KR100382721B1 - 파티클 카운터 및 원자간력 현미경 측정을 결합한 기판표면의 마이크로러프니스 측정 방법 및 장치 - Google Patents

파티클 카운터 및 원자간력 현미경 측정을 결합한 기판표면의 마이크로러프니스 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

기판 표면을 측정하는 방법 및 장치에 관하여 개시한다. 기판 표면의 일부를 파티클 카운터를 사용하여 측정하여 기판 표면상의 복수의 포인트들에 대응하는 제1 측정치를 제공한다. 복수의 포인트들중 하나를 포함하는 기판 표면의 선택된 영역을 AFM을 사용하여 측정하여 선택된 영역의 마이크로러프니스 측정치를 제공한다. 선택된 영역은 파티클 카운터를 사용하여 측정된 기판 표면 부분의 로칼 영역이다. 기판 표면의 측정치로서 제1 측정치 및 마이크로러프니스 측정치를 제공한다. 파티클 카운터를 사용하여 측정되는 부분은 예를 들면 실질적으로 기판 표면 전체로 될 수 있다.

Description

파티클 카운터 및 원자간력 현미경 측정을 결합한 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법 및 장치{Methods and systems for measuring microroughness of substrate surface combining particle counter and atomic force microscope measurements}
본 발명은 기판 표면의 평가에 관한 것으로, 특히 반도체 기판 표면의 마이크로러프니스(microroughness) 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼는 그 표면 근방에 디바이스가 형성된다. 따라서, 그 디바이스의 활성 영역으로 되는 실리콘 웨이퍼의 표면에서우수한 평탄도가 요구된다. 특히, 반도체 소자의 고집적화 및 피쳐 사이즈(feature size)의 축소에 수반하여 웨이퍼 표면의 마이크로러프니스가 더욱 중요시되고 있다. 반도체 소자의 제조에 사용되는 기판 표면에서는 기판 전체에 걸쳐서 보다 균일한 평탄도를 가져야 하며, 러프니스의 평균 사이즈도 더욱 작아질 필요가 있다.
예를 들면, 반도체 기판상에 형성되는 트랜지스터와 같은 소자의 사이즈가 감소함에 따라, 트랜지스터에서 요구되는 퍼포먼스(performance)를 달성하기 위하여는 게이트 전극과 상기 기판 사이에 형성되는 게이트 절연막도 더욱 얇아져야 한다. 그러나, 게이트 절연막의 두께가 감소되어도 그 게이트 절연막의 절연 파괴 전압 강도(breakdown voltage strength) 등의 전기적 특성은 유지되어야 한다. 상기와 같은 요구조건을 충족시키기 위하여는 반도체 기판 표면, 특히 게이트 절연막과 반도체 기판과의 계면에서의 마이크로러프니스를 최소화할 필요가 있다.
예를 들면 50Å의 두께를 가지는 게이트 절연막에 대하여, 필요한 퍼포먼스를 얻기 위하여는 수 Å 정도의 러프니스(roughness)도 허용될 수 없으며 반드시 제거되어야 한다. 따라서, 반도체 기판 표면의 마이크로러프니스를 효과적으로 측정하고 콘트롤할 수 있는 방법 및 장치가 필요하다.
일반적으로, 기판 표면의 마이크로러프니스를 측정하기 위한 방법으로서 원자간력 현미경(原子間力顯微鏡)(이하, AFM(Atomic Force Microscope)이라 함)을 사용하는 방법이 알려져 있다. AFM은 기판의 표면을 따라 원자 사이즈의 프로브(probe)를 이동시키면서 상기 기판 표면의 마이크로러프니스를 측정하는 것으로, 원자와 프로브 사이에서 반데르바알스 힘(Van der Waals forces)으로 대표되는 미세한 힘(microscopic forces)을 검출하고, 이들 힘이 원자간의 거리의 근소한 차이에 의해 변화되는 것을 검출하는 것이다. 전형적인 AFM을 사용한 마이크로러프니스 측정 방법에서는, 이미 설정되어 있는 일정한 범위, 예를 들면 0.1μm × 0.1μm, 1μm × 1μm, 또는 10μm × 10μm 등과 같은 측정 사이즈를 가지는 스캐닝 영역 내에서 수 포인트(several points)에 대하여 마이크로러프니스를 측정한다. AFM을 이용하여 얻어진 마이크로러프니스는 통상적으로 검출된 포인트들의 RMS(Root Mean Square) 평균으로 표시된다.
AFM을 사용한 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법은 기판 표면을 파괴시키지 않고 마이크로러프니스를 매우 정확하게 측정할 수 있다. 그러나, AFM을 사용하여 반도체 기판상의 마이크로러프니스를 측정하는 경우, 그 스캐닝 영역의 사이즈를 변화시켜서 측정하면, 기판 표면의 결정 원자의 종류에 따라 RMS 값이 달라지게 된다. 이와 같이 스캐닝 영역의 사이즈에 따라 평가 결과가 달라지게 되며, 그 스캐닝 영역의 사이즈가 기판 전체 영역의 사이즈에 비하여 매우 작으므로, 일면(一面)적인 평가 결과만 얻어질 뿐이며, 반도체 기판의 전체적인 마이크로러프니스를 정확하게 측정할 수 없고 기판 표면의 형상을 전체적으로 파악하는 것이 곤란하다. 또한, AFM을 이용하는 방법은 매우 느리기 때문에 제조 공정중에 반도체 기판상의 마이크로러프니스를 리얼 타임(real time)으로 콘트롤하기에는 적합하지 않다.
또한, 다른 종래 기술에 의한 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법으로서, 파티클 카운터(particle counter)로 측정된 헤이즈 레벨(haze level)을 이용하는 방법이 있다. 이 방법에서는 광원이 조사된 기판 표면으로부터 마이크로러프니스에 의해 산란되는 산란광을 측정하여 헤이즈 레벨을 구한다. 헤이즈 레벨은 광학적 방법에 의하여 얻어진 마이크로러프니스의 지표(indicator)이다. 헤이즈 레벨이 클수록 기판 표면이 더 러프(rough)한 것을 나타낸다.
이 방법에서는 기판 표면이 측정 도구와 접할 필요가 없으며, AFM을 이용하는 방법에서 보다는 신속하게 측정할 수 있는 잇점이 있다. 그러나, 이 방법에서는 기판상의 헤이즈 레벨을 나타내는 데 있어서 기판상의 특정 위치에서 복수의 헤이즈 레벨을 측정하고, 이들 측정치에 대한 평균을 구하여 이를 1개의 포인트값으로 나타낸다. 그 결과, 특정 위치에서의 헤이즈 레벨은 1개의 포인트의 헤이즈 레벨만을 나타낼 뿐이며, 그 포인트를 포함하는 원하는 사이즈의 범위를 갖는 로칼 영역(localized area) 내에서의 헤이즈 레벨은 알 수 없다. 따라서, 이 방법에서 측정된 헤이즈 레벨로부터 기판상의 로칼 영역 내에서의 마이크로러프니스를 현행 제조 공정에서 요구되는 감도 레벨로 정확하게 파악하기는 어렵다.
본 발명의 목적은 기판 표면에서 원하는 특정한 로칼 영역만을 선택하여, 그 영역에서의 마이크로러프니스 상태를 3차원적으로 쉽게 확인할 수 있는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기판상의 로칼 영역 내에서 상기 기판 표면의 마이크로러프니스를 정확하게 파악할 수 있는 마이크로러프니스 측정 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판의 마이크로러프니스 측정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 표면 측정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 기판 표면을 측정하기 위한 시스템을 설명하는 블록 다이어그램이다.
본 발명의 실시예들에서는 기판 표면을 측정하는 방법을 제공한다. 기판 표면의 일부를 파티클 카운터를 사용하여 측정하여 기판 표면상의 복수의 포인트들에 대응하는 제1 측정치를 제공한다. 상기 복수의 포인트들중 하나를 포함하는 기판 표면의 선택된 영역을 AFM을 사용하여 측정하여 선택된 영역의 마이크로러프니스 측정치를 제공한다. 상기 선택된 영역은 파티클 카운터를 사용하여 측정된 기판 표면 부분의 로칼 영역이다. 기판 표면의 측정치로서 제1 측정치 및 마이크로러프니스 측정치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예들에서는, 상기 선택된 영역의 마이크로러프니스 측정치를 3차원 이미지로서 포맷하는 동작을 더 포함한다. 상기 기판 표면의 측정치로서 3차원 이미지를 제공한다. 파티클 카운터를 사용하여 측정된 기판 표면 부분은 상기 기판 표면중 실질적으로 활성 영역으로 사용될 모든 부분으로 될 수 있다. 상기 기판 표면 전체의 마이크로러프니스 측정치로서 상기 제1 측정치가 제공될 수 있고, 상기 기판 표면의 마이크로러프니스 균일도 측정치로서 상기 3차원 이미지가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예들에서는, 상기 AFM을 사용한 측정 동작을 행하기 전에, 상기 선택된 포인트를 상기 파티클 카운터의 제1 좌표 시스템으로부터 상기 AFM의 제2 좌표 시스템에서의 선택된 영역으로 맵핑하는 동작을 행한다. 상기 맵핑 동작은 상기 복수의 포인트들중 하나의 좌표값을 제1 좌표 시스템의 좌표값으로 구하는 단계와, 상기 제1 좌표 시스템에서 복수의 제2 좌표값들을 한정함으로써 상기하나의 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역의 범위를 정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 좌표 시스템의 상기 복수의 제2 좌표값들을 상기 제2 좌표 시스템의 해당 좌표값들로 변환시켜서 상기 선택된 영역의 범위를 한정한다. 상기 제1 좌표 시스템은 상기 파티클 카운터의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템이고, 상기 제2 좌표 시스템은 상기 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템이다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 파티클 카운터 측정 동작에서는 기판 표면상에 광을 조사하는 것을 포함한다. 또한, 상기 기판 표면으로부터의 산란광을 측정한다. 상기 기판 표면으로부터의 산란광의 변화에 의거하여 상기 제1 측정치로서 상기 기판 표면상의 헤이즈 레벨(haze level)을 계산한다. 상기 기판 표면으로부터의 산란광을 측정하는 단계에서는 상기 조사된 광의 암시야부(dark field section)로부터의 산란광을 측정할 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 선택된 영역은 약 5μm × 5μm 사이즈의 영역이다. AFM 측정 동작에서는 마이크로러프니스 측정치로서 RMS(root mean square) 및 P-V(peak to valley) 계산치중 적어도 하나로 결정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예들에서는, 기판 표면을 측정하는 장치를 제공한다. 파티클 카운터는 기판 표면의 적어도 일부, 예를 들면 실질적으로 기판 전체를 측정하여, 상기 기판 표면상의 복수의 포인트들에 대응하는 제1 측정치를 제공한다. AFM(atomic force microscope)은 상기 복수의 포인트들중 하나를 포함하는 기판 표면의 선택된 영역을 측정하여, 상기 선택된 영역의 마이크로러프니스 측정치를 제공한다. 상기 선택된 영역은 상기 파티클 카운터를 사용하여 측정된 기판 표면의상기 적어도 일부의 로칼 영역이다. 콘트롤러는 상기 선택된 포인트를 상기 파티클 카운터의 제1 좌표 시스템으로부터 상기 AFM의 제2 좌표 시스템에서의 선택된 영역으로 맵핑한다. 상기 콘트롤러는 또한 기판 표면의 측정치로서 상기 제1 측정치 및 상기 마이크로러프니스 측정치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예들에서는, 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법을 제공한다. X-Y 스테이지의 좌표 시스템을 갖춘 파티클 카운터를 사용하여 기판 표면에 대한 헤이즈 맵(haze map)을 작성한다. 상기 헤이즈 맵에서 선택된 제1 포인트의 위치를 나타내는 제1 좌표값을 구한다. 상기 제1 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역의 범위를 결정한다. 상기 로칼 영역의 범위를 한정하는 복수의 제2 좌표값들을 구한다. 좌표 링크(link)에 의하여 상기 제1 좌표값 및 복수의 제2 좌표값들을 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템상의 해당 좌표값들로 변환시킨다. 상기 해당 좌표값들에 의하여 상기 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템에서 상기 제1 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역의 위치가 결정된다. 상기 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템에 입력되는 상기 해당 좌표값들에 의거하여 상기 AFM을 사용하여 상기 제1 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역에서 기판 표면의 마이크로러프니스를 측정한다.
본 발명의 마이크로러프니스 측정 방법 및 장치를 사용함으로써, 다양한 실시예에서 기판의 로칼 영역 내에서의 마이크로러프니스 상태가 3차원적으로 정확하게 파악될 수 있다. 따라서, 마이크로러프니스의 엄격한 콘트롤이 요구되는 고집적 소자 제조 공정에 효과적으로 적용될 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
당업자이면 잘 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 방법, 장치 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 하드웨어 전용 실시예, 소프트웨어 전용 실시예, 또는 소프트웨어 측면 및 하드웨어 측면이 결합된 실시예의 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명은 컴퓨터 사용 가능한 프로그램 코드 수단이 구현되는 컴퓨터 사용 가능한 기억 매체상의 컴퓨터 프로그램 제품의 형태로 이루어질 수 있다. 하드 디스크, CD-ROM, 광 기억 장치, 인터넷 또는 인트라넷을 지원하는 것 등과 같은 전송 매체(transmission media), 또는 자기 기억 소자(magnetic storage device)를 포함하여 컴퓨터 독출 가능한 적절한 매체이면 어떤 형태의 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명의 동작을 행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 자바(Java), 스몰토크(Smalltalk) 또는 C++와 같은 객체중심 프로그래밍 언어로 쓰여질 수 있다. 그러나, 본 발명의 동작을 행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 "C" 프로그래밍 언어와 같은 통상의 절차 프로그래밍 언어로 기록될 수도 있다. 프로그램 코드는 이용자의 컴퓨터상에서 전용으로 실행되거나 스탠드 얼론(stand-alone) 소프트웨어 패키지로서 이용자의 컴퓨터상에서 부분적으로 실행되거나, 일부는 이용자의 컴퓨터상에서실행되고 또 일부는 원격 컴퓨터상에서 실행되거나, 원격 컴퓨터에서 전적으로 실행되도록 할 수 있다. 차후의 계획으로서, 원격 컴퓨터가 근거리 통신망(local area network: LAN) 또는 광역 통신망(wide area network: WAN)을 통하여 이용자의 컴퓨터에 연결될 수 있으며, 이는 예를 들면 인터넷 서비스 프로바이더(Internet Service Provider)를 이용하는 인터넷을 통하여 외부의 컴퓨터로도 연결될 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예에 따른 방법, 장치(시스템) 및 컴퓨터 프로그램에 대하여 플로차트 및 블록 다이어그램을 참조하여 상세히 설명한다. 잘 알 수 있는 바와 같이, 플로차트 및 블록 다이어그램의 각 블록, 또는 이들 각 블록의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령에 의하여 구현될 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령은 기계를 생산하기 위한 범용 컴퓨터, 특수 목적용 컴퓨터, 또는 기타 프로그래머블 데이타 처리 장치에 결합되어, 컴퓨터 또는 기타 프로그래머블 데이타 처리 장치의 프로세서를 통하여 실행되는 명령들이 플로차트 및/또는 블록 다이어그램의 단일 블록 또는 복수의 블록에서 특정된 기능들을 구현하는 수단을 형성하도록 할 수 있다. 또한, 잘 알 수 있는 바와 같이, 어떤 소자가 다른 소자에 "연결" 또는 "결합"되었다고 할 때, 그 다른 소자에 직접 연결 또는 결합될 수도 있고, 이들 사이에 개재하는 다른 소자가 존재할 수도 있다. 반대로, 어떤 소자가 다른 소자에 "직접 연결" 또는 "직접 결합"되었다고 할 때, 이들 소자 사이에 개재되는 다른 소자는 없는 것을 의미한다.
웨이퍼 표면상의 파티클 측정은 주로 광산란(光散亂) 방식의 파티클 측정 장치(scatterometric particle measurement system)를 사용하여 행해지고 있다. 예를 들면, 웨이퍼상의 파티클 검사 및 헤이즈 레벨(haze level) 측정에 사용되는 파티클 카운터로서, 장치명 Surfscan SP1 TBI (미국, Kla-Tencor Corporation 제(製)) 또는 장치명 AWIS(Advanced Wafer Inspection System) (미국, ADE Optical Systems Corporation)를 사용하고 있다.
상기한 바와 같은 파티클 카운터들 및 AFM과 같은 분석 장치들은 대부분 좌표 시스템을 구비하고 있으며, 각각 이들 좌표 시스템의 X-Y 스테이지에 있는 좌표에 대하여 검사를 행한다. 이들 장치에서 채용되는 X-Y 스테이지의 좌표는 X-Y 좌표계를 채용하는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서는 파티클 카운터의 좌표 시스템과 AFM의 좌표 시스템과의 사이의 좌표 링크와, AFM에서의 내비게이션(navigation) 동작을 이용하여 기판상의 원하는 로칼 영역에서의 마이크로러프니스를 3차원적으로 검사한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 1을 참조하면, 먼저 X-Y 스테이지의 좌표 시스템(coordinate system)을 갖춘 통상의 파티클 카운터, 예를 들면 상기 예시한 바와 같은 장치명 Surfscan SP1 TBI 또는 장치명 AWIS를 사용하고 이들 장치 자체의 기능을 이용하여 측정 대상의 기판 표면에 대한 헤이즈 맵(haze map)을 작성한다 (블록 10).
이를 위하여, 상기 파티클 카운터에서는 상기 대상 기판 표면의 특정 포인트에 대하여 광 빔을 조사하고, 상기 광 빔의 암시야부(dark field section)로부터상기 광 빔의 산란광을 측정하고, 상기 산란광의 변화에 의거하여 상기 특정 포인트에서의 헤이즈 레벨을 결정한다. 이와 같은 헤이즈 레벨을 상기 기판 전면에 걸쳐서 구하여 이를 헤이즈 맵으로서 맵핑(mapping)한다.
상기와 같이 얻어진 헤이즈 맵을 기초로 하여 실질적으로 기판 전체 표면에서의 헤이즈 분포를 파악한 후, 상기 헤이즈 맵상에서 보다 확실한 마이크로러프니스 상태를 알고자 하는 위치를 선정하고, 그 위치에 해당하는 1개 포인트를 선택한다 (블록 20).
이어서, 상기 선택된 포인트의 위치에 대하여 상기 파티클 카운터의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템에 의거한 좌표값 (x0, y0)을 구한다 (블록 30).
그 후, 상기 선택된 포인트의 위치를 중심으로 하여, 마이크로러프니스를 측정하고자 하는 특정한 로칼 영역(localized area)의 범위를 결정한다 (블록 40). 이를 위하여, 로칼 영역으로서 예를 들면 상기 선택된 포인트의 좌표를 중심으로 하는 5μm × 5μm 사이즈의 사각형 영역을 선정한다.
이어서, 상기 로칼 영역의 범위를 한정하는 복수의 제2 좌표값들을 구한다 (블록 50). 즉, 상기 로칼 영역으로 한정된 사각형의 각 꼭지점들의 좌표값들 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) 및 (x4, y4)을 구함으로써 상기 로칼 영역의 범위를 한정한다.
그 후, 상기 선택된 포인트의 좌표값 (x0, y0) 및 이를 중심으로 하는 사각형을 한정하는 각 꼭지점들의 좌표값 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) 및 (x4, y4)을AFM(Atomic Force Microscope)의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템에 좌표 링크(link)하여 상기 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템에서 인식 가능한 좌표값들 (X0, Y0), (X1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3) 및 (X4, Y4)로 각각 변환한다 (블록 60).
AFM의 내비게이션(navigation) 기능을 이용하여 상기 변환된 좌표값들 (X0, Y0), (X1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3) 및 (X4, Y4)을 찾고, 상기 변환된 좌표값들 (X0, Y0), (X1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3) 및 (X4, Y4)에 의하여 한정되는 로칼 영역에서 AFM 자체의 기능을 이용하여 마이크로러프니스를 측정한다 (블록 70).
이 때, AFM에서는 측정한 결과를 RMS(Root Mean Square), P-V(Peak to Valley) 등에 의한 방법에 의해 평가한다.
RMS는 N개의 측정점에서 기준면으로부터의 높이를 xi(i=1, 2, ···, N)로 한 경우, 다음 식으로 표시된다.
단,는 다음 식으로 표시된다.
또한, P-V는 다음 식으로 표시된다.
단, [xi]max는 xi의 최대치, [xi]min는 xi의 최소치를 나타낸다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 먼저 파티클 카운터를 이용하여 기판 표면에 대한 헤이즈 맵을 형성하여 헤이즈 레벨 분포를 파악한 후, 이를 기초로 하여 필요한 로칼 영역을 선정하고, 이 로칼 영역에 대하여 AFM을 사용하여 보다 확실한 마이크로러프니스 상태를 파악한다. 따라서, 기판 표면에서 원하는 특정한 로칼 영역만을 선택하여, 그 영역에서의 마이크로러프니스 상태를 3차원적으로 쉽게 확인할 수 있다.
도 2의 플로차트 다이어그램을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 표면 측정 방법에서의 동작을 설명한다. 블록 200에서, 파티클 카운터를 사용하여 기판 표면의 일부를 측정하여 기판 표면상의 복수의 포인트들에 해당하는 제1 측정치를 얻는다. 블록 200에서 기판 표면중 상기 파티클 카운터를 사용하여 측정된 부분은 실질적으로 활성 영역으로 사용될 기판 표면 전부로 될 수 있다. 이는 실질적으로 전 기판 표면을 모두 포함할 수도 있다. 파티클 카운터에 의한 측정치는 예를 들면 기판 표면에 광을 조사하고, 조사된 광에 대하여 기판 표면에서 산란되는 광을 측정하고, 기판 표면에서 산란되는 광량의 변화에 의거하여 파티클 카운터 측정치로서 기판 표면상의 헤이즈 레벨을 계산하는 방법에 의하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 파티클 카운터를 사용하여 기판 표면을 측정한 후, 기판 표면상의 측정 포인트들 중 하나를 파티클 카운터의 제1 좌표 시스템으로부터 AFM의 제2 좌표 시스템에서 정의되는 선택된 로칼 영역으로 맵핑한다 (블록 210). 도 1을 참조하여 설명한 실시예와 마찬가지로, 블록 210에서의 맵핑 동작은 측정 포인트들중 하나에 대한 좌표값을 제1 좌표 시스템으로 구하고, 상기 하나의 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역의 범위를 한정하는 복수의 제2 좌표값들을 제1 좌표 시스템으로 정하고, 상기 복수의 제2 좌표값들을 제2 좌표 시스템으로 설정된 해당 좌표값으로 변환시켜서 상기 로칼 영역의 범위를 한정하도록 할 수 있다. 상기 제1 좌표 시스템은 파티클 카운터의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템으로 될 수 있고, 상기 제2 좌표 시스템은 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템으로 될 수 있다.
파티클 카운터를 사용하여 측정된 포인트들중 하나를 포함하는 기판 표면상의 선택된 로칼 영역을 AFM을 사용하여 측정하여 상기 로칼 영역의 마이크로러프니스 측정치를 얻는다 (블록 215). 상기 제1 측정치 및 마이크로러프니스 측정치는 기판 표면의 측정치로서 제공된다 (블록 220). 다양한 실시예에 있어서, AFM에서 얻어진 상기 로칼 영역의 마이크로러프니스 측정치는 3차원 이미지로서 포맷(format)된다. 다른 실시예에서는, 블록 220에서의 동작은 기판 전체 표면의 마이크로러프니스 측정치로서 파티클 카운터에서 얻어진 상기 제1 측정치를 제공하고, 기판 표면의 마이크로러프니스 균일도 측정치로서 AFM에서 얻어진 3차원 이미지를 제공하는 것을 포함하도록 할 수 있다.
다음에, 도 3의 블록 다이어그램을 참조하여 본 발명에 따른 기판 표면 측정 장치의 실시예에 대하여 설명한다. 기판 표면 측정 장치(300)는 기판 표면의 적어도 일부, 예를 들면 전면(全面)을 측정하여 기판 표면상의 복수의 포인트들에 대응하는 제1 측정치를 제공하는 파티클 카운터(310)를 포함한다. AFM(320)은 상기 파티클 카운터(310)에 의하여 측정된 포인트들중 하나를 포함하는 기판 표면의 선택된 영역을 측정하여 상기 선택된 영역의 마이크로러프니스 측정치를 제공한다. 상기 선택된 영역은 상기 파티클 카운터(310)에 의하여 측정된 기판 표면의 상기 일부에 해당하는 로칼 영역이다.
콘트롤러(330)는 상기 파티클 카운터(310)에 의하여 측정된 포인트들중 하나를 상기 파티클 카운터(310)의 제1 좌표 시스템으로부터 상기 AFM(320)의 제2 좌표 시스템에서의 선택된 영역으로 맵핑한다. 상기 콘트롤러(330)는 또한 기판 표면의 측정치로서 상기 제1 측정치와 마이크로러프니스 측정치를 제공한다. 상기 제1 좌표 시스템은 상기 파티클 카운터(310)의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템으로 될 수 있고, 상기 제2 좌표 시스템은 상기 AFM(320)의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템으로 될 수 있다.
본 발명에서 측정 대상으로 하는 기판은 주로 실리콘 기판이지만, 투명한 절연 기판, 또는 기타 편평한 표면을 가지는 다른 기판에 대하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로러프니스 측정 방법은 반도체 소자의 제조를 위한 전(全) 공정에 걸쳐서 적용 가능하다. 예를 들면, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 거친 후 기판 표면에서의 평탄도에 엄격한 콘트롤이요구되는 경우에도 본 발명에 따른 마이크로러프니스 측정 방법을 적용하면 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 마이크로러프니스의 엄격한 콘트롤이 요구되는 고집적 소자 제조 공정에서 본 발명에 따른 방법을 요구되는 감도 레벨로 효과적으로 적용할 수 있다.
또한, 통상의 파티클 카운터로는 검출할 수 없을 정도로 아주 미세한 러프니스 상태를 가지는 표면에 대하여도 AFM의 내비게이션 기능을 이용하여 로칼 영역의 마이크로러프니스 상태를 정확하게 평가할 수 있다. 그리고, 반도체 소자의 제조 공정에서 본 발명에 따른 마이크로러프니스 측정 방법을 이용한 리얼 타임 모니터링이 가능하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (17)

  1. 파티클 카운터를 사용하여 기판 표면의 적어도 일부를 측정하여, 상기 기판 표면상의 복수의 포인트들에 대응하는 제1 측정치를 제공하는 단계와,
    상기 복수의 포인트들중 하나를 상기 파티클 카운터의 제1 좌표 시스템으로부터 AFM(atomic force microscope)의 제2 좌표 시스템에서의 선택된 영역으로 맵핑하는 단계와,
    상기 복수의 포인트들중 하나를 포함하는 기판 표면의 선택된 영역, 즉 상기 파티클 카운터를 사용하여 측정된 기판 표면의 상기 적어도 일부의 로칼 영역인 상기 선택된 영역을 상기 AFM을 사용하여 측정하여, 상기 선택된 영역의 마이크로러프니스 측정치를 제공하는 단계와,
    기판 표면의 측정치로서 상기 제1 측정치 및 상기 마이크로러프니스 측정치를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 맵핑 단계는
    상기 복수의 포인트들중 하나의 좌표값을 제1 좌표 시스템으로 구하는 단계와,
    상기 하나의 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역의 범위를 한정하는 복수의 제2 좌표값들을 상기 제1 좌표 시스템으로 정하는 단계와,
    상기 제1 좌표 시스템의 상기 복수의 제2 좌표값들을 상기 제2 좌표 시스템의 해당 좌표값들로 변환시켜서 상기 선택된 영역의 범위를 한정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선택된 영역의 마이크로러프니스 측정치를 3차원 이미지로서 포맷하는 단계를 더 포함하고, 상기 기판 표면의 측정치로서 상기 제1 측정치 및 상기 마이크로러프니스 측정치를 제공하는 단계는 기판 표면의 측정치로서 3차원 이미지를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기판 표면의 적어도 일부는 상기 기판 표면중 실질적으로 활성 영역으로 사용될 모든 부분을 포함하고, 상기 기판 표면의 측정치로서 상기 제1 측정치 및 상기 마이크로러프니스 측정치를 제공하는 단계는 전체 기판 표면의 마이크로러프니스의 측정치로서 상기 제1 측정치를 제공하고 상기 기판 표면의 마이크로러프니스 균일도 측정치로서 상기 3차원 이미지를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 좌표 시스템은 상기 파티클 카운터의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템이고, 상기 제2 좌표 시스템은 상기 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 파티클 카운터를 사용하여 기판 표면의 적어도 일부를 측정하는 단계는
    상기 기판 표면에 광을 조사하는 단계와,
    상기 기판 표면으로부터의 산란광을 측정하는 단계와,
    상기 기판 표면으로부터의 산란광의 변화에 의거하여 상기 제1 측정치로서 상기 기판 표면상의 헤이즈 레벨(haze level)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판 표면으로부터의 산란광을 측정하는 단계는 상기 조사된 광의 암시야부(dark field section)로부터의 산란광을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 선택된 영역은 5μm × 5μm 사이즈의 영역인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 기판 표면의 선택된 영역을 측정하는 단계는 마이크로러프니스 측정치로서 RMS(root mean square) 및 P-V(peak to valley) 값중 적어도 하나로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기판 표면의 적어도 일부는 실질적으로 기판 표면 전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  12. (a) X-Y 스테이지의 좌표 시스템을 갖춘 파티클 카운터를 사용하여 기판 표면에 대한 헤이즈 맵(haze map)을 작성하고,
    (b) 상기 헤이즈 맵에서 선택된 제1 포인트의 위치를 나타내는 제1 좌표값을 구하고,
    (c) 상기 제1 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역의 범위를 결정하고,
    (d) 상기 로칼 영역의 범위를 한정하는 복수의 제2 좌표값들을 구하고,
    (e) 좌표 링크(link)에 의하여 상기 제1 좌표값 및 복수의 제2 좌표값들을 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템상의 해당 좌표값들, 즉 상기 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템에서 상기 제1 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역의 위치가 결정될 수 있도록 하는 해당 좌표값들로 변환시키고,
    (f) 상기 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템에 입력되는 상기 해당 좌표값들에 의거하여 상기 AFM을 사용하여 상기 제1 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역에서 기판 표면의 마이크로러프니스를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 헤이즈 맵을 작성하는 단계는
    상기 기판 표면에 광 빔을 조사하는 단계와,
    상기 기판 표면으로부터의 산란광을 측정하는 단계와,
    상기 측정된 산란광의 변화에 의거하여 상기 기판 표면에 대한 헤이즈 레벨을 계산하여 헤이즈 맵을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기판 표면으로부터의 산란광을 측정하는 단계는 상기 광 빔의 암시야부로부터 상기 광 빔의 산란광을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 방법.
  15. 기판 표면의 적어도 일부를 측정하여, 상기 기판 표면상의 복수의 포인트들에 대응하는 제1 측정치를 제공하는 파티클 카운터와,
    상기 복수의 포인트들중 하나를 포함하는 기판 표면의 선택된 영역, 즉 상기 파티클 카운터를 사용하여 측정된 기판 표면의 상기 적어도 일부의 로칼 영역인 상기 선택된 영역을 측정하여, 상기 선택된 영역의 마이크로러프니스 측정치를 제공하는 AFM(atomic force microscope)과,
    상기 복수의 포인트들중 하나를 상기 파티클 카운터의 제1 좌표 시스템으로부터 상기 AFM의 제2 좌표 시스템에서의 선택된 영역으로 맵핑하고, 기판 표면의 측정치로서 상기 제1 측정치 및 상기 마이크로러프니스 측정치를 제공하는 콘트롤러를 포함하고,
    상기 콘트롤러는
    복수의 포인트들중 하나에 대한 좌표값을 제1 좌표 시스템으로 구하는 수단과,
    상기 하나의 포인트를 포함하는 2차원의 로칼 영역의 범위를 한정하는 복수의 제2 좌표값들을 상기 제1 좌표 시스템으로 정하는 수단과,
    상기 제1 좌표 시스템의 상기 복수의 제2 좌표값들을 상기 제2 좌표 시스템의 해당 좌표값들로 변환시켜서 상기 선택된 영역의 범위를 한정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 좌표 시스템은 상기 파티클 카운터의 X-Y 스테이지의 좌표 시스템이고, 상기 제2 좌표 시스템은 상기 AFM의 X-Y 스테이지의 좌표시스템인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 마이크로러프니스 측정 장치.
  17. 삭제
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