KR100217325B1 - 반도체장치의 제조공정 분석방법 - Google Patents

반도체장치의 제조공정 분석방법 Download PDF

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Abstract

반도체장치 제조공정중 웨이퍼 또는 막질내의 불순물 농도, 임의로 주입한 이온의 농도 및 깊이, 표면에 잔류하는 불순물 농도 등을 확인하여 공정상태를 분석하기 위한 반도체장치 제조공정 분석방법에 관한 것이다.
본 발명의 분석방법은 분석하기 위한 웨이퍼를 소정의 진공압이 유지된 진공챔버내에 넣는 단계와, 상기 진공챔버내에 있는 웨이퍼의 특정부위에 좌표설정하여 일차이온빔을 조사하는 단계와, 상기 일차이온빔이 웨이퍼의 표면에 충돌하여 발생한 이차이온중 특정이온의 질량을 분석하여 불순물의 농도를 검출하는 단계와, 상기 웨이퍼 특정부위를 분석한 후 일차이온빔 조사 좌표를 변경하여 웨이퍼상의 적어도 2곳 이상의 특정부위를 연속하여 분석하는 단계로 이루어진 것이다.
따라서 분석작업이 용이하고, 웨이퍼가 손상되지 않고 계속 사용됨으로써 경제적이며, 제조공정과 온라인화하여 모니터링 기능으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체장치의 제조공정 분석방법
제1도는 종래의 제조공정 분석을 위한 장비의 일예로 이차이온질량분석장비를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
제2도는 종래의 제조공정 분석방법을 나타낸 도면이다.
제3도는 본 발명에 따른 제조공정 분석방법을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 20 : 이차이온질량분석장비 2 : 진공챔버
3 : 일차이온발생기 4 : 정전기자기장
5 : 질량분석기 6, 10 : 웨이퍼
6a : 시료
본 발명은 반도체장치의 제조공정 분석방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체장치의 제조공정중 웨이퍼 또는 웨이퍼상의 막질내에 존재하는 불순물의 농도, 혹은 임의로 주입한 이온 또는 원소의 농도 및 분포를 분석하여 공정상태를 확인하기 위한 반도체 장치의 제조공정 분석방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체장치는 웨이퍼상에 사진, 식각 및 박막형성공정등 많은 공정을 반복적으로 수행하여 제조되고, 이러한 제조공정을 순차적으로 수행하는 과정에서 웨이퍼 또는 웨이퍼상의 막질내에 또는 표면에 존재하는 불순물의 농도, 혹은 임의로 주입한 이온 또는 원소의 농도 및 분포를 분석하여 수시로 공정상태의 불량여부를 확인하고 있다.
상기와 같은 분석은 통상 이차이온질량분석장비를 이용하여 분석하고 있으며, 제1도에 도시된 바와 같이 이차이온질량분석장비(1)는 진공챔버(2), 일차이온발생기(3), 정전기자기장(4), 질량분석기(5) 및 검출기(7)로 이루어져 있다.
상기와 같은 이차이온질량분석장비(1)를 이용한 종래의 불순물 농도 분석방법은, 제2도에서와 같이 먼저 공정중인 웨이퍼중 임의의 웨이퍼(6) 하나를 샘플링한 후, 샘플링된 웨이퍼(6)에서 특정부위를 1 1크기로 절단하여 복수개의 시료(6a)를 준비한다.
분석하기 위한 하나의 시료(6a)를 진공챔버(2)에 넣기전에 먼저 서브챔버(도시 안됨)내에 넣고 펌핑하여 10-6 10-7torr 의 진공상태를 유지시킨 후 항상 10-9 10-10torr 의 진공상태를 유지하고 있는 진공챔버(2)내에 넣는다.
하나의 시료(6a)가 진공챔버(2)내에 넣어지게 되면 일차이온발생기(3)로부터 일차이온이 시료(6a)의 표면에 조사되어 웨이퍼 또는 막질의 이차이온을 발생하게 되고, 발생된 이차이온중 정전기자기장(4)을 통과하면서 특정영역의 에너지를 갖는 이온만 통과되는 것으로, 이는 정전기자기장(4)의 세기를 조절하는 것에 의해 설정되어진다.
정전기자기장(4)에 의해 통과된 특정이온의 질량을 질량분석기(5)가 분석하고, 이를 검출기(7)가 검출함으로써 웨이퍼 또는 막질내에 존재하는 불순물 농도의 미량 원소 및 깊이방향의 분포가 확인된다.
이와 같이 하나의 시료(6a)에 대한 분석이 끝나면, 진공챔버(2)내의 시료(6a)를 서브챔버내로 이동시키고, 서브챔버내의 진공상태를 해제시킨 후 다음 시료로 교체하여 전술한 과정을 반복적으로 수행하여 시료를 분석하게 된다.
그러나 상기와 같은 이차이온질량분석장비 또는 이와 유사한 방식의 분석장비에 의한 분석방법은 통상 하나의 웨이퍼(6)에서 5개 정도의 시료(6a)를 제작하여 5번의 시료분석과정을 수행해야하므로 분석작업에 소요되는 시간이 길고, 시료를 교체하기 위해 매번 서브챔버내부를 소정의 진공상태로 유지하기 위해 펌핑하고, 다시 배기해야 하므로 작업이 매우 번거롭다.
또한 시료(6a) 제작시 웨이퍼(6)를 절단해야 하는 것이므로 웨이퍼(6)를 사용할 수 없어 폐기해야 하는 경제적인 손실이 있고, 많은 웨이퍼중 하나의 웨이퍼를 샘플링하여 분석하는 것이므로 정확한 분석이 어려우며, 한 웨이퍼내에서도 정확한 분포확인이 어려워 분석에 대한 신뢰성이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은, 별도의 시료를 제작하지 않고 웨이퍼내에 측정용 패턴(Pattern)을 이용하여 웨이퍼의 특정부위를 직접 분석함으로써 분석작업에 소요되는 시간을 단축시키고 작업성을 향상시킬 수 있는 반도체장치의 제조공정 분석방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 분석후에도 웨이퍼를 크리닝하여 계속 사용할 수 있어 경제적이고, 모든 웨이퍼를 분석할 수 있도록 하여 분석을 정확히 함으로써 신뢰성을 높일 수 있으며, 장비의 자동화와 제조공정의 온라인화로 공정중인 웨이퍼에 대한 모니터링이 가능하게 되는 반도체장치의 제조공정 분석방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적은 분석하기 위한 웨이퍼를 소정의 진공압이 유지된 진공챔버내에 넣는 단계와, 상기 진공챔버내에 있는 웨이퍼의 특정부위에 좌표 설정하여 일차이온빔을 조사하는 단계와, 상기 일차이온빔이 웨이퍼의 표면에 충돌하여 발생한 이차이온중 특정이온의 질량을 분석하여 불순물의 농도를 검출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체장치의 제조공정 분석방법에 의해 달성될 수 있다.
또한 웨이퍼 특정부위의 분석후 일차이온빔 조사 좌표를 변경하여 웨이퍼상의 다수곳의 특정부위를 순차적으로 분석하는 반도체장치의 제조공정 분석방법에 의해 달성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 반도체장치의 제조공정 분석방법을 첨부도면에 의하여 상세하게 설명한다. 제3도는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것으로, 적어도 웨이퍼(10) 전체가 넣어질 수 있는 크기의 진공챔버를 갖는 이차이온질량분석장비(20)를 구하고, 진공챔버내부는 10-9 10-10torr로 유지한다.
웨이퍼(10)를 상기 이차이온질량분석장비(20)의 진공챔버내에 넣기 전에 서브챔버내에 넣고 펌핑하여 10-6 10-7torr 의 진공상태를 만든 후 진공챔버내로 이동시킨다. 이와 같이 이차이온질량분석장비(20)의 진공챔버내에 넣어진 웨이퍼(10)의 특정부위(10a)중 어느 하나에 좌표를 설정하여 일차이온빔을 조사하고, 일차이온빔이 특정부위(10a)의 표면에 충돌하여 발생한 이차이온중 특정이온의 질량을 통상의 방식으로 분석하여 불순물의 농도를 검출한다.
이때 상기 특정부위(10a)의 좌표는 웨이퍼(10)를 고정상태로 두고 일차이온발생기의 빔 조사방향을 조절하여 설정하는 것이 바람직하며, 반대로 일차이온발생기를 고정상태에 두고 웨이퍼(10)를 이동시켜 설정할 수도 있다.
이와 같이 특정부위(10a)의 분석이 완료되면 좌표를 조절하여 제2특정부위를 설정하고, 동일한 방식으로 제2특정부위에 대한 분석을 실시하며, 이러한 과정을 반복하여 다수곳(통상 5군데)의 특정부위를 연속적으로 분석한다.
이러한 본 발명의 분석방법은 하나의 웨이퍼에서 제작된 다수개의 시료를 일일이 교체하면서 분석하는 종전의 방법에 비해 웨이퍼(10)를 직접 이차이온질량분석장비(20)의 진공챔버내에 넣고 다수곳의 특정부위(10a)를 순차적으로 분석하는 것이므로 분석시간이 단축되고 작업성이 향상되는 것이다.
또한 웨이퍼(10)의 특정부위(10a)에 대한 분석이 끝나게 되면, 분석에 의해 사용할 수 없게 된 부분은 웨이퍼(10) 전체에 대하여 일부에 지나지 않기 때문에 진공챔버로부터 꺼내어 표면을 세정한 후 다음 공정을 계속 수행하여 제품화할 수 있고, 분석에 의해 손상된 특정부위(10a)들은 표시하여 불량처리함으로써 이후의 관리대상에서 제외한다.
또한 본 발명의 분석방법은 웨이퍼가 손상되는 것이 아니므로 모든 웨이퍼의 분석이 가능하게 되고, 이로써 보다 정확한 분석이 이루어져 신뢰성을 높일 수 있으며, 본 발명의 분석방법을 제조공정과 온라인화하여 특정공정후 자동으로 특정막질에 대한 불순물 농도 분석후 이상이 없을 때 다음공정을 진행시키는 모니터링 기능을 할 수 있다.
상기 실시예에서는 이차이온질량분석장비를 이용하여 분석하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이차이온질량분석장비와 유사한 다른 장비를 이용하여 분석할 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 반도체장치의 제조공정 분석방법에 의하면, 분석작업이 용이하고, 웨이퍼가 손상되지 않고 계속 사용됨으로써 경제적이며, 제조공정과 온라인화하여 모니터링 기능으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 이상에서 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 다양한 변형이나 수정이 가능함은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 이러한 변형이나 수정이 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 당연하다.

Claims (4)

  1. 분석용 웨이퍼를 이차이온질량분석장비를 구비하는 진공챔버에 연접되어 있는 서브챔버내로 투입하는 단계; 상기 서브챔버 내의 분석용 웨이퍼를 소정의 진공압이 유지되는 진공챔버내로 이동시키는 단계; 상기 분석용 웨이퍼의 특정부위를 분석부위로 좌표설정하여 일차 이온빔을 조사하면서 상기 이차이온질량분석장비를 이용하여 상기 분석용 웨이퍼를 분석하는 제1차 분석단계; 상기 분석이 완료된 분석용 웨이퍼를 상기 서브챔버 내로 다시 투입하는 단계; 상기 서브챔버 내의 분석용 웨이퍼를 소정의 진공압이 유지되는 상기 진공챔버 내로 다시 이동시키는 단계; 및 상기 분석용 웨이퍼의 상기 제1차 분석단계에서와 다른 특정부위를 분석부위로 좌표설정하여 이온빔을 조사하면서 상기 이차이온질량분석장비를 이용하여 상기 분석용 웨이퍼를 연속적으로 분석하는 제2차 분석단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조공정 분석방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 일차이온빔 조사 좌표의 변경은, 웨이퍼를 고정상태에 두고 일차이온빔의 조사방향을 조절하여 되는 상기 반도체장치의 제조공정 분석방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 일차이온빔 조사 좌표의 변경은, 일차 이온빔의 조사방향을 고정상태로 두고 웨이퍼를 이동시켜 조절되는 상기 반도체장치의 제조공정 분석방법.
  4. 제1항에 있어서, 웨이퍼의 특정부위에 대한 분석후 진공챔버로부터 꺼내어 웨이퍼 표면을 세정하고 다음 공정을 진행하는 상기 반도체장치의 제조공정 분석방법.
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