KR100604944B1 - 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법 - Google Patents

Abstract

반도체 노광장치의 디스토션 측정방법을 개시한다. 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법은 그의 상면에 제1감광막에 형성된 제1웨이퍼에 디스토션 측정용 레티클을 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 제1감광막을 노광시켜 다수의 제1노광패턴을 형성한다. 상기 레티클을 상기 1차노광시보다 제1시프트값만큼 시프트시켜 상기 제1웨이퍼에 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 1차 노광된 제1감광막을 2차 노광시켜 다수의 제2노광패턴을 형성한다. 그의 상면에 제2감광막에 형성된 제2웨이퍼에 상기 레티클을 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 제2감광막을 1차 노광하여 다수의 제3노광패턴을 형성한다. 상기 레티클을 상기 1차노광시보다 제2시프트값만큼 시프트시켜 상기 제2웨이퍼에 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 제2웨이퍼를 2차 노광시켜 다수의 제4노광패턴을 형성한다. 상기 각 제1노광패턴과 제2노광패턴으로부터 상기 제1방향에서의 제1상대오차를 구한다. 상기 제3노광패턴과 제4노광패턴으로부터 상기 제2방향에서의 제2상대오차를 구한다. 상기 제1상대오차로부터 상기 제1방향의 디스토션을 측정하고 상기 제2상대오차로부터 상기 제2방향의 디스토션을 측정한다.

Description

반도체 노광장치의 디스토션 측정방법{Method for measuring distortion of exposure equipment}

도 1은 종래의 반도체 노광장치에서 측정된 디스토션분포를 보여주는 도면이다.

도 2는 종래의 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 는 본 발명의 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 데 사용되는 레티클의 일 예를 도시한 것이다.

도 3b 는 본 발명의 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 데 사용되는 레티클의 다른 예를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위한 공정 순서도를 도시한 것이다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3a의 레티클을 이용하여 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 방법을 설명하기 위한 노광패턴을 도시한 것이다.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3b의 레티클을 이용하여 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 방법을 설명하기 위한 노광패턴을 도시한 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위한 공정 순서도를 도시한 것이다.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3a의 레티클을 이용하여 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위한 노광패턴을 도시한 것이다.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3b의 레티클을 이용하여 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위한 노광패턴을 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30a, 30b : 레티클 31, 32 : 측정패턴

311. 321 : 측정패턴의 어미자 312, 322 : 측정패턴의 아들자

41, 42, 51, 52, 61, 62, 71, 72, 81, 82, 83, 91, 92, 93: 노광패턴

본 발명은 반도체 노광장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 노광장치의 절대적인 디스토션 값을 측정할 수 있는 디스토션(distortion) 측정방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 선폭이 미세화됨에 따라 노광장치에서의 오버레이 정밀도가 제조공정의 중요한 변수로 작용하게 된다. 오버레이란 반도체 제조공정중 전, 후 공정에서 형성되는 패턴간의 정렬상태를 나타내는 것으로서, 동일 설비내에서의 오버레이 정밀도 뿐만 아니라 다른 설비와의 오버레이 정밀도도 중요하다. 반도체 노광장치를 통해 노광된 웨이퍼(10)는 도 1과 같이 원샷(one shot) 영역(11)에 도 1과 같이 디스토션(distortion)(13)이 분포되는데, 이러한 디스토션 분포는 각 노광장비마다 다르게 된다. 그러므로, 오버레이 정밀도를 향상시키기 위해서는 각 노광장비의 디스토션 분포차이에 의한 오버레이성분을 최소화하여야 한다. 각 노광장비의 디스토션에 의한 오버레이 정밀도를 개선하기 위해서는 각 노광장치의 디스토션을 정확하게 측정하는 것이 중요하다.

노광장치의 디스토션을 측정하는 방법은 기준 그리드로서 완전한 직교 그리드가 표시되어 있는 기준 웨이퍼를 사용하는 방법이 있는데, 이는 웨이퍼상에 표시된 완전한 직교 그리드(21)와 노광장치를 통해 노광되어 상기 웨이퍼상에 표시된 그리드(22)와의 차이로서 디스토션을 측정하는 방법이다. 도 2를 참조하면, 웨이퍼상에 노광 및 식각 등의 공정을 통해 직교 그리드(21)를 표시하고, 매우 정밀한 측정기기를 통해 상기 직교 그리드(21)의 위치를 정확하게 측정한다. 이어서, 상기 직교 그리드(21)가 표시된 웨이퍼를 노광장치에 로딩시키고, 상기 직교 그리드(21)와 동일한 패턴을 갖는 그리드를 노광공정을 통해 형성한다. 상기 웨이퍼상에 표시된 완전한 직교 그리드(21)와 노광장치를 통해 노광되어 상기 웨이퍼상에 표시된 그리드(22)와의 차이 즉, 직교그리드에 대한 노광된 그리드의 상대오차를 측정하고, 측정된 상대오차를 이용하여 노광공정시 발생되는 디스토션을 측정한다.

종래의 방법은 기준 그리드인 직교 그리드(21)를 웨이퍼상에 어떻게 표시하느냐에 따라 측정된 디스토션의 정확도가 결정되어진다. 또한, 종래의 디스토션 측정방법은 웨이퍼상에 직교그리드를 표시한 다음 이를 매우 정밀한 측정기기를 이용하여 직교 그리드의 위치를 정확하게 측정해 두어 기준그리드로 사용하게 된다. 그러나, 직교 그리드가 표시된 웨이퍼는 그의 보관상태에 따라 직교 그리드가 변형되거나 또는 측정장치의 오차에 따라 측정 그리드의 오차가 발생되는데, 이런 경우 노광시의 웨이퍼(10)의 디스토션(13)을 정확하게 측정하는데 한계가 발생하게 된다. 또한, 노광장치에 웨이퍼를 로딩/언로딩시 얼라인먼트 오차가 존재하므로, 측정된 디스토션의 정확도가 떨어지게 된다.

노광장치의 디스토션을 측정하는 다른 방법으로는 웨이퍼상에 노광공정을 통해 그리드를 형성하고, 상기 웨이퍼상에 형성된 각 그리드의 한점을 스텝핑운동만을 이용하여 다시 노광하여 디스토션을 측정하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 스텝핑운동에 의하여 각 그리드의 한 점을 일일이 노광해야 하기 때문에, 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 스텝핑운동의 정확성에 따라 디스토션의 측정 정확도가 의존되었다.

이와 같이 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 방법은 노광시 웨이퍼상의 디스토션을 정확히 측정하는 것이 어려울 뿐만 아니라 매우 번거롭기 때문에, 종래에는 임의 하나의 노광장치를 기준장비로 지정하여 디스토션을 측정하고, 나머지 다른 노광장치의 디스토션을 기준 노광장치에서 측정된 디스토션에 대한 상대적인 오차로 측정하여 보상을 하였다. 그러므로, 기준 노광장치의 디스토션이 직교 그리드로부터 얼마나 벗어났는지 또는 시간에 따라 어떻게 변화하는지 알 수 없었기 때문에 노광장치의 관리 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 동일한 노광장비내에서 레티클을 시프트시켜 노광공정을 수행하므로써, 기준 직교 그리드에 대한 상대적인 디스토션이 아닌 노광장치의 절대적인 디스토션을 측정할 수 있는 노광장치의 디스토션 측정방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 디스토션 측정방법은 다음과 같다. 먼저, 그의 상면에 제1감광막에 형성된 제1웨이퍼에 디스토션 측정용 레티클을 정렬시킨다. 상기 레티클은 다수의 측정패턴을 구비한다. 상기 다수의 측정패턴은 제1방향으로 이웃하는 측정패턴과 제1피치만큼의 간격을 유지하고 상기 제1방향과 직교하는 방향인 제2방향으로 제2피치만큼 떨어져 배열된다. 상기 레티클의 상기 측정패턴은 제1방향으로 제1간격만큼 떨어지고 상기 제2방향으로 제2간격만큼 떨어져 배열되는 어미자와 아들자를 구비한다. 상기 측정패턴의 상기 어미자와 상기 아들자간의 상기 제1간격 및 제2간격은 상기 이웃하는 측정패턴간의 제1피치 및 제2피치보다 무시할 정도로 작은 값을 갖는다. 상기 제1웨이퍼를 상기 레티클에 정렬시키기 전에, 상기 제1웨이퍼와 상기 레티클은 반도체 노광장치내에 로딩되어진다.

이어서, 상기 레티클을 이용하여 상기 제1감광막을 노광시켜 다수의 제1노광 패턴을 형성한다. 상기 레티클을 상기 1차노광시보다 제1시프트값만큼 시프트시켜 상기 제1웨이퍼에 정렬시킨다. 이때, 상기 레티클을 상기 1차노광시보다 제1방향으로 제1피치만큼 좌측 또는 우측으로 시프트시켜 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 1차 노광된 제1감광막을 2차 노광시켜 다수의 제2노광패턴을 형성한다. 상기 제1노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제1어미자 패턴과 제1어미자 패턴을 갖으며, 상기 제2노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제2어미자 패턴과 제2아들자 패턴을 갖는다. 상기 제2노광패턴의 제2아들자 패턴은 상기 제1노광패턴의 제1어미자 패턴에 오버레이되어진다.

다음, 그의 상면에 제2감광막에 형성된 제2웨이퍼에 상기 레티클을 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 제2감광막을 1차 노광하여 다수의 제3노광패턴을 형성한다. 상기 레티클을 상기 1차노광시보다 제2시프트값만큼 시프트시켜 상기 제2웨이퍼에 정렬시킨다. 이때, 상기 레티클을 상기 1차노광시보다 제2방향으로 제2피치만큼 상측 또는 하측으로 시프트시켜 상기 제2웨이퍼에 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 제2웨이퍼를 2차 노광시켜 다수의 제4노광패턴을 형성한다. 상기 제3노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제3어미자 패턴과 제3어미자 패턴을 갖으며, 상기 제4노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제4어미자 패턴과 제4아들자 패턴을 갖는다. 상기 상기 제4노광패턴의 제4아들자 패턴은 상기 제3노광패턴의 제3어미자 패턴에 오버레이되어진다. 상기 제2노광패턴 형성한 다음 상기 제2웨이퍼를 상기 레티클에 얼라인시키기 전에, 상기 제1웨이퍼를 상기 반도체 노광장치로부터 언로딩시키고, 상기 제2웨이퍼를 상기 반도체 노광장치내로 로딩시켜준다.

이어서, 상기 각 제1노광패턴과 제2노광패턴으로부터 상기 제1방향에서의 제1상대오차를 구한다. 상기 제1방향에서의 제1상대오차는 상기 오버레이된 상기 제2노광패턴의 제2아들자 패턴과 상기 제1노광패턴의 제1어미자 패턴간의 제1방향에서의 거리로부터 구해진다. 상기 제3노광패턴과 제4노광패턴으로부터 상기 제2방향에서의 제2상대오차를 구한다. 상기 제2방향에서의 제2상대오차는 상기 오버레이된 상기 제3노광패턴의 제3아들자 패턴과 상기 제4노광패턴의 제4어미자 패턴간의 제2방향에서의 거리로부터 구해진다. 상기 제1상대오차로부터 상기 제1방향의 디스토션을 측정하고 상기 제2상대오차로부터 상기 제2방향의 디스토션을 측정한다. 상기 제4노광패턴 형성한 다음 상기 제1상대오차 및 상기 제2상대오차 측정하기 전에, 상기 제2웨이퍼를 언로딩한 다음 상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 현상한다.

상기 제1웨이퍼의 상기 1차노광 및 상기 2차노광 그리고 상기 제2웨이퍼의 상기 1차노광 및 상기 2차노광은 동일한 반도체 노광장치내에서 수행된다. 상기 레티클의 상기 측정패턴의 상기 어미자와 상기 아들자는 박스형태 또는 상기 라인 및 스페이스형태를 갖는다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법은 다음과 같다. 먼저, 그의 상면에 감광막에 형성된 웨이퍼에 다수의 측정패턴을 구비하는 레티클을 정렬시킨다. 상기 다수의 측정패턴은 제1방향으로 이웃하는 측정패턴과 제1피치만큼의 간격을 유지하고 상기 제1방향과 직교하는 방향인 제2방향 으로 제2피치만큼 떨어져 배열된다. 상기 레티클의 상기 측정패턴은 제1방향으로 제1간격만큼 떨어지고 상기 제2방향으로 제2간격만큼 떨어져 배열되는 어미자와 아들자를 구비한다. 상기 어미자와 상기 아들자간의 상기 제1간격 및 제2간격은 상기 이웃하는 측정패턴간의 제1피치 및 제2피치보다 무시할 정도로 작은 값을 갖는다.

이어서, 상기 레티클을 이용하여 상기 감광막을 노광시켜 다수의 제1노광패턴을 형성한다. 상기 레티클을 상기 웨이퍼에 상기 1차노광시보다 제1시프트값만큼 시프트시켜 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 1차 노광된 제1감광막을 2차 노광시켜 다수의 제2노광패턴을 형성한다. 상기 레티클을 상기 웨이퍼에 상기 1차노광시보다 제2시프트값만큼 시프트시켜 정렬시킨다. 상기 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 2차 노광시켜 다수의 제3노광패턴을 형성한다. 이때, 상기 2차노광을 위해 상기 레티클을 상기 웨이퍼에 정렬시킬 때, 상기 1차노광시보다 제1방향으로 제1피치만큼 좌측 또는 우측으로 시프트시켜 정렬한다. 또한, 상기 3차노광을 위해 상기 레티클을 상기 웨이퍼에 정렬시킬 때, 상기 1차노광시보다 제2방향으로 제2피치만큼 상측 또는 하측으로 시프트시켜 정렬시킨다. 상기 웨이퍼의 상기 1차 노광, 상기 2차노광 그리고 상기 3차노광은 동일한 반도체 노광장치내에서 수행된다.

상기 각 제1노광패턴과 제2노광패턴으로부터 상기 제1방향에서의 제1상대오차를 구하고, 상기 제1노광패턴과 제3노광패턴으로부터 상기 제2방향에서의 제2상대오차를 구한다. 상기 제1상대오차로부터 상기 제1방향의 디스토션을 측정하고 상기 제2상대오차로부터 상기 제2방향의 디스토션을 측정한다. 상기 제1노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제1어미자 패턴과 제1어미자 패턴을 갖는 다. 상기 제2노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제2어미자 패턴과 제2아들자 패턴을 갖는다. 상기 제3노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제3어미자 패턴과 제3아들자 패턴을 갖는다. 상기 제2노광패턴의 제2아들자 패턴은 상기 제1노광패턴의 제1어미자 패턴에 오버레이되어진다. 상기 제1방향에서의 제1상대오차는 상기 오버레이된 상기 제2노광패턴의 제2아들자 패턴과 상기 제1노광패턴의 제1어미자 패턴간의 제1방향에서의 거리로부터 구해진다. 상기 제3노광패턴의 제3어미자 패턴은 상기 제1노광패턴의 제1아들자 패턴에 오버레이되어진다. 상기 제2방향에서의 제2상대오차는 상기 오버레이된 상기 제3노광패턴의 제3어미자 패턴과 상기 제1노광패턴의 제1아들자 패턴간의 제2방향에서의 거리로부터 구해진다.

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 3a는 본 발명의 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는데 사용되는 레티클의 측정패턴의 일 예를 도시한 도면이다. 도 3a를 참조하면, 상기 레티클(30a)은 X 방향과 Y 방향으로 각각 배열되는 다수의 측정패턴(31)을 구비한다. 상기 측정패 턴(31)은 X 방향으로 이웃하는 측정패턴과는 제1피치(Px1)만큼의 간격을 두고 배열되고, Y 방향으로 이웃하는 측정패턴과는 제2피치(Py1)만큼의 간격를 두고 배열된다. 상기 측정패턴(31)은 어미자(311)와 아들자(312)를 포함하며, 상기 어미자(311)와 상기 아들자(312)는 X 방향과 Y 방향으로 일정간격(dx1, dy1)을 두고 떨어져 배치되어야 한다. 상기 어미자(311)와 상기 아들자(312)는 정사각의 박스형태를 갖는다. 이때, 상기 어미자(311)와 상기 아들자(312)의 X 방향의 간격(dx1)은 상기 어미자(311)의 중심(C1)과 상기 아들자(312)의 중심(C2)간의 X 방향의 거리를 의미하고, Y 방향의 간격(dy1)은 상기 어미자(311)의 중심(C1)과 상기 아들자(312)의 중심(C2)간의 Y 방향의 거리를 의미한다.

도 3b는 본 발명의 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는데 사용되는 레티클의 측정패턴의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 3b를 참조하면, 상기 레티클(30b)은 라인 및 스페이스(line and space) 패턴을 갖는 측정패턴(32)을 구비한다. 상기 측정패턴(32)은 X 방향으로 이웃하는 측정패턴과는 제1피치(Px2)만큼의 간격을 두고 배열되고, Y 방향으로 이웃하는 측정패턴과는 제2피치(Py2)만큼의 간격를 두고 배열된다. 상기 측정패턴(32)은 어미자(321)와 아들자(322)를 포함하며, 상기 어미자(321)와 아들자(322)가 X와 Y 방향으로 적당한 거리(dx2, dy2)를 두고 떨어져 배치되어야 한다. 이때, 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)의 X 방향의 간격(dx2)은 상기 어미자(321)와 상기 아들자(312)의 X 방향의 거리를 의미하고, Y 방향의 간격(dy1)은 상기 어미자(311)와 상기 아들자(312)의 Y 방향의 거리를 의미한다.

도 3a 및 도 3b의 레티클(30a, 30b)을 이용하여 웨이퍼를 노광시키는 경우, 도 1과 같이 상기 웨이퍼상에 원샷(1 shot) 영역이 형성되어진다. 상기 원샷영역은 상기 레티클(30a, 30b)을 이용하여 1회 노광된 영역을 의미한다. 상기 원샷영역에는 도 3a 또는 도 3b의 레티클(30a, 30b)의 측정패턴과 동일한 노광패턴이 형성되게 된다. 상기 레티클(30a, 30b)의 상기 측정패턴(31), (32)은 정사각형의 박스형태 또는 라인 및 스페이스 형태에 한정되는 것이 아니라, 서로 일정간격을 두고 떨어져 배열되는 다양한 형태를 갖는 어미자와 아들자는 모두 적용 가능하다. 또한, 상기 레티클(30a, 30b)의 상기 측정패턴(31, 32)의 상기 어미자패턴(311, 321)과 상기 아들자패턴(312, 322)의 배열 및 이격거리 또한 디스토션 측정에 적합한 형태로 변형 가능하다. 상기 레티클(30a, 30b)에는 디스토션의 측정 정확도를 높이기 위하여 충분한 개수의 측정패턴(31), (32)이 구비되어, 상기 원샷영역에 다수의 노광패턴이 형성됨이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 방법을 설명하기 위한 공정순서도를 도시한 것이다. 도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 방법을 설명하기 위한 웨이퍼의 노광패턴을 도시한 것이다. 도 5a 내지 도 5f는 도 3a에 도시된 상기 측정패턴(31)을 구비한 상기 레티클(30a)을 이용하여 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 경우의 웨이퍼의 노광패턴을 도시한 것이다. 도 5a 내지 도 5f 는 각각 상기 레티클(30a)에 의해 노광된 하나의 원샷영역에 한정하여 도시한 것으로서, 하나의 원샷영역에 배열되는 다수의 노광패턴중 일부만을 도시한 것이다. 일 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법은 2장의 웨이퍼를 사용하여 단 한번 의 장비 오퍼레이션으로 반도체 노광장비의 디스토션을 측정하는 것이다.

도 4 및 도 5a를 참조하면, 반도체 노광장치내에 제1웨이퍼(45)를 로딩하고(S401), 상기 반도체 노광장치내에 디스토션 측정용 레티클(30a)을 로딩시킨다(S402). 상기 제1웨이퍼(45)상에는 제1감광막(47)이 형성되어 있다. 상기 제1감광막(47)이 형성된 상기 제1웨이퍼(45)에 상기 레티클(30a)을 정렬시킨다(S403). 이어서, 상기 레티클(30a)을 이용하여 상기 제1감광막(47)을 1차 노광시켜 상기 제1웨이퍼(45)의 상기 원샷영역(46)에 제1노광패턴(41)을 형성한다(S404). 상기 제1노광패턴(41)은 상기 레티클(30a)의 측정패턴(31)에 대응하여 상기 원샷영역(46)에 다수개가 형성되며, 각 제1노광패턴(41)은 X 및 Y 방향으로 서로 일정간격(dx1, dy1)을 두고 떨어져 배열되는 제1어미자 패턴(411)과 제1아들자 패턴(412)을 구비한다.

도 4 및 도 5b를 참조하면, 상기 웨이퍼(45)의 상기 제1감광막(47)을 상기 레티클(30a)을 이용하여 2차 노광시켜 상기 원샷영역(46)에 다수의 제2노광패턴(42)을 형성한다(S405). 상기 제2노광패턴(42)은 상기 레티클(30a)의 상기 측정패턴(31)에 대응하여 상기 제1웨이퍼(45)의 상기 원샷영역(46)에 다수개 형성된다. 각 제2노광패턴(42)은 제2어미자 패턴(421)과 제2아들자 패턴(422)을 구비하며, 상기 제2어미자 패턴(421)과 상기 제1어미자 패턴(422)은 X 및 Y 방향으로 서로 일정간격(dx1, dy1)을 두고 떨어져 배열된다. 이때, 상기 2차 노광은 상기 웨이퍼(45)에 상기 레티클(30a)을 1차 노광시보다 X방향으로 일정간격 즉, +Px1+dx1 만큼 시프트시키고, Y 방향으로 일정간격 즉 +dy1만큼 시프트시켜 얼라인시킨 상태에서 수 행된다. 이때, +Px1 는 1차 노광시보다 X 방향에서 오른쪽으로 제11피치(Px1)만큼 시프트됨을 의미한다. +dx1 는 1차 노광시보다 X 방향에서 오른쪽으로 dx1 만큼 시프트되었음을 의미하고, +dy1 는 1차 노광시보다 Y 방향에서 dy1 만큼 위쪽으로 시프트되었음을 의미한다. 상기 제2노광패턴(42)의 상기 제2어미자 패턴(421)은 상기 제1노광패턴(41)의 상기 제1어미자 패턴(411)보다 X 방향으로 +Px1+dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy1 만큼 시프트되어 형성되고, 상기 제2아들자 패턴(422)은 상기 제1노광패턴(41)의 상기 제1아들자 패턴(412)보다 X 방향으로 +Px1+dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy1 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 제2노광패턴(42)의 제2아들자 패턴(422)이 제1노광패턴(41)의 제1어미자 패턴(411)에 오버레이된다.

여기에서는, 상기 제2노광패턴(42)이 상기 제1노광패턴(41)보다 X방향과 Y방향으로 +Px1+dx1, +dy1만큼 시프트되어 노광되는 것을 예시하였으나, 도 5e에 도시된 바와 같이 상기 제1노광패턴(41)보다 -Px1+dx1, +dy1 만큼 시프트시켜 2차 노광공정을 수행하여 제2노광패턴(42')을 형성할 수도 있다. 이때, -Px1 는 1차 노광시보다 X방향에서 왼쪽으로 제1피치(Px1) 만큼 시프트됨을 의미한다. 상기 제2노광패턴(42')의 상기 제2어미자 패턴(421')은 상기 제1노광패턴(41)의 상기 제1어미자 패턴(411)보다 X 방향으로 -Px1+dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy1 만큼 시프트되어 형성되고, 상기 제2아들자 패턴(422')은 상기 제1노광패턴(41)의 상기 제1아들자 패턴(412)보다 X 방향으로 -Px1+dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy1 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제2노광패턴(42')의 상기 제2아들자패턴 (422')이 상기 제1노광패턴(41)의 상기 제1어미자 패턴(411)에 오버레이된다.

도 4 및 도 5c를 참조하면, 상기 제1웨이퍼(45)를 언로딩하고(S406), 상기 제1웨이퍼(45)에 대하여 제1노광공정 및 제2노광공정이 수행된 상기 반도체 노광장치내로 제2웨이퍼(55)를 로딩한다(S407). 상기 제2웨이퍼(55)상에는 제2감광막(57)이 형성되어 있다. 상기 디스토션 측정용 레티클(30a)을 상기 제2감광막(57)이 도포된 상기 제2웨이퍼(55)에 얼라인시킨다(S408). 이어서, 상기 레티클(30a)을 이용하여 상기 제2감광막(57)을 1차 노광시켜 상기 제2웨이퍼(55)의 상기 원샷영역(56)에 제3노광패턴(51)을 형성한다(S409). 상기 제3노광패턴(51)은 상기 레티클(30a)의 상기 측정패턴(31)에 대응하여 원샷영역(56)에 다수 개가 형성되며, 각 제3노광패턴(51)은 X 및 Y 방향으로 서로 일정간격(dx1, dy1)을 두고 떨어져 배열되는 제3어미자 패턴(511)과 제3아들자 패턴(512)을 구비한다.

도 4 및 도 5d를 참조하면, 상기 웨이퍼(55)의 상기 제2감광막(57)을 상기 레티클(30a)을 이용하여 2차 노광시켜 상기 원샷영역(56)에 다수의 제4노광패턴(52)을 형성한다(S410). 제4노광패턴(52)은 X 방향으로 dx1만큼 떨어지고 Y 방향으로 dy1만큼 떨어져 배열되는 제4어미자 패턴(521)과 제4아들자 패턴(522)을 구비한다. 이때, 상기 2차 노광은 상기 웨이퍼(55)에 상기 레티클(30a)을 1차노광시보다 X방향으로 일정간격 즉, +dx1 만큼 시프트시키고, Y 방향으로 일정간격 즉 -Py1+dy1 만큼 시프트시켜 얼라인한 상태에서 수행된다. 이때, -Py1 는 1차노광시보다 제2피치(Py2)만큼 Y 방향에서 아래쪽으로 시프트되었음을 의미한다. 따라서, 상기 제4노광패턴(52)의 상기 제4아들자 패턴(522)과 상기 제3노광패턴(51)의 상기 제3어미자 패턴(511)이 서로 오버레이된다.

여기에서는, 상기 제4노광패턴(52)이 상기 제3노광패턴(51)보다 +dx, -Py1+dy만큼 시프트되어 노광되는 것을 예시하였으나, 도 5f에 도시된 바와같이 상기 제3노광패턴(51)보다 +dx1, +Py1+dy1만큼 시프트시켜 2차 노광공정을 수행하여 제4노광패턴(52')을 형성할 수도 있다. 상기 제4노광패턴(52')은 X 방향과 Y 방향으로 일정간격(dx1, dy1)만큼 떨어져 배열되는 제4어미자 패턴(521')과 제4아들자 패턴(522')을 구비한다. 상기 제4노광패턴(52')의 상기 제4어미자 패턴(521')은 상기 제3노광패턴(51)의 상기 제3어미자패턴(511)보다 X 방향으로 +dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +Py1+dy1 만큼 시프트되어 형성되고, 상기 제4아들자 패턴(522')은 상기 제3노광패턴(51)의 상기 제3아들자 패턴(512)보다 X 방향으로 +dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +Py1+dy1 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제4노광패턴(52')의 상기 제4아들자 패턴(522')이 상기 제3노광패턴(51)의 상기 제3어미자 패턴(511)에 오버레이된다.

다시 도 4 및 도 5b 그리고 도 5d를 참조하면, 상기 제2웨이퍼(45)를 언로딩하고(S411), 상기 제1웨이퍼(45)의 상기 제1감광막(47)과 상기 제2웨이퍼(55)의 상기 제2감광막(57)을 현상공정을 통해 각각 현상한다(S412). 오버레이 측정장비(도면상에는 도시되지 않음)를 통해 상기 제1웨이퍼(45)상에 형성된 상기 제1노광패턴(41)과 상기 제2노광패턴(42)의 오버레이를 측정하여 X 방향에서의 오버레이를 측정한다(S413). 이어서, 상기 제2웨이퍼(55)상에 형성된 상기 제3노광패턴(51)과 상기 제4노광패턴(52)의 오버레이를 상기 오버레이 측정장비를 통해 측정하여 Y 방향 에서의 오버레이를 측정한다(S414). 따라서, 오버레이 측정장비는 상기 제2노광패턴(42)의 상기 제2아들자 패턴(422)와 상기 제1노광패턴(41)의 제1어미자 패턴(411)간의 상대오차(rx1, ry1)를 측정하여 X 방향에서의 오버레이를 측정한다. 또한, 상기 제4노광패턴(52)의 상기 제4아들자 패턴(522)과 상기 제3노광패턴(51)의 제3어미자 패턴(511)간의 상대오차(rx2, ry2)를 측정하여 Y 방향에서의 오버레이를 측정한다.

여기서, 상기 상대오차(rx1, ry1)는 X 방향으로 시프트된 경우 상기 제2노광패턴(42)이 상기 제1노광패턴(41)으로부터 벗어난 오차량을 의미하고, 상기 상대오차(rx2, ry2)는 Y 방향으로 시프트된 경우 상기 제4노광패턴(52)이 상기 제3노광패턴(51)으로부터 벗어난 오차량을 의미한다. 상대오차 rx1은 도 5b를 참조하면, 오버레이된 상기 제1노광패턴(41)의 상기 제1어미자 패턴(411)과 상기 제2노광패턴(42)의 상기 제2아들자 패턴(422)사이의 X 방향에서의 거리를 나타내고, 상대오차 ry1 는 오버레이된 상기 제1노광패턴(41)의 상기 제1어미자 패턴(411)과 상기 제2노광패턴(42)의 상기 제2아들자 패턴(422)사이의 Y 방향에서의 거리를 나타낸다. 상대오차 rx2 은 도 5d를 참조하면, 오버레이된 상기 제3노광패턴(51)의 상기 제3어미자 패턴(511)과 상기 제4노광패턴(52)의 상기 제2아들자 패턴(522)사이의 X 방향에서의 거리를 나타내고, 상대오차 ry2 는 오버레이된 상기 제3노광패턴(51)의 상기 제1어미자 패턴(511)과 상기 제4노광패턴(52)의 상기 제2아들자 패턴(522)사이의 Y 방향에서의 거리를 나타낸다.

이때, 도 3a에서, X 방향에서 상기 레티클(30a)의 이웃하는 측정패턴(31)간 의 간격 즉 제1피치(pitch) Px1 는 수 mm 이고, 상기 측정패턴(31)의 상기 어미자(311)와 상기 아들자(312)간의 간격 dx1 은 수백 ㎛ 이므로, +Px1+dx1 또는 -Px1+dx1 의 값은 Px1 으로 근사되어진다. 또한, Y 방향에서 상기 측정패턴(31)의 상기 어미자(311)와 상기 아들자(312)간의 간격 dy1 도 수백 ㎛로, 제1피치(Px1)에 비하여는 매우 작은 값이므로, 0으로 근사되어진다. 따라서, 상기 제2노광패턴(42)은 상기 제1노광패턴(41)보다 X 방향으로 제1피치(Px1) 간격만큼 시프트되고 Y 방향으로 0만큼 시프트되었을 때, 즉 (Px1, 0)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다.

또한, Y 방향에서 상기 레티클(30a)의 이웃하는 측정패턴(31)간의 간격 즉 제2피치(pitch) Py1는 수 mm 이고, 상기 측정패턴(31)의 상기 어미자(311)와 상기 아들자(312)간의 간격 dy1 는 수백 ㎛ 이므로, +Py1+dy1, -Py1+dy1 의 값은 Py1 로 근사되어진다. 또한, X 방향에서 상기 측정패턴(31)의 상기 어미자(311)와 상기 아들자(312)간의 간격 dx1 도 수백 ㎛로, 제2피치(Py1)에 비하여는 매우 작은 값이므로, 0으로 근사되어진다. 따라서, 상기 제4노광패턴(52)은 상기 제3노광패턴(51)보다 Y 방향으로 제2피치(Py1) 간격만큼 시프트되고 X 방향으로 0만큼 시프트되었을 때, 즉 (0, Py1)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다.

이어서, 상기 X 방향의 상대오차(rx1, ry1)와 상기 Y 방향의 상대오차(rx2, ry2)로부터 상기 반도체 노광장치의 디스토션을 산출한다(S415). 상기 제2노광패턴(42)은 상기 제1노광패턴(41)이 X방향과 Y방향의 시프트양이 (Px1, 0)일 때 얻어진 패턴이므로, X 방향의 상대오차(rx1, ry1)은 하기의 식(1)으로 표현할 수 있다.

..... (1)

상기 식(1)로부터 X 방향의 상대오차(rx1, ry1) 및 제1피치(Px1)는 이미 알고 있는 값이므로,

,

를 구할 수 있다.

이와 마찬가지로, 상기 제4노광패턴(52)은 상기 제3노광패턴(51)이 X방향과 Y방향의 시프트양이 (0, Py1)일 때 얻어진 패턴이므로, Y 방향의 상대오차(rx2, ry2)은 하기의 식(2)으로 표현할 수 있다.

..... (2)

상기 식(2)로부터 Y 방향의 상대오차(rx2, ry2) 및 제2피치(Py1)는 이미 알고 있는 값이므로,

,

를 구할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 방법으로 상기 레티클(30a)의 모든 측정패턴(31)에 대응하는, 상기 원샷영역(46)에 형성된 모든 제1노광패턴(41)과 제2노광패턴(42)에 대하여 X 방향의

,

과 상기 원샷영역(56)에 형성된 모든 제3노광패턴(51)과 제4노광패턴(52)에 대하여 Y 방향의

,

을 구할 수 있다. 따라서, 하기의 식(3)의 선형 편미분 방정식의 해를 구하면, X 방향의 디스토션(u1, v1)과 Y 방향의 디스토션(u2, v2)를 각각 구할 수 있게 된다.

,

..... (3)

상기 식(3)으로부터 얻어진 u(x,y) 및 v(x,y)로부터 노광장치의 절대 그리드에 대한 노광장치의 디스토션을 산출하게 된다. 여기서, 절대 그리드란 노광장치 자체의 그리드를 의미한다. 따라서, 종래의 기준 그리드로 직교 그리드를 웨이퍼상에 형성하여 직교그리드에 대한 노광장치의 상대적인 디스토션값을 측정하는 방법대신, 본 발명의 일 실시예는 직교 그리드를 웨이퍼상에 형성하는 공정없이 X 방향 및 Y 방향으로 각각 레티클의 측정패턴의 피치만큼 이동시켜 2매의 웨이퍼를 각각 2회 노광시켜 노광패턴을 형성하여 줌으로써, 절대 그리드에 대한 노광장치의 디스토션을 측정한다. 그러므로, 단 한번 노광장치의 오퍼레이션을 통해 상기 노광장치의 절대적인 디스토션값을 신속하게 측정할 수 있게 된다.

도 6a 내지 도 6f는 도 4에 도시된 반도체 노광장비의 디스토션을 측정하는 방법을 설명하기 위한 웨이퍼의 노광패턴을 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6f는 도 3b에 도시된 상기 측정패턴(32)을 구비한 상기 레티클(30b)을 이용하여 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하기 위한 웨이퍼의 노광패턴을 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6f는 각각 상기 레티클(30b)에 의해 노광된 하나의 원샷영역에 한정하여 도시한 것으로서, 하나의 원샷영역에 배열되는 노광패턴중 일부만을 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6f에 도시된 노광패턴을 이용한 디스토션 측정방법은 도 5a 내지 도 5f에 도시된 노광패턴을 이용한 디스토션 측정방법과 동일하므로, 도 4의 공정순서에 따른 디스토션 측정방법의 상세한 설명은 여기에서 생략한다.

도 6a에는 도 4의 S404 공정을 통해 도 3b의 레티클(30b)을 이용하여 제1웨이퍼(65)상의 제1감광막(67)을 1차 노광시켜 원샷영역(66)에 형성된 제1노광패턴(61)을 도시한 것이다. 상기 제1노광패턴(61)은 상기 레티클(30b)의 측정패턴(32)에 대응하여 상기 원샷영역(66)에 다수개가 형성되며, 각 제1노광패턴(61)은 X 방향과 Y방향으로 일정간격(dx2, dy2)만큼 떨어져 배열되는 제1어미자 패턴(611)과 제1아들자 패턴(612)을 구비한다. 도 6b는 도 4의 S405 공정을 통해 도 3b의 상기 레티클(30b)을 이용하여 상기 제1웨이퍼(65)의 상기 제1감광막(67)을 2차노광시켜 상기 원샷영역(66)에 형성된 제2노광패턴(62)을 도시한 것이다. 상기 제2노광패턴(62)은 상기 레티클(30b)의 상기 측정패턴(32)에 대응하여 상기 원샷영역(66)에 다수개 형성되며, 각 상기 제2노광패턴(62)은 제2어미자 패턴(621)과 제2아들자 패턴(622)을 구비하며, 상기 제2어미자 패턴(621)과 상기 제1아들자 패턴(622)은 X 및 Y 방향으로 서로 일정간격(dx2, dy2)을 두고 떨어져 배열된다.

상기 2차 노광은 상기 제1웨이퍼(65)에 상기 레티클(30b)을 1차 노광시보다 X방향으로 일정간격 즉, +Px2+dx2 만큼 시프트시키고, Y 방향으로 일정간격 즉 +dy2만큼 시프트시켜 얼라인한 상태에서 수행된다. 이때, +Px2 는 1차 노광시보다 X 방향에서 오른쪽으로 제1피치(Px2)만큼 시프트되고, +dx2 는 1차 노광시보다 X 방향에서 오른쪽으로 dx2 만큼 시프트되며, +dy2 는 1차 노광시보다 Y 방향에서 dy2 만큼 위쪽으로 시프트됨을 의미한다. 상기 제2노광패턴(62)의 상기 제2어미자 패턴(621)과 제2아들자 패턴(622)은 각각 상기 제1노광패턴(61)의 상기 제1어미자 패턴(611)과 상기 제2아들자 패턴(612)보다 X 방향으로 +Px2+dx2 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy2 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제2노광패턴(62)의 제2아들자 패턴(622)이 상기 제1노광패턴(61)의 상기 제1어미자 패턴(611)에 오버레이 되어진다.

이때, 도 3b에서, X 방향에서 상기 레티클(30b)의 이웃하는 측정패턴(32)간의 간격 즉 제1피치(pitch) Px2 는 수 mm 이고, 상기 측정패턴(32)의 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)간의 간격 dx2 은 수백 ㎛ 이므로, +Px2+dx2 의 값은 Px2 으로 근사되어진다. 또한, Y 방향에서 상기 측정패턴(32)의 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)간의 간격 dy2 도 수백 ㎛로, 제1피치(Px2)에 비하여는 매우 작은 값이므로, 0으로 근사되어진다. 따라서, 상기 제2노광패턴(62)은 상기 제1노광패턴(61)보다 X 방향으로 제1피치(Px2) 간격만큼 시프트되고 Y 방향으로 0만큼 시프트되었을 때, 즉 (Px2, 0)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다.

따라서, 도 6b로부터 S413공정을 통해 상기 제2노광패턴(62)의 상기 제2아들자 패턴(622)와 상기 제1노광패턴(61)의 제1어미자 패턴(611)간의 상대오차(rx1, ry1)를 측정하여 X 방향에서의 오버레이를 측정하는데, 상대오차 rx1은 상기 제1노광패턴(61)의 상기 제1어미자 패턴(611)중 X 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스 패턴(611b)의 중심(Cx11)과 상기 제2노광패턴(62)의 상기 제2아들자 패턴(622)중 X 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스패턴(622a)의 중심(Cx12)간의 거리가 된다. 또한, 상대오차 ry1은 상기 제1노광패턴(61)의 상기 제1어미자 패턴(611)중 Y 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스 패턴(611a)의 중심(Cy11)과 상기 제2노광패턴(62)의 상기 제2아들자 패턴(622)중 Y 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스패턴(622b)의 중심(Cy12)간의 거리가 된다.

한편, 2차노광시 상기 제2노광패턴(62)을 상기 제1노광패턴(61)보다 X방향과 Y방향으로 +Px2+dx2, +dy2만큼 시프트시켜 노광하는 대신에, 도 6e에 도시된 바와 같이 상기 제2노광패턴(61)보다 -Px2+dx2, +dy2 만큼 시프트시켜 2차 노광공정을 수행하여 제2노광패턴(62')을 형성할 수도 있다. 이때, -Px2 는 1차 노광시보다 X방향에서 왼쪽으로 제1피치(Px2)만큼 시프트됨을 의미한다. 상기 제2노광패턴(62')의 상기 제2어미자 패턴(621')과 상기 제2아들자 패턴(622')은 각각 상기 제1노광패턴(61)의 상기 제1어미자 패턴(611)과 상기 제1아들자 패턴(612)보다 X 방향으로 -Px2+dx2 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy2 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제2노광패턴(62')의 상기 제2아들자패턴(622')이 상기 제1노광패턴(61)의 상기 제1어미자 패턴(611)에 오버레이된다.

도 6c에는 도 4의 S409 공정을 통해 도 3b의 레티클(30b)을 이용하여 제2웨이퍼(75)상의 제2감광막(77)을 1차 노광시켜 원샷영역(76)에 형성된 제3노광패턴(71)을 도시한 것이다. 상기 제3노광패턴(71)은 상기 레티클(30b)의 측정패턴(32)에 대응하여 상기 원샷영역(76)에 다수개 형성되고, 상기 제3노광패턴(71)은 X 방향과 Y방향으로 일정간격(dx2, dy2)만큼 떨어져 배열되는 제3어미자 패턴(711)과 제3아들자 패턴(712)을 구비한다. 도 6d는 도 4의 S410 공정을 통해 도 3b의 레티클(30b)을 이용하여 상기 제2웨이퍼(75)의 상기 제2감광막(77)을 2차노광시켜 상기 원샷영역(76)에 형성된 제4노광패턴(72)을 도시한 것이다. 상기 제4노광패턴(72)은 상기 레티클(30b)의 측정패턴(32)에 대응하여 상기 원샷영역(76)에 다수개 형성되 고, 상기 제4노광패턴(72)은 제4어미자 패턴(721)과 제4아들자 패턴(722)을 구비하며, 상기 제4어미자 패턴(721)과 상기 제4아들자 패턴(722)은 X 및 Y 방향으로 서로 일정간격(dx2, dy2)을 두고 떨어져 배열된다.

상기 2차 노광은 상기 웨이퍼(75)에 상기 레티클(30b)을 1차 노광시보다 X방향으로 일정간격 즉, +dx2 만큼 시프트시키고, Y 방향으로 일정간격 즉 -Py2+dy2만큼 시프트시켜 얼라인한 상태에서 수행된다. 이때, -Py2 는 1차 노광시보다 Y 방향에서 제2피치(Py2) 만큼 아래쪽으로 시프트됨을 의미한다. 상기 제4노광패턴(72)의 상기 제4어미자 패턴(721)과 제4아들자 패턴(722)은 각각 상기 제3노광패턴(71)의 상기 제3어미자 패턴(711)과 상기 제3아들자 패턴(712)보다 X 방향으로 +dx2 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 -Py2+dy2 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제4노광패턴(72)의 제4아들자 패턴(722)이 상기 제3노광패턴(71)의 상기 제3어미자 패턴(711)에 오버레이 되어진다.

이때, Y 방향에서 레티클(30b)의 이웃하는 측정패턴(32)간의 간격 즉 제2피치(pitch) Py2는 수 mm 이고, 상기 측정패턴(32)의 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)간의 간격 dy2 는 수백 ㎛ 이므로, -Py2+dy2 의 값은 Py2 로 근사되어진다. 또한, X 방향에서 상기 측정패턴(32)의 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)간의 간격 dx2 도 수백 ㎛로, 제2피치(Py2)에 비하여는 매우 작은 값이므로, 0으로 근사되어진다. 따라서, 상기 제4노광패턴(72)은 상기 제3노광패턴(71)보다 Y 방향으로 제2피치(Py2) 간격만큼 시프트되고 X 방향으로 0만큼 시프트되었을 때, 즉 (0, Py2)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다.

따라서, 도 6d로부터 S414공정을 통해 상기 제4노광패턴(72)의 상기 제4아들자 패턴(722)와 상기 제3노광패턴(71)의 제3어미자 패턴(711)간의 상대오차(rx2, ry2)를 측정하여 Y 방향에서의 오버레이를 측정하는데, 상대오차 rx2은 상기 제3노광패턴(71)의 상기 제3어미자 패턴(711)중 X 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스 패턴(711b)의 중심(Cx21)과 상기 제4노광패턴(72)의 상기 제4아들자 패턴(722)중 X 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스패턴(722a)의 중심(Cx22)간의 거리가 된다. 또한, 상대오차 ry2은 상기 제3노광패턴(71)의 상기 제3어미자 패턴(711)중 Y 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스 패턴(711a)의 중심(Cy21)과 상기 제4노광패턴(72)의 상기 제4아들자 패턴(722)중 Y 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스패턴(722b)의 중심(Cy22)간의 거리가 된다.

한편, 2차노광시 상기 제4노광패턴(72)을 상기 제3노광패턴(71)보다 X방향과 Y방향으로 +dx2, -Py2+dy2만큼 시프트시켜 노광하는 대신에, 도 6f에 도시된 바와 같이 상기 제3노광패턴(71)보다 +dx2, +Py2+dy2 만큼 시프트시켜 2차 노광공정을 수행하여 제4노광패턴(72')을 형성할 수도 있다. 이때, +Py2 는 1차 노광시보다 Y방향에서 위쪽으로 제2피치(Py2)만큼 시프트됨을 의미한다. 상기 제4노광패턴(72')의 상기 제4어미자 패턴(721')과 제4아들자 패턴(722')은 각각 상기 제3노광패턴(71)의 상기 제3어미자 패턴(711)과 제3아들자 패턴(712)보다 X 방향으로 dx2 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +Py2+dy2 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제4노광패턴(72')의 상기 제4아들자패턴(722')이 상기 제3노광패턴(71)의 상기 제3어미자 패턴(711)에 오버레이된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도를 도시한 것이다. 도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 방법을 설명하기 위한 웨이퍼의 노광패턴을 도시한 것이다. 도 8a 내지 도 8f는 도 3a에 도시된 상기 측정패턴(31)을 구비한 상기 레티클(30a)을 이용하여 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하기 위한 웨이퍼의 노광패턴도시한 것이다. 도 8a 내지 도 8f 는 각각 상기 레티클(30a)에 의해 노광된 하나의 원샷영역에 한정하여 도시한 것으로서, 하나의 원샷영역에 배열되는 노광패턴중 일부만을 도시한 것이다. 다른 실시예에 따른 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법은 1장의 웨이퍼를 사용하여 단 한번의 장비 오퍼레이션으로 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하는 것이다.

도 7 및 도 8a를 참조하면, 반도체 노광장치내에 웨이퍼(85)를 로딩하고(S701), 상기 반도체 노광장치내에 디스토션 측정용 레티클(30a)을 로딩시킨다(S702). 상기 웨이퍼(85)상에는 감광막(87)이 도포되어 있다. 상기 감광막(87)이 도포된 상기 웨이퍼(85)에 상기 레티클(30a)을 정렬시킨다(S703). 이어서, 상기 레티클(30a)을 이용하여 상기 감광막(87)을 1차 노광하여 상기 웨이퍼(85)의 원샷영역(86)에 제1노광패턴(81)을 형성한다(S704). 상기 제1노광패턴(81)은 상기 레티클(30a)의 측정패턴(31)에 대응하여 상기 원샷영역(86)에 다수개가 형성되며, 각 제1노광패턴(81)은 X 및 Y 방향으로 서로 일정간격(dx1, dy1)을 두고 떨어져 배열되는 제1어미자패턴(811)과 제1아들자패턴(812)을 구비한다.

도 7 및 도 8b를 참조하면, 상기 웨이퍼(85)상의 1차 노광된 상기 감광막 (87)을 상기 레티클(30a)을 이용하여 2차 노광시켜 제2노광패턴(82)을 형성한다(S705). 제2노광패턴(82)은 상기 레티클(30a)의 측정패턴(31)에 대응하여 상기 원샷영역(86)에 다수개가 형성되며, 각 제2노광패턴은 X 방향과 Y 방향으로 각각 일정거리(dx1, dy1) 만큼 떨어져 배열되는 제2어미자 패턴(821)과 제2아들자 패턴(822)을 구비한다. 이때, 상기 2차 노광은 상기 웨이퍼(85)에 상기 레티클(30a)을 1차노광시보다 X방향으로 일정간격 즉, +Px1+dx1 만큼 시프트시키고, Y 방향으로 일정간격 즉 +dy1 만큼 시프트시켜 얼라인한 상태에서 수행된다. 상기 제2노광패턴(82)의 상기 제2어미자 패턴(821)은 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1어미자패턴(811)보다 X 방향으로 +Px1+dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy1 만큼 시프트되어 형성되고, 상기 제2아들자패턴(822)은 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1아들자 패턴(812)보다 X 방향으로 +Px1 +dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy1 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제2노광패턴(82)의 제2아들자패턴(822)이 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1어미자패턴(811)에 오버레이된다.

여기에서, 상기 제2노광패턴(82)이 제1노광패턴(81)보다 +Px1+dx1, +dy1 만큼 시프트되어 노광되는 것을 예시하였으나, 도 8e에 도시된 바와 같이 제1노광패턴(81)보다 -Px1+dx1, +dy1 만큼 시프트시켜 2차 노광공정을 수행하여 제2노광패턴(82')을 형성할 수도 있다. 제2노광패턴(82')의 제2어미자패턴(821')은 제1노광패턴(81)의 제1어미자패턴(811)보다 X 방향으로 -Px1+dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy1 만큼 시프트되어 형성되고, 제2아들자패턴(822')은 제1노광패턴(81)의 제1아들자패턴(812)보다 X 방향으로 -Px1+dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy1 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 제2노광패턴(82')의 제2아들자패턴(822')이 제1노광패턴(81)의 제1어미자패턴(811)에 오버레이된다.

도 7 및 도 8c를 참조하면, 2차 노광된 웨이퍼(87)에 상기 반도체 노광장치내에 디스토션 측정용 레티클(30a)을 정렬시키고, 상기 감광막(87)을 3차 노광시켜 제3노광패턴(83)을 형성한다(S706). 제3노광패턴(83)은 상기 레티클(30a)의 측정패턴(31)에 대응하여 상기 원샷영역(87)에 다수개가 형성되며, 각 제3노광패턴(83)은 X 방향과 Y 방향으로 일정간격(dx1, dy1)만큼 떨어져 배열되는 제4어미자패턴(821)과 제4아들자패턴(822)을 구비한다. 이때, 상기 3차 노광은 상기 웨이퍼(85)에 상기 레티클(30a)을 1차노광시보다 X방향으로 일정간격 즉, -dx1 만큼 시프트시키고, Y 방향으로 일정간격 즉 +Py1-dy1 만큼 시프트시켜 얼라인시킨 상태에서 수행된다. 이때, -dy1 는 1차 노광시보다 X 방향으로 dy1 만큼 좌측으로 시프트되고, +Py1는 1차노광시보다 제2피치(Py1)만큼 Y 방향에서 윗쪽으로 시프트되며, -dy1 는 1차 노광시보다 Y 방향으로 dy1 만큼 아랫쪽으로 시프트되었음을 의미한다. 따라서, 상기 제3노광패턴(83)의 상기 제3어미자패턴(831)과 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1아들자패턴(812)은 서로 오버레이된다.

여기에서는, 상기 제3노광패턴(83)이 상기 제1노광패턴(81)보다 -dx1, +Py1-dy1 만큼 시프트되어 노광되는 것을 예시하였으나, 도 8d에 도시된 바와같이 상기 제1노광패턴(81)보다 -dx1, -Py1-dy1만큼 시프트시켜 3차 노광공정을 수행하여 상기 제3노광패턴(83')을 형성할 수도 있다. 상기 제3노광패턴(83')의 상기 제3어미자패턴(831')은 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1어미자패턴(811)보다 X 방향으로 -dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 -Py1-dy1 만큼 시프트되어 형성되고, 상기 제3아들자패턴(832')은 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1아들자패턴(812)보다 X 방향으로 -dx1 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 -Py-dy1 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제3노광패턴(83')의 상기 제3어미자패턴(832')이 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1아들자패턴(811)에 오버레이된다.

다시 도 7 및 도 8c를 참조하면, 상기 웨이퍼(85)를 언로딩하고(S707), 상기 웨이퍼(85)의 감광막(87)을 통해 현상한다(S708). 오버레이 측정장비(도면상에는 도시되지 않음)를 통해 상기 웨이퍼(85)의 상기 감광막(87)에 형성된 상기 제1노광패턴(81)과 상기 제2노광패턴(82)의 오버레이를 측정하여 X 방향에서의 오버레이를 측정하고(S709), 상기 웨이퍼(85)의 상기 제1노광패턴(81)과 상기 제3노광패턴(83)의 오버레이를 상기 오버레이 측정장비를 통해 측정한다(S710). 따라서, 오버레이 측정장비는 상기 제2노광패턴(82)의 상기 제2아들자패턴(822)과 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1어미자패턴(811)간의 상대오차(rx1, ry1)를 측정하고, 상기 제3노광패턴(83)의 상기 제3어미자패턴(831)과 상기 제1노광패턴(81)의 상기 제1아들자패턴(812)간의 상대오차(rx2, ry2)를 측정한다. 여기서, 상기 상대오차(rx1, ry1)는 X 방향으로 시프트된 경우 상기 제2노광패턴(82)이 상기 제1노광패턴(81)으로부터 벗어난 오차량을 의미하고, 상기 상대오차(rx2, ry2)는 Y 방향으로 시프트된 경우 상기 제3노광패턴(83)이 상기 제1노광패턴(81)으로부터 벗어난 오차량을 의미한다.

이때, X 방향에서 레티클(30a)의 측정패턴(31)간의 간격 즉 제1피치(pitch) Px1는 수 mm 이고, 측정패턴(31)의 어미자(311)와 아들자(312)간의 간격 dx1 는 수백 ㎛ 이므로, Px1+dx1 또는 -Px1+dx 의 값은 Px1 로 근사되어진다. 또한, Y 방향에서 측정패턴(31)의 어미자(311)와 아들자(312)간의 간격 dy1 도 수백 ㎛로, 제1피치(Px)에 비하여는 매우 작은 값이므로, 0으로 근사되어진다. 따라서, 제2노광패턴(82)은 제1노광패턴(81)보다 X 방향으로 제1피치(Px1) 간격만큼 시프트되고 Y 방향으로 0만큼 시프트되었을 때, 즉 (Px1, 0)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다.

또한, Y 방향에서 레티클(30)의 측정패턴(31)간의 간격 즉 제2피치(pitch) Py1는 수 mm 이고, 측정패턴(31)의 어미자(311)와 아들자(312)간의 간격 dy1 는 수백 ㎛ 이므로, Py1-dy1 또는 -Py1-dy1의 값은 Py1 로 근사되어진다. 또한, X 방향에서 측정패턴(31)의 어미자(311)와 아들자(312)간의 간격 dx1 도 수백 ㎛로, 제2피치(Py1)에 비하여는 매우 작은 값이므로, 0으로 근사되어진다. 따라서, 제2노광패턴(82)은 제1노광패턴(81)보다 X 방향으로 제1피치(Px1) 간격만큼 시프트되고 Y 방향으로 0 만큼 시프트되었을 때, 즉 (Px1, 0)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다. 제3노광패턴(83)은 제1노광패턴(81)보다 Y 방향으로 제2피치(Py1) 간격만큼 시프트되고 X 방향으로 0만큼 시프트되었을 때, 즉(0, Py1)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다.

이어서, 상기 X 방향의 상대오차(rx1, ry1)와 상기 Y 방향의 상대오차(rx2, ry2)로부터 상기 반도체 노광장치의 디스토션을 측정한다(S711). 제2노광패턴(82)은 제1노광패턴(81)이 X방향과 Y방향의 시프트양이 (Px1, 0)일 때 얻어진 패턴이므 로, X 방향의 상대오차(rx1, ry1)은 상기의 식(1)처럼 표현할 수 있으며, X 방향의 상대오차(rx1, ry1) 및 Px1 는 이미 알고 있는 값이므로, 상기 식(1)로부터

,

를 구할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제3노광패턴(83)은 제1노광패턴(81)이 X방향과 Y방향의 시프트양이 (0, Py1)일 때 얻어진 패턴이므로, Y 방향의 상대오차(rx2, ry2)은 상기의 식(2)처럼 표현할 수 있다. 상기 식(2)로부터 Y 방향의 상대오차(rx2, ry2) 및 Py1 는 이미 알고 있는 값이므로,

,

를 구할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 방법으로 상기 레티클(30a)의 모든 측정패턴(31)에 대응하는, 상기 원샷영역(86)에 형성된 모든 제1노광패턴(81)과 제2노광패턴(82)에 대하여 X 방향의

,

과 상기 원샷영역(86)에 형성된 모든 제1노광패턴(81)과 제3노광패턴(83)에 대하여 Y 방향의

,

을 구할 수 있다. 따라서, 상기의 식(3)의 선형 편미분 방정식의 해를 구하면, X 방향의 디스토션(u1, v1)과 Y 방향의 디스토션(u2, v2)를 각각 구할 수 있게 된다.

상기 식(3)으로부터 얻어진 u(x,y) 및 v(x,y)로부터 노광장치의 절대 그리드에 대한 노광장치의 디스토션을 산출하게 된다. 여기서, 절대 그리드란 노광장치 자체의 그리드를 의미한다. 따라서, 종래의 기준 그리드로 직교 그리드를 웨이퍼상에 형성하여 직교그리드에 대한 노광장치의 상대적인 디스토션값을 측정하는 방법대신, 본 발명의 다른 실시예는 직교 그리드를 웨이퍼상에 형성하는 공정없이 X 방향 및 Y 방향으로 각각 레티클의 측정패턴의 피치만큼 이동시켜 1매의 웨이퍼를 3 회 노광시켜 노광패턴을 형성하여 줌으로써, 절대 그리드에 대한 노광장치의 디스토션을 측정한다. 그러므로, 단 한번 노광장치의 오퍼레이션을 통해 상기 노광장치의 절대적인 디스토션값을 신속하게 측정할 수 있게 된다.

도 9a 내지 도 9d는 도 7에 도시된 반도체 노광장비의 디스토션을 측정하는 방법을 설명하기 위한 웨이퍼의 노광패턴을 도시한 것이다. 도 9a 내지 도 9d는 도 3b에 도시된 상기 측정패턴(32)을 구비한 상기 레티클(30b)을 이용하여 반도체 노광장치의 디스토션을 측정하기 위한 웨이퍼의 노광패턴을 도시한 것이다. 도9a 내지 도 9d는 각각 상기 레티클(30b)에 의해 노광된 하나의 원샷영역에 한정하여 도시한 것으로서, 하나의 원샷영역에 배열되는 노광패턴중 일부만을 도시한 것이다. 도 9a 내지 도 9d에 도시된 노광패턴을 이용한 디스토션 측정방법은 도 8a 내지 도 8d에 도시된 노광패턴을 이용한 디스토션 측정방법과 동일하므로, 도 7의 공정순서에 따른 디스토션 측정방법에 대한 상세한 설명은 여기에서 생략한다.

도 9a에는 도 7의 S704 공정을 통해 도 3b의 레티클(30b)을 이용하여 웨이퍼(95)상의 감광막(97)을 1차 노광시켜 원샷영역(96)에 형성된 제1노광패턴(91)을 도시한 것이다. 상기 제1노광패턴(91)은 상기 레티클(30b)의 상기 측정패턴(32)에 대응하여 상기 원샷영역(96)에 다수개 형성되는데, 상기 제1노광패턴(91)은 X 방향과 Y방향으로 일정간격(dx2, dy2)만큼 떨어져 배열되는 제1어미자 패턴(911)과 제1아들자 패턴(912)을 구비한다. 도 9b는 도 4의 S705 공정을 통해 도 3b의 레티클(30b)을 이용하여 상기 웨이퍼(95)의 상기 감광막(97)을 2차노광시켜 상기 원샷영역(96)에 형성된 제2노광패턴(92)을 도시한 것이다. 상기 제2노광패턴(92)은 상기 레티클(30b)의 상기 측정패턴(32)에 대응하여 상기 원샷영역(96)에 다수개 형성되는데, 상기 제2노광패턴(92)은 제2어미자 패턴(921)과 제2아들자 패턴(922)을 구비한다. 상기 제2어미자 패턴(921)과 상기 제1아들자 패턴(922)은 X 및 Y 방향으로 서로 일정간격(dx2, dy2)을 두고 떨어져 배열된다.

상기 2차 노광은 상기 웨이퍼(95)에 상기 레티클(30b)을 1차 노광시보다 X방향으로 일정간격 즉, +Px2+dx2 만큼 시프트시키고, Y 방향으로 일정간격 즉 +dy2만큼 시프트시켜 얼라인한 상태에서 수행된다. 이때, +Px2 는 1차 노광시보다 X 방향에서 오른쪽으로 제1피치(Px2)만큼 시프트되고, +dx2 는 1차 노광시보다 X 방향에서 오른쪽으로 dx2 만큼 시프트되며, +dy2 는 1차 노광시보다 Y 방향에서 dy2 만큼 위쪽으로 시프트됨을 의미한다. 상기 제2노광패턴(92)의 상기 제2어미자 패턴(921)과 제2아들자 패턴(922)은 각각 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)과 상기 제2아들자 패턴(912)보다 X 방향으로 +Px2+dx2 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 dy2 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제2노광패턴(92)의 상기 제2아들자 패턴(922)이 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)에 오버레이 되어진다.

한편, 2차노광시 상기 제2노광패턴(92)을 상기 제1노광패턴(91)보다 X방향과 Y방향으로 +Px2+dx2, +dy2만큼 시프트시켜 노광하는 대신에, 도 9d 에 도시된 바와 같이 상기 제2노광패턴(91)보다 -Px2+dx2, +dy2 만큼 시프트시켜 2차 노광공정을 수행하여 제2노광패턴(92')을 형성할 수도 있다. 이때, -Px2 는 1차 노광시보다 X방향에서 왼쪽으로 제1피치(Px1)만큼 시프트됨을 의미한다. 상기 제2노광패턴 (92')의 상기 제2어미자 패턴(921')과 상기 제2아들자 패턴(922')은 각각 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)과 상기 제1아들자 패턴(912)보다 X 방향으로 -Px2+dx2 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +dy2 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제2노광패턴(92')의 상기 제2아들자패턴(922')이 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)에 오버레이된다.

이때, 도 3b에서, X 방향에서 상기 레티클(30b)의 이웃하는 측정패턴(32)간의 간격 즉 제1피치(pitch) Px2 는 수 mm 이고, 상기 측정패턴(32)의 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)간의 간격 dx2 은 수백 ㎛ 이므로, +Px2+dx2, -Px2+dx2 의 값은 Px2 으로 근사되어진다. 또한, Y 방향에서 상기 측정패턴(32)의 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)간의 간격 dy2 도 수백 ㎛로, 제1피치(Px2)에 비하여는 매우 작은 값이므로, 0으로 근사되어진다. 따라서, 상기 제2노광패턴(92, 92')은 상기 제1노광패턴(91)보다 X 방향으로 제1피치(Px2) 간격만큼 시프트되고 Y 방향으로 0만큼 시프트되었을 때, 즉 (Px2, 0)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다.

도 9c에는 도 4의 S707 공정을 통해 도 3b의 레티클(30b)을 이용하여 상기 웨이퍼(95)상의 상기 감광막(97)을 3차 노광시켜 원샷영역(96)에 형성된 제3노광패턴(93)을 도시한 것이다. 상기 제3노광패턴(91)은 상기 레티클(30b)의 측정패턴(32)에 대응하여 상기 원샷영역(96)에 다수개 형성되며, 각 제3노광패턴(91)은 X 방향과 Y방향으로 일정간격(dx2, dy2)만큼 떨어져 배열되는 제3어미자 패턴(931)과 제3아들자 패턴(932)을 구비한다.

상기 3차 노광은 상기 웨이퍼(95)에 상기 레티클(30b)을 1차 노광시보다 X방향으로 일정간격 즉, -dx2 만큼 시프트시키고, Y 방향으로 일정간격 즉 +Py2-dy2만큼 시프트시켜 얼라인한 상태에서 수행된다. 이때, +Py2 는 1차 노광시보다 Y 방향에서 제2피치(Py2) 만큼 위쪽으로 시프트되고, -dy2는 1차노광시보다 Y 방향에서 아래쪽으로 dy2만큼 시프트됨을 의미한다. 상기 제3노광패턴(93)의 상기 제3어미자 패턴(931)과 제3아들자 패턴(932)은 각각 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)과 상기 제1아들자 패턴(912)보다 X 방향으로 -dx2 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 +Py2-dy2 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제4노광패턴(92)의 제4아들자 패턴(922)이 상기 제3노광패턴(91)의 상기 제3어미자 패턴(911)에 오버레이 되어진다.

한편, 3차노광시 상기 제3노광패턴(93)을 상기 제1노광패턴(91)보다 X방향과 Y방향으로 -dx2, +Py2-dy2만큼 시프트시켜 노광하는 대신에, 도 9d 에 도시된 바와 같이 상기 제1노광패턴(91)보다 -dx2, -Py2-dy2 만큼 시프트시켜 3차 노광공정을 수행하여 제2노광패턴(92')을 형성할 수도 있다. 이때, -Py2 는 1차 노광시보다 Y방향에서 아래쪽으로 제2피치(Py2)만큼 시프트됨을 의미한다. 상기 제3노광패턴(93')의 상기 제2어미자 패턴(931')과 상기 제2아들자 패턴(932')은 각각 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)과 상기 제1아들자 패턴(912)보다 X 방향으로 -dx2 만큼 시프트되고, Y 방향으로는 -Py2-dy2 만큼 시프트되어 형성된다. 따라서, 상기 제3노광패턴(93')의 상기 제2아들자패턴(932')이 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)에 오버레이된다.

이때, Y 방향에서 레티클(30b)의 이웃하는 측정패턴(32)간의 간격 즉 제2피치(pitch) Py2는 수 mm 이고, 상기 측정패턴(32)의 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)간의 간격 dy2 는 수백 ㎛ 이므로, +Py2-dy2 또는 -Py2-dy2 의 값은 Py2 로 근사되어진다. 또한, X 방향에서 상기 측정패턴(32)의 상기 어미자(321)와 상기 아들자(322)간의 간격 dx2 도 수백 ㎛로, 제2피치(Py2)에 비하여는 매우 작은 값이므로, 0으로 근사되어진다. 따라서, 상기 제3노광패턴(93, 93')은 상기 제1노광패턴(91)보다 Y 방향으로 제2피치(Py2) 간격만큼 시프트되고 X 방향으로 0만큼 시프트되었을 때, 즉 (0, Py2)만큼 시프트되었을 때의 노광패턴으로 볼 수 있다.

따라서, 도 9c로부터 S709공정을 통해 상기 제2노광패턴(92)의 상기 제2아들자 패턴(922)와 상기 제1노광패턴(91)의 제1어미자 패턴(911)간의 상대오차(rx1, ry1)를 측정하여 X 방향에서의 오버레이를 측정하는데, 상대오차 rx1은 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)중 X 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스 패턴(911b)의 중심(Cx21)과 상기 제2노광패턴(92)의 상기 제2아들자 패턴(922)중 X 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스패턴(922a)의 중심(Cx12)간의 거리가 된다. 또한, 상대오차 ry1은 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1어미자 패턴(911)중 Y 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스 패턴(911a)의 중심(Cy11)과 상기 제2노광패턴(92)의 상기 제2아들자 패턴(922)중 Y 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스패턴(922b)의 중심(Cy12)간의 거리가 된다.

또한, 도 9c로부터 S710공정을 통해 상기 제3노광패턴(93)의 상기 제3어미자 패턴(931)과 상기 제1노광패턴(91)의 제1아들자 패턴(912)간의 상대오차(rx2, ry2) 를 측정하여 Y 방향에서의 오버레이를 측정하는데, 상대오차 rx2은 상기 제3노광패턴(93)의 상기 제3어미자 패턴(931)중 X 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스 패턴(931b)의 중심(Cx21)과 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1아들자 패턴(912)중 X 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스패턴(912a)의 중심(Cx22)간의 거리가 된다. 또한, 상대오차 ry2은 상기 제3노광패턴(93)의 상기 제1어미자 패턴(931)중 Y 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스 패턴(931a)의 중심(Cy21)과 상기 제1노광패턴(91)의 상기 제1아들자 패턴(912)중 Y 방향으로 배열되는 라인 및 스페이스패턴(912b)의 중심(Cy22)간의 거리가 된다.

본 발명의 실시예에서는 상기 1차노광된 웨이퍼를 2차노광 및 3차노광할 때 X 방향으로 제1피치 또는 Y 방향으로 제2피치만큼 시프트시켜 노광하는 것을 예시하였으나, 이에 반드시 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 X 방향 및 Y방향의 시프트량으로 다양하게 조절할 수 있다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 직교 그리드를 웨이퍼상에 형성하는 공정없이 X 방향 및 Y 방향으로 각각 레티클의 측정패턴의 피치만큼 이동시켜 웨이퍼를 2회 또는 3회 노광시켜 노광패턴을 형성하여 줌으로써, 절대 그리드에 대한 노광장치의 디스토션을 측정할 수 있다. 그러므로, 단 한번 노광장치의 오퍼레이션을 통해 상기 노광장치의 절대적인 디스토션값을 신속하게 측정할 수 있으며, 측정된 디스토션이 어느정도 직교 그리드로부터 벗어났는지 또는 시간에 따라 어떻게 변화하는 지 용이하게 판단할 수 있게 된다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (23)

1. 상면에 제1감광막이 형성된 제1웨이퍼에 다수의 측정패턴을 구비하는 레티클을 정렬시키는 단계로서, 상기 레티클내에서 상기 다수의 측정패턴은 제1방향으로 이웃하는 측정패턴과 제1피치만큼의 간격을 유지하고 상기 제1방향과 직교하는 방향인 제2방향으로 제2피치만큼 떨어져 배열되는, 상기 레티클을 정렬시키는 단계;

   상기 레티클을 이용하여 상기 제1감광막을 노광시켜 다수의 제1노광패턴을 형성하는 단계;

   상기 레티클을 상기 제1웨이퍼에 정렬시키되, 상기 1차노광시보다 제1시프트값만큼 시프트시켜 정렬시키는 단계;

   상기 레티클을 이용하여 상기 1차 노광된 제1감광막을 2차 노광시켜 다수의 제2노광패턴을 형성하는 단계;

   상면에 제2감광막에 형성된 제2웨이퍼에 상기 레티클을 정렬시키는 단계;

   상기 레티클을 이용하여 상기 제2감광막을 1차 노광하여 다수의 제3노광패턴을 형성하는 단계;

   상기 레티클을 상기 제2웨이퍼에 정렬시키되, 상기 1차노광시보다 제2시프트값만큼 시프트시켜 정렬시키는 단계;

   상기 레티클을 이용하여 상기 제2웨이퍼를 2차 노광시켜 다수의 제4노광패턴을 형성하는 단계;

   상기 각 제1노광패턴과 제2노광패턴으로부터 상기 제1방향에서의 제1상대오 차를 구하고, 상기 제3노광패턴과 제4노광패턴으로부터 상기 제2방향에서의 제2상대오차를 구하는 단계;

   상기 제1상대오차로부터 상기 제1방향의 디스토션을 측정하고 상기 제2상대오차로부터 상기 제2방향의 디스토션을 측정하는 단계를 포함하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1웨이퍼의 상기 1차노광 및 상기 2차노광 그리고 상기 제2웨이퍼의 상기 1차노광 및 상기 2차노광은 동일한 반도체 노광장치내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1웨이퍼를 상기 레티클에 정렬시키는 단계전에, 상기 제1웨이퍼를 반도체 노광장치내에 로딩시키는 단계; 및

   상기 레티클을 상기 반도체 노광장치내로 로딩시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2노광패턴 형성단계와 상기 제2웨이퍼를 상기 레티클에 얼라인시키는 단계사이에, 상기 제1웨이퍼를 상기 반도체 노광장치로부터 언로딩시키는 단계; 및

   상기 제2웨이퍼를 상기 반도체 노광장치내로 로딩시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제4노광패턴 형성단계와 상기 제1상대오차 및 상기 제2상대오차 측정단계사이에, 상기 제2웨이퍼를 언로딩하는 단계: 및

   상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 현상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 레티클을 상기 제1웨이퍼에 정렬시킬 때, 상기 1차노광시보다 제1방향으로 제1피치만큼 좌측 또는 우측으로 시프트시켜 정렬하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 레티클을 상기 제2웨이퍼에 정렬시킬 때, 상기 1차노광시보다 제2방향으로 제2피치만큼 상측 또는 하측으로 시프트시켜 정렬하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 레티클의 상기 측정패턴은 제1방향으로 제1간격만큼 떨어지고 상기 제2방향으로 제2간격만큼 떨어져 배열되는 어미자와 아들자를 구비하며, 상기 어미자와 상기 아들자간의 상기 제1간격 및 제2간격은 상기 이웃하는 측정패턴간의 제1피치 및 제2피치보다 무시할 정도로 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 레티클의 상기 측정패턴의 상기 어미자와 상기 아들자는 박스형태 또는 상기 라인 및 스페이스형태를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 제1노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제1어미자 패턴과 제1어미자 패턴을 갖으며,

    상기 제2노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제2어미자 패턴과 제2아들자 패턴을 갖으며,

    상기 제2노광패턴의 제2아들자 패턴은 상기 제1노광패턴의 제1어미자 패턴에 오버레이되는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1방향에서의 제1상대오차는 상기 오버레이된 상기 제2노광패턴의 제2아들자 패턴과 상기 제1노광패턴의 제1어미자 패턴간의 제1방향에서의 거리로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
12. 제8항에 있어서, 상기 제3노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제3어미자 패턴과 제3어미자 패턴을 갖으며,

    상기 제4노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제4어미자 패턴과 제4아들자 패턴을 갖으며,

    상기 제4노광패턴의 제4아들자 패턴은 상기 제3노광패턴의 제3어미자 패턴에 오버레이되는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 제2방향에서의 제2상대오차는 상기 오버레이된 상기 제3노광패턴의 제3아들자 패턴과 상기 제4노광패턴의 제4어미자 패턴간의 제2방향에서의 거리로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
14. 상면에 감광막이 형성된 웨이퍼에 다수의 측정패턴을 구비하는 레티클을 정렬시키는 단계로서, 상기 레티클내에서 상기 다수의 측정패턴은 제1방향으로 이웃하는 측정패턴과 제1피치만큼의 간격을 유지하고 상기 제1방향과 직교하는 방향인 제2방향으로 제2피치만큼 떨어져 배열되는, 상기 레티클을 정렬시키는 단계;

    상기 레티클을 이용하여 상기 감광막을 노광시켜 다수의 제1노광패턴을 형성하는 단계;

    상기 레티클을 상기 웨이퍼에 정렬시키되, 상기 1차노광시보다 제1시프트값만큼 시프트시켜 정렬시키는 단계;

    상기 레티클을 이용하여 상기 1차 노광된 제1감광막을 2차 노광시켜 다수의 제2노광패턴을 형성하는 단계;

    상기 레티클을 상기 웨이퍼에 정렬시키되, 상기 1차노광시보다 제2시프트값만큼 시프트시켜 정렬시키는 단계;

    상기 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 2차 노광시켜 다수의 제3노광패턴을 형성하는 단계;

    상기 각 제1노광패턴과 제2노광패턴으로부터 상기 제1방향에서의 제1상대오차를 구하고, 상기 제1노광패턴과 제3노광패턴으로부터 상기 제2방향에서의제2상대오차를 구하는 단계;

    상기 제1상대오차로부터 상기 제1방향의 디스토션을 측정하고 상기 제2상대오차로부터 상기 제2방향의 디스토션을 측정하는 단계를 포함하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 웨이퍼의 상기 1차 노광, 상기 2차노광 그리고 상기 3차노광은 동일한 반도체 노광장치내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 레티클에 얼라인시키는 단계전에, 상기 웨이퍼를 반도체 노광장치내에 로딩시키는 단계; 및

    상기 레티클을 상기 반도체 노광장치내로 로딩시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 제4노광패턴 형성단계와 상기 제1상대오차 및 상기 제2상대오차 측정단계사이에, 상기 제2웨이퍼를 언로딩하는 단계: 및

    상기 웨이퍼를 현상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
18. 제14항에 있어서, 상기 2차노광을 위해 상기 레티클을 상기 웨이퍼에 정렬시킬 때, 상기 1차노광시보다 제1방향으로 제1피치만큼 좌측 또는 우측으로 시프트시켜 정렬하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
19. 제14항에 있어서, 상기 3차노광을 위해 상기 레티클을 상기 웨이퍼에 정렬시킬 때, 상기 1차노광시보다 제2방향으로 제2피치만큼 상측 또는 하측으로 시프트시켜 정렬하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
20. 제14항에 있어서, 상기 레티클의 상기 측정패턴은 제1방향으로 제1간격만큼 떨어지고 상기 제2방향으로 제2간격만큼 떨어져 배열되는 어미자와 아들자를 구비하며, 상기 어미자와 상기 아들자간의 상기 제1간격 및 제2간격은 상기 이웃하는 측정패턴간의 제1피치 및 제2피치보다 무시할 정도로 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 레티클의 상기 측정패턴의 상기 어미자와 상기 아들자는 박스형태 또는 상기 라인 및 스페이스형태를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 제1노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제1어미자 패턴과 제1어미자 패턴을 갖으며,

    상기 제2노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제2어미자 패턴과 제2아들자 패턴을 갖으며,

    상기 제3노광패턴은 상기 레티클의 상기 측정패턴에 대응하는 제3어미자 패턴과 제3아들자 패턴을 갖으며,

    상기 제2노광패턴의 제2아들자 패턴은 상기 제1노광패턴의 제1어미자 패턴에 오버레이되고,

    상기 제3노광패턴의 제3어미자 패턴은 상기 제1노광패턴의 제1아들자 패턴에 오버레이되는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.
23. 제14항에 있어서, 상기 제1방향에서의 제1상대오차는 상기 오버레이된 상기 제2노광패턴의 제2아들자 패턴과 상기 제1노광패턴의 제1어미자 패턴간의 제1방향에서의 거리로부터 구해지고,

    상기 제2방향에서의 제2상대오차는 상기 오버레이된 상기 제3노광패턴의 제3어미자 패턴과 상기 제1노광패턴의 제1아들자 패턴간의 제2방향에서의 거리로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 디스토션 측정방법.

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