KR100253099B1 - 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법 및 그를 위한프로그램을 저장한 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 변조 레이저 빔을 흡수하는 이온 주입 부분에서 여기(Exciting) 발생되는 플라즈마와 열파(Plasma And Thermal Wave)의 주파수 응답 특성을 이용한 이온 도즈 양의 분석시 열파 파라미터(Thermal Wave Parameter)의 함수적 변환을 통하여 이온 도즈 양의 분석이 용이하도록 개선시킨 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법 및 그를 위한 프로그램을 저장한 기록매체에 관한 것으로서, 평가 범위 내의 변조 레이저 빔을 이온주입된 샘플의 표면에 흡수시키면 여기발생되는 플라즈마와 열파(Plasma and Thermal Wave)에 대한 응답으로써 유도되는 공지의 복소 변환 계수(Complex Conversion Coefficient)와 그에 따른 상기 복소 변환 계수의 복소 좌표계상 각 지시위치의 자취를 구하는 단계, 이온 도즈 양의 증가별 자취상 이동거리를 구하는 단계 및 상기 이동 거리를 상기 평가 범위의 최소 조건에 해당되는 값으로 임의 수치를 설정하고, 상기 이동 거리를 상기 임의 수치에 더하여 해당 도즈 양에 대한 값을 설정하는 단계를 구비하고, 이를 수행하는 프로그램을 기록매체에 저장하여 샘플에 주입된 이온 도즈 양의 평가를 수행하는 것이다.

Description

광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법 및 그를 위한 프로그램을 저장한 기록매체

본 발명은 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법 및 그를 위한 프로그램을 저장한 기록매체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변조 레이저 빔을 흡수하는 이온 주입 부분에서 여기(Exciting) 발생되는 플라즈마와 열파(Plasma And Thermal Wave)의 주파수 응답 특성을 이용한 이온 도즈 양의 분석시 열파 파라미터(Thermal Wave Parameter)의 함수적 변환을 통하여 이온 도즈 양의 분석이 용이하도록 개선시킨 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법 및 그를 위한 프로그램을 저장한 기록매체에 관한 것이다.

통상, 반도체장치를 제조하는 공정에 이온 주입 공정은 필수불가결한 공정으로써 소정 절연성 영역에 불순물을 주입하여 해당 영역의 전기적인 특성을 변화시키기 위하여 많이 이용되고 있다.

정확한 전기적 특성을 웨이퍼 상에 구현하기 위해서는 이온 주입을 위한 정확한 공정 조건의 설정 및 제어가 이루어져야 하며, 대개의 경우 공정 조건의 설정 및 제어 상태는 이온 주입된 샘플의 도즈(Dose) 양과 균일성을 판단함으로써 평가된다.

종래의 경우, 이온 도즈의 양과 균일성은 거의 면적저항률(Sheet Resistivity)의 측정으로써 판단되었으나, 전술한 방법은 웨이퍼에 이온을 주입한 후 어닐링(Anneal) 처리를 필요로 하였기 때문에 측정에 많은 시간이 소요되었으며, 실제 패턴이 있는 웨이퍼는 전술한 측정을 위한 샘플로 채용하지 못하는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 광열 기술을 이용한 이온 도즈 양과 균일성을 검사하는 방법이 개발된 바 있으며, 미합중국 특허 제 4,632,562호와 미합중국 특허 제 5,408,327호에 각각 광열 기술을 이용하는 샘플의 평가 방법이 개시된 바 있다.

광열 기술을 이용함에 있어서 변조된 레이저 빔이 샘플에 흡수되면, 샘플에서 플라즈마와 열파(Plasma And Thermal wave)가 여기되어 발생되고, 두 파간의 주파수 차가 응답 특성으로 검출되는데 이것이 평가에 이용된다.

구체적으로, 샘플에 이온이 주입되면, 샘플의 표면에는 이온 주입되는 도즈 양과 에너지에 따른 손상(Damage)이 발생되고, 여기에 평가를 위한 변조 레이저 빔이 조사된면 손상된 부분에서 변조 레이저 빔이 흡수되면서 여기된 상태의 플라즈마와 열파가 발생된다. 여기되어 발생되는 플라즈마와 열파에 의하여 웨이퍼 표면의 반사율이 변화되고, 검출되는 결과 즉 응답은 변화된 반사율의 크기(Amplitude)와 여기(Excitation)에 대한 시간 지연 즉 위상 변화(Phase Shift)를 갖는다.

전술한 응답 특성은 샘플에 대한 도즈 양과 균일도를 평가하기 위한 측정 파라미터(Measurement Parameters)로써 열파 파라미터(Thermal Wave Parameter)인 'K'와 반사율(Reflectivity) 파라미터인 'R'로 유도되고, 그 결과치가 분석에 이용된다.

이 중, 열파 파라미터는 복소 변환 계수 K(Complex Conversion Coefficient K)로 표현되며, 이온 도즈 양 분석에 이용되었다.

그러나, 전술한 복소 변환 계수 K를 이용한 분석에 있어서, 이온 도즈 양 변화에 따른 복소 변환 계수 K의 크기와 위상 변화는 이차함수 그래프와 같은 커브 구간을 갖는다. 전술한 이차 함수 그래프와 같은 커브를 갖는 복소 변환 계수 K가 복소좌표계 상에 선형그래프로 표현되었다.

전술한 커브를 갖는 복소 변환 계수 K에 대한 그래프로는 이온 도즈 양을 제어하기 위한 공정 조건을 판단하기 어려웠고, 허수 파트 축에 대응되는 신호의 미세한 변동이 실수 파트 축에 대응되는 이온도즈 양의 큰 차이를 유발하므로 정확한 분석이 어려웠다. 따라서, 전술한 방법을 이용한 이온주입된 도즈 양의 분석에 따른 도즈 양 측정이 실제 설비에 제대로 적용되기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 샘플에서의 변조 레이저 빔의 흡수에 따라 여기 발생되는 플라즈마와 열파 간의 주파수차에 대한 응답 특성으로부터 유도되는 열파 파라미터(복소 변환 계수 K)를 측정신호와 도즈 양이 일대일 대응되는 관계로 변환시켜서 평가 및 설비 적용이 용이한 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 샘플에서의 변조 레이저 빔의 흡수에 따라 여기 발생되는 플라즈마와 열파 간의 주파수차에 대한 응답 특성으로부터 유도되는 열파 파라미터의 자취를 복소 좌표계 상에서 측정신호와 도즈 양이 일대일 대응되는 관계로 변환시키는 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가를 위한 프로그램을 저장한 기록 매체를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명에 따른 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법의 바람직한 실시예를 나타내는 공정도이다.

도2는 변조 레이저 빔이 샘플에 조사되는 상태를 나타내는 개략적 단면도이다.

도3은 복소 변환 계수의 복소좌표계상 표현을 나타내는 그래프이다.

도4는 평가범위에 대한 복소 좌표계상 복소 변환 계수들을 나타내는 그래프이다.

도5는 이온 도즈 양별 복소 변환 계수의 위상, 크기 및 실수치의 변화를 나타내는 그래프이다.

도6은 이온 도즈 양별 자취의 이동 거리로 표현되는 변화를 나타내는 그래프이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 렌즈 12 : 샘플

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법은, 변조 레이저 빔을 이온주입된 샘플의 표면에 흡수시키면 여기발생되는 플라즈마와 열파(Plasma and Thermal Wave)에 대한 응답으로써 유도되는 공지의 복소 변환 계수를 이용하는 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법에 있어서, 평가 범위 내의 각 이온 도즈 양에 대한 복소 변환 계수와 그에 따른 상기 복소 변환 계수의 복소 좌표계상 각 지시위치의 자취를 구하는 단계; 상기 이온 도즈 양의 증가별 자취상 이동거리를 구하는 단계 및 상기 이동 거리를 상기 평가 범위의 최소 조건에 해당되는 값으로 임의 수치를 설정하고, 상기 이동 거리를 상기 임의 수치에 더하여 해당 도즈 양에 대한 값을 설정하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 자취를 구하는 단계는, 복소좌표계에 표현되는 상기 복소 변환 계수의 지시위치를 직교좌표계에 적용시켜 대응되는 좌표값(X,Y)을 구하는 단계 및 상기 좌표값(X,Y)으로 직교좌표계에서의 지시위치에 대한 자취를 구하는 단계를 구비하여 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 평가 범위 내의 각 이온 도즈 양에 대한 복소 변환 계수와 그에 따른 상기 복소 변환 계수의 복소 좌표계상 각 지시위치의 자취는 상기 평가 범위의 최소 이온 도즈 양과 최대 이온 도즈 양에 대한 복소 변환 계수 및 그에 대한 지시 위치를 구한 후 상기 최소 이온 도즈 양으로부터 소정 양 증가시키면서 그에 대한 복소 변환 계수 및 지시 위치를 구할 수 있다.

그리고, 상기 이동 거리를 상기 임의 수치에 더하여 해당 도즈 양에 대한 값을 설정하는 단계에서 상기 도즈 양 대 자취에 대한 값의 상관관계가 일대일 대응관계를 갖는 일차함수적으로 표현될 수 있다.

본 발명에 따른 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가를 위한 프로그램을 저장한 기록매체는, 변조 레이저 빔을 이온주입된 샘플의 표면에 흡수시키면 여기발생되는 플라즈마와 열파에 대한 응답으로써 유도되는 공지의 복소 변환 계수를 이용하는 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가를 수행하는 프로그램을 저장한 기록매체에 있어서, 평가 범위 내의 각 이온 도즈 양에 대한 복소 변환 계수와 그에 따른 상기 복소 변환 계수의 복소 좌표계상 각 지시위치의 자취를 구하는 단계, 상기 이온 도즈 양의 증가별 자취상 이동거리를 구하는 단계 및 상기 이동 거리를 상기 평가 범위의 최소 조건에 해당되는 값으로 임의 수치를 설정하고, 상기 이동 거리를 상기 임의 수치에 더하여 해당 도즈 양에 대한 값을 설정하는 단계를 구비하여 평가 범위에 포함되는 이온 도즈 양별 공정 조건을 정함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 실시예는 분석 설비에서 이온 주입된 샘플의 도즈 양을 평가할 때 복소 변환 계수로써 필요한 평가기준을 설정하고, 설정된 바 평가기준에 따라서 이온 주입된 웨이퍼를 측정하여 검출되는 주파수 신호에 대한 응답 특성을 변환시킨 결과로써 이온 주입된 양을 평가하는 것이다.

먼저, 평가 기준은 도1의 공정도에 따른 각 단계를 수행함으로써 설정된다.

샘플은 소정 설정된 양으로의 이온 도즈를 갖도록 이온주입설비(도시되지 않음)에서 이온주입되며(S2), 평가 설비에서 샘플의 이온주입된 결과에 따른 도즈 양이 측정된다(S4).

이때 측정을 위한 평가설비로는 본 실시예에서 평가 설비(도시되지 않음)는 광열 기술 중 광열 응답(Photothermal Response) 원리가 이용되는 것을 적용하였으며, 한편으로는 유사하게 복소 변환 계수를 갖는 광열 헤테로다인(Photothermal Heterodyne) 원리를 적용한 평가 설비가 이용될 수 있다.

광열 응답 기술을 적용한 평가 설비는 제작사별로 광원의 구성을 다르게 할 수 있으나, 본 발명은 실시예를 위하여 두 개의 여기 주파수를 가지고 하나의 빔을 형성시키는 785㎚의 파장을 갖는 레이저 다이오드를 광원으로 갖는 평가 설비를 이용하였다.

측정에 있어서, 전술한 광원으로부터 발생된 레이저 빔은 도2에서와 같이 집속 렌즈(10)를 통하여 샘플(12)의 도즈가 분포된 표면으로 포커스되고, 레이저 빔이 샘플로 포커스되면 레이저 빔의 파워가 샘플(12)의 표면으로 흡수된다.

구체적으로 설명하면, 샘플의 표면에는 이온 주입에 의한 손상이 존재하며, 전기적 특성을 갖는 이온이 주입되면서 샘플의 분자들과 충돌하고, 그 결과 샘플의 분자들의 결합 상태에 변형이 발생되며, 분자들의 결합 상태 변화로써 전하와 전공이 형성된다. 전술한 상태의 샘플 표면은 레이저 빔이 포커싱됨에 따라 파워를 흡수하게 되고, 그에 따라서 분자들의 에너지 상태 변화 또는 전하와 전공의 결합 등의 원인으로 플라즈마와 열파가 여기되어 발생된다.

전술한 플라즈마파와 열파의 여기 주파수 차와 동일한 주파수로 플라즈마와 열파에 대한 공지의 광열 응답이 나타나며, 광열 응답은 열파 파라미터인 복소 변환 계수 K(Complex Conversion Coefficient K)로 변형 표현되고, 복소 변환 계수는 복소 값을 갖는 열파와 전하캐리어파(Charge-carrier Wave)(플라즈마 파) 간의 함수적인 관계로 표현되며, 열파는 복소 함수 F(T)로 표현되고, 전하캐리어파도 복소 함수 F(C)로 표현되며, 그에 따른 복소 변환 계수 K도 두 함수간의 벡터적 중첩(Vectorial Superposition)에 의한 복소 함수로 표현되고, 이들 간의 관계는 도3과 같이 실수 파트 축(Re)과 허수 파트 축(Im)이 직교되는 복소좌표계 상에 표현된다(S6). 즉, K = F(T) + F(C)의 관계가 성립된다.

전술한 바와 같은 특정 도즈 양으로 이온 주입된 샘플에 대한 측정이 완료되면, 이온 주입할 도즈 양을 가변시켜서 전술한 단계 S2부터 단계 S6을 재수행하여 이 과정에서 다른 도즈 양에 대한 복소 변환 계수 K가 얻어져서 복소좌표계 상에 표현된다.

이때, 이온 주입 양을 초기 조건에 대한 양으로부터 최종 조건에 대한 양으로 증가시키면서 복소 변환 계수 K를 얻고, 이를 복소 좌표계 상에 도시하면 도4와 같이 도즈 양에 대한 조건이 a에서 f로 변화됨에 따라서 복소 변환 계수 Ka로부터 Kf로 그 크기(Magnitude)와 위상(Phase)이 점차적으로 변화된다.

이와 다르게, 이온 주입량을 평가범위에 대한 초기 조건과 최종 조건으로써 그에 해당하는 복소 변환 계수를 각각 구하고, 그 후 초기 조건에 대한 이온 도즈 양에서 일정 양을 증가시키면서 그에 대한 측정치의 복소 변환 계수를 구하여 적용할 수 있다.

전술한 바와 같이 이온 도즈 양을 가변하면서 이온 주입된 샘플에 대하여 평가 설비로 광열 응답을 검출하여 도4와 같이 각 경우에 대한 복소 변환 계수 Ka 내지 Kf를 얻으면, 도5와 같이 각 도즈 양 a→f에 대한 검출신호의 상관관계를 위상, 크기(｜K｜) 및 위상에 대한 그래프로 표현할 수 있다.

그리고, 각 복소 변환 계수 Ka 내지 Kf의 지시 위치(끝점)를 X축과 Y축이 직교하는 직교좌표계로 변환시켜 적용하기 위하여 실수 파트 축을 X축으로 허수 파트 축을 Y축으로 대치하여 좌표값을 구하여 그에 대한 각 복소 변환 계수 별 좌표값(X,Y)을 등록시킨다(S8).

이온 도즈 양 a→f의 변화에 따른 순차적인 각 지시위치에 대하여 등록된 좌표값(X,Y)으로써 자취를 구한다(S10).

그리고, 먼저, 초기 조건의 도즈 양에 일정값으로써 임의 수치인 '100'을 부여하고, 각 복소 변환 계수 별 좌표값(X,Y)에 대한 이동 길이를 산출하며(S12), 산출된 결과를 이전 조건에 더한다. 즉, 초기 조건 이후 조건에 따라 산출된 길이가 '20'이라고 하면 해당 도즈 양에 대한 측정치는 '100+20' 즉 '120'으로 설정된다.

전술한 바와 같이 설정된 값을 각 도즈 양 a→f에 대한 크기 A→F로 대응시키면 도6과 같은 그래프가 구해진다.

도6의 그래프를 참조하면, 도즈 양의 점차적인 증가에 대한 자취의 이동길이는 그에 비례하여 나타나며, 결국 도즈 양과 검출된 신호(길이)에 대한 그래프는 유사 일차 함수적으로 일대일 대응되고, 도6과 같이 도즈 양의 평가 기준이 설정된다.

전술한 바와 같이 복소 변환 계수를 복소 좌표계에서 직교 좌표계로 변환시키고, 변환된 상태에서의 각 도즈 양별로의 자취를 구하며, 자취 간의 길이를 산출하고, 산출된 길이를 그래프화시키는 동작을 수행하기 위한 프로그램을 평가 설비에 설정하면, 도6과 같은 이온 주입될 결과의 도즈 양에 대한 X축의 평가 기준을 구할 수 있다.

그리고, 전술한 평가 기준인 도6의 그래프로 이온 주입이 수행된 샘플에 대한 도즈 양을 분석하면, Y축에 대한 검출신호로써 해당 샘플에 대한 정확한 도즈 양의 분석이 이루어지고, 특히, 검출 신호에 해당하는 직교 좌표의 Y축 값이 미소하게 변화되고 그에 대한 X축에 대응되는 도즈 양이 급격하게 변화되는 구간이 존재하지 않으므로, 도즈양과 공정 조건인 검출신호 간의 관계를 정확히 판단할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 도즈양과 공정 조건 간의 상관관계가 일대일 관계로써 판단될 수 있고, 공정 조건인 검출신호에 대한 특정 구간에서의 도즈양의 급격한 변화가 없으므로, 생산 현장에서 이온 도즈 양에 대한 공정 조건의 변화를 정확하게 판단할 수 있어서 공정관리가 정확히 수행되어 생산성이 극대화되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. 변조 레이저 빔을 이온주입된 샘플의 표면에 흡수시키면 여기발생되는 플라즈마와 열파(Plasma and Thermal Wave)에 대한 응답으로써 유도되는 공지의 복소 변환 계수(Complex Conversion Coefficient)를 이용하는 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법에 있어서,

   평가 범위 내의 각 이온 도즈 양에 대한 복소 변환 계수와 그에 따른 상기 복소 변환 계수의 복소 좌표계상 각 지시위치의 자취를 구하는 단계;

   상기 이온 도즈 양의 증가별 자취상 이동거리를 구하는 단계; 및

   상기 이동 거리를 상기 평가 범위의 최소 조건에 해당되는 값으로 임의 수치를 설정하고, 상기 이동 거리를 상기 임의 수치에 더하여 해당 도즈 양에 대한 값을 설정하는 단계;

   를 구비함을 특징으로 하는 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자취를 구하는 단계는,

   복소좌표계에 표현되는 상기 복소 변환 계수의 지시위치를 직교좌표계에 적용시켜 대응되는 좌표값(X,Y)을 구하는 단계; 및

   상기 좌표값(X,Y)으로 직교좌표계에서의 지시위치에 대한 자취를 구하는 단계;

   를 구비함을 특징으로 하는 상기 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 평가 범위 내의 각 이온 도즈 양에 대한 복소 변환 계수와 그에 따른 상기 복소 변환 계수의 복소 좌표계상 각 지시위치의 자취는 상기 평가 범위의 최소 이온 도즈 양과 최대 이온 도즈 양에 대한 복소 변환 계수 및 그에 대한 지시 위치를 구한 후 상기 최소 이온 도즈 양으로부터 소정 양 증가시키면서 그에 대한 복소 변환 계수 및 지시 위치를 구함을 특징으로 하는 상기 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 이동 거리를 상기 임의 수치에 더하여 해당 도즈 양에 대한 값을 설정하는 단계에서 상기 도즈 양 대 자취에 대한 값의 상관관계가 일대일 대응관계를 갖는 일차함수적으로 표현됨을 특징으로 하는 상기 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가 방법.
5. 변조 레이저 빔을 이온주입된 샘플의 표면에 흡수시키면 여기발생되는 플라즈마와 열파에 대한 응답으로써 유도되는 공지의 복소 변환 계수를 이용하는 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가를 수행하는 프로그램을 저장한 기록매체에 있어서,

   평가 범위 내의 각 이온 도즈 양에 대한 복소 변환 계수와 그에 따른 상기 복소 변환 계수의 복소 좌표계상 각 지시위치의 자취를 구하는 단계;

   상기 이온 도즈 양의 증가별 자취상 이동거리를 구하는 단계; 및

   상기 이동 거리를 상기 평가 범위의 최소 조건에 해당되는 값으로 임의 수치를 설정하고, 상기 이동 거리를 상기 임의 수치에 더하여 해당 도즈 양에 대한 값을 설정하는 단계;

   를 구비하여 평가 범위에 포함되는 이온 도즈 양별 공정 조건을 정하는 프로그램을 저장하는 광열 기술을 이용한 이온 주입 샘플의 평가를 위한 프로그램을 저장한 기록매체.

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