特開 2024-69133 焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置と方法、及びこのためのプログラム貯蔵媒体

(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】P2024069133

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置と方法、及びこのためのプログラム貯蔵媒体

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240514BHJP

   G02B 7/28 20210101ALI20240514BHJP

   G02B 7/36 20210101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 J

G02B7/28 H

G02B7/36

【審査請求】有

【請求項の数】24

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102201

(22)【出願日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】10-2022-0148326

(32)【優先日】2022-11-09

(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】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】チェ ソン－ユン

(72)【発明者】

【氏名】ハム ヒョ－シク

【テーマコード（参考）】

2H151

4M106

【Ｆターム（参考）】

2H151AA15

2H151BA47

2H151BA52

2H151FA47

4M106AA01

4M106AA09

4M106BA05

4M106BA06

4M106CA39

4M106DB02

4M106DB07

4M106DB12

4M106DB16

4M106DB20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置、方法及びプログラム貯蔵媒体を提供する。
【解決手段】焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置１００は、対物レンズ１２０を動作させて、ウエハとの距離を調節するレンズフォーカスアクチュエータ１２５の動作を制御するプロセッサ１７０を含む。プロセッサは、基準イメージの２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得し、獲得したフォーカスグラフに対する基準フォーカスを識別し、測定イメージが獲得されると、識別された基準フォーカスに基づいて、獲得された測定イメージの２つの層に対する明暗インデックスを識別し、基準イメージの２つの層のそれぞれにおいて、識別された明暗インデックスのそれぞれに対応するフォーカスを識別し、基準フォーカスと識別されたフォーカスとの間の差を計算し、測定イメージに該当するフォーカスに対物レンズ１２０を移動させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置において、
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照明部；
前記ターゲットにおける１つ以上の焦点別イメージを獲得するため対物レンズ及び検出機を含む収集部；
前記対物レンズを動作させて、ウエハとの距離を調節するレンズフォーカスアクチュエータ；及び
前記レンズフォーカスアクチュエータの動作を制御するプロセッサを含み、
前記プロセッサは、
前記１つ以上の焦点別イメージから２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得し、
前記獲得されたフォーカスグラフに対する基準フォーカスを識別して、前記対物レンズを移動させるように設定された、
オーバーレイ計測装置。

【請求項2】

前記プロセッサは、
測定イメージが獲得されると、前記識別された基準フォーカスに基づいて、前記獲得された測定イメージの２つの層に対する明暗インデックスを識別し、
前記１つ以上の焦点別イメージの２つの層のそれぞれにおいて、前記識別された明暗インデックスのそれぞれに対応するフォーカスを識別するように設定された、
請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項3】

前記プロセッサは、
前記基準フォーカスと、前記識別されたフォーカスとの間の差を計算し、
前記計算された差に基づいて、前記測定イメージに該当するフォーカスに前記対物レンズを移動させるように設定された、
請求項２に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項4】

前記プロセッサは、
前記１つ以上の焦点別イメージの第１層の第１フォーカスグラフと、第２層の第２フォーカスグラフに基づいて前記基準フォーカスを識別し、
前記測定イメージの２つの第３明暗インデックスを識別し、
前記測定イメージの２つの第４明暗インデックスを識別するように設定された、
請求項３に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項5】

前記プロセッサは、
前記２つの層のそれぞれにおいて、中間、各層別最大値、２つの層間の最小の最大値に該当するフォーカスを前記基準フォーカスと決定するように設定された、
請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項6】

前記プロセッサは、
前記２つの第３明暗インデックスと前記２つの第４明暗インデックスとの間に、最短フォーカス距離を有する、１つの第３明暗インデックスと１つの第４明暗インデックスを識別するように設定された、
請求項４に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項7】

前記プロセッサは、
前記識別された１つの第３明暗インデックスに該当するフォーカス値と、前記識別された１つの第４明暗インデックスに該当するフォーカス値とが同一であるかを識別するように設定された、
請求項６に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項8】

前記プロセッサは、
前記基準フォーカスの値から前記計算された差を差し引き、
前記レンズフォーカスアクチュエータを動作させて、前記対物レンズを前記差し引かれたフォーカスの位置に対応するように移動させる、
請求項３に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項9】

前記プロセッサは、
前記ウエハの各計測ポイントごとに、前記計算された差に基づいて、前記レンズフォーカスアクチュエータを介して前記対物レンズの移動を制御するように設定された、
請求項３に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項10】

前記プロセッサは、
前記検出機を介して前記対物レンズの現在位置に該当するイメージを獲得するように設定された、
請求項１に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項11】

前記プロセッサは、
前記ウエハが配置されたステージの移動に基づいてイメージを獲得するように設定された、
請求項１０に記載のオーバーレイ計測装置。

【請求項12】

オーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法において、
１つ以上の焦点別イメージから２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得する過程；及び
前記獲得されたフォーカスグラフに対する基準フォーカスを識別して、対物レンズを移動させる過程を含む、
オーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法。

【請求項13】

前記対物レンズを移動させる過程は、
測定イメージが獲得されると、前記識別された基準フォーカスに基づいて、前記獲得された測定イメージの２つの層に対する明暗インデックスを識別する過程；及び
前記１つ以上の焦点別イメージの２つの層のそれぞれにおいて、前記識別された明暗インデックスのそれぞれに対応する、
請求項１２に記載のフォーカスを識別する過程を含む方法。

【請求項14】

前記対物レンズを移動させる過程は、
前記基準フォーカスと、前記識別されたフォーカスとの間の差を計算する過程；及び
前記計算された差に基づいて、前記測定イメージに該当するフォーカスに前記対物レンズを移動させる過程を含む、
請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記識別された明暗インデックスのそれぞれに対応するフォーカスを識別する過程は、
前記１つ以上の焦点別イメージの第１層の第１フォーカスグラフと第２層の第２フォーカスグラフを用いて、前記基準フォーカスを識別する過程；
前記測定イメージの２つの第３明暗インデックスを識別する過程；及び
前記測定イメージの２つの第４明暗インデックスを識別する過程を含む、
請求項１４に記載のオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法。

【請求項16】

前記基準フォーカスを識別する過程は、
前記２つの層のそれぞれにおいて、中間、各層別最大値、２つの層間の最小の最大値に該当するフォーカスを前記基準フォーカスと決定する過程を含む、
請求項１２に記載のオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法。

【請求項17】

前記２つの第３明暗インデックスと、前記２つの第４明暗インデックスとの間に、最短フォーカス距離を有する、１つの第３明暗インデックスと１つの第４明暗インデックスを識別する過程をさらに含む、
請求項１５に記載のオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法。

【請求項18】

前記１つの第３明暗インデックスと、前記１つの第４明暗インデックスを識別する過程は、
前記識別された１つの第３明暗インデックスに該当するフォーカス値と、前記識別された１つの第４明暗インデックスに該当するフォーカス値とが同一であるかを識別する過程を含む、
請求項１７に記載のオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法。

【請求項19】

前記対物レンズを移動させる過程は、
前記基準フォーカスの値から前記計算された差を差し引く過程；及び
前記対物レンズを前記差し引かれたフォーカスの位置に対応するように移動させる過程を含む、
請求項１４に記載のオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法。

【請求項20】

ウエハの各計測ポイントごとに、前記計算された差に基づいて、前記対物レンズの移動を制御する過程をさらに含む、
請求項１４に記載のオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法。

【請求項21】

前記対物レンズの現在位置に該当するイメージを獲得する過程をさらに含む、
請求項１４に記載のオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法。

【請求項22】

オーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する命令語等を含むプログラムを含む、コンピュータ読み取り可能な貯蔵媒体において、
前記プログラムは、
１つ以上の焦点別イメージから２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得する命令語等；及び
前記獲得されたフォーカスグラフに対する基準フォーカスを識別して、対物レンズを移動させる命令語等を含む、
オーバーレイ計測装置の焦点移動を制御するコンピュータ読み取り可能な貯蔵媒体。

【請求項23】

前記プログラムは、
測定イメージが獲得されると、前記識別された基準フォーカスに基づいて、前記獲得された測定イメージの２つの層に対する明暗インデックスを識別する命令語等；及び
前記１つ以上の焦点別イメージの２つの層のそれぞれにおいて、前記識別された明暗インデックスのそれぞれに対応するフォーカスを識別する命令語等を含む、
請求項２２に記載のコンピュータ読み取り可能な貯蔵媒体。

【請求項24】

前記プログラムは、
前記基準フォーカスと、前記識別されたフォーカスとの間の差を計算する命令語等；及び
前記計算された差に基づいて、前記測定イメージに該当するフォーカスに前記対物レンズを移動させる命令語等を含む、
請求項２３に記載のコンピュータ読み取り可能な貯蔵媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置と方法、及びこのためのプログラム貯蔵媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

通常、技術の発展に伴い、ウエハの特性を計測する半導体デバイスのサイズが小さくなり、計測装置の集積回路の密度は増加している。集積回路をウエハに形成するためには、特定の位置で所望の回路の構造及び要素等が順次形成されるよう多くの製造過程を経らなければならない。これら製造過程は、ウエハ上にパターン化した層を順次生成させる。

【0003】

かかる繰り返した積層工程等によって、集積回路内に電気的に活性化したパターンが生成される。このとき、個々の構造が生産工程で許容する誤差範囲内に整列されていないと、電気的に活性化したパターンの間に干渉が起こり、これら現象によって、製造された回路の性能及び信頼性に問題が生じ得る。これら層間に整列誤差を測定及び検証するために、ウエハに対するイメージにおける明暗又は位相差によって焦点位置を探す。

【0004】

ところが、従来よりオートフォーカスのためレーザ反射面が一定しておらず、焦点位置を正確に探すことができない問題点があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

よって、本発明は、正確な焦点距離を探すように焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置、及びこのためのプログラム貯蔵媒体を提供することである。

【0006】

本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及していない本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解することができ、本発明の実施形態によってより明らかに理解することができる。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示した手段及びその組み合わせによって実現できることが分かりやすい。

【課題を解決するための手段】

【0007】

かかる目的を達するために、本発明の一実施形態による焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置は、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照明部；前記ターゲットにおける１つ以上の焦点別イメージを獲得するため対物レンズ及び検出機を含む収集部；前記対物レンズを動作させて、ウエハとの距離を調節するレンズフォーカスアクチュエータ；及び前記レンズフォーカスアクチュエータの動作を制御するプロセッサを含み、前記プロセッサは、前記１つ以上の焦点別イメージから２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得し、前記獲得されたフォーカスグラフに対する基準フォーカスを識別して、前記対物レンズを移動させることができる。

【0008】

また、本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法は、１つ以上の焦点別イメージから２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得する過程と、前記獲得されたフォーカスグラフに対する基準フォーカスを識別して、対物レンズを移動させる過程と、を含むことができる。

【0009】

また、本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する命令語等を含むプログラムを含む、コンピュータ読み取り可能な貯蔵媒体において、前記プログラムは、１つ以上の焦点別イメージから２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得する命令語等と、前記獲得されたフォーカスグラフに対する基準フォーカスを識別して、対物レンズを移動させる命令語等と、を含むことができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、基準フォーカスと、測定イメージにおけるフォーカスとの間の差を用いて、測定イメージにおける基準フォーカスの位置を移動させるように、レンズフォーカスアクチュエータを介して対物レンズの移動を制御することにより、明暗の高い焦点位置を探すことができる。

【0011】

また、本発明は、基準イメージの２つのフォーカスグラフを介して基準フォーカスを識別することにより、測定イメージの２つの層の明暗インデックスを識別することができる。

【0012】

また、本発明は、基準フォーカスの値から、前記基準フォーカスと、前記識別されたフォーカスとの間の差を差し引くことにより、対物レンズの焦点距離を決定することができる。

【0013】

上述した効果並びに本発明の具体的な効果は、以下の発明を実施するための形態を説明すると共に記述する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置の概念図である。

【図2】本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法を示した手順図である。

【図3】本発明の一実施形態による２つの層のフォーカスグラフを示した例示図である。

【図4】図４（ａ）は、本発明の一実施形態による基準イメージの２つの層に対するフォーカスグラフを示した例示図である。図４（ｂ）は、本発明の一実施形態によって獲得されたイメージの２つの層における基準フォーカスに対する明暗インデックスを示した例示図である。図４（ｃ）は、図４の（ｂ）で獲得した明暗インデックスの差を図４の（ａ）のイメージに対するフォーカスグラフに適用した例示図である。図４（ｄ）は、図４の（ｃ）で獲得したフォーカス差に基づいて基準フォーカスを調節した例示図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

前述した目的、特徴及び長所は、添付の図面を参照して詳細に後述され、これによって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術思想を容易に実施することができる。本発明の説明にあたり、本発明に係る公知の技術に関する具体的な説明が、本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には、詳細な説明を省略する。以下では、添付の図面を参照して、本発明による好ましい実施形態を詳説することとする。図面における同じ参照符号は、同一又は類似の構成要素を示すために使われる。

【0016】

たとえ第１、第２などは、様々な構成要素を述べるために使われるものの、これら構成要素は、これらの用語によって制限されないことは勿論である。これらの用語は、単に一構成要素を他構成要素と区別するために使うものであって、特に逆の記載がない限り、第１構成要素は、第２構成要素であってもよいことは勿論である。

【0017】

以下では、構成要素の「上部（又は下部）」又は構成要素の「上（又は下）」に任意の構成が配されるということは、任意の構成が、上記構成要素の上面（又は下面）に接して配されるだけでなく、上記構成要素と、上記構成要素上に（又は下に）配された任意の構成との間に他の構成が介在し得ることを意味する。

【0018】

また、ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」又は「接続」されると記載されている場合、上記構成要素は、互いに直接に連結されるか、或いは接続されていてもよいが、各構成要素の間に他の構成要素が「介在」するか、各構成要素が他の構成要素を介して「連結」、「結合」又は「接続」されていてもよいと理解しなければならない。

【0019】

全明細書において、特に逆の記載がない限り、各構成要素は、単数であってもよく、複数であってもよい。

【0020】

本明細書で使われる単数の表現は、文脈上明らかに他に意味しない限り、複数の表現を含む。本出願における「構成される」又は「含む」などの用語は、明細書上に記載の複数の構成要素、又は複数の段階を必ずしも全て含むものと解釈されてはならず、そのうち一部の構成要素又は一部の段階は、含まれていなくてもよく、又はさらなる構成要素又は段階をさらに含むことができると解釈しなければならない。

【0021】

全明細書において、「Ａ及び／又はＢ」とするとき、これは特に逆の記載がない限り、Ａ、Ｂ又はＡ及びＢを意味し、「Ｃ～Ｄ」とするとき、これは特に逆の記載がない限り、Ｃ以上かつＤ以下であることを意味する。

【0022】

以下では、本発明の幾つかの実施形態による焦点移動を制御するオーバーレイ計測装置と方法、及びこのためのプログラム貯蔵媒体を説明することとする。

【0023】

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の概念図である。

【0024】

図１を参照すると、本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置１００は、ウエハ１４０に形成された相異する層にそれぞれ形成された第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）と第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）との間の誤差を計測する装置である。

【0025】

例えば、第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）は、以前層（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｌａｙｅｒ）に形成されたオーバーレイマークであり、第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）は、現在層（ｃｕｒｒｅｎｔ ｌａｙｅｒ）に形成されたオーバーレイマークであってもよい。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層を形成するとともに、スクライブレーンに形成される。例えば、第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）は、絶縁膜パターンと共に形成され、第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）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いてもよい。

【0026】

かかる場合、第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）は、外部に露出しているが、第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）は、フォトレジスト層によって遮られた状態であり、フォトレジスト材料からなる第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）とは、光学的性質が異なる酸化物からなる。また、第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）と第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）の物理的位置は、相異するものの、焦点面は、同一であるか、もしくは相異していてもよい。

【0027】

本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置１００は、光源１１０、第１ビームスプリッタ（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１１２、第１ミラー１１３、第１スペクトラムフィルタ（ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ）１１４、第２スペクトラムフィルタ１１５、ビームコンバイナ（ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｅｒ）１１６、第２ミラー１１７、リレーレンズ１１８、偏光フィルタ１２１、絞り１５１、第２検出機１３３、フォーカスアクチュエータ１３４、ズームレンズ１３２、第１検出機１３１、第２ビームスプリッタ１３０、光学素子１２７、第３ビームスプリッタ１２４、ラムダ波長板１２２、対物レンズ１２０、レンズフォーカスアクチュエータ１２５、絞り１５１、ＡＦ１６１、及びプロセッサ１７０を含むことができる。本発明は、第１スペクトラムフィルタと第２スペクトラムフィルタを種々のフィルタに取り替えることができる。そして、スペクトラムフィルタは、フィルタホイール、線状並進デバイス、フリッパデバイスのうち少なくとも１つを含むことができる。

【0028】

例えば、第１検出機１３１、第２ビームスプリッタ１３０、ズームレンズ１３２、第２検出機１３３、及びアクチュエータ１３４は、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、これを照明部と称することができる。前記照明部は、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に照明を向けることができる。例えば、オーバーレイ計測ターゲットは、ウエハを含むことができる。

【0029】

例えば、光源１１０、第１ビームスプリッタ（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１１２、第１ミラー１１３、第１スペクトラムフィルタ（ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ）１１４、第２スペクトラムフィルタ１１５、ビームコンバイナ（ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｅｒ）１１６、第２ミラー１１７、絞り１５１、リレーレンズ１１８、偏光フィルタ１２１、ラムダ波長板１２２、及び第３ビームスプリッタ１２４は、ターゲットにおける１つ以上の焦点別イメージを獲得するために構成され、収集部と称することができる。例えば、前記収集部は、対物レンズ及び検出機を含むことができる。

【0030】

図１に示されたオーバーレイ計測装置１００の構成は、一実施形態によるものであり、オーバーレイ計測装置１００の構成要素等が図１に示された実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて、一部の構成要素を付加、変更又は削除することができる。例えば、オーバーレイ計測装置１００は、プロセッサ１７０によってオーバーレイ計測装置１００の各構成の動作を制御させる命令語等、プログラム、ロジッグなどを貯蔵するメモリ（不図示）を含むことができる。

【0031】

一実施形態によれば、光源１１０としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、スーパーコンティニュームレーザ（ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｌａｓｅｒ）、発光ダイオード、レーザ励起ランプ（ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌａｍｐ）などを用いることができる。

【0032】

一実施形態によれば、第１ビームスプリッタ１１２は、光源１１０から出たビームを２つのビームに分離する役割を担う。第１ビームスプリッタ１１２は、光源１１０から出たビームの一部は透過させ、一部は反射させて、光源１１０から出たビームを２つのビームに分離させる。

【0033】

一実施形態によれば、第１ミラー１１３は、第１ビームスプリッタ１１２と第２スペクトラムフィルタ１１５との間に設置されて、第１ビームスプリッタ１１２で反射したビームを第２スペクトラムフィルタ１１５に向かうようにビームの経路を変更させる。

【0034】

一実施形態によれば、第１スペクトラムフィルタ１１４は、第１ビームスプリッタ１１２から分離されたビームのうち、第１ビームスプリッタ１１２を透過したビームの中心波長及びバンド幅を、現在層に形成された第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）のイメージ獲得に好適に調節する役割を担う。スペクトラムフィルタは、フィルタホイール、線状並進デバイス、フリッパデバイスのうち１つを用いることができる。

【0035】

一実施形態によれば、第２スペクトラムフィルタ１１５は、第１ビームスプリッタ１１２から分離されたビームのうち、第１ビームスプリッタ１１２で反射したビームの中心波長及びバンド幅を、以前層に形成された第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）のイメージ獲得に好適に調節する役割を担う。

【0036】

一実施形態によれば、ビームコンバイナ（ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｅｒ）１１６は、第１スペクトラムフィルタ１１４と第２スペクトラムフィルタ１１５を通過した光を合わせる役割を担う。第１スペクトラムフィルタ１１４を通過した光は、ビームコンバイナ１１６を透過し、第２スペクトラムフィルタ１１５を通過したビームは、第２ミラー１１７によってビームコンバイナ１１６に向かうように、ビームの経路が変更された後、コンバイナ１１６で反射して、ビームコンバイナ１１６を透過したビームとさらに合わさった後、絞り１５１を通過する。

【0037】

一実施形態によれば、絞り１５１（例：ピンホール）は、ビームコンバイナを透過したビームを第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）の撮影に適した形態に変更する役割を担う。

【0038】

一実施形態によれば、第２検出機１３３は、第２ビームスプリッタ１３０で反射したビームを検出する。第２検出機１３３は、フォーカスアクチュエータ（ｆｏｃｕｓ ａｃｔｕａｔｏｒ）１３４に設置されて、第２ビームスプリッタ１３０と第２検出機１３３との間の距離が調節される。第２検出機１３３は、第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）のイメージを獲得する。

【0039】

一実施形態によれば、第１検出機１３１は、第２ビームスプリッタ１３０を通過したビームを検出する。第１検出機１３１は、第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）のイメージを獲得することができる。

【0040】

または、使用者の設定によって、第２検出機は、動作せず、第１検出機でのみ第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）と第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）のイメージ獲得を実施することができる。

【0041】

一実施形態によれば、ズームレンズ１３２は、第２ビームスプリッタ１３０とフォーカスアクチュエータ１３４との間に設置される。ズームレンズ１３２は、第２検出機１３３の位置変化値をフォーカスアクチュエータ１３４から受信し、これに基づいて、第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）のイメージと、第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）のイメージとの倍率を一致させる役割を担う。第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）と第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）との高さ差によって、第２検出機１３３と第２ビームスプリッタ１３０との間の光経路距離は、第１検出機１３１と第２ビームスプリッタ１３０との間の光経路距離と異なるため、第１検出機１３１で獲得されたイメージと、第２検出機１３３で獲得されたイメージとの倍率が相異し得る。正確なオーバーレイ誤差を測定するためには、倍率を一致させなければならない。

【0042】

一実施形態によれば、第２ビームスプリッタ１３０は、対物レンズ１２０で収集したビームを２つのビームに分離する役割を担う。第２ビームスプリッタ１３０は、チューブビームスプリッタとダイクロイックフィルタ（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｆｉｌｔｅｒ）とを含むことができる。ダイクロイックフィルタは、特定波長のビームを透過させるフィルタである。対物レンズ１２０で収集したビームは、ラムダ波長板１２２、第３ビームスプリッタ１２４及び光学素子１２７を経て、第２ビームスプリッタ１３０で２つのビームに分離される。すなわち、第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）の検出に適したビームと、第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）の検出に適したビームとに分離される。

【0043】

一実施形態によれば、前記光学素子１２７は、ホットミラー（ｈｏｔ ｍｉｒｒｏｒ）及びコールドミラー（ｃｏｌｄ ｍｉｒｒｏｒ）を含むことができる。

【0044】

一実施形態によれば、第３ビームスプリッタ１２４は、コンバイナ１１６を介して合わさったビームをさらに２つのビームに分離する役割を担う。ビームコンバイナ１１６を介して合わさったビームは、リレーレンズ１１８及び偏光フィルタ１２１を経て偏光された状態で、第３ビームスプリッタ１２４において２つのビームに分離される。

【0045】

一実施形態によれば、対物レンズ１２０は、コンバイナ１１６で合わさった後、第３ビームスプリッタ１２４で反射した後、ラムダ波長板１２２を経て、円偏光になったビームをウエハ１４０の測定位置に集光させて、測定位置における反射したビームを収集する役割を担う。対物レンズ１２０は、レンズフォーカスアクチュエータ（ｌｅｎｓ ｆｏｃｕｓ ａｃｔｕａｔｏｒ）１２５に設置される。

【0046】

一実施形態によれば、レンズフォーカスアクチュエータ１２５は、対物レンズ１２０とウエハ１４０との間の距離を調節して、焦点面が第１オーバーレイマーク（ＯＭ１）又は第２オーバーレイマーク（ＯＭ２）に位置するように調節することができる。レンズフォーカスアクチュエータ１２５は、プロセッサ１７０の制御下で、対物レンズ１２０をウエハ方向（例：Ｙ方向）に垂直移動して、焦点距離を調節することができる。

【0047】

一実施形態によれば、光学素子１２７は、ビームスプリッタを透過したビームの経路に対して４５゜を成すように設置される。これは、オートフォーカスモジュールにビームを送るためのものであり、長波長ビームを反射させて、短波長ビームを透過させるか、もしくは短波長ビームを反射させて、長波長ビームを透過させることを特徴とする。光学素子は、ホットミラー又はコールドミラーのうち１つから構成可能である。

【0048】

オートフォーカスセンサは、ウエハの測定領域で反射した反射光によって、焦点位置による信号を獲得する。また、オートフォーカスセンサは、焦点位置を調節するように、ウエハの測定領域と対物レンズとの間の距離を調節するアクチュエータを調節することができる。

【0049】

フォーカススキャン時、第１検出機１３１における各計測ポイントごとに、第１イメージ等（例：基準イメージ）を獲得することができる。例えば、前記基準イメージは、１つ以上の焦点別イメージを含むことができる。

【0050】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、第１イメージ等（例：基準イメージ）の２つの層（例：第１層及び第２層）のそれぞれに対するフォーカスグラフ（例：第１フォーカスグラフ及び第２フォーカスグラフ）を獲得し、前記獲得されたフォーカスグラフに対する基準フォーカスを重点、層別最大値、両レーザ間の最小の最大値のうち１つに識別することができる。例えば、プロセッサ１７０は、第１フォーカスグラフにおける第１最大明暗インデックス（例：３５０）と、第２フォーカスグラフにおける第２最大明暗インデックス（例：４４０）との間に該当するフォーカス（例：３９５）を基準フォーカスと決定することができる。

【0051】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、測定イメージが検出機から獲得されると、前記識別された基準フォーカスに基づいて、前記獲得された測定イメージ等の２つの層（例：第３層及び第４層）のフォーカスグラフのそれぞれ（例：第３フォーカスグラフ及び第４フォーカスグラフ）に基づいて明暗インデックスを識別することができる。前記プロセッサ１７０は、検出機を介して対物レンズ１２０の現在位置に該当するイメージを獲得することができる。そして、プロセッサ１７０は、ウエハ１４０が配置されたステージの移動に基づいてイメージを獲得することができる。

【0052】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、第１イメージ（例：基準イメージ）の第１層の第１フォーカスグラフと第２層の第２フォーカスグラフを用いて、基準フォーカス（例：５００）を識別することができる。そして、プロセッサ１７０は、第２イメージ（例：測定イメージ）の第３フォーカスグラフに基づいて、前記識別された基準フォーカスに対する２つの第３明暗インデックスを識別し、前記測定イメージの第４フォーカスグラフに基づいて、前記識別された基準フォーカスに対する２つの第４明暗インデックスを識別することができる。

【0053】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、２つの第３明暗インデックスと２つの第４明暗インデックスとの間に、最短フォーカス距離を有する、１つの第３明暗インデックスと１つの第４明暗インデックスを識別することができる。そして、プロセッサ１７０は、前記識別された１つの第３明暗インデックスに該当するフォーカス値と、前記識別された１つの第４明暗インデックスに該当するフォーカス値とが同一であるかを識別することができる。

【0054】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、基準イメージの２つの層のそれぞれを介して識別された明暗インデックスのそれぞれに対応するフォーカスを識別し、基準フォーカス（例：５００）と識別されたフォーカス５５０との間の差（例：５０）を計算することができる。

【0055】

そして、プロセッサ１７０は、前記計算された差に基づいて、前記測定イメージに該当するフォーカスに対物レンズ１２０を移動させることができる。プロセッサ１７０は、レンズフォーカスアクチュエータ１２５を制御して、対物レンズ１２０の焦点距離を調節することができる。

【0056】

例えば、プロセッサ１７０は、前記基準フォーカスの値から、前記計算された差を差し引き、前記レンズフォーカスアクチュエータ１２５を動作させて、前記対物レンズ１２０を前記差し引かれたフォーカスの位置に対応するように移動させることができる。

【0057】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、ウエハの各計測ポイントごとに、前記計算された差に基づいて、レンズフォーカスアクチュエータ１２５を介して対物レンズ１４０の移動を制御することができる。

【0058】

これらプロセッサ１７０は、オーバーレイ計測装置内に別途構成されるか、又は他の構成要素にプログラム化して貯蔵することもできる。

【0059】

図２は、本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法を示した手順図である。図３は、本発明の一実施形態による２つの層のフォーカスグラフを示した例示図である。図４の（ａ）は、本発明の一実施形態による基準イメージの２つの層に対するフォーカスグラフを示した例示図である。図４の（ｂ）は、本発明の一実施形態による獲得したイメージの２つの層における基準フォーカスに対する明暗インデックスを示した例示図である。図４の（ｃ）は、図４の（ｂ）で獲得した明暗インデックスの差を図４の（ａ）のイメージに対するフォーカスグラフに適用した例示図である。図４の（ｄ）は、図４の（ｃ）で獲得したフォーカス差に基づいて基準フォーカスを調節した例示図である。

【0060】

以下、図２、図３及び図４の（ａ）～（ｄ）を参照して、本発明の一実施形態によるオーバーレイ計測装置の焦点移動を制御する方法を詳説すると、次のとおりである。

【0061】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、オーバーレイ計測装置が測定を始めるかを識別することができる（Ｓ２１０）。プロセッサ１７０は、第１検出機における計測ポイント（例：サイト）に対する明暗を測定する動作を始めるかを判断することができる。

【0062】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、基準イメージの２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得することができる（Ｓ２１２）。プロセッサ１７０は、ウエハに対する明暗を測定する動作が始まると判断されると、メモリ（不図示）から基準イメージの２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得することができる。

【0063】

図３を参照すると、１つのイメージは、複数の層（例：２つの層）を含み、各々の層は、フォーカス位置ごとに明暗が相異し得、プロセッサ１７０は、これら各フォーカス位置における明暗インデックスを介して当該層の明暗を示すフォーカスグラフを識別することができる。

【0064】

例えば、第１フォーカスグラフ３１０は、第１層（例：以前層）に対する明暗インデックスを示し、第２フォーカスグラフ３２０は、第２層（例：現在層）に対する明暗インデックスを示す。

【0065】

例えば、第１フォーカスグラフ３１０の場合、フォーカスが４４０で最大明暗インデックス３５を有し、第２フォーカスグラフ３２０の場合、フォーカスが３５０で最大明暗インデックス３５を有する。

【0066】

例えば、１つのフォーカスグラフ（例：第１フォーカスグラフ３１０）における同じ明暗インデックス（例：１９）を有するフォーカスは、２つ（４４０，５２０）である。

【0067】

このように、プロセッサ１７０は、ウエハに対する明暗を測定する動作が始まると判断されると、基準イメージの２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを獲得することができる。

【0068】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、獲得されたフォーカスグラフに対する基準フォーカスを識別することができる（Ｓ２１４）。プロセッサ１７０は、基準イメージ内２つの層のそれぞれのフォーカスグラフを用いて、基準フォーカスを重点、層別最大値、２つの層間の最小の最大値のうち１つに決定することができる。前記プロセッサ１７０は、各々のフォーカスグラフを介して最大明暗インデックスを有するフォーカス位置を識別することができる。

【0069】

図４の（ａ）を参照すると、プロセッサ１７０は、基準イメージを獲得することができる。そして、プロセッサ１７０は、基準イメージにおける第１層（例：以前層）の第１フォーカスグラフ４１１を介して、最大明暗インデックス（例：５）を有するフォーカス（例：４６０）を識別することができる。また、プロセッサ１７０は、第２層（例：現在層）の第２フォーカスグラフ４１２を介して最大明暗インデックス３を有するフォーカス（例：５４０）を識別することができる。

【0070】

そして、プロセッサ１７０は、各々の層（例：第１層、第２層）における最大明暗インデックス（例：５，３）にそれぞれ該当するフォーカス位置（例：４６０，５４０）を用いて、基準となる基準フォーカス４１３のフォーカス位置（例：５００）を識別することができる。

【0071】

例えば、プロセッサ１７０は、最大明暗インデックス（例：５，３）を有するフォーカス位置（例：４６０，５４０）の中間を、基準フォーカス４１３に対するフォーカス位置（例：５００）と判断することができる。

【0072】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、測定イメージが獲得されるかを識別することができる（Ｓ２１６）。プロセッサ１７０は、測定しようとするウエハに対する測定イメージを検出機から獲得することができる。

【0073】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、基準フォーカスに基づいて、測定イメージの２つの層に基づいて（例：２つの層の仮想フォーカスグラフ）、明暗インデックスを識別することができる（Ｓ２１８）。プロセッサ１７０は、ウエハに対する測定イメージが獲得されると、獲得された測定イメージの２つの層のそれぞれに対する明暗インデックスを基準フォーカスに基づいて識別することができる。

【0074】

前記プロセッサ１７０は、基準イメージにおける基準フォーカス４１３を用いて、測定イメージの２つの層のそれぞれについて明暗インデックスを識別することができる。

【0075】

図４の（ｂ）を参照すると、前記プロセッサ１７０は、基準イメージの基準フォーカス４１３を基準に、測定イメージの第１層に対する第１フォーカスグラフ４２１に基づく第１明暗インデックス（例：１．７５）と、第２層に対する第２フォーカスグラフ４２２に基づく第２明暗インデックス（例：３）を識別することができる。

【0076】

例えば、前記第１フォーカスグラフ４２１と前記第２フォーカスグラフ４２２は、発明の説明のため図４に示しているものの、前記プロセッサ１７０は、第１層に対する第１フォーカスグラフ４２１と、第２層に対する第２フォーカスグラフ４２２を生成しなくてもよい。すなわち、前記プロセッサ１７０は、測定イメージが獲得されると、前記基準フォーカスに基づいて、前記測定イメージの２つの層の明暗インデックスを識別することができる。

【0077】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、基準イメージの２つの層のそれぞれで識別された明暗インデックスのそれぞれに対応するフォーカスを識別することができる（Ｓ２２０）。プロセッサ１７０は、前記過程（Ｓ２１８）で識別された第１明暗インデックス（例：１．７５）と第２明暗インデックス（例：３）との間の差を計算し、計算された差と同じ差を有するインデックスを基準イメージの２つのフォーカスグラフを介して識別することができる。

【0078】

前記プロセッサ１７０は、基準フォーカス４１３を基準として、測定イメージの２つのフォーカスグラフ４２１，４２２に基づいて明暗インデックス差（例：３－１．７５＝１．２５）を計算することができる。そして、前記プロセッサ１７０は、計算された明暗インデックス差（例：１．２５）に該当するフォーカス位置を基準イメージにおける２つのフォーカスグラフを介して判断することができる。

【0079】

図４の（ｃ）を参照すると、プロセッサ１７０は、図４の（ｂ）の明暗インデックス差（例：１．２５）と同じ明暗インデックス差を有するフォーカスがどこであるかを判断することができる。

【0080】

例えば、プロセッサ１７０は、第１フォーカスグラフ４１１における明暗インデックスが１．７５である地点が２つであり、第２フォーカスグラフ４１２における明暗インデックスが３である地点が２つであることを判断することができる。その後、プロセッサ１７０は、第１フォーカスグラフ４１１における２つの地点と、第２フォーカスグラフ４１２における２つの地点との間に、フォーカスが同一である地点（例：４３３，４３４）を識別することができる。

【0081】

このように、プロセッサ１７０は、図４の（ｂ）の明暗インデックス差（例：１．２５）と同一である地点が、第１フォーカスグラフ４１１の第１地点４３４と、第２フォーカスグラフ４１２の第２地点４３３であると判断することができ、これを識別されたフォーカスと決定することができる。

【0082】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、前記基準フォーカスと、前記識別されたフォーカスとの間の差を計算することができる（Ｓ２２２）。プロセッサ１７０は、識別されたフォーカス値（例：５５０）から基準フォーカスの値５００を差し引いて、フォーカス差（例：５０）を計算することができる。

【0083】

一実施形態によれば、プロセッサ１７０は、前記計算された差に基づいて、前記測定イメージに該当するフォーカスに対物レンズを移動させることができる（Ｓ２２４）。プロセッサ１７０は、フォーカス差を用いて、測定イメージにおける基準フォーカスを決定することができる。

【0084】

図４の（ｄ）を参照すると、プロセッサ１７０は、レンズフォーカスアクチュエータ１２５を制御し、対物レンズ１２０の焦点距離を基準フォーカス４１３の位置（例：５００）で識別されたフォーカス４３３の位置４５０に調節することができる。

【0085】

上述したように、本発明は、基準イメージの２つの層のそれぞれに対するフォーカスグラフを介して基準フォーカスを識別し、識別された基準フォーカスと、測定イメージを介して識別されたフォーカスとの間の差に基づいて、対物レンズ１２０の焦点距離を調節することにより、測定イメージにおける明暗が最も高い焦点位置を探すことができる。

【0086】

以上で上述した各々の手順図における各ステップは、図示の順序に関係なく動作することができるか、もしくは同時に行うことができる。また、本発明の少なくとも１つの構成要素と、上記少なくとも１つの構成要素で行われる少なくとも１つの動作は、ハードウェア及び／又はソフトウェアで具現可能である。

【0087】

以上のように、本発明について例示の図面を参照して説明したが、本発明は、本明細書で開示の実施形態と図面によって限定されるものではなく、本発明の技術思想範囲内における通常の技術者にとって様々な変形を行えることは明らかである。さらに、本発明の実施形態を前述しながら、本発明の構成による作用効果を明示的に記載して説明しなかったとしても、当該構成によって予測可能な効果も認めるべきであることは当然である。

【符号の説明】

【0088】

１００ オーバーレイ計測装置
１１０ 光源
１１２ 第１ビームスプリッタ
１１３ 第１ミラー
１１４ 第１スペクトラムフィルタ
１１５ 第２スペクトラムフィルタ
１１６ ビームコンバイナ
１１７ 第２ミラー
１１８ リレーレンズ
１２０ 対物レンズ
１２１ 偏光フィルタ
１２２ ラムダ波長板
１２４ 第３ビームスプリッタ
１２５ レンズフォーカスアクチュエータ
１２７ 光学素子
１３０ 第２ビームスプリッタ
１３１ 第１検出機
１３２ ズームレンズ
１３３ 第２検出機
１３４ フォーカスアクチュエータ
１５１ 絞り
１６１ ＡＦ
１７０ プロセッサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】