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KR100498578B1 - 반도체 장치의 오버레이 마크 - Google Patents

반도체 장치의 오버레이 마크 Download PDF

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KR100498578B1
KR100498578B1 KR10-2002-0087818A KR20020087818A KR100498578B1 KR 100498578 B1 KR100498578 B1 KR 100498578B1 KR 20020087818 A KR20020087818 A KR 20020087818A KR 100498578 B1 KR100498578 B1 KR 100498578B1
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Abstract

본 발명은 반도체 장치의 오버레이 마크에 관한 것으로, 특히 본 발명의 오버레이 마크는 반도체 기판의 하부 구조물에 형성되며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 아웃터 박스와, 아웃터 박스가 형성된 구조물에 형성된 층간 절연막과, 층간 절연막 상부에 형성되며 아웃터 박스에 대해 오버레이를 측정하며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 이너 박스로 이루어진다. 그러므로, 본 발명은 노광시 렌즈계에서 수차가 발생하더라도 아웃터 박스 및 이너 박스의 균일한 바 패턴들을 통해 패턴 피치 거리 또는 중심을 측정하여 각 박스의 중심점을 찾을 수 있어 코마 수차로 인해 아웃터 박스 또는 이너 박스의 중심값이 쉬프트되었는지 아닌지를 쉽게 측정할 수 있다.

Description

반도체 장치의 오버레이 마크{OVERLAY MARK OF THE SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 장치의 오버레이 마크(overlay mark)에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치의 제조 공정중에서 웨이퍼 노광 공정시 층간 구조물의 오버레이(overlay)를 측정하기 위한 반도체 장치의 오버레이 마크에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치의 오버레이 측정을 위해서는 다이(die) 사이를 분할하는 스크라이브 라인(scribe line) 내에 오버레이 마크를 형성하고 있다. 반도체 공정에서 오버레이 측정은 반도체 장치의 제조 공정시 이전 단계와 현재 단계 사이의 층간 정렬상태를 나타내는 지수로서, 포토마스크 제작시 발생하는 에러와 반도체 장치의 제조 공정 및 시스템 에러에 의해 영향을 받기 때문에 생산 수율과 직접적으로 관계되는 중요한 변수이다. 따라서 오버레이 측정을 향상시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며 측정 장비에서 오버레이 마크에 대한 모니터링을 통하여 최적의 오버레이 측정 제어가 필요하다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 오버레이 마크를 나타낸 도면들로서, 박스-인-박스(box-in-box) 형태의 오버레이 마크를 나타낸 것이다. 박스-인-박스 오버레이 마크는 아웃터 박스(outer box)(10)와 이너 박스(inner box)(20)로 이루어지는데, 아웃터 박스(10)는 반도체 기판의 하부 구조물(10)에 형성된 박스 패턴이고, 이너 박스(20)는 아웃터 박스(10)와의 오버레이를 측정하기 위해 아웃터 박스(10) 상부에 형성되는 박스 패턴이다.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 아웃터 박스와 이너 박스의 오버레이 측정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 반도체 기판(2)의 층간 절연막(12)에 하부 구조물과 함께 아웃터 박스(10)가 형성되어 있으며 층간 절연막(12) 상부에 하부 구조물을 패터닝하기 위해 사용된 마스크, 예를 들어 포토레지스트로 이루어진 이너 박스(20)가 형성되어 있다.
종래의 박스-인-박스형 오버레이 마크를 이용한 오버레이 측정은 오버레이 마크의 에지 신호를 측정하는 간섭계를 이용하여 아웃터 박스(10)와 이너 박스(20)를 스캔하고 스캔한 영역내 에지 신호 위치의 각 중심점을 확인하고 X축 및 Y축 중심점 간격으로 오버레이 측정값을 계산하여 아웃터 박스(10)에 대해 이너 박스(20)가 어느 정도 쉬프트되어 정렬이 어긋나게 되었는지 측정하는 것이다.
그런데, 종래 오버레이 마크에서 노광 조건이나 웨이퍼 조건에 따라서 변형이 생기게 되는 경우가 있다. 노광시 렌즈계에서 수차(aberration)가 발생할 경우 패턴의 크기가 감소함에 따라 렌즈 수차에 대한 영향이 심각해진다. 특히 비스듬한 입사 광선으로 인해 렌즈축과 광선축이 평행하지 않게 되어 초점(focus)이 달라짐으로써 혜성 모양의 상이 생기게 되는 코마 수차는 사진 공정에 의해 형성된 패턴에 비대칭을 유발하여 임계 치수(CD: Critical Dimension)의 차이를 유발하면서 이와 동시에 패턴의 중심이 이동되는 문제도 발생시킨다.
따라서, 오버레이 마크가 형성될 때 이너 박스 또는 아웃터 박스가 좌우 대칭성으로 형성될 수 있다. 이러한 경우 오버레이 마크가 쉬프트없이 진행이 되었다 할지라도 쉬프트된 것으로 계산할 수밖에 없어 오버레이 측정을 정밀하게 하는데 어려움이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 오버레이 마크의 아웃터 박스와 이너 박스를 소정 간격으로 배열된 2개 이상의 바 패턴으로 구성함으로써 렌즈 수차로 인한 오버레이 마크 패턴의 변형을 막아 오버레이 측정의 정확성을 높여주는 반도체 장치의 오버레이 마크를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 장치의 층간 오버레이를 측정하는 오버레이 마크에 있어서, 반도체 기판의 하부 구조물에 형성되며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 아웃터 박스와, 아웃터 박스가 형성된 구조물에 형성된 층간 절연막과, 층간 절연막 상부에 형성되며 아웃터 박스에 대해 오버레이를 측정하며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 이너 박스를 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 오버레이 마크는 반도체 기판의 하부 구조물에 형성되며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 이너 박스와, 이너 박스가 형성된 구조물에 형성된 층간 절연막과, 층간 절연막 상부에 형성되며 이너 박스에 대해 오버레이를 측정하며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 아웃터 박스를 구비한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 반도체 장치의 오버레이 마크를 나타낸 도면들로서, 본 발명의 오버레이 마크는 박스-인-박스 형태의 오버레이 마크이며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴(102, 112)으로 이루어진 아웃터 박스(100)와 이너 박스(110)로 이루어진다.
도면에 미도시되어 있지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 마크의 수직 구조는 반도체 기판의 하부 구조물에 형성되며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴(102)으로 이루어진 아웃터 박스(100)와, 아웃터 박스(100)가 형성된 구조물에 형성된 층간 절연막(미도시됨)과, 층간 절연막 상부에 형성되며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴(112)으로 이루어진 이너 박스(110)로 구성된다.
여기서, 아웃터 박스(100)와 이너 박스(110)의 바 패턴(102, 112)은 동일한 폭으로 형성하여 오버레이 측정시 각 패턴 폭의 신호 측정을 통해 아웃터 박스(100)와 이너 박스(110)의 패턴 피치의 측정 신호가 균일하게 검출될 수 있도록 한다.
그러므로, 본 발명의 오버레이 마크는 오버레이 측정시 렌즈계에서 수차가 발생하더라도 아웃터 박스(100) 및 이너 박스(110)의 균일한 다수개의 바 패턴(102, 112)을 통해 패턴 피치 거리 또는 중심을 측정하여 코마 수차로 인한 패턴 비대칭으로 인해 아웃터 박스 또는 이너 박스의 중심값이 쉬프트되는 것을 쉽게 알 수 있다.
한편, 본 발명의 오버레이 마크는 아웃터 박스(100)와 이너 박스(110)의 층간 위치를 변경할 수도 있다. 즉, 이너 박스(110)를 먼저 선행 공정시 형성하고 그 이후 후속 공정에 아웃터 박스(100)를 형성할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 장치의 아웃터 박스와 이너 박스의 오버레이 측정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 오버레이 마크를 이용한 오버레이 측정 신호를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 박스-인-박스 구조의 오버레이 마크를 이용한 오버레이 측정시 오버레이 마크의 에지 신호를 측정하는 간섭계를 이용하여 아웃터 박스(100) 및 이너 박스(110)를 스캔하고 스캔한 영역내 에지 신호 위치의 각 중심점을 확인하고 X축 및 Y축 중심점 간격으로 오버레이 측정값을 계산하여 아웃터 박스(100)에 대해 이너 박스(110)가 어느 정도 쉬프트되어 정렬이 어긋나게 되었는지 측정하게 된다. 그런데, 본 발명의 오버레이 마크는 아웃터 박스(100) 및 이너 박스(110)가 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 적어도 2개 이상의 바 패턴(102, 112)들로 이루어져 있기 때문에 이들 패턴 신호를 검출하고 그의 평균을 각 박스의 에지 신호로 삼아 박스의 중심점을 찾는다. 그리고 아웃터 박스(100)와 이너 박스(110)의 중심점 차이를 가지고 오버레이 마크의 정렬을 측정하게 된다.
즉 도 5와 같이, 아웃터 박스(100)의 3개 바 패턴으로부터 측정된 신호를 얻었다면 오버레이 마크가 렌즈의 코마 수차로 인해 패턴 변형이 일어나도 바 패턴 피치(pitch)는 변하지 않으므로 아웃터 박스(100)의 중심값은 변화하지 않는다. 그러므로, 오버레이 측정시 본 발명은 아웃터 박스 및 이너 박스의 바 패턴 피치 거리를 이용하여 중심점을 찾거나 바 패턴 피치의 중심(평균)으로 박스의 중심점을 찾아도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 노광시 렌즈계에서 수차가 발생하더라도 아웃터 박스 및 이너 박스의 균일한 바 패턴들을 통해 패턴 피치 거리 또는 중심을 측정하여 각 박스의 중심점을 찾을 수 있어 코마 수차로 인해 아웃터 박스 또는 이너 박스의 중심값이 쉬프트되었는지 아닌지를 쉽게 측정할 수 있으며 이로 인해 오버레이 측정의 정확성을 높일 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 오버레이 마크를 나타낸 도면들,
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 아웃터 박스와 이너 박스의 오버레이 측정을 설명하기 위한 도면들,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 반도체 장치의 오버레이 마크를 나타낸 도면들,
도 4는 본 발명에 따른 반도체 장치의 아웃터 박스와 이너 박스의 오버레이 측정을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 오버레이 마크를 이용한 오버레이 측정 신호를 나타낸 도면.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
삭제
100 : 아웃터 박스 110 : 이너 박스
102, 112 : 바 패턴

Claims (3)

  1. 반도체 장치의 층간 오버레이를 측정하는 오버레이 마크에 있어서,
    반도체 기판의 하부 구조물에 형성되며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 아웃터 박스;
    상기 아웃터 박스가 형성된 구조물에 형성된 층간 절연막; 및
    상기 층간 절연막 상부에 형성되며 상기 아웃터 박스에 대해 오버레이를 측정하며 상기 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 이너 박스를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오버레이 마크.
  2. 반도체 장치의 층간 오버레이를 측정하는 오버레이 마크에 있어서,
    반도체 기판의 하부 구조물에 형성되며 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 이너 박스;
    상기 이너 박스가 형성된 구조물에 형성된 층간 절연막; 및
    상기 층간 절연막 상부에 형성되며 상기 이너 박스에 대해 오버레이를 측정하며 상기 X축 및 Y축으로 대칭되게 각각 배열된 적어도 2개 이상의 바 패턴으로 이루어진 아웃터 박스를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오버레이 마크.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 아웃터 박스 및 이너 박스의 바 패턴은 동일한 폭으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오버레이 마크.
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