KR100734079B1 - 리소그라피 공정에서의 오버레이 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리소그라피 공정에서의 오버레이 측정방법을 개시하며, 개시된 본 발명의 오버레이 측정방법은, 오버레이 측정 패턴들의 각 어미자들이 형성된 웨이퍼의 기준점을 설정하고, 이를 이용해서 각 어미자의 위치를 측정하는 단계; 상기 측정된 어미자의 위치 값을 이미지로 데이터화시키는 단계; 상기 어미자 상부에 아들자를 형성하는 단계; 상기 어미자의 이미지 데이터를 독출한 상태에서 상기 어미자의 이미지 상에 아들자를 위치시키는 단계; 및 상기 어미자와 아들자의 에지를 측정하고, 측정된 각 에지값의 중앙 위치를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리소그라피 공정에서의 오버레이 측정 방법{METHOD FOR MEASURING OVERLAY IN LITHOGRAPHY PROCESS}

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 웨이퍼 2 : 칩

3 : 어미자 3a : 어미자의 이미지 데이터

4 : 아들자 10 : 오버레이 측정 패턴

11 : 텅스텐막 12 : 알루미늄막

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 포토리소그라피 공정에서 하부 레이어와 상부 레이어간의 오버레이를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 반도체 소자는 복수의 층으로 이루어지는 다층 구조를 갖는다. 이러한 다층 구조의 반도체 소자는 그 집적도가 높아질수록 제조 공정상 요 구되는 패턴의 최소 선폭이 점점 작아지게 되며, 이에 따라, 미세 패턴들을 서로 연결시킬 때, 특정 층과 그 하부에 형성되어 있거나, 상부에 형성될 다른 층과의 오버레이(overlay)의 정확성, 즉, 정렬도(alignment)의 정확성이 크게 요구된다.

따라서, 통상의 반도체 제조 공정에서는 전(前) 공정에서 형성시킨 레이어와 현(現) 공정을 통해 형성되는 레이어간의 정렬 상태를 파악 및 보정하기 위한 오버레이 측정 패턴을 설치하고 있다. 이러한 오버레이 측정 패턴은 다이(Die) 사이를 분할하는 웨이퍼의 스크라이브 라인(Scribe line) 내에 설치하는 것이 보통이며, 통상, 이전 레이어에서 형성시킨 어미자와 상기 어미자 내에 배치되도록 현 레이어에서 형성하는 아들자로 구성된 박스 인 박스(Box In Box) 구조로 형성된다.

상기 박스 인 박스 구조의 오버레이 측정 패턴에 있어서, 상기 어미자는 이전 레이어에서 도전막 패턴으로 형성되며, 상기 아들자는 현 레이어에서 감광막 패턴으로 형성한다.

상기한 바와 같은 박스 인 박스 구조의 오버레이 측정 패턴을 이용한 종래의 오버레이 측정방법을 설명하면, 우선, 오버레이 측정 장비를 이용해서 어미자와 아들자의 각 에지(edge)를 측정하고, 그런다음, 측정된 값들을 연산해서 아들자의 쉬프트(shift) 정도를 측정한다.

그러나, 종래의 오버레이 측정방법은 하부 패턴, 즉, 어미자의 증착 특성과 CMP(Chemical Mechanical Polishing)의 영향으로 인해 정확한 오버레이 측정이 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래의 오버레이 측정방법은 오버레이 측정 패턴을 실제 셀 내에 형성하는 것이 아니라, 스크라이브 라인에 형성하기 때문에, 셀 내부와 스크라이브 라인간의 패턴 밀도 차이에 따라 실제 셀 내에서의 오버레이 값과 오버레이 패턴에서 측정된 오버레이 값에 차이가 발생될 수 있으며, 결국, 셀 내의 적층 패턴들간에 정확한 오버레이가 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정확한 오버레이 측정이 이루어지도록 할 수 있는 오버레이 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오버레이 측정방법은, 오버레이 측정 패턴들의 각 어미자들이 형성된 웨이퍼의 기준점을 설정하고, 이를 이용해서 각 어미자의 위치를 측정하는 단계; 상기 측정된 어미자의 위치 값을 이미지로 데이터화시키는 단계; 상기 어미자 상부에 아들자를 형성하는 단계; 상기 어미자의 이미지 데이터를 독출한 상태에서 상기 어미자의 이미지 상에 아들자를 위치시키는 단계; 및 상기 어미자와 아들자의 에지를 측정하고, 측정된 각 에지값의 중앙 위치를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 여기서, 상기 아들자는 인접 영역과 단차가 없도록 형성한다.

본 발명에 따르면, 어미자를 이미지 데이터화시킨 후, 이러한 이미지 데이터와 실제 측정되는 아들자의 이미지를 비교함으로써, 상기 어미자의 손상에 기인하는 오버레이 측정 불량을 방지할 수 있으며, 아울러,

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 도면들로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

우선, 웨이퍼(1) 상에 오버레이 측정 패턴들의 각 어미자들을 형성한 상태에서, 상기 어미자의 절대적 위치를 측정하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(1)의 기준점을 설정한다.

그런다음, 설정된 웨이퍼(1)의 기준점에 근거해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 칩(2)의 외측에 형성된 각 어미자(3)의 위치를 측정하고, 이렇게 측정된 어미자의 위치 값을 이미지로 데이터화시킨다.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 박스 형상을 갖는 어미자(3)의 상부에 마찬가지로 박스 형상을 갖는 아들자(4)를 형성한다. 이때, 상기 아들자(4)는, 도 3의 상측 도면과 같이, 정상면 보다 낮은 요홈 내에 형성하지 않고, 도 3의 하측 도면과 같이, 어미자(3)의 실제 크기를 작게 하여 상기 요홈이 도전막, 예컨데, 플러그 물질인 텅스텐막(11)에 의해 매립되도록 함으로써, 인접 영역과 단차가 없는 상태로 형성한다. 도 3에서, 미설명된 도면부호 12는 알루미늄막을 나타낸다.

그 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 어미자의 이미지 데이터(3a)를 오버레이 측정장비의 표시화면 상에 독출시킨 상태에서, 상기 어미자의 이미지 데이터(3a) 내에 실제 측정된 아들자(4)를 위치시킨다.

이러한 상태에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 어미자의 이미지 데이터(3a)와 아들자(4)의 각 에지를 측정하고, 측정된 각 에지값의 중앙 위치를 비교하여 상기 아들자(4)의 쉬프트(shift) 정도, 즉, 어미자와 아들자간의 오버레이를 측정한다.

이와 같은 방법으로 오버레이를 측정하게 되면, 어미자의 형성을 위한 식각 후에 그 위치를 측정하여 이미지 데이터화시키고, 이 데이터를 이용해서 오버레이를 측정하기 때문에 종래에서와 같이 증착 특성 및 CMP 공정으로부터 어미자의 손상이 유발되는 현상은 방지할 수 있으며, 따라서, 비교적 정확한 오버레이 측정을 수행할 수 있다.

또한, 종래의 오버레이 측정은 패턴 밀도 차이로 인해 셀 내부의 실제 패턴에서 측정된 오버레이와 스크라이브 라인 상의 오버레이 패턴에서 측정된 오버레이가 차이가 날 수 있지만, 본 발명의 방법은 어미자를 이미지 데이터화시킴으로써, 패턴 밀도이 차이에 상관없이 정확한 오버레이를 측정할 수 있다.

게다가, 종래의 오버레이 측정은 리소그라피 공정 후에 수행하기 때문에 결과의 피드-백(feed-back)에 소요되는 시간이 증가되고, 그리고, 리소그라피의 재수행에 따른 시간 및 비용이 증가하며, 아울러, 소자 특성에 대한 약영향을 미치게 되지만, 본 발명의 방법은 리소그라피 공정에서 오버레이를 측정할 수 있기 때문에 상기한 사항들은 근본적으로 해결될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 오버레이 측정 패턴에서의 어미자를 이미지 데이터화시킨 후, 화면 상에 어미자의 이미지 데이터를 독출시켜 실제 아들자와의 오 버레이를 측정함으로써, 상기 어미자의 손상 및 패턴 밀도 차이에 기인하는 오버레이 측정 불량을 방지할 수 있으며, 따라서, 정확한 오버레이 측정을 구현할 수 있는 것으로 인해 소자의 제조수율 및 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 리소그라피 공정중에 오버레이를 측정할 수 있기 때문에 오버레이 결과의 피드-백에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (2)

1. 오버레이 패턴들의 각 어미자들이 형성된 웨이퍼의 기준점을 설정하고, 이를 이용해서 각 어미자의 위치를 측정하는 단계;

   상기 측정된 어미자의 위치 값을 이미지로 데이터화시키는 단계;

   상기 어미자 상부에 아들자를 형성하는 단계;

   상기 어미자의 이미지 데이터를 독출한 상태에서 상기 어미자의 이미지 상에 아들자를 위치시키는 단계; 및

   상기 어미자와 아들자의 에지를 측정하고, 측정된 각 에지값의 중앙 위치를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 아들자는 인접 영역과 단차가 없도록 형성하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.

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