KR100913638B1 - 반도체 소자의 오버레이 측정 방법 - Google Patents

반도체 소자의 오버레이 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 오버레이 측정 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 오버레이 값을 측정하기 위한 오버레이 측정 장비의 작업 파일 작성 시, 오버레이 측정에 사용되는 오버레이 마크 선택의 오인으로 인해 작성 오류가 발생되는 것을 방지하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 반도체 소자의 오버레이 측정방법에 있어서, 복수의 다이가 구비된 샷과, 샷의 코너 각각에 오버레이 마크를 포함하는 측정 웨이퍼를 오버레이 측정 장비에 로딩하는 측정 웨이퍼 로딩 단계와, 오버레이 측정 장비에 의해 오버레이 마크를 선택하는 오버레이 마크 선택단계와, 선택된 오버레이 마크 간의 간격에 따라 인터록을 설정하는 인터록 설정단계와, 오버레이 측정 장비로부터 검출된 오버레이 값을 저장하는 오버레이 측정값 저장 단계를 포함하는 반도체 소자의 오버레이 측정방법을 개시한다.
오버레이, 측정 웨이퍼, 오버레이 마크, 인터록

Description

반도체 소자의 오버레이 측정 방법{OVERLAY MEASUREMENT METHOD OF SEMICONDUCTER DEVICE}
본 발명은 반도체 소자의 오버레이 측정 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 오버레이 값을 측정하기 위한 오버레이 측정 장비의 작업 파일 작성 시, 오버레이 측정에 사용되는 오버레이 마크 선택의 오인으로 인해 작성 오류가 발생되는 것을 방지하기 위한 반도체 소자의 오버레이 측정 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는, 웨이퍼의 표면에 감광막을 형성하고, 스텝퍼(stepper)를 이용한 노광 공정에 의해서 레티클 상의 회로 패턴을 반도체 웨이퍼 표면상의 감광막에 전사하고, 노광 공정이 완료된 감광막을 현상한다. 이후, 현상된 감광막을 식각 마스크로 이용하여 웨이퍼의 표면을 식각하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정에 의해서 웨이퍼의 표면에 회로 패턴을 형성하고, 이 포토리소그래피 공정을 반복하여 웨이퍼의 표면에 소정 회로 패턴을 갖는 다수의 막을 차례로 형성함으로써 반도체 장치가 제조된다.
이 다수의 포토리소그래피 공정에 있어서, 차례로 형성되는 회로 패턴이 정확히 형성되기 위해서는 그 이전 패턴이 정확히 형성되어야 하기 때문에, 매 포토 리소그래피 공정이 완료된 후에는 패턴이 정확히 형성되었는지 측정하게 된다.
이와 같이 패턴이 정확히 형성되었는지 측정하는 장비 중 하나가 오버레이 측정장비로서, 이전에 수행된 포토리소그래피 공정에 의해서 형성된 패턴과 현재 수행된 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 패턴의 위치 정렬이 제대로 이루어졌는지 확인함으로써, 패턴이 정확히 형성되었는지를 측정한다.
예를 들어, 전자 주사빔 현미경에 의한 패턴 크기의 측정이 완료된 다음 웨이퍼를 오버레이 측정장치로 이동하여, 정확한 측정 위치에 웨이퍼를 정렬한 다음, 가시광 빔(visual beam)을 정렬된 웨이퍼 상에 조사하고, 그 웨이퍼로부터 반사되는 반사광 빔을 검출함으로써, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 이전의 패턴과 현재 패턴의 겹치는 정도를 측정한다.
이때, 오버레이 값을 측정하기 위해, 오버레이 측정 장비의 작업 파일(job file)을 작성하게 된다. 그러나, 상기 오버레이 측정 장비의 작업 파일 작성 시, 오버레이 마크를 잘못 선택하여 측정할 경우, 잘못 측정된 오버레이 값이 노광기에 피드백(feedback)되는 작성 오류의 문제가 발생한다.
따라서, 상기 오버레이 측정 장비의 작업 파일이 잘못 작성되어 검출되지 않기 때문에 수율 저하 및 재 작업을 위한 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 오버레이 값을 측정하기 위한 오버레이 측정 장비의 작업 파일 작성 시, 오버레이 측정에 사용되는 오버레이 마크 선택의 오인으로 인해 작성 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 오버레이 측정 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 포토 공정에서 오버레이 측정방법은 복수의 다이가 구비된 샷과, 상기 샷의 코너 각각에 오버레이 마크를 포함하는 측정 웨이퍼를 오버레이 측정 장비에 로딩하는 측정 웨이퍼 로딩 단계와, 상기 오버레이 측정 장비에 의해 상기 오버레이 마크를 선택하는 오버레이 마크 선택단계와, 상기 선택된 오버레이 마크 간의 간격에 따라 인터록을 설정하는 인터록 설정단계와, 상기 오버레이 측정 장비로부터 검출된 오버레이 값을 저장하는 오버레이 측정값 저장 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 인터록 설정 단계는 오버레이 마크 간의 간격 측정 단계와, 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 오버레이 마크 간의 측정 단계는 상기 샷의 코너의 가로 방향으로 상부 및 하부에서 이웃하는 각각의 상기 오버레이 마크 간의 간격을 측정하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계는 상기 샷의 코너의 가로 방 향으로 상부 및 하부에서 이웃하는 각각의 상기 오버레이 마크 간의 간격의 차가 0일 경우, 상기 오버레이 측정값 저장 단계로 진행될 수 있다.
이때, 상기 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계는 상기 샷의 코너의 가로 방향으로 상부 및 하부에서 이웃하는 각각의 상기 오버레이 마크 간의 간격의 차가 0이 아닐 경우, 인터록을 설정해줌으로써, 상기 오버레이 마크 선택 단계로 돌아가 재작업이 진행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 소자의 포토 공정에서 오버레이 측정방법은 오버레이 값을 측정하기 위한 오버레이 측정 장비의 작업 파일 작성 시, 오버레이 측정에 사용되는 오버레이 마크 선택의 오인으로 인해 작성 오류가 발생되는 것을 방지함으로써, 작업 파일을 재작성 및 생산 수율을 확보할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 오버레이 측정방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토 공정에서 오버레이 측정방법은 측정 웨이퍼 로딩 단계(S1)와, 오버레이 마크 선택 단계(S2)와, 인터록 설정 단계(S3)와, 오버레이 측정값 저장 단계(S4)를 포함한다.
또한, 상기 인터록 설정 단계(S3)는 오버레이 마크 간의 간격 측정 단계(S31) 및 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계(S32)를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자의 오버레이 측정 방법에서 오버레이 마크(10)를 포함하는 측정 웨이퍼(100)의 일부를 도시한 평면도이다. 도 1에 도시된 반도체 소자의 오버레이 측정 방법을 도 2의 평면도를 이용하여 자세히 설명하고자 한다.
먼저, 상기 웨이퍼 로딩 단계(S1)는 상기 오버레이 마크(10)를 포함하는 측정 웨이퍼(100)를 오버레이 측정 장비에 로딩하는 단계이다.
상기 측정 웨이퍼(100) 상에는 노광 공정 시, 디바이스(device) 설계자가 설계한 레이아웃(layout)을 전사하기 위해 마스크를 사용하는데, 이러한 마스크에는 복수의 샷(shot)이 구비되고, 상기 각각의 샷(20)에는 복수의 다이(die)가 구비된다.
이러한 구성의 마스크를 이용하여, 포토리소그라피 공정을 진행한 후, 오버레이 측정 장비에 로딩시킴으로써, 해당 공정의 이상 유무를 확인할 수 있는 오버레이(overlay) 및 CD(critical dimension) 측정이 실시된다. 이때, 상기 오버레이 마크(10)는 다수의 다이가 형성된 샷(20)의 4 코너(corner)를 기준으로 배치될 수 있다.
따라서, 상기 웨이퍼 로딩단계(S1)에서는, 오버레이 측정 장비에 각각의 디 바이스의 레이어(layer)에 따라 엔지니어가 만들어놓은 레시피 중, 해당되는 측정 레시피를 이용하여, 측정 웨이퍼(100)를 로딩시킨다.
다음, 상기 오버레이 마크 선택단계(S2)는 상기 측정 웨이퍼 상에 복수 개의 다이로 구성되는 각각의 샷(20)의 4 코너에 각각 배치되는 상기 오버레이 마크(10)를 선택하는 단계이다.
상기 오버레이 마크 선택 단계(S2)에서는 상기 측정 웨이퍼(100) 상에 형성된 오버레이 마크(10)를 선택하여, 각각 이웃하는 오버레이 마크(10)들과 겹치는 정도를 판독한다. 이때, 상기 오버레이 마크(10)는 박스(box) 형태, 바(bar) 형태 및 점(spot) 형태 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
다음, 상기 인터록 설정 단계(S3)는 상기 샷(20)의 가로 방향으로 각각 이웃하여 배치된 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격에 따라 인터록(interlock)을 설정하는 단계이다.
상기 인터록 설정 단계(S3)에서, 상기 선택된 오버레이 마크(10)의 기준에서 벗어나, 다른 인접 샷의 기준이 되는 오버레이 마크로 잘못 오인할 경우, 이를 방지하기 위한 오버레이 측정 장비에 인터록을 설정해줄 수 있다.
여기서, 인터록(interlock)은 현재 실행 중인 처리나 동작이 끝날 때까지 다음 동작을 대기시키는 역할을 한다. 즉, 인터록은 2가지 이상의 상태가 공존하여야 사고를 일으키는 경우, 계측기기로 그중 한 쪽의 상태를 감시하 여 이상을 검출하면 직접 그것과 연동된 제어기기에 신호를 송출하여 다른 쪽의 가동을 정지시켜 거 나 가동이 되지 않도록 하여 사고를 미연에 방지하는 기능을 할 수 있다.
이때, 상기 인터록 설정 단계(S3)는 오버레이 마크 간의 간격 측정 단계(S31) 및 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계(S32)를 포함할 수 있다.
상기 오버레이 마크 간의 간격 측정 단계(S31)는 다수의 다이로 형성된 하나의 샷(20)의 4 코너(corner)에 상기 오버레이 마크(10)가 각각 배치되며, 상기 샷(20)의 하부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D1)과, 상기 샷(20)의 상부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D2)을 측정하는 단계이다.
상기 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계(S32)는 측정된 상기 샷(20)의 하부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D1)과, 상기 샷(20)의 상부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D2)을 비교한다. 이때, 상기 샷(20)의 하부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D1)과, 상기 샷(20)의 상부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D2)이 같을 경우, 상기 오버레이 마크 간의 간격 차(D1-D2)는 0이 될 수 있다. 따라서, 정상적인 오버레이 마크가 선택된 것으로 측정할 수 있다.
한편, 상기 샷(20)의 하부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D1)과, 상기 샷(20)의 상부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D2)이 다를 경우, 상기 오버레이 마크 간의 간격 차(D1-D2)는 0이 될 수 없다. 즉, 상기 오버레이 마크(10)의 기준을 벗어난 다른 샷의 기준이 되는 오버레이 마크를 선택되었기 때문에, 비정상적인 오버레이 마크가 선택된 것으로 측정할 수 있다. 즉, 측정하고자 할 오버레이 마크를 잘못 선택할 경우, 기준의 상기 샷(20)의 4 코너에 배치된 상기 오버레이 마크(10)와, 상기 오버레이 마크(10)의 기준을 벗어난 다른 샷의 기준이 되는 오버레이 마크(10) 간의 간격(D3)이 상기 샷(20)의 하부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D1)과, 상기 샷(20)의 상부 영역에 행방향으로 이웃하는 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D2)보다 크게 측정될 수 있다.
따라서, 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D1, D2)이 같을 경우, 상기 오버레이 측정값 저장단계(S4)로 진행될 수 있고, 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격(D1, D3)이 다를 경우, 상기 오버레이 마크 선택 단계(S2)로 돌아가 재작업을 할 수 있도록, 상기 오버레이 측정 장비에 인터록(interlock)을 설정해줌으로써, 불필요한 재작업을 위한 비용 증가 및 수율 저하를 방지할 수 있다.
다음, 상기 오버레이 측정값 저장 단계(S4)는 상기 오버레이 마크(10)를 이용하여 측정된 오버레이 값을 저장하는 단계이다.
상기 오버레이 측정값 저장 단계(S4)에서, 상기 오버레이 마크(10) 간의 간격에 따라, 인터록을 설정하여, 오버레이 측정 데이터의 이상 유무를 용이하게 확인하여 측정값을 저장하여 작업 파일로 작성함으로써, 작성 오류 발생을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 오버레이 마크(10)를 포함하는 측정 웨이퍼(100) 상에는 포토리 소그래피 공정 중, 노광 공정 시, 디바이스(device) 설계자가 설계한 레이아웃(layout)을 전사하기 위해 마스크를 사용하는데, 이러한 마스크에는 복수의 샷(shot)이 구비되고, 상기 각각의 샷(20)에는 복수의 다이(die)가 구비된다.
이때, 상기 각각의 샷(20)의 4 코너(corner)에는 기준이 되는 오버레이 마크(10)가 배치될 수 있다. 이러한, 상기 샷(20)의 코너에 배치된 상기 오버레이 마크(10)는 서로 이웃하는 오버레이 마크(10) 간의 간격(D1, D2)을 측정할 수 있다. 이때, 상기 오버레이 마크 간의 간격(D1, D2)은 같기 때문에, 상기 오버레이 마크 간의 간격 차(D1-D2)가 0이 될 수 있다.
여기서, 상기 기준이 되는 오버레이 마크(10)에서 벗어나, 인접한 다른 오버레이 마크(10)를 선택하였을 경우, 상기 오버레이 마크 간의 간격 차(D3-D2)는 0이 아니다. 따라서, 상기 기준이 되는 오버레이 마크(10) 간의 간격의 차가 0이 아닐 경우, 상기 오버레이 마크 선택 단계(S2)로 재작업 시도를 할 수 있도록, 인터록(interlock)을 설정해줌으로써, 오버레이 측정장비의 작업 파일(job file)을 재작성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 오버레이 측정방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자의 오버레이 측정방법에서 오버레이 마크를 포함하는 측정 웨이퍼의 일부를 도시한 평면도이다.

Claims (5)

  1. 오버레이 마크를 포함하는 측정 웨이퍼를 오버레이 측정 장비에 로딩하며, 상기 오버레이 마크를 복수의 다이가 구비된 샷의 코너 각각에 배치되도록 하는 측정 웨이퍼 로딩 단계;
    상기 오버레이 측정 장비에 의해 상기 오버레이 마크를 선택하는 오버레이 마크 선택단계;
    상기 선택된 오버레이 마크 간의 간격에 따라 인터록을 설정하며, 오버레이 마크 간의 간격 측정 단계와, 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계를 포함하는 인터록 설정단계; 및
    상기 오버레이 측정 장비로부터 검출된 오버레이 값을 저장하는 오버레이 측정값 저장 단계를 포함하며,
    상기 오버레이 마크 간의 측정 단계는 상기 샷의 코너의 가로 방향으로 상부및 하부에서 이웃하는 각각의 상기 오버레이 마크 간의 간격을 측정하며, 상기 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계는 상기 샷의 코너의 가로 방향으로 상부 및 하부에서 이웃하는 각각의 상기 오버레이 마크 간의 간격의 차가 0이 아닐 경우, 인터록을 설정해줌으로써, 상기 오버레이 마크 선택 단계로 돌아가 재작업이 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 오버레이 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 오버레이 마크 간의 간격 비교 단계는 상기 샷의 코너의 가로 방향으로 상부 및 하부에서 이웃하는 각각의 상기 오버레이 마크 간의 간격의 차가 0일 경우, 상기 오버레이 측정값 저장 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 오버레이 측정 방법.
  5. 삭제
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