特開 2024-124397 オーバーレイ計測装置およびオーバーレイ計測方法

(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】P2024124397

(43)【公開日】2024-09-12

(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 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 J

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024031877

(22)【出願日】2024-03-04

(31)【優先権主張番号】10-2023-0027725

(32)【優先日】2023-03-02

(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】カン、チ フン

(72)【発明者】

【氏名】チュン、チ ユン

【テーマコード（参考）】

4M106

【Ｆターム（参考）】

4M106AA01

4M106BA04

4M106CA39

4M106DB04

4M106DB12

4M106DB14

4M106DB20

4M106DJ20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ウェハのオーバーレイ計測装置及び方法を提供する。
【解決手段】装置は、ウェハＷの第１レイヤー１０に形成される第１充填部１１と、第１レイヤーの上方又は下方に積層された第２レイヤー２０に形成される第２充填部２１とが位置するオーバーレイ計測ターゲットＴのうち何れかの地点の測定位置に集光させる対物レンズ２１０と、対物レンズと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及び検出部で測定したサンプルイメージと予め保存された設定モデルイメージとを整列し、整列されたサンプルイメージと設定モデルイメージのＣＩ情報に応じて決定したフォーカスでレンズ部を制御して複数のイメージを測定し、複数のイメージの中心点を比較して差分値でオーバーレイを算出する制御部４００を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１レイヤーに形成される第１充填部と、前記第１レイヤーの上方または下方に積層された第２レイヤーに形成される第２充填部とが位置する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、および
前記検出部で測定されたサンプルイメージと予め保存された設定モデルイメージとを整列し、整列された前記サンプルイメージと前記設定モデルイメージのＣＩ情報を取得し、前記ＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスで前記レンズ部を制御して複数のイメージを測定し、前記複数のイメージの中心点を比較して差分値からオーバーレイを算出する制御部と、
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レイヤーおよび前記第２レイヤーが形成されたウェハの情報を介して前記設定モデルイメージを選定し、前記設定モデルイメージと前記サンプルイメージの中心点が同じであるように整列して、Ｘ軸コントラスト値グラフおよびＹ軸コントラスト値グラフを取得し、
前記Ｘ軸コントラスト値グラフおよび前記Ｙ軸コントラスト値グラフから最も低いＣＩ値を有する領域での第１フォーカスを算出し、前記第１フォーカスで前記複数のイメージのうち一つである第１イメージを測定するように制御し、前記Ｘ軸コントラスト値グラフおよび前記Ｙ軸コントラスト値グラフから最も高いＣＩ値を有する領域での第２フォーカスを算出し、前記第２フォーカスで前記複数のイメージのうち他の一つである第２イメージを測定するように制御する、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、
前記検出部で取得された前記サンプルイメージ、ウェハに積層されたレイヤーのモデル情報、前記ＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスで測定された前記複数のイメージが保存される保存部と、
前記モデル情報のうちいずれか１つの前記設定モデルイメージと前記サンプルイメージとの中心点を比較して整列する整列部と、
中心点が一致する前記設定モデルイメージおよび前記サンプルイメージのＸ軸コントラスト値の変化およびＹ軸コントラスト値の変化を示す前記ＣＩ情報を取得するＣＩ取得部と、
前記ＣＩ情報のうち最も低いＣＩ値を有する地点での第１フォーカスを算出し、前記ＣＩ情報のうち最も高いＣＩ値を有する地点での第２フォーカスを算出するフォーカス算出部と、および
前記複数のイメージの中心点を比較して差を算出するオーバーレイ算出部と、
を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項4】

前記設定モデルイメージは、
予め保存された前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーの厚さまたは前記サンプルイメージに合わせて四角形、角部が所定の曲率を有する四角形、円形および楕円形のいずれかで形成される、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、
前記フォーカスに応じて深度別に前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーのそれぞれのイメージを取得するように、前記レンズ焦点アクチュエータの動作を制御するレンズ動作部、
を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項6】

前記第１充填部および前記第２充填部は、
前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーを貫通するホール部に導体で充填され、前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーに形成されたパターンを電気的に連結するＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）である、請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項7】

第１レイヤーに形成される第１充填部と、前記第１レイヤーの上方または下方に積層された第２レイヤーに形成される第２充填部とが位置するオーバーレイ計測ターゲットのいずれか一つの地点の測定位置で測定されたサンプルイメージと、予め保存された設定モデルイメージとを整列する設定モデル比較段階と、
整列された前記サンプルイメージおよび前記設定モデルイメージのＣＩ情報を取得するＣＩ情報取得段階と、
ＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスで前記レンズ部を制御して複数のイメージを測定するイメージ計測段階と、および
前記複数のイメージの中心点を比較して差分値でオーバーレイを算出するオーバーレイ算出段階と、
を含む、オーバーレイ計測方法。

【請求項8】

前記設定モデル比較段階は、
検出部で前記サンプルイメージを測定して保存するサンプルイメージ測定段階と、
前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーが形成されたウェハの情報を介して前記設定モデルイメージを選定するモデル選定段階と、および
前記設定モデルイメージと前記サンプルイメージの中心点が同じであるように整列する比較段階と、
を含む、請求項７に記載のオーバーレイ計測方法。

【請求項9】

前記ＣＩ情報取得段階において、
中心点が同じであるように整列された前記設定モデルイメージと、前記サンプルイメージのＸ軸コントラスト値の変化およびＹ軸コントラスト値の変化を示す前記ＣＩ情報を取得する、請求項７に記載のオーバーレイ計測方法。

【請求項10】

前記イメージ計測段階は、
前記ＣＩ情報のうち最も低いＣＩ値を有する地点での第１フォーカスを算出し、前記ＣＩ情報のうち最も高いＣＩ値を有する地点での第２フォーカスを算出するフォーカス算出段階と、および
前記ＣＩ情報に応じて決定された前記第１フォーカスで第１イメージを測定し、前記第２フォーカスで第２イメージを測定する測定段階と、
を含む、請求項７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、ウエ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。このような製造過程は、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。

【0004】

したがって、層間の整列誤差を測定および検証するために、ウエハ上にオーバーレイ（Ｏｖｅｒｌａｙ）測定用パターンを用いて上部層のパターンと下部層のパターンとの整列度を検出するが、最近の半導体パッケージにＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｌｉｃｏｎ ｖｉａ）を含む半導体素子が多く利用されており、このような半導体素子においてレイヤー間の整列測定時にＴＳＶが用いられることができる。

【0005】

ＴＳＶは、シリコン基板を貫通するホールを形成して銅などの導体を充填して形成されたものであり、チップ積層時にシリコン基板の上と下を電気的に連結してチップ間信号およびパワーを伝達するために用いられることができる。しかしながら、ウェハ内のＴＳＶを測定する場合、各層からのイメージがすべて明確に見えないという問題が発生した。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、前記のような問題点を含む様々な問題点を解決するためのものであり、ＴＳＶの誤整列および連結を確認することができ、ＴＳＶ計測を通じてウエハに積層されたレイヤーのオーバーレイを測定することができる。また、ＴＳＶの形状が特異であっても最適なフォーカスを決定して測定できる、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】

【0007】

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、第１レイヤーに形成される第１充填部と、前記第１レイヤーの上方または下方に積層された第２レイヤーに形成される第２充填部とが位置する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；および前記検出部で測定されたサンプルイメージと予め保存された設定モデルイメージとを整列し、整列された前記サンプルイメージと前記設定モデルイメージのＣＩ情報を取得し、前記ＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスで前記レンズ部を制御して複数のイメージを測定し、前記複数のイメージの中心点を比較して差分値でオーバーレイを算出する制御部；を含んでもよい。

【0008】

本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーが形成されたウェハの情報を介して前記設定モデルイメージを選定し、前記設定モデルイメージと前記サンプルイメージの中心点が同一であるように整列して、Ｘ軸コントラスト値グラフおよびＹ軸コントラスト値グラフを取得し、前記Ｘ軸コントラスト値グラフおよび前記Ｙ軸コントラスト値グラフにおいて最も低いＣＩ値を有する領域での第１フォーカスを算出し、前記第１フォーカスで前記複数のイメージのうち１つである第１イメージを測定するように制御し、前記Ｘ軸コントラスト値グラフおよび前記Ｙ軸コントラスト値グラフにおいて最も高いＣＩ値を有する領域での第２フォーカスを算出し、前記第２フォーカスで前記複数のイメージのうち他の一つである第２イメージを測定するように制御することができる。

【0009】

本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記検出部で取得された前記サンプルイメージ、ウェハに積層されたレイヤーのモデル情報、前記ＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスで測定された前記複数のイメージが保存される保存部；前記モデル情報のうちいずれか１つの前記設定モデルイメージと前記サンプルイメージの中心点を比較して整列する整列部；中心点が一致する前記設定モデルイメージおよび前記サンプルイメージのＸ軸コントラスト値の変化およびＹ軸コントラスト値の変化を示す前記ＣＩ情報を取得するＣＩ取得部；前記ＣＩ情報のうち最も低いＣＩ値を有する地点での第１フォーカスを算出し、前記ＣＩ情報のうち最も高いＣＩ値を有する地点での第２フォーカスを算出するフォーカス算出部；および前記複数のイメージの中心点を比較して差を算出するオーバーレイ算出部；を含んでもよい。

【0010】

本発明の一実施形態によれば、前記設定モデルイメージは、予め保存された前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーの厚さまたは前記サンプルイメージに合わせて、四角形、角部が所定の曲率を有する四角形、円形および楕円形のいずれかで形成されてもよい。

【0011】

本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記フォーカスに応じて深度別に前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーのそれぞれのイメージを取得するように前記レンズ焦点アクチュエータの動作を制御するレンズ動作部；を含んでもよい。

【0012】

本発明の一実施形態によれば、前記第１充填部および前記第２充填部は、前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーを貫通するホール部に導体で充填され、前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーに形成されたパターンを電気的に連結するＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）であってもよい。

【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、第１レイヤーに形成される第１充填部と、前記第１レイヤーの上方または下方に積層された第２レイヤーに形成される第２充填部とが位置する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で測定されたサンプルイメージと予め保存された設定モデルイメージとを整列する設定モデル比較段階；整列された前記サンプルイメージおよび前記設定モデルイメージのＣＩ情報を取得するＣＩ情報取得段階；ＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスで前記レンズ部を制御して複数のイメージを測定するイメージ計測段階；および前記複数のイメージの中心点を比較して差分値でオーバーレイを算出するオーバーレイ算出段階；を含んでもよい。

【0014】

本発明の一実施形態によれば、前記設定モデル比較段階は、検出部で前記サンプルイメージを測定して保存するサンプルイメージ測定段階；前記第１レイヤーおよび前記第２レイヤーが形成されたウェハの情報を介して前記設定モデルイメージを選定するモデル選定段階；および前記設定モデルイメージと前記サンプルイメージの中心点が同じであるように整列する比較段階；を含んでもよい。

【0015】

本発明の一実施形態によれば、前記ＣＩ情報取得段階において、中心点が同じであるように整列された前記設定モデルイメージと前記サンプルイメージのＸ軸コントラスト値の変化およびＹ軸コントラスト値の変化を表す前記ＣＩ情報を取得することができる。

【0016】

本発明の一実施形態によれば、前記イメージ計測段階は、前記ＣＩ情報のうち最も低いＣＩ値を有する地点での第１フォーカスを算出し、前記ＣＩ情報のうち最も高いＣＩ値を有する地点での第２フォーカスを算出するフォーカス算出段階；および前記ＣＩ情報に応じて決定された前記第１フォーカスで第１イメージを測定し、前記第２フォーカスで第２イメージを測定する測定段階；を含んでもよい。

【発明の効果】

【0017】

前記のように構成された本発明の一部の実施形態によれば、２つ以上のレイヤーを含むウェハからオーバーレイを測定するためのフォーカスを算出し、算出されたフォーカスに従ってＴＳＶのオーバーレイを計測し、ＴＳＶの誤整列および連結を確認することができ、ＴＳＶ計測を通じてウエハに積層されたレイヤーのオーバーレイ値を算出することができる。また、ＴＳＶの形状が特異であっても、本発明のオーバーレイ計測装置を介して最適なフォーカスを決定してオーバーレイ値を算出できる効果を有するものである。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】

【0018】

【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サンプルイメージと設定モデルイメージとを整列してＣＩ情報を取得することを示す例示的な図である。

【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図である。

【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図である。

【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図である。

【図7】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法の設定モデル比較段階を示す図である。

【図8】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法のＣＩ情報取得段階を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法のイメージ計測段階で第１イメージを測定することを示す図である。

【図10】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法のイメージ計測段階で第２イメージを測定することを示す図である。

【図11】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測方法のオーバーレイ算出段階を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

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されることができ、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。

【0021】

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できる。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。

【0022】

図１は、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り、図２は、本発明のオーバーレイ計測装置の制御部４００を示す図であり、図3は、本発明の一実施形態によるサンプルイメージＳと設定モデルイメージＭとを整列してＣＩ情報を取得することを示す例示的な図である。

【0023】

まず、本発明の一実施形態によ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、および制御部４００を含んでもよい。

【0024】

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１０に形成される第１充填部１１と、第１レイヤー１０の上方または下方に積層された第２レイヤー２０に形成される第２充填部分２１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されてもよい。

【0025】

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んでもよく、これに限定されない。

【0026】

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。

【0027】

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第１充填部１１および第２充填部２１の撮影に適した形態に変更されることができる。

【0028】

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。

【0029】

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に形成された第１レイヤー１０および第２レイヤー２０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つ以上から形成されてもよい。

【0030】

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させ、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。

【0031】

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。

【0032】

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の第１レイヤー１０と第２レイヤー２０が形成された測定位置にビームを集光させ、反射したビームを集めることができる。

【0033】

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。

【0034】

レンズ焦点アクチュエータ２２０は、対物レンズ２００とウエハＷとの間の距離を調節して、焦点面が第１レイヤー１０または第２レイヤー２０に位置するように調節することができる。

【0035】

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をウエハ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。

【0036】

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であり、第１レイヤー１０または第２レイヤー２０に形成された第１充填部１１および第２充填部２１が形成された位置である。

【0037】

ここで、第１充填部１１および第２充填部２１は、第１レイヤー１０および第２レイヤー２０を貫通するホールに銅などの導体が充填された構造であり、第１レイヤー１０および第２層２０が積層されるとき、第１レイヤー１０および第２レイヤー２０を電気的に連結してチップ間信号およびパワーを伝達するＴＳＶを含んでもよい。

【0038】

例えば、第１充填部１１は、ウエハＷの下部レイヤーである第１レイヤー１０に形成され、第２充填部２１は、ウエハＷの上部レイヤーである第２レイヤー１０に形成されてもよい。この際、ウエハＷの上方に形成されたレンズ部２００で測定されたイメージにおいて、第１充填部１１が第２充填部２１よりも小さく測定されることができる。

【0039】

また、図示されてはいないが、前記ＴＳＶは、截頭された逆方向の円錐形状であってもよく、互いに異なるサイズで形成されてもよく、不規則な形状で形成されてもよい。

【0040】

前記測定位置は、レンズ焦点アクチュエータ２２０の駆動に応じて、それぞれの位置で測定された段階別の深度をすべて含んでもよい。

【0041】

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。

【0042】

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、第１レイヤー１０および第２レイヤー２０のイメージを取得することができる。

【0043】

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の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物半導体（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ーなどを含んでもよい。

【0044】

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集め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。

【0045】

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が取得できるように検出部３００を制御することができる。

【0046】

制御部４００は、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。

【0047】

制御部４００は、検出部３００で測定されたサンプルイメージＳと、予め保存された設定モデルイメージＭとを整列してＣＩ情報を取得し、整列して重畳されたサンプルイメージＳと設定モデルイメージＭのＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスでレンズ部２００を制御して複数のイメージを測定し、前記複数のイメージの中心点を比較して差分値でオーバーレイを算出することができる。

【0048】

具体的には、制御部４００は、光源動作部４１０、レンズ動作部４２０、保存部４３０、整列部４４０、ＣＩ取得部４５０、フォーカス算出部４６０およびオーバーレイ算出部分４７０を含んでもよい。

【0049】

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、前記フォーカスに応じて深度別に第１レイヤー１０および第２レイヤー２０のそれぞれの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。

【0050】

保存部４３０は、検出部３００で取得されたサンプルイメージＳ、ウエハＷに積層されたレイヤーのモデル情報、前記ＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスで測定された前記複数のイメージが保存されることができる。

【0051】

具体的には、保存部４３０は、検出部３００で測定されたイメージをサンプルイメージＳとして保存部４３０に保存することができる。この際、サンプルイメージＳは、予め保存された第１レイヤー１０および第２レイヤー２０の厚さを含むウエハＷ情報を介して、仮フォーカスで焦点を制御して測定されることができる。

【0052】

保存部４３０は、複数のモデル情報を含んでもよい。この際、前記モデル情報は、四角形、角部が所定の曲率を有する四角形、円形、および楕円形などで形成される設定モデルイメージＭを含んでもよい。例えば、設定モデルイメージＭは、予め保存されたウエハＷ情報を介して第１レイヤー１０および第２レイヤー２０のいずれかに合わせられた仮想フォーカスによるイメージを含んでもよい。また、様々な形状の前記モデル情報の中から、サンプルイメージＳの形状に対応する、例えば、サンプルイメージＳと似ているイメージが設定モデルイメージＭとして選定されてもよい。

【0053】

また、設定モデルイメージＭは、円形の大きさや矩形状の角の曲率などを使用者が直接設定してもよい。

【0054】

例えば、サンプルイメージＳは、仮フォーカスとして第２レイヤー２０に対応するイメージであってもよく、設定モデルイメージＭは、予め保存されたウエハＷ情報によって設定された第１レイヤー１０に対応するイメージであってもよい。

【0055】

保存部４３０は、第１レイヤ１０と第２レイヤ２０とのオーバーレイを計測するために、後述する第１フォーカスおよび第２フォーカスを通じて検出された第１イメージＩ１および第２イメージＩ２を保存することができる。

【0056】

整列部４４０は、前記モデル情報のいずれかの設定モデルイメージＭとサンプルイメージＳの中心点を比較して整列することができる。

【0057】

例えば、図３の（ａ）および図３の（ｂ）に示すように、整列部４４０は、設定モデルイメージＭがサンプルイメージＳの中心軸と同軸となるように整列することができ、図示されていないが、設定モデルイメージＭがサンプルイメージＳの外側に形成されてもよく、楕円形の場合、長軸が同じであるように整列されるか、または不規則な形状の場合、円形または楕円形に変換して同軸または長軸が同じであるように整列されてもよい。

【0058】

ＣＩ取得部４５０は、中心点が一致する設定モデルイメージＭおよびサンプルイメージＳのＸ軸コントラスト値の変化およびＹ軸コントラスト値の変化を示すＣＩ情報を取得することができる。

【0059】

前記ＣＩ情報は、設定モデルイメージＭとサンプルイメージＳのコントラスト値を含むデータであり、例えば、図３の（ａ）に示すように、設定モデルイメージＭおよびサンプルイメージＳの中心部または横の中心領域を基準にＸ軸方向の段面からコントラスト値の変化をグラフで示すことができ、図３の（ｂ）に示すように、設定モデルイメージＭおよびサンプルイメージＳの中心部または縦の中心領域を基準にＹ軸方向の断面からコントラスト値の変化をＣＩグラフで表すことができる。

【0060】

ここで、ＣＩは、Ｃｏｎｔｒａｓｔ Ｉｎｄｅｘであって、イメージピクセル値の全体的なコントラストの度合いを意味し、イメージが色と明るさの差を示す値であってもよい。例えば、図３の（ａ）に示すように、設定モデルイメージＭの線は明るさが非常に明るく設定され、ＣＩグラフにおいて設定モデルイメージＭの線に対応する部分ではコントラスト値が最高と表され、サンプルイメージＳの外側線の明るさは明るく検出され、設定モデルイメージＭよりは低いが、周辺部よりは高く表されてサンプルイメージＳの内側線は非常に暗く検出され、コントラスト値が最低に表される。

【0061】

フォーカス算出部４６０は、前記ＣＩ情報のうち最も低いＣＩ値を有する地点での第１フォーカスを算出し、前記ＣＩ情報のうち最も高いＣＩ値を有する地点での第２フォーカスを算出することができる。

【0062】

例えば、フォーカス算出部４６０は、前記ＣＩグラフでコントラスト値が最低の値を直径とする形状にフォーカスを合わせることができるように第１フォーカスを算出し、前記ＣＩグラフでコントラスト値が最高である値を直径とする形状にフォーカスを合わせることができるように第２フォーカスを算出することができる。この際、前記ＣＩグラフにおいて、コントラスト値が最高である値は、設定モデルイメージＭのＣＩ情報であってもよく、また、サンプルイメージＳは焦点が合わず、厚みおよびコントラストが確実ではないため、コントラスト値が最も低い値で第２フォーカスを算出することができる。

【0063】

したがって、レンズ操作部４２０において、前記第１フォーカスで第１イメージＩ１を測定し、前記第２フォーカスで第２イメージＩ２を測定することができる。前記第１フォーカスおよび前記第２フォーカスでイメージを測定することにより、さらに正確な第１イメージＩ１および第２イメージＩ２、すなわち、第１充填部１１および第２充填部２１のイメージを取得することができる。

【0064】

オーバーレイ算出部４７０は、前記複数のイメージの中心点を比較して差を算出することができる。例えば、オーバーレイ算出部４７０は、第１イメージＩ１および第２イメージＩ２を重畳して第１イメージＩ１の中心部Ｃ１および第２イメージＩ２の中心部Ｃ２のギャップを算出してオーバーレイ値として計測することができる。

【0065】

具体的には、第１イメージＩ１からＸ軸およびＹ軸のＣＩ値のグラフを取得し、ＣＩ値が最も大きい２つの位置の中点値を用いて第１イメージＩ１の中心部Ｃ１を算出することができ、同様に、第２イメージＩ２の中心部Ｃ２を算出することができる。したがって、第１イメージＩ１の中心部Ｃ１と第２イメージＩ２の中心部Ｃ２との差をオーバーレイ値として計測することができる。

【0066】

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。

【0067】

すなわち、前記表示部を介して保存部４３０、整列部４４０、ＣＩ取得部４５０、フォーカス算出部４６０、オーバーレイ算出部４７０、設定モデルイメージＭ、サンプルイメージＳ、ＣＩグラフを確認することができ、前記入力部を介して使用者が光源動作部４１０、レンズ動作部４２０を直接制御したり、設定モデルイメージＭ、サンプルイメージＳ、ＣＩグラフ、前記第１フォーカス、前記第２フォーカスなどを直接選定、変更および算出することができる。

【0068】

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。

【0069】

すなわち、本発明のオーバーレイ計測装置にて２つ以上のレイヤーを含むウエハでオーバーレイを測定するためのフォーカスを算出し、算出されたフォーカスによってＴＳＶのオーバーレイを計測してＴＳＶの連結を確認することができ、第１レイヤーと第２レイヤーとのオーバーレイを正確に判断することができる。

【0070】

図４～図６は、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図であり、図７は、オーバーレイ計測方法の設定モデル比較段階Ｓ１００を示す図であり、図８は、ＣＩ情報取得段階Ｓ２００を示す図であり、図９および図１０は、イメージ計測段階Ｓ３００で第１イメージＩ１および第２イメージＩ２を測定することを示す図であり、図１１は、本発明のオーバーレイ算出段階Ｓ４００を示す図である。

【0071】

図４に示すように、本発明の一実施形態による、オーバーレイ計測方法は、設定モデル比較段階Ｓ１００、ＣＩ情報取得段階Ｓ２００、イメージ計測段階Ｓ３００、およびオーバーレイ算出段階Ｓ４００を含んでもよい。

【0072】

設定モデル比較段階Ｓ１００は、第１レイヤー１０に形成される第１充填部１１と、第１レイヤー１０の上方または下方に積層された第２レイヤー２０に形成される第２充填部２１が位置するオーバーレイ計測ターゲットＴのいずれかの地点の測定位置で測定されたサンプルイメージＳと、予め保存された設定モデルイメージＭとを整列する段階である。

【0073】

例えば、図７に示すように、設定モデル比較段階Ｓ１００は、予め保存された第１レイヤー１０および第２レイヤー２０の厚さを含むウェハＷ情報を介して仮フォーカスで焦点を制御して測定されたサンプルイメージＳと、ウエハＷ情報を介して第１レイヤー１０および第２レイヤー２０のいずれかに合わせられた仮想フォーカスによるイメージである設定モデルイメージＭを整列する段階である。

【0074】

具体的には、設定モデル比較段階Ｓ１００は、検出部３００でサンプルイメージＳを測定して保存するサンプルイメージ測定段階Ｓ１１０、第１レイヤー１０および第２レイヤー２０が形成されたウエハＷの情報を介して設定モデルイメージＭを選定するモデル選定段階Ｓ１２０、および設定モデルイメージＭとサンプルイメージＳの中心点が同じであるように整列する比較段階Ｓ１３０を含んでもよい。

【0075】

ＣＩ情報取得段階Ｓ２００は、中心点が同じであるように整列された設定モデルイメージＭとサンプルイメージＳのＸ軸コントラスト値の変化およびＹ軸コントラスト値の変化を示す前記ＣＩ情報を取得する段階である。

【0076】

ＣＩ情報取得段階Ｓ２００において、前記ＣＩ情報は、設定モデルイメージＭとサンプルイメージＳのコントラスト値を含むデータであり、例えば、図８に示すように、ＣＩ情報取得段階Ｓ２００で設定モデルイメージＭおよびサンプルイメージＳの中心を基準に、Ｘ軸およびＹ軸の断面からコントラスト値の変化をＣＩグラフで表すことができる。

【0077】

イメージ計測段階Ｓ３００は、ＣＩ情報に応じて決定されたフォーカスでレンズ部２００を制御して複数のイメージを測定する段階である。

【0078】

イメージ計測段階Ｓ３００は、フォーカス算出段階Ｓ３１０および測定段階Ｓ３２０を含んでもよい。

【0079】

フォーカス算出段階Ｓ３１０は、前記ＣＩ情報のうち最も低いＣＩ値を有する地点での第１フォーカスを算出し、前記ＣＩ情報のうち最も高いＣＩ値を有する地点での第２フォーカスを算出する段階であり、測定段階Ｓ３２０は、前記ＣＩ情報によって決定された前記第１フォーカスで第１イメージＩ１を測定し、前記第２フォーカスで第２イメージＩ２を測定する段階である。

【0080】

例えば、図９に示すように、フォーカス算出段階Ｓ３１０において、前記ＣＩグラフのコントラスト値が最低である値を直径とする形状にフォーカスを合わせることができるように第１フォーカスを算出し、測定段階Ｓ３２０において、前記第１フォーカスで第１イメージＩ１を測定することができる。したがって、前記第１フォーカスで再調整してイメージを測定し、サンプルイメージＳよりもさらに正確な第１イメージＩ１、すなわち、第１充填部１１のイメージを取得することができる。

【0081】

また、図１０に示すように、フォーカス算出段階Ｓ３１０において、前記ＣＩグラフでコントラスト値が最高である値を直径とする形状にフォーカスを合わせることができるように第２フォーカスを算出し、測定段階Ｓ３２０において、前記第２フォーカスで第２イメージＩ２を測定することができる。この際、第２イメージＩ２は、第２レイヤー２０の第２充填部２１を測定したものであり、設定モデルイメージＭとは異なる位置に形成されることができる。すなわち、設定モデルイメージＭは、前記第２フォーカスを算出するためのものであり、前記第２フォーカスで測定された第２イメージＩ２とは異なり得る。

【0082】

測定段階Ｓ３２０は、光源部１００から第１レイヤー１０および第２レイヤー２０が位置するオーバーレイ計測ターゲットＴに照明を向ける照明指向段階Ｓ１１０、および対物レンズ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を調節して、前記照明がレンズ部２００を介してオーバーレイ計測ターゲットＴのいずれか一つの地点の測定位置に集光されるターゲット照射段階をさらに含んでもよい。

【0083】

オーバーレイ算出段階Ｓ４００は、前記複数のイメージの中心点を比較して差分値でオーバーレイを算出する段階である。例えば、図１１に示すように、オーバーレイ算出段階Ｓ４００は、第１イメージＩ１および第２イメージＩ２を比較して、第１イメージＩ１の中心部Ｃ１および第２イメージＩ２の中心部Ｃ２のギャップを算出してオーバーレイＯＶＬとして計測することができる。

【0084】

すなわち、本発明のオーバーレイ計測方法により、２つ以上のレイヤーを含むウエハからオーバーレイを測定するためのフォーカスを算出し、算出されたフォーカスに応じてＴＳＶのオーバーレイを計測し、ＴＳＶの誤整列および連結を確認することができ、ＴＳＶ計測を通じて第１レイヤーと第２レイヤーとのオーバーレイ値を算出することができる。

【0085】

特に、ＴＳＶの形状が特異であっても、様々な形状および曲率を設定して本発明のオーバーレイ計測装置および方法を通じてＴＳＶを介したオーバーレイ値を算出することができる。

【0086】

本発明は、図面に示された実施形態を参照に説明されたが、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、および均等な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】

【0087】

Ｍ ・・・設定モデルイメージ
Ｓ ・・・サンプルイメージ
Ｔ ・・・オーバーレイ計測ターゲット
Ｗ ・・・ウェハ
１０ ・・・第１レイヤー
１１ ・・・第１充填部
２０ ・・・第２レイヤー
２１ ・・・第２充填部
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】