KR100611069B1 - 얼라인 마크를 이용하여 오버레이 보정 및 정렬 보정을수행하는 방법 - Google Patents

얼라인 마크를 이용하여 오버레이 보정 및 정렬 보정을수행하는 방법 Download PDF

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Abstract

오버레이 보정 및 정렬 보정 기능을 갖는 얼라인 마크를 형성하고, 상기 얼라인 마크를 이용하여 오버레이 보정 및 정렬 보정을 수행하는 방법이 개시되어 있다. 상기 얼라인 마크는 3개의 동심적인 박스형 마크로 구성된다. 상기 얼라인 마크가 기판 상의 소정 위치에 형성되면, 상기 박스형 마크의 좌변, 우변, 상변, 및 하변의 좌표를 파악하여 기판의 X축 및 Y축 좌표를 인식한다. 상기 인식된 X, Y축 좌표는 프리셋된 좌표값에 비교되며, 이를 상기 프리셋된 좌표값에 일치시키므로써 정렬보정이 이루어진다. 오버레이 보정은 노광 후 상기 박스형 마크 내에 형성되는 이너 박스와 박스형 마크 사이의 간격을 검출하고, 이를 프리셋된 수치와 비교, 일치시키는 과정을 통해 이루어진다. 레티클의 제조가 용이해지며, 공정 시간이 단축되고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

얼라인 마크를 이용하여 오버레이 보정 및 정렬 보정을 수행하는 방법{METHOD OF COMPENSATING FOR AN OVERLAY AND AN ALIGNMENT ERROR BY AN ALIGNMENT MARK}
도1은 종래 얼라인 마크 및 오버레이 마크의 배치 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 박스형 마크로 구성된 얼라인 마크를 보여주는 도면이다.
도3은 도2에 도시된 박스형 마크들의 칫수 및 상호 간격을 나타내기 위한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 마크가 기판 상에 배치된 상태를 보여주는 도면이다.
도5는 도4의 상태에서 하나의 샷(shot)이 추가로 진행된 상태를 보여주는 도면이다.
도6은 본 발명에 따른 얼라인 마크를 이용하여 오버레이 및 정렬 보정을 수행하는 방법을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 얼라인 마크 210 : 제1 박스형 마크
220 : 제2 박스형 마크 230 : 제3 박스형 마크
300 : 기판 310 : 칩
본 발명은 반도체 공정에 사용되는 얼라인 마크(align mark)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오버레이(overlay) 보정 및 정렬 보정 기능을 수행할 수 있는 얼라인 마크를 형성하고, 상기 얼라인 마크를 이용하여 오버레이 보정 및 정렬 보정을 수행하는 방법에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 이에 따라 상기 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서 리소그래피 기술과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구도 엄격해지고 있다.
상기 리소그래피 기술은 잘 알려져 있는 바와 같이, 실리콘과 같은 반도체 물질로 구성되는 기판(패턴을 형성하기 위한 막들을 포함한다)상에 레지스트를 코팅하여 레지스트막을 형성한 다음 노광 및 현상에 의해 상기 레지스트막의 소정 부위를 제거하여 레지스트 패턴을 형성하는 기술이다. 이때 상기 레지스트는 광을 조사하면 알칼리성 용액에 대해 용해도 변화가 일어나게 되는 유기물로 구성되는 포 토레지스트를 사용한다.
상기 광을 조사하는 노광에 앞서 상기 패턴이 기재되어 있는 레티클(reticle)을 포함하는 마스크와 기판의 위치를 확인하는 정렬이 이루어지는데, 이는 상기 마스크에 기재되어 있는 패턴을 상기 기판상에 정확하게 조사하기 위함이다. 따라서 상기 기판상에 형성하는 레지스트막의 소정 영역 및 상기 마스크의 소정 영역에 상기 정렬을 위한 마크를 마련하는데, 이러한 마크를 얼라인 마크라 한다.
한편, 노광 공정이 진행되는 동안, 레티클의 패턴이 기판 상의 정확한 위치에 조사되는 지의 여부를 검출하기 위한 마크가 제공되는데, 이러한 마크를 오버레이 마크라 한다. 오버레이 검출은, 상기 오버레이 마크들 간의 간격을 검사하여 레티클 패턴이 정배열되고 있는지를 판단하는 방식으로 이루어진다.
상기 정렬이 올바르게 이루어지지 않을 경우에는 상기 기판이 놓여지는 스테이지를 X축, Y축 및 θ 등으로 구동시켜 상기 정렬을 위한 위치를 보정한 다음 노광을 수행한다. 상기 정렬이 올바르게 이루어졌는 가에 대한 확인은 주로 KLA 시리즈(제품명)와 같은 검사 장치 및 전자 주사 현미경(scanning electron microscopy) 등을 사용한다.
상기 정렬 방법은 하마사키(Hamasaki et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,918,320호에 개시되어 있고, 상기 KLA 시리즈를 사용한 정렬에 대한 확인은 헤네세이(Hennessey et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,696,835호에 개시되어 있다.
도 1에는 종래 오버레이 마크(12)와 얼라인 마크(20)가 배치되어 있는 기판(100)이 도시되어 있다. 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 얼라인 마크(20)는 오버레이 마크(12) 사이에 배치되어 있다.
상기 기판(100)에는 절연막 또는 도전막 등을 포함하는 막들이 형성되어 있다. 상기 오버레이 마크(12)는 아우터 박스(outer box)(12a) 및 이너 박스(inner box)(12b)로 구성된다. 오버레이 검출은 상기 아우터 박스(12a)내에 상기 이너 박스(12b)가 오차 범위내에 위치하는 가를 검출하는 방식으로 이루어진다.
또한, 얼라인 마크 센서(도시 안됨)를 이용하여 상기 얼라인 마크(20)들이 제어부에 입력된 소정 위치에 배열되어 있는 가의 여부를 파악한 후 기판(100) 또는 레티클에 대한 위치 보정을 수행하게 된다.
그러나, 상기와 같은 방식으로 오버레이 보정 및 정렬 보정을 수행할 경우에는 오버레이 마크(12)와 얼라인 마크(20)를 각각 별도로 마련하여야 하기 때문에, 레티클의 제조 시간이 많이 소요되며, 오차 발생의 위험이 높다는 문제가 있다.
또한, 오버레이 보정 및 정렬 보정을 각각 별도의 장치를 이용하여 수행하여야 하기 때문에 반도체 장비의 구성이 복잡해 질 수 있다.
아울러, 종래 방식을 사용할 경우, 칩과 칩 사이의 스크라이브 라인(scribe line)에 수많은 마크들이 형성되게 되는데, 이는 점점 고집적화되고 있으며, 스크라이브 라인의 공간이 축소되고 있는 현재의 반도체 칩 생산 추세에 적합치 않다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 오버레이 보정 및 정렬 보정 기능을 갖는 얼라인 마크를 형성하고, 이를 이용하여 오버레이 보정 및 정렬 보정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 3개의 동심적인 박스형 마크로 구성되는 얼라인 마크를 형성하는 단계, 기판 상의 소정 위치에 상기 얼라인 마크를 제공하는 단계, 상기 박스형 마크의 좌변 및 우변의 좌표를 파악하여 기판의 X축 좌표를 인식하는 단계, 상기 박스형 마크의 상변 및 하변의 좌표를 파악하여 기판의 Y축 좌표를 인식하는 단계, 상기 X, Y축 좌표를 프리셋된 좌표값에 비교, 일치시키는 단계, 및 노광 후 형성되는 이너 박스와 박스형 마크 사이의 간격을 검출하고, 이를 프리셋된 수치와 비교, 일치시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 오버레이 및 정렬 보정 방법을 제공한다.
상기 3개의 동심적인 박스형 마크는 사각 형상을 갖는다. 상기 얼라인 마크는 최외측에 형성되는 제1 박스형 마크, 상기 제1 박스형 마크 내측에 형성되는 제2 박스형 마크 및 상기 제2 박스형 마크 내측에 형성되는 제3 박스형 마크로 구성된다.
상기 제1 내지 제3 박스형 마크의 변을 구성하는 선의 두께는 0.1㎛이고, 그 사이의 간격은 0.2㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
2개의 칩이 1샷(shot)인 경우, 상기 얼라인 마크는 두 개의 칩 사이의 중심부, 우측 칩의 우측 상부 및 하부 그리고 좌측 칩의 좌측 상부 및 하부에 각각 제 공된다. 정렬 보정은 0.1㎛의 픽셀로 구성된 CCD 카메라 측정방식을 사용한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2에는 본 발명에 따른 오버레이 보정 및 정렬 보정을 수행하는 얼라인 마크(200)가 도시되어 있다. 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 얼라인 마크는 3개의 동심적인 박스형 마크로 구성되어 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 5개 또는 7개의 박스형 마크가 제공되는 것도 가능하다. 단, 상기 박스형 마크들은 홀수로 제공되는 것이 바람직한데, 그 이유는 정렬 보정을 위한 센터링 값을 용이하게 파악할 수 있도록 하기 위함이다.
상기 3개의 동심적인 박스형 마크는 최외측에 형성되는 제1 박스형 마크(210), 상기 제1 박스형 마크 내측에 형성되는 제2 박스형 마크(220) 및 상기 제2 박스형 마크(220) 내측에 형성되는 제3 박스형 마크(230)로 구성된다. 도시된 바와 같이 상기 박스형 마크들은 사각형상을 갖는다.
도3은 상기 제1 내지 제3 박스형 마크(210, 220, 230)들의 바람직한 칫수관계를 보여주는 도면이다. 상기 제1 내지 제3 박스형 마크(210, 220, 230)의 변을 구성하는 선의 폭, 즉, 두께(thickness)는 0.1㎛로 형성되는 것이 바람직하며, 그들 사이의 간격은 등간격으로 0.2㎛정도 이격되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 수치들은 웨이퍼의 크기 또는 시스템의 변경에 따라 달라질 수도 있다.
도4는 상기 얼라인 마크(200)가 기판(300) 상에 배열되는 상태를 보여주기 위한 도면이다. 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 칩(chip; 310)이 1샷(shot)인 경 우, 상기 얼라인 마크(200)는 두 개의 칩 사이의 중심부, 우측 칩의 우측 상부 및 하부 그리고 좌측 칩의 좌측 상부 및 하부에 각각 제공되는 것이 바람직하다.
한편, 도5는 노광이 진행된 후 상기 얼라임 마크(200)의 내측에 이너 박스(inner box; 350)가 형성된 상태를 보여주는 도면이다. 이때, 상기 이너 박스(350)는 상기 제3 박스형 마크(230) 내에 형성되는데, 상기 이너 박스(350)의 폭을 7㎛로 형성시키고, 상기 이너 박스(350)의 폭을 14㎛로 형성시키는 것이 바람직하다.
도6에는 이상과 같은 구성을 갖는 얼라인 마크(200)를 이용하여 오버레이 보정 및 정렬 보정을 수행하는 방법이 블록도로 도시되어 있다. 이하 도6을 참조하여 본 발명에 따른 오버레이 보정 및 정렬 보정 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 구조를 갖는 얼라인 마크(200)를 상기 기판(300) 상의 소정 위치에 형성시킨다(S10).
상기 얼라인 마크(200)가 형성되면, 상기 제1 내지 제3 박스형 마크(210, 220, 230)의 좌변 및 우변의 좌표를 파악하여 기판의 X축 좌표를 인식한다(S20). 이때, 좌표 인식은 레이져 스캔 방식이 아닌 0.1㎛의 픽셀(PIXEL)로 구성된 CCD(coupled charge device) 카메라 측정방식을 사용한다. 즉, 스테퍼는 얼라인 마크(200)를 이용하여 X축으로 좌측 우측 각각 3개의 마크를 이용하여 각 한 개의 마크를 픽셀에서 신호로 구한 다음, 좌측과 우측의 각각 3개의 신호를 이용하여 X축 좌표로 인식한다.
이어서, 상기 제1 내지 제3 박스형 마크(210, 220, 230)의 상변 및 하변의 좌표를 파악하여 기판(300)의 Y축 좌표를 인식한다(S40). 이때, 상기 Y축 좌표를 인식하는 방식은 상기 X축 좌표를 인식하는 방식과 동일하게 이루어진다.
상기 X, Y축 좌표가 인식되면, 제어부는 상기 X, Y축 좌표를 제어부에 프리셋된 좌표값에 비교하여 기판(300)의 틀어진 정도를 파악하고, 이를 상기 프리셋된 좌표값과 일치되도록 상기 기판(300)의 위치오차를 보정한다. 이러한 기판(300)의 위치 보정은 별도의 정밀 기계장치에 의해 수행될 수 있다.
최종적으로, 제어부는 노광 후 형성되는 이너 박스(350)와 제3 박스형 마크(330) 사이의 간격을 검출하고, 이를 프리셋된 수치와 비교, 일치시키므로써 패턴의 오버레이 현상을 보정한다(S50).
상기 오버레이 보정은 별도의 센서로부터 입력되는 오버레이 신호에 따라 오버레이 정도를 파악하고, 상기 오버레이 정도에 근거하여 기판(300)을 정밀 이동시키는 방식으로 수행된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 얼라인 마크와 오버레이 마크를 별도로 형성시키지 않고도 오버레이 보정 및 정렬 보정 작업을 수행할 수 있기 때문에 작업 공정이 매우 단순화되고, 작업 시간이 절약된다는 효과가 있다.
또한, 종래 별도의 얼라인 마크들을 형성시키는 과정에서 발생되었던 기판의 손상등의 문제가 발생되지 않게 되며, 콤팩트화된 얼라인 마크를 사용하므로서 기판의 공간을 최대한 활용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 얼라인 마크를 사용할 경우, 정밀한 오버레이 보정 및 정렬 보정이 가능하다는 장점을 갖는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 3개의 동심적인 박스형 마크로 구성되는 얼라인 마크를 형성하는 단계;
    기판 상의 소정 위치에 상기 얼라인 마크를 제공하는 단계;
    상기 박스형 마크의 좌변 및 우변의 좌표를 파악하여 기판의 X축 좌표를 인식하는 단계;
    상기 박스형 마크의 상변 및 하변의 좌표를 파악하여 기판의 Y축 좌표를 인식하는 단계;
    상기 X, Y축 좌표를 프리셋된 좌표값에 비교, 일치시키는 단계; 및
    노광 후 형성되는 이너 박스와 박스형 마크 사이의 간격을 검출하고, 이를 프리셋된 수치와 비교, 일치시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 오버레이 및 정렬 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3개의 동심적인 박스형 마크는 사각 형상을 가지며, 최외측에 형성되는 제1 박스형 마크, 상기 제1 박스형 마크 내측에 형성되는 제2 박스형 마크 및 상기 제2 박스형 마크 내측에 형성되는 제3 박스형 마크로 구성되며, 상기 제1 내지 제3 박스형 마크의 변을 형성하는 선의 두께는 0.1㎛이고, 그 사이의 간격은 0.2㎛인 것을 특징으로 하는 오버레이 및 정렬 보정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2개의 칩이 1샷(shot)인 경우, 상기 얼라인 마 크는 두 개의 칩 사이의 중심부, 우측 칩의 우측 상부 및 하부 그리고 좌측 칩의 좌측 상부 및 하부에 각각 제공되며, 정렬 보정은 0.1㎛의 픽셀로 구성된 CCD 카메라 측정방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 오버레이 및 정렬 보정 방법.
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