KR100384681B1 - 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명인 웨이퍼 상의 유기 오염물 분석 장치는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되며 측정될 웨이퍼가 실장되는 스테이지와, 상기 스테이지를 냉각시키는 냉각기와, 웨이퍼의 표면 영상을 촬상하는 촬상기와, 상기 챔버 내부의 습도를 대기보다 높도록 조절하는 습도 조절기를 포함하며, 본 발명인 웨이퍼 상의 유기오염물 분석 방법은 냉각기에 의해 챔버 내부에 설치된 스테이지를 냉각시키는 단계와, 상기 냉각된 스테이지 상에 웨이퍼를 실장하여 상기 웨이퍼 표면에 상기 챔버 내부의 공기와 온도 차에 의해 수분이 응결되기 시작하도록 하는 단계와, 상기 챔버 내부의 습도를 대기 보다 높도록 습도조절기로 조절하여 상기 웨이퍼의 표면에 상기 응결된 수분에 의해 수막을 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼의 표면 영상을 찰상기로 촬상하여 유기물에 의해 오염된 영역을 측정 및 분석하는 단계를 구비한다. 따라서, 웨이퍼 상의 전면에 유기물에 의한 오염영역의 분포를 정확하고 빠른 시간 내에 분석할 수 있다.

Description

웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치 및 방법{Apparatus for analysising an organic impurity on wafer surface and method thereof}
본 발명은 웨이퍼 표면 상의 오염물을 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼 표면 상에 흡착된 유기오염물의 분포영역을 분석할 수 있는 유기오염 분석장치에 관한 것이다.
웨이퍼가 반도체 기판으로 사용되기 위해서는 웨이퍼 표면의 불순물이 반드시 제어되어야 한다. 웨이퍼 제조시 표면에 오염될 수 있는 불순물은 여러 종류가 있으나 대표적으로 파티클(particle), 금속 오염물(metallic impurity), 유기 오염물(organic impurity)으로 나누어진다. 웨이퍼 상의 이러한 오염물은 반도체소자를 제조할 때 회로의 단락(short), 게이트산화막의 열화 및 결함(defect)의 발생 등에 직간접적으로 영향을 주어 반도체소자의 불량을 초래하므로 수율을 저하시킨다. 상기에 언급된 오염물중 파티클 및 금속 불순물의 경우는 다양한 분석 장비와 방법이 오래 전부터 개발되어 오염물 제어 기술 발전에 크게 이바지 하였다. 또한 유기 오염물 역시 다양한 분석 장비와 분석 기술이 개발되어 있다.
실리콘 웨이퍼 상의 유기 오염물을 분석하는 일반적인 방법에는 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry), ESCA(Electron Spectroscope for Chemical Analysis), IC(Ion Chromatography) 등을 이용한 직접적인 표면성분 분석방법과 물 접촉각 측정기(Contact Angle Meter) 등을 이용한 간접 측정 방법이 있다.
상기의 분석방법 중 SIMS, ESCA 및 IC 등의 표면 성분분석 방법은 전자 빔 투사, X-ray 빔 투사 또는 초순수(De-ionized Water)를 이용하여 추출한 유기물 성분을 분석 함으로서 유기물에 대한 성분을 정확히 분석할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이러한 방법으로 분석하기 위해서는 웨이퍼의 일부를 절단하여 일부 시료만을 분석하거나 초순수를 이용하여 웨이퍼 전면에서 추출된 유기물의 성분만을 분석하기 때문에 유기 오염물이 웨이퍼 표면 어느 영역에 존재하는지에 대해서는 분석할 수 없는 단점이 있다. 그러므로, 웨이퍼 상에서 유기 오염물의 분포를 분석하기 위해 물 접촉각 측정기를 이용한 간접 측정 방법을 사용한다. 물 접촉각 측정기를 이용하는 방법은 웨이퍼를 접촉각 측정기의 스테이지 상에 올려놓고 초순수(deionized water) 1㎖를 웨이퍼 표면의 중심 부분에 떨어뜨리고 물방울의 접촉각을 측정한다. 이 때, 웨이퍼 표면의 중심 부분에 유기물에 오염되었다면 수분과 잘 흡착되지 않는 소수성(素水性)이 되므로 수막이 형성되는 것이 방해되어 물방울의 접촉각이 커진다. 그러나, 유기물이 없다면 웨이퍼는 수분과 잘 흡착되는 친수성(親水性)이 되므로 전면에 걸쳐 수막이 형성되어 물방울의 접촉각이 작아진다. 그러므로, 웨이퍼 상의 물방울의 접촉각의 크기에 따라 부분적으로 유기 오염물의 존재 유무를 알 수 있다.
그리고, 웨이퍼의 중심으로부터 가장자리로 10mm씩 이동하며 반복 측정한다. 그러므로, 웨이퍼 표면의 유기물에 의한 오염영역을 관찰 및 분석할 수 있다.
그러나, 물 접촉각 측정기를 이용하는 방법은 웨이퍼 상의 전면이 아닌 다수 부분을 표본 추출하여 각각의 물방울 각도를 측정하므로 유기물에 의한 오염영역의 분포를 정확히 분석하기 어려울 뿐만 아니라 분석 시간이 길어지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 상의 전면에 유기물에 의한 오염영역의 분포를 정확히 분석할 수 있는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 상의 전면에 유기물에 의한 오염영역의 분포를 빠른 시간 내에 분석할 수 있는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석방법를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되며 측정될 웨이퍼가 실장되는 스테이지와, 상기 스테이지를 냉각시키는 냉각기와, 웨이퍼의 표면 영상을 촬상하는 촬상기와, 상기 챔버 내부의 습도를 대기보다 높도록 조절하는 습도 조절기를 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 웨이퍼 상의 유기 오염물 분석 방법은 냉각기에 의해 챔버 내부에 설치된 스테이지를 냉각시키는 단계와, 상기 냉각된 스테이지 상에 웨이퍼를 실장하여 상기 웨이퍼 표면에 상기 챔버 내부의 공기와 온도 차에 의해 수분이 응결되기 시작하도록 하는 단계와, 상기 챔버 내부의 습도를 대기 보다 높도록 습도조절기로 조절하여 상기 웨이퍼의 표면에 상기 응결된 수분에 의해 수막을 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼의 표면 영상을 찰상기로 촬상하여 유기물에 의해 오염된 영역을 측정 및 분석하는 단계를 구비한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 상의 유기오염물 분석방법을 도시하는 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 유기오염물 분석장치로 측정한 유기 오염된 웨이퍼를 촬상한 평면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치의 개략도이다.본 발명에 따른 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치는 챔버(17)와, 측정될 웨이퍼(11)가 실장될 스테이지(13)와, 스테이지(13)를 냉각시키는 냉각기(15)와, 챔버(17) 내부의 습도를 조절하는 습도조절기(19)와, 웨이퍼(11)를 비추는 조명기(21)와, 웨이퍼(11)의 표면을 찰상하는 찰상기(23)와, 상기 챔버(17) 내부의 습도를 대기보다 높도록 조절하는 습도 조절기(19)를 포함한다.
상기에서 스테이지(13)는 웨이퍼(11)가 실장할 뿐만 아니라 냉각기(15)의 냉기를 실장된 웨이퍼(11)로 전달하는 것으로 열전달 특성이 좋은 금속으로 형성된다. 스테이지(13)는 냉기와 접촉 면적을 증가시켜 냉기가 잘 흡수될 수 있도록 냉각 효율을 증가시키기 위해 내부에 공간(14)을 갖는다.
냉각기(15)는 질소, 아르곤 또는 프레온 등의 가스를 액화 상태로 담고 있는 것으로 스테이지(13)와 연결되는 적어도 2개의 관, 예를 들면, 제 1 관(25) 및 제 2 관(27)을 갖는다. 냉각기(15)는 액화 가스를 기화시켜 콤프레셔(도시되지 않음)를 이용하여 제 1 관(25)을 통해 스테이지(13) 내의 공간(14)으로 주입시켜 스테이지(13)를 -4°c 이하로 냉각시킨다. 또한, 공간(14) 내에 주입되어 스테이지(13)를 냉각시킨 후 온도가 상승된 가스는 제 2 관(27)을 통해 냉각기(15)로 다시 환원된다.상기 가스의 순환에 의해 냉각된 스테이지(13)에 실장된 웨이퍼(11)도 냉각되므로, 이 웨이퍼(11)는 챔버(17) 내부의 공기와 급격한 온도 차(△T)를 갖는다. 상기에서 냉각된 웨이퍼(11)의 온도(T1)가 -4°c 이하이고 챔버(17) 내부 공기의 온도(T2)는 대기 온도이라면 온도 차(△T)는 25~30°c 정도가 된다. 그러므로, 온도 차(△T)에 의해 웨이퍼(11)의 표면에 수막(水膜)이 형성된다. 이 수막은 웨이퍼(11)와 챔버(17) 내부 공기의 급격한 온도 차(△T)에 인해 챔버(17) 내부 공기 중의 수분이 웨이퍼(11)의 표면에 응결되는 결로 현상에 의해 생성된다.
상기에서 웨이퍼(11) 표면의 유기물에 의해 오염되지 않은 부분은 수분이 잘 흡착되어 균일한 수막이 형성되나, 유기물에 의해 오염된 부분은 수분이 잘 흡착되지 않아 5~20초 정도 동안은 수막이 형성되지 않거나 물방울 형태로 존재한다. 이러한 웨이퍼(11) 표면에 발생하는 수막의 변화를 찰상기(23)가 촬상하여 웨이퍼(11) 표면의 유기물에 의해 오염된 영역을 분석한다. 이 때, 조명기(21)는 웨이퍼(11) 주변의 조도를 향상시켜 선명한 상을 얻도록 한다. 상기에서 촬상기(23) 및 조명기(21)는 챔버(17) 내부 및 외부에 설치될 수 있다. 촬상기(23) 및 조명기(21)가 챔버(17) 외부에 설치될 경우에 웨이퍼(11)에 대한 조명 및 촬상이 가능하도록 챔버(17)는 투명하여야 한다.촬상기(23)는 일반적인 스틸 카메라(still camera) 또는 디지털 카메라(digital camera)로 이루어진다. 상기에서 촬상기(23)가 일반적인 스틸 카메라로 이루어지는 경우 필름을 현상 및 인화하므로써 웨이퍼(11) 표면의 유기물에 의해 오염된 영역을 분석할 수 있다. 또한, 촬상기(23)가 디지털 카메라로 이루어지는 경우 촬상된 웨이퍼(11)의 상(phase)을 나타낼 수 있는 모니터(도시되지 않음)가 필요하다.
습도조절기(19)는 챔버(17) 내부의 습도를 대기 보다 높도록, 즉, 50~90% 정도로 조절한다. 상기에서 챔버(17) 내부의 습도가 높으면 웨이퍼(11)의 표면에 수분이 응결되는 속도가 빠르거나, 또한, 웨이퍼(11)와 챔버(17) 내부 공기의 온도 차(△T)가 작아도, 즉, 25~30°c 정도가 되지 않아도 웨이퍼(11)의 표면에 수막(水膜)이 형성된다.상기에서 냉각기(15)가 질소, 아르곤, 네온 또는 프레온 등의 액화 가스를 사용하는 것으로 나타냈으나, 다른 실시예로 냉각수를 사용할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 상의 유기오염물 분석방법을 도시하는 흐름도이다.
먼저, 단계 1(S11)을 참조하면, 냉각기(15)에 의해 스테이지(13)를 냉각시킨다. 상기에서 냉각기(15)는 내장된 질소, 아르곤, 네온 또는 프레온 등이 액화 상태에서 기화된 가스를, 또는, 냉각수를 제 1 관(25) 및 제 2 관(27)을 통해 스테이지(13)의 내부(14)에 순환시킨다. 그러므로, 스테이지(13)의 내부(14)를 순환하는 가스 또는 냉각수가 열을 흡수하여 이 스테이지(13)를 냉각시킨다. 상기에서 스테이지(13)는 가스를 사용할 때 -4°c 이하로 냉각된다.
단계 2(S12)을 참조하면, 냉각된 스테이지(13) 상에 측정될 웨이퍼(11)를 실장한다. 이 때, 웨이퍼(11)도 스테이지(13)의 온도만큼 냉각된다. 즉, 웨이퍼(11)의 온도(T1)가 -4°c 이하로 냉각되므로 챔버(17) 내부 공기의 온도(T2)가 대기 온도이라면 온도 차(△T)는 25~30°c 정도가 된다. 이 때, 웨이퍼(11)의 표면에 수분이 응결되기 시작한다.
단계 3(S13)을 참조하면, 습도조절기(19)에 의해 챔버(17) 내부의 습도를 대기 보다 높도록, 즉, 50~90% 정도로 조절한다. 그러므로, 웨이퍼(11)의 표면에 수분이 응결되는 속도가 빠를 뿐만 아니라 웨이퍼(11)와 챔버(17) 내부 공기의 온도 차(△T)가 25~30°c 정도가 되지 않아도 웨이퍼(11)의 표면에 수분이 응결된다.상기에서 웨이퍼(11) 표면에 응결되는 수분은 유기물에 의해 오염되지 않은 부분에 잘 흡착되어 균일한 수막을 형성하나, 유기물에 의해 오염된 부분은 수분을 잘 흡착하지 않아 5~20초 정도 동안은 수막이 형성되지 않거나 물방울 형태로 존재한다.
단계 4(S14)를 참조하면, 조명기(21)에 의해 웨이퍼(11) 주변의 조도를 향상시킨다. 그리고, 웨이퍼(11) 표면에 발생하는 수막의 변화를 찰상기(23)로 촬상하여 이 웨이퍼(11) 표면의 유기물에 의해 오염된 영역을 측정 및 분석한다. 상기에서 촬상기(23)는 스틸 카메라(still camera) 또는 디지털 카메라(digital camera)로 이루어는 데, 촬상기(23)가 일반적인 스틸 카메라로 이루어지는 경우 필름을 현상하고 사진으로 인화하여 분석하고, 디지털 카메라로 이루어지는 경우 촬상된 웨이퍼(11)의 상(phase)을 모니터(도시되지 않음)를 통해 관찰하여 분석한다. 이 때, 웨이퍼(11)의 전 표면을 동시에 측정하므로 유기물에 의한 오염영역의 분포를 정확하고 빠르게 분석할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 유기오염물 분석장치 및 방법으로 측정한 유기 오염된 웨이퍼(11)를 촬상한 평면도이다.
웨이퍼(11)의 중앙 부분(A)은 수막이 균일하게 형성된 것으로 유기물에 의한 오염이 없는 것을 나타낸다. 그리고, 웨이퍼(11)의 가장자리(B)에 나타내어진 원은 수막이 형성되지 않은 것으로 유기물에 의해 오염된 것을 나타낸다. 상기에서 수막에의해 웨이퍼(11) 전체 표면에서 유기물에 의한 오염영역의 분포를 정확히 측정 및 분석할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 스테이지에 실장된 웨이퍼를 냉각시켜 웨이퍼와 챔버 내부 공기의 온도 차(△T)를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼 표면에 수분이 응결되도록 하는 데, 응결되는 수분이 유기물에 의해 오염되지 않은 부분에는 잘 흡착되어 균일한 수막을 형성하고 유기물에 의해 오염된 부분은 수분을 잘 흡착하지 않아 5~20초 정도 동안은 수막을 형성하지 않거나 물방울 형태로 존재하는 것을 촬상기로 촬상하여 웨이퍼의 전체 표면을 동시에 측정하여 유기물에 의한 오염영역의 분포를 분석한다.
따라서, 본 발명은 웨이퍼 상의 전면에 유기물에 의한 오염영역의 분포를 정확하고 빠른 시간 내에 분석할 수 있는 이점이 있다.

Claims (18)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내부에 설치되며 측정될 웨이퍼가 실장되는 스테이지와,
    상기 스테이지를 냉각시키는 냉각기와,
    웨이퍼의 표면 영상을 촬상하는 촬상기와,
    상기 챔버 내부의 습도를 대기보다 높도록 조절하는 습도 조절기를 포함하는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치.
  2. 청구항 1에 있어서 상기 스테이지는 내부에 상기 냉각기와 적어도 두개의 관과 연결된 공간이 형성된 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치.
  3. 청구항 1에 있어서 상기 냉각기는 액화 가스가 내장된 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치.
  4. 청구항 3에 있어서 상기 냉각기는 상기 액화 가스를 기화시켜 적어도 상기 두 개의 관을 통해 상기 스테이지 내의 공간을 순환시키는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치.
  5. 청구항 3에 있어서 상기 액화 가스는 질소, 아르곤 또는 프레온으로 이루어진 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치.
  6. 청구항 1에 있어서 상기 냉각기는 냉각수를 내장하여 상기 냉각수를 상기 적어도 두 개의 관을 통해 상기 스테이지 내의 공간을 순환시키는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서 상기 습도조절기는 상기 챔버 내부의 습도를 50~90%로 조절하는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석장치.
  12. 냉각기에 의해 챔버 내부에 설치된 스테이지를 냉각시키는 단계와,
    상기 냉각된 스테이지 상에 웨이퍼를 실장하여 상기 웨이퍼 표면에 상기 챔버 내부의 공기와 온도 차에 의해 수분이 응결되기 시작하도록 하는 단계와,
    상기 챔버 내부의 습도를 대기 보다 높도록 습도조절기로 조절하여 상기 웨이퍼의 표면에 상기 응결된 수분에 의해 수막을 형성하는 단계와,
    상기 웨이퍼의 표면 영상을 찰상기로 촬상하여 유기물에 의해 오염된 영역을 측정 및 분석하는 단계를 구비하는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석방법.
  13. 청구항 12에 있어서 상기 스테이지를 상기 냉각기에 내장된 액화 가스를 기화시켜 접촉되게 순환시키는 것에 의해 냉각시키는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석방법.
  14. 청구항 13에 있어서 상기 액화 가스로 질소, 아르곤 또는 프레온을 사용하는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석방법.
  15. 청구항 12에 있어서 상기 스테이지를 상기 냉각기에 내장된 냉각수를 접촉되게 순환시키는 것에 의해 냉각시키는 웨이퍼 상의 유기오염물 분석방법.
  16. 청구항 12에 있어서 상기 웨이퍼와 상기 챔버 내부 공기의 온도 차가 25~30°c인 웨이퍼 상의 유기오염물 분석방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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