오버레이

층과 층 사이의 정렬 오차. 미세화가 진행될수록 이 오차의 허용치가 줄어 계측 장비의 중요도가 올라간다.

반도체 소자는 수십 개의 층을 한 층씩 별도의 노광 공정으로 쌓아 올리므로, 이전 층에 새긴 패턴과 다음 층의 패턴이 완벽히 겹치리라는 보장이 없다. 이 어긋남이 커지면 비아나 콘택트가 아래 배선을 온전히 덮지 못해 저항이 튀거나 아예 끊어질 수 있기 때문에, 오버레이는 회로의 전기적 동작을 좌우하는 핵심 관리 지표로 다뤄진다. 실제로는 웨이퍼 곳곳에 정렬용 마크를 함께 새겨두고, 노광 스캐너가 노광 전에 이 마크를 읽어 스테이지 위치와 웨이퍼 변형을 보정하며, 노광이 끝나면 별도의 계측 장비가 층간 마크의 상대 위치 차이를 측정해 웨이퍼 전면의 오버레이 오차 지도를 만들어 다음 로트의 스캐너 보정값에 되먹임한다. 하나의 층을 두 번 이상 나눠 노광하는 멀티 패터닝 공정에서는 노광 간 오버레이가 조금만 틀어져도 선폭이 고르지 않게 되어 곧바로 수율 저하로 나타나므로, 공정 엔지니어는 로트마다 오버레이 계측 결과를 확인하며 보정치를 조정하는 작업을 상시적으로 수행한다. 흔히 패턴의 굵기를 뜻하는 임계치수(CD)와 혼동하는데, CD가 규격 안에 들어와 있어도 층간 위치가 어긋나 있으면 소자는 불량이 될 수 있으므로 두 지표는 서로 다른 문제를 가리킨다는 점을 구분해야 한다.