KR100298189B1 - 미스얼라인측정을위한중첩마크및방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정 및 렌즈에 의존성을 적게 갖는 미스얼라인 측정을 위한 측정 마크 및 방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명의 중첩마크는, 반도체 소자 제조 공정에서 전 공정단계의 패턴과 현 공정단계의 패턴 사이에서 발생되는 미스얼라인을 측정하기 위한 중첩 마크에 있어서, 상기 전 공정 단계에서 형성되며, 제1크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제1라인패턴 및 제1스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 모버니어; 및 상기 현 공정 단계에서 상기 모버니어에 중첩되어 형성되며, 상기 제1크기보다 적은 제2크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제2라인패턴 및 제2스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 자버니어를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조 공정 중 미스얼라인(즉, 중첩정확도) 측정을 위한 중첩 마크 및 방법에 관한 것으로, 특히 2차원적인 형상을 갖는 중첩마크를 사용한 미스얼라인 측정 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 소자 제조 공정중 하부층과 상부층 간의 중첩정확도를 측정하기 위하여 모버니어와 자버니어로 구성된 중첩 마크를 형성하고 있다. 이 중첩 마크는 실제 소자의 회로를 구성하는 다이의 빈구석 또는 상기 다이의 외곽에 위치한 스크라이브 라인 영역 등에 형성되게 된다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하여 종래기술에 따른 중첩 마크의 구조 및 그를 사용한 중첩정확도 측정 방법을 살펴본다.
먼저, 도 1a 및 도 1b는 각각 중첩 마크의 평면도 및 단면도로서, 통상 박스-인- 박스(Box In Box)라고 불리우는 중첩 마크를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 이전 공정 단계에서 먼저 외부박스(11)를 형성하기 위하여 제1패턴(11a)을 형성한 다음, 현 공정 단계에서 상기 외부박스(11) 내에 내부박스(12)를 형성하기 위하여 제2 패턴(12a)을 형성하게 된다. 제1패턴(11a) 및 제2패턴(12a)의 에지에 의해 외부박스(11)와 내부박스(12)는 정의된다.
이어서, 도 1c와 같이, 상기와 같은 중첩 마크를 형성한 다음, 중첩정확도 측정 장비를 사용하여 상기 마크에서 신호(13)를 얻고 이 신호(13)를 분석함으로써중첩정확도를 측정하게 된다. 예컨대, 내부박스(12a)가 도 1b에서 어느 한쪽으로 치우쳤을 경우 제1 및 제2 패턴의 각 에지에서 발생되는 신호 피치의 간격이 틀려지므로 이를 계산하여 상부층과 하부층 간의 정렬이 어느 정도 어긋났다는 것을 판단할 수 있다.
그러나, 이때 마크의 경계부위, 즉 제1패턴(11a) 및 제2패턴(12a)의 에지가 매끈하지 못한 경우 중첩정확도의 측정이 정확하게 이루어지기 어렵다. 실제로 메탈층이 전 공정인 경우 메탈 증착 조건에 따라 마크의 경계는 직선으로부터 상당히 벗어날 수 있는데, 이는 메탈층이 포토리소그래피 공정의 노광 공정시의 빛 반사도가 크기 때문이다. 물론 메탈층 상에 반사방지를 위한 층을 별도로 형성하고 있지만 반사강도를 줄일 수는 있어도 완전히 없애기는 어렵다.
따라서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 특히 메탈 공정에서 형성된 외부박스(21)의 경우는 그 형상이 상당히 변형되어 있어 내부박스(22)와의 중첩정확도 측정이 매우 어려우며, 심지어는 중첩정확도의 측정 자체가 불가능하게 된다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 노광장치의 렌즈 특성이나 결함 등에 기인되는 마크의 변형이 발생될 수 있다. 예컨대 렌즈의 코마(Coma)가 존재하는 경우에 외부박스(21) 또는 내부박스(22)는 좌우의 라인 또는 상하의 라인 폭에 차이를 나타내고 이렇게 변형된 중첩 마크에 의해 측정 오차가 발생되게 된다.
앞서 언급한 바와 같이 종래에는 중첩정확도의 측정이 공정 및 렌즈에 상당한 의존성을 갖게 되는 바, 본 발명은 공정 및 렌즈에 의존성을 적게 갖는 미스얼라인 측정을 위한 측정 마크 및 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 중첩 마크의 평면도 및 단면도.
도 1c는 종래의 중첩마크에 의해 측정된 신호 파형도.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래 중첩마크의 변형을 나타내는 개략도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 모버니어 및 자버니어의 구조를 나타내는 평면도.
도 4a는 본 발명의 모버니어 및 자버니어가 정얼라인된 경우의 평면도.
도 4b는 본 발명의 모버니어 및 자버니어가 미스얼라인된 경우의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
300 : 모버니어 350 : 자버니어
302 : 모버니어의 라인패턴 304 : 모버니어의 스페이스패턴
352 : 자버니어의 라인패턴 354 : 자버니어의 스페이스패턴
중첩정확도의 측정이 공정 및 렌즈에 상당한 의존성을 갖게된 이유는 중첩정확도 측정 부위가 마크의 경계(즉, 패턴의 에지)가 되는 부위로 한정되기 때문이며, 이는 근본적으로 중첩 마크의 모양에 기인한다. 따라서, 본 발명은 중첩정확도 측정부위를 마크의 경계에 한정시키지 않기 위하여 중첩 마크의 모양을 2차원적인 버니어 형태로 형성하는 것이다.
이를 위한 본 발명의 중첩 마크는, 반도체 소자 제조 공정에서 전 공정단계의 패턴과 현 공정단계의 패턴 사이에서 발생되는 미스얼라인을 측정하기 위한 중첩 마크에 있어서, 상기 전 공정 단계에서 형성되며, 제1크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제1라인패턴과 제1스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 모버니어; 및 상기 현 공정 단계에서 상기 모버니어에 중첩되어 형성되며, 상기 제1크기보다 적은 제2크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제2라인패턴과 제2스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 자버니어를 포함하여 이루어진다.
여기서 바람직하게 상기 제1라인패턴과 상기 제1스페이스패턴은 서로 동일한 다각형 패턴이고, 상기 제2라인패턴과 상기 제2스페이스패턴은 서로 동일한 다각형 패턴이다.
또한, 본 발명의 미스얼라인 측정 방법은, 반도체 소자 제조 공정에서 전 공정단계의 패턴과 현 공정단계의 패턴 사이에서 발생되는 미스얼라인을 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 전 공정 단계에서 제1크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제1라인패턴과 제1스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 모버니어를 형성하는 제1단계; 상기 현 공정 단계에서 상기 모버니어에 중첩되며, 상기 제1크기보다 적은 제2크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제2라인패턴과 제2스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 자버니어를 형성하는 제2단계; 및 상기 자버니어와 상기 모버니어의 미스얼라인을 이미지 프로세싱에 의해 측정하는 제3단계를 포함하여 이루어진다. ]
여기서 상기 제3단계는 가장 밝은 영역 또는 가장 어두운 영역의 중심점을 이미지 프로세싱에 의해 측정하고 그 중심점이 상기 모버니어 또는 자 버니어의 중심점과 불일치되는 정도를 측정하므로서 미스얼라인 정도를 측정하는 것이다.
또한, 바람직하게 상기 제3단계는 상기 중첩된 모버니어 및 자버니어의 이미지 밝기가 최고 또는 최저인 지점을 알아내기 위해서 동급의 밝기를 나타내는 영역들의 각 중심들로부터 평균 중심점을 계산하는 단계; 및 상기 평균중심점과 상기 모버니어 또는 자 버니어의 중심점과 불일치되는 정도를 측정하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 모버니어(300)와 자버니어(350)의 구조를 각각 나타낸다. 모버니어(300)는 전 공정에서 형성된 마크이고 자버니어(350)는 현 공정에서 형성된 마크이다. 모버니어(300) 상에 자버니어(350)는 중첩되어 형성된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 모버니어(300)는 가로 및 세로 20μm 내에 x축 및 y축 방향으로 각 10개씩의 라인(line)(302) 및 스페이스(space)(304)가 각각 1μm로 반복되어 어레이된 구조를 갖는다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 자버니어(350)는 가로 및 세로 18μm 내에 x축 및 y축 방향으로 각 10개씩의 라인(352) 및 스페이스(354)가 각각 0.9μm로 반복되어 어레이된 구조를 갖는다.
본 실시예에서 각 치수는 버니어(마크)가 형성될 다이의 빈영역 또는 스크라이브 라인 영역의 크기를 고려하여 결정할 수 있는 바, 단지 모버니어는 자버니어 보다 넓은 영역에서 서로 동일 크기의 라인 및 스페이스가 어레이되어야 한다.
한편 도 3a 및 도 3b에서 x축 및 y축은 모버니어(300) 및 자버니어(350)의 중심을 나타내기 위한 가상선이다.
도 4a 및 도 4b는 공정 진행에 의해 상기 모버니어(300)와 상기 자버니어(350)가 서로 중첩된 상태를 나타내는 것으로, 도 4a의 경우는 미스얼라인이 없이 전 공정과 후공정에서의 각 패턴들이 정 얼라인 되어, 상기 모버니어(300)와 상기 자버니어(350)의 각 중심점이 일치할 때이고, 도 4b의 경우는 미스얼라인이 발생하였을 경우로서 상기 모버니어(300)와 상기 자버니어(350)의 각 중심점이 일치하지 않을 때이다.
도 4a를 참조하면, 정 얼라인이 발생할 경우로서, 상기 모버니어(300)와 상기 자버니어(350)의 각 중심점 근방에서 상기 모버니어(300)의 라인(302)에 상기 자버니어(350)의 라인(352)이 완전히 중첩됨으로 이 부분이 가장 밝게 보이게 된다.
밝기가 가장 큰 영역의 중심점이 상기 모버니어(300)와 상기 자버니어(350)의 각 중심점과 일치하므로 정 얼라인이 발생된 것이다.
도 4b를 참조하면, 미스얼라인이 발생할 경우로서, 상기 모버니어(300)와 상기 자버니어(350)의 각 중심점에서 어긋난 부위에서 가장 밝은 영역의 중심이 나타나게 된다.
도 4b의 경우는 y축 방향으로 3μm만큼 미스얼라인이 발생된 경우이다.
한편, 각 버니어의 라인 및 스페이스의 위치가 뒤바뀌었다면 밝기가 가장 큰 영역의 중심점을 측정하는 것이 아니라 밝기가 가장 어두운 영역의 중심점을 측정하여야 할 것이다. ]
또한, 마크 이미지상 밝기가 최고인 지점을 알아내기 위해서 동급의 밝기를 나타내는 부위를 연결하고 이렇게 연결된 원들의 각 중심 평균값을 계산하면 된다.
결국, 본 발명의 중첩정학도 측정 마크는 가장 밝은 부분 또는 가장 어두운 부분의 중심점을 이미지 프로세싱에 의해 측정하고 그 중심점이 각 버니어의 중심점과 불일치되는 정도를 측정하므로서 미스얼라인 정도를 측정할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 종래에는 중첩정확도 측정 부위가 1차원적인 마크의 경계(즉, 패턴의 에지)가 되는 부위로 한정되기 때문에 공정 및 렌즈의 특성에 매우 큰 영향을 받는데, 본 발명은 중첩정확도 측정부위를 마크의 경계에 한정시키지 않기 위하여 중첩정확도 측정 마크의 모양을 2차원적인 버니어 형태로 형성한 것으로, 중첩정확도의 측정이 공정 및 렌즈에 의존성을 매우 적게 갖게 되어, 특히 메탈 공정에서도 정확한 중첩정확도를 측정 가능하다.
Claims (5)
- 반도체 소자 제조 공정에서 전 공정단계의 패턴과 현 공정단계의 패턴 사이에서 발생되는 미스얼라인을 측정하기 위한 중첩 마크에 있어서,상기 전 공정 단계에서 형성되며, 제1크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제1라인패턴과 제1스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 모버니어; 및상기 현 공정 단계에서 상기 모버니어에 중첩되어 형성되며, 상기 제1크기보다 적은 제2크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제2라인패턴과 제2스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 자버니어를 포함하여 이루어진 중첩 마크.
- 제1항에 있어서,상기 제1라인패턴과 상기 제1스페이스패턴은 서로 동일한 다각형 패턴이고, 상기 제2라인패턴과 상기 제2스페이스패턴은 서로 동일한 다각형 패턴인 중첩 마크.
- 반도체 소자 제조 공정에서 전 공정단계의 패턴과 현 공정단계의 패턴 사이에서 발생되는 미스얼라인을 측정하기 위한 방법에 있어서,상기 전 공정 단계에서 제1크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제1라인패턴과 제1스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 모버니어를 형성하는 제1단계;상기 현 공정 단계에서 상기 모버니어에 중첩되며, 상기 제1크기보다 적은 제2크기의 영역내에 서로 동일한 사이즈 및 개수를 갖는 제2라인패턴과 제2스페이스패턴이 교대로 반복되어 어레이된 자버니어를 형성하는 제2단계; 및상기 자버니어와 상기 모버니어의 미스얼라인을 이미지 프로세싱에 의해 측정하는 제3단계를 포함하여 이루어진 미스얼라인 측정 방법.
- 제3항에 있어서,상기 제3단계는 가장 밝은 영역 또는 가장 어두운 영역의 중심점을 이미지 프로세싱에 의해 측정하고 그 중심점이 상기 모버니어 또는 자 버니어의 중심점과 불일치되는 정도를 측정하므로서 미스얼라인 정도를 측정하는 미스얼라인 측정 방법.
- 제3항에 있어서,상기 제3단계는,상기 중첩된 모버니어 및 자버니어의 이미지 밝기가 최고 또는 최저인 지점을 알아내기 위해서 동급의 밝기를 나타내는 영역들의 각 중심들로부터 평균 중심점을 계산하는 단계; 및상기 평균중심점과 상기 모버니어 또는 자 버니어의 중심점과 불일치되는 정도를 측정하는 단계를 포함하는 미스얼라인 측정 방법.
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- 1998-06-16 KR KR1019980022479A patent/KR100298189B1/ko not_active IP Right Cessation
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