변화 파형을 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 오버레이 마크를 초점면으로 하여 획득된 신호의 위치별 강도의 변화 파형을 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 제2 오버레이 마크를 초점면으로 하여 획득된 신호의 위치별 강도의 변화 파형을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 측정장치의 개념도이다.
도 7은 도 6에 도시된 오버레이 측정장치의 작용을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 7의 측정 초점 위치를 찾는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 7의 기준 신호 값을 찾는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오버레이 측정장치의 개념도이다.
도 11은 광학 렌즈의 위치에 따른 초점 위치의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 광학 렌즈의 위치에 따른 기준 신호 값의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 10에 도시된 오버레이 측정장치의 작용을 설명하기 위한 일부 순서도이다.
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 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 측정장치의 개념도이다. 오버레이 측정장치는 웨이퍼(w)에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 오차를 측정하는 장치이다.
예를 들어, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 제1 오버레이 마크(OM1)는 이전 층(previous layer)에 형성된 오버레이 마크이며, 제2 오버레이 마크(OM2)는 현재 층(current layer)에 형성된 오버레이 마크일 수 있다. 오버레이 마크들은 다이(die) 영역에 반도체 디바이스 형성을 위한 층을 형성하는 동시에 스크라이브 레인(scribe lane)에 형성한다. 예를 들어, 제1 오버레이 마크(OM1)는 절연막 패턴과 함께 형성되고, 제2 오버레이 마크(OM2)는 절연막 패턴 위에 형성되는 포토레지스트 패턴과 함께 형성될 수 있다.
이런 경우 제2 오버레이 마크(OM2)는 외부로 노출되어 있으나, 제1 오버레이 마크(OM1)는 포토레지스트 층에 의해서 가려진 상태이며, 포토레지스트 재료로 이루어진 제2 오버레이 마크(OM2)와는 광학적 성질이 다른 산화물로 이루어진다. 또한, 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)는 높이가 서로 다르다.
오버레이 마크로는 박스 인 박스(도 1 참조), AIM(advanced inmaging metrology) 오버레이 마크 등 현재 사용되고 있는 다양한 형태의 오버레이 마크를 사용할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 측정장치(1)는 이미징 시스템(10)과, 이미징 시스템(10)에 통신 가능하게 결합된 제어기(20)를 포함한다.
이미징 시스템(1)은 크게 이미지 획득부(100)와, 자동 초점부(200)를 포함한다.
이미지 획득부(100)는 복수의 초점 위치에서 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)가 함께 표시된 이미지(이하, '정렬 이미지'라고 함)를 획득하는 역할을 한다.
이미지 획득부(100)는 제1 조명 광을 웨이퍼(W)의 측정 영역에 조사하기 위해 제1 광원(111)과, 제1 빔 스플리터(113)와, 대물렌즈(115)와, 제1 액추에이터(117)를 구비한다. 측정 영역은 웨이퍼(W)의 스크라이브 레인에서 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)가 형성된 영역이다. 하나의 웨이퍼(W)에는 복수의 측정 영역이 존재한다. 오버레이 측정장치(1)는 복수의 측정 영역에서 오버레이 오차를 측정한다.
제1 광원(111)으로는 할로겐 램프, 제논 램프, 발광다이오드 등을 사용할 수 있다. 제1 광원(111)은 가시광선 영역의 제1 조명 광을 생성한다.
제1 빔 스플리터(113)는 제1 광원(111)으로부터 나온 제1 조명 광의 일부를 반사시켜 대물렌즈(115) 측으로 안내하는 역할을 한다. 또한, 대물렌즈(115)에서 수집한 제1 반사 광의 일부를 투과시킨다.
대물렌즈(115)는 제1 빔 스플리터(113)에서 반사된 빔을 웨이퍼(W)의 측정 영역에 집광시키고, 측정 영역에서의 반사된 빔을 수집하는 역할을 한다. 대물렌즈(115)는 제1 액추에이터(actuator, 117)에 설치된다.
제1 액추에이터(117)는 대물렌즈(115)와 웨이퍼(W) 사이의 거리를 조절하여 이미지 획득부(100)의 초점 위치를 조절하는 역할을 한다.
또한, 이미지 획득부(100)는 웨이퍼(W)의 측정 영역으로부터의 제1 반사광을 집광하여 정렬 이미지를 얻기 위해, 핫 미러(121, hot mirror), 튜브 렌즈(123), 제1 검출기(130)를 구비한다.
튜브 렌즈(123)는 제1 빔 스플리터(113)와 핫 미러(121)를 투과한 제1 반사광을 제1 검출기(130)에 집광하는 역할을 한다.
핫 미러(121)는 자외선을 반사하고, 가시광선을 투과시킨다. 핫 미러(121)는 제1 검출기(130)에 자외선이 입사하는 것을 방지한다.
제1 검출기(130)는 CCD나 CMOS 카메라일 수 있다. 이미지 획득부(100)는 제1 검출기(130)로부터의 전기신호를 이용하여, 정렬 이미지를 획득한다. 그리고 이 정렬 이미지를 분석하면 오버레이 오차를 측정할 수 있다.
자동 초점부(200)는 대물렌즈(115)와 웨이퍼(W) 사이의 거리에 따른 신호를 생성하는 역할을 한다. 즉, 이미지 획득부(100)의 초점 위치의 변화에 따른 신호를 생성하는 역할을 한다.
자동 초점부(200)는 제2 조명 광을 웨이퍼(W)의 측정 영역에 조사하기 위해 제2 광원(211)과, 제2 광원(211)으로부터의 제2 조명 광을 굴절시키는 광학 렌즈(212)와, 제2 빔 스플리터(213)를 구비한다. 또한, 이미지 획득부(100)의 핫 미러(121), 제1 빔 스플리터(113) 및 대물렌즈(115)도 사용한다.
제2 광원(211)으로는 레이저 다이오드 또는 발광다이오드를 사용할 수 있다. 제2 광원(211)은 적외선 영역의 제2 조명 광을 생성한다. 제2 조명 광은 광학 렌즈(212)에 의해서 굴절된 후에 제2 빔 스플리터(213)를 투과한 후 핫 미러(121)에서 반사된다. 광학 렌즈(212)로는 볼록 렌즈를 사용할 수 있다. 제2 조명 광으로 레이저를 사용하는 경우에는 제2 빔 스플리터(213)로 편광 빔 스플리터를 사용하는 것이 바람직하다. 반사 및 투과 과정에서 광량이 줄어드는 것을 최소화할 수 있기 때문이다.
그리고 핫 미러(121)에서 반사된 제2 조명 광은 제1 빔 스플리터(113)를 투과한 후 대물렌즈(115)에 입사한다. 대물렌즈(115)는 제2 조명 광을 웨이퍼(W)의 측정 영역에 집광시키고, 측정 영역에서의 반사된 제2 반사광을 수집하는 역할을 한다. 본 발명은 하나의 대물렌즈(115)를 이용하여 제1 조명 광과 제2 조명 광을 집광시키고, 제1 반사 광과 제2 반사 광을 수집한다는 장점이 있다.
본 발명에서는 제2 조명 광으로 제1 조명 광과 파장 대역이 다른 적외선을 사용하고, 핫 미러(121)를 사용하여 제2 반사 광과 제1 반사 광을 분리하여, 제1 검출기(130)로 제2 반사 광이 입사하는 것을 방지한다.
대물렌즈(115)에서 수집된 제2 반사광은 다시 제1 빔 스플리터(113)를 투과한 후에 핫 미러(121)에서 반사된다. 적외선은 핫 미러(121)를 투과하지 못하므로, 적외선 영역의 제2 반사광이 제1 검출기(130)로 입사하지 않는다.
핫 미러(121)에서 반사된 제2 반사광은 제2 빔 스플리터(213)에서 제2 검출기(230) 쪽으로 반사된다.
제2 검출기(230)로는 속도가 빠른 종래의 위상 차 방식의 자동초점 센서 모듈을 사용할 수 있다. 예를 들어, 빔 스플리터, 마이크로 렌즈, 한 쌍의 광 다이오드를 포함하는 위상 차 방식의 자동초점 센서 모듈을 사용할 수 있다. 제2 검출기(230)는 대물렌즈(115)와 웨이퍼(W) 사이의 거리에 따른 신호를 생성하는 역할을 한다. 예를 들어, 이미지 획득부의 초점이 '표준 초점'과 일치하는 경우에는, 제2 검출기(230)에 출력되는 신호 값인 위상 차 값이 0일 수 있으며, 일치하지 않는 경우에는 초점의 위치에 따라서 + 또는 -값일 수 있다. '표준 초점'이란 제2 검출기(230)의 신호를 기준으로 결정된 이미지 획득부의 초점이다. '표준 초점'은 실제 정렬 이미지 획득에 적합한 '측정 초점'과 일치할 수도 있으나, 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)의 높이 차가 클 경우에는 대부분 서로 다르다. '측정 초점'의 측정 방법에 대해서는 후술한다.
제어기(20)는 이미징 시스템(10)에 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 결합된다. 제어기(20)는 프로세서와 메모리 등의 하드웨어와 메모리에 설치된 소프트웨어를 포함한다. 제어기(20)는 소프트웨어의 명령어들을 통해서 프로세서가 도 7의 단계들을 수행하도록 지시한다.
도 7은 도 6에 도시된 오버레이 측정장치의 작용을 설명하기 위한 순서도 이다. 먼저, 정렬 이미지들을 수신하는 단계(S1)를 설명한다.
본 단계에서는 제어기(20)가 복수의 초점 위치에서 이미징 시스템(10)을 통해 획득된 정렬 이미지들을 수신한다. 정렬 이미지들은 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2)를 포함한다. 정렬 이미지들은 제1 액추에이터(117)를 이용하여 초점 위치를 연속적으로 변경하면서 획득할 수 있다.
다음, 측정 초점(measure focus, MF) 위치를 결정하는 단계(S2)에 대해서 설명한다. 측정 초점 위치는 복수의 정렬 이미지들 중에서 오버레이 오차 측정을 위해서 사용되는 정렬 이미지인 측정 이미지를 획득할 때 사용되는 초점 위치이다. 즉, 오버레이 오차 측정에 최적화된 초점 위치이다.
제어기(20)는 초점 위치에 따른 정렬 이미지들의 제1 오버레이 마크(OM1)의 대비(contrast) 값의 변화와, 제2 오버레이 마크(OM2)의 대비 값의 변화에 기초하여 측정 초점 위치를 결정할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 오버레이 마크(OM1)의 대비(contrast) 값과, 제2 오버레이 마크(OM2)의 대비 값은 초점 위치(대물렌즈와 웨이퍼 사이의 거리)에 따라서 변경된다. 제1 오버레이 마크(OM1)는 먼저 형성된 이전 층에 위치하므로, 웨이퍼(W)와 대물렌즈(115)의 거리가 가까운 초점 위치에서 대비 값이 최댓값을 가진다. 제2 오버레이 마크(OM2)는 이전 층 위에 형성된 현재 층에 위치하므로, 웨이퍼(W)와 대물렌즈(115)의 거리가 먼 초점 위치에서 대비 값이 최댓값을 가진다.
측정 초점 위치는, 예를 들어, 제1 오버레이 마크(OM1)에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값과 제2 오버레이 마크(OM2)에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값 사이의 위치에서 찾을 수 있다. 예를 들어, 제1 오버레이 마크(OM1)에 의한 대비 값의 변화 그래프와 제2 오버레이 마크(OM2)에 의한 대비 값의 변화 그래프가 교차하는 위치를 측정 초점 위치로 정할 수 있다. 또한, 제1 오버레이 마크(OM1)에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값과 제2 오버레이 마크(OM2)에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값의 평균 값을 측정 초점 위치로 정할 수도 있다.
경우에 따라서, 측정 초점 위치는 제1 오버레이 마크(OM1)에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값과 제2 오버레이 마크(OM2)에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값 사이 구간의 외부에 위치할 수도 있다.
다음, 기준 신호 값을 획득하는 단계(S3)에 대해서 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 단계에서 제어기(20)는 측정 초점 위치에서의 제2 검출기(230)로부터의 신호 값인 기준 신호 값을 획득한다. 측정 초점 위치가 표준 초점 위치와 일치한다면, 제2 검출기(230)로부터의 신호 값인 위상 값은 0이 될 것이다. 일치하지 않는다면, 특정한 위상 값을 가지게 될 것이며 이 값이 기준 신호 값이 된다.
다음, 오버레이 오차를 측정하는 단계(S4)에 대해서 설명한다.
본 단계에서는 측정 초점 위치에서 획득된 정렬 이미지인 측정 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정한다. 측정 이미지를 이용하여 오버레이 오차를 측정하는 방법은 종래의 기술이므로 자세한 설명을 생략한다.
다음, 다른 측정 영역에서 제2 검출기로부터 획득된 신호 값을 수신하는 단계(S5)에 대해서 설명한다.
하나의 웨이퍼에는 다수의 측정 영역에 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2) 쌍이 형성된다. 따라서 본 발명에 따른 오버레이 측정장치는 다수의 측정 영역에서 오버레이 오차를 측정하게 된다. 본 발명에 따른 오버레이 측정장치는 특히, 다수의 측정 영역에서 오버레이 오차를 측정할 때 속도가 빠르다는 장점이 있다.
본 단계에서 제어기(20)는 기준 신호 값을 획득한 최초 측정 영역과 다른 측정 영역에서 제2 검출기(230)로부터 획득된 신호 값을 수신한다.
다음, S5 단계에서 수신된 신호 값과 기준 신호 값을 비교하는 단계(S6)에 대해서 설명한다.
본 단계에서 제어기(20)는 S5 단계에서 수신된 신호 값과 기준 신호 값을 비교한다. 이상적이라면, S5 단계에서 수신된 신호 값과 기준 신호 값이 일치하지만, 웨이퍼(W)의 위치별로 편차가 있으므로, 수신된 신호 값과 기준 신호 값이 서로 다를 수 있다.
다음, 초점 위치를 변경하는 단계(S7)에 대해서 설명한다.
본 단계에서 제어기(20)는 제2 검출기(230)로부터 획득된 신호 값이 기준 신호 값과 일치하도록 제1 액추에이터를 제어하여 초점 위치를 변경한다. 본 단계에서는 웨이퍼(W)의 위치별 편차를 고려하여 최초 측정 영역과 다른 현재 측정 영역에서의 초점 위치를 측정 초점 위치로 변경한다.
본 발명에서는 이와 같이, 최초 측정 영역에서 한 번만 정렬 이미지들의 대비 값 변화를 통해서 측정 초점 위치를 찾으면, 다른 측정 영역에서는 제2 검출기(230)로부터의 신호 값을 이용하여 측정 초점 위치를 빠르게 찾을 수 있다는 장점이 있다.
다음, 정렬 이미지를 수신하는 단계(S8)에 대해서 설명한다.
본 단계에서 제어기(20)는 이미징 시스템(10)을 제어하여 정렬 이미지를 획득한다. 그리고 획득된 정렬 이미지를 수신한다.
다음, S8 단계에서 수신한 정렬 이미지인 측정 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정하는 단계(S9)에 대해서 설명한다. 본 단계에서는 S4 단계와 마찬가지로 측정 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정한다.
상술한 S5 내지 S8 단계는 측정 영역별로 반복해서 진행된다.
최초 측정 영역에서는 초점 위치에 따른 다수의 정렬 이미지들을 획득하고, 이들 정렬 이미지들의 제1 오버레이 마크(OM1)의 대비(contrast) 값의 변화와, 제2 오버레이 마크(OM2)의 대비 값의 변화에 기초하여 측정 초점 위치를 결정한다. 따라서 오버레이 오차 측정에 오랜 시간이 소요된다.
그러나 다른 측정 영역에서는 제2 검출기(230)로부터 획득된 신호 값과 기준 신호 값을 비교하여 제1 액추에이터(117)를 제어함으로써 측정 초점 위치로 빠르게 이동시킬 수 있으므로, 오버레이 오차를 빠르게 측정할 수 있다. 따라서 복수의 측정 영역에서 오버레이 오차를 빠르게 측정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오버레이 측정장치의 개념도이다.
도 10에 도시된 실시예의 이미징 시스템(30)은 자동 초점부(300)가 제2 액추에이터(217)와 실린더 렌즈(215)를 더 포함한다는 점에서만 도 6에 도시된 실시예의 이미징 시스템(10)과 차이가 있다.
제2 액추에이터(217)는 제2 광원(211)과 대물렌즈(115) 사이에서의 광학 렌즈(212)의 위치를 조절한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 광학 렌즈(212)의 위치가 조절되면, 자동 초점부(300)의 초점 위치가 변경된다. 그리고 이에 따라 제2 검출기(230)로부터 획득되는 신호 값도 변화하고, 이에 따라 도 12에 도시된 바와 같이, 기준 신호 값도 변화한다.
실린더 렌즈(215)는 광학 렌즈(212)와 대물렌즈(115) 사이에 배치된다. 실린더 렌즈(215)로는 직사각형, 정사각형, 원형, 타원형 등 다양한 외형의 실린더 렌즈(215)를 사용할 수 있다. 실린더 렌즈(215)는 점이 아닌 선에 빛의 초점을 맞춘 렌즈이다. 실린더 렌즈(215)는 라인 빔(line beam)을 형성하는 역할을 한다. 라인 빔을 사용하면 광학 수차(astigmatism)로 인해 민감도가 상승하여, 더욱 정교한 측정이 가능하다는 장점이 있다.
제어기(40)는, 프로세서가, S3 단계와 S5 단계 사이에, 도 13에 도시된 아래의 단계들을 추가로 수행하도록 한다는 점에서, 도 7에 도시된 오버레이 측정장치의 작용과 차이가 있다.
먼저, 추가로 수행되는 단계 중에서 기준 신호 값을 미리 정해진 기준 신호 값과 비교하는 단계(S11)에 대해서 설명한다.
본 단계에서는 S3 단계에서 확인된 기준 신호 값을 미리 정해진 기준 신호 값과 비교한다. 예를 들어, 제2 검출기(230)에서 출력되는 기준 신호 값은 위상 차 값일 수 있으며, 미리 정해진 기준 신호 값은 0일 수 있다.
기준 신호 값이 미리 정해진 기준 신호 값과 동일하다면, S4 단계로 진행한다. 만약, S11 단계가 S4 단계 이후에 진행된다면, S5 단계로 진행한다. 도 13에서는 S3 단계와 S4 단계 사이에 S11 단계가 진행되는 것으로 도시되어 있다.
기준 신호 값과 미리 정해진 기준 신호 값이 다르면, 제2 액추에이터(217)를 제어하여 광학 렌즈(212)의 위치를 조절함으로써, 기준 신호 값을 미리 정해진 기준 신호 값과 일치시키는 단계(S12)를 더 수행한다. 즉, 본 단계에서는 이미지 획득부(100)의 초점 위치가 측정 초점 위치로 조정되었을 때, 제2 검출기(230)에서의 기준 신호 값이 미리 정해진 기준 신호 값과 일치하도록 광학 렌즈(212)의 위치를 조절한다. 미리 정해진 기준 신호 값은 제2 검출기(230)의 정확도가 가장 높은 구간에 속하는 신호 값이 된다. 예를 들어, 제2 검출기(230)가 위상 차 방식의 자동초점 센서 모듈이라면 기준 신호 값은 0 또는 0과 인접한 값이 된다. 위상 차 방식의 자동초점 센서 모듈은 위상 차가 큰 구간에서는 정확도가 떨어지므로, 위상 차가 큰 구간에서 제2 검출기(230)의 신호 값을 기준으로 이미지 획득부(100)의 초점 위치를 측정 초점 위치로 조정하면 오류가 생길 수 있다는 점에서 본 실시예가 도 6과 7의 실시예에 비해서 유리하다.
미리 정해진 기준 신호 값은 특정한 하나의 값일 수도 있으나, 일정한 범위에 속하는 임의의 값을 기준 신호 값으로 정할 수도 있다. 예를 들어, 기준 신호 값이, 제2 검출기(230)의 정확도가 확보되는 0±α의 범위 안에 들어오면, 그 값을 기준 신호 값으로 하고 광학 렌즈의 위치를 조절하지 않을 수 있다.
S12 단계 후에는 S4 단계(또는 S5 단계)를 진행한다. 이후 단계는 도 7에 도시된 단계들과 동일하다.
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.
OM1: 제1 오버레이 마크
OM2: 제2 오버레이 마크
1: 오버레이 측정장치
10, 30: 이미징 시스템
20, 40: 제어기
100: 이미지 획득부
111: 제1 광원
115: 대물렌즈
117: 제1 액추에이터
121: 핫 미러
130: 제1 검출기
200, 300: 자동 초점부
211: 제2 광원
212: 광학 렌즈
215: 실린더 렌즈
217: 제2 액추에이터
230: 제2 검출기

Claims (9)

  1. 웨이퍼에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 오차를 측정하는 장치로서,
    복수의 초점 위치에서 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크의 정렬 이미지들을 획득하도록 구성된 이미징 시스템과, 상기 이미징 시스템에 통신 가능하게 결합된 제어기를 포함하며,
    상기 이미징 시스템은,
    상기 정렬 이미지 획득을 위한 제1 조명 광을 방사하는 제1 광원과,
    제2 조명 광을 방사하는 제2 광원과,
    상기 제1 조명 광과 상기 제2 조명 광을 상기 웨이퍼의 측정 영역에 집광시키고, 상기 웨이퍼의 측정 영역에서 반사된 제1 반사 광과 제2 반사 광을 수집하는 대물렌즈와,
    상기 제1 광원으로부터 나와서 상기 웨이퍼의 측정 영역에서 반사된 상기 제1 반사 광이 집광되어 상기 정렬 이미지가 획득되는 제1 검출기와,
    상기 제2 광원으로부터 나와서 상기 웨이퍼의 측정 영역에서 반사된 상기 제2 반사광에 의해 상기 초점 위치에 따른 신호를 획득하는 제2 검출기와,
    상기 초점 위치를 조절하도록 상기 웨이퍼의 측정 영역과 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하는 제1 액추에이터를 포함하며,
    상기 제어기는, 명령어를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 명령어는 상기 프로세서가,
    a) 측정 영역에서 복수의 초점 위치에서 상기 이미징 시스템을 통해 획득된 정렬 이미지들을 수신하는 단계와,
    b) 상기 정렬 이미지들의 상기 제1 오버레이 마크의 대비(contrast) 값의 변화와, 상기 제2 오버레이 마크의 대비 값의 변화에 기초하여, 측정 초점(measure focus, MF) 위치를 결정하는 단계와,
    c) 상기 측정 초점 위치에서의 상기 제2 검출기로부터의 신호 값인 기준 신호 값을 획득하는 단계와,
    d) 상기 측정 초점 위치에서 획득된 정렬 이미지인 측정 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정하는 단계를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 프로세서가,
    e) 상기 a) 단계의 측정 영역과 다른 측정 영역에서 상기 제2 검출기로부터 획득된 신호 값을 수신하는 단계와,
    f) 상기 e) 단계에서 수신된 신호 값과 상기 기준 신호 값을 비교하는 단계와,
    g) 상기 제2 검출기로부터 획득된 신호 값이 상기 기준 신호 값과 다르면 상기 제1 액추에이터를 제어하여 초점 위치를 변경하는 단계와,
    h) 상기 제2 검출기로부터 획득된 신호 값이 상기 기준 신호 값과 일치하면, 상기 이미징 시스템을 통해 획득된 정렬 이미지를 수신하는 단계와,
    i) 상기 h) 단계에서 수신한 정렬 이미지인 측정 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정하는 단계를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은,
    상기 제2 광원과 상기 대물렌즈 사이에 배치되며, 상기 제2 광원에서 방사된 제2 조명광을 굴절시키는 광학 렌즈와,
    상기 제2 광원과 상기 대물렌즈 사이에서의 상기 광학 렌즈의 위치를 조절하는 제2 액추에이터를 더 포함하며,
    상기 제어기는, 상기 프로세서가,
    상기 c) 단계 이후에,
    상기 기준 신호 값을 미리 정해진 기준 신호 값과 비교하는 단계와,
    상기 기준 신호 값과 상기 미리 정해진 기준 신호 값이 다르면, 상기 제2 액추에이터를 제어하여 상기 광학 렌즈의 위치를 조절함으로써, 상기 기준 신호 값을 상기 미리 정해진 기준 신호 값과 일치시키는 단계를 더 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 볼록 렌즈인 오버레이 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    초점 위치에 따른 상기 제1 오버레이 마크에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값과 초점 위치에 따른 상기 제2 오버레이 마크에 의한 대비 값의 변화 그래프의 최댓값 사이의 위치에서 측정 초점 위치를 찾는 단계인 오버레이 측정장치.
  6. 제5항에 있어서
    상기 b) 단계는,
    초점 위치에 따른 상기 제1 오버레이 마크에 의한 대비 값의 변화 그래프와 초점 위치에 따른 상기 제2 오버레이 마크에 의한 대비 값의 변화 그래프가 교차하는 위치를 측정 초점 위치로 찾는 단계인 오버레이 측정장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 검출기는 위상 차 방식의 자동초점 센서 모듈이며,
    상기 미리 정해진 기준 신호 값은 상기 자동초점 센서 모듈에서 측정되는 위상 차가 최소화되는 값인 오버레이 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광원과 상기 대물렌즈 사이에 배치되며, 상기 제2 광원으로부터 나온 제2 조명 광 중에서 장파장의 빛을 상기 대물렌즈를 향해 반사시키는 핫 미러를 더 포함하는 오버레이 측정장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광원으로부터 나온 제2 조명 광을 라인 빔(line beam)으로 변경하는 실린더 렌즈를 더 포함하는 오버레이 측정장치.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116679535A (zh) * 2023-08-04 2023-09-01 魅杰光电科技(上海)有限公司 套刻误差的量测方法、装置、系统及存储介质
WO2024219872A1 (ko) * 2023-04-19 2024-10-24 주식회사 오로스테크놀로지 이미지 획득 장치, 이미지 획득 방법 및 이미지 획득 장치 제어 프로그램
KR20240155066A (ko) * 2023-04-19 2024-10-28 (주) 오로스테크놀로지 이미지 획득 장치, 이미지 획득 방법 및 이미지 획득 장치 제어 프로그램
KR102742571B1 (ko) * 2023-06-26 2024-12-16 (주) 오로스테크놀로지 필터 조립체 및 이를 구비한 오버레이 측정 장치
KR102750969B1 (ko) 2023-12-20 2025-01-09 (주) 오로스테크놀로지 자동 초점 장치, 이를 구비한 오버레이 측정장치 및 자동 초점 장치의 교정 방법
KR102750976B1 (ko) 2023-09-25 2025-01-09 (주) 오로스테크놀로지 오버레이 측정 장치, 툴-유도 시프트 측정을 위한 오버레이 측정 장치의 초점 제어 방법 및 툴-유도 시프트 측정을 위한 오버레이 측정 장치의 초점 제어 프로그램

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102273278B1 (ko) * 2019-09-10 2021-07-07 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 측정장치

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000066320A (ko) * 1999-04-15 2000-11-15 윤종용 노광장치의 레티클 및 이를 이용한 베스트 초점선정방법
KR20030054781A (ko) 2001-12-26 2003-07-02 동부전자 주식회사 오버레이 측정 장치 및 이를 이용한 오버레이 측정 방법
KR100689709B1 (ko) 2005-08-10 2007-03-08 삼성전자주식회사 반도체 디바이스 제조를 위한 오버레이 마크 및 이를이용한 오버레이 측정방법
KR101564312B1 (ko) 2015-07-07 2015-10-29 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 마크 및 이를 이용한 오버레이 계측방법 및 반도체 디바이스 제조방법
KR20200000474A (ko) * 2011-02-10 2020-01-02 케이엘에이 코포레이션 오버레이 계측의 콘트라스트 증강을 위한 구조화 조명
KR20200031744A (ko) * 2018-09-14 2020-03-25 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 측정장치
KR20210031015A (ko) * 2019-09-10 2021-03-19 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 측정장치
KR20220016950A (ko) * 2019-07-02 2022-02-10 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 계측 방법 및 연관된 계측, 그리고 리소그래피 장치

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6023338A (en) * 1996-07-12 2000-02-08 Bareket; Noah Overlay alignment measurement of wafers
JPH10122820A (ja) * 1996-10-16 1998-05-15 Nikon Corp パターン間寸法測定装置及び方法
JP2001351842A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Canon Inc 位置検出方法、位置検出装置、露光装置、デバイス製造方法、半導体製造工場および露光装置の保守方法
JP2002196223A (ja) * 2000-12-26 2002-07-12 Nikon Corp 光学的位置ずれ検出装置
KR100714280B1 (ko) * 2006-04-27 2007-05-02 삼성전자주식회사 오버레이 계측설비 및 그를 이용한 오버레이 계측방법
KR20090001076A (ko) * 2007-06-29 2009-01-08 주식회사 하이닉스반도체 오버레이 버니어 형성 방법 및 오버레이 측정 방법
US8817273B2 (en) * 2012-04-24 2014-08-26 Nanometrics Incorporated Dark field diffraction based overlay
JP6470528B2 (ja) * 2014-09-05 2019-02-13 キヤノン株式会社 検出装置、計測装置、露光装置、物品の製造方法、および計測方法
JP2016180783A (ja) * 2015-03-23 2016-10-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法、パターンの重ね合わせ検査方法
NL2017844A (en) * 2015-12-22 2017-06-28 Asml Netherlands Bv Focus control arrangement and method
JP6812536B2 (ja) * 2016-09-06 2021-01-13 エーエスエムエル ホールディング エヌ．ブイ． 検査システムにおける合焦のための方法及びデバイス
CN113739694B (zh) * 2016-09-15 2024-11-19 科磊股份有限公司 用于优化以成像为基础的覆盖度量的聚焦的系统及方法
EP3447580A1 (en) * 2017-08-21 2019-02-27 ASML Netherlands B.V. Method of calibrating focus measurements, measurement method and metrology apparatus, lithographic system and device manufacturing method
NL2021848A (en) * 2018-04-09 2018-11-06 Stichting Vu Holographic metrology apparatus.
US10677588B2 (en) * 2018-04-09 2020-06-09 Kla-Tencor Corporation Localized telecentricity and focus optimization for overlay metrology
US20230184546A1 (en) * 2018-09-14 2023-06-15 Auros Technology, Inc. Apparatus and method for measuring overlay
US11592755B2 (en) * 2021-03-31 2023-02-28 Kla Corporation Enhancing performance of overlay metrology

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000066320A (ko) * 1999-04-15 2000-11-15 윤종용 노광장치의 레티클 및 이를 이용한 베스트 초점선정방법
KR20030054781A (ko) 2001-12-26 2003-07-02 동부전자 주식회사 오버레이 측정 장치 및 이를 이용한 오버레이 측정 방법
KR100689709B1 (ko) 2005-08-10 2007-03-08 삼성전자주식회사 반도체 디바이스 제조를 위한 오버레이 마크 및 이를이용한 오버레이 측정방법
KR20200000474A (ko) * 2011-02-10 2020-01-02 케이엘에이 코포레이션 오버레이 계측의 콘트라스트 증강을 위한 구조화 조명
KR101564312B1 (ko) 2015-07-07 2015-10-29 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 마크 및 이를 이용한 오버레이 계측방법 및 반도체 디바이스 제조방법
KR20200031744A (ko) * 2018-09-14 2020-03-25 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 측정장치
KR20220016950A (ko) * 2019-07-02 2022-02-10 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 계측 방법 및 연관된 계측, 그리고 리소그래피 장치
KR20210031015A (ko) * 2019-09-10 2021-03-19 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 측정장치

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024219872A1 (ko) * 2023-04-19 2024-10-24 주식회사 오로스테크놀로지 이미지 획득 장치, 이미지 획득 방법 및 이미지 획득 장치 제어 프로그램
KR20240155066A (ko) * 2023-04-19 2024-10-28 (주) 오로스테크놀로지 이미지 획득 장치, 이미지 획득 방법 및 이미지 획득 장치 제어 프로그램
KR102750946B1 (ko) 2023-04-19 2025-01-09 (주) 오로스테크놀로지 이미지 획득 장치, 이미지 획득 방법 및 이미지 획득 장치 제어 프로그램
KR102742571B1 (ko) * 2023-06-26 2024-12-16 (주) 오로스테크놀로지 필터 조립체 및 이를 구비한 오버레이 측정 장치
CN116679535A (zh) * 2023-08-04 2023-09-01 魅杰光电科技(上海)有限公司 套刻误差的量测方法、装置、系统及存储介质
CN116679535B (zh) * 2023-08-04 2023-11-21 魅杰光电科技(上海)有限公司 套刻误差的量测方法、装置、系统及存储介质
KR102750976B1 (ko) 2023-09-25 2025-01-09 (주) 오로스테크놀로지 오버레이 측정 장치, 툴-유도 시프트 측정을 위한 오버레이 측정 장치의 초점 제어 방법 및 툴-유도 시프트 측정을 위한 오버레이 측정 장치의 초점 제어 프로그램
WO2025070988A1 (ko) * 2023-09-25 2025-04-03 주식회사 오로스테크놀로지 오버레이 측정 장치, 툴-유도 시프트 측정을 위한 오버레이 측정 장치의 초점 제어 방법 및 툴-유도 시프트 측정을 위한 오버레이 측정 장치의 초점 제어 프로그램
KR102750969B1 (ko) 2023-12-20 2025-01-09 (주) 오로스테크놀로지 자동 초점 장치, 이를 구비한 오버레이 측정장치 및 자동 초점 장치의 교정 방법
WO2025135371A1 (ko) * 2023-12-20 2025-06-26 주식회사 오로스테크놀로지 자동 초점 장치, 이를 구비한 오버레이 측정장치 및 자동 초점 장치의 교정 방법

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