KR100424391B1 - 반도체 제조 공정에 있어서 얼라인 측정 방법 - Google Patents

반도체 제조 공정에 있어서 얼라인 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼상의 패턴과 패턴사이에 형성되는 스크라이브 라인(scribe line)을 축소시키는 얼라인 측정 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 스크라이브 라인을 이너 라인으로 바형태의 오버레이 마크를 아우터 라인으로 삼아 이들 라인의 오버레이를 구하여 얼라인/미스 얼라인을 측정하므로써 스크라이브 라인내 오버레이 마크가 차지하는 면적을 축소할 수 있으며 이로 인해 웨이퍼상에서의 스크라이브 라인이 차지하는 면적을 줄이므로써, 고집적화에 따른 공간을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 제조 공정에 있어서 얼라인 측정 방법{METHOD FOR MEASURING ALIGN IN A SEMICONDUCTOR FABRICATION PROCESS}
본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로, 특히 웨이퍼상의 패턴과 패턴사이에 형성되는 스크라이브 라인(scribe line)을 축소시키는 얼라인 측정 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 제조 공정은 로트(lot) 단위의 매 반도체 웨이퍼의 상부 표면에 여러 종류의 막을 형성시켜, 이미 만들어진 마스크를 이용하여 반도체 웨이퍼의 특징 부분을 선택적으로 깍아내는 작업을 되풀이함으로서 반도체 웨이퍼상의 각각의 칩상에 동일한 전자 회로를 구성해나가는 전 과정을 의미한다.
상기한 반도체 제조 공정중 노광장비(즉, 스테퍼)로부터 자외선을 발생하여 패턴 마스크상에 그려진 회로 패턴을 반도체 웨이퍼 표면에 전사해주는 포토 마스킹(photomasking) 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 있도록 하는 공정이다.
이와 같은 포토마스킹 공정이 완료된 후 그 공정이 정확하게 이루어졌는지를 확인하는 과정이 수행되는 바, 첫 번째로 전자 주사빔 현미경(critical dimenxion scanning electronic beam microscope : CD SEM)을 이용해서 반도체 웨이퍼상에 전사된 패턴의 크기가 원하는 크기로 형성되어있는지를 확인하고, 두 번째로 오버레이 측정 장비를 이용하여 이전에 수행된 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴과 현재 수행된 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴과의 위치 정렬이 제대로 이루어졌는지를 확인하는 것이다.
이 때, 오버레이 측정 과정은, 오버레이 측정 장비를 이용하여 각각의 노광공정에 의하여 각 층을 형성하는 과정에서, 각 층에서 형성되는 패턴을 정확히 맞추어 쌓기 위한 것으로서, 레티클 상의 오버레이(overlay) 측정 마크에 의하여 각각의 노광 공정에 따른 패턴 형성시 이전에 형성된 패턴과의 위치 정렬을 하여 패턴을 형성한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도면부호 13으로 표시된 오버레이 측정 마크는, 웨이퍼 전면에 단위 반도체 소자를 형성하는 패턴(11)과 패턴(11)의 가장 자리 즉, 스크라이브 라인(12)에 형성된다.
스크라이브 라인(12)에는 상기한 오버레이 측정 마크(13) 이외에도 도면에는 도시되어 있지 않으나, 포토 마스킹 공정에 의해 형성된 다른 여러 가지 항목을 측정하기 위한 측정 마크들이 함께 형성되어 있다.
이 때, 오버레이 측정 마크(13)는 박스 형태로 외부 박스(outer box)와 내부 박스(inner box)로 구성되며, 현재 사용하는 오버레이 측정 마크는 외부 박스를 첫 번째로 노광을 한 후 두 번째로 내부 박스를 노광하는 방법을 사용한다.
도 2는 스크라이브 라인(22)에서의 다수의 오버레이 측정 마크를 나타낸 도면으로서, 통상적으로 반도체 소자에 구성되는 스크라이브 라인의 폭은 평균 150㎛로서, 스크라이브 라인의 대부분은 상, 하, 좌, 우로 오버레이 측정 마크가 위치되기 때문에 많은 공간을 차지한다.
예를 들어, 오버레이 측정 마크는 외부 박스(23)가 20㎛이고, 내부 박스(24)가 10㎛인 모양을 형성하고, 스크라이브 라인(22)과 외부 박스(23)사이의 거리 즉, d1은 20㎛을 차지하고, 외부 박스(23)와 내부 박스(24)사이의 거리 즉, d2도 10㎛를 차지하는 경우, 웨이퍼상에서 하나의 스크라이브 라인이 차지하는 면적을 살펴보면 다음과 같다.
스크라이브 라인(22)에서 오버레이 측정 마크의 외부 박스까지의 거리(d1)는 20㎛이고, 외부 박스(23) 차지하는 거리, d2는 20㎛, 인접한 오버레이 측정마크의 외부 박스까지의 거리, d4는 50㎛이고, 인접한 오버레이 측정마크의 외부 박스(25)가 차지하는 거리 즉, d2는 20㎛, 외부박스에서 스크라이브 라인(22)까지 거리, d1은 20㎛로서, 총 면적은 약 130㎛를 차지하게 된다.
이 때, 오버레이 측정 마크사이에는 도면에 도시되어 있지 않지만 20㎛거리정도를 차지하는 레이어 진행상태를 알 수 있는 마크를 위치될 수 있다.
이와 같이, 종래의 오버레이 측정 마크는 스크라이브 라인에서 많은 면적을 차지하고, 따라서, 웨이퍼상에서 스크라이브 라인이 차지하는 면적이 넓어지게 되어 고집적화에 따른 공간 확보가 어려웠다.
본 발명은 상기한 바에 의하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스크라이브 라인을 이너 라인(inner line)으로 바형태의 오버레이 마크를 아우터 라인(outer line)으로 삼아 이들 라인의 오버레이로 패턴의 미스 얼라인을 측정하므로써 스크라이브 라인내 오버레이 마크가 차지하는 면적을 축소할 수 있어 칩의 수를 증가시켜 고집적화를 이루기 위한 반도체 제조 공정에 있어서 얼라인 측정 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 노광 공정에서 형성된 패턴의 위치 정렬을 위한 오버레이 측정 마크로 얼라인을 측정하는 방법에 있어서, 바형태의 오버레이 측정 마크로 아우터 라인을 형성하는 단계와, 아우터 라인에 대해 소정 거리 이격된 스크라이브 라인의 수직 또는 수평 라인을 이너 라인으로 삼아 이들 이너 라인과 아우터 라인의 오버레이를 구하여 패턴의 위치 정렬을 위한 미스 얼라인을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 오버레이 측정 마크가 형성된 웨이퍼의 일부를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1에 도시된 오버레이 측정 마크를 상세하게 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 오버레이 측정 마크를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 마크가 형성된 웨이퍼의 일부를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
31, 32 : 오버레이 마크 33 : 스크라이브 라인
34 : 레이어 진행상태 마크 41, 42 : 패턴
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 오버레이 측정 마크를 나타낸 도면이다.
동 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 오버레이 측정 마크는 종래의 외부 박스와 내부 박스로 이루어진 박스(Box) 형태에서 바(Bar)형태로 변경된 이너 라인(inner line)과 아우터 라인(outer line) 구조로 이루어진다. 본 발명의 얼라인 측정 방법은 바 형태의 아우터 라인(31, 32)을 제조하고 반도체 소자의 스크라이브 라인(scribe line)(33)을 이너 라인으로 사용하여 이들 사이의 오버레이를 구하여 패턴의 얼라인 또는 미스얼라인을 측정하는 것이다.예를 들어, 종래의 박스 형태의 오버레이 측정 마크는 스크라이브 라인(33)에서 차지하는 면적이 외부 박스가 20㎛였으나, 본 발명에 의해 변경된 바형태의 오버레이 측정 마크(31, 32)는 스크라이브 라인(33)에서 차지하는 면적 즉, d2, d3는 10㎛에서 2㎛까지 최소화할 수 있다. 그리고, 스크라이브 라인(33)과 바형태의 변경된 오버레이 측정 마크(31)사이의 거리 즉, d1은 10㎛이다.
또한, 상, 하, 좌, 우 오버레이 측정 마크간의 거리 즉, d4는 종래의 박스 형태의 오버레이 측정 마크와 동일 즉, 50㎛로 하며, 오버레이 측정 마크사이의 레이어 진행 상태를 알 수 있는 마크(34)가 차지하는 거리, d6는 10㎛정도로 한다.
즉, 레이어 진행 상태 마크(34)와 인접한 오버레이 측정 마크 사이(32) 즉,d5는 20㎛로한다.
상기한 데이터에 의하여 스크라이브 라인이 차지하는 면적을 계산하여 보면 스크라이브 라인(33)을 기준으로하여, 스크라이브 라인(33)과 오버레이 측정 마크(31)사이의 거리 즉, d1이 10㎛이고, 오버레이 측정 마크(31)가 차지한 거리 즉, d2가 10㎛이고, 인접한 오버레이 측정 마크(32)와의 거리 즉, d4가 50㎛이고, 인접한 오버레이 측정 마크(32)가 차지한 거리 즉, d2는 10㎛이고, 인접한 오버레이 측정 마크(32)에서 스크라이브 라인(33)까지의 거리 d1은 10㎛일 경우, 총 면적은 90㎛가 된다.
따라서, 종래의 박스 형태의 오버레이 측정 마크(130㎛)에 비해서 40㎛정도의 면적을 줄일 수 있게된다.
이 때, 스크라이브 라인 면적 축소는 오버레이 측정 마크의 최소값의 크기로 설정하였을 때 최대한으로 축소될 수 있음을 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자들은 용이하게 이해할 수 있을 것이다.따라서, 본 발명은 스크라이브 라인(33)의 수직 또는 수평 라인을 오버레이 측정 마크의 이너 라인(inner line)으로 삼고, 스크라이브 라인(33)을 기준으로 소정 거리 이격된 바형태의 오버레이 측정 마크(31, 32)를 아우터 라인(outer line)으로 삼아 이들 이너 라인과 아우터 라인의 오버레이를 구하여 패턴의 위치 정렬을 위한 얼라인/미스 얼라인 여부를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 마크가 형성된 웨이퍼의 일부를 나타낸 도면으로서 동 도면을 참조하여 오버레이 측정 장비에서의 미스얼라인값(Misalign) X, Y를 구한 후 그 결과에 따라 각각의 노광 공정시 패턴의 위치 정렬를 수행한다. 즉, 스크라이브 라인의 수직측 이너 라인과 이에 대하여 소정 거리 이격된 바형태의 오버레이 측정마크의 아우터 라인으로 삼아 이들 오버레이 측정으로 X 방향의 미스얼라인값을 구하고, 스크라이브 라인의 수평측 이너 라인과 이에 대하여 소정 거리 이격된 바형태의 오버레이 측정 마크의 아우터 라인으로 삼아 이들 오버레이 측정으로 Y축 방향의 미스얼라인값을 구한다.
여기서, 미스얼라인값 X, Y 측정은 측정하고자 하는 패턴에 대하여 각기 개별적으로 측정할 수 있다.
도 4를 참조하여 설명하면, 웨이퍼의 다수의 패턴중 소정의 패턴에 대하여 첫 번째 노광 공정에서 바형태의 오버레이 측정 마크를 노광하고, 두 번째 공정에서 바형태의 오버레이 측정 마크를 노광한다. 패턴 좌측의 첫 번째 노광 공정에서의 스크라이브 라인(41)과 바형태의 오버레이 측정 마크(43)의 차이를 A1이라하며 패턴 좌측의 두 번째 노광 공정에서의 스크라이브 라인(41)과 바형태의 오버레이 측정 마크(43)의 차이를 A2라하고, 패턴 우측의 첫 번째 노광 공정에서의 스크라이브 라인(41)과 바형태의 오버레이 측정 마크(43)의 차이를 B1이라하며 패턴 우측의 두 번째 노광 공정에서의 스크라이브 라인(41)과 바형태의 오버레이 측정 마크(43)의 차이를 B2라 한다. 그러면 미스얼라인값 X 측정은 하기 수학식 1에 의하여 이루어진다.
그리고, 패턴 상측의 첫 번째 노광 공정에서의 스크라이브 라인(42)과 바형태의 오버레이 측정 마크(43)의 차이를 C1이라 하며 패턴 상측의 두 번째 노광 공정에서의 스크라이브 라인(42)과 바형태의 오버레이 측정 마크(43)의 차이를 C2라 한다. 패턴 하측의 첫 번째 노광 공정에서의 스크라이브 라인(42)과 바형태의 오버레이 측정 마크(43)의 차이를 D1이라 하며 패턴 하측의 두 번째 노광 공정에서의 스크라이브 라인(42)과 바형태의 오버레이 측정 마크(43)의 차이를 D2라 할 경우 미스얼라인값 Y 측정은 하기 수학식 2에 의하여 이루어진다.
즉, 측정하고자 하는 패턴에 대하여 개별적으로 스크라이브 라인과 바형태의 오버레이 측정 마크로 미스얼라인값 X 및 Y를 측정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에 있어서 얼라인 측정 방법 방법은, 오버레이 마크를 박스 형태에서 바 형태로 크기를 변경하며 스크라이브 라인을 이너 라인으로 바형태의 오버레이 마크를 아우터 라인으로 삼아 이들 라인의 오버레이로 패턴의 미스 얼라인을 측정하므로써 스크라이브 라인내 오버레이 마크가 차지하는 면적을 축소할 수 있으며 이로 인해 웨이퍼상에서의 스크라이브 라인이 차지하는 면적을 줄여 고집적화에 따른 공간을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 미스얼라인값 측정시 측정하고자 하는 패턴에 대하여 스크라이브 라인과 바 형태의 오버레이 측정 마크 사이의 오버레이를 개별적으로 측정할 수 있어, 처리량(Throughput) 및 데이터 분석에 효율적인 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 노광 공정에서 형성된 패턴의 위치 정렬을 위한 오버레이 측정 마크로 얼라인을 측정하는 방법에 있어서,
    바형태의 오버레이 측정 마크로 아우터 라인을 형성하는 단계와,
    상기 아우터 라인에 대해 소정 거리 이격된 스크라이브 라인의 수직 또는 수평 라인을 이너 라인으로 삼아 이들 이너 라인과 아우터 라인의 오버레이를 구하여 패턴의 위치 정렬을 위한 미스 얼라인을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 있어서 얼라인 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 바형태의 오버레이 측정 마크는 10㎛ 내지 2㎛의 크기를 차지하는 것을 특징으로 하는 얼라인 측정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 미스 얼라인 측정은 상기 스크라이브 라인의 수직측 이너 라인과 이에 대하여 소정 거리 이격된 바형태의 오버레이 측정마크의 아우터 라인으로 X 방향의 얼라인을 구하며 상기 스크라이브 라인의 수평측 이너 라인과 이에 대하여 소정 거리 이격된 바형태의 오버레이 측정 마크의 아우터 라인으로 Y축 방향의 얼라인을 구하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 있어서 얼라인 측정 방법.
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