KR102545517B1 - 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크, 이를 이용한 오버레이 측정 방법, 오버레이 측정 장치, 및 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크, 이를 이용한 오버레이 측정 방법, 오버레이 측정 장치, 및 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크 및 이를 이용한 오버레이 측정 방법 및 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 두 개 이상의 패턴 층들 사이의 상대적 엇갈림을 결정하는, 이미지 기반 오버레이 측정용 오버레이 마크로서, 제1 패턴 층과 함께 형성되며, 제1 방향을 따라서 제1 피치를 가지며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제1 격자 패턴들을 포함하는 제1 오버레이 마크와; 제2 패턴 층과 함께 형성되며, 상기 제1 방향을 따라서 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 가지며, 상기 제1 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제2 격자 패턴들과, 상기 제1 방향을 따라서 상기 제1 피치 및 상기 제2 피치와 다른 제3 피치를 가지며, 상기 제1 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제3 격자 패턴들을 포함하는 제2 오버레이 마크를 포함하는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크를 제공한다.

Description

모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크, 이를 이용한 오버레이 측정 방법, 오버레이 측정 장치, 및 반도체 소자의 제조 방법{Overlay Mark Forming a Moire Pattern, Overlay Measurement Method, Overlay Measurement Device, and Semiconductor Device Manufacturing Method Using the Same}
본 발명은 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크 및 이를 이용한 오버레이 측정 방법, 오버레이 측정 장치, 및 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 기판상에는 복수 개의 패턴 층들이 순차적으로 형성된다. 또한, 더블 패터닝 등을 통해서 하나의 층의 회로가 두 개의 패턴으로 나뉘어 형성되기도 한다. 이러한 패턴 층들 또는 하나의 층의 복수의 패턴이 미리 설정된 위치에 정확하게 형성되어야만, 원하는 반도체 소자를 제조할 수 있다.
따라서 패턴 층들이 정확하게 정렬되었는지를 확인하기 위해서, 패턴 층들과 동시에 형성되는 오버레이 마크들이 사용된다.
오버레이 마크를 이용하여 오버레이를 측정하는 방법은 아래와 같다. 먼저, 이전 공정, 예를 들어, 에칭 공정에서 형성된 패턴 층에, 패턴 층 형성과 동시에 오버레이 마크의 일부인 하나의 구조물을 형성한다. 그리고 후속 공정, 예를 들어, 포토리소그래피 공정에서, 포토레지스트에 오버레이 마크의 나머지 구조물을 형성한다.
그리고 오버레이 측정 장치를 통해서 이전 공정에 형성된 패턴 층의 오버레이 구조물(포토레지스트 층을 투과하여 이미지 획득)과 포토레지스트 층의 오버레이 구조물의 이미지를 획득하고, 이들 이미지들의 중심들 사이의 오프셋 값을 계측하여 오버레이 값을 측정한다.
좀 더 구체적으로, 일본공개특허 2020-112807에는 기판에 형성된 오버레이 마크의 이미지를 캡처하고, 캡처된 이미지에서 복수의 워킹 존은 선택하고, 선택된 워킹 존의 각각에 대해 정보를 가진 신호를 형성하고, 이들을 비교함으로써 서로 다른 층 또는 서로 다른 패턴 사이의 상대적인 어긋남을 결정하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1604789에는 오버레이 마크의 이미지를 획득하고, 획득된 이미지의 중심을 기준으로 오버레이 마크의 180도 회전 이미지를 획득한 후, 두 개의 이미지를 비교하여, 일치하면 현재 이미지 중심을 오버레이 마크의 중심으로 정하고, 일치하지 않으면 일치할 때까지 위치를 변경하며 오버레이 마크 이미지를 획득하면서 상기 단계를 반복하는 오버레이 측정 방법이 개시되어 있다.
또한, 한국공개특허 2000-0006182에는 서로 포개지는 반복적인 오버레이 마크로 모아레 패턴을 형성을 형성하고, 이를 광학적으로 관찰하여, 정렬시의 모아레 패턴과 관찰된 모아레 패턴을 비교하여 오버레이를 측정하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 미국공개특허 US2021-0072650A1에는 서로 포개지는 X축 방향 1차원 격자 패턴들과 Y축 방향 1차원 격자 패턴들을 이용하여 180도 회전 대칭인 4쌍의 모아레 패턴들을 형성하고, 이들을 이용하여 X축과 Y축 방향의 오버레이를 측정하는 방법이 개시되어 있다.
이러한 모아레 패턴들의 이미지를 이용하는 방식은 층간 오정렬을 증폭하여 나타낸다는 점에서 오버레이 마크 자체의 이미지를 이용하는 방식에 비해서 유리하다. 그러나 이러한 방식은 모아레 패턴을 형성하기 위한 격자 패턴에 높은 정밀도를 요구한다. 종래의 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크는 오버레이 마크의 중심부에 배치되는 격자 패턴들과 외곽에 배치되는 격자 패턴들을 따로 분할하여 서로 다른 피치로 형성하기 때문에 정밀도를 유지하기가 어렵다는 문제가 있었다.
일본공개특허 2020-112807 한국등록특허 10-1604789 한국공개특허 2000-0006182 미국공개특허 US2021-0072650A1
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 격자 패턴의 정밀도를 높여서 모아레 패턴의 노이즈 및 오차를 감소시킬 수 있는 오버레이 마크, 이를 이용한 새로운 오버레이 측정 방법 및 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 두 개 이상의 패턴 층들 사이의 상대적 엇갈림을 결정하는, 이미지 기반 오버레이 측정용 오버레이 마크로서, 제1 패턴 층과 함께 형성되며, 제1 방향을 따라서 제1 피치를 가지며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제1 격자 패턴들을 포함하는 제1 오버레이 마크와; 제2 패턴 층과 함께 형성되며, 상기 제1 방향을 따라서 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 가지며, 상기 제1 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제2 격자 패턴들과, 상기 제1 방향을 따라서 상기 제1 피치 및 상기 제2 피치와 다른 제3 피치를 가지며, 상기 제1 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제3 격자 패턴들을 포함하는 제2 오버레이 마크를 포함하는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크를 제공한다.
중첩된 상기 제1 격자 패턴들과 상기 제2 격자 패턴들은 제1 대칭 중심(COS1)을 기준으로 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제1 모아레 패턴들을 형성한다.
또한, 중첩된 상기 제1 격자 패턴들과 상기 제3 격자 패턴들은 제2 대칭 중심(COS2)을 기준으로 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제2 모아레 패턴들을 형성한다.
오버레이 오차가 0일 때, 상기 제1 대칭 중심(COS1)과 상기 제2 대칭 중심(COS2)은 일치한다.
그리고 상기 제1 대칭 중심(COS1)과 상기 제2 대칭 중심(COS2)의 상기 제1 방향으로의 오차는 상기 제1 패턴 층과 상기 제2 패턴 층 사이의 상기 제1 방향으로의 오버레이 오차를 나타낸다.
또한, 본 발명은 상기 제2 격자 패턴과 상기 제3 격자 패턴은 나란히 배치되는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 상기 제2 피치와 상기 제3 피치 중 하나는 상기 제1 피치에 비해서 크며, 나머지 하나는 상기 제1 피치에 비해서 작은 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 상기 제1 격자 패턴은 복수의 제1 바들을 포함하고, 상기 제2 격자 패턴은 복수의 제2 바들을 포함하고, 상기 제3 격자 패턴은 복수의 제3 바들을 포함하며, 상기 제1 바의 길이는 상기 제2 바의 길이와 상기 제3 바의 길이의 합 이상인 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 상기 제1 모아레 패턴들과, 상기 제2 모아레 패턴들의 피치는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 크며, 상기 제1 내지 제3 격자 패턴들의 피치는 상기 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 작은 것을 특징으로 하는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 상기 제1 오버레이 마크는, 상기 제1 패턴 층과 함께 형성되며, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라서 제4 피치를 가지며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제4 격자 패턴들을 더 포함하며,
상기 제2 오버레이 마크는, 상기 제2 패턴 층과 함께 형성되며, 상기 제2 방향을 따라서 상기 제4 피치와 다른 제5 피치를 가지며, 상기 제4 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제5 격자 패턴들과, 상기 제2 방향을 따라서 상기 제4 피치 및 상기 제5 피치와 다른 제6 피치를 가지며, 상기 제4 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제6 격자 패턴들을 더 포함하며,
중첩된 상기 제4 격자 패턴들과 상기 제5 격자 패턴들은 제3 대칭 중심(COS3)을 기준으로 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제3 모아레 패턴들을 형성하며,
중첩된 상기 제4 격자 패턴들과 상기 제6 격자 패턴들은 제4 대칭 중심(COS4)을 기준으로 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제4 모아레 패턴들을 형성하며,
오버레이 오차가 0일 때, 상기 제3 대칭 중심(COS3)과 상기 제4 대칭 중심(COS4)은 일치하며, 상기 제3 대칭 중심(COS3)과 상기 제4 대칭 중심(COS4)의 상기 제2 방향으로의 오차는 상기 제1 패턴 층과 상기 제2 패턴 층 사이의 상기 제2 방향으로의 오버레이 오차를 나타내는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크를 제공한다.
또한, 본 발명은 복수의 연속하는 패턴 층 사이의 오버레이를 측정하는 방법으로서, 복수의 연속하는 패턴 층에 패턴을 형성함과 동시에 형성된 오버레이 마크에 의해 형성된 모아레 패턴 이미지를 획득하는 단계와, 상기 모아레 패턴 이미지를 분석하는 단계를 포함하며, 상기 오버레이 마크는 상술한 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크인 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 반도체 소자의 제조 방법으로서, 복수의 연속하는 패턴 층을 형성함과 동시에 오버레이 마크를 형성하는 단계와, 상기 오버레이 마크를 이용하여 오버레이 값을 측정하는 단계와, 측정된 오버레이 값을 복수의 연속하는 패턴 층을 형성하기 위한 공정제어에 이용하는 단계를 포함하며, 상기 오버레이 마크는 상술한 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 복수의 연속하는 패턴 층을 형성함과 동시에 형성된 오버레이 마크를 조명하는 조명광학계와, 상기 오버레이 마크로부터의 반사광을 집광하여 모아레 패턴 이미지를 결상시키는 결상광학계와, 상기 결상광학계에 의해 결상된 상기 모아레 패턴 이미지를 획득하는 이미지 획득 장치를 포함하며, 상기 이미지 획득 장치에 의해 얻어진 상기 모아레 패턴 이미지를 처리하여 복수의 연속하는 패턴 층 사이의 오버레이를 측정하는 오버레이 측정 장치로서, 상기 오버레이 마크는 상술한 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크인 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 오버레이 마크, 이를 이용한 새로운 오버레이 측정 방법, 오버레이 측정 장치, 및 반도체 소자의 제조 방법은 하부 또는 상부의 두 개로 분할된 격자 패턴들을 단일 피치의 넓은 면적의 하나의 격자 패턴으로 단순화하여 격자 패턴의 정밀도를 높이고 노이즈를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 마크의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 오버레이 마크의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제2 오버레이 마크의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 B-B 단면도이다.
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 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 마크의 평면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 제1 오버레이 마크의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 제2 오버레이 마크의 평면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 A-A 단면도이며, 도 5는 도 1에 도시된 오버레이 마크의 B-B 단면도이다.
도 1은 제1 오버레이 마크(100)와 제2 오버레이 마크(200)가 정렬된 상태의 오버레이 마크(10)를 나타낸다. 제1 오버레이 마크(100)는 제1 패턴 층(도 1에서는 아래층)과 함께 형성되며, 제2 오버레이 마크(200)는 제2 패턴 층(도 1에서는 위층)과 함께 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 오버레이 마크(100)는 한 쌍의 제1 격자 패턴(110)들을 구비한다. 한 쌍의 제1 격자 패턴(110)들은 제1 오버레이 마크(100)의 대칭 중심(C1)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다.
제1 격자 패턴(110)은 제1 방향(도 2에서는 X축 방향)을 따라서 제1 피치(P1)를 가진다. 제1 격자 패턴(110)은 복수의 얇은 제1 바(112)들을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 오버레이 마크(200)는 한 쌍의 제2 격자 패턴(210)들과 한 쌍의 제3 격자 패턴(220)들을 구비한다. 한 쌍의 제2 격자 패턴(210)들은 제2 오버레이 마크(200)의 대칭 중심(C2)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다. 한 쌍의 제3 격자 패턴(220)들도 제2 오버레이 마크(200)의 대칭 중심(C2)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다.
제2 격자 패턴(210)과 제3 격자 패턴(220)은 서로 나란하게 배치된다. 제2 격자 패턴(210)은 제2 오버레이 마크(200)의 중심부에 배치되며, 제3 격자 패턴(220)의 바깥쪽에 배치된다. 제2 격자 패턴(210)과 제3 격자 패턴(220)은 각각 제1 격자 패턴(110)의 일부와 중첩된다. 제2 격자 패턴(210)과 제3 격자 패턴(220)은 대체로 제1 격자 패턴(110)의 외곽에 의해서 정의되는 구간 내부에 배치된다.
제2 격자 패턴(210)은 X축 방향을 따라서 제2 피치(P2)를 가진다. 제2 격자 패턴(210)은 복수의 얇은 제2 바(212)들을 포함한다. 제2 피치(P2)는 제1 피치(P1)와 다르다.
제3 격자 패턴(220)은 X축 방향을 따라서 제3 피치(P3)를 가진다. 제3 격자 패턴(220)은 복수의 얇은 제3 바(222)들을 포함한다. 제3 피치(P3)는 제1 피치(P1)와 다르며, 제2 피치(P2)와도 다르다.
제2 격자 패턴(210)을 구성하는 제2 바(212)의 길이와 제3 격자 패턴(220)을 구성하는 제3 바(222)의 길이의 합은 제1 격자 패턴(110)을 구성하는 제1 바(112)의 길이에 비해서 작은 값을 갖는다.
제3 피치(P3)와 제2 피치(P2) 중에서 하나는 제1 피치(P1)에 비해서 크고 나머지 하나는 제1 피치(P1)에 비해서 작은 것이 바람직하다.
도 4와 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제2 피치(P2)가 제1 피치(P1)에 비해서 작고, 제3 피치(P3)가 제1 피치(P1)에 비해서 크다. 반대로 형성할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 서로 겹쳐진 제1 격자 패턴(110)과 제2 격자 패턴(210) 위에 빛을 조사하면, 주기적인 패턴을 겹칠 때 발생하는 간섭현상에 의해서, 제1 모아레 패턴(M1)이 형성된다. 제1 모아레 패턴(M1)들은 제1 대칭 중심(COS1)을 구비한다. 제1 모아레 패턴(M1)들은 제1 대칭 중심(COS1)을 기준으로 180도 회전 대칭이다.
이때, 제1 모아레 패턴(M1)의 피치(PM1)는 아래의 수학식 1과 같이, 제1 격자 패턴(110)의 피치(P1)와 제2 격자 패턴(210)의 피치(P2)에 의해서 결정된다. 수학식 1에서 알 수 있듯이, 제1 모아레 패턴(M1)의 피치(PM1)는 제1 격자 패턴(110)의 피치(P1)와 제2 격자 패턴(120)의 피치(P2)에 비해서 훨씬 큰 값이 된다.
Figure 112022108767209-pat00001
여기서 제1 모아레 패턴(M1)의 피치(PM1)는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 크며, 제1 격자 패턴(110)의 피치(P1)와 제2 격자 패턴(210)의 피치(P2)는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 작은 것이 바람직하다. 격자 패턴(110, 210), 특히, 위층인 제2 격자 패턴(210)에서 반사된 빛에 의한 간섭 등의 영향에 의해서 모아레 패턴(M1)에 노이즈가 생기는 것을 최소화하기 위함이다.
그리고 제1 격자 패턴(110)에 대한 제2 격자 패턴(210)의 격자 요소(바들)의 배열 방향(본 실시예에서는 X축 방향)으로의 상대 이동은 제1 모아레 패턴(M1)의 이동을 일으킨다. 그리고 제2 격자 패턴(210)의 상대 이동 거리와 제1 모아레 패턴(M1)의 이동 거리의 비인 제1 모아레 게인(GM1)은 아래의 수학식 2에 의해서 결정된다.
Figure 112022108767209-pat00002
수학식 2에서 알 수 있듯이, 제2 격자 패턴(210)이 조금만 이동하여도 제1 모아레 패턴(M1)은 상대적으로 훨씬 긴 거리를 이동하게 된다. 따라서 미세한 오버레이 오차도 모아레 패턴의 이미지를 통해서 측정할 수 있다.
본 실시예에서 제1 피치(P1)는 제2 피치(P2)에 비해서 크므로, 제1 모아레 게인(GM1)은 양수가 된다. 즉, 제1 모아레 패턴(M1)은 제2 격자 패턴(210)의 이동 방향과 같은 방향으로 이동한다.
그리고 제1 격자 패턴(110)과 제3 격자 패턴(220)은 제2 모아레 패턴(M2)을 형성한다. 제2 모아레 패턴(M2)들은 제2 대칭 중심(COS2)을 구비한다. 제2 모아레 패턴(M2)들은 제2 대칭 중심(COS2)을 기준으로 180도 회전 대칭이다.
제2 모아레 패턴(M2)의 피치(PM2)는 아래의 수학식 3과 같이, 제1 격자 패턴(110)의 피치(P1)와 제3 격자 패턴(220)의 피치(P3)에 의해서 결정된다.
Figure 112022108767209-pat00003
그리고 제3 격자 패턴(220)의 상대 이동 거리와 제2 모아레 패턴(M2)의 이동 거리의 비인 제2 모아레 게인(GM2)은 아래의 수학식 4에 의해서 결정된다.
여기서 제2 모아레 패턴(M2)의 피치(PM2)는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 크며, 제3 격자 패턴(210)의 피치(P3)는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 작은 것이 바람직하다. 격자 패턴에서 반사된 빛에 의한 간섭 등의 영향에 의해서 모아레 패턴에 노이즈가 생기는 것을 최소화하기 위함이다.
Figure 112022108767209-pat00004
수학식 4에서 알 수 있듯이, 제3 격자 패턴(220)이 조금만 이동하여도 제2 모아레 패턴(M2)은 상대적으로 훨씬 긴 거리를 이동하게 된다. 본 실시예에서 제3 피치(P3)는 제1 피치(P1)에 비해서 크므로, 제2 모아레 게인(GM2)은 음수가 된다. 즉, 제2 모아레 패턴(M2)은 제3 격자 패턴(220)의 이동 방향과 반대 방향으로 이동한다. 따라서 본 실시예에서는 제2 오버레이 마크(200)가 제1 오버레이 마크(100)에 대해서 이동할 때, 제1 모아레 패턴(M1)과 제2 모아레 패턴(M2)이 서로 반대 방향으로 이동한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 정렬시에는 제1 모아레 패턴(M1)들의 대칭 중심(COS1)과 제2 모아레 패턴(M2)들의 대칭 중심(COS1)이 일치한다(중첩된다). 오버레이 마크(10)가 정렬되지 않았을 때에는 제1 모아레 패턴(M1)의 대칭 중심(COS1)과 제2 모아레 패턴(M2)의 대칭 중심(COS2)이 서로 일치하지 않는다.
제1 모아레 패턴(M1)의 대칭 중심(COS1)과 제2 모아레 패턴(M2)의 대칭 중심(COS2)의 제1 방향(X축 방향)으로의 차이를 이용하면 제1 방향으로의 오버레이 오차(△X)를 측정할 수 있다.
도 2와 3에 도시된 바와 같이, 제1 오버레이 마크(100)는 한 쌍의 제4 격자 패턴(120)들을 더 구비한다. 또한, 제2 오버레이 마크(200)는 한 쌍의 제5 격자 패턴(230)들과 한 쌍의 제6 격자 패턴(240)들을 더 구비한다.
제4 격자 패턴(120)들과, 제5 격자 패턴(230)들과, 제6 격자 패턴(240)들은 제2 방향으로의 오버레이 오차(△Y) 측정에 사용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제4 격자 패턴(120)들은 제1 오버레이 마크(100)의 대칭 중심(C1)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다.
제4 격자 패턴(120)은 제2 방향(도 1에서는 Y축 방향)을 따라서 제4 피치(P4)를 가진다. 제4 격자 패턴(120)은 복수의 얇은 제4 바(122)들을 포함한다.
도 1과 2에서는 제4 바(122)들의 폭과 제4 피치(P4)가 제1 바(112)들의 폭과 제1 피치(P1)와 동일한 것으로 도시되어 있으나, 서로 다를 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제5 격자 패턴(230)들은 제2 오버레이 마크의 대칭 중심(C2)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다. 한 쌍의 제6 격자 패턴(240)들도 제2 오버레이 마크의 대칭 중심(C2)을 기준으로 180도 회전 대칭을 이룬다.
제5 격자 패턴(230)과 제6 격자 패턴(240)은 서로 나란하게 배치된다. 제5 격자 패턴(230)은 제2 오버레이 마크(200)의 중심부에 배치되며, 제6 격자 패턴(240)의 바깥쪽에 배치된다. 제5 격자 패턴(230)과 제6 격자 패턴(240)은 각각 제4 격자 패턴(120)의 일부와 중첩된다. 제5 격자 패턴(230)과 제6 격자 패턴(240)은 대체로 제4 격자 패턴(120)의 외곽에 의해서 정의되는 구간 내부에 배치된다.
제5 격자 패턴(230)은 Y축 방향을 따라서 제5 피치(P5)를 가진다. 제5 격자 패턴(230)은 복수의 얇은 제5 바(232)들을 포함한다. 제5 피치(P5)는 제4 피치(P4)와 다르다.
도 1과 3에서는 제5 바(232)들의 폭과 제5 피치(P5)가 제2 바(212)들의 폭과 제2 피치(P2)와 동일한 것으로 도시되어 있으나, 서로 다를 수도 있다.
제6 격자 패턴(240)은 Y축 방향을 따라서 제6 피치(P6)를 가진다. 제6 격자 패턴(240)은 복수의 얇은 제6 바(242)들을 포함한다. 제6 피치(P6)는 제4 피치(P4)와 다르며, 제5 피치(P5)와도 다르다.
도 1과 3에서는 제6 바(242)들의 폭과 제6 피치(P6)가 제3 바(222)들의 폭과 제3 피치(P3)와 동일한 것으로 도시되어 있으나, 서로 다를 수도 있다.
제5 격자 패턴(230)을 구성하는 제5 바(232)의 길이와 제6 격자 패턴(240)을 구성하는 제6 바(242)의 길이의 합은 제4 격자 패턴(120)을 구성하는 제4 바(122)의 길이에 비해서 작은 값을 갖는다.
제5 피치(P5)와 제6 피치(P6) 중에서 하나는 제4 피치(P4)에 비해서 크고 나머지 하나는 제4 피치(P4)에 비해서 작은 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 제5 피치(P5)가 제4 피치(P4)에 비해서 작고, 제6 피치(P6)가 제4 피치(P4)에 비해서 크다. 반대로 형성할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 서로 겹쳐진 제4 격자 패턴(120)과 제5 격자 패턴(230) 위에 빛을 조사하면, 주기적인 패턴을 겹칠 때 발생하는 간섭현상에 의해서, 제3 모아레 패턴(M3)이 형성된다. 제3 모아레 패턴(M3)들은 제3 대칭 중심(COS3)을 구비한다. 제3 모아레 패턴(M3)들은 제3 대칭 중심(COS3)을 기준으로 180도 회전 대칭이다. 제3 대칭 중심(COS3)은 제1 대칭 중심(COS1)과 일치할 수 있다.
이때, 제3 모아레 패턴(M3)의 피치(PM3)는 아래의 수학식 5와 같이, 제4 격자 패턴(120)의 피치(P4)와 제5 격자 패턴(230)의 피치(P5)에 의해서 결정된다. 수학식 5에서 알 수 있듯이, 제3 모아레 패턴(M3)의 피치(PM3)는 제4 격자 패턴(120)의 피치(P4)와 제5 격자 패턴(230)의 피치(P5)에 비해서 훨씬 큰 값이 된다.
Figure 112022108767209-pat00005
여기서 제3 모아레 패턴(M3)의 피치(PM3)는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 크며, 제4 격자 패턴(120)의 피치(P4)와 제5 격자 패턴(220)의 피치(P5)는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 작은 것이 바람직하다. 격자 패턴(120, 230), 특히, 위층인 제5 격자 패턴(230)에서 반사된 빛에 의한 간섭 등의 영향에 의해서 모아레 패턴(M3)에 노이즈가 생기는 것을 최소화하기 위함이다.
그리고 제4 격자 패턴(120)에 대한 제5 격자 패턴(230)의 격자 요소(바들)의 배열 방향(본 실시예에서는 Y축 방향)으로의 상대 이동은 제3 모아레 패턴(M3)의 이동을 일으킨다. 그리고 제5 격자 패턴(230)의 상대 이동 거리와 제3 모아레 패턴(M3)의 이동 거리의 비인 제3 모아레 게인(GM3)은 아래의 수학식 6에 의해서 결정된다.
Figure 112022108767209-pat00006
수학식 6에서 알 수 있듯이, 제5 격자 패턴(230)이 조금만 이동하여도 제3 모아레 패턴(M3)은 상대적으로 훨씬 긴 거리를 이동하게 된다. 따라서 미세한 오버레이 오차도 모아레 패턴의 이미지를 통해서 측정할 수 있다.
그리고 제4 격자 패턴(120)과 제6 격자 패턴(240)은 제4 모아레 패턴(M4)을 형성한다. 제4 모아레 패턴(M4)들은 제4 대칭 중심(COS4)을 구비한다. 제4 모아레 패턴(M4)들은 제4 대칭 중심(COS4)을 기준으로 180도 회전 대칭이다.
제4 모아레 패턴(M4)의 피치(PM4)는 아래의 수학식 7과 같이, 제4 격자 패턴(120)의 피치(P4)와 제6 격자 패턴(240)의 피치(P6)에 의해서 결정된다.
Figure 112022108767209-pat00007
그리고 제6 격자 패턴(240)의 상대 이동 거리와 제4 모아레 패턴(M4)의 이동 거리의 비인 제4 모아레 게인(GM4)은 아래의 수학식 8에 의해서 결정된다.
여기서 제4 모아레 패턴(M4)의 피치(PM4)는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 크며, 제6 격자 패턴(240)의 피치(P6)는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 작은 것이 바람직하다. 격자 패턴에서 반사된 빛에 의한 간섭 등의 영향에 의해서 모아레 패턴에 노이즈가 생기는 것을 최소화하기 위함이다.
Figure 112022108767209-pat00008
수학식 8에서 알 수 있듯이, 제6 격자 패턴(240)이 조금만 이동하여도 제2 모아레 패턴(M4)은 상대적으로 훨씬 긴 거리를 이동하게 된다.
정렬시에는 제3 모아레 패턴(M3)들의 대칭 중심(COS3)과 제4 모아레 패턴(M4)들의 대칭 중심(COS4)이 일치한다(중첩된다). 오버레이 마크(10)가 정렬되지 않았을 때에는 제3 모아레 패턴(M3)의 대칭 중심(COS3)과 제4 모아레 패턴(M4)의 대칭 중심(COS4)이 서로 일치하지 않는다.
제3 모아레 패턴(M3)의 대칭 중심(COS3)과 제4 모아레 패턴(M3)의 대칭 중심(COS4)의 제2 방향(Y축 방향)으로의 차이를 이용하면 제2 방향으로의 오버레이 오차(△Y)를 측정할 수 있다.
이하, 상술한 오버레이 마크(10)를 이용한 오버레이 측정 방법을 설명한다.
오버레이 측정 방법은 오버레이 마크(10)에 의해 형성된 모아레 패턴 이미지를 획득하는 단계와, 모아레 패턴 이미지를 분석하는 단계를 포함한다. 오버레이 마크(10)는 두 개의 연속하는 패턴 층을 형성함과 동시에 형성된다.
모아레 패턴 이미지를 획득하는 단계는 오버레이 측정 장치를 이용하여 제1 내지 제4 모아레 패턴(M1, M2, M3, M4)의 이미지를 한 번에 획득하는 단계이다. 예를 들어, 도 1과 같은 이미지를 획득하는 단계이다.
오버레이 측정 장치는 오버레이 마크를 조명하는 조명광학계와, 오버레이 마크로부터의 반사광을 집광하여 모아레 패턴 이미지를 결상시키는 결상광학계와, 결상광학계에 의해 결상된 모아레 패턴 이미지를 획득하는 이미지 획득 장치를 포함한다. 오버레이 측정 장치는 이미지 획득 장치에 의해 얻어진 모아레 패턴 이미지를 처리하여 복수의 연속하는 패턴 층 사이의 오버레이를 측정할 수 있다.
모아레 패턴 이미지를 분석하는 단계는 획득된 모아레 패턴 이미지에서 제1 모아레 패턴(M1)의 X축 방향 중심과 제2 모아레 패턴(M2)의 X축 방향 중심의 오프셋을 측정하는 단계와, 제3 모아레 패턴(M3)의 Y축 방향 중심과 제4 모아레 패턴(M4)의 Y축 중심의 오프셋을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 모아레 패턴(M1)의 X축 방향 중심과 제2 모아레 패턴(M2)의 X축 방향 중심의 오프셋을 측정하는 단계는 다음과 같은 단계들을 포함할 수 있다.
먼저, 제1 모아레 패턴(M1)의 대칭 중심(COS1)의 X 값과 획득된 모아레 패턴 이미지의 기준점, 예를 들어, 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)의 X 값 사이의 차이를 구한다. COI는 이미지 영역 자체의 중심으로서, 쌍을 이루는 모아레 패턴들의 대칭 중심과는 무관하다. 도 1에서는 편의상 COI가 제1 모아레 패턴(M1)의 대칭 중심(COS1)과 일치하는 것으로 도시하였으나, 대부분 일치하지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 획득된 모아레 패턴 이미지에서 위쪽 하나의 제1 모아레 패턴(M1)의 일부 영역(R1)을 선택한다. 그리고 획득된 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)을 기준으로 180도 대칭이 되는 영역(R2)도 선택한다. 이 영역(R2)은 아래쪽 다른 하나의 제1 모아레 패턴(M1)에 위치한다.
그리고 선택된 두 개의 영역(R1, R2)의 2차원 이미지들을 서로 비교하여, 제1 모아레 패턴(M1)의 중심의 X 값과 획득된 모아레 패턴 이미지(COI)의 중심의 X 값 사이의 차이를 구한다.
다음, 같은 방법으로 제2 모아레 패턴(M2)의 제2 대칭 중심(COS2)의 X 값과 획득된 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)의 X 값 사이의 차이를 구한다.
다음, 앞에서 구한 제1 모아레 패턴(M1)의 제1 대칭 중심(COS1)의 X 값과 획득된 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)의 X 값 사이의 차이 및 제2 모아레 패턴(M2)의 제2 대칭 중심(COS2)의 X 값과 획득된 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)의 X 값 사이의 차이를 이용해서, X 축 방향의 오버레이 값을 구한다.
이 차이 값(△Mx)은 모아레 게인 값에 의해서 확대된 값이므로, 아래의 수학식 9와 같이, 모아레 게인 값으로 나누면 실제 X 축 방향 오버레이 오차(△X)를 구할 수 있다.
Figure 112022108767209-pat00009
여기서 △X는 X축 방향 오버레이 오차이며, △Mx는 제1 대칭 중심(COS1)과 제2 대칭 중심(COS2)의 X축 방향 차이이다. 본 실시예와 같이, 제1 모아레 게인(GM1)과 제2 모아레 게인(GM2)의 부호가 서로 반대일 경우에는 모아레 게인에 의해서 확대되는 비율이 크다는 장점이 있다.
다음, 같은 방법으로, 제3 모아레 패턴(M3)의 제3 대칭 중심(COS3)의 Y 값과 획득된 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)의 Y 값 사이의 차이를 구한다. 그리고 제4 모아레 패턴(M4)의 제4 대칭 중심(COS4)의 Y 값과 획득된 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)의 Y 값 사이의 차이를 구한다.
다음, 앞에서 구한 제3 대칭 중심(COS3)의 Y 값과 획득된 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)의 Y 값 사이의 차이 및 제4 모아레 패턴(M4)의 제4 대칭 중심(COS4)의 Y 값과 획득된 모아레 패턴 이미지의 중심(COI)의 Y 값 사이의 차이를 이용해서, Y 축 방향의 오버레이 값을 구한다. 이 차이 값(△MY)은 모아레 게인 값에 의해서 확대된 값이므로, 아래의 수학식 10과 같이, 모아레 게인 값으로 나누면 실제 Y 축 방향 오버레이 오차(△Y)를 구할 수 있다.
Figure 112022108767209-pat00010
여기서 △Y는 Y축 방향 오버레이 오차이며, △MY는 제3 대칭 중심(COS3)과 제4 대칭 중심(COS4)의 Y축 방향 차이이다.
이하에서는 도 1에 도시된, 오버레이 마크(10)를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 설명한다. 오버레이 마크(10)를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은 오버레이 마크(10)를 형성하는 단계로 시작된다. 두 개의 연속하는 패턴 층을 형성함과 동시에 오버레이 마크(10)를 형성한다.
오버레이 마크(10)를 형성하는 단계는, 스캐너 방식의 노광 장치를 이용하여 오버레이 마크(10)를 형성하는 단계일 수 있다.
다음으로, 오버레이 마크(10)를 이용하여 오버레이 값을 측정한다. 오버레이 값을 측정하는 단계는 상술한 오버레이 측정 방법과 같다.
마지막으로, 측정된 오버레이 값을 두 개의 연속하는 패턴 층 또는 하나의 패턴 층에 따로 형성된 두 개의 패턴을 형성하기 위한 공정제어에 이용한다. 즉, 도출된 오버레이를 공정제어에 활용하여 연속하는 패턴 층 또는 두 개의 패턴이 정해진 위치에 형성되도록 한다.
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 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
M1: 제1 모아레 패턴
M2: 제2 모아레 패턴
M3: 제3 모아레 패턴
M4: 제4 모아레 패턴
COS1: 제1 대칭 중심
COS2: 제2 대칭 중심
10: 오버레이 마크
100: 제1 오버레이 마크
110: 제1 격자 패턴
120: 제4 격자 패턴
200: 제2 오버레이 마크
210: 제2 격자 패턴
220: 제3 격자 패턴
230: 제5 격자 패턴
240: 제6 격자 패턴

Claims (9)

  1. 두 개 이상의 패턴 층들 사이의 상대적 엇갈림을 결정하는, 이미지 기반 오버레이 측정용 오버레이 마크로서,
    제1 패턴 층과 함께 형성되며, 제1 방향을 따라서 제1 피치를 가지며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제1 격자 패턴들을 포함하는 제1 오버레이 마크와,
    제2 패턴 층과 함께 형성되며, 상기 제1 방향을 따라서 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 가지며, 상기 제1 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제2 격자 패턴들과, 상기 제1 방향을 따라서 상기 제1 피치 및 상기 제2 피치와 다른 제3 피치를 가지며, 상기 제1 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제3 격자 패턴들을 포함하는 제2 오버레이 마크를 포함하며,
    중첩된 상기 제1 격자 패턴들과 상기 제2 격자 패턴들은 제1 대칭 중심(COS1)을 기준으로 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제1 모아레 패턴들을 형성하며,
    중첩된 상기 제1 격자 패턴들과 상기 제3 격자 패턴들은 제2 대칭 중심(COS2)을 기준으로 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제2 모아레 패턴들을 형성하며,
    상기 제1 격자 패턴은 복수의 제1 바들을 포함하고, 상기 제2 격자 패턴은 복수의 제2 바들을 포함하고, 상기 제3 격자 패턴은 복수의 제3 바들을 포함하며,
    상기 제1 바의 길이는 상기 제2 바의 길이와 상기 제3 바의 길이의 합 이상이며,
    오버레이 오차가 0일 때, 상기 제1 대칭 중심(COS1)과 상기 제2 대칭 중심(COS2)은 일치하며, 상기 제1 대칭 중심(COS1)과 상기 제2 대칭 중심(COS2)의 상기 제1 방향으로의 오차는 상기 제1 패턴 층과 상기 제2 패턴 층 사이의 상기 제1 방향으로의 오버레이 오차를 나타내는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 격자 패턴과 상기 제3 격자 패턴은 나란히 배치되는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피치와 상기 제3 피치 중 하나는 상기 제1 피치에 비해서 크며, 나머지 하나는 상기 제1 피치에 비해서 작은 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모아레 패턴들과, 상기 제2 모아레 패턴들의 피치는 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 크며,
    상기 제1 내지 제3 격자 패턴들의 피치는 상기 오버레이 측정 장치의 광학 해상도보다 작은 것을 특징으로 하는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 오버레이 마크는,
    상기 제1 패턴 층과 함께 형성되며, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라서 제4 피치를 가지며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제4 격자 패턴들을 더 포함하며,
    상기 제2 오버레이 마크는,
    상기 제2 패턴 층과 함께 형성되며, 상기 제2 방향을 따라서 상기 제4 피치와 다른 제5 피치를 가지며, 상기 제4 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제5 격자 패턴들과, 상기 제2 방향을 따라서 상기 제4 피치 및 상기 제5 피치와 다른 제6 피치를 가지며, 상기 제4 격자 패턴의 일부와 중첩되며, 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제6 격자 패턴들을 더 포함하며,
    중첩된 상기 제4 격자 패턴들과 상기 제5 격자 패턴들은 제3 대칭 중심(COS3)을 기준으로 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제3 모아레 패턴들을 형성하며,
    중첩된 상기 제4 격자 패턴들과 상기 제6 격자 패턴들은 제4 대칭 중심(COS4)을 기준으로 180도 회전 대칭인 한 쌍의 제4 모아레 패턴들을 형성하며,
    오버레이 오차가 0일 때, 상기 제3 대칭 중심(COS3)과 상기 제4 대칭 중심(COS4)은 일치하며, 상기 제3 대칭 중심(COS3)과 상기 제4 대칭 중심(COS4)의 상기 제2 방향으로의 오차는 상기 제1 패턴 층과 상기 제2 패턴 층 사이의 상기 제2 방향으로의 오버레이 오차를 나타내는 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크.
  6. 복수의 연속하는 패턴 층 사이의 오버레이를 측정하는 방법으로서,
    복수의 연속하는 패턴 층에 패턴을 형성함과 동시에 형성된 오버레이 마크에 의해 형성된 모아레 패턴 이미지를 획득하는 단계와,
    상기 모아레 패턴 이미지를 분석하는 단계를 포함하며,
    상기 오버레이 마크는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크인 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  7. 반도체 소자의 제조 방법으로서,
    복수의 연속하는 패턴 층을 형성함과 동시에 오버레이 마크를 형성하는 단계와,
    상기 오버레이 마크를 이용하여 오버레이 값을 측정하는 단계와,
    측정된 오버레이 값을 복수의 연속하는 패턴 층을 형성하기 위한 공정제어에 이용하는 단계를 포함하며,
    상기 오버레이 마크는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 복수의 연속하는 패턴 층을 형성함과 동시에 형성된 오버레이 마크를 조명하는 조명광학계와, 상기 오버레이 마크로부터의 반사광을 집광하여 모아레 패턴 이미지를 결상시키는 결상광학계와, 상기 결상광학계에 의해 결상된 상기 모아레 패턴 이미지를 획득하는 이미지 획득 장치를 포함하며, 상기 이미지 획득 장치에 의해 얻어진 상기 모아레 패턴 이미지를 처리하여 복수의 연속하는 패턴 층 사이의 오버레이를 측정하는 오버레이 측정 장치로서,
    상기 오버레이 마크는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 모아레 패턴을 형성하는 오버레이 마크인 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 장치.
  9. 삭제
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100225230B1 (ko) * 1995-11-20 1999-10-15 포만 제프리 엘 리소그래피 공정에 의해 형성된 기판내의 바이어스 또는 오버레이 에러를 결정하기 위한 타겟
KR20000006182A (ko) 1998-06-15 2000-01-25 칼 하인쯔 호르닝어 물결무늬패턴을사용한오버레이측정법
KR20060110940A (ko) * 2005-04-21 2006-10-26 삼성전자주식회사 반도체 장치의 오버레이 마크 및 그 형성 방법
KR101604789B1 (ko) 2014-03-24 2016-03-21 주식회사 오로스테크놀로지 오버레이 마크 이미지의 중심점을 찾는 방법
JP2020112807A (ja) 2000-08-30 2020-07-27 ケーエルエー−テンカー・コーポレーションＫｌａ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 重ね合わせマーク、重ね合わせマークの設計方法および重ね合わせ測定の方法
KR20200096843A (ko) * 2018-01-17 2020-08-13 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 타겟 측정 방법, 및 계측 장치
US20210072650A1 (en) 2019-09-11 2021-03-11 Kla Corporation Imaging Overlay Targets Using Moire Elements and Rotational Symmetry Arrangements
KR102440758B1 (ko) * 2021-08-17 2022-09-06 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 마크 및 이를 이용한 오버레이 측정방법 및 반도체 소자의 제조방법
KR20220137370A (ko) * 2021-04-02 2022-10-12 주식회사 미르기술 복수의 홀로그램 소자를 이용한 비전 검사 장치 및 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100715280B1 (ko) 2005-10-01 2007-05-08 삼성전자주식회사 오버레이 키를 이용하는 오버레이 정밀도 측정 방법
EP3336607A1 (en) 2016-12-16 2018-06-20 ASML Netherlands B.V. Method of measuring a property of a substrate, inspection apparatus, lithographic system and device manufacturing method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100225230B1 (ko) * 1995-11-20 1999-10-15 포만 제프리 엘 리소그래피 공정에 의해 형성된 기판내의 바이어스 또는 오버레이 에러를 결정하기 위한 타겟
KR20000006182A (ko) 1998-06-15 2000-01-25 칼 하인쯔 호르닝어 물결무늬패턴을사용한오버레이측정법
JP2020112807A (ja) 2000-08-30 2020-07-27 ケーエルエー−テンカー・コーポレーションＫｌａ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 重ね合わせマーク、重ね合わせマークの設計方法および重ね合わせ測定の方法
KR20060110940A (ko) * 2005-04-21 2006-10-26 삼성전자주식회사 반도체 장치의 오버레이 마크 및 그 형성 방법
KR101604789B1 (ko) 2014-03-24 2016-03-21 주식회사 오로스테크놀로지 오버레이 마크 이미지의 중심점을 찾는 방법
KR20200096843A (ko) * 2018-01-17 2020-08-13 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 타겟 측정 방법, 및 계측 장치
US20210072650A1 (en) 2019-09-11 2021-03-11 Kla Corporation Imaging Overlay Targets Using Moire Elements and Rotational Symmetry Arrangements
KR20220062348A (ko) * 2019-09-11 2022-05-16 케이엘에이 코포레이션 모아레 요소 및 회전 대칭 배열을 사용한 오버레이 타겟 이미징
KR20220137370A (ko) * 2021-04-02 2022-10-12 주식회사 미르기술 복수의 홀로그램 소자를 이용한 비전 검사 장치 및 방법
KR102440758B1 (ko) * 2021-08-17 2022-09-06 (주)오로스 테크놀로지 오버레이 마크 및 이를 이용한 오버레이 측정방법 및 반도체 소자의 제조방법

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