KR20060030930A - 오버레이 측정방법 및 그에 사용되는 오버레이 마크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 오버레이 측정방법 및 그에 사용되는 오버레이 마크를 개시한다. 그의 방법은, 소정의 단위 공정이 완료된 웨이퍼를 정렬하는 단계; 상기 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크를 측정하는 단계; 상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 처음으로 수행되었는지를 확인하는 단계; 및 상기 오버레이 측정이 처음으로 수행되었을 경우, 상기 웨이퍼의 중심과 상기 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 검출하는 단계를 포함함에 의해 웨이퍼의 초기 오버레이 측정 시 오버레이 데이터를 산출토록 하여 이를 후속의 포토 리소그래피 공정에 적용할 수 있기 때문에 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
포토레지스트(photo-resist), 오버레이(overlay), 이너 마크(inner mark), 아웃 마크(outer mark)

Description

오버레이 측정방법 및 그에 사용되는 오버레이 마크 {Method for measuring overlay and over mark used the same}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 2는 포토 리소그래피 공정을 수행하기 위한 장비에서의 공정 순서를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 3 내지 도 5는 오버레이 데이터를 설명하기 위해 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 오버레이 마크를 나타내는 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 코팅 처리부 120 : 얼라인 및 노광 처리부
130 : 현상 처리부 140 : 오버레이 측정장치
150 : 칩 영역 160 : 중심선
200 : 제 2 오버레이 마크 210 : 제 2 이너 마크
220 : 제 2 아우터 마크 230 : 제 1 이너 마크
240 : 제 1 아우터 마크 250 : 제 1 오버레이 마크
본 발명은 오버레이 측정 방법 및 그에 사용되는 오버레이 마크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 초기의 포토 리소그래피 공정이 수행될 경우 오버레이 측정에 의한 오버레이 데이터 산출이 가능한 오버레이 측정 방법 및 그를 사용되는 오버레이 마크에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
이에 따라, 반도체 산업에서 경쟁력 강화를 위한 일환으로 높은 생산 수율을 보장할 수 있는 각각의 단위 공정이 개발되고 있으며, 동시에 각 단위 공정에서의 공정 에러를 측정하는 방법 및 장치도 활발하게 연구되고 있다. 특히 핵심 반도체 제조 공정들 중의 하나인 사진 공정(Photo-lithographic Process)의 경우에도 공정 조건의 변화가 빈번하여 이에 대처할 수 있는 공정 개발 및 이를 수행하기 위한 장치가 필요한 실정이다.
사진 공정 시에 고려되어야 하는 문제점 중의 하나는 노광 및 현상에 의해 형성되는 포토레지스트 패턴의 미스얼라인(misalign)이다. 상기 미스얼라인은 반도체 장치의 고집적화에 따른 얼라인 마진(align margin)의 축소, 웨이퍼의 대구경화 및 포토 리소그래피 공정의 증가 등에 따라 정확한 얼라인이 점점 어려워지면서, 더욱 심각한 문제점으로 대두되고 있다. 상기 미스얼라인 불량을 방지하기 위해, 웨이퍼에 형성되어 있는 포토레지스트 패턴의 정렬도를 확인하는 작업인 오버레이 측정의 최적화가 필수적으로 요구된다.
이와 같은 오버레이 측정을 최적화하기 위한 방법은 미합중국 특허 제5,696,835호 및 제 6,357,131호에 개시되어 있다.
종래의 오버레이 측정방법을 설명하면, 우선, 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴(예를 들어 정렬측정 패턴(alignment measurement pattern))을 형성시키고 하부 패턴층(예를 들어 기준 패턴(reference pattern)과의 중첩된 위치를 측정한다. 이때, 상기 웨이퍼의 각 셀들에 형성된 패턴층들은 너무 복잡하여 오버레이 측정이 이루어질 수 없기 때문에 웨이퍼 칩 영역 외곽의 스크라이브 라인 상에 형성된 오버레이 마크를 이용하여 오버레이 측정이 수행될 수 있다.
상기 오버레이 측정은 일반적으로 하나의 웨이퍼에 구비되는 샷(shot)의 개수에 따른 소정의 비율 또는 웨이퍼의 크기에 따라 수행한다. 또한 상기 웨이퍼의 국부적인 영역이 아니라, 상기 웨이퍼의 전 영역이 포함되도록 측정되는 얼라인 마크들을 지정한다.
상기 웨이퍼 상에 형성되어 있는 얼라인 마크에서 측정된 각각의 오버레이 측정 데이터를 회기 분석하여 오버레이 데이터를 산출한다. 상기 오버레이 데이터는 웨이퍼 및 레티클에서 X,Y 방향으로의 틀어진 정도 및 회전 정도를 나타내는 데이터이다. 예컨대, 상기 오버레이 데이터는 웨이퍼 관련 파라미터와, 레티클 관련 파라미터로 나누어진다. 상기 웨이퍼 관련 파라미터는 웨이퍼의 중심을 기준으로 스텝핑 정도가 떨어지는 것으로, 매 샷 이동 시 일정량 씩 점차 변화되면서 밀려 찍히는 것을 의미하며, 레티클 관련 파라미터는 노광장치의 스테이지 성분을 배제했을 때 상기 노광장치의 레티클(reticle) 상의 배율이 노광 시 배율과 달라지는 것을 의미한다.
다음, 오버레이 측정장치는 이와 같이 검출된 오버레이 데이터를 사용하여 보정값을 산출하고, 노광 장치에 피드백하여 이 후에 진행되는 웨이퍼에서 미스 얼라인 불량이 발생되지 않도록 한다.
하지만, 종래 기술에 따른 오버레이 측정방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래의 오버레이 측정방법은, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 얼라인 마크에서 측정된 각각의 오버레이 측정 데이터를 회기 분석하여 오버레이 데이터를 검출한 것이지만, 하부 패턴층이 존재하지 않는 초기 상태의 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 패턴(액티브 층(Active layer) 또는 첫 번째 층(first layer))의 오버레이 측정 시 오버레이 데이터가 산출되지 않을 수 있기 때문에 생산 수율이 떨어지는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하부 패턴층이 존재하지 않는 초기 상태의 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 오버레이 측정 시 오버레이 데이터를 산출하여 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 오버레이 측정방법 및 그를 사용한 오버레이 마크를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따라, 오버레이 측정방법은, 소정의 단위 공정이 완료된 웨이퍼를 정렬하는 단계; 상기 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크를 측정하는 단계; 상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 처음으로 수행되었는지를 확인하는 단계; 및 상기 오버레이 측정이 처음으로 수행되었을 경우, 상기 웨이퍼의 중심과 상기 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 검출하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 양태는, 소정의 단위 공정이 완료된 웨이퍼를 정렬하는 단계; 상기 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크를 측정하는 단계; 상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 처음으로 수행되었는지를 확인하는 단계; 상기 오버레이 측정이 처음으로 수행되었을 경우, 상기 웨이퍼의 중심과 상기 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 검출하는 단계; 및 상기 오버레이 데이터가 소정의 오차 범위 내에 존재할 경우, 상기 오버레이 데이터를 이용하여 보상값을 계산하여 후속의 리소그래피 공정에 피드백하여 보정하는 단계를 포함하는 오버레이 측정방법이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 양태는, 소정의 단위 공정이 완료된 웨이퍼를 정렬하는 단계; 상기 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크를 측정하는 단계; 상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 처음으로 수행되었는지를 확인하는 단계; 및 상기 오버레이 측정이 처음으로 수행되었을 경우, 상기 웨이퍼의 중심과 상기 오버레이 마크의 중 심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 검출하고, 상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 복수 번째일 경우, 소정의 오차를 갖는 복수개의 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출하는 단계를 포함하는 오버레이 측정방법이다.
마지막으로, 본 발명의 또 다른 양태는, 소자가 형성될 웨이퍼 칩 영역의 외곽에 제 1 이너 마크 또는 제 1 아우터 마크가 각각 별도로 형성된 제 1 오버레이 마크; 및 초기의 웨이퍼 리소그래피 공정에 의해 상기 칩 영역 외곽의 모서리에서 그 중심이 일치되는 제 2 이너 마크 및 제 2 아우터 마크가 형성된 적어도 하나이상의 제 2 오버레이 마크를 포함하는 오버레이 측정에 사용되는 오버레이 마크이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오버레이 측정방법은, 먼저, 소정의 포토 리소그래피 공정이 완료된 웨이퍼(W)를 정렬한다. 상기 웨이퍼(W)는 상기 웨이퍼(W)에 형성된 플랫존 또는 노치를 기준으로 일방향으로 정렬된다. 이때, 상기 웨이퍼(W)의 중심 위치가 결정되어진다.
다음, 상기 웨이퍼(W) 상에서 오버레이 측정이 수행되어야할 다수의 부위를 샘플링하고, 상기 샘플링된 부위들에서 각 오버레이 마크를 측정한다. 상기 웨이퍼(W)에는 다수개의 칩영역 및 오버레이 마크가 형성되어 있지만, 이들을 모두 측정하기 위한 시간과 생산성이 떨어지기 때문에 상기 웨이퍼(W)의 전면에서 무작위로 고르게 샘플링하여 오버레이 측정이 수행된다. 예컨대, 30인치 지름을 갖는 웨이퍼(W)의 경우, 약 20에서 40회정도의 오버레이 측정이 수행되는 데, 바람직하게는 약 29번 정도로 수행된다.
그 다음, 이전의 단위 공정 수행 시의 히스토리 데이터로부터 해당 웨이퍼(W)의 오버레이 측정이 처음 수행되는지를 확인한다. 상기 웨이퍼(W)가 포토 리소그래피 공정을 처음 수행할 경우, 상기 히스토리 데이터에는 상기 웨이퍼(W)가 오버레이 측정을 한 결과가 없지만, 상기 웨이퍼(W)가 이전에 적어도 한번 이상의 포토 리소그래피 공정을 수행하였을 경우, 상기 히스토리 데이터는 상기 웨이퍼(W)가 오버레이 측정한 결과를 가지고 있다.
그후, 상기 웨이퍼(W)가 포토 리소그래피 공정을 처음으로 수행했을 경우, 상기 웨이퍼(W)의 중심과 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 계산한다. 예컨대, 상기 오버레이 데이터는 웨이퍼 관련 파라미터 및 레티클 관련 데이터로 나누어진다. 반면, 상기 웨이퍼(W)가 이전에 포토 리소그래피 공정을 적어도 한번이상 수행했을 경우, 현 포토 리소그래피 공정에서의 포토레지스트 패턴(예를 들어 정렬측정 패턴(alignment measurement pattern)) 오버레이 마크의 중심과, 하부 패턴층(예를 들어 기준 패턴(reference pattern) 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출한다.
그리고, 상기 오버레이 데이터가 일정한 오차 범위 내에 존재할 경우, 상기 오버레이 데이터를 이용하여 보상값을 계산하여 후속의 포토 리소그래피 공정에서 노광설비에 적용토록 할 수 있다.
마지막으로 상기 오버레이 데이터가 상기 오차 범위밖에 있을 경우, 상기 웨이퍼(W)의 포토 리소그래피 공정을 재작업시켜야 한다.
따라서, 본 발명에 따른 오버레이 측정방법은, 하부 패턴층이 존재하지 않는 초기 상태의 웨이퍼(W) 상에 형성된 포토레지스트 패턴(액티브 층(Active layer) 또는 첫 번째 층(first layer))의 오버레이 측정 시 웨이퍼(W)의 중심과 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출하고 후속의 포토 리소그래피 공정을 수행토록 할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
한편, 포토 리소그래피 공정은 크게 코팅 공정, 얼라인 및 노광 공정, 현상 공 정, 오버레이 검사로 구분될 수 있다. 이때, 이들 공정은 스피너 설비, 스텝퍼, 스케너 또는 전자 현미경(Scanning Electron Spectroscopy)과 같은 장비를 통하여 수행된다.
도 2는 포토 리소그래피 공정을 수행하기 위한 장비에서의 공정 순서를 개략적으로 나타낸 블록도로서, 먼저, 스피너 설비의 코팅 처리부(110)에서는 웨이퍼(W) 표면의 습기를 제거하고, 도포될 포토레지스트와 웨이퍼(W) 표면과의 밀착성을 증가시키기 위하여 프리 베이크 공정과 고압 순수와 브러쉬를 이용하여 웨이퍼(W) 표면의 불순물을 제거하는 스크러빙공정, 균일한 코팅을 위한 스핀공정, 솔벤트를 휘발시키고 포토레지스트를 경화시키는 소프트 베이크 공정 등을 수행한다.
이후, 얼라인 및 노광 처리부(120)는 스텝퍼의 기준마크에 의해 레티클을 정렬시키고, 웨이퍼(W)와 레티클을 정렬시키는 프리 얼라인공정, 웨이퍼(W)의 플랫존을 고정시키는 얼라인 공정, 노출량을 결정하여 포토레지스트를 노광시키는 노광공정등을 포함하여 이루어진다.
그리고, 현상 처리부(130)에서는 정재파 효과를 제거하는 포스트 노광공정, UV광과 반응한 부분을 선택적으로 제거하는 현상공정, 웨이퍼(W)에 남겨진 포토레지스트 패턴이 충분히 열적 환경에 견딜 수 있도록 경화시키는 하드 베이크 공정 등을 수행한다.
다음, 상기 오버레이 측정장치(140)는 상기 노광설비를 통하여 웨이퍼(W)상에 포토레지스트 패턴를 형성시킨 다음에 하부 패턴층과의 오버레이를 측정하여 오버레이 측정 데이터를 검출하고, 상기 오버레이 측정 데이터를 이용하여 오버레이 데 이터를 산출하고, 보정값을 계산하여 후속의 상기 얼라인 및 노광 처리부(120)로 피드백 한다. 상기 오버레이 측정은 상기 포토레지스트 패턴이 정확한 위치에 형성되었는지를 확인하는 작업으로서, 포토 미스얼라인 불량 방지를 위해 반드시 필요한 작업이다. 상기 오버레이 측정장치(140)에서 오버레이 측정이 처음으로 진행되는 해당 웨이퍼(W)에 대해서는 상기 하부 패턴층이 형성되어 있지 않아 오버레이 측정이 불가능하여 기존에는 오버레이 데이터를 산출하는 것이 불가능했다. 그러나, 본 발명의 오버레이 측정방법은 먼저, 오버레이 측정이 처음으로 진행되는 해당 웨이퍼(W)의 오버레이 마크의 위치를 검출하고, 그후, 검출된 오버레이 마크의 중심과 웨이퍼(W)의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출하여 후속의 얼라인 및 노광처리부(120)에 피드백할 수 있다.
오버레이 측정 이후, 전자 현미경을 이용하여 포토레지스터 패턴의 현상후 정밀 검사(After Develop Inspection : ADI)를 수행하고, 후속의 열처리를 통한 상기 포토레지스터 패턴의 재유동(reflow) 공정이 수행될 경우 유동후 정밀검사(After Develop Inspection : AFI)를 수행할 수도 있다.
일반적으로, 상기 오버레이 데이터는 상기 웨이퍼(W)의 지정된 위치(예컨대 중심)로부터 각 마크의 중심부까지의 거리인 x,y 와, 웨이퍼(W)(W) 상에 형성된 얼라인먼트 마크들에서 하부 패턴층에 형성된 외측 마크(outer mark)와 상부 패턴층에 형성된 내측 마크(inner mark) 사이의 dx/dy를 측정한 다음, 이하에서의 회귀분석 수식들을 통해 추출할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 오버레이 데이터를 설명하기 위해 나타낸 평면도로서, 상기 오버레이 데이터는 웨이퍼 관련 파라미터와 레티클 관련 파라미터로 구분된다. 상기 웨이퍼 관련 파라미터는 웨이퍼(W)의 중심을 기준으로 스템핑 정도가 떨어져 매 샷의 이동 시 일정량씩 점차 증가 또는 감소되면서 밀려서 찍히는 것을 의미하며, 도 3의 화살표 방향으로 상기 웨이퍼(W)의 팽창 또는 수축에 의해서 나타날 때가 있다. 여기서, 웨이퍼(W)의 중심을 지나는 중심선(160)을 기준으로 상기 화살표의 방향을 따라 칩 영역(150)이 팽창하여 나타남을 알 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼 관련 파라미터의 발생원인으로는 스텝퍼 설비에서의 입력값 에러, 스피너 설비에서의 베이크에 의한 수축 팽창, 노광설비에서의 정렬 마크의 상태 및 신호 검출 불량 또는 웨이퍼(W) 상에 형성된 막질의 변화량이 주요한 요인이 된다. 또한, 웨이퍼 관련 파라미터를 자세하게 살펴보면, 오버레이 마크가 좌우, 상하로 어긋난 정도를 보는 오프셋(offset)성분과, 렌즈에 의해 웨이퍼(W) 상의 형성된 패턴이 좌우, 상하로 확대된 정도를 보는 스케일링(scaling)성분과, 오버레이 마크의 중심축이 웨이퍼(W) 중심축에 대해 회전되어 틀어진 정도를 보는 회전(rotation)성분과, 오버레이 마크의 중심축간에 서로 틀어진 정도를 보는 직교(orthogonal)성분들로 구분될 수 있다.
따라서, 웨이퍼 관련 파라미터는 두 개의 x, y성분을 갖는 평면 직교 좌표계를 이용하여 회귀분석 수식1로 나타낼 수 있다.
(수식1)
dx= Xoff + Xsca * x - Xrot * y
dy= Yoff + Ysca * y - Xrot * x
이때, x방향에서 Xoff는 웨이퍼 오프셋, Xsca는 웨이퍼 스켈링, Xrot는 웨이퍼 회전이고, y방향에서 Yoff는 웨이퍼 오프셋, Ysca는 웨이퍼 스켈링, Yrot는 웨이퍼 회전을 나타내는 상수이다. 또한, 복수개의 오버레이 마크 측정에 따른 누적수식은 각 변수(x,y,dx,dy)에 대한 수열로서 변환될 수 있다.
반면, 레티클 관련 파라미터는 노광설비의 스테이지 성분을 배제하였을 때 레티클 상의 배율이 노광 설비에서의 노광 시점에 비해 배율이 커진 상태 또는 적어진 상태를 의미하며, 도 4 내지 도 5에서 웨이퍼(W)에 형성된 각 셀에서 화살표 방향으로 팽창 또는 수축에 의해 나타날 수 있다. 여기서, 웨이퍼(W)의 중심에 위치한 칩 영역(150)이 중심선(160)을 기준으로 사방으로 팽창하여 나타남을 알 수 있다. 물론, 상기 중심선(160)이 지나지 않는 각 칩 영역(150)에서의 팽창 또는 수축을 나타낼 수도 있다. 이때, 상기 레티클 관련 파라미터의 발생원인은 해당 웨이퍼(W)의 오버레이 측정이 처음으로 진행될 경우 노광 설비 광학계의 정밀도, 해당 웨이퍼(W) 오버레이 측정이 적어도 두 번째 이상 진행될 경우 노광 설비 광학계의 미스얼라인 또는 레티클의 오버레이 마크 불량이 될 수 있다. 또한, 레티클 관련 파라미터를 자세하게 살펴보면, 노광 설비에서의 레티클의 배율이 노광 시 증감됨에 의해 상하로 확대된 정도를 보는 레티클 축소(reduction)성분과, 상기 레티클이 부정확하게 세팅되어 얼라인먼트 패턴의 축이 얼라인먼트 기준축에 대해 틀어진 정도를 보는 레티클 회전(rotation)성분으로 구분될 수 있다. 마찬가지로, 레티클 관련 파라미터는 두 개의 x, y성분을 갖는 평면 직교 좌표계를 이용하여 회귀분석 수식2로 나타낼 수 있다.
(수식2)
dx= Xred * x - Xrot * y
dy= Yred * y - Xrot * x
이때, x방향에서 Xred는 레티클 축소(reduction), Xrot는 레티클 회전이고, y방향에서 Yred는 레티클 축소, Yrot는 레티클 회전을 나타내는 상수이다. 마찬가지로, 복수개의 오버레이 마크 측정에 따른 누적수식은 각 변수(x,y,dx,dy)에 대한 수열로서 변환될 수 있다.
한편, 상기 웨이퍼(W)의 오버레이 측정이 이와 같은 오버레이 데이터를 이용하여 웨이퍼(W) 초기 이너 마크와 아우터 마크가 필수적으로 요구된다.
도 6은 본 발명에 따른 오버레이 마크를 나타내는 평면도로서, 본 발명의 오버레이 마크는 소자가 형성될 웨이퍼(W) 칩 영역(150)의 외곽에 제 1 이너 마크(230) 또는 제 1 아우터 마크(240)가 각각 별도로 형성된 제 1 오버레이 마크(250)와, 초기의 웨이퍼(W) 포토 리소그래피 공정에 의해 상기 칩 영역(150)외곽의 모서리에서 그 중심이 일치되는 제 2 이너 마크(210) 및 제 2 아우터 마크(220)가 형성된 제 2 오버레이 마크(200)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제 1 오버레이 마크(250)는 기존의 하부 패턴층 및 상기 하부 패턴층 상부에 형성되는 포토레지스트 패턴을 이용하여 오버레이 마크들간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출하기 위한 것이다.
반면, 제 2 오버레이 마크(200)는 하부 패턴층이 존재하지 않는 초기(bare) 웨이퍼(W) 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 오버레이 측정 시 오버레이 측정 장치에 서 오버레이 마크의 중심을 인식토록 할 수 있다.
즉, 오버레이 측정장치(140)는 제 1 이너 마크(230) 및 제 1 아우터 마크(240)가 형성된 하부 패턴층과, 상기 하부 패턴층에 배타적으로 제 1 아우터 마크(240) 및 제 1 이너 마크(230)가 형성된 현 포토레지스트 패턴의 오버레이를 측정하여 각각의 상기 제 1 이너 마크(230)의 중심과 제 1 아우터 마크(240)의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출할 수 있다. 또한, 초기의(bare) 웨이퍼(W) 상에 형성된 제 2 오버레이 마크(200)를 갖는 포토레지스트 패턴의 경우, 상기 오버레이 측정장치(140)에서 중심이 일치된 제 2 이너 마크(210)와 제 2 아우터 마크(220)를 인식하여 오버레이 측정 데이터를 검출하고, 상기 제 2 오버레이 마크(200)의 중심과 웨이퍼(W) 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출할 수 있다.
이때, 상기 제 2 오버레이 마크(200)는 상기 칩 영역(150)의 중심(예컨대, 4뱅크로 이루어진 셀 영역간의 코어 페리영역)에 형성되어 상기 제 2 오버레이 마크(200)의 중심과 웨이퍼(W) 중심간의 거리를 이용한 오버레이 데이터 산출 시 용이하게 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 오버레이 마크는 기존의 중심이 다른 이너 마크 또는 아우터 마크로 이루어진 제 1 오버레이 마크(250)와, 초기 웨이퍼(W)의 포토 리소그래피 공정 시 하나의 중심을 갖는 이너 마크와 아우터 마크로 이루어진 제 2 오버레이 마크(200)를 이용하여 오버레이 측정장치(140)로 하여금 오버레이 데이터를 산출토록 할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
또한, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 예컨대, 제 2 오버레이 마크(200)는 칩 영역(150)의 외곽에 어디에 설계되어도 무방함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하부 패턴층이 존재하지 않는 초기 상태의 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 오버레이 측정 시 웨이퍼의 중심과 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출하고 후속의 포토 리소그래피 공정을 수행토록 할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 소정의 단위 공정이 완료된 웨이퍼를 정렬하는 단계;
    상기 정렬된 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크를 측정하는 단계;
    상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 처음으로 수행되었는지를 확인하는 단계; 및
    상기 오버레이 측정이 처음으로 수행되었을 경우, 상기 웨이퍼의 중심과 상기 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 검출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 정렬 시 상기 웨이퍼의 중심 위치가 측정됨을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 지름이 30인치일 경우 약 29번 정도의 오버레이 측정이 수행됨을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 오버레이 측정 횟수는 히스토리 데이터로부터 검출함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버레이 측정 단계에서 특정 오버레이 마크의 오버레이 측정횟수가 복수 번째일 경우, 소정의 오차를 갖는 복수개의 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버레이 데이터가 소정의 오차 범위 내에 존재할 경우, 상기 오버레이 데이터를 이용하여 보상값을 계산하여 후속의 포토 리소그래피 공정에 피드백하여 보정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버레이 데이터가 소정의 오차 범위밖에 있을 경우, 상기 웨이퍼의 포 토 리소그래피 공정을 재작업하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  8. 소정의 단위 공정이 완료된 웨이퍼를 정렬하는 단계;
    상기 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크를 측정하는 단계;
    상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 처음으로 수행되었는지를 확인하는 단계;
    상기 오버레이 측정이 처음으로 수행되었을 경우, 상기 웨이퍼의 중심과 상기 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 검출하는 단계; 및
    상기 오버레이 데이터가 소정의 오차 범위 내에 존재할 경우, 상기 오버레이 데이터를 이용하여 보상값을 계산하여 후속의 포토 리소그래피 공정에 피드백하여 보정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 정렬 시 상기 웨이퍼의 중심 위치가 측정됨을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 지름이 30인치일 경우 약 29번 정도의 오버레이 측정이 수행됨을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 오버레이 측정 횟수는 히스토리 데이터로부터 검출함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버레이 측정 단계에서 특정 오버레이 마크의 오버레이 측정 횟수가 복수 번째일 경우, 소정의 오차를 갖는 복수개의 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 오버레이 데이터가 소정의 오차 범위밖에 있을 경우, 상기 웨이퍼의 포토 리소그래피 공정을 재작업하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측 정방법.
  14. 소정의 단위 공정이 완료된 웨이퍼를 정렬하는 단계;
    상기 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크를 측정하는 단계;
    상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 처음으로 수행되었는지를 확인하는 단계; 및
    상기 오버레이 측정이 처음으로 수행되었을 경우, 상기 웨이퍼의 중심과 상기 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 검출하고, 상기 웨이퍼의 오버레이 측정이 복수 번째일 경우, 소정의 오차를 갖는 복수개의 오버레이 마크의 중심간의 거리를 이용하여 오버레이 데이터를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 오버레이 데이터가 소정의 오차 범위 내에 존재할 경우, 상기 오버레이 데이터를 이용하여 보상값을 계산하여 후속의 포토 리소그래피 공정에 피드백하여 보정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 오버레이 데이터가 소정의 오차 범위밖에 있을 경우, 상기 웨이퍼의 포토 리소그래피 공정을 재작업하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  17. 소자가 형성될 웨이퍼 칩 영역의 외곽에 제 1 이너 마크 또는 제 1 아우터 마크가 각각 별도로 형성된 제 1 오버레이 마크; 및
    초기의 웨이퍼 포토 리소그래피 공정에 의해 상기 칩 영역 외곽에서 그 중심이 일치되는 제 2 이너 마크 및 제 2 아우터 마크가 형성된 적어도 하나이상의 제 2 오버레이 마크를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정에 사용되는 오버레이 마크.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 오버레이 마크는 상기 칩 영역의 모서리 외곽에 형성됨을 특징으로 하는 오버레이 측정에 사용되는 오버레이 마크.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 오버레이 마크는 상기 칩 영역의 중심에 형성됨을 특징으로 하는 오버레이 측정에 사용되는 오버레이 마크.
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