KR20030003390A - 스탭퍼 정렬마크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼와 스탭퍼간의 샷 정렬에 사용되는 스탭퍼 정렬마크에 관한 것으로서, 원형이나 반원형 또는 꺽쇠형을 반경이나 꺽임각을 변화시켜 연속으로 적어도 세개이상을 나란히 배열한 형태로 형성하였으므로, 각 배열 방향에 따라 X축 또는 Y축 방향으로 한번만 스캔하여 외곽 패턴의 에지 신호와 내측 패턴의 에지 신호간 차를 계산하면 샷의 X-Y 좌표를 구할 수 있으며, 이러한 좌표를 두개 이상 얻으면 로테이션등의 필드 성분을 구할 수 있어 웨이퍼간 오정렬에 의한 불량 발생도 방지할 수 있어 공정수율 및 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

스탭퍼 정렬마크{Stepper alignment mark}
본 발명은 반도체소자의 제조공정중 노광장비의 정렬에 사용되는 스탭퍼 정렬마크에 관한 것으로서, 특히 원형이나 꺽쇠들 다양한 크기로 배치하여 하나의 마크로 X-Y 방향 성분의 정렬이 가능하도록하고, 웨이퍼간 성분 차이도 용이하게 보상할 수 있어 공정수율 및 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 스탭퍼 정렬마크를 제공함에 있다.
일반적으로 고집적 반도체소자는 다수개의 노광 마스크가 중첩 사용되는 복잡한 공정을 거치게 되며, 단계별로 사용되는 노광 마스크들 간의 정렬이나 스탭퍼와 웨이퍼간의 정렬은 특정 형상의 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(overlay accuracy) 측정마크가 있다.
반도체소자의 제조 공정에 사용되는 스탭 앤 리피트(step and repeat) 방식의 노광장비인 스테퍼(steper)는 스테이지가 X-Y 방향으로 움직이며 반복적으로 이동 정렬하여 노광하는 장치이다. 상기 스테이지는 스탭퍼 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 이루어졌는지를확인하는 중첩정밀도 측정마크 또는 오버레이 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 스탭퍼 정렬마크의 평면도로서, X 성분 스탭퍼 정렬마크이며, 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 다수개의 바패턴(10)이 X 방향으로 정렬되어 있는 형상으로 형성되어 있으며, 도시되어있지는 않으나 Y 성분 스탭퍼 정렬마크는 바 패턴이 Y 방향으로 정렬되어 있다.
하나의 노광 필드에서 상기의 X-Y 성분 스탭퍼 정렬마크들을 스탭퍼의 광학 장치로 관찰하여 필드의 X-Y성분 좌표를 구하고 해당샷에 대한 정렬 성분을 구하여 해당샷에서 기판과 스탭퍼를 정렬시킨다.
상기와 같은 종래 기술에 따른 스탭퍼 정렬마크는 개별샷의 디스플레이멘트 성분은 구할 수 있으나, 필드 배율(field magnification)이나 샷회전(shot rotation)등의 필드성분은 구할 수 없이며, 이러한 필드 성분은 별도의 중첩정밀도 측정장비를 사용하여 구하게 되므로 이중의 작업으로 인해 수율이 저하되며, 웨이퍼간(wafer to wafer) 필드 성분 차이가 발생되면 전체 로트(lot)에 대한 적절한 보상이 불가능하며 이러한 웨이퍼간 필드 성분 차이는 사진 공정에서의 오정렬로연결되어 대량으로 불량이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 하번의 스탭퍼 정렬 작업으로 X-Y 성분과 함께 필드 성분도 검출하여 보상할 수 있어 공정수율 및 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 스탭퍼 정렬마크를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스탭퍼 정렬마크의 평면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 원형 스탭퍼 정렬마크의 평면도.
도 3a 내지 도 3d은 본 발명의 실시예에 따른 꺽쇠형 스탭퍼 정렬마크의 평면도.
도 4는 도 2 및 도 3의 스탭퍼 정렬마크들의 정렬신호검출 패턴.
도 5a 및 도 5b는 도 2 및 도 3의 스탭퍼 정렬마크들의 정렬신호검출 공정을 설명하기 위한 개략도.
도 6은 스탭퍼 정렬마크들의 위치 검출 죄표를 설명하기 위힌 개략도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 바패턴 15 : 동심원 패턴
20,22,24,26 : 동심 반원 패턴 30,32,34,36 : 꺽쇠패턴
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스탭퍼 정렬마크의 특징은,
반도체기판 상에 형성되어 스탭퍼의 샷정렬에 사용되는 스탭퍼 정렬마크에 있어서,
적어도 2개 이상 다수개의 동심원형이거나 반원형으로 형성되어 스탭퍼의 스캐너가 X-Y축 방향으로 스캔하여 얻어지는 최외곽패턴의 에지부분 산호와 내측 패턴의 에지 신호들에 의해 X축 또는 Y축 방향 성분을 구할 수 있음에 있다.
또한 상기 동심원형 스탭퍼 정렬마크는 X축 또는 Y축 방향을 임의로 선택하여 스캔할 수 있고, 상기 스탭퍼 정렬마크 두개 이상을 측정하여 필드 성분도 검사할 수 있다.
또한 반도체기판 상에 형성되어 스탭퍼의 샷정렬에 사용되는 스탭퍼 정렬마크에 있어서,
적어도 2개 이상 다수개가 꼭지점이 X축 또는 Y축 방향으로 일직선으로 배치되며, 다양한 꺽임각을 가지고 배열되어있는 패턴들로 구성되어 스탭퍼의 스캐너가 X-Y축 방향으로 스캔하여 얻어지는 최외곽패턴의 에지부분 산호와 내측 패턴의 에지 신호들에 의해 X축 또는 Y축 방향성분을 구할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스탭퍼 정렬마크에 대하여 상세히 설명을 하기로 한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 원형 또는 반원형 스탭퍼 정렬마크들을 설명하기 위한 도면들로서, 이들 마크 두개를 사용하면 X-Y 좌표성분과 함께 로테이션등의 필드 성분도 구할 수 있어 웨이퍼간 오정렬도 보정할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 스탭퍼 정렬마크의 평면도로서, 다양한 반경을 가지는 적어도 세개 이상의 동심원 패턴(15)으로 형성되어 있고, X축 방향이나 Y축 방향 모두 스캔 가능하다.
도 2b 내지 도 2e는 본 발명의 제2 내지 제5실시예에 따른 스탭퍼 정렬마크들의 평면도로서, X축 및 Y축 방향으로 배열된 다양한 반경을 가지는 등간격의 적어도 세개 이상의 동심 반원 패턴(20,22,24,26)으로 형성되어 있고, 도 2b 및 도 2c는 X축 방향으로 스캔하고, 도 2d 및 도 2e는 Y축 방향으로 스캔한다. (도 5a 및 도 5b 참조).
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제6 내지 제9실시예에 따른 스탭퍼 정렬마크들의 평면도로서, Y축 및 X축 방향으로 배열된 다양한 꺽임각을 가지는 적어도 세개 이상의 꺽쇠형 패턴(30,32,34,36)으로 형성되어 있고, 도 3a 및 도 3b는 주로 Y축 방향으로 스캔하며, 도 3c 및 도 3d는 주로 X축 방향으로 스캔한다. (도 5a 및도 5b 참조).
상기 동심원형이나 반원형 또는 꺽쇠형과 같은 여러가지 형상의 스탭퍼 정렬마크들을 웨이퍼상에 형성하고, 스탭퍼의 광학 장치로 이들 스탭퍼 정렬마크를 스캔하면 도 4에서와 같은 신호를 검출할 수 있으며, 도 5a 및 도 5b에서와 같이 스탭퍼 정렬마크의 배열 상태에 따라 X축 또는 Y축 방향으로 스캔하여 초기값 a1과 후기값 a2를 산정하면 a1-a2의 절대값이 최대치가 되는 부분을 얻을 수 있고, 스캔 위치 변화를 고려하여 그 지점을 샷필드의 좌표(X-Y coordinarte)로 도 6에서와 같이 구할 수 있고, 두개 이상의 스탭퍼 정렬마크를 사용하면 로테이션등의 필드 성분도 함께 검출할 수 있으며, 보다 정밀한 위치 조정을 원하면 마크의 수를 높이면 되지만 수율을 고려하여 두개 정도가 적당하다.
즉 본 발명에 따른 스탭퍼 정렬마크의 신호를 검출하여 일정 스캔 범위에서 외곽 라인의 에지와 내측 라인의 에지 사이의 거리를 계측하고, 스캔 위치에 대하여 플루팅하여 스탭퍼 정렬마크의 좌표를 구하고, 그러한 좌표를 두개 이상 얻으면 필드 성분도 검출할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스탭퍼 정렬마크는 원형이나 반원형 또는 꺽쇠형을 반경이나 꺽임각을 변화시켜 연속으로 적어도 세개이상을 나란히 배열한 형태로 형성하였으므로, 각 배열 방향에 따라 X축 또는 Y축 방향으로 한번만 스캔하여 외곽 패턴의 에지 신호와 내측 패턴의 에지 신호간 차를 계산하면 샷의 X-Y 좌표를 구할 수 있으며, 이러한 좌표를 두개 이상 얻으면 로테이션등의필드 성분을 구할 수 있어 웨이퍼간 오정렬에 의한 불량 발생도 방지할 수 있어 공정수율 및 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 반도체기판 상에 형성되어 스탭퍼의 샷정렬에 사용되는 스탭퍼 정렬마크에 있어서,
    적어도 2개 이상 다수개의 동심원형이거나 반원형으로 형성되어 스탭퍼의 스캐너가 X-Y축 방향으로 스캔하여 얻어지는 최외곽패턴의 에지부분 신호와 내측 패턴의 에지 신호들에 의해 X축 또는 Y축 방향 성분을 구할 수 있는 것을 특징으로 하는 스탭퍼 정렬마크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동심원형 스탭퍼 정렬마크는 X축 또는 Y축 방향을 임의로 선택하여 스캔할 수 있는 것을 특징으로 하는 스탭퍼 정렬마크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탭퍼 정렬마크 두개 이상을 측정하여 필드 성분도 검사할 수 있는 것을 특징으로 하는 스탭퍼 정렬마크.
  4. 반도체기판 상에 형성되어 스탭퍼의 샷정렬에 사용되는 스탭퍼 정렬마크에 있어서,
    적어도 2개 이상 다수개가 꼭지점이 X축 또는 Y축 방향으로 일직선으로 배치되며, 다양한 꺽임각을 가지고 배열되어있는 패턴들로 구성되어 스탭퍼의 스캐너가 X-Y축 방향으로 스캔하여 얻어지는 최외곽패턴의 에지부분 산호와 내측 패턴의 에지 신호들에 의해 X축 또는 Y축 방향성분을 구할 수 있는 것을 특징으로 하는 스탭퍼 정렬마크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탭퍼 정렬마크 두개 이상을 측정하여 필드 성분도 검사할 수 있는 것을 특징으로 하는 스탭퍼 정렬마크.
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