KR100650733B1 - 반도체소자의 측정마크 - Google Patents

반도체소자의 측정마크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 측정마크에 관한 것으로서, 특히 정사각 형상의 어미자와 아들자로 구성되는 중첩정확도 측정마크의 내외측에 실 소자의 디자인 롤이나 최소선폭 혹은 스페이스로 형성된 보조패턴을 구비하는 측정마크를 형성하였으므로, 실 패턴 크기의 보조패턴에 의해 중첩정확도의 측정이 정확해지고, 보조패턴을 측정하여 노광장비의 코마수차를 보정할 수 있어 공정 수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
중첩정확도 측정마크, 코마수차

Description

반도체소자의 측정마크{Measurement mark of semiconductor device}
도 1은 종래 기술에 따른 반도체소자의 중첩정밀도 측정마크의 레이아웃도.
도 2는 본 발명에 따른 반도체소자 측정마크의 레이아웃도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 20, 30 : 기판 12, 32 : 어미자
14, 34 : 아들자 22, 36, 38 : 보조패턴
22-1, 36-1, 38-1 : 중앙 보조패턴 22-2, 36-2, 38-2 : 측면 보조패턴
본 발명은 반도체소자의 측정마크에 관한 것으로서, 특히 중첩정확도 측정마크에 디자인 룰에 따른 보조마크들을 첨가하여 노광장비의 코마수차(coma aberration)도 함께 확인하여 중첩정밀도를 용이하게 측정하고 노광장비의 코마수차도 함께 측정하여 공정수율 및 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 측정마크에 관한 것이다.
일반적으로 고집적 반도체소자는 다수개의 노광 마스크가 중첩 사용되는 복잡한 공정을 거치게 되며, 단계별로 사용되는 노광 마스크들 간의 정렬은 특정 형 상의 마크를 기준으로 이루어진다.
상기 마크들은 다른 마스크들간의 정렬(layer to layer alignment)이나, 하나의 마스크에 대한 다이간의 정렬에 사용되는 정렬 키(alignment key) 혹은 정렬마크와, 패턴간의 중첩 정밀도인 오버레이(overlay)를 측정하기 위한 중첩정밀도 측정마크등이 있다.
반도체소자의 제조 공정에 사용되는 스텝 앤 리피트(step and repeat) 방식의 노광장비인 스테퍼(steper)는 스테이지가 X-Y 방향으로 움직이며 반복적으로 이동 정렬하여 노광하는 장치이다. 상기 스테이지는 정렬마크를 기준으로 자동 또는 수동으로 웨이퍼의 정렬이 이루어지며, 스테이지는 기계적으로 동작되므로 반복되는 공정시 정렬 오차가 발생되고, 정렬오차가 허용 범위를 초과하면 소자에 불량이 발생된다.
상기와 같이 오정렬에 따른 중첩 정확도의 조정범위는 소자의 디자인 롤(design rule)에 따르며, 통상 디자인 룰의 20∼30% 이내이다.
또한 반도체기판 상에 형성된 각층들간의 정렬이 정확하게 이루어졌는지를 확인하는 중첩정밀도 측정마크도 정렬 마크와 동일한 방법으로 사용된다.
종래 정렬마크 및 오버레이 측정마크는 반도체 웨이퍼에서 칩이 형성되지 않는 부분인 스크라이브 라인(scribe line) 상에 형성되며, 상기 정렬마크를 이용한 오정렬 정도의 측정 방법으로는 버어니어(verier) 정렬마크를 이용한 시각 점검 방법과, 박스 인 박스(box in box) 나 박스 인 바(box in bar) 정렬 마크를 이용한 자동 점검 방법에 의해 측정한 후, 보상한다.
도 1은 종래 기술에 따른 중첩정밀도 측정마크의 평면도로서, 소정 구조의 기판(10)상에 정사각형상의 어미자(12)와, 역시 정사각 형상으로 상기 어미자(12) 내부에 형성되는 아들자(14)가 순차적으로 또는 역순으로 형성된다.
여기서 상기 중첩정확도 측정마크는 통상적으로 각변의 크기가 아들자(14)가 약 5-10㎛이고, 어미자(12)가 약 10-20㎛ 정도 크기로 형성되는데, 상기 어미자(12)와 아들자(14)는 서로 다른 층으로서 형성되며, 대응되는 각변간의 거리를 측정하여 두층간의 중첩정밀도를 계산한다.
상기와 같이 종래 기술에 따른 중첩정확도 측정마크는 각변이 5-20㎛ 정도의 크기로 형성되는데, 노광장비가 장기간 사용되고, 소자의 고집적화는 빠르게 진행되어 소자의 디자인 롤이 감소되는 추세에서 종래의 중첩정확도 측정마크는 실제 패턴과의 차이가 증가되어 실제 패턴의 중첩정확도 측정의 정밀성이 떨어지고, 노광장비에 코마수차가 존재하면 이러한 현상이 더욱 증가되어 공정 수율 및 소자 동작의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은
중첩정확도 측정마크의 주변에 소자의 디자인 롤이나 최소선폭과 유사한 크기의 보조패턴을 추가로 형성하여 실제로 형성되는 패턴의 중첩정확도를 측정하고, 노광장비에 코마수차도 함께 측정하여 공정 수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 측정마크를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자 측정마크의 특징은, 반도체소자의 측정마크에 있어서, 기판 상에 형성되는 어미자와 아들자를 구비하는 중첩정확도 측정마크와, 상기 어미자와 함께 제1보조패턴 및 아들자와 함께 형성되는 제2보조패턴을 구비하되, 상기 제1 및 제2보조패턴은 각각 실 소자의 디자인 롤이나 최소선폭 혹은 스페이스로 형성되며, 각각 정사각 상자형상의 중앙 보조패턴과, 상기 중앙 보조패턴의 내/외측 사방에 직사각 막대 형상으로 형성되어 있는 측면 보조패턴으로 구성되고, 어미자와 아들자 사이의 공간 및 아들자의 내측 공간에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 다른 특징은, 상기 어미자와 아들자는 각변이 10-20㎛, 5-10㎛ 크기의 정사각 형상으로 형성하고, 상기 보조패턴은 0.05-1㎛ 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체소자의 측정마크에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 노광장비에 코마수차가 존재하는 경우 이를 측정하여 보정하기 위한 패턴을 중첩정확도 측정마크에 보조마크로 삽입시키는 것에 착안하여 고안된 것으로서, 실 소자의 디자인 롤이나 최소선폭 혹은 스페이스로 보조 패턴을 형성하는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 보조패턴의 일부 레이아웃도로서, 기판(20)상에 형성된 보조패턴(22)은 실 소자의 디자인 롤이나 최소선폭 혹은 스페이스로 형성된 3개의 패턴으로 구성되며, 중앙의 보조패턴(22-1)과 양측의 보조패턴(22-2)은 최소선 폭 및 스페이스로 형성된다.
이렇게 형성된 보조패턴(22)을 임의의 코마수차를 가지는 장비로 노광한 상태를 모의 실험한 상태를 도시한 도 3에서 정상적인 패턴A와 패턴의 중심이 이동된 전사패턴B가 형성되는 것을 알 수 있으며, 그 차이를 측정하여 코마수차를 수정할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체소자의 측정마크의 레이아웃도로서, 소정 구조의 기판(30) 상에 정사각 형상의 어미자(32)가 형성되어 있고, 상기 어미자(32)의 내측에 역시 정사각 형상의 아들자(34)가 형성되어 있으며, 상기 어미자(32) 및 아들자(34)와 함께 제1 및 제2보조패턴들(36, 38)이 형성되어 있다.
여기서 상기 어미자(32)와 아들자(34)는 통상의 중첩정확도 측정마크로서, 각각 각변이 10-20㎛, 5-10㎛ 정도 크기로 각기 다른 층으로 형성되고, 상기 보조패턴들(36, 38)은 상기 어미자(32) 및 아들자(34) 형성 공정시 함께 형성되며, 실 소자의 디자인 롤이나 최소선폭 혹은 스페이스로 형성되되, 예를 들어 0.05-1㎛ 정도의 크기로 형성된 3개의 패턴으로 구성된다.
또한 상기 보조패턴(36, 38)은 중앙의 정사각 상자형상의 중앙 보조패턴(36-1, 38-1)과, 상기 중앙 보조패턴(36-1, 38-1)의 내외측 사방에 직사각 막대 형상으로 형성되어 있는 측면 보조패턴(36-2, 38-2)으로 구성되고, 각 보조패턴(36, 38)들은 각각 어미자(32)와 아들자(34) 사이의 공간 및 아들자(34)의 내측 공간에 형성되며, 상기 보조패턴(36, 38) 각각은 어미자(32) 또는 아들자(34) 형성시 함께 형성된다.
이러한 본 발명에 따른 반도체소자의 측정마크는 중첩정확도 측정마크와 결합된 보조패턴을 형성하여 중첩정확도 측정과 함께 노광장비의 코마수차도 함께 측정하여 보정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 측정마크는 정사각 형상의 어미자와 아들자로 구성되는 중첩정확도 측정마크의 내외측에 실 소자의 디자인 롤이나 최소선폭 혹은 스페이스로 형성된 보조패턴을 구비하는 측정마크를 형성하였으므로, 실 패턴 크기의 보조패턴에 의해 중첩정확도의 측정이 정확해지고, 보조패턴을 측정하여 노광장비의 코마수차를 보정할 수 있어 공정 수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 반도체소자의 측정마크에 있어서,
    기판 상에 형성되는 어미자와 아들자를 구비하는 중첩정확도 측정마크와,
    상기 어미자와 함께 제1보조패턴 및 아들자와 함께 형성되는 제2보조패턴을 구비하되, 상기 제1 및 제2보조패턴은 각각 실 소자의 디자인 롤이나 최소선폭 혹은 스페이스로 형성되며, 각각 정사각 상자형상의 중앙 보조패턴과, 상기 중앙 보조패턴의 내/외측 사방에 직사각 막대 형상으로 형성되어 있는 측면 보조패턴으로 구성되고, 어미자와 아들자 사이의 공간 및 아들자의 내측 공간에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 측정마크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어미자와 아들자는 각변이 10-20㎛, 5-10㎛ 크기의 정사각 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 측정마크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보조패턴은 0.05-1㎛ 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 측정마크.
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