KR100203748B1 - 반도체 제조 공정에서 사용되는 막 두께 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 상에 형성된 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치에 관한 것으로, 본 발명의 측정 장치는 레퍼런스 칩(2)의 웨이퍼로부터의 불순물 개스에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해 배기 튜브(4)와, 배기 팬(5)을 구비한다. 이로써, 예방 보존 시간을 줄일 수 있어 작업성이 증대되고, 측정 데이타의 신뢰성을 확보할 수 있게 되며, 공정의 안정화를 이룩할 수 있게 된다.

Description

반도체 제조 공정에서 사용되는 막 두께 측정 장치(a film thickness measuring apparatus used in semiconductor fabrication processes)

제1도는 종래의 막 두께 측정 장치의 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치.

제3도는 제2도의 웨이퍼 스테이지 부근의 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 막 두께 측정 장치 2 : 레퍼런스 칩

3 : 웨이퍼 스테이지 4 : 배기튜브

5 : 배기 팬

본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 측정 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 웨이퍼 상에 형성된 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 과정 중에서, 웨이퍼 위에 정확한 두께로 막들을 형성하는 것이 중요하다는 것과 공정 수행의 안정화를 위해 정확한 측정 데이타가 필요하다는 것은 주지된 바이다. 광학적인 방법으로 막 두께를 측정하는 기술들이 많이 개시되어 있으나, 이들 중에서 가장 정확하고 또 데이타의 수집 및 준석의 측면에서 가장 빠르기 때문에, 가장 널리 사용되고 있는 기술이 바로 CARIS(constant angle reflection interference spectroscopy)기술이다. 이 기술에서는, 백색 광원(white light source)으로 부터의 광 빔을 샘플에 조사하고 파장이 400∼800 nm인 범위의 반사광의 강도(intensity)를 측정한다. 설명의 간략화를 위해 웨이퍼 위에 한가지의 막이 형성되어 있는 샘플을 생각하자. 이런 샘플에 광 빔을 조사하면, 막의 표면으로부터 반사된 광과 막과 웨이퍼 사이의 계면으로부터 반사된 광이 결합하여 보강 간섭(constructive interference)과 상쇄 간섭(destructive interference)이 일어난다. 이와 같은 간섭 현상으로 인해, 파장에 따른 반사광의 강도 곡선 즉, 스펙트럼 응답 곡선(spectral response curve)에서의 최대값과 최소값을 얻을 수 있게 된다. 이때, 막의 두께가 두꺼울수록 최대값과 최소값의 차이는 더욱 커지게 된다.

이상에서 설명된 바와 같은 CARIS 기술을 응용한 장치의 일 예가 제1 도에 개략적으로 도시되어 있다. 제 1도에서, 참조번호 1은 막 두께 측정 장치를 나타내고, 2는 막 두께 측정의 기준 데이타를 제공하는 레퍼런스 칩(reference chip), 3은 막 두께 측정이 수행될 웨이퍼가 올려 놓여지게 되는 웨이퍼 스테이지(wafer stage)를 각각 나타내고 있다. 도면에 도시된 바와 같이 이 장치에는 데이타의 수집 및 분석을 위한 컴퓨터를 가지고 있다. 이와 같은 장치가 웨이퍼 위에 형성된 박막의 두께를 측정하는 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 할로겐 램프(halogen lamp)와 같은 백색 광원으로부터 방출되는 광 빔을 레퍼런스 칩(2)에 조사하여 그것의 스펙트럼 응답을 측정한다. 이때, 레퍼런스 칩(2)은 베이스 라인 스펙트럼 (baseline spectrum)을 나타낸다.

다음, 웨이퍼 위에 형성된 막으로 광 빔을 조사하여 그것의 스펙트럼 응답을 측정하고 이 응답을 레퍼런스 칩(2)의 스펙트럼 응답과 함께 정규화한다.

이어, 막으로부터 반사된 광 빔의 상대적인 강도(즉, 상대적인 반사 강도)를 계산하고 이로부터 막 두께를 계산한다.

이상과 같이 동작하는 막 두께 측정 장치를 이용하여, 에칭 공정이 수행된 웨이퍼 상의 막 두께를 측정하는 경우에는, 웨이퍼에 묻어 있는 Br등과 같은 불순물 개스에 의해 레퍼런스 칩(2)이 오염되어 측정 데이타의 정확도 및 신뢰성이 떨어지게 되고 이것이 막 두께의 검사에 지대한 영향을 주는 현상이 심각하게 발생되고 있다.

위와 같은 문제를 극복하기 위한 종래의 대책은 장치에 부착된 레퍼런스 칩(2)을 수시로 (하루에도 수차례) 철거하여 세정하는 것이었다. 이와같은 예방 보전(preventive maintenance)이 하루에 3번 필요하다고 할 때, 한 번의 예방 보전에는 1시간 정도 소요되므로 월(30일) 당 약 90 시간의 예방 보전 시간이 필요하게 되고, 이는 작업성의 저하 및 공정 수행의 불안 정성을 불러오게 된다.

본 발명의 목적은 에칭된 웨이퍼 상의 막의 두께를 측정할 때 발생되는 작업성 저하와 측정 데이타의 신뢰성 및 정확성을 보장할 수 있는 막 두께 측정 장치를 제공하는것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치는 본체와; 그 상에 반도체 기판을 올려놓기 위해 상기 본체 상에 설치되는 웨이퍼 스테이지와; 베이스라인 스펙트럼을 제공하기 위해 상기 본체 상에 설치되는 레퍼런스 칩과; 상기 레퍼런스 칩이 불순물 가스로 오염되지 않도록 상기 반도체 기판 상의 불순물 가스를 제거하기 위한 오염방지수단을 포함하되, 상기 오염방지수단은 상기 막 두께 측정 장치 외부로 상기 불순물 가스를 배출하기 위한 배출 수단을 포함한다.

실시예에 있어서, 상기 배출 수단은, 흡입구와 방출구를 갖는 배기 튜브 및; 상기 흡입구로부터 방출구로 불순물 가스를 흡입하기 위해 상기 배기 튜브 내에 설치되는 팬을 포함한다.

다음에는 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발병의 실시예에 대해 상세히 설명하겠다.

제2도는 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주고 있다. 제 2 도를 참조하면, 본 실시예의 장치는 레퍼런스 칩(2)의 웨이퍼로부터의 불순물 개스에 의해 오염되는 것을 방지하기 위한 수단으로서 웨이퍼 스테이지(3)의 일측에 설치되는 배기 튜브(4)와, 이 튜브(4)의 흡입구 쪽에 설치되는 배기팬(5)을 구비하고 있다. 이와 같이 오염방지 수단이 부착된 장치를 사용하여 막 두께 측정을 실시한 결과, 3일에 한번의 예방 보존 작업을 수행하는 것만으로도 충분했다. 따라서, 월(30일) 당 약 10시간의 예방 보전 시간만이 필요하므로, 종레에 비해 월 당 80 시간의 예방 보존 시간의 감소 효과를 얻을 수가 있었다. 이로써, 측정 데이타의 신뢰성을 확보할 수 있고, 이에 따라 작업성의 증대 및 공정의 안정화를 이룩할 수 있다.

Claims (1)

1. 측면과 상면을 갖는 본체와, 상기 본체의 상면에 설치되어 반도체 기판이 평행하게 놓이는 웨이퍼 스테이지와, 상기 스테이지와 근접되어 상기 본체 위에 설치되어 막 두께 측정의 기준 데이터를 제공하기 위한 레퍼런스 칩을 구비하여, 반도체 기판 상에 형성된 막의 두께를 측정하기 위한 막 두께 측정 장치에 있어서, 상기 반도체 기판이 상기 웨이퍼 스테이지에 로딩되었을 때, 상기 반도체 기판의 측정면 상의 불순물 가스를 외부로 배기하여, 상기 불순물 가스에 의해서 상기 레퍼런스 칩이 오염되는 것을 방지하기 위한 한쌍의 배기튜브들과 상기 한쌍의 배기튜브들 각각에 설치되는 팬들을 포함하되, 상기 배기튜브들 각각은 중공의 관으로 형성되어 상기 본체의 상면으로부터 측면의 하부로 연장되어 설치되고, 상기 웨이퍼 스테이지에 대하여 평행하게 나열되어 상기 본체의 상면에 위치된 상면 끝단이 상기 반도체기판의 막 측정면과 평행하게 배치되며, 상기 팬들 각각은 상기 배기 튜브들 각각의 상기 상면 끝단에 설치되어 상기 반도체 기판 상의 불순물 가스를 상기 배기 튜브를 통하여 외부로 배기시키는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.