KR100321442B1 - 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 공정의 포토 공정에서 보다 더 많은 샷에 대한 오버레이를 보다 더 빠른 시간 내에 측정할 수 있도록 하는 오버레이 측정 방법에 관한 것으로, 오버레이 측정을 위한 각기 다른 형태의 제 1 및 제 2, 제 3, 제 4 오버레이 마크를 포함하는 레티클을 이용하여 상호 인접하는 네 개의 샷(shot)에 의해 하나의 측정용 오버레이 패턴을 형성하게 된다. 구체적으로, 레티클에 형성된 오버레이 패턴을 웨이퍼 상에 샷 단위로 노광하여 각 오버레이 마크에 대응하는 제 1 및 제 2, 제 3, 제 4 오버레이 패턴을 형성하는 제 1 단계; 각 오버레이 패턴중 2개의 오버레이 패턴과 레티클 상의 각 오버레이 마크중 두 개의 오버레이 마크를 중첩하여 인접하는 다음 샷에 대한 노광을 수행하는 제 2 단계; 제 2 단계를 반복 수행하여 웨이퍼 상의 모든 샷에 대한 오버레이 패턴을 형성하는 제 3 단계; 모든 샷에 대한 오버레이 패턴이 형성되면, 웨이퍼 상에 형성된 다수의 측정용 오버레이 패턴중 n개의 측정용 오버레이 패턴을 이용하여 후속하는 다음 층과의 오버레이 상태를 측정하는 제 4 단계를 포함하므로써, 보다 더 정확한 오버레이 측정은 물론 오버레이 측정 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있으며, 그로 인해 반도체 장치의 제조 공정에 대한 전반적인 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 장치의 제조 공정에서 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위한 포토 공정에서 각 레이어(layer : 층)의 오버레이를 측정하는 오버레이 측정 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이 반도체 제조 공정중 포토 공정은 웨이퍼 상에 실제로 필요한 회로를 포토 레지스트(photo resist)를 이용하여 그리는 공정으로서, 설계하고자 하는 회로 패턴이 그려진 포토 마스크 또는 레티클(photo mask 또는 reticle)에 빛을 조사하여 웨이퍼 상에 도포된 포토 레지스트를 감광시키므로써 원하는 패턴을 웨이퍼 상에 형성할 수 있게 된다.
그리고, 이러한 포토 공정을 진행중에 수행되는 오버레이는 반도체 장치 내의 각 층을 형성하는 과정에서, 각 층에서 형성되는 패턴을 정확히 맞추어 쌓기 위한 것으로서, 이는 포토 공정에 있어서 중요한 공정중 하나이다. 즉, 상위 층으로 진행해 가면서 각 층 간의 오버레이 공정 마진(margin)이 실제 반도체 소자의 특성에 상당한 영향을 미치게 된다. 특히, 최근 들어 포토 리소그래피(photo lithography) 기술의 향상으로 패턴의 크기가 점차 축소되면서 오버레이 마진 또한 상당한 정밀도를 요구하게 된다.
한편, 이와 관련하여 도 1은 종래의 일반적인 반도체 제조 공정에서 오버레이 측정을 위해 사용되는 오버레이 마크를 예시적으로 도시한 도면으로서, 동도면에 도시한 바와 같이, 종래의 일반적인 오버레이 마크는 한 변이 20∼30㎛의 외부 박스(outer box)(12)와, 한 변이 10∼20㎛의 내부 박스(inner box)(11)로 이루어져있으며, 각 박스(10),(20)의 바(bar)의 폭은 2㎛이다.
외부 박스(12)는 패터닝 공정의 제 1 층의 레티클 스크라이브 라인(도시 생략됨)내에 전사되고, 내부 박스(11)는 제 2 층의 레티클 스크라이브 라인(도시 생략됨)내에 전사되는데, 변위 측정은 이러한 내부 및 외부 박스(11),(12)의 정렬 상태가 동일한 비율로 전사되는지를 검사하는 것이다.
즉, 내부 박스(11)와 외부 박스(12)를 오버랩(over-lap)시키면, 도시한 바와 같이, 크기가 작은 내부 박스(11)가 외부 박스(12) 내부에 포함되는 바, 외부 박스(12)의 바 안쪽과 내부 박스(11)의 바 바깥쪽간의 거리 비율을 측정하여 오버레이에 따른 패턴 변위를 측정할 수 있다.
이러한 오버레이 마크를 이용하여 하나의 층에 대한 오버레이 상태를 판단하는 종래의 오버레이 측정 방법에서는 웨이퍼 상의 각 샷(shot)에 대한 노광을 수행하여 각 샷에 포함된 각각의 칩에 대한 패턴을 형성한 다음 하나의 층에 대한 패터닝이 종료되면, 소정의 샷(예를 들어, 9 샷)에 대해서만 오버레이를 측정하므로써 해당 층에 대한 오버레이 상태를 판별하였다.
이때, 하나의 샷 내에는 도 1에 도시된 바와 같은 오버레이 마크가 4개씩 존재하기 때문에 하나의 층에 대한 오버레이 상태를 판별하기 위해서는 9×4=36개의 오버레이 마크에 대한 외부 박스 및 내부 박스간의 거리를 측정하게 된다.
따라서, 이러한 종래의 오버레이 측정 방법에서는, 36번의 연산 과정이 수행하기 때문에 그 만큼 많은 시간이 소요되며, 웨이퍼 상에 형성된 다수의 칩에 대한 다수의 샷중에서 소정 갯수의 샷(통상적으로 9샷)에 대한 오버레이만을 측정하기때문에 소요되는 시간에 비해 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
만일, 이러한 오버레이 측정을 보다 더 빠른 시간 내에 보다 더 많은 샷에 대해서 측정할 수 있게 된다면, 오버레이 측정에 따른 효율성을 향상시킬 수 있게 될 것이다.
따라서, 본 발명은 상기한 점에 착안하여 안출한 것으로, 보다 더 많은 샷에 대한 오버레이를 보다 더 빠른 시간 내에 측정할 수 있는 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레티클에 형성된 패턴을 웨이퍼 상에 노광하여 반도체 장치에 대한 다수의 층을 형성하는 과정에서 각 층에 대한 패턴의 정확한 적층 여부를 검출하는 오버레이 측정 방법에 있어서, 상기 레티클은, 상기 오버레이 측정을 위한 각기 다른 형태의 제 1 및 제 2, 제 3, 제 4 오버레이 마크를 포함하고, 상기 오버레이 마크는 상호 인접하는 네 개의 샷(shot)에 의해 하나의 측정용 오버레이 패턴을 형성하며, 상기 방법은: 상기 레티클에 형성된 상기 오버레이 패턴을 상기 웨이퍼 상에 샷 단위로 노광하여 상기 각 오버레이 마크에 대응하는 제 1 및 제 2, 제 3, 제 4 오버레이 패턴을 형성하는 제 1 단계; 상기 각 오버레이 패턴중 2개의 오버레이 패턴과 상기 레티클 상의 오버레이 마크중 두 개의 오버레이 마크를 중첩하여 인접하는 다음 샷에 대한 노광을 수행하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계를 반복 수행하여 상기 웨이퍼 상의 모든 샷에 대한 오버레이 패턴을 형성하는 제 3 단계; 상기 모든 샷에 대한 오버레이 패턴이 형성되면, 상기웨이퍼 상에 형성된 다수의 상기 측정용 오버레이 패턴중 n개의 측정용 오버레이 패턴을 이용하여 후속하는 다음 층과의 오버레이 상태를 측정하는 제 4 단계를 포함하는 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법을 제공한다.
도 1은 종래의 일반적인 반도체 제조 공정에서 오버레이 측정을 위해 사용되는 오버레이 마크를 예시적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 방법을 수행하기 위해서 레티클 상에 형성된 오버레이 마크를 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 레티클을 이용하여 형성된 각각의 샷에 대한 오버레이 패턴을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 오버레이 측정 방법을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 5는 도 3에 도시된 오버레이 패턴을 이용하여 본 발명에 따른 오버레이를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20 : 레티클 21, 22, 23, 24 : 오버레이 마크
31, 32, …, 36 : 샷 41, 42, …, 52 : 오버레이 패턴
100 : 웨이퍼
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 방법을 수행하기 위해 레티클(20) 상에 형성된 오버레이 마크를 도시한 도면으로서, 본 발명에서는 도 1에 도시된 종래의 오버레이 마크와는 달리, 도 2에 도시된 바와 같이 각기 다른 형태를 갖는 오버레이 마크(21, 22, 23, 24)를 사용한다.
그리고, 이러한 오버레이 마크(21∼24)가 포함된 레티클(20)을 이용하여 도시 생략된 웨이퍼 상에 형성된 다수의 칩에 대해 샷(shot) 단위로 노광을 수행하므로써 실제 각각의 칩에 형성하고자 하는 패턴 및 오버레이 패턴을 형성하게 되는데, 이때 하나의 샷은 통상적으로 다수의 칩, 예를 들어 9개로 구성되기 때문에 하나의 샷에 대한 노광을 수행하게 되면 9개의 칩 각각에 패턴이 형성된다.
한편, 이러한 노광 과정은 각각의 샷에 대해 순차적으로 수행되는데, 먼저 하나의 샷에 대한 노광이 완료되면 다시 인접하는 다른 샷으로 이동하여 노광을 수행하게 된다.
도 3은 도 2에 도시된 레티클(20)을 이용하여 각각의 샷(31, 32, …, 36)에 대한 노광을 수행하므로써, 도시 생략된 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 패턴(41,42, …, 52)을 도시한 도면이다.
즉, 도 2에 도시된 형태의 레티클(20)을 이용하여 샷 단위로 노광을 수행하게 되면, 각 샷(31∼36)에 대응하는 오버레이 패턴(41∼52)이 형성되는데, 이때 상호 인접하는 4개의 샷이 모두 겹친 부분의 오버레이 패턴(46, 47)은 동도면에 도시된 바와 같은 형태의 오버레이 패턴이 형성되며, 이대 형성된 오버레이 패턴(46, 47)은 실제로 본 발명에 따라 하부층과 상부층간의 오버레이 측정을 위해 사용되는 패턴이 된다. 그리고, 이러한 과정을 계속 반복 수행하여 하나의 층에 대한 노광을 수행하여 패터닝을 진행하게 된다.
한편, 상술한 바와 같은 방법을 이용하여 하나의 층에 대한 노광 공정이 완료되면, 정확한 패턴 형성 여부를 판단하기 위해 하부층과 상부층간의 오버레이를 측정하게 되는데, 이때 웨이퍼 상의 하부층에 형성된 각각의 샷에 대한 오버레이 패턴중 소정 갯수의 오버레이 패턴에 대해서만 오버레이 측정을 수행한다.
도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명에 따른 오버레이 측정 방법을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 본 발명에 따르면 웨이퍼 상(100)의 각 샷으로부터 형성된 다수의 오버레이 패턴중 소정 갯수의 오버레이 패턴에 대해서만 오버레이 측정을 수행하게 되는데, 본 실시예에서는 동도면에 표시된 부분(P1∼P9)에 형성된 9개의 오버레이 패턴에 대한 오버레이 측정을 예로 하여 설명한다. 그리고, 이때 도 4에 표시된 각 부분(P1∼P2)의 오버레이 패턴은 모두 4개의 샷에 의해 형성되는 오버레이 패턴으로서, 도 3의 도면 부호 46 또는 47에서와 같은 형태를 갖는 오버레이 패턴이다.
한편, 도 4에 표시된 부분(P1∼P9)의 각 오버레이 패턴을 이용하여 오버레이 측정을 수행하기 위해서는 하부층과의 오버레이 패턴을 비교하게 되는데, 도 5는 도 4에 표시된 부분(P1∼P9)의 각 오버레이 패턴과 도시 생략된 하부층과의 오버레이 패턴을 비교하여 본 발명에 따른 오버레이를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5에 도시된 오버레이 패턴중 외곽측의 각 오버레이 패턴은 상위 층에 대한 오버레이 패턴이며, 내부측의 각 오버레이 패턴은 하위층에 형성된 오버레이 패턴이다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 내부측의 각 오버레이 패턴과 외곽측의 각 오버레이 패턴간의 거리(d1, d2, d3, d4)를 비교하여 하부층과 상부층간의 오버레이 상태를 측정하게 된다.
결과적으로 본 발명에 따르면, 통상적으로 9개의 샷에 대해 오버레이를 측정하여 실질적으로 36개의 오버레이 패턴 상태를 비교하던 종래와는 달리, 9개의 오버레이 패턴만을 이용하여 오버레이 상태를 측정하며, 이때 실질적으로 오버레이 측정에 참여되는 샷은 36개로 종래보다 4배 많은 샷에 대한 오버레이를 측정할 수 있게 된다.
따라서, 종래의 오버레이 측정 방법과 비교할 때, 보다 더 짧은 시간(9개의 오버레이 패턴만 측정하기 때문임)에 보다 더 많은 샷(36개의 샷)에 대한 오버레이를 측정할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 보다 더 짧은 시간에 보다 더 많은 샷에 대한 오버레이를 측정할 수 있게 되므로써, 보다 더 정확한 오버레이 측정은 물론 오버레이 측정 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있으며, 그로 인해 반도체 장치의 제조 공정에 대한 전반적인 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (2)
- 레티클에 형성된 패턴을 웨이퍼 상에 노광하여 반도체 장치에 대한 다수의 층을 형성하는 과정에서 각 층에 대한 패턴의 정확한 적층 여부를 검출하는 오버레이 측정 방법에 있어서,상기 레티클은, 상기 오버레이 측정을 위한 각기 다른 형태의 제 1 및 제 2, 제 3, 제 4 오버레이 마크를 포함하고, 상기 오버레이 마크는 상호 인접하는 네 개의 샷(shot)에 의해 하나의 측정용 오버레이 패턴을 형성하며,상기 방법은:상기 레티클에 형성된 상기 오버레이 패턴을 상기 웨이퍼 상에 샷 단위로 노광하여 상기 각 오버레이 마크에 대응하는 제 1 및 제 2, 제 3, 제 4 오버레이 패턴을 형성하는 제 1 단계;상기 각 오버레이 패턴중 2개의 오버레이 패턴과 상기 레티클 상의 오버레이 마크중 두 개의 오버레이 마크를 중첩하여 인접하는 다음 샷에 대한 노광을 수행하는 제 2 단계;상기 제 2 단계를 반복 수행하여 상기 웨이퍼 상의 모든 샷에 대한 오버레이 패턴을 형성하는 제 3 단계;상기 모든 샷에 대한 오버레이 패턴이 형성되면, 상기 웨이퍼 상에 형성된 다수의 상기 측정용 오버레이 패턴중 n개의 측정용 오버레이 패턴을 이용하여 후속하는 다음 층과의 오버레이 상태를 측정하는 제 4 단계를 포함하는 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 n개의 측정용 오버레이 패턴은, 9개의 측정용 오버레이 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법.
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