Alignment란 ?? (overlay랑 alignment 의 햇갈림방지)

이번에는 Alignment에 대해 간략히 적어보겠습니다.

Alignment 의 글들을 보니 Overlay랑 약간 비슷하게 적혀진 글들이 많아서 저도 보면 햇갈릴 수 있는 글들이 많습니다.

이번 페이지에서는 기본적으로 Alignment가 뭔지, Overlay 와 비교해서 차이점은 무엇인지, 간단히 설명드리겠습니다 (깊게 들어가면 아주 길어지고 전문적이라 짧게 설명드리겠습니다).

 

시작하기전에 구글에 "Alignment, overlay mark" 라고 검색하니 아래와같이 좋은그림들이 많이 나오네요. 대충 아 이런모양을 측정하는구나~ 이렇게 생각하고 넘어가시면 됩니다. mark모양은 Chipmaker 별로 device별로 다를수있고 사용자마다 다를수있으니 너무 연연해 하지않아도 됩니다.

 

Alignment mark의 모양

 

 

 

1. 정의

아리까리... 비슷하다 사실! 햇갈린다! 둘다 현재레이어의 틀어짐을 측정하는게 아니냐? --> 맞습니다.  말그대로 alignment 는 정렬을 맞춘다.. overlay는 layer 틀어짐을 맞춘다.. 제가 보기엔 둘다 비슷한말입니다. 둘다 모두 mark 를 잰다. device를 직접적으로 재는것은 아니다. 측정을 하면 output 값은? (wafer X,Y 좌표에서 vector로 계산되어짐) 

   1) Alignment : 틀어진 정렬을 맞춘다. 

   2) Overlay :  위아래 레이어간 틀어짐.  (아래포스팅을 보면 자세히 나와있습니다.)

CD? , OVL? (Critical dimension/ Overlay) :: DES - daily easy semi. - lithography (tistory.com)

 

2. 누가 측정하는지?

Alignment 는 Photo 공정 장비에서 측정하는것이고, Overlay 는 MI (metrology/inspection) 장비에서 측정합니다.

   1) Alignment  : 스캐너 내부에 sensor가 Alignment 를 측정합니다. (예: ASML 스캐너안에 있는 sensor, Nikon 스캐너 안에있는 sensor, Cannon scanner 안에 있는 sensor)

   2) Overlay : 오버레이 측정장비가 측정합니다.  (예: KLA overlay 측정장비, ASML overlay 측정장비, 오로스 overlay 측정장비)

 

3. 뭘 측정하는지?

Mark들은 모두 Cell (product chip) 내부에 존재하는것이 아니고 Scribe lane 위에 존재합니다. scribe lane이란 실제 chip부분이 아니고 나중에 잘려나가는곳에 마크(측정할수 있는 패턴) 를 만듭니다.

   1) Alignment : Alignment mark

   2) Overlay : Overlay mark 

요즘엔 같은마크로 해보려는 시도도 있지만 기본적으로 마크가 다릅니다.

 

4. 측정하는 레이어?

   1) Alignment : 현재레이어 한레이어에만 마크가 있고 그것을 측정 

   2) Overlay : 현재레이어와 아래 하부 레이어 에 모두 마크가 있어서 함께 계산되어 측정

 

여기까지만 대충 정리 하자면 1. 정의 - 햇갈림 2. 찍는장비 - 다르다 3. 찍는놈 - 다르다..  4. 찍는놈의 마크형성 레이어 - 다르다 이렇게 정리할수있겠습니다.

 

갑자기 질문들이 생깁니다.. (저만생기는걸 수도? ㅎ)

1. Alignment 가 그럼 Perfect하게 측정해서 정렬하면 Overlay 가 안생기는것 아닐까? 

--> 정답은 Yes & No 입니다. 좀더 자세히 말하자면 lens 에 기인하는 광학적요소를 alignment 가 측정할수가 없지만, 그냥 "Perfect" 한말을 곧이 곧대로 받아들이자면, 저는 yes 라고 일단 생각합니다. Alignment 가 모든 요소를 포함해서 정말 정확하게 , perfect하게 측정한다면 overlay 는 "0" 이 될것입니다. (이런 오차없는 세상은 없긴합니다) 

2. mark 가 다른데 그냥 같이 만들면 되는것아닐까?

--> 정답은 Yes 입니다. 하지만 그럴수 없는 이유가 있습니다. 일단 Cost 가 듭니다.  Alignment mark 의 개수는 overlay mark의 개수보다 훨씬 적습니다. 그 이유는 돈을 아끼는거죠 (땅도 돈이고, 만드는것도 돈이고.. 모두 돈이니... 적게만들수록.. 안만들수록 돈이 절약되지요..). 

그리고 매 layer마다 alignment mark를 만들면 (overlay도 마찬가지) , reference (기준) 이 바뀔수 있습니다. 그냥 맨 아래에 하나 mark를 만들고 위에서 계속 그걸로 정렬시키면 아파트가 쭉 올라가듯이 1층이 기준이 되는데 매층마다 mark가 있으면 올라갈때마다 젠가를 하듯이 삐뚤삐뚤 해질수 있습니다.

ideal 한 world 에서는 같이 만들고 1층에만 만들었는데 계속 올라갈때마다 정확하게 잘 보이는것입니다.. 10층에서 바라보던지.. 100층에서바라보던지.. 500층에서 바라보던지.. 변함없이 잘보이면 best입니다. 하지만 alignment sensor의 성능, overlay 계층장비의 성능에 따라 몇층에서 서로 잘 안보이고 희미해지고 이런 차이가 다릅니다. 그래서 mark 가 들어있는 층수 (layer), 그리고 갯수 도 다릅니다. 

여기까지가 다른점을 대충 설명드린것인데,  조금더 전문적으로 들어가서 Overlay와 조금 다른관점으로 alignment의 목적을 생각해본다면 아래와 같은 목적들이 있습니다.  (아래의 요인들이 overlay에도 물론! 영향이 있고 관련이 있습니다. 하지만 Alignment에 더욱 관련이 있습니다)

• Wafer deformation 찾는것 (wafer의 shape 변형)
• Wafer 간의 variation 줄이는것 (wafer들 간의 차이) 
• Global 한 misplacement를 잡아주기 (전체적인 위치 보정)

 결론은 둘은 뗄레야 뗄수없는 관계지만 서로 다른 차이가 있다.