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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024115523
(43)【公開日】2024-08-26
(54)【発明の名称】オーバーレイ計測装置およびオーバーレイ計測方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/66 20060101AFI20240819BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20240819BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 J
G03F7/20 521
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024009927
(22)【出願日】2024-01-26
(31)【優先権主張番号】10-2023-0019481
(32)【優先日】2023-02-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】523164931
【氏名又は名称】アウロス テクノロジー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】チェ、ソン ユン
(72)【発明者】
【氏名】ハン、ヒョ シク
【テーマコード（参考）】
2H197
4M106
【Ｆターム（参考）】
2H197DA03
2H197HA03
2H197JA23
4M106AA01
4M106BA04
4M106CA39
4M106DB04
4M106DB12
4M106DB15
4M106DJ06
4M106DJ12
4M106DJ18
4M106DJ19
4M106DJ20
(57)【要約】 （修正有）
【課題】オーバーレイ計測ターゲットのイメージから作ったパターンノイズ情報から、実計測でノイズとなるピクセルを補正するオーバーレイ計測装置及びオーバーレイ計測方法を提供する。
【解決手段】オーバーレイ計測装置は、オーバーレイ計測ターゲットＴを照明する光源部１００、対物レンズ２１０とオーバーレイ計測ターゲットＴとの距離を調節するレンズ焦点アクチュエータ２２０が形成されるレンズ部２００、測定位置から反射したビームを介して測定位置での焦点イメージを取得する検出部３００、ウェハＷが安着するステージ５００及びオーバーレイ計測ターゲットＴを取得できるようにレンズ部２００を制御し、検出部３００で検出されたオーバーレイ計測ターゲットＴの第１サンプルイメージと第１サンプルイメージを基準にして、１８０度回転されたオーバーレイ計測ターゲットＴに対して検出された第２サンプルイメージを処理し、イメージの差を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】オーバーレイ計測装置は、オーバーレイ計測ターゲットＴを照明する光源部１００、対物レンズ２１０とオーバーレイ計測ターゲットＴとの距離を調節するレンズ焦点アクチュエータ２２０が形成されるレンズ部２００、測定位置から反射したビームを介して測定位置での焦点イメージを取得する検出部３００、ウェハＷが安着するステージ５００及びオーバーレイ計測ターゲットＴを取得できるようにレンズ部２００を制御し、検出部３００で検出されたオーバーレイ計測ターゲットＴの第１サンプルイメージと第１サンプルイメージを基準にして、１８０度回転されたオーバーレイ計測ターゲットＴに対して検出された第２サンプルイメージを処理し、イメージの差を算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウェハに形成されたオーバーレイ計測ターゲットに照明を向けるように構成された光源部と、
前記照明を前記オーバーレイ計測ターゲットのうちいずれかの地点の測定位置に集光させる対物レンズと、前記対物レンズと前記オーバーレイ計測ターゲットとの距離を調節するレンズ焦点アクチュエータが形成されるレンズ部と、
前記測定位置から反射したビームを介して前記測定位置での焦点イメージを取得する検出部と、
前記ウェハが安着するステージと、および
前記オーバーレイ計測ターゲットを取得できるように前記レンズ部を制御し、前記検出部で検出された前記オーバーレイ計測ターゲットの第１サンプルイメージと前記第１サンプルイメージを基準にして１８０度回転された前記オーバーレイ計測ターゲットに対して検出された第２サンプルイメージを処理し、処理されたイメージの差を算出して、オーバーレイを測定するイメージを補正するための補正イメージとして算出する制御部と、
を含む、オーバーレイ計測装置。
前記照明を前記オーバーレイ計測ターゲットのうちいずれかの地点の測定位置に集光させる対物レンズと、前記対物レンズと前記オーバーレイ計測ターゲットとの距離を調節するレンズ焦点アクチュエータが形成されるレンズ部と、
前記測定位置から反射したビームを介して前記測定位置での焦点イメージを取得する検出部と、
前記ウェハが安着するステージと、および
前記オーバーレイ計測ターゲットを取得できるように前記レンズ部を制御し、前記検出部で検出された前記オーバーレイ計測ターゲットの第１サンプルイメージと前記第１サンプルイメージを基準にして１８０度回転された前記オーバーレイ計測ターゲットに対して検出された第２サンプルイメージを処理し、処理されたイメージの差を算出して、オーバーレイを測定するイメージを補正するための補正イメージとして算出する制御部と、
を含む、オーバーレイ計測装置。
【請求項2】
前記制御部は、
前記第１サンプルイメージに対するピクセル情報が含まれた第１イメージ情報を取得し、前記第１サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得し、
前記第２サンプルイメージに対するピクセル情報が含まれた第２イメージ情報を取得し、前記第２サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
前記第１サンプルイメージに対するピクセル情報が含まれた第１イメージ情報を取得し、前記第１サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得し、
前記第２サンプルイメージに対するピクセル情報が含まれた第２イメージ情報を取得し、前記第２サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
【請求項3】
前記制御部は、
前記第１サンプルイメージを処理して取得された第１正規化イメージと、前記第２サンプルイメージを処理して取得された第２正規化イメージのピクセル別の差を前記補正イメージとして算出する、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
前記第１サンプルイメージを処理して取得された第１正規化イメージと、前記第２サンプルイメージを処理して取得された第２正規化イメージのピクセル別の差を前記補正イメージとして算出する、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
【請求項4】
前記制御部は、
前記オーバーレイ計測ターゲットの前記第１サンプルイメージおよび前記第２サンプルイメージを保存する保存部と、
前記第１サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得し、前記第２サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する正規化処理部と、
前記第１正規化イメージまたは前記第２正規化イメージのうちいずれかを１８０度回転して、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージとを比較するイメージ比較部と、および
前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージを形成するそれぞれのピクセル別の差を算出して前記補正イメージとして算出する補正イメージ算出部と、
を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
前記オーバーレイ計測ターゲットの前記第１サンプルイメージおよび前記第２サンプルイメージを保存する保存部と、
前記第１サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得し、前記第２サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する正規化処理部と、
前記第１正規化イメージまたは前記第２正規化イメージのうちいずれかを１８０度回転して、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージとを比較するイメージ比較部と、および
前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージを形成するそれぞれのピクセル別の差を算出して前記補正イメージとして算出する補正イメージ算出部と、
を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
【請求項5】
前記制御部は、
複数の測定位置に形成された前記オーバーレイ計測ターゲットのうち、第１測定位置～第ｎ測定位置でそれぞれの第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージを検出するように制御し、前記第１－１サンプルイメージ～前記第１－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して、第１－１正規化イメージ～第１－ｎ正規化イメージを取得し、
前記第１測定位置～前記第ｎ測定位置でそれぞれの第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージを検出するように制御し、前記第２－１サンプルイメージ～前記２－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２－１正規化イメージ～第２－ｎ正規化イメージを取得し、
前記第１－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルと前記第２－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルから互いに対応するピクセル別の差を算出し、ｎ個に対する平均を算出して前記補正イメージとして保存する、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
複数の測定位置に形成された前記オーバーレイ計測ターゲットのうち、第１測定位置～第ｎ測定位置でそれぞれの第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージを検出するように制御し、前記第１－１サンプルイメージ～前記第１－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して、第１－１正規化イメージ～第１－ｎ正規化イメージを取得し、
前記第１測定位置～前記第ｎ測定位置でそれぞれの第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージを検出するように制御し、前記第２－１サンプルイメージ～前記２－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２－１正規化イメージ～第２－ｎ正規化イメージを取得し、
前記第１－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルと前記第２－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルから互いに対応するピクセル別の差を算出し、ｎ個に対する平均を算出して前記補正イメージとして保存する、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
【請求項6】
前記制御部は、
前記ステージを回転自在に制御するステージ動作部と、を含み、前記ステージを１８０度回転して前記第２サンプルイメージを検出する、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
前記ステージを回転自在に制御するステージ動作部と、を含み、前記ステージを１８０度回転して前記第２サンプルイメージを検出する、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
【請求項7】
前記制御部は、
前記ウェハに形成された第１オーバーレイキーと第２オーバーレイキーの整列を測定するために、前記検出部で検出された測定イメージとスケールが同一であるように、前記補正イメージのスケールを補正して補正スケールイメージを取得するスケール処理部と、および
前記測定イメージから前記補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正するイメージ補正部と、
を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
前記ウェハに形成された第１オーバーレイキーと第２オーバーレイキーの整列を測定するために、前記検出部で検出された測定イメージとスケールが同一であるように、前記補正イメージのスケールを補正して補正スケールイメージを取得するスケール処理部と、および
前記測定イメージから前記補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正するイメージ補正部と、
を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。
【請求項8】
検出部を介してウェハに形成されたオーバーレイ計測ターゲットの第１サンプルイメージを検出し、前記第１サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得する第１正規化イメージ取得段階と、
前記第１サンプルイメージを基準にして１８０度回転された前記オーバーレイ計測ターゲットに対して第２サンプルイメージを検出し、前記第２サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化情報を取得する第２正規化情報取得段階と、および
前記第１サンプルイメージを処理して取得された第１正規化イメージと、前記第２サンプルイメージを処理して取得された第２正規化イメージの差を補正イメージとして算出する補正イメージ算出段階と、
を含む、オーバーレイ計測方法。
前記第１サンプルイメージを基準にして１８０度回転された前記オーバーレイ計測ターゲットに対して第２サンプルイメージを検出し、前記第２サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化情報を取得する第２正規化情報取得段階と、および
前記第１サンプルイメージを処理して取得された第１正規化イメージと、前記第２サンプルイメージを処理して取得された第２正規化イメージの差を補正イメージとして算出する補正イメージ算出段階と、
を含む、オーバーレイ計測方法。
【請求項9】
前記第２正規化情報取得段階の前に、
前記第１サンプルイメージから１８０度回転された前記第２イメージを検出することができるように、前記ステージを１８０度回転するウェハ回転段階、
をさらに含む、請求項８に記載のオーバーレイ計測方法。
前記第１サンプルイメージから１８０度回転された前記第２イメージを検出することができるように、前記ステージを１８０度回転するウェハ回転段階、
をさらに含む、請求項８に記載のオーバーレイ計測方法。
【請求項10】
前記第１正規化イメージ取得段階は、
前記オーバーレイ計測ターゲットの第１測定位置で前記第１サンプルイメージを検出する第１計測段階と、および
前記第１サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得する第１正規化処理段階と、
を含み、
前記第２正規化イメージ取得段階は、
前記第１測定位置で前記第２サンプルイメージを検出する第２計測段階と、および
前記第２サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する第２正規化処理段階と、
を含む、請求項８に記載のオーバーレイ計測方法。
前記オーバーレイ計測ターゲットの第１測定位置で前記第１サンプルイメージを検出する第１計測段階と、および
前記第１サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得する第１正規化処理段階と、
を含み、
前記第２正規化イメージ取得段階は、
前記第１測定位置で前記第２サンプルイメージを検出する第２計測段階と、および
前記第２サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する第２正規化処理段階と、
を含む、請求項８に記載のオーバーレイ計測方法。
【請求項11】
前記第１計測段階において、
複数の測定位置に形成された前記オーバーレイ計測ターゲットのうち、第１測定位置～第ｎ測定位置からそれぞれの第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージを検出し、
前記第１正規化処理段階において、
前記第１－１サンプルイメージ～前記第１－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１－１正規化イメージ～第１－ｎ正規化イメージを取得し、
前記第２計測段階において、
前記第１測定位置～前記第ｎ測定位置からそれぞれの第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージを検出し、
前記第２正規化処理段階において、
前記第２－１サンプルイメージ～前記第２－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２－１正規化イメージ～第２－ｎ正規化イメージを取得する、請求項１０に記載のオーバーレイ計測方法。
複数の測定位置に形成された前記オーバーレイ計測ターゲットのうち、第１測定位置～第ｎ測定位置からそれぞれの第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージを検出し、
前記第１正規化処理段階において、
前記第１－１サンプルイメージ～前記第１－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１－１正規化イメージ～第１－ｎ正規化イメージを取得し、
前記第２計測段階において、
前記第１測定位置～前記第ｎ測定位置からそれぞれの第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージを検出し、
前記第２正規化処理段階において、
前記第２－１サンプルイメージ～前記第２－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２－１正規化イメージ～第２－ｎ正規化イメージを取得する、請求項１０に記載のオーバーレイ計測方法。
【請求項12】
前記補正イメージ算出段階において、
前記第１－ｎ正規化イメージおよび前記第２－ｎ正規化イメージを比較して、前記第１－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルと、および前記第２－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルから互いに対応するピクセル別の差を算出し、ｎ個に対する平均を算出して前記補正イメージとして保存する、請求項１１に記載のオーバーレイ計測装置。
前記第１－ｎ正規化イメージおよび前記第２－ｎ正規化イメージを比較して、前記第１－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルと、および前記第２－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルから互いに対応するピクセル別の差を算出し、ｎ個に対する平均を算出して前記補正イメージとして保存する、請求項１１に記載のオーバーレイ計測装置。
【請求項13】
前記補正イメージ算出段階において、
前記第１正規化イメージまたは前記第２正規化イメージのうちいずれかを１８０度回転して、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージとを比較し、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージを形成するそれぞれのピクセル別の差を算出して補正イメージとして算出する、請求項８に記載のオーバーレイ計測方法。
前記第１正規化イメージまたは前記第２正規化イメージのうちいずれかを１８０度回転して、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージとを比較し、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージを形成するそれぞれのピクセル別の差を算出して補正イメージとして算出する、請求項８に記載のオーバーレイ計測方法。
【請求項14】
前記ウェハに形成された第１オーバーレイキーと第２オーバーレイキーの整列を計測するために、前記検出部で前記オーバーレイ計測ターゲットを測定して測定イメージを検出するイメージ測定段階と、
前記補正イメージのスケールが前記測定イメージとスケールが同一であるように、前記補正イメージのスケールを補正して補正スケールイメージを取得するスケール処理段階と、および
前記測定イメージから前記補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正し、ノイズが除去された計測イメージを取得するイメージ補正段階と、
を含む、請求項８に記載のオーバーレイ計測方法。
前記補正イメージのスケールが前記測定イメージとスケールが同一であるように、前記補正イメージのスケールを補正して補正スケールイメージを取得するスケール処理段階と、および
前記測定イメージから前記補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正し、ノイズが除去された計測イメージを取得するイメージ補正段階と、
を含む、請求項８に記載のオーバーレイ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウェハのオーバーレイ計測に関し、オーバーレイ計測装置およびオーバーレイ計測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に技術が発展するにつれて半導体デバイスのサイズが小さくなり、ウェハ上の集積回路の密度は増加している。集積回路をウェハに形成するためには、特定の位置で所望の回路構造および要素が順次形成されるように、多くの製造過程を経なければならない。この製造過程は、ウェハ上にパターン化された層を順次生成するようにする。
【0003】
このような繰り返される積層過程を介して、集積回路内に電気的に活性化されたパターンが生成される。この際、それぞれの構造が製造過程で許容される誤差範囲内で整列されないと、電気的に活性化されたパターン間に干渉が発生し、この現象によって製造された回路の性能および信頼度に問題が生じることがある。このような層間に整列誤差を測定および検証するために計測装置が用いられ、このような計測装置においてウェハに対するイメージでのコントラストまたは位相差を介して焦点の位置を探す。
【0004】
この際、光学装置とステージとの間に微細に垂直整列ができない、あるいは光学装置の整列（Ｏｐｔｉｃｓ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、レンズ性能（Ｌｅｎｓ ｑｕａｌｉｔｙ）、ステージレベル（Ｓｔａｇｅ ｌｅｖｅｌｉｎｇ）などの光学装置における構造的な欠陥から測定誤差の問題が発生した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、前記のような問題点を含んで様々な問題点を解決するためのものであって、オーバーレイ計測ターゲットのイメージから作ったパターンノイズ情報を算出し、これを用いて、実計測でノイズとなるピクセルを補正することができるオーバーレイ計測装置およびオーバーレイ計測方法を提供することを目的とする。しかし、このような課題は例示的なものであり、これにより本発明の範囲が限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態によれば、オーバーレイ計測装置が提供される。前記オーバーレイ計測装置は、ウェハに形成されたオーバーレイ計測ターゲットに照明を向けるように構成された光源部；前記照明を前記オーバーレイ計測ターゲットのいずれかの地点の測定位置に集光させる対物レンズと、前記対物レンズと前記オーバーレイ計測ターゲットとの距離を調節するレンズ焦点アクチュエータが形成されるレンズ部；前記測定位置から反射したビームを介して前記測定位置での焦点イメージを取得する検出部；前記ウェハが安着するステージ；および前記オーバーレイ計測ターゲットが取得できるように前記レンズ部を制御し、前記検出部から検出された前記オーバーレイ計測ターゲットの第１サンプルイメージと前記第１サンプルイメージを基準にして１８０度回転された前記オーバーレイ計測ターゲットに対して検出された第２サンプルイメージとを処理し、処理されたイメージの差を算出して、オーバーレイを測定するイメージを補正するための補正イメージとして算出する制御部；を含むことができる。
【0007】
本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記第１サンプルイメージに対するピクセル情報が含まれた第１イメージ情報を取得し、前記第１サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得し、前記第２サンプルイメージに対するピクセル情報が含まれた第２イメージ情報を取得し、前記第２サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得することができる。
【0008】
本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記第１サンプルイメージを処理して取得された第１正規化イメージと、前記第２サンプルイメージを処理して取得された第２正規化イメージとのピクセル別の差を前記補正イメージとして算出することができる。
【0009】
本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記オーバーレイ計測ターゲットの前記第１サンプルイメージおよび前記第２サンプルイメージを保存する保存部；前記第１サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得し、前記第２サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する正規化処理部；前記第１正規化イメージまたは前記第２正規化イメージのいずれかを１８０度回転して、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージとを比較するイメージ比較部；および前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージとを形成するそれぞれのピクセル別の差を算出して前記補正イメージとして算出する補正イメージ算出部；を含んでもよい。
【0010】
本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、複数の測定位置に形成された前記オーバーレイ計測ターゲットのうち、第１測定位置～第ｎ測定位置でそれぞれの第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージを検出するように制御し、前記第１－１サンプルイメージ～前記第１－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して、第１－１正規化イメージ～第１－ｎ正規化イメージを取得し、前記第１測定位置～前記第ｎ測定位置でそれぞれの第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージを検出するように制御し、前記第２－１サンプルイメージ～前記第２－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２－１正規化イメージ～第２－ｎ正規化イメージを取得し、前記第１－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルと前記第２－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルから互いに対応するピクセル別の差を算出し、ｎ個に対する平均を算出して前記補正イメージとして保存することができる。
【0011】
本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記ステージを回転自在に制御するステージ動作部；を含み、前記ステージを１８０度回転して前記第２サンプルイメージを検出することができる。
【0012】
本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記ウェハに形成された第１オーバーレイキーと第２オーバーレイキーとの整列を測定するために、前記検出部で検出された測定イメージとスケールが同じであるように、前記補正イメージのスケールを補正して補正スケールイメージを取得するスケール処理部；および前記測定イメージから前記補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正するイメージ補正部；を含んでもよい。
【0013】
本発明の一実施形態によれば、オーバーレイ計測方法が提供される。前記オーバーレイ計測方法は、検出部を介してウェハに形成されたオーバーレイ計測ターゲットの第１サンプルイメージを検出し、前記第１サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得する第１正規化イメージ取得段階；前記第１サンプルイメージを基準にして１８０度回転された前記オーバーレイ計測ターゲットに対して第２サンプルイメージを検出し、前記第２サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化情報を取得する第２正規化情報取得段階；および前記第１サンプルイメージを処理して取得された第１正規化イメージと、前記第２サンプルイメージを処理して取得された第２正規化イメージとの差を補正イメージとして算出する補正イメージ算出段階；を含んでもよい。
【0014】
本発明の一実施形態によれば、前記第２正規化情報取得段階の前に、前記第１サンプルイメージから１８０度回転された前記第２イメージを検出することができるように、前記ステージを１８０度回転するウェハ回転段階；をさらに含んでもよい。
【0015】
本発明の一実施形態によれば、前記第１正規化イメージ取得段階は、前記オーバーレイ計測ターゲットの第１測定位置で前記第１サンプルイメージを検出する第１計測段階；および前記第１サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得する第１正規化処理段階；を含み、前記第２正規化イメージ取得段階は、前記第１測定位置で前記第２サンプルイメージを検出する第２計測段階；および前記第２サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する第２正規化処理段階；を含んでもよい。
【0016】
本発明の一実施形態によれば、前記第１計測段階において、複数の測定位置に形成された前記オーバーレイ計測ターゲットのうち、第１測定位置～第ｎ測定位置からそれぞれの第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージを検出し、前記第１正規化処理段階において、前記第１－１サンプルイメージ～前記第１－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１－１正規化イメージ～第１－ｎ正規化イメージを取得し、前記第２計測工程において、前記第１測定位置～前記第ｎ測定位置からそれぞれの第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージを検出し、前記第２正規化処理段階において、前記第２－１サンプルイメージ～前記第２－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２－１正規化イメージ～第２－ｎ正規化イメージを取得することができる。
【0017】
本発明の一実施形態によれば、前記補正イメージ算出段階において、前記第１－ｎ正規化イメージおよび前記第２－ｎ正規化イメージを比較して、前記第１－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルと、および前記第２－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルから互いに対応するピクセル別の差を算出し、ｎ個に対する平均を算出して前記補正イメージとして保存することができる。
【0018】
本発明の一実施形態によれば、前記補正イメージ算出段階において、前記第１正規化イメージまたは前記第２正規化イメージのいずれかを１８０度回転して、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージとを比較し、前記第１正規化イメージと前記第２正規化イメージを形成するそれぞれのピクセル別の差を算出して補正イメージとして算出することができる。
【0019】
本発明の一実施形態によれば、前記ウェハに形成された第１オーバーレイキーと第２オーバーレイキーとの整列を計測するために、前記検出部で前記オーバーレイ計測ターゲットを測定して測定イメージを検出するイメージ測定段階；前記補正イメージのスケールが前記測定イメージとスケールとが同じであるように、前記補正イメージのスケールを補正して補正スケールイメージを取得するスケール処理段階；および前記測定イメージにおいて、前記補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正してノイズが除去された計測イメージを取得するイメージ補正段階；を含んでもよい。
【発明の効果】
【0020】
前記のように構成された本発明のいくつかの実施形態によれば、ピクセル単位の正規化を介して補正イメージを算出し、測定イメージに適用して、正確な測定イメージを算出することができ、これにより測定正確度が高くなり、補正イメージデータに基づく自動最適化により、一貫した結果の導出が可能である。
【0021】
また、既存のオーバーレイ測定装置において別途の構造的な追加や変更なしで、プロセッサの変更により補正値を算出することができ、オーバーレイ測定装置およびウェハごとに発生する誤差を自動的に算出し、これを実際のオーバーレイ計測に反映して、測定レシピを最適化することができる効果を有する。もちろん、このような効果によって本発明の範囲が限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置を概略的に示す図である。
【図2】本発明のオーバーレイ計測装置の制御部を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法を示すフローチャートである。
【図4】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法を示すフローチャートである。
【図5】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法を示すフローチャートである。
【図6】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法を示すフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法を示すフローチャートである。
【図8】本発明の一実施形態による補正イメージを示す図である。
【図9】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態による補正イメージの適用可否による計測イメージを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましいいくつかの実施形態を詳細に説明する。
【0024】
本発明の実施形態は、当技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、以下の実施形態は種々の他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記の実施形態に限定されるものではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示をより忠実かつ完全にし、当業者に本発明の精神を完全に伝達するために提供されるものである。なお、図面における各層の厚さや大きさは、説明の便宜および明確性のために誇張されたものである。
【0025】
以下、本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態を概略的に示す図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術および／または公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）に応じて、図示された形状の変形が予想され得る。したがって、本発明の思想の実施形態は、本明細書に示された領域の特定の形状に制限されるものと解釈されるべきではなく、例えば製造上生じる形状の変化を含むべきである。
【0026】
オーバーレイ計測システムは、ウェハＷに形成された異なる層にそれぞれ形成された第１オーバーレイキーと第２オーバーレイキーとの誤差を計測するシステムである。
【0027】
例えば、前記第１オーバーレイキーは、前の層（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｌａｙｅｒ）に形成されたオーバーレイマークであり、前記第２オーバーレイキーは、現在の層（ｃｕｒｒｅｎｔ ｌａｙｅｒ）に形成されたオーバーレイマークであり得る。オーバーレイマークは、ダイ領域に半導体デバイスを形成するための層を形成すると同時に、スクライブラインに形成される。例えば、前記第１オーバーレイキーは絶縁膜パターンと共に形成され、前記第２オーバーレイキーは絶縁膜パターン上に形成されるフォトレジストパターンと共に形成されてもよい。この場合、前記第２オーバーレイキーは外部に露出しているが、前記第１オーバーレイキーはフォトレジスト層によって隠れた状態であり、フォトレジスト材料からなる前記第２オーバーレイキーとは光学的性質が異なる酸化物からなることができる。
【0028】
また、前記第１オーバーレイキーと前記第２オーバーレイキーの物理的位置は互いに異なるが、焦点面は同一または異なってもよい。
【0029】
【0030】
まず、本発明の一実施形態に係るオーバーレイ計測装置は、大きく、光源部１００、レンズ部２００、検出部３００、制御部４００およびステージ５００を含んでもよい。
【0031】
図１に示すように、少なくとも１つの照明源からオーバーレイ計測ターゲットＴに照明を向けることができる。具体的に、光源部１００は、第１レイヤーに形成される第１オーバーレイキーと、第１レイヤーの上方に積層された第２レイヤーに形成される第２オーバーレイキーとが位置するオーバーレイ計測ターゲットＴに照明を向けるように構成することができる。
【0032】
例えば、光源部１００は、ハロゲンランプ、キセノンランプ、スーパーコンチニウムレーザー（ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｌａｓｅｒ）、発光ダイオード、レーザー励起ランプ（ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌａｍｐ）などで形成されることができ、紫外線（ＵＶ、ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、可視光線または赤外線（ＩＲ、ｉｎｆｒａｒｅｄ）などの様々な波長を含むことができ、これに限定されない。
【0033】
本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置は、絞り１１０、スペクトルフィルタ１２０、偏光フィルタ１３０、およびビームスプリッタ１４０を含んでもよい。
【0034】
絞り１１０は、光が通過する開口が形成された不透明なプレートで形成されてもよく、光源部１００から照射されたビームがオーバーレイ計測ターゲットＴの撮影に適した形態に変更されることができる。
【0035】
絞り１１０は、光の量を調節する開口絞り（Ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｔｏｐ）および象の結ばれる範囲を調節する視野絞り（Ｆｉｅｌｄ Ｓｔｏｐ）のいずれか１つ以上を含んでもよく、図１に示すように、光源部１００とビームスプリッタ１４０との間に形成されることができ、図示はしないが、ビームスプリッタ１４０とレンズ部２００との間に形成されてもよい。
【0036】
スペクトルフィルタ１２０は、光源部１００から照射されたビームの中心波長およびバンド幅をオーバーレイ計測ターゲットＴのイメージ取得に適合するように調節することができる。例えば、スペクトルフィルタ１２０は、フィルタホイール、線状並進デバイス、フリッパーデバイス、およびそれらの組み合わせのうち少なくとも１つ以上から形成することができる。
【0037】
ビームスプリッタ１４０は、光源部１００から出た後、絞り１１０を通過したビームの一部は透過し、一部は反射して光源部１００から出たビームを２つのビームに分離させる。
【0038】
図１に示すように、レンズ部２００は、前記照明をオーバーレイ計測ターゲットＴのうちいずれかの地点の測定位置に集光させる対物レンズ２１０と対物レンズ２１０とオーバーレイ計測ターゲットＴとの距離を調節するレンズ焦点アクチュエータ２２０が形成されてもよい。
【0039】
対物レンズ２１０は、ビームスプリッタ１４０から反射したビームをウェハＷのオーバーレイ計測ターゲットＴが形成された測定位置にビームを集光させ、反射されたビームを収集することができる。
【0040】
対物レンズ２１０は、レンズ焦点アクチュエータ２２０（ｌｅｎｓ ｆｏｃｕｓ ａｃｔｕａｔｏｒ）に設置されてもよい。
【0041】
レンズ焦点アクチュエータ２２０は、対物レンズ２００とウェハＷとの間の距離を調節して、焦点面がオーバーレイ計測ターゲットＴの最適領域に位置するように調節することができる。
【0042】
レンズ焦点アクチュエータ２２０は、制御部４００の制御により、対物レンズ２００をウェハＷ方向に垂直移動させて焦点距離を調節することができる。
【0043】
この際、前記測定位置は、オーバーレイ計測ターゲットＴの少なくともいずれかの地点に形成されることができる。また、前記測定位置は、レンズ部２００、検出部３００の駆動によって複数の測定位置を含んでもよく、レンズ焦点アクチュエータ２２０の駆動に応じて複数の測定領域、焦点深度のいずれも含むことができる。
【0044】
図１に示すように、検出部３００は、前記測定位置から反射したビームを介して前記測定位置での焦点イメージを取得することができる。
【0045】
検出部３００は、オーバーレイ計測ターゲットＴから反射したビームがビームスプリッタ１４０を通過して出るビームをキャプチャーして、オーバーレイ計測ターゲットＴのイメージを取得することができる。
【0046】
検出部３００は、オーバーレイ計測ターゲットＴから反射したビームを測定することができる光学検出器を含んでもよく、例えば、前記光学検出器は、光を電荷に変換してイメージを抽出する電荷結合素子（ＣＣＤ、ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、集積回路の一つである相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ、ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサー、光を測定する光電増幅管（ＰＭＴ、ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ）、光検波器としてＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）アレイあるいはイメージを生成またはキャプチャーする様々なセンサなどを含んでもよい。
【0047】
検出部３００は、フィルタ、偏光板、ビームブロックを含んでもよく、対物レンズ２１０によって収集された照明を収集するための任意の収集光学コンポーネント（図示せず）をさらに含んでもよい。
【0048】
図１に示すように、制御部４００は、光源部１００から照射される照明の指向を制御することができ、前記照明をオーバーレイ計測ターゲットＴに集光させ、反射ビームを収集できるようにレンズ部２００を制御することができ、レンズ部２００から収集された前記反射ビームを介して測定された焦点イメージを取得できるように検出部３００を制御することができる。例えば、制御部４００は、オーバーレイ計測ターゲットＴの予め設定された設定値に応じて、前記測定領域、前記測定位置または前記焦点深度を変更して、オーバーレイ計測ターゲットＴの位置別、深度別のイメージを取得できるように、光源部１００、レンズ部２００および検出部３００を制御することができる。
【0049】
制御部４００は、オーバーレイ計測ターゲットＴから測定イメージを検出する場合、光学装置の整列（Ｏｐｔｉｃｓ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、レンズ性能（Ｌｅｎｓ ｑｕａｌｉｔｙ）、ステージレベル（Ｓｔａｇｅ ｌｅｖｅｌｉｎｇ）などの影響で発生する構造的な誤差を補正するための補正値を算出し、前記補正値を測定イメージに適用して、正確な測定イメージを算出し、より正確な測定イメージを介してオーバーレイ計測が可能である。
【0050】
本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置の制御部４００は、検出部３００で検出されたオーバーレイ計測ターゲットＴの第１サンプルイメージと第１サンプルイメージを基準にして１８０度回転して検出された第２サンプルイメージを処理し、処理されたイメージの差を算出して、オーバーレイを測定するイメージを補正するための補正イメージとして算出することができる。
【0051】
具体的には、制御部４００は、第１サンプルイメージに対するピクセル情報が含まれた第１イメージ情報を取得し、第１サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得することができ、第２サンプルイメージに対するピクセル情報が含まれた第２イメージ情報を取得し、第２サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得することができる。
【0052】
この際、ピクセル（ｐｉｘｅｌ）は、イメージを構成する最小の単位として色相情報を有する矩形の点（ｄｏｔ）であり、ピクセルの集合でイメージが構成される。
【0053】
次いで、制御部４００は、第１サンプルイメージを処理して取得された第１正規化イメージと、第２サンプルイメージを処理して取得された第２正規化イメージとのピクセル別の差を補正イメージとして算出することができる。
【0054】
例えば、制御部４００は、光源動作部４１０、レンズ動作部４２０、ステージ動作部４３０、保存部４４０、正規化処理部４５０、イメージ比較部４６０および補正イメージ算出部４７０を含んでもよい。
【0055】
図２に示すように、光源動作部４１０は、光源部１００から照射される照明の指向を制御することができ、レンズ動作部４２０は、前記照明がオーバーレイ計測ターゲットＴに集光され、前記測定位置、前記測定領域および前記焦点深度別にイメージを取得するように、レンズ焦点アクチュエータ２２０の動作を制御することができる。
【0056】
図２に示すように、保存部４３０は、検出部３００で取得されたオーバーレイ計測ターゲットＴの第１サンプルイメージおよび第２サンプルイメージを保存することができる。
【0057】
例えば、レンズ動作部４２０において、対物レンズ２１０とオーバーレイ計測ターゲットＴの予め設定された測定位置でイメージを測定し、第１サンプルイメージとして保存部４３０に保存され、前記第１測定位置から１８０度回転したオーバーレイ計測ターゲットＴのイメージを測定して、第２サンプルイメージとして保存部４３０に保存されることができる。
【0058】
この際、ステージ動作部４３０でステージ５００を１８０度回転するように制御して第２サンプルイメージを検出することができる。また、検出部３００を既存の位置から１８０度回転してオーバーレイ計測ターゲットＴを測定し、第１サンプルイメージから１８０度回転した第２サンプルイメージを検出することができる。
【0059】
正規化処理部４５０は、それぞれのサンプルイメージを比較してノイズを算出することができるように、サンプルイメージを平均と標準偏差を計算して正規化（Ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）することができる。
【0060】
この際、前記正規化はすべてのデータの中から最小値を０、最大値を１にし、残りの値は比率を合わせてすべて０と１の間の値にスケーリングする最小－最大正規化（Ｍｉｎ－Ｍａｘ Ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）、標準化（Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）、平均からの標準偏差を割って標準正規分布の属性を有するように再調整するＺ－スコア正規化（Ｚ－Ｓｃｏｒｅ Ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）などを含むことができる。
【0061】
すなわち、正規化処理部４５０は、サンプルイメージの全てのピクセルポイントが同程度のスケールで反映されるようにイメージを処理するプログラムであり、正規化処理部４５０は［式１］のように表すことができる。
【0062】
【数1】
【0063】
（ここで、Ｉｍｇｆ：正規化イメージ、ＲｅａｌＩｍｇ：サンプルイメージ、σ：標準偏差）
【0064】
すなわち、正規化処理部４５０は、サンプルイメージＲｅａｌＩｍｇを標準偏差で割って、ピクセル別の正規化処理された正規化イメージＩｍｇｆを取得することができる。
【0065】
例えば、正規化処理部４５０は、第１サンプルイメージを［式１］に適用してそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得し、第２サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得することができる。
【0066】
イメージ比較部４６０は、同じ測定位置で測定されたサンプルイメージを比較するプログラムであり、具体的には、第１正規化イメージまたは第２正規化イメージのいずれかを１８０度回転して、第１正規化イメージと第２正規化イメージを比較することができる。
【0067】
例えば、ステージ５００が１８０度回転され、第２サンプルイメージから取得された第２正規化イメージを第１正規化イメージと同じ方向に１８０度回転させ、同じ位置で互いに対応するピクセルを比較することができる。
【0068】
補正イメージ算出部４７０は、同一のイメージを比較してノイズを算出するプログラムであり、具体的には、第１正規化イメージと第１正規化イメージと同じ方向に１８０度回転した第２正規化イメージから互いに対応するピクセルの差を算出し、その平均値から補正イメージを算出することができる。
【0069】
この際、補正イメージ算出部４７０は、［式２］のように表すことができる。この際、第１正規化イメージは０度正規化イメージＩｍｇｆ０であり、第２正規化イメージは１８０度正規化イメージＩｍｇｆ１８０であり得る。
【0070】
【数2】
【0071】
（ここで、Ｉｍｇｄｉｆｆ：補正イメージ、Ｉｍｇｆ０：０度正規化イメージ、Ｉｍｇｆ１８０：１８０度正規化イメージ）
【0072】
すなわち、補正イメージ算出部４７０は、第１正規化イメージＩｍｇｆ０と第２正規化イメージＩｍｇｆ１８０との差を平均である２で割って、補正イメージを取得することができる。この際、前記補正イメージは保存部４４０に保存されてもよく、オーバーレイ計測時に前記補正イメージを適用して測定イメージの補正が可能である。
【0073】
本発明の他の実施形態によれば、制御部４００は、前記補正イメージが複数の測定位置で測定されたイメージから算出されるように制御することができる。
【0074】
具体的には、制御部４００は、複数の測定位置に形成された前記オーバーレイ計測ターゲットＴのうち、第１測定位置～第ｎ測定位置でそれぞれの第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージを検出するように制御し、前記第１－１サンプルイメージ～前記第１－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して、第１－１正規化イメージ～第１－ｎ正規化イメージを取得することができる。
【0075】
また、制御部４００は、前記第１測定位置～前記第ｎ測定位置でそれぞれの第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージを検出するように制御し、前記第２－１サンプルイメージ～前記第２－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して、第２－１正規化イメージ～第２－ｎ正規化イメージを取得することができる。
【0076】
次いで、制御部４００は、前記第１－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルと前記第２－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルとで互いに対応するピクセル別の差を算出し、ｎ個に対する平均を算出して前記補正イメージとして保存することができる。
【0077】
例えば、検出部３００で第１測定位置および第２測定位置のそれぞれの１次イメージを測定して保存部４４０に第１－１サンプルイメージおよび第１－２サンプルイメージが保存され、ステージ動作部４３０でステージ５００が１８０度回転するように制御した後、検出部３００は、第１測定位置および第２測定位置を探して移動してそれぞれのイメージを２次測定して保存部４４０に第２－１サンプルイメージおよび第２－２サンプルイメージが保存されることができる。
【0078】
正規化処理部４５０において、前記第１－１サンプルイメージ、前記第１－２サンプルイメージ、前記第２－１サンプルイメージ、および前記第２－２サンプルイメージをそれぞれ［式１］に適用してそれぞれの正規化イメージ、すなわち、第１－１正規化イメージ、第１－２正規化イメージ、第２－１正規化イメージ、および第２－２正規化イメージを取得することができる。
【0079】
イメージ比較部４６０において、前記第１－１正規化イメージと前記第２－１正規化イメージとを比較し、前記第２－１正規化イメージと前記第２－２正規化イメージとを比較することができる。
【0080】
よって、補正イメージ算出部４７０で前記第１－１正規化イメージと前記第２－１正規化イメージとで互いに対応するピクセルの差で第１補正値を算出し、前記第１－２正規化イメージと前記第２－２正規化イメージから互いに対応するピクセルの差で第２補正値を算出し、前記第１補正値と前記第２補正値の平均から補正イメージを算出することができる。
【0081】
すなわち、複数の測定位置で測定されたイメージから算出された補正イメージとして補正信頼性をさらに高めることができる。
【0082】
本発明の一実施形態によれば、保存部４００に保存された前記補正イメージをオーバーレイ計測ターゲットＴの整列を計測するために検出された測定イメージに適用するために、スケール処理部４８０およびイメージ補正部４９０を含んでもよい。
【0083】
ウェハＷのオーバーレイ計測のために、検出部３００ではイメージを測定して測定イメージを検出することができる。この際、前記測定イメージに含まれた光学装置の整列（Ｏｐｔｉｃｓ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、レンズ性能（Ｌｅｎｓ ｑｕａｌｉｔｙ）、ステージレベル（Ｓｔａｇｅ ｌｅｖｅｌｉｎｇ）などの影響で発生する構造的な誤差を補正するために、前記測定イメージに、前述のようにして算出された前記補正イメージを適用して構造的な誤差を補正し、補正された計測イメージからオーバーレイを計測する。
【0084】
この際、スケール処理部４８０は、前記補正イメージが前記測定イメージに適用されるように、前記補正イメージおよび前記測定イメージのピクセルスケールが同一であるように補正することができる。
【0085】
具体的には、スケール処理部４８０は、前記補正イメージのピクセルスケールが前記測定イメージのピクセルスケールと同一であるようにスケールを補正するプログラムである。
【0086】
イメージ補正部４９０は、前記測定イメージから前記補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正することができる。すなわち、測定イメージＩｍｇｒｅａｌから補正スケールイメージＩｍｇｄｉｆｆ＊σｒｅａｌを除去して計測イメージＩｍｇｓａｖｅを算出することができる。
【0087】
例えば、［式３］に示すように、補正イメージＩｍｇｄｉｆｆに測定イメージのスケール標準偏差σｒｅａｌを適用して補正スケールイメージＩｍｇｄｉｆｆ＊σｒｅａｌを算出することができ、測定イメージＩｍｇｒｅａｌから補正スケールイメージＩｍｇｄｉｆｆ＊σｒｅａｌを削除して、計測イメージＩｍｇｓａｖｅを算出することができる。
【0088】
【数3】
【0089】
（ここで、Ｉｍｇｓａｖｅ：計測イメージ、Ｉｍｇｒｅａｌ：測定イメージ、Ｉｍｇｄｉｆｆ：補正イメージ、σｒｅａｌ：測定イメージのスケール標準偏差）
【0090】
また、制御部４００で行われる一連の過程は、使用者がモニタリングできるように表示部（図示せず）を含み、使用者が直接制御できる入力部（図示せず）を含んでもよい。
【0091】
すなわち、前記表示部を介して保存部４４０に保存されたサンプルイメージと測定イメージ、正規化処理部４５０で取得された正規化イメージ、イメージ比較部４６０および補正イメージ算出部４７０で算出された補正イメージ、スケール処理部４８０およびイメージ補正部４９０で算出された計測イメージを確認することができ、前記入力部を通じて使用者が光源動作部４１０、レンズ動作部４２０、ステージ動作部４３０を直接制御したり、正規化イメージ、補正イメージ、スケール補正イメージなどを表すピクセル情報を直接選定、変更および算出することができる。
【0092】
制御部４００は、イメージ補正情報、フィルタ最適化情報、絞り最適化情報、フォーカス最適化情報、ピンホール最適化情報を介してオーバーレイ計測レシピを自動的に最適化するＡＲＯ（Ａｕｔｏ Ｒｅｃｉｐｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）プログラムを含んでもよい。
【0093】
他にも、オーバーレイ計測装置は、制御部４００によってオーバーレイ計測装置の各構成の動作を制御するようにする命令語、プログラム、ロジックなどを保存するメモリなどを含んでもよく、必要に応じて構成要素が付加、変更、または削除されてもよい。
【0094】
すなわち、本発明のオーバーレイ計測装置であって、光学装置の整列（Ｏｐｔｉｃｓ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、レンズ性能（Ｌｅｎｓ ｑｕａｌｉｔｙ）、ステージレベル（Ｓｔａｇｅ ｌｅｖｅｌｉｎｇ）などの影響で発生する構造的な誤差を補正するための補正イメージを算出することができ、前記補正イメージを測定イメージに適用して、構造的な誤差が補正された正確な測定イメージを算出し、これを通じて、より正確なオーバーレイ計測が可能である。
【0095】
【0096】
本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法は、第１正規化イメージ取得段階Ｓ１００、第２正規化イメージ取得段階Ｓ２００、および補正イメージ算出段階Ｓ３００を含むことができる。
【0097】
第１正規化イメージ取得段階Ｓ１００は、検出部３００を介してウェハに形成されたオーバーレイ計測ターゲットＴの第１サンプルイメージを検出し、第１サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得する段階である。
【0098】
具体的には、図５に示すように、第１正規化イメージ取得段階Ｓ１００は、第１計測段階Ｓ１１０および第１正規化処理段階Ｓ１２０を含んでもよい。
【0099】
第１計測段階Ｓ１１０は、検出部３００を介してオーバーレイ計測ターゲットＴの第１測定位置で第１サンプルイメージを検出する段階であり、第１正規化処理段階Ｓ１２０は、第１サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得する段階である。
【0100】
具体的には、第１正規化処理段階Ｓ１２０は、第１サンプルイメージを標準偏差で割って、ピクセル別の正規化処理された正規化イメージを取得する段階である。例えば、第１正規化処理段階Ｓ１２０は、第１サンプルイメージを［式１］に適用してそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第１正規化イメージを取得することができる。
【0101】
【数4】
【0102】
（ここで、Ｉｍｇｆ：正規化イメージ、ＲｅａｌＩｍｇ：サンプルイメージ、σ：標準偏差）
【0103】
図１および図５に示すように、第２正規化イメージ取得段階Ｓ２００は、第１サンプルイメージを基準にして１８０度回転して検出された第２サンプルイメージを検出し、第２サンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化情報を取得する段階である。
【0104】
具体的には、図５に示すように、第２正規化イメージ取得段階Ｓ２００は、第２計測段階Ｓ２１０および第２正規化処理段階Ｓ２２０を含んでもよい。
【0105】
第２計測段階Ｓ２１０は、検出部３００を介して第１サンプルイメージが検出された同じ位置である第１測定位置で第２サンプルイメージを検出する段階であり、第２正規化処理段階Ｓ２２０は、第２サンプルイメージを形成するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得する段階である。
【0106】
具体的には、第２正規化処理段階Ｓ２２０は、第１正規化処理段階Ｓ１２０と同じ方式で、第２サンプルイメージを標準偏差で割って、ピクセル別の正規化処理された正規化イメージを取得する段階である。すなわち、第２サンプルイメージを前記［式１］に適用してそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して第２正規化イメージを取得することができる。
【0107】
この際、第１正規化イメージ取得段階Ｓ１００および第１正規化イメージ取得段階Ｓ２００において、サンプルイメージは、複数の測定位置で測定されたイメージで測定され、後述する補正イメージを算出することができる。
【0108】
図６に示すように、第１計測段階Ｓ１１０は、複数の測定位置に形成されたオーバーレイ計測ターゲットＴのうち、第１測定位置～第ｎ測定位置でそれぞれの第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージを検出する段階である。
【0109】
例えば、第１計測段階Ｓ１１０において、第１測定位置および第２測定位置のそれぞれの一次イメージを測定して保存部４４０に第１－１サンプルイメージおよび第１－２サンプルイメージが保存されてもよい。
【0110】
この際、第１正規化処理段階Ｓ１２０は、第１－１サンプルイメージ～第１－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して、第１－１正規化イメージ～第１－ｎ正規化イメージを取得する段階である。
【0111】
例えば、第１正規化処理段階Ｓ１２０では、第１計測段階Ｓ１１０で保存された第１－１サンプルイメージおよび第１－２サンプルイメージを、それぞれ上述した［式１］に適用してそれぞれの正規化イメージ、すなわち、第１－１正規化イメージおよび第１－２正規化イメージを取得することができる。
【0112】
また、図６に示すように、第２計測段階Ｓ２１０は、第１測定位置～第ｎ測定位置でそれぞれの第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージを検出する段階である。
【0113】
例えば、第２正規化イメージ取得段階Ｓ２００において、検出部３００が第１測定位置および第２測定位置を探して移動され、第１測定位置および第２測定位置それぞれのイメージを２次測定して保存部４４０に第２－１サンプルイメージおよび第２－２サンプルイメージが保存され得る。
【0114】
具体的には、第２正規化処理段階Ｓ２２０において、第２－１サンプルイメージ～第２－ｎサンプルイメージに対するそれぞれのピクセルをピクセルごとに正規化して、第２－１正規化イメージ～第２－ｎ正規化イメージを取得することができる。
【0115】
例えば、第２正規化処理段階Ｓ２２０では、第２計測段階Ｓ２１０で保存された第２－１サンプルイメージおよび第２－２サンプルイメージをそれぞれ前述の［式１］に適用して、それぞれの正規化イメージ、すなわち、第２－１正規化イメージおよび第２－２正規化イメージを取得することができる。
【0116】
図４に示すように、第２正規化イメージ取得段階Ｓ２００の前に、第１サンプルイメージから１８０度回転した第２イメージを検出することができるように、ステージ５００を１８０度回転するウェハ回転段階Ｓ４００をさらに含んでもよい。
【0117】
ウェハ回転段階Ｓ４００において、ステージ５００が１８０度回転して第２サンプルイメージから得られた第２正規化イメージを第１正規化イメージと同じ方向に１８０度回転させ、同じ位置で互いに対応するピクセルを比較することができる。
【0118】
また、複数の測定位置でサンプルイメージを測定する場合、ウェハ回転段階Ｓ４００は、検出部３００にて第１測定位置および第２測定位置でそれぞれの一次イメージを測定し、ステージ動作部４３０でステージ５００が１８０度回転した後、第１測定位置および第２測定位置を探して移動してそれぞれのイメージを２次測定して第２－１サンプルイメージおよび第２－２サンプルイメージを測定することができる。
【0119】
他にも、ウェハ回転段階Ｓ４００は、ウェハＷが回転されたイメージを測定することができるように、ステージ５００が回転するのではなく、検出部３００を既存の位置から１８０度回転して、検出部３００から見たとき、回転したウェハＷのオーバーレイ計測ターゲットＴを測定して、第１サンプルイメージから１８０度回転した第２サンプルイメージを測定することができる。
【0120】
図３～図７に示すように、補正イメージ算出段階Ｓ３００は、第１サンプルイメージを処理して取得された第１正規化イメージと、第２サンプルイメージを処理して取得された第２正規化イメージの差を補正イメージとして算出する段階である。
【0121】
具体的には、補正イメージ算出段階Ｓ３００は、第１正規化イメージまたは第２正規化イメージのいずれかを１８０度回転して、第１正規化イメージと第２正規化イメージとを比較し、第１正規化イメージと第２正規化イメージを形成するそれぞれのピクセル別の差を算出して補正イメージとして算出する段階である。
【0122】
例えば、補正イメージ算出段階Ｓ３００では、第２正規化イメージを第１正規化イメージと同じ方向に１８０度回転させ、同じ位置で互いに対応するピクセルの差を算出してその平均値から補正イメージを算出することができる。
【0123】
この際、補正イメージ算出段階Ｓ３００は、［式２］のように、第１正規化イメージＩｍｇｆ０と第２正規化イメージＩｍｇｆ１８０との差を平均である２で割って、補正イメージを取得することができる。
【0124】
【数5】
【0125】
（ここで、Ｉｍｇｄｉｆｆ：補正イメージ、Ｉｍｇｆ０：０度正規化イメージ、Ｉｍｇｆ１８０：１８０度正規化イメージ）
【0126】
また、複数の測定位置でサンプルイメージを測定する場合、補正イメージ算出段階Ｓ３００において、第１－ｎ正規化イメージおよび第２－ｎ正規化イメージを比較して、第１－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルと、および第２－ｎ正規化イメージを形成するそれぞれのピクセルから互いに対応するピクセル別の差を算出し、ｎ個に対する平均を算出して前記補正イメージとして保存することができる。
【0127】
例えば、補正イメージ算出段階Ｓ３００において、第１－１正規化イメージと第２－１正規化イメージから互いに対応するピクセルの差で第１補正値を算出し、第１－２正規化イメージと第２－２正規化イメージから互いに対応するピクセルの差で第２補正値を算出して、第１補正値と第２補正値の平均で補正イメージを算出し、補正信頼性をさらに高めることができる。
【0128】
例えば、図８に示すように、第１正規化イメージと第２正規化イメージのピクセルの差を算出して補正イメージが算出されてもよい。ただし、図８は、前記補正イメージを例示するための図であり、オーバーレイ計測ターゲットＴのイメージに応じて様々な形態、模様、大きさに限定されずに形成されることができる。
【0129】
本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法は、イメージ計測段階Ｓ５００、スケール処理段階Ｓ６００、およびイメージ補正段階Ｓ７００を含んでもよい。
【0130】
イメージ計測段階Ｓ５００は、ウェハＷに形成された第１オーバーレイキーと第２オーバーレイキーの整列を計測するために、検出部３００でオーバーレイ計測ターゲットＴを測定して測定イメージを検出する段階である。
【0131】
図７に示すように、スケール処理段階Ｓ６００は、補正イメージのスケールが測定イメージとスケールが同一であるように、補正イメージのスケールを補正して補正スケールイメージを取得する段階である。
【0132】
具体的には、スケール処理段階Ｓ６００は、補正イメージおよび測定イメージのピクセルスケールが同一であるように、補正イメージＩｍｇｄｉｆｆに測定イメージのスケール標準偏差σｒｅａｌを適用して補正スケールイメージＩｍｇｄｉｆｆ＊σｒｅａｌを算出する段階である。
【0133】
図７に示すように、イメージ補正段階Ｓ７００は、測定イメージから補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正してノイズが除去された計測イメージを取得する段階である。
【0134】
例えば、［式３］に示すように、スケール処理段階Ｓ６００で補正スケールイメージＩｍｇｄｉｆｆ＊σｒｅａｌを算出し、イメージ補正段階Ｓ７００で測定イメージＩｍｇｒｅａｌで補正スケールイメージＩｍｇｄｉｆｆ＊σｒｅａｌを削除して、計測イメージＩｍｇｓａｖｅを算出することができる。
【0135】
【数6】
【0136】
（ここで、Ｉｍｇｓａｖｅ：計測イメージ、Ｉｍｇｒｅａｌ：測定イメージ、Ｉｍｇｄｉｆｆ：補正イメージ、σｒｅａｌ：測定イメージのスケール標準偏差）
【0137】
例えば、図９の（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態による補正イメージの適用可否による計測イメージを比較した図である。
【0138】
図９の（ａ）に示すように、測定イメージから補正スケールイメージをピクセル単位で結合または削除して補正され、ノイズが除去され、イメージ全体でピクセルの陰影が均一な計測イメージを取得することができる。一方、図９の（ｂ）の補正されていない測定イメージは、図９の（ａ）の補正イメージが適用されたイメージと比較して、イメージ全体でピクセルの陰影が均一ではないことがある。
【0139】
具体的には、図９の（ａ）におけるＡ領域の一つのパターンにおいて左側と右側のコントラストの差と、図９の（ｂ）のＢ領域における左側と右側のコントラストとの差を比較すると、Ａ領域におけるコントラストの差はＢ領域でのコントラストの差に比べて差が少なく、Ｂ領域でのコントラストの差はＡ領域でのコントラストの差に比べて明らかに現れる。
【0140】
図９の（ａ）および（ｂ）は、補正イメージが適用された測定イメージおよび補正イメージが適用されていない測定イメージを例示するための図であり、オーバーレイ計測ターゲットＴのイメージに応じて様々な形状、模様、大きさに限定されずに形成されることができる。
【0141】
本発明のオーバーレイ計測方法は、オーバーレイ計測ターゲットＴから測定イメージを検出する場合、光学装置の整列（Ｏｐｔｉｃｓ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、レンズ性能（Ｌｅｎｓ ｑｕａｌｉｔｙ）、ステージレベル（Ｓｔａｇｅ ｌｅｖｅｌｉｎｇ）などの影響で発生する構造的な誤差を補正するための補正イメージを算出し、これを測定イメージに適用して、正確な測定イメージを算出し、これにより測定正確度が高くなり、補正イメージデータに基づく自動最適化で一貫した結果導出が可能である。
【0142】
特に、オーバーレイ計測装置およびウェハＷごとに発生する誤差を自動的に算出し、これを実際のオーバーレイ計測に反映して、測定レシピを最適化することができる。
【0143】
本発明は、図面に示された実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、これから様々な変形および均等の他の実施形態が可能であることが理解される。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。
【符号の説明】
【0144】
Ｔ ・・・オーバーレイ計測ターゲット
Ｗ ・・・ウェハ
１００ ・・・光源部
１１０ ・・・絞り
１２０ ・・・スペクトルフィルタ
１４０ ・・・ビームスプリッタ
２００ ・・・レンズ部
２１０ ・・・対物レンズ
２２０ ・・・レンズ焦点アクチュエータ
３００ ・・・検出部
４００ ・・・制御部
５００ ・・・ステージ
Ｗ ・・・ウェハ
１００ ・・・光源部
１１０ ・・・絞り
１２０ ・・・スペクトルフィルタ
１４０ ・・・ビームスプリッタ
２００ ・・・レンズ部
２１０ ・・・対物レンズ
２２０ ・・・レンズ焦点アクチュエータ
３００ ・・・検出部
４００ ・・・制御部
５００ ・・・ステージ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
