KR20100033155A - 반도체 소자의 정렬 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 반도체 소자의 정렬 방법은 반도체 기판 상부에 레티클의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인에 하부레이어의 정렬키를 형성하고, 상기 하부레이어의 정렬키 상부에 상부레이어의 정렬키를 형성한 후, 상기 하부레이어의 정렬키와 상기 상부레이어의 정렬키의 시그널을 비교하여 보정함으로써 다이 샷으로 노광하는 경우에도 웨이퍼의 에지(edge)에서 발생하는 미스 얼라인(mis align)을 방지하여 수율을 향상시키는 효과가 있다.

정렬키, 얼라인먼트 키

Description

반도체 소자의 정렬 방법{method for overlaying semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자의 정렬 방법에 관한 것으로, 하부 정렬키와 상부 정렬키를 이용한 반도체 소자의 정렬을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 형성하기 위하여 웨이퍼 상에 일정한 공정을 반복 수행하는데, 상기 공정 중에서 특히 노광공정은 적절한 파장을 갖는 광원을 이용하여 포토 마스크에 형성된 패턴들이 웨이퍼 상의 포토레지스트로 정확한 크기로 구현되도록 하는 가장 핵심적인 공정이다.

노광공정이 반복되면서 이전 공정에서 형성된 패턴과 현 공정에서 형성된 패턴 사이의 정렬이 요구되는데, 이와 같은 층간정렬은 정렬키(alignment key)를 이용하는 것이 통상적이다.

일반적으로 웨이퍼의 정렬을 위한 정렬키는 웨이퍼 상에 소정의 패턴을 형성하고자 할 때, 레티클(reticle)이라 불리우는 노광 마스크를 정확한 위치에 정렬시키기 위하여 형성시키는 일종의 패턴으로서, 셀 영역의 패턴과 동시에 형성되며, 아울러, 셀 영역에 영향을 주지 않는 스크라이브 라인에 형성된다

즉, 하부 레이어의 셀 어레이부 패턴 형성과 함께 하부 정렬키를 형성하고, 상부 레이어의 셀 어레이부 패턴 형성과 함께 상부 정렬키를 형성한 후, 상부 레이어 패턴과 하부 레이어 패턴의 중첩 정도를 하부 정렬키와 상부 정렬키를 이용하여 파악함으로써, 상부 레이어 패턴과 하부 레이어 패턴이 동일한 위치에 위치하도록 하여 전기적인 접속을 정확하게 할 수 있도록 하는 역할을 하며, 이는 반도체 소자의 특성에 영향을 미치기 때문에 매우 중요하다.

도 1은 종래 기술에 따라 형성된 정렬키를 포함하는 마스크 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 정렬키(30)는 다이(die,10) 분할을 위한 스크라이브 레인(scribe lane,20)내에 위치하고 있으며, 셀 어레이 패턴보다는 상대적으로 간단한 특정 레이아웃, 예컨대 박스모양의 레이아웃이나 바 모양의 레이아웃, 또는 홀 형태의 레이아웃이 될 수 있다.

또한, 볼록한 모양의 메사형(mesa type)과 오목한 모양의 트렌치형(trench type)이 있고 그 각각은 정사각형, 직사각형 모양 등을 갖는데, 얼라인 장비별로 다양한 모양들이 사용될 수 있다.

한편, 상기 노광공정은 노광마스크에 형성된 패턴이 스캐너에 구비된 축소 투영 렌즈를 통하여 반복적으로 웨이퍼 표면상에 전사되도록 하는데, 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 패턴의 크기가 미세해지면서 노광 장비 조건의 변경에 따라 축소 투영 렌즈의 광축이 미세하게 변경되어 웨이퍼 표면상에 전사된 패턴이 각 노광 영역별로 다르게 구현될 수 있다.

예를 들면, 웨이퍼 내에서 중심부와 외곽부 영역별로 변동이 다르게 일어나 정렬키와 오버레이 버니어가 균일하게 형성되지 못하여 웨이퍼 전체 영역에 대하여 상부 패턴과 하부 패턴을 정확하게 정렬하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명에서는 반도체 소자의 정렬을 위한 정렬키가 평탄화등의 영향으로 웨이퍼의 영역별로 균일하게 형성되지 않아 반도체 소자의 정렬 스펙을 맞추지 못하여 소자의 특성을 저하시키는 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명의 반도체 소자의 정렬 방법은 반도체 기판 상부에 레티클의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인에 하부레이어의 정렬키를 형성하는 단계와 상기 하부레이어의 정렬키 상부에 상부레이어의 정렬키를 형성하는 단계 및 상기 하부레이어의 정렬키와 상기 상부레이어의 정렬키의 시그널을 비교하여 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 하부레이어의 정렬키를 형성하는 단계는 상기 레티클 사변에 해당하는 스크라이브 라인에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하부레이어의 정렬키를 형성하는 단계는 상기 레티클 내의 다이의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부레이어의 정렬키는 센터마크를 중심으로 대칭 배치된 다수의 바 타입의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 다수의 바 타입의 패턴은 서로 이격된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 상부레이어의 정렬키는 센터마크를 중심으로 대칭 배치된 다수 의 바 타입의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 다수의 바 타입의 패턴은 서로 이격된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하부레이어의 정렬키는 메사(mesa)형 또는 트렌치(trench)형인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부레이어의 정렬키는 메사(mesa)형 또는 트렌치(trench)형인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 웨이퍼의 에지(edge)에서 발생하는 미스 얼라인(mis align)을 방지하여 다이 샷을 적용하여 노광하는 경우에도 반도체 소자의 정렬을 보다 정확하게 수행함으로써 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정렬키를 포함한 마스크 도면이고, 도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정렬키를 포함한 마스크 도면이며, 도 3은 본 발명에 따라 형성된 정렬키를 이용한 보정 방법을 나타낸 개략도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 정렬키(130)는 레티클(110)의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인(120)에 배치된다.

이와 같이 상술한 영역에 배치된 정렬키(130)가 웨이퍼 상에 형성됨으로써 반도체 기판 상으로 패터닝하고자 하는 영역에 정확하게 레티클이 위치할 수 있도 록 한다.

반도체 기판 상에 형성된 정렬키와 하부레이어가 형성된 후 후속공정으로 상부레이어를 형성하기 위한 레티클을 사용하여 상부레이어를 형성하는 경우, 반도체 기판 상에 기 형성된 정렬키와 상부레이어의 레티클에 배치된 정렬키와의 오버레이를 보정하여 반도체 기판과 레티클이 정확하게 정렬될 수 있도록 한다.

또한, 도 2b에서와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정렬키(130)는 레티클(100)의 사변에 해당하는 스크라이브 라인에 배치된다.

이때, 레티클(100)의 사변에 해당하는 스크라이브 라인 뿐만 아니라 레티클 내 다이(100)의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인에도 더 형성될 수 있다.

특히, 다이(110)의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인(120)에 삽입되는 경우에는 수율향상을 위해 다이 갯수를 늘리기 위한 다이 샷(die shot)을 적용하는 경우에도 웨이퍼 에지에서 발생하는 미스 얼라인을 방지할 수 있다.

예를 들면 한개의 다이 또는 두개의 다이만을 노광하는 경우, 다이 모서리 스크라이브 라인에 삽입되는 정렬키에 의해 오버레이를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.

즉, 레티클 내의 다이 갯수보다 작은 수의 다이를 노광하는 경우에도 본 발명에 따른 정렬키는 각각의 다이에 대하여 정확하게 정렬되도록 할 수 있다.

이와 같이 다이 또는 레티클의 모서리에 해당하는 스크라이브 영역에 정렬키를 배치함으로써 보다 정확한 오버레이를 측정하여 하부레이어와 상부레이어간의 미스 얼라인을 방지할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 정렬키는 일정 간격을 두고 형성되어 센터마크(142,152)를 중심으로 대칭된 다수의 바 타입(bar type)의 패턴(144,154)인 것이 가장 바람직하다.

이때, 바 타입 패턴(144,154)은 이웃한 바 타입 패턴과 서로 이격된다.

하지만, 이에 한정하는 것이 아니라 셀 어레이 패턴보다는 상대적으로 간단한 특정 레이아웃, 예컨대 박스모양의 레이아웃이나 바 모양의 레이아웃, 또는 홀 형태의 레이아웃이 될 수 있다.

또한, 볼록한 모양의 메사형(mesa type)과 오목한 모양의 트렌치형(trench type)이 있고 그 각각은 정사각형, 직사각형 모양 등을 갖는데, 얼라인 장비별로 다양한 모양들이 사용될 수 있다.

하부레이어의 패턴 형성시에 스크라이브 라인에 형성되는 하부레이어의 정렬키(140)와 후속 공정의 상부레이어의 패턴 형성시에 형성되는 상부레이어의 정렬키(150)의 시그널을 비교함으로써 보다 정밀하게 보정하여 오버레이의 정확도를 향상시킬 수 있다.

이와 같이 레티클의 모서리 및 사변에 해당하는 스크라이브 라인과 다이의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인에 형성된 정렬키를 이용하여 시그널을 비교함으로써 다이 샷을 적용하는 경우에도 정렬을 정밀하게 보정하여 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 형성된 정렬키를 포함하는 마스크 도면.

도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정렬키를 포함한 마스크 도면.

도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정렬키를 포함한 마스크 도면.

도 3은 본 발명에 따라 형성된 정렬키를 이용한 보정 방법을 나타낸 개략도.

Claims (9)

1. 반도체 기판 상부에 레티클의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인에 하부레이어의 정렬키를 형성하는 단계;

   상기 하부레이어의 정렬키 상부에 상부레이어의 정렬키를 형성하는 단계; 및

   상기 하부레이어의 정렬키와 상기 상부레이어의 정렬키의 시그널을 비교하여 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하부레이어의 정렬키를 형성하는 단계는

   상기 레티클 사변에 해당하는 스크라이브 라인에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 하부레이어의 정렬키를 형성하는 단계는

   상기 레티클 내의 다이의 모서리 영역에 해당하는 스크라이브 라인에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 하부레이어의 정렬키는 센터마크를 중심으로 대칭 배치된 다수의 바 타 입의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 다수의 바 타입의 패턴은 서로 이격된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 상부레이어의 정렬키는 센터마크를 중심으로 대칭 배치된 다수의 바 타입의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 다수의 바 타입의 패턴은 서로 이격된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 하부레이어의 정렬키는 메사(mesa)형 또는 트렌치(trench)형인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 상부레이어의 정렬키는 메사(mesa)형 또는 트렌치(trench)형인 것을 특 징으로 하는 반도체 소자의 정렬 방법.

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