KR20050064287A - 필드 중간 영역에 다수의 오버레이 계측 키가 형성된 웨이퍼 - Google Patents

필드 중간 영역에 다수의 오버레이 계측 키가 형성된 웨이퍼 Download PDF

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Abstract

필드의 에지부분 뿐만 아니라 중간영역의 막질 정렬 상태도 정확히 판단할 수 있는 웨이퍼가 제공된다. 웨이퍼는 스크라이브 라인에 의하여 구분되는 다수의 칩들을 포함하는 다수의 필드를 구비하며, 필드는 모서리 지역 및 중간 지역에 존재하는 스크라이브 라인 상에 다수의 오버레이 계측키가 형성되어 있다.

Description

필드 중간 영역에 다수의 오버레이 계측 키가 형성된 웨이퍼{Wafer with overlay measurement key in the middle area of photolithography field}
본 발명은 필드 중간영역의 막질의 정렬상태를 확인할 수 있는 오버레이 계측 키를 구비한 웨이퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필드 중간영역에 오버레이 계측 키를 형성하여 필드 에지영역 뿐만 아니라 중간영역의 정렬상태도 정확히 파악할 수 있는 웨이퍼에 관한 것이다.
반도체 제조 공정중 하나인 노광 공정은 웨이퍼 상에 빛과 화학반응하는 포토 레지스트를 도포한 상태에서 소정 반도체 박막 패턴의 형상으로 웨이퍼 상에 빛이 노광되도록 하여 포토 레지스트에 반도체 박막 패턴 형상대로 개구가 형성되도록 하는 공정이다. 이와 같은 노광 공정을 매개로 웨이퍼상에 정밀한 반도체 패턴을 형성할 때, 박막 패턴의 형상으로 웨이퍼 상에 빛이 노광되도록 하는 역할을 하는 레티클의 위치가 지정된 위치가 아니거나 웨이퍼의 위치가 지정된 위치에 놓이지 않을 경우, 선행 반도체 공정에 의하여 형성된 반도체 박막 패턴의 지정된 위치에 후속 반도체 박막 패턴이 형성되지 못하는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 노광 공정에 사용되는 모든 레티클에는 다수의 얼라인먼트용 패턴이 형성되고, 이와 같은 패턴은 웨이퍼에 박막 형태로 얼라인먼트 키(alignment key)를 형성시키는 역할을 한다.
얼라인먼트 키는 막질을 형성하는 마스크가 바뀔 때 마다 상호 겹치지 않도록 하나씩 형성되고 얼라인먼트 키가 형성된 웨이퍼는 오버레이 측정 설비로 이송되어 얼라인먼트 키의 위치를 측정, 대조함으로써 박막 패턴들이 지정된 위치에 정확히 형성되었는가를 판단하며, 이 측정 결과에 따라서 마스크 및 웨이퍼의 위치가 피드백 제어되어 정확한 위치에 박막 패턴이 형성되도록 한다.
한편, 상기 얼라인먼트 키와는 별도로 공정이 완료된 뒤 막질의 정렬상태를 최종 확인하기 위한 패턴이 각 막질 상에 형성되는데, 이를 상기 얼라인먼트 키와 구분하여 오버레이 계측 키라고 한다. 오버레이 계측 키는 노광 공정이 수행되는 단위 영역인 필드의 에지부분에 형성되는 것이 보통이다. 따라서 기존에는 사각 필드의 에지부분만을 측정하여 필드 전체의 정렬 상태를 판단하였다. 그러나, 노광 공정을 수행하기 위한 축소 투영 렌즈가 휘어지거나 기타 손상이 가해졌음에도 이러한 렌즈로 노광 공정을 수행할 경우 막질의 최종 정렬상태에 문제가 발생할 수 있다. 특히, 축소 투영 렌즈의 필드 중간 부분을 투영하는 일부분만이 휘어진다거나 그 부분의 표면이 손상될 경우, 필드의 에지부분의 오버레이 계측 키는 양호하게 정렬함에도 불구하고 필드의 중간 부분은 정렬 상태가 흐트러질 수 있다. 이는 노광 공정에 사용되는 축소 투영렌즈뿐만 아니라 레티클 역시 휘어지거나 기타 손상에 의하여 필드의 중간 영역의 정렬 상태를 흐트러뜨릴수 있다. 특히 최근에는 웨이퍼 공정의 수율을 높이기 위하여 필드의 영역을 넓히는 경향이 있는데, 이러한 경우에는 필드 중간영역에서의 미스 얼라인먼트는 심각한 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 필드의 에지부분 뿐만 아니라 중간영역의 막질 정렬 상태도 정확히 판단할 수 있는 오버레이 계측 키가 형성되어 있는 웨이퍼를 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼는 스크라이브 라인에 의하여 구분되는 다수의 칩들을 포함하는 다수의 필드를 구비하며, 상기 필드는 모서리 지역 및 중간 지역에 존재하는 상기 스크라이브 라인 상에 다수의 오버레이 계측키가 형성되어 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼가 형성되는 노광 설비를 나타내는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 상기 노광 설비는 소정 파장의 빛을 발생시키는 광원(10), 상기 광원(10)의 하부에 설치되며 웨이퍼(40)에 형성할 박막 패턴과 동일한 박막 패턴이 형성된 패턴 마스크인 레티클(20), 상기 레티클(20)의 하부에 설치되어 상기 레티클(20)을 통과한 빛을 소정 비율로 축소하여 상기 웨이퍼(40)에 조사하는 축소 투영 렌즈(30) 및 공정이 진행되는 대상인 웨이퍼(40)를 포함한다.
상기 광원(10)은 가시광선, 자외선, 일렉트론 빔, X선 등이 가능하며 패턴 사이즈 및 공정 조건에 맞게 선택될 수 있다.
상기 레티클(20)은 투명한 기판에 형성된 레티클 패턴(22)이 형성되어 있으며 상기 패턴(22)은 상기 웨이퍼(100)에 형성될 패턴 형상대로 투영 패턴을 형상을 정의한다.
상기 축소 투영 렌즈(30)는 상기 레티클(20)을 통과한 광원이 상기 웨이퍼(40) 상의 필드(100) 내에 입사될 수 있도록 일정한 비율로 입사 면적을 좁혀준다. 선정된 필드에서 노광을 실시한 다음 노광되지 않은 그 다음 필드로 옮겨 노광을 실시하는 방식으로 이를 스텝퍼(stepper)라고도 한다. 본 실시예에서는 축소 투영렌즈만을 사용하는 스텝퍼만을 예로 들었지만, 축소 투영렌즈의 하부에 슬릿이 설치되어 슬릿이 한쪽에서 반대쪽으로 이동하면서 스캐닝을 하는 스캐너(scanner)를 이용할 수도 있으며, 이러한 노광방식은 본 발명을 한정하지 않는다.
상기 레티클(20)과 상기 축소 투영 렌즈(30)는 웨이퍼에 대향하는 자세이며, 상기 축소 투영 렌즈(30)를 통과한 노광광의 초점 부근에 상기 웨이퍼(40) 상의 노광되는 필드(100)가 위치할 수 있도록 배치된다.
상기 웨이퍼(40)는 막질의 형성을 위해 노광이 이루어 지며, 노광이 진행되는 단위인 필드(100)로 이루어져있다.
그 밖에 상기 광원(10)의 노광광을 조절하는 조리개, 상기 광원(10)에서 발한 노광광을 마스크 패턴이 형성되어 있는 상기 레트클(20)로 유도하는 조명 광학계, 상기 축소 투영렌즈(30)를 통과한 노광광을 상기 웨이퍼(40)상으로 유도하는 투영 광학계등 노광 과정에서 필요한 기타 장치가 더 부가될 수 있다.
도 2는 상기 웨이퍼(40)상에 형성된 상기 필드(100)를 확대한 평면도이다. 노광 공정은 웨이퍼 상에 형성되어 있는 상기 필드(100)단위로 이루어진다. 상기 필드(100)는 회로 패턴이 형성되어 있는 다수의 칩(110)과 상기 칩(110)의 영역을 구분하는 스크라이브 라인(120)을 포함한다. 공정이 완료된 칩(110)을 쏘잉 공정에 의하여 절단할 때 주변의 칩에 영향을 주지 않고 나눌 수 있게 적당한 폭의 공간이 필요한데, 이를 스크라이브 라인(120)이라고 한다. 상기 스크라이브 라인(120)에는 반도체 공정을 적절히 진행하기 위한 각종 고려가 되어 있는데, 그중에서 가장 중요한 것은 얼라인먼트 키 또는 오버레이 계측키를 형성하는 장소를 제공하는 것이다. 상기 필드(100)는 칩(110)이 2x2로 배열된 경우를 도시하였지만, 이에 한정하지 않고 칩이 기타 2x3, 3x3등 다른 형태로 배열된 경우도 적용가능함은 당업자에게 자명하다.
오버레이 계측 키는 상기 필드(100)의 에지영역 및 중간영역에 형성된다. 상기 에지 영역에 형성된 오버레이 계측 키(210, 220, 230, 240)는 막질을 형성하는 공정이 끝난뒤 전체 막질의 정렬상태를 계측할수 있도록 한다. 노광 공정이 진행되는 과정에서 축소 투영 렌즈가 휘어지거나 기타 손상이 가해졌음에도 이러한 렌즈로 노광 공정을 수행할 경우, 특히 축소 투영 렌즈의 필드 중간 영역을 투영하는 일부분만이 휘어진다거나 그 부분의 표면이 손상될 경우, 필드의 중간 영역에 형성된 막질의 정렬 상태가 흐트러질 수 있는데, 상기 중간 영역에 형성된 오버레이 계측 키(300, 320, 340, 360, 380)는 이러한 중간 영역의 막질 정렬 상태를 계측하기 위하여 형성된다. 노광 공정에 사용되는 축소 투영 렌즈뿐만 아니라 레티클 역시 휘어지거나 기타 손상에 의하여 필드의 중간 영역의 정렬 상태를 흐트러뜨릴수 있다. 중간 영역에 형성된 오버레이 계측 키(300, 320, 340, 360, 380)는 이러한 여러가지 요인에 의하여 발생할 수 있는 중간 영역의 막질 정렬의 흐트러짐을 계측할 수 있게 해준다. 더구나, 칩의 사이즈가 커지게 될 경우에는 하나의 필드에 복수개의 칩을 형성하면서 필드 전 영역의 양호한 정렬도를 유지하는 것이 어려워지게 되는데, 이러한 경우에도 신뢰성 있는 정렬도 특성을 가지는 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 3a는 중간영역에 형성된 오버레이 계측 키(300)를 상세히 나타낸 평면도이며, 도 3b는 Ⅲ - Ⅲ'선에 따른 단면도이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 오버레이 계측 키(300)는 각각 두개 씩의 막질의 정렬을 계측하는 얼라인먼트 패턴들(305, 310, 315)을 포함한다. 제 1 얼라인먼트 패턴(305)은 제 1 막질(301)의 패턴(306)과 제 2 막질(302)의 패턴(307)이 정렬됨으로써 형성된다. 제 2 얼라인먼트 패턴(310)은 제 1 막질(310)의 패턴(311)과 제 3 막질(303)의 패턴(312)이 정렬됨으로써 형성된다. 마찬가지로 제 3 얼라인먼트 패턴(315)은 제 2 막질(302)의 패턴(316)과 제 3 막질(303)의 패턴(317)이 정렬됨으로써 형성된다. 본 실시예에서는 세개의 막질(301, 302, 303)이 형성된 경우 오버레이 계측 키(300)의 모양을 예시하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않으며 다수의 막질이 형성된 다른 경우에도 적용될 수 있다.
상기 오버레이 계측 키(300)에 의하여 정렬도를 계측할때에는 상기 오버레이 계측 키(300)를 구성하는 각각의 얼라인먼트 패턴(305, 310, 315)에 광원을 입사한 뒤 반사파를 측정한다. 예를 들어 제 1 막질(301)과 제 2 막질(302)의 정렬도를 측정할때는 제 1 막질(301)에 형성된 패턴(306)과 제 2 막질(302)에 형성된 패턴(307)의 이격되어 있는 X축과 Y축의 거리를 측정한다. X축 방향의 정렬도는 도 3에 표기된 X1과 X2의 길이를 비교하며, Y축 방향의 정렬도는 Y1과 Y2의 길이를 비교하여 판단하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼는, 상기 웨이퍼 내의 오버레이 계측 키를 구성하는 얼라인먼트 패턴이 스크라이브 라인을 따라 1열로 형성된다. 상기한 바와 같이 하나의 얼라인먼트 패턴에 의하여 X축 및 Y축의 정렬도를 한꺼번에 판단할 수 있기 때문에, X축 및 Y축을 정렬하기 위한 오버레이 계측 키가 별도로 존재하지 않으며, 오버레이 계측 키를 구성하는 얼라인먼트 패턴은 비교적 자유롭게 배열될 수 있다. 따라서 오버레이 계측 키를 구성하는 얼라인먼트 패턴이 스크라이브 라인을 따라 1열로 배열됨으로써 스크라이브 라인을 최대한 좁게 유지할 수 있으며, 따라서 웨이퍼의 수율 향상에 기여할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
이상과 같은 본 발명에 의한 웨이퍼에 의하면, 필드의 에지부분 뿐만 아니라 중간영역의 막질 정렬 상태도 정확히 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼가 형성되는 노광 설비를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 상에 형성된 필드를 나타낸 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 상의 필드 중간 영역에 형성된 오버레이 계측 키를 나타낸 평면도이며, 도 3b는 Ⅲ - Ⅲ'선에 따른 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100 : 필드 120 : 스크라이브 라인
210, 220, 230, 240 : 필드 에지 영역의 오버레이 계측 키
300, 320, 340, 360, 380 : 필드 중간 영역의 오버레이 계측 키
301 : 제 1 막질 302 : 제 2 막질
303 : 제 3 막질 305 : 제 1 얼라인먼트 패턴
310 : 제 2 얼라인먼트 패턴 315 : 제 3 얼라인먼트 패턴

Claims (3)

  1. 스크라이브 라인에 의하여 구분되는 다수의 칩들을 포함하는 다수의 필드를 구비하며, 상기 필드는 모서리 지역 및 중간 지역에 존재하는 상기 스크라이브 라인 상에 다수의 오버레이 계측키가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 오버레이 계측키가 형성되는 상기 중간 지역은 스크라이브 라인이 교차하는 모든 지점인 것을 특징으로 하는 웨이퍼.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 오버레이 계측키는 2개의 막질을 정렬하기 위한 다수의 패턴들을 포함하며, 상기 패턴들은 스크라이브 라인을 따라 1열로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105990180A (zh) * 2015-03-23 2016-10-05 瑞萨电子株式会社 半导体器件、其制造方法和图案重叠检查方法

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