KR102750969B1 - Autofocus Device, Overlay measuring Device Equipped Therewith, and Calibration Method of the Autofocus Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 자동 초점 조절을 위한 조명 광을 방사하도록 구성된 광원과; 상기 광원에서 방사된 상기 조명 광의 경로 상에 배치되어 상기 조명 광을 굴절시키도록 구성된 광학 렌즈와; 상기 광학 렌즈를 통과한 상기 조명 광의 경로 상에 배치되어 상기 조명 광을 라인 빔으로 변경하도록 구성된 실린더 렌즈와; 상기 라인 빔을 측정 영역에 집광시키고, 상기 측정 영역에서 반사된 반사광을 수집하도록 구성된 대물렌즈와; 상기 반사광을 수광하여 상기 반사광의 초점 위치에 따른 신호를 생성하도록 구성된 검출기와; 광축 방향을 따라서 상기 광학 렌즈를 이동시키도록 구성된 액추에이터와; 상기 실린더 렌즈를 상기 실린더 렌즈의 광축에 직교하는 적어도 하나의 회전축에 대해서 회전시키도록 구성된 실린더 렌즈 홀더를 포함하는 자동 초점 장치를 제공한다.The present invention provides an auto-focus device including a light source configured to emit illumination light for automatic focus control; an optical lens arranged on a path of the illumination light emitted from the light source and configured to refract the illumination light; a cylinder lens arranged on a path of the illumination light passing through the optical lens and configured to change the illumination light into a line beam; an objective lens configured to focus the line beam on a measurement area and collect reflected light reflected from the measurement area; a detector configured to receive the reflected light and generate a signal according to a focus position of the reflected light; an actuator configured to move the optical lens along an optical axis direction; and a cylinder lens holder configured to rotate the cylinder lens about at least one rotational axis orthogonal to the optical axis of the cylinder lens.
Description
본 발명은 자동 초점 장치, 이를 구비한 오버레이 측정장치 및 자동 초점 장치의 교정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an autofocus device, an overlay measuring device having the same, and a calibration method for the autofocus device.
기술 발전에 따라서 반도체 디바이스의 사이즈가 작아지고, 집적회로의 밀도 증가가 요구되고 있다. 이러한 요구사항을 충족시키기 위해서는 다양한 조건이 만족 되어야 하고, 그 중 오버레이 허용 오차는 중요한 지표 중의 하나이다.As technology advances, the size of semiconductor devices is shrinking and the density of integrated circuits is increasing. In order to meet these requirements, various conditions must be satisfied, and among them, overlay tolerance is one of the important indicators.
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.Semiconductor devices are manufactured through numerous manufacturing processes. In order to form an integrated circuit on a wafer, many manufacturing processes must be performed so that the desired circuit structures and elements are formed sequentially at specific locations. The manufacturing process sequentially creates patterned layers on the wafer. Through these repeated stacking processes, electrically active patterns are created in the integrated circuit. At this time, if each structure is not aligned within the tolerance range allowed by the production process, interference occurs between the electrically active patterns, and this phenomenon can cause problems in the performance and reliability of the manufactured circuit. An overlay measurement tool is used to measure and verify the alignment errors between these layers.
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 대푯값의 상대적인 차이를 계산하여 오버레이 오차를 도출한다.General overlay metrology and methods measure and verify whether the alignment between two layers is within the tolerance. One method is to form a structure called an overlay mark at a specific location on a substrate, photograph the structure with an optical image acquisition device, and measure the overlay. The structure for measurement is designed to be able to measure the overlay in at least one direction among the X direction and the Y direction for each layer. Each structure is designed as a symmetrical structure, and the center value between the structures arranged in the symmetrical direction is calculated and used as the representative value of that layer, and the relative difference between the representative values of each layer is calculated to derive the overlay error.
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.Hereinafter, a method for measuring an overlay of two layers using a Box in Box (BIB) overlay mark is briefly described. First, as illustrated in FIGS. 1 and 2, a first overlay mark (OM 1 ) having a generally box shape and a second overlay mark (OM 2 ) having a generally smaller box shape than the first overlay mark (1) are formed in two consecutive layers, respectively. Then, images of the first overlay mark (OM 1 ) and the second overlay mark (OM 2 ) are acquired at once. Next, as illustrated in FIG. 3, a waveform representing a change in intensity according to position is acquired, and the center value (C 1 ) of the first overlay mark (OM 1 ) and the center value (C 2 ) of the second overlay mark (OM 2 ) are acquired, respectively. Then, by comparing these, the overlay error between the two layers is measured.
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 표준 초점(Standard Focus)은 조합 이미지 획득에 최적화된 초점이 아닐 수 있으나, 두 층 사이의 높이 차이가 크지 않을 경우에는 크게 문제가 되지 않는다.If the height difference between the two layers is not large, the autofocus sensor can be used to automatically adjust the focus, and then a combined image of the first overlay mark (OM 1 ) and the second overlay mark (OM 2 ) can be acquired at once. The standard focus found using the autofocus sensor may not be the optimal focus for acquiring the combined image, but if the height difference between the two layers is not large, this is not a significant problem.
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 초점과 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. However, due to the advancement of semiconductor process technology, there is a problem that the difference between the standard focus obtained using the auto-focus sensor and the measurement focus for more accurate measurement may be large in the present where the height difference is large and the overlay error between layers with different optical properties needs to be accurately measured. For example, the standard focus by the auto-focus sensor may be located above the current layer, but the measurement focus may be located between the previous layer and the current layer.
측정 초점의 위치는 오버레이 마크 이미지 획득에 사용되는 광학계를 이용하여 초점 위치별로 복수의 오버레이 마크 이미지들을 획득한 후에 오버레이 마크 이미지들의 대비(Contrast)를 비교하여 찾기 때문에 찾는데 시간이 오래 걸린다. It takes a long time to find the position of the measurement focus because it is found by comparing the contrast of the overlay mark images after acquiring multiple overlay mark images for each focus position using the optical system used to acquire the overlay mark images.
결국, 높이 차이가 큰 패턴 층들 사이의 오버레이 오차를 측정할 때, 표준 초점에서 획득된 이미지를 이용하면, 정렬 이미지에서 이전 층에 형성된 제1 오버레이 마크가 선명하지 않기 때문에 정확하게 오버레이 오차를 측정할 수 없다는 문제가 있으며, 측정 초점에서 획득된 이미지를 이용하면 시간이 상대적으로 오래 걸린다는 문제가 있다.Ultimately, when measuring the overlay error between pattern layers with a large height difference, there is a problem that the overlay error cannot be accurately measured using an image acquired at the standard focus because the first overlay mark formed on the previous layer is not clear in the alignment image, and there is a problem that it takes a relatively long time using an image acquired at the measurement focus.
높이 차이가 큰 패턴 층들 사이의 오버레이 오차를 정확하게 측정하기 어렵다는 문제점을 해결하기 위해서, 도 4와 5에 도시된 바와 같이, 제1 오버레이 마크(OM1)에 초점을 맞춘 후 얻은 신호의 위치별 강도의 변화를 나타내는 파형을 획득하여, 제1 오버레이 마크(OM1)의 중심 값(C1)을 획득하고, 제2 오버레이 마크(OM2)에 초점을 맞춘 후 얻은 신호의 위치별 강도의 변화를 나타내는 파형을 획득하여, 제2 오버레이 마크(OM2)의 중심 값(C2)을 획득함으로써 두 층 사이의 오버레이 오차를 측정하는 더블 샷 방법도 사용되었다.In order to solve the problem of difficulty in accurately measuring the overlay error between pattern layers with a large height difference, a double-shot method was also used, in which a waveform representing the change in intensity according to the position of a signal obtained after focusing on a first overlay mark (OM 1 ) is acquired to obtain the center value (C 1 ) of the first overlay mark (OM 1 ), and a waveform representing the change in intensity according to the position of a signal obtained after focusing on a second overlay mark (OM 2 ) is acquired to obtain the center value (C 2 ) of the second overlay mark (OM 2 ) to measure the overlay error between the two layers.
그러나 이러한 방법은 오버레이 오차 측정을 위해서 매번 두 번 촬영해야 하므로 측정 초점 위치를 두 번 찾아야 한다는 점에서 검사 시간이 더욱 길어진다는 문제가 있었다.However, this method had the problem that the inspection time became longer because the measurement focus position had to be found twice since two shots had to be taken each time to measure the overlay error.
이러한 문제점들을 개선하기 위해서, 본 출원인이 출원하여 등록된 한국등록특허 제10-2524462호에는 자동 초점 장치의 광원(자동 초점용 광원)과 대물렌즈 사이에 광학 렌즈를 배치하고, 광학 렌즈의 위치를 액추에이터(제2 액추에이터)를 이용하여 조절함으로써, 표준 초점의 위치와 측정 초점의 위치를 일치시킬 수 있는 오버레이 측정장치가 개시되어 있다. 표준 초점의 위치와 측정 초점의 위치가 일치하면, 측정 초점의 위치를 매번 측정할 필요가 없기 때문에 측정 속도가 매우 빨라진다는 장점이 있다.In order to improve these problems, Korean Patent No. 10-2524462, filed and registered by the applicant of the present invention, discloses an overlay measuring device which can match the position of a standard focus with the position of a measurement focus by arranging an optical lens between a light source (light source for autofocus) of an autofocus device and an objective lens, and adjusting the position of the optical lens using an actuator (second actuator). If the position of the standard focus and the position of the measurement focus match, there is an advantage in that the measurement speed is greatly increased because there is no need to measure the position of the measurement focus every time.
그런데 한국등록특허 제10-2524462호의 오버레이 측정장치는 표준 초점의 위치와 측정 초점의 위치를 일치시키기 위해서 광학 렌즈를 이동시키면, 오버레이 측정장치가 가진 미세한 오차에 의해서 오버레이 마크를 비추는 자동 초점 조절을 위한 조명 광의 위치가 오버레이 마크 상의 정 위치에서 벗어나는 조명 광의 오정렬(Misalignment)이 생길 수 있다는 문제가 있었다.However, the overlay measuring device of Korean Patent No. 10-2524462 had a problem in that when the optical lens was moved to match the position of the standard focus and the position of the measurement focus, a slight error in the overlay measuring device could cause misalignment of the lighting light for automatic focus adjustment that illuminates the overlay mark, causing the light to deviate from the correct position on the overlay mark.
도 6은 자동 초점 장치의 광학 렌즈의 위치에 따른 조명 광의 위치 및 크기의 변화를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광학 렌즈와 광원 사이의 거리에 따라서 조명 광(LB)의 크기뿐 아니라 위치도 변화한다. 이상적이라면, 광학 렌즈가 이동하여도 조명 광(LB)의 위치는 오버레이 마크의 중심에서 벗어나지 않아야 한다. 도 6의 조명 광(LB)은 실린더 렌즈를 통과하여 선 형태로 포커싱된 조명 광이다.Fig. 6 is a drawing showing the change in the position and size of the illumination light according to the position of the optical lens of the autofocus device. As shown in Fig. 6, not only the size but also the position of the illumination light (LB) changes according to the distance between the optical lens and the light source. Ideally, even if the optical lens moves, the position of the illumination light (LB) should not deviate from the center of the overlay mark. The illumination light (LB) of Fig. 6 is illumination light focused in a line shape by passing through the cylinder lens.
이와 같이, 조명 광(LB)이 오버레이 마크의 중심에서 벗어나면, 자동 초점 조절의 정확도가 떨어진다는 문제가 있다. 특히, 여러 패턴 층들 사이의 오버레이 오차를 측정해야 하는 경우에는 측정 대상별로 광학 렌즈의 위치가 달라질 수 있으며, 이에 따라서 조명 광의 오정렬 정도가 달라질 수 있다는 문제가 있었다.In this way, if the illumination light (LB) deviates from the center of the overlay mark, there is a problem that the accuracy of auto-focus adjustment is reduced. In particular, when the overlay error between multiple pattern layers must be measured, there was a problem that the position of the optical lens may vary depending on the measurement target, and thus the degree of misalignment of the illumination light may vary.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 표준 초점 위치와 측정 초점 위치를 일치시키기 위해서 자동 초점 장치의 광학 렌즈의 위치를 조절함에 따라서 발생하는 조명 광의 오정렬을 교정할 수 있는 자동 초점 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to improve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an autofocus device capable of correcting misalignment of illumination light that occurs by adjusting the position of an optical lens of the autofocus device to match a standard focus position and a measurement focus position.
또한, 이러한 자동 초점 장치를 구비한 오버레이 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object to provide an overlay measuring device equipped with such an auto-focus device.
또한, 이러한 자동 초점 장치의 교정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it aims to provide a method for calibrating such autofocus devices.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 자동 초점 조절을 위한 조명 광을 방사하도록 구성된 광원과; 상기 광원에서 방사된 상기 조명 광의 경로 상에 배치되어 상기 조명 광을 굴절시키도록 구성된 광학 렌즈와; 상기 광학 렌즈를 통과한 상기 조명 광의 경로 상에 배치되어 상기 조명 광을 라인 빔으로 변경하도록 구성된 실린더 렌즈와; 상기 라인 빔을 측정 영역에 집광시키고, 상기 측정 영역에서 반사된 반사광을 수집하도록 구성된 대물렌즈와; 상기 반사광을 수광하여 상기 반사광의 초점 위치에 따른 신호를 생성하도록 구성된 검출기와; 광축 방향을 따라서 상기 광학 렌즈를 이동시키도록 구성된 액추에이터와; 상기 실린더 렌즈를 상기 실린더 렌즈의 광축에 직교하는 적어도 하나의 회전축에 대해서 회전시키도록 구성된 실린더 렌즈 홀더를 포함하는 자동 초점 장치를 제공한다.In order to achieve the above-described object, the present invention provides an auto-focus device including a light source configured to emit illumination light for automatic focus control; an optical lens arranged on a path of the illumination light emitted from the light source and configured to refract the illumination light; a cylinder lens arranged on a path of the illumination light passing through the optical lens and configured to change the illumination light into a line beam; an objective lens configured to focus the line beam on a measurement area and collect reflected light reflected from the measurement area; a detector configured to receive the reflected light and generate a signal according to a focus position of the reflected light; an actuator configured to move the optical lens along an optical axis direction; and a cylinder lens holder configured to rotate the cylinder lens about at least one rotational axis orthogonal to the optical axis of the cylinder lens.
또한, 상기 광학 렌즈는 평면-볼록 렌즈(Plano-convex lens)인 자동 초점 장치를 제공한다.Additionally, the optical lens provides an auto-focus device which is a plano-convex lens.
또한, 상기 실린더 렌즈 홀더는 상기 실린더 렌즈를 상기 실린더 렌즈의 광축에 직교하는 제1 회전축과 상기 제1 회전축에 직교하는 제2 회전축에 대해서 각각 회전시키도록 구성된 자동 초점 장치를 제공한다.Additionally, the cylinder lens holder provides an autofocus device configured to rotate the cylinder lens about a first rotation axis orthogonal to an optical axis of the cylinder lens and a second rotation axis orthogonal to the first rotation axis.
또한, 상기 측정 영역과 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하는 액추에이터를 더 포함하는 자동 초점 장치를 제공한다.In addition, an autofocus device is provided that further includes an actuator that adjusts the distance between the measurement area and the objective lens.
또한, 상기 측정 영역에는 오버레이 마크가 형성되며, 상기 라인 빔은 상기 측정 영역에 형성된 오버레이 마크를 벗어나지 않도록 조절되는 자동 초점 장치를 제공한다.In addition, an overlay mark is formed in the measurement area, and an auto-focus device is provided that is adjusted so that the line beam does not go beyond the overlay mark formed in the measurement area.
또한, 본 발명은, 상기 광학 렌즈와 상기 광원 사이의 간격에 따른 상기 라인 빔의 정렬 오차를 확인하는 단계와, 상기 라인 빔이 상기 측정 영역의 중심부에 위치하도록, 상기 정렬 오차에 기초하여, 상기 실린더 렌즈의 상기 회전축에 대한 회전각도를 조절하는 단계를 포함하는 자동 초점 장치의 교정 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for calibrating an autofocus device, including a step of checking an alignment error of the line beam according to a distance between the optical lens and the light source, and a step of adjusting a rotation angle of the cylinder lens about the rotation axis based on the alignment error so that the line beam is positioned at the center of the measurement area.
또한, 상기 측정 영역에는 오버레이 마크가 형성되며, 상기 라인 빔의 정렬 오차를 확인하는 단계는, 상기 라인 빔과 상기 오버레이 마크가 함께 표시된 이미지를 획득하고, 상기 오버레이 마크의 중심과 상기 라인 빔의 중심 사이의 오차를 확인하는 단계인 자동 초점 장치의 교정 방법을 제공한다.In addition, an overlay mark is formed in the above measurement area, and a step of checking an alignment error of the line beam is a step of obtaining an image in which the line beam and the overlay mark are displayed together, and checking an error between the center of the overlay mark and the center of the line beam. A method for calibrating an autofocus device is provided.
또한, 본 발명은 웨이퍼에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 오차를 측정하는 오버레이 측정장치로서, 복수의 초점 위치들에서 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크의 정렬 이미지들을 획득하도록 구성된 이미지 획득 장치와, 상기 이미지 획득 장치의 초점을 조절하기 위한 자동 초점 장치를 포함하며, 상기 자동 초점 장치는 상술한 자동 초점 장치인 오버레이 측정장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an overlay measuring device for measuring an error between a pair of first overlay marks and a second overlay mark formed on different layers formed on a wafer, the device including an image acquisition device configured to acquire alignment images of the pair of first overlay marks and the second overlay marks at a plurality of focus positions, and an auto-focus device for adjusting a focus of the image acquisition device, wherein the auto-focus device is the auto-focus device described above.
본 발명에 따른 자동 초점 장치는 실린더 렌즈의 회전 각도를 조절하는 방법으로 자동 초점 장치의 다른 광학 요소들에 의해 발생하는 오차를 상쇄할 수 있다. 따라서 자동 초점 장치의 광학 렌즈의 위치 조절에 따른 조명 광의 오정렬을 방지할 수 있다.An autofocus device according to the present invention can compensate for errors caused by other optical elements of the autofocus device by adjusting the rotation angle of the cylinder lens. Accordingly, misalignment of illumination light due to adjustment of the position of the optical lens of the autofocus device can be prevented.
도 1은 오버레이 마크의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 오버레이 마크를 촬영하여 얻은 이미지로부터 획득된 신호의 위치별 강도의 변화 파형을 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 제1 오버레이 마크에 초점을 맞춘 상태에서 얻은 이미지로부터 획득된 신호의 위치별 강도의 변화 파형을 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 제2 오버레이 마크에 초점을 맞춘 상태에서 얻은 이미지로부터 획득된 신호의 위치별 강도의 변화 파형을 나타낸다.
도 6은 자동 초점 장치의 광학 렌즈의 위치에 따른 조명 광의 위치 및 크기의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 초점 장치를 구비하는 오버레이 측정장치의 개념도이다.
도 8은 실린더 렌즈의 회전에 따른 라인 빔의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 오버레이 측정장치의 작용을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 도 9의 측정 초점 위치를 찾는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 9의 기준 신호 값을 찾는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 광학 렌즈의 위치에 따른 초점 위치의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 광학 렌즈의 위치에 따른 기준 신호 값의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 자동 초점 장치의 교정 방법의 순서도이다.Figure 1 is a plan view of the overlay mark.
Figure 2 is a side view of the overlay mark illustrated in Figure 1.
Figure 3 shows a waveform of change in intensity at each position of a signal obtained from an image obtained by photographing the overlay mark illustrated in Figure 1.
FIG. 4 shows a waveform of change in intensity according to position of a signal acquired from an image obtained while focusing on the first overlay mark of the overlay mark illustrated in FIG. 1.
Figure 5 shows a waveform of change in intensity according to position of a signal acquired from an image obtained while focusing on the second overlay mark of the overlay mark illustrated in Figure 1.
Figure 6 is a drawing showing the change in position and size of illumination light according to the position of the optical lens of the autofocus device.
FIG. 7 is a conceptual diagram of an overlay measuring device having an auto-focus device according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a drawing for explaining the movement of a line beam according to the rotation of a cylinder lens.
Figure 9 is a flowchart for explaining the operation of the overlay measuring device illustrated in Figure 7.
Fig. 10 is a drawing for explaining the step of finding the measurement focus position of Fig. 9.
Figure 11 is a drawing for explaining the steps of finding the reference signal value of Figure 9.
Figure 12 is a drawing for explaining the change in focus position according to the position of the optical lens.
Figure 13 is a drawing for explaining the change in the reference signal value according to the position of the optical lens.
Figure 14 is a flow chart of a calibration method for an autofocus device.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art. Therefore, the shapes of elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description, and elements indicated by the same symbols in the drawings mean the same elements.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 초점 장치를 구비하는 오버레이 측정장치의 개념도이다. 오버레이 측정장치는 웨이퍼(w)에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 오차를 측정하는 장치이다.Fig. 7 is a conceptual diagram of an overlay measuring device having an auto-focus device according to one embodiment of the present invention. The overlay measuring device is a device that measures an error between a first overlay mark and a second overlay mark formed on different layers formed on a wafer (w).
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.For example, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the first overlay mark (OM 1 ) may be an overlay mark formed on a previous layer, and the second overlay mark (OM 2 ) may be an overlay mark formed on a current layer. The overlay marks are formed on a scribe lane while forming a layer for forming a semiconductor device in a die area. For example, the first overlay mark (OM 1 ) may be formed together with an insulating film pattern, and the second overlay mark (OM 2 ) may be formed together with a photoresist pattern formed on the insulating film pattern.
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.In this case, the second overlay mark (OM 2 ) is exposed to the outside, but the first overlay mark (OM 1 ) is covered by a photoresist layer and is made of an oxide having different optical properties from the second overlay mark (OM 2 ) made of a photoresist material. In addition, the first overlay mark (OM 1 ) and the second overlay mark (OM 2 ) have different heights.
오버레이 마크로는 박스 인 박스(도 1 참조), AIM(Advanced Imaging Metrology) 오버레이 마크 등 현재 사용되고 있는 다양한 형태의 오버레이 마크를 사용할 수 있다.Overlay marks can use a variety of currently used overlay marks, such as box-in-box (see Figure 1) and Advanced Imaging Metrology (AIM) overlay marks.
도 7에 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.As illustrated in FIG. 7, an overlay measuring device (1) according to one embodiment of the present invention includes an imaging system (10) and a controller (20) communicatively coupled to the imaging system (10).
이미징 시스템(10)은 크게 이미지 획득 장치(100)와, 자동 초점 장치(200)를 포함한다.The imaging system (10) largely includes an image acquisition device (100) and an autofocus device (200).
이미지 획득 장치(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.The image acquisition device (100) serves to acquire an image (hereinafter referred to as an 'alignment image') in which a first overlay mark (OM 1 ) and a second overlay mark (OM 2 ) are displayed together at multiple focus positions.
이미지 획득 장치(100)는 이미지 획득용 조명 광을 웨이퍼(W)의 측정 영역에 조사하기 위해 이미지 획득용 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 영역들이 존재한다. 오버레이 측정장치(1)는 복수의 측정 영역들에서 오버레이 오차를 측정한다.An image acquisition device (100) comprises an image acquisition light source (111), a first beam splitter (113), an objective lens (115), and a first actuator (117) to irradiate an image acquisition illumination light onto a measurement area of a wafer (W). The measurement area is an area where a first overlay mark (OM 1 ) and a second overlay mark (OM 2 ) are formed in a scribe lane of the wafer (W). A plurality of measurement areas exist in one wafer (W). The overlay measurement device (1) measures an overlay error in the plurality of measurement areas.
이미지 획득용 광원(111)으로는 할로겐 램프, 제논 램프, 발광다이오드, 슈퍼컨티늄 레이저 등을 사용할 수 있다. 이미지 획득용 광원(111)은, 예를 들어, 가시광선 영역의 이미지 획득용 조명 광을 생성할 수 있다.A halogen lamp, a xenon lamp, a light-emitting diode, a supercontinuum laser, etc. can be used as a light source (111) for image acquisition. The light source (111) for image acquisition can generate, for example, illumination light for image acquisition in the visible light range.
제1 빔 스플리터(113)는 이미지 획득용 광원(111)으로부터 나온 이미지 획득용 조명 광을 반사시켜 대물렌즈(115) 측으로 안내하는 역할을 한다. 또한, 대물렌즈(115)에서 수집한 반사광을 투과시킨다.The first beam splitter (113) serves to reflect the image acquisition illumination light from the image acquisition light source (111) and guide it toward the objective lens (115). In addition, it transmits the reflected light collected by the objective lens (115).
대물렌즈(115)는 제1 빔 스플리터(113)에서 반사된 빔을 웨이퍼(W)의 측정 영역에 집광시키고, 측정 영역에서의 반사된 반사광을 수집하는 역할을 한다. 대물렌즈(115)는 제1 액추에이터(Actuator, 117)에 설치된다.The objective lens (115) focuses the beam reflected from the first beam splitter (113) onto the measurement area of the wafer (W) and collects the reflected light reflected from the measurement area. The objective lens (115) is installed in the first actuator (Actuator, 117).
제1 액추에이터(117)는 대물렌즈(115)와 웨이퍼(W) 사이의 거리를 조절하여 이미지 획득 장치(100)의 초점 위치를 조절하는 역할을 한다.The first actuator (117) adjusts the distance between the objective lens (115) and the wafer (W) to adjust the focus position of the image acquisition device (100).
또한, 이미지 획득 장치(100)는 웨이퍼(W)의 측정 영역으로부터의 반사광을 집광하여 정렬 이미지를 얻기 위해, 핫 미러(121, hot mirror), 튜브 렌즈(123), 이미지 검출기(130)를 구비한다.In addition, the image acquisition device (100) is equipped with a hot mirror (121), a tube lens (123), and an image detector (130) to collect reflected light from a measurement area of a wafer (W) to obtain an alignment image.
튜브 렌즈(123)는 제1 빔 스플리터(113)와 핫 미러(121)를 투과한 반사광을 이미지 검출기(130)에 집광하는 역할을 한다.The tube lens (123) serves to focus the reflected light passing through the first beam splitter (113) and the hot mirror (121) onto the image detector (130).
핫 미러(121)는 기준 파장에 비해서 파장이 긴 광은 반사하고, 기준 파장에 비해서 파장이 짧은 광은 투과시킨다. 예를 들어, 핫 미러(121)는 적외선을 반사하고, 가시광선을 투과하거나, 파장이 상대적으로 긴 적외선은 반사하고, 파장이 상대적으로 짧은 적외선을 투과시킬 수 있다. 핫 미러(121)는 이미지 검출기(130)에 높이 및 기울기 측정 시스템(200)에서 사용되는 장파장의 광이 입사하는 것을 방지할 수 있다.The hot mirror (121) reflects light having a longer wavelength than a reference wavelength and transmits light having a shorter wavelength than the reference wavelength. For example, the hot mirror (121) may reflect infrared light and transmit visible light, or reflect infrared light having a relatively longer wavelength and transmit infrared light having a relatively shorter wavelength. The hot mirror (121) may prevent long-wavelength light used in the height and tilt measurement system (200) from being incident on the image detector (130).
이미지 검출기(130)는 CCD나 CMOS 카메라일 수 있다. 이미지 획득 장치(100)는 이미지 검출기(130)로부터의 전기신호를 이용하여, 정렬 이미지를 획득한다. 그리고 이 정렬 이미지를 분석하면 오버레이 오차를 측정할 수 있다.The image detector (130) may be a CCD or CMOS camera. The image acquisition device (100) acquires an alignment image using an electric signal from the image detector (130). Then, by analyzing this alignment image, the overlay error can be measured.
자동 초점 장치(200)는 대물렌즈(115)와 웨이퍼(W) 사이의 거리에 따른 신호를 생성하는 역할을 한다. 즉, 이미지 획득 장치(100)의 초점 위치의 변화에 따른 신호를 생성하는 역할을 한다. 또한, 이 신호를 이용하여 제1 액추에이터(117)를 제어하여 초점을 맞추는 역할도 할 수 있다.The autofocus device (200) plays a role of generating a signal according to the distance between the objective lens (115) and the wafer (W). In other words, it plays a role of generating a signal according to the change in the focus position of the image acquisition device (100). In addition, it can also play a role of controlling the first actuator (117) using this signal to focus.
자동 초점 장치(200)는 자동 초점용 조명 광을 웨이퍼(W)의 측정 영역에 조사하기 위한 자동 초점용 광원(211)과, 광원(211)으로부터의 조명 광을 굴절시키는 광학 렌즈(212)와, 제2 빔 스플리터(213)를 구비한다. 또한, 이미지 획득 장치(100)의 핫 미러(121), 제1 빔 스플리터(113) 및 대물렌즈(115)도 자동 초점 장치(200)의 일부로 사용된다.The autofocus device (200) has an autofocus light source (211) for irradiating autofocus illumination light onto a measurement area of a wafer (W), an optical lens (212) for refracting the illumination light from the light source (211), and a second beam splitter (213). In addition, a hot mirror (121), a first beam splitter (113), and an objective lens (115) of the image acquisition device (100) are also used as part of the autofocus device (200).
자동 초점용 광원(211)으로는 레이저 다이오드 또는 발광다이오드를 사용할 수 있다. 자동 초점용 광원(211)은 적외선 영역의 조명 광을 생성한다. 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 평면-볼록 렌즈를 사용할 수 있다. 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.A laser diode or a light emitting diode can be used as the light source (211) for auto-focus. The light source (211) for auto-focus generates illumination light in the infrared region. The illumination light is refracted by the optical lens (212), passes through the second beam splitter (213), and then is reflected by the hot mirror (121). A plano-convex lens can be used as the optical lens (212). When a laser is used as the illumination light, it is preferable to use a polarizing beam splitter as the second beam splitter (213). This is because the reduction in the amount of light during the reflection and transmission process can be minimized.
그리고 핫 미러(121)에서 반사된 조명 광은 제1 빔 스플리터(113)를 투과한 후 대물렌즈(115)에 입사한다. 대물렌즈(115)는 조명 광을 웨이퍼(W)의 측정 영역에 집광시키고, 측정 영역에서의 반사된 반사광을 수집하는 역할을 한다. 본 발명은 하나의 대물렌즈(115)를 이용하여 이미지 획득용 조명 광과 자동 초점용 조명 광을 집광시키고, 이들 조명 광들의 반사광들을 수집할 수 있다.And the illumination light reflected from the hot mirror (121) passes through the first beam splitter (113) and then enters the objective lens (115). The objective lens (115) focuses the illumination light on the measurement area of the wafer (W) and collects the reflected light reflected in the measurement area. The present invention can focus the illumination light for image acquisition and the illumination light for auto-focus using one objective lens (115) and collect the reflected light of these illumination lights.
본 발명에서는 자동 초점용 조명 광으로 이미지 획득용 조명 광과 파장 대역이 다른 적외선을 사용하고, 핫 미러(121)를 사용하여 이들의 반사광들을 서로 분리하여, 이미지 검출기(130)로 자동 초점용 조명 광의 반사광이 입사하는 것을 방지한다.In the present invention, infrared rays having a different wavelength band from the image acquisition illumination light are used as the auto-focus illumination light, and the reflected lights thereof are separated from each other using a hot mirror (121), thereby preventing the reflected light of the auto-focus illumination light from being incident on the image detector (130).
대물렌즈(115)에서 수집된 자동 초점용 조명 광의 반사광은 다시 제1 빔 스플리터(113)를 투과한 후에 핫 미러(121)에서 반사된다. 적외선은 핫 미러(121)를 투과하지 못하므로, 적외선 영역의 반사광이 이미지 검출기(130)로 입사하지 않는다.The reflected light of the auto-focus illumination light collected from the objective lens (115) passes through the first beam splitter (113) again and is then reflected from the hot mirror (121). Since infrared rays do not pass through the hot mirror (121), the reflected light in the infrared region does not enter the image detector (130).
핫 미러(121)에서 반사된 반사광은 제2 빔 스플리터(213)에서 자동 초점용 검출기(230) 쪽으로 반사된다.The reflected light from the hot mirror (121) is reflected from the second beam splitter (213) toward the detector (230) for autofocus.
자동 초점용 검출기(230)로는 다양한 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. 또한, 결상 렌즈, 초퍼 휠, 바이셀 광 다이오드를 포함하는 위상 차 방식의 자동초점 센서 모듈을 사용할 수도 있다.Various autofocus sensor modules can be used as the autofocus detector (230). For example, a phase difference autofocus sensor module including a beam splitter, a micro lens, and a pair of photodiodes can be used. In addition, a phase difference autofocus sensor module including a focusing lens, a chopper wheel, and a bi-cell photodiode can also be used.
자동 초점용 검출기(230)는 반사광을 수신하여 대물렌즈(115)와 웨이퍼(W) 사이의 거리에 따른 신호를 생성하는 역할을 한다. 예를 들어, 이미지 획득부의 초점이 '표준 초점'과 일치하는 경우에는, 자동 초점용 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 자동 초점용 검출기(230)의 신호를 기준으로 결정된 이미지 획득 장치(100)의 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.The auto-focus detector (230) receives reflected light and generates a signal according to the distance between the objective lens (115) and the wafer (W). For example, when the focus of the image acquisition unit matches the 'standard focus', the phase difference value, which is a signal value output to the auto-focus detector (230), may be 0, and when they do not match, the value may be + or - depending on the position of the focus. The 'standard focus' is the focus of the image acquisition device (100) determined based on the signal of the auto-focus detector (230). The 'standard focus' may match the 'measurement focus' suitable for obtaining an actual alignment image, but in most cases, they are different from each other when the height difference between the first overlay mark (OM 1 ) and the second overlay mark (OM 2 ) is large. The measuring method of the 'measurement focus' will be described later.
자동 초점 장치(200)는 제2 액추에이터(217)와, 실린더 렌즈(215)와, 실린더 렌즈 홀더(219)를 더 포함한다.The autofocus device (200) further includes a second actuator (217), a cylinder lens (215), and a cylinder lens holder (219).
제2 액추에이터(217)는 자동 초점용 광원(211)과 실린더 렌즈(215) 사이에서의 광학 렌즈(212)의 위치를 조절한다. 제2 액추에이터(217)는 광축 방향을 따라서 광학 렌즈(212)를 이동시키는 역할을 한다.The second actuator (217) adjusts the position of the optical lens (212) between the light source (211) for autofocus and the cylinder lens (215). The second actuator (217) moves the optical lens (212) along the optical axis direction.
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. 라인 빔은 오버레이 마크를 이루는 선들과 나란하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 라인 빔은 오버레이 마크를 벗어나지 않는 것이 바람직하다. 라인 빔이 오버레이 마크를 벗어나면 오버레이 마크 외부에 위치하는 구조물, 예를 들어, 인접하는 다른 오버레이 마크 등의 영향을 받을 수 있기 때문이다.The cylinder lens (215) is placed between the optical lens (212) and the objective lens (115). The cylinder lens (215) may be a cylinder lens (215) having various external shapes such as a rectangle, a square, a circle, and an oval. The cylinder lens (215) is a lens that focuses light on a line rather than a point. The cylinder lens (215) forms a line beam. When a line beam is used, the sensitivity increases due to optical aberration (astigmatism), which has the advantage of enabling more precise measurements. It is preferable that the line beam is formed so as not to be parallel to the lines forming the overlay mark. In addition, it is preferable that the line beam does not go beyond the overlay mark. This is because if the line beam goes beyond the overlay mark, it may be affected by structures located outside the overlay mark, such as other adjacent overlay marks.
실린더 렌즈 홀더(219)는 실린더 렌즈(215)를 지지하는 역할을 한다. 또한, 실린더 렌즈 홀더(219)는 실린더 렌즈(215)를 실린더 렌즈(215)의 광축과 직교하는 적어도 하나의 회전 축에 대해서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 역할도 한다. 회전 축은 제1 회전 축과 제1 회전 축과 직교하는 제2 회전 축을 포함할 수 있다. 실린더 렌즈(215)가 회전하면 측정 영역 내에서 라인 빔이 이동한다.The cylinder lens holder (219) serves to support the cylinder lens (215). In addition, the cylinder lens holder (219) also serves to rotate the cylinder lens (215) clockwise or counterclockwise about at least one rotation axis orthogonal to the optical axis of the cylinder lens (215). The rotation axis may include a first rotation axis and a second rotation axis orthogonal to the first rotation axis. When the cylinder lens (215) rotates, the line beam moves within the measurement area.
도 8은 실린더 렌즈의 회전에 따른 라인 빔의 이동을 설명하기 위한 도면이다. 실린더 렌즈(215)의 제1 회전 축에 대한 회전은 측정 영역을 조명하는 라인 빔(LB)의 위치를 측정 영역 내에서, 예를 들어, 제1 방향과 나란한 방향으로 이동시킬 수 있다(도 8의 a, b). 그리고 제2 회전 축에 대한 회전은 라인 빔(LB)을 제1 방향과 직교하는 제2 방향과 나란한 방향으로 이동시킬 수 있다(도 8의 c, d). 따라서 실린더 렌즈의 제1 회전 축과 제2 회전 축에 대한 회전 각도를 조절함으로써 측정 영역 내에서의 라인 빔(LB)의 위치를 조절할 수 있다.FIG. 8 is a drawing for explaining the movement of the line beam according to the rotation of the cylinder lens. The rotation of the cylinder lens (215) about the first rotation axis can move the position of the line beam (LB) illuminating the measurement area within the measurement area, for example, in a direction parallel to the first direction (FIG. 8a, b). And the rotation about the second rotation axis can move the line beam (LB) in a direction parallel to the second direction orthogonal to the first direction (FIG. 8c, d). Therefore, the position of the line beam (LB) within the measurement area can be adjusted by adjusting the rotation angles of the cylinder lens about the first and second rotation axes.
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 9의 단계들을 수행하도록 지시한다.The controller (20) is connected to the imaging system (10) in a wired or wireless manner. The controller (20) includes hardware such as a processor and memory, and software installed in the memory. The controller (20) instructs the processor to perform the steps of FIG. 9 through commands of the software.
도 9는 도 7에 도시된 오버레이 측정장치의 작용을 설명하기 위한 순서도 이다. 먼저, 정렬 이미지들을 수신하는 단계(S1)를 설명한다.Fig. 9 is a flowchart for explaining the operation of the overlay measuring device illustrated in Fig. 7. First, the step (S1) of receiving alignment images is explained.
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. In this step, the controller (20) receives alignment images acquired through the imaging system (10) at multiple focus positions. The alignment images include a first overlay mark (OM 1 ) and a second overlay mark (OM 2 ). The alignment images can be acquired by continuously changing the focus position using the first actuator (117).
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.Next, a step (S2) for determining a measurement focus (MF) position is described. The measurement focus position is a focus position used when obtaining a measurement image, which is an alignment image used for measuring overlay errors among multiple alignment images. In other words, it is a focus position optimized for measuring overlay errors.
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.The controller (20) can determine the measurement focus position based on the change in the contrast value of the first overlay mark (OM 1 ) of the alignment images according to the focus position and the change in the contrast value of the second overlay mark (OM 2 ).
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. The contrast value of the first overlay mark (OM 1 ) and the contrast value of the second overlay mark (OM 2 ) change according to the focus position (the distance between the objective lens and the wafer). Since the first overlay mark (OM 1 ) is located on the previous layer formed earlier, the contrast value has a maximum value at the focus position where the distance between the wafer (W) and the objective lens (115) is close. Since the second overlay mark (OM 2 ) is located on the current layer formed on the previous layer, the contrast value has a maximum value at the focus position where the distance between the wafer (W) and the objective lens (115) is far.
도 10에 도시된 바와 같이, 측정 초점 위치는, 예를 들어, 제1 오버레이 마크(OM1)에 의한 대비 값의 변화 그래프(G1)의 최댓값과 제2 오버레이 마크(OM2)에 의한 대비 값의 변화 그래프(G2)의 최댓값 사이의 위치에서 찾을 수 있다. 예를 들어, 제1 오버레이 마크(OM1)에 의한 대비 값의 변화 그래프(G1)와 제2 오버레이 마크(OM2)에 의한 대비 값의 변화 그래프(G2)가 교차하는 위치를 측정 초점 위치로 정할 수 있다. 또한, 제1 오버레이 마크(OM1)에 의한 대비 값의 변화 그래프(G1)의 최댓값과 제2 오버레이 마크(OM2)에 의한 대비 값의 변화 그래프(G1)의 최댓값의 평균값을 가지는 초점 위치를 측정 초점 위치로 정할 수도 있다.As illustrated in FIG. 10, the measurement focus position can be found, for example, at a position between the maximum value of the change graph (G 1 ) of the contrast value by the first overlay mark (OM 1 ) and the maximum value of the change graph (G 2 ) of the contrast value by the second overlay mark (OM 2 ). For example, the position where the change graph (G 1 ) of the contrast value by the first overlay mark (OM 1 ) and the change graph (G 2 ) of the contrast value by the second overlay mark (OM 2 ) intersect can be determined as the measurement focus position. Additionally, the focus position having the average value of the maximum value of the change graph (G 1 ) of the contrast value by the first overlay mark (OM 1 ) and the maximum value of the change graph (G 1 ) of the contrast value by the second overlay mark (OM 2 ) can also be determined as the measurement focus position.
경우에 따라서, 측정 초점 위치는 제1 오버레이 마크(OM1)에 의한 대비 값의 변화 그래프(G1)의 최댓값과 제2 오버레이 마크(OM2)에 의한 대비 값의 변화 그래프(G2)의 최댓값 사이 구간의 외부에 위치할 수도 있다.In some cases, the measurement focus position may be located outside the interval between the maximum value of the graph of change in contrast value (G 1 ) by the first overlay mark (OM 1 ) and the maximum value of the graph of change in contrast value (G 2 ) by the second overlay mark (OM 2 ).
다음, 기준 신호 값을 획득하는 단계(S3)에 대해서 설명한다.Next, the step (S3) of obtaining a reference signal value is described.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 단계에서 제어기(20)는 측정 초점 위치에서의 자동 초점용 검출기(230)로부터의 신호 값인 기준 신호 값을 획득한다. 측정 초점 위치가 표준 초점 위치와 일치한다면, 자동 초점용 검출기(230)로부터의 신호 값인 위상 값은 0이 될 것이다. 일치하지 않는다면, 특정한 위상 값을 가지게 될 것이며 이 값이 기준 신호 값이 된다.As shown in Fig. 11, in this step, the controller (20) obtains a reference signal value, which is a signal value from the auto-focus detector (230) at the measurement focus position. If the measurement focus position matches the standard focus position, the phase value, which is a signal value from the auto-focus detector (230), will be 0. If they do not match, it will have a specific phase value, and this value becomes the reference signal value.
다음, 기준 신호 값을 최적 기준 신호 값과 비교하는 단계(S4)에 대해서 설명한다.Next, the step (S4) of comparing the reference signal value with the optimal reference signal value is described.
본 단계에서는 S3 단계에서 확인된 기준 신호 값을 최적 기준 신호 값과 비교한다. 예를 들어, 자동 초점용 검출기(230)에서 출력되는 기준 신호 값은 위상 차 값일 수 있으며, 최적 기준 신호 값은 0일 수 있다.In this step, the reference signal value confirmed in step S3 is compared with the optimal reference signal value. For example, the reference signal value output from the autofocus detector (230) may be a phase difference value, and the optimal reference signal value may be 0.
다음, 광학 렌즈와 광원 사이의 간격을 변경하여 기준 신호 값과 최적 기준 신호 값을 일치시키는 단계(S5)에 대해서 설명한다.Next, a step (S5) for matching the reference signal value and the optimal reference signal value by changing the gap between the optical lens and the light source is described.
본 단계에서는 제2 액추에이터(217)를 제어하여 광학 렌즈(212)의 위치를 조절함으로써, 광학 렌즈(212)와 광원(211) 사이의 간격을 변경하여 기준 신호 값을 최적 기준 신호 값과 일치시킨다.In this step, the second actuator (217) is controlled to adjust the position of the optical lens (212), thereby changing the gap between the optical lens (212) and the light source (211) to match the reference signal value with the optimal reference signal value.
도 12에 도시된 바와 같이, 광학 렌즈(212)의 위치가 조절되면, 자동 초점 장치(200)의 초점 위치가 변경된다. 그러면 자동 초점용 검출기(230)로부터 획득되는 기준 신호 값도 변경된다.As shown in Fig. 12, when the position of the optical lens (212) is adjusted, the focus position of the auto focus device (200) is changed. Then, the reference signal value obtained from the auto focus detector (230) also changes.
광학 렌즈(212)의 위치를 적절히 이동시키면, 도 13에 도시된 바와 같이, 기준 신호 값이 이동 전 기준 신호 값(Vp)에서 최적 기준 신호 값(Vo)으로 변경된다. 이와 동시에, 표준 초점 위치도 이동 전 표준 초점 위치(Pp)에서 측정 초점 위치와 일치하는 새로운 표준 초점 위치(Po)로 변경된다.When the position of the optical lens (212) is appropriately moved, the reference signal value is changed from the reference signal value (Vp) before the movement to the optimal reference signal value (Vo), as shown in Fig. 13. At the same time, the standard focus position is also changed from the standard focus position (Pp) before the movement to a new standard focus position (Po) that matches the measured focus position.
즉, 본 단계에서는 이미지 획득 장치(100)의 초점 위치가 측정 초점 위치로 조정되었을 때, 자동 초점용 검출기(230)에서의 기준 신호 값이 최적 기준 신호 값과 일치하도록 광학 렌즈(212)와 광원(211) 사이의 간격을 조절한다. 최적 기준 신호 값은 자동 초점용 검출기(230)의 정확도가 가장 높은 구간에 속하는 신호 값이 된다. 예를 들어, 자동 초점용 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 떨어질 수 있다.That is, in this step, when the focus position of the image acquisition device (100) is adjusted to the measurement focus position, the gap between the optical lens (212) and the light source (211) is adjusted so that the reference signal value of the auto-focus detector (230) matches the optimal reference signal value. The optimal reference signal value is a signal value belonging to the section in which the auto-focus detector (230) has the highest accuracy. For example, if the auto-focus detector (230) is an auto-focus sensor module of a phase difference method, the reference signal value is 0 or a value close to 0. The accuracy of the auto-focus sensor module of a phase difference method may decrease in a section in which the phase difference is large.
미리 정해진 최적 기준 신호 값은 특정한 하나의 값일 수도 있으나, 일정한 범위에 속하는 임의의 값을 기준 신호 값으로 정할 수도 있다. 예를 들어, 기준 신호 값이, 자동 초점용 검출기(230)의 정확도가 확보되는 0±α의 범위 안에 들어오면, 그 값을 기준 신호 값으로 하고 광학 렌즈(212)의 위치를 조절하지 않을 수 있다.The predetermined optimal reference signal value may be a specific value, but any value within a certain range may be set as the reference signal value. For example, if the reference signal value is within the range of 0±α where the accuracy of the auto-focus detector (230) is secured, that value may be used as the reference signal value and the position of the optical lens (212) may not be adjusted.
S4 단계에서 비교해본 결과 기준 신호 값이 미리 정해진 최적 기준 신호 값과 동일하다면, 본 단계(S5)는 생략될 수 있다.If the reference signal value compared at step S4 is equal to the predetermined optimal reference signal value, this step (S5) can be omitted.
다음, 오버레이 오차를 측정하는 단계(S6)에 대해서 설명한다.Next, the step (S6) of measuring the overlay error is described.
본 단계에서는 표준 초점 위치에서 획득된 정렬 이미지인 측정 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정한다. S5 단계를 통해서 측정 초점 위치와 표준 초점 위치가 동일해졌으므로, 표준 초점 위치에서 획득된 정렬 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정할 수 있다. 측정 이미지를 이용하여 오버레이 오차를 측정하는 방법은 종래의 기술이므로 자세한 설명을 생략한다.In this step, the overlay error is measured based on the measurement image, which is an alignment image acquired at the standard focus position. Since the measurement focus position and the standard focus position become the same through step S5, the overlay error can be measured based on the alignment image acquired at the standard focus position. The method of measuring the overlay error using the measurement image is a conventional technique, so a detailed description is omitted.
다른 측정 영역에서도 자동 초점 장치(200)를 이용하여 빠르게 찾을 수 있는 표준 초점 위치에서 획득된 정렬 이미지에 기초하여 오버레이 오차를 측정할 수 있다.In other measurement areas, the overlay error can also be measured based on an alignment image acquired at a standard focus position that can be quickly found using an autofocus device (200).
하나의 웨이퍼에는 다수의 측정 영역에 제1 오버레이 마크(OM1)와 제2 오버레이 마크(OM2) 쌍이 형성된다. 따라서 본 발명에 따른 오버레이 측정장치(1)는 다수의 측정 영역들에서 오버레이 오차를 측정하게 된다. 본 발명에 따른 오버레이 측정장치는 특히, 다수의 측정 영역들에서 오버레이 오차를 측정할 때 속도가 빠르다는 장점이 있다.A pair of first overlay marks (OM 1 ) and second overlay marks (OM 2 ) are formed in a plurality of measurement areas on a single wafer. Therefore, the overlay measuring device (1) according to the present invention measures the overlay error in a plurality of measurement areas. The overlay measuring device according to the present invention has the advantage of being fast, particularly when measuring the overlay error in a plurality of measurement areas.
본 발명에서는 이와 같이, 최초 측정 영역에서 정렬 이미지들의 대비 값 변화를 통해서 측정 초점 위치를 찾은 후, 광학 렌즈(212)의 위치를 조절하여, 측정 초점 위치와 표준 초점 위치를 일치시킬 수 있다. 그리고 다른 측정 영역에서는 자동 초점 장치(200)를 이용하여 빠르게 찾을 수 있는 표준 초점 위치에서 정렬 이미지를 획득할 수 있다. 따라서 측정 속도가 빨라진다는 장점이 있다.In this way, in the present invention, after finding the measurement focus position through the change in the contrast value of the alignment images in the initial measurement area, the position of the optical lens (212) can be adjusted to match the measurement focus position with the standard focus position. In addition, in other measurement areas, the alignment image can be obtained at the standard focus position that can be quickly found using the auto focus device (200). Therefore, there is an advantage of faster measurement speed.
이하에서는, 도 14를 참고하여, 자동 초점 장치(200)의 교정 방법에 대해서 설명한다. 자동 초점 장치(200)의 교정은 상술한 오버레이 측정장치(1)를 이용한 오버레이 오차 측정 전에 진행될 수 있다. 예를 들어, 오버레이 측정장치(1)를 제작하는 단계에서 자동 초점 장치(200)의 교정이 이루어질 수 있다. 또한, 오버레이 측정장치(1)를 일정 기간 사용한 후에 다시 자동 초점 장치(200)의 교정이 이루어질 수도 있다.Hereinafter, with reference to FIG. 14, a method for calibrating an auto-focus device (200) will be described. Calibration of the auto-focus device (200) may be performed before measuring an overlay error using the overlay measuring device (1) described above. For example, calibration of the auto-focus device (200) may be performed at the stage of manufacturing the overlay measuring device (1). In addition, calibration of the auto-focus device (200) may be performed again after using the overlay measuring device (1) for a certain period of time.
자동 초점 장치(200)의 교정은 상술한 S5 단계에서 광학 렌즈(212)의 위치를 조절하여도, 라인 빔이 측정 영역의 중심부에 위치하도록 실린더 렌즈(215)의 회전 각도를 조절하는 것을 의미한다.Calibration of the auto focus device (200) means adjusting the rotation angle of the cylinder lens (215) so that the line beam is positioned at the center of the measurement area even when the position of the optical lens (212) is adjusted in the above-described step S5.
도 14에 도시된 바와 같이, 자동 초점 장치(200)의 교정 방법은 광학 렌즈와 광원 사이의 간격에 따른 라인 빔의 정렬 오차를 확인하는 단계(S11)와, 라인 빔이 측정 영역의 중심부에 위치하도록, 정렬 오차에 기초하여, 실린더 렌즈의 회전축에 대한 회전각도를 실린더 렌즈 홀더를 이용하여 조절하는 단계(S12)를 포함한다.As illustrated in FIG. 14, a calibration method of an autofocus device (200) includes a step (S11) of checking an alignment error of a line beam according to a gap between an optical lens and a light source, and a step (S12) of adjusting a rotation angle of a cylinder lens with respect to a rotation axis using a cylinder lens holder based on the alignment error so that the line beam is positioned at the center of a measurement area.
먼저, 광학 렌즈와 광원 사이의 간격에 따른 라인 빔의 정렬 오차를 확인하는 단계(S11)에 대해서 설명한다.First, the step (S11) of checking the alignment error of the line beam according to the distance between the optical lens and the light source is described.
본 단계에서는 제2 액추에이터(217)를 제어하여, 광학 렌즈(212)와 광원(211) 사이의 간격을 변경하면서, 간격에 따른 라인 빔의 정렬 오차를 확인한다. 예를 들어, 측정 영역에 형성된 오버레이 마크의 중심의 X, Y 좌표 값과 라인 빔의 중심의 X, Y 좌표 값 사이의 차이를 정렬 오차로 측정할 수 있다. 라인 빔의 정렬 오차는 광학 렌즈(212)와 광원(211) 사이의 간격을 정해진 범위 내에서 달리하면서 측정할 수 있다.In this step, the second actuator (217) is controlled to change the distance between the optical lens (212) and the light source (211), and the alignment error of the line beam according to the distance is checked. For example, the difference between the X, Y coordinate values of the center of the overlay mark formed in the measurement area and the X, Y coordinate values of the center of the line beam can be measured as the alignment error. The alignment error of the line beam can be measured by changing the distance between the optical lens (212) and the light source (211) within a set range.
이상적이라면, 광학 렌즈(212)와 광원(211) 사이의 간격을 변경하여도, 측정 영역을 조명하는 라인 빔의 중심 위치는 변경되지 않으며, 크기만 변경된다.Ideally, changing the distance between the optical lens (212) and the light source (211) would not change the center position of the line beam illuminating the measurement area, but only change its size.
하지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 오버레이 측정장치(1)의 광학 요소들이 가진 다양한 오차들에 의해서, 광학 렌즈(212)와 광원(211) 사이의 간격을 변경하면, 라인 빔의 중심 위치도 변경된다.However, as shown in Fig. 6, if the distance between the optical lens (212) and the light source (211) is changed due to various errors in the optical elements of the overlay measuring device (1), the center position of the line beam also changes.
라인 빔의 중심은 측정 영역의 중심과 일치하는 것이 바람직하며, 라인 빔은 측정 영역을 벗어나지 않는 것이 바람직하다.It is desirable that the center of the line beam coincides with the center of the measurement area, and it is desirable that the line beam does not extend beyond the measurement area.
라인 빔의 정렬 오차는 이미지 검출기(130)를 이용하여 라인 빔이 표시된 오버레이 마크 이미지를 획득한 후에 이를 분석하는 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 오버레이 마크의 중심과 라인 빔의 중심의 차이를 정렬 오차로 측정할 수 있다.The alignment error of the line beam can be measured by obtaining an overlay mark image on which the line beam is displayed using an image detector (130) and then analyzing the image. For example, the difference between the center of the overlay mark and the center of the line beam can be measured as the alignment error.
라인 빔이 표시된 오버레이 마크 이미지를 획득할 때에는 이미지 획득용 광원(111)은 끄거나 가리고, 자동 초점용 광원(211)을 사용하여 오버레이 마크를 조명한다. 그리고 핫 미러(121)는 제거한다. 핫 미러(121)가 설치되면 자동 초점용 광원(211)으로부터의 조명 광의 반사광이 핫 미러(121)에 의해서 차단되어 이미지 검출기(130)에 도달하지 못한다.When acquiring an overlay mark image with a line beam displayed, the light source (111) for image acquisition is turned off or covered, and the light source (211) for auto focus is used to illuminate the overlay mark. Then, the hot mirror (121) is removed. When the hot mirror (121) is installed, the reflected light of the illumination light from the light source (211) for auto focus is blocked by the hot mirror (121) and does not reach the image detector (130).
다음, 라인 빔이 측정 영역의 중심부에 위치하도록, 정렬 오차에 기초하여, 실린더 렌즈의 회전축에 대한 회전각도를 실린더 렌즈 홀더를 이용하여 조절하는 단계(S12)에 대해서 설명한다.Next, a step (S12) of adjusting the rotation angle of the cylinder lens about the rotation axis using the cylinder lens holder based on the alignment error so that the line beam is positioned at the center of the measurement area is described.
본 단계에서는 실린더 렌즈(215)의 회전 각도를 조절하여, 자동 초점 장치(200)를 구성하는 광학 요소들에 의해서 발생하는 오차들을 상쇄시킨다.In this step, the rotation angle of the cylinder lens (215) is adjusted to offset errors caused by the optical elements constituting the autofocus device (200).
회전축은 실린더 렌즈(215)의 광축에 직교하는 회전축일 수 있다. 회전축은 제1 회전축과 제1 회전축과 직교하는 제2 회전축을 포함할 수 있다.The rotation axis may be a rotation axis orthogonal to the optical axis of the cylinder lens (215). The rotation axis may include a first rotation axis and a second rotation axis orthogonal to the first rotation axis.
도 8에 예시된 바와 같이, 실린더 렌즈(215)를 제1 회전축에 대해서 시계방향으로 회전시키면, 라인 빔(LB)은 좌측으로 이동할 수 있다(도 8의 a). 그리고 실린더 렌즈(215)를 제1 회전축에 대해서 반시계방향으로 회전시키면, 라인 빔(LB)은 우측으로 이동할 수 있다(도 8의 a).As illustrated in Fig. 8, when the cylinder lens (215) is rotated clockwise about the first rotation axis, the line beam (LB) can move to the left (a in Fig. 8). And when the cylinder lens (215) is rotated counterclockwise about the first rotation axis, the line beam (LB) can move to the right (a in Fig. 8).
또한, 실린더 렌즈(215)를 제2 회전축에 대해서 시계방향으로 회전시키면, 라인 빔(LB)은 아래로 이동할 수 있다(도 8의 c). 그리고 실린더 렌즈(215)를 제2 회전축에 대해서 반시계방향으로 회전시키면, 라인 빔(LB)은 위로 이동할 수 있다(도 8의 d).In addition, when the cylinder lens (215) is rotated clockwise about the second rotation axis, the line beam (LB) can move downward (c in FIG. 8). And when the cylinder lens (215) is rotated counterclockwise about the second rotation axis, the line beam (LB) can move upward (d in FIG. 8).
회전축의 회전에 따른 라인 빔(LB)의 이동 방향은 빔 스플리터 등의 다른 광학 요소의 배치에 따라서 달라질 수 있다.The direction of movement of the line beam (LB) according to the rotation of the rotation axis can vary depending on the arrangement of other optical elements such as a beam splitter.
실린더 렌즈(215)의 제1 회전축과 제2 회전축에 대한 회전각도를 적절히 조절하면, 정해진 범위 내에서 광학 렌즈(212)와 광원(211) 사이의 간격과 관계없이 라인 빔(LB)과 오버레이 마크가 정렬되도록 할 수 있다.By appropriately adjusting the rotation angle of the cylinder lens (215) about the first and second rotation axes, the line beam (LB) and the overlay mark can be aligned regardless of the gap between the optical lens (212) and the light source (211) within a set range.
이와 같이, 자동 초점 장치(200)를 교정한 상태에서, 상술한 광학 렌즈(212)와 광원(211) 사이의 간격을 변경하여 기준 신호 값과 최적 기준 신호 값을 일치시키는 단계(S5)를 진행하면, 진행 과정에서 라인 빔(LB)과 오버레이 마크가 오정렬되는 문제가 생기지 않는다.In this way, when the step (S5) of matching the reference signal value and the optimal reference signal value by changing the distance between the optical lens (212) and the light source (211) described above with the auto focus device (200) corrected is performed, the problem of the line beam (LB) and the overlay mark being misaligned does not occur during the process.
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.The embodiments described above merely describe preferred embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and various changes, modifications, or substitutions may be made by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the claims of the present invention, and it should be understood that such embodiments fall within the scope of the present invention.
OM1: 제1 오버레이 마크
OM2: 제2 오버레이 마크
1: 오버레이 측정장치
20: 제어기
100: 이미지 획득 장치
111: 제1 광원
115: 대물렌즈
117: 제1 액추에이터
121: 핫 미러
130: 제1 검출기
200: 자동 초점 장치
211: 제2 광원
212: 광학 렌즈
215: 실린더 렌즈
219: 실린더 렌즈 홀더
217: 제2 액추에이터
230: 제2 검출기OM 1 : 1st overlay mark
OM 2 : Second overlay mark
1: Overlay measuring device
20: Controller
100: Image acquisition device
111: First light source
115: Objective lens
117:
121: Hot Mirror
130:
200: Autofocus device
211: Second Light Source
212: Optical Lens
215: Cylinder lens
219: Cylinder Lens Holder
217: 2nd actuator
230: 2nd detector
Claims (8)
상기 광원에서 방사된 상기 조명 광의 경로 상에 배치되어 상기 조명 광을 굴절시키도록 구성된 광학 렌즈와,
상기 광학 렌즈를 통과한 상기 조명 광의 경로 상에 배치되어 상기 조명 광을 라인 빔으로 변경하도록 구성된 실린더 렌즈와,
상기 라인 빔을 측정 영역에 집광시키고, 상기 측정 영역에서 반사된 반사광을 수집하도록 구성된 대물렌즈와,
상기 반사광을 수광하여 상기 반사광의 초점 위치에 따른 신호를 생성하도록 구성된 검출기와,
광축 방향을 따라서 상기 광학 렌즈를 이동시키도록 구성된 액추에이터와,
상기 실린더 렌즈를 상기 실린더 렌즈의 광축에 직교하는 적어도 하나의 회전축에 대해서 회전시키도록 구성된 실린더 렌즈 홀더를 포함하는 자동 초점 장치.A light source configured to emit illuminating light for automatic focus adjustment,
An optical lens arranged on the path of the illumination light emitted from the light source and configured to refract the illumination light;
A cylinder lens arranged on the path of the illumination light passing through the optical lens and configured to change the illumination light into a line beam;
An objective lens configured to focus the above line beam on a measurement area and collect reflected light reflected from the measurement area,
A detector configured to receive the reflected light and generate a signal according to the focus position of the reflected light;
An actuator configured to move the optical lens along the optical axis,
An autofocus device comprising a cylinder lens holder configured to rotate the cylinder lens about at least one rotational axis orthogonal to an optical axis of the cylinder lens.
상기 광학 렌즈는 평면-볼록 렌즈(Plano-convex lens)인 자동 초점 장치.In the first paragraph,
An autofocus device wherein the optical lens is a plano-convex lens.
상기 실린더 렌즈 홀더는 상기 실린더 렌즈를 상기 실린더 렌즈의 광축에 직교하는 제1 회전축과 상기 제1 회전축에 직교하는 제2 회전축에 대해서 각각 회전시키도록 구성된 자동 초점 장치.In the first paragraph,
An autofocus device wherein the cylinder lens holder is configured to rotate the cylinder lens about a first rotation axis orthogonal to an optical axis of the cylinder lens and a second rotation axis orthogonal to the first rotation axis.
상기 측정 영역과 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하는 액추에이터를 더 포함하는 자동 초점 장치.In the first paragraph,
An autofocus device further comprising an actuator for adjusting the distance between the measurement area and the objective lens.
상기 측정 영역에는 오버레이 마크가 형성되며,
상기 라인 빔은 상기 측정 영역에 형성된 오버레이 마크를 벗어나지 않도록 조절되는 자동 초점 장치.In the first paragraph,
An overlay mark is formed in the above measurement area,
An auto-focus device in which the above line beam is adjusted so as not to go beyond the overlay mark formed in the above measurement area.
상기 광학 렌즈와 상기 광원 사이의 간격에 따른 상기 라인 빔의 정렬 오차를 확인하는 단계와,
상기 라인 빔이 상기 측정 영역의 중심부에 위치하도록, 상기 정렬 오차에 기초하여, 상기 실린더 렌즈의 상기 회전축에 대한 회전각도를 조절하는 단계를 포함하는 자동 초점 장치의 교정 방법.As a method for correcting the autofocus device of the first paragraph,
A step of checking the alignment error of the line beam according to the distance between the optical lens and the light source,
A calibration method for an autofocus device, comprising the step of adjusting a rotation angle of the cylinder lens about the rotation axis based on the alignment error so that the line beam is positioned at the center of the measurement area.
상기 측정 영역에는 오버레이 마크가 형성되며,
상기 라인 빔의 정렬 오차를 확인하는 단계는,
상기 라인 빔과 상기 오버레이 마크가 함께 표시된 이미지를 획득하고, 상기 오버레이 마크의 중심과 상기 라인 빔의 중심 사이의 오차를 확인하는 단계인 자동 초점 장치의 교정 방법.In Article 6,
An overlay mark is formed in the above measurement area,
The step of checking the alignment error of the above line beam is:
A method for calibrating an autofocus device, the method comprising the steps of: acquiring an image in which the line beam and the overlay mark are displayed together, and checking an error between the center of the overlay mark and the center of the line beam.
복수의 초점 위치들에서 쌍을 이루는 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크의 정렬 이미지들을 획득하도록 구성된 이미지 획득 장치와, 상기 이미지 획득 장치의 초점을 조절하기 위한 자동 초점 장치를 포함하며,
상기 자동 초점 장치는 제1항의 자동 초점 장치인 오버레이 측정장치.An overlay measuring device for measuring an error between a pair of first overlay marks and second overlay marks respectively formed on different layers formed on a wafer,
An image acquisition device configured to acquire alignment images of a first overlay mark and a second overlay mark formed in pairs at a plurality of focus positions, and an auto-focus device for adjusting a focus of the image acquisition device,
The above auto-focus device is an overlay measuring device which is an auto-focus device of the first clause.
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