KR20060040402A - 오버레이 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오버레이 측정 장치에 관한 것으로 노광공정에서 발생하는 정렬오차를 측정하기 위하여 사용하는 측정패턴의 개수를 감소시켜서 웨이퍼 상에 측정용으로 손실되는 면적을 줄이는 효과를 가진다. 이를 위한 본 발명의 오버레이 측정 장치는 레이어 사이의 정렬오차를 측정하기 위한 오버레이 측정 장치에 있어서, 일정한 영역에 서로 다른 세 레이어 이상에서 형성된 복수의 측정패턴을 구비하고, 상기 측정패턴은 각각의 레이어에서 형성되고, 서로 다른 두 레이어 사이의 수직 및 수평방향에 대하여 정렬오차를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
오버레이, 노광공정, 측정패턴, 정렬오차

Description

오버레이 측정 장치{Device for measuring overlay accuracy }
도1은 종래의 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
도4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
도5는 레이어 수가 증가하는 경우에 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10, 100, 110, 220 : 제1 측정패턴
20, 200, 210, 220 : 제2 측정패턴
300, 310, 320 : 제3 측정패턴
400 : 제4 측정패턴
본 발명은 오버레이(overlay) 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자에서 레이어 사이의 정렬오차를 측정하기 위한 오버레이 측정 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 패턴을 형성하기 위한 리소그래피 공정은 반도체 기판에 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상에 의해서 이루어진다. 반도체 소자의 집적도를 증가시키기 위하여 패턴이 미세화 됨에 따라 상기 패턴이 형성된 레이어(layer)의 개수도 증가하는 추세이다. 상기 레이어는 하나의 마스크를 이용하여 반도체 기판 위에 형성된 패턴을 말하는 것으로 일반적으로 리소그래피 공정과 식각공정으로 형성된 상기 패턴을 말한다. 반도체 소자는 상기 레이어의 형성을 반복함으로서 그 복잡한 구조를 형성한다. 그런데 상기 패턴의 미세화에 따라 충분히 집적도를 증가시키기 위해서는 서로 다른 레이어 사이의 정렬오차를 충분히 작게 유지 관리하는 것이 필수적이다. 이렇게 레이어 사이의 정렬오차를 관리하기 위하여 각 레이어를 형성할 때 적합한 측정패턴을 같이 형성하여 리소그래피 공정을 진행할 때 발생하는 정렬오차를 측정하고 있다.
도1은 종래의 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
도1을 참조하여 설명하면, 종래의 오버레이 측정 장치는 첫 번째 레이어에서 형성된 제1 측정패턴(10)과 후속 레이어에서 형성된 제2 측정패턴(20)으로 형성되어 있다. 도1에 표시한 것과 같이 상기 제1 측정패턴(10)은 외부의 사각형 모양을 가지고 있고, 상기 제2 측정패턴(20)은 상기 제1 측정패턴(10)에 정렬되어 상기 제1 측정패턴(10)과 상기 제2 측정패턴(20)의 중심이 일치하도록 상기 제1 측정패턴(10) 내부의 사각형 모양으로 형성되어 있다.
도1을 이용하여 정렬오차를 측정하는 경우 상기 제1 측정패턴(10)과 상기 제2 측정패턴(20) 사이의 거리 X1과 거리 X2를 비교하고, 거리 Y1과 거리 Y2를 비교하여 그 차이를 분석하면 정렬오차를 알 수 있다.
그런데, 상기 오버레이 측정 장치는 마스크를 이용하여 패턴을 형성하기 때문에 각 마스크에 적어도 하나 이상의 측정패턴(10,20, 제1 측정패턴 및 제2 측정패턴)이 그려져 있기 때문에, 이를 이용하여 노광한 웨이퍼 상에는 상기 측정패턴(10, 20)이 반복적으로 형성되어 웨이퍼 상에 많은 영역을 차지하고 있다. 또한 반도체 소자의 레이어가 증가하면 정렬오차를 측정하여야할 레이어가 많아지기 때문에 각 레이어에서 형성하는 상기 제1 측정패턴(10) 및 상기 제2 측정패턴(20)의 개수도 같이 증가한다. 그런데 상기 측정패턴(10,20)은 단지 공정관리를 위하여 측정용으로 사용되기 때문에, 웨이퍼 상에 많은 영역이 상기 측정패턴(10, 20)에 의해서 사용되면 그 만큼 반도체 소자를 생산할 수 없게 되어 원가를 증가시키는 손실이 된다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 노광공정에서 발생하는 정렬오차를 측정하기 위하여 사용하는 측정패턴의 개수를 감소시켜서 웨이퍼 상에 측정용으로 손실되는 면적을 줄일 수 있는 오버레이 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정 장치는 레이어 사이의 정렬오차를 측정하기 위한 오버레이 측정 장치에 있어서, 일정한 영역에 서로 다른 세 레이어 이상에서 형성된 복수의 측정패턴을 구비하고, 상기 측정패턴은 각각의 레이어에서 형성되고, 서로 다른 두 레이어 사이의 수직 및 수평방향에 대하여 정렬오차를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 서로 다른 레이어에서 형성된 상기 측정패턴의 경계가 서로 교차하지 않는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 측정패턴은 상기 레이어가 형성된 순서대로 그 크기가 감소하거나 증가하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 복수의 상기 측정패턴은 상기 일정한 영역에 서로 중첩되어 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 측정패턴은 상기 레이어가 형성된 순서대로 중심에서의 거리가 계속하여 감소하거나 증가하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
도2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 오버레이 측정 장치는 각각 다른 레이어에서 형성된 제1 측정패턴(100), 제2 측정패턴(200) 및 제3 측정패턴(300)으로 형성되어 있다. 이때, 이들 중에서 상기 제1 측정패턴(100)은 제1 레이어에서 먼저 형성되고, 다음은 상기 제2 측정패턴(200)이 제2 레이어로 형성되어 상기 제3 측정패턴(300)은 제3 레이어로 가장 늦게 형성되었다. 또한 도2에 표시된 것과 각각 정사각형 모양으로 형성된 순서에 따라서 그 크기가 작아지고, 각각의 중심이 일치하도록 정렬되어 있다. 상기 측정패턴(100, 200, 300)은 측정의 자동화를 용이하게 하기 위하여 서로 패턴의 경계가 교차하지 않도록 형성한다. 상기 측정패턴의 경계가 교차하는 경우 상기 측정패턴에서 감지되는 신호가 서로 구분하기 어려워 질 수 있다.
도2를 이용하여 레이어 사이의 정렬오차를 측정하는 경우, 상기 제1 측정패턴(100)이 형성된 상기 제1 레이어와 상기 제2 측정패턴(200)이 형성된 상기 제2 레이어 사이의 정렬오차는 도2의 거리 X1과 거리 X2를 비교하고, 거리 Y1와 거리 Y2를 비교하여 그 차이를 분석하면 각각으로 x축 방향과 y축 방향에 대하여 정렬오차를 알 수 있다. 또한 상기 제2 측정패턴(300)이 형성된 상기 제2 레이어와 상기 제3 측정패턴(300)이 형성된 상기 제3 레이어 사이의 정렬오차는 비슷한 방법으로 거리 X3와 거리 X4, 거리 Y3과 거리 Y4를 비교하여 알 수 있다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
도3를 참조하여 설명하면, 본 발명의 오버레이 측정 장치는 각각 다른 레이어에서 형성된 제1 측정패턴(110), 제2 측정패턴(210) 및 제3 측정패턴(310)으로 형성되어 있다. 이때, 이들 중에서 상기 제1 측정패턴(110)은 제1 레이어에서 먼저 형성되고, 다음은 상기 제2 측정패턴(210)이 제2 레이어로 형성되어 상기 제3 측정패턴(310)은 제3 레이어로 가장 늦게 형성되었다. 또한 도2에 표시된 것과 각각 정사각형 모양으로 형성된 순서에 의해서 그 크기가 커지고, 각각의 중심이 일치하도록 정렬되어 있다.
도3을 이용하여 각 레이어 사이의 정렬오차를 측정하는 경우, 상기 도2와 동일한 방법으로 각각 거리 X5와 거리 X6을 비교하고, 거리 Y5와 거리 Y6를 비교하여 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이의 정렬오차를 측정할 수 있다. 또한 상기 제2 레이어와 상기 제3 레이어 사이의 정렬오차는 각각 거리 X7과 거리 X8을 비교하고, 거리 Y7과 거리 Y8을 비교하여 측정할 수 있다.
도4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
도4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 오버레이 측정 장치는 각각 다른 레이어에서 형성된 제1 측정패턴(120), 제2 측정패턴(220) 및 제3 측정패턴(320)으로 형성되어 있다. 이때, 이들 중에서 상기 제1 측정패턴(120)은 제1 레이어에서 먼저 형성되고, 다음은 상기 제2 측정패턴(220)이 제2 레이어로 형성되어 상기 제3 측정패턴(320)은 제3 레이어로 가장 늦게 형성되었다. 또한 도3에 표시된 것과 같이 바(bar) 형태의 패턴으로 각각의 중심이 일치하도록 정렬되어 있고, 형성된 순서에 따라 중심에 가까워지는 모양은 가진다. 도3과 같이 순서에 따라 중심에서 멀어지는 모양으로 배치할 수도 있다. 각 레이어 사이의 정렬오차를 측정하는 방법은 도2의 실시예와 동일한 방법으로 측정할 수 있다.
도5는 레이어 수가 증가하는 경우에 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 보여주는 평면도이다.
도5는 도2의 도면에 하나의 레이어가 추가되는 경우에 도면을 표시한 것으로 제1 측정패턴(100), 제2 측정패턴(200) 및 제3 측정패턴(300)에 제4 측정패턴(400)을 추가한 것이다. 각 레이어 사이의 정렬오차를 측정하는 방법은 도2의 실시예와 동일한 방법으로 측정할 수 있다.
이와 같은 방법으로 사용하는 레이어 수가 증가함에 따라 다른 측정패턴을 추가하면 동일한 방법을 계속 적용할 수 있다.
본 발명의 오버레이 측정 장치는 종래와 달리 3개 이상의 레이어에 대한 정렬오차를 측정하기 위하여 필요한 측정패턴이 하나의 영역에 계속하여 형성되어 상기 측정패턴을 형성하는데 필요한 영역이 감소하는 효과를 가진다. 특히 실제 필요한 레이어 수가 이십 개 이상인 것이 일반화된 고집적 반도체 소자의 경우 그 효과는 더욱 증가한다.
이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라 사용하는 레이어가 증가되는 경우 각 레이어 사이의 정렬오차를 측정하기 위한 측정패턴을 제한된 영역에 세 개 이상을 형성하여 두 개를 형성하던 종래에 비하여 상기 측정패턴에 사용되는 영역을 감소하여 반도체 소자의 면적 손실을 감소시켜서 생산성을 증가시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 레이어 사이의 정렬오차를 측정하기 위한 오버레이 측정 장치에 있어서,
    일정한 영역에 서로 다른 세 레이어 이상에서 형성된 복수의 측정패턴을 구비하고,
    상기 측정패턴은 각각의 레이어에서 형성되고, 서로 다른 두 레이어 사이의 수직 및 수평방향에 대하여 정렬오차를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    서로 다른 레이어에서 형성된 상기 측정패턴의 경계가 서로 교차하지 않는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 측정패턴은 상기 레이어가 형성된 순서대로 그 크기가 감소하거나 증가하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    복수의 상기 측정패턴은 상기 일정한 영역에 서로 중첩되어 형성된 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측정패턴은 상기 레이어가 형성된 순서대로 중심에서의 거리가 계속하여 감소하거나 증가하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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