KR100613380B1 - Monitoring method of low temperature process for rapid thermal process apparatus - Google Patents

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Abstract

급속 열처리 장치의 저온 공정을 효과적으로 모니터링할 수 있는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 방법은, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 손상층을 형성하는 단계; 열 파동(thermal wave)값을 1차 측정하는 단계; 저온 열처리 공정을 진행하는 단계; 열 파동값을 2차 측정하는 단계; 1차 및 2차 측정된 열 파동값의 차를 측정하는 단계; 상기 차를 이용하여 저온 열처리 공정을 모니터링 하는 단계; 및 상기 반도체 웨이퍼에 고온 열처리 공정을 진행하여 상기 반도체 웨이퍼를 재생하는 단계를 포함한다.The method for monitoring the low temperature process of the rapid heat treatment apparatus capable of effectively monitoring the low temperature process of the rapid heat treatment apparatus, the monitoring method according to an embodiment of the present invention, implanting ions into the semiconductor wafer to form a damage layer; First measuring a thermal wave value; Performing a low temperature heat treatment process; Second measurement of the thermal wave value; Measuring the difference between the first and second measured thermal wave values; Monitoring a low temperature heat treatment process using the difference; And regenerating the semiconductor wafer by performing a high temperature heat treatment process on the semiconductor wafer.

열 파동값, RTP, 저온, 모니터링,Thermal wave value, RTP, low temperature, monitoring,

Description

급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법{MONITORING METHOD OF LOW TEMPERATURE PROCESS FOR RAPID THERMAL PROCESS APPARATUS}MONITORING METHOD OF LOW TEMPERATURE PROCESS FOR RAPID THERMAL PROCESS APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 공정 모니터링 방법을 나타내는 공정 블록도이고,1 is a process block diagram showing a low temperature process monitoring method according to an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1의 열 파동값 측정을 실시하는 열 파동 측정장치의 개략적인 구성도이며,FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a thermal wave measuring apparatus for measuring the thermal wave value of FIG. 1,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저온 공정 모니터링 방법을 나타내는 공정 블록도이다.3 is a process block diagram showing a low temperature process monitoring method according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 급속 열처리 공정을 진행하는 반도체 소자 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 급속 열처리 장치의 저온 공정을 효과적으로 모니터링할 수 있는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus that performs a rapid heat treatment process, and more particularly to a low temperature process monitoring method of a rapid heat treatment apparatus that can effectively monitor the low temperature process of the rapid heat treatment apparatus.

일반적으로, 반도체 소자를 제조함에 있어서 열처리 공정을 진행하는데 사용되는 급속 열처리 공정은 반도체 소자를 완성하기 위해 여러 단계에서 다양한 목적을 위해 필요에 따라 여러 가지 가스를 도입시키며 진행시킨다.In general, a rapid heat treatment process used to perform a heat treatment process in manufacturing a semiconductor device proceeds with introducing various gases as necessary for various purposes at various stages to complete the semiconductor device.

통상적으로, 상기한 열처리 공정을 진행하는 급속 열처리 장치는 공정 챔버와, 공정 챔버에 가스를 도입하기 위한 가스 도입 수단과, 진공 펌프가 연결되는 배기구를 구비한다.Typically, the rapid heat treatment apparatus for performing the heat treatment process includes a process chamber, gas introduction means for introducing gas into the process chamber, and an exhaust port to which a vacuum pump is connected.

상기 챔버의 내부에는 웨이퍼가 로딩되는 서셉터가 설치되고, 서셉터와 대향하는 챔버의 상부에는 반사판이 설치된 램프 히터가 설치된다. 이때, 상기 램프 히터는 웨이퍼의 하부에 설치되어 웨이퍼의 뒷면을 가열할 수도 있다.A susceptor into which a wafer is loaded is installed in the chamber, and a lamp heater in which a reflector is installed is installed in an upper portion of the chamber facing the susceptor. In this case, the lamp heater may be installed under the wafer to heat the back side of the wafer.

챔버 상부의 램프와 기판 사이에는 석영창(Quartz window)이 설치되며, 그 상부에 석영창과는 소정의 간격을 유지한 채 다수의 램프가 설치된다. 따라서, 램프 히터의 열의 일부는 석영창을 통해 직접 기판으로 전달되고, 일부는 반사판에 의해 반사되어 기판에 가해진다.A quartz window is installed between the lamp at the upper part of the chamber and the substrate, and a plurality of lamps are installed at a predetermined distance from the quartz window. Thus, part of the heat of the lamp heater is transferred directly to the substrate through the quartz window, and part is reflected by the reflecting plate and applied to the substrate.

이러한 구성의 급속 열처리 장치에 있어서, 저온 공정은 실리사이드 형성을 위한 어닐(anneal)에 주로 사용되는데, 종래에는 저온 공정을 모니터링하여 급속 열처리 장치를 관리하기 위한 방법으로, 고온의 산화막 형성 방법을 통해 저온 공정을 모니터링 하거나, 모니터링 웨이퍼에 실리사이드 금속을 형성한 후 저온 공정을 실시하고, 시트 저항(sheet of resistance: Rs)을 측정하는 방법을 통해 저온 공정을 모니터링 하고 있다.In the rapid heat treatment apparatus having such a configuration, the low temperature process is mainly used for annealing for silicide formation. Conventionally, the low temperature process is a method for managing the rapid heat treatment apparatus by monitoring the low temperature process. The low temperature process is monitored by monitoring the process or by forming a silicide metal on the monitoring wafer and then performing a low temperature process and measuring a sheet of resistance (RS).

그런데, 고온 산화막을 형성하는 방법은 저온 공정을 관리하는 방법으로는 부적절하며, 시트 저항을 측정하는 방법은 웨이퍼 소모량이 많고, 방법 또한 복잡한 문제점이 있다.However, the method of forming the high temperature oxide film is inappropriate as a method of managing the low temperature process, the method of measuring the sheet resistance has a large wafer consumption, and the method also has a complicated problem.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저온 공정을 효과적으로 모니터링할 수 있는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법을 제공함에 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a low temperature process monitoring method of a rapid heat treatment apparatus capable of effectively monitoring a low temperature process.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 손상층을 형성하는 단계;Implanting ions into the semiconductor wafer to form a damage layer;

열 파동(thermal wave)값을 1차 측정하는 단계;First measuring a thermal wave value;

저온 열처리 공정을 진행하는 단계;Performing a low temperature heat treatment process;

열 파동값을 2차 측정하는 단계;Second measurement of the thermal wave value;

1차 및 2차 측정된 열 파동값의 차를 측정하는 단계; 및Measuring the difference between the first and second measured thermal wave values; And

상기 차를 이용하여 저온 열처리 공정을 모니터링 하는 단계;Monitoring a low temperature heat treatment process using the difference;

를 포함하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법을 제공한다.It provides a low temperature process monitoring method of a rapid heat treatment apparatus comprising a.

상기 손상층을 형성하는 단계에서는 아세닉(As)을 설정 조건, 예컨대 110∼130keV의 이온 주입 에너지와 0.9∼1.1E14의 도즈량으로 주입한다. 그리고, 저온 열처리 공정은 400∼500℃에서 실시한다.In the step of forming the damaged layer, the asnic As is implanted at a set condition, for example, an ion implantation energy of 110 to 130 keV and a dose of 0.9 to 1.1E14. And a low temperature heat processing process is performed at 400-500 degreeC.

그리고, 본 발명의 실시예는 저온 열처리 공정을 모니터링한 후, 상기 모니터링에 사용된 웨이퍼를 재생할 수 있다. 이 경우, 모니터링을 완료한 웨이퍼에 고온 열처리 공정을 진행한 후, 상기 손상층을 형성하는 단계부터 다시 진행한다. 이때, 상기 고온 열처리 공정은 1100∼1200℃의 온도에서 20∼40초간 질소(N2) 가스 를 주입하면서 실시한다.In addition, the embodiment of the present invention may monitor the low temperature heat treatment process, and then regenerate the wafer used for the monitoring. In this case, after the high temperature heat treatment process is performed on the monitored wafer, the process proceeds again from the step of forming the damaged layer. At this time, the high temperature heat treatment process is performed while injecting nitrogen (N 2 ) gas for 20 to 40 seconds at a temperature of 1100 ~ 1200 ℃.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 공정 모니터링 방법의 공정 블록도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 열 파동값을 측정하는 열 파동 측정장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.1 is a process block diagram of a low temperature process monitoring method according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a schematic configuration diagram of a thermal wave measuring apparatus for measuring the thermal wave value of FIG.

본 발명은 저온 공정을 모니터링 하는데 열 파동 측정을 이용한다. 상기한 열 파동 측정을 수행하는 장치는 모니터링 웨이퍼(10)에 레이저 빔(12)을 조사한 후, 웨이퍼의 손상된 부분에서 난반사된 빔(14)을 증폭함으로써 손상 정도를 계측한다. 상기 레이저 빔(12)은 He-Ne 레이저 발생기(16)로부터 조사된다. 또한, 열 파동 측정장치는 아르곤 레이저원인 레이저 펌프(18)를 구비하고, 검출기(20)는 난반사된 빔(14)을 검출하여 열 파동값을 측정한다. 상기한 열 파동값은 손상 정도에 따라 웨이퍼 표면에서의 레이저 빔의 반사율(refkectivity)이 달라지는 원리를 이용하여 측정한다.The present invention uses heat wave measurements to monitor low temperature processes. The apparatus for performing the thermal wave measurement measures the degree of damage by irradiating the laser beam 12 to the monitoring wafer 10 and then amplifying the diffusely reflected beam 14 at the damaged portion of the wafer. The laser beam 12 is irradiated from the He-Ne laser generator 16. In addition, the thermal wave measuring apparatus includes a laser pump 18 which is an argon laser source, and the detector 20 detects the diffusely reflected beam 14 to measure the thermal wave value. The thermal wave value is measured using the principle that the reflectance of the laser beam on the wafer surface varies depending on the degree of damage.

상기한 구성의 열 파동 측정장치를 이용한 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법이 도 1에 도시되어 있다.A low temperature process monitoring method of a rapid heat treatment apparatus using the thermal wave measuring apparatus having the above configuration is shown in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 저온 공정을 모니터링 하기 위해, 본원 발명의 실시예는 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 손상층을 형성한다. 이때, 상기 이온 주입 공정에서는 아세닉(As)을 110∼130keV의 이온 주입 에너지와 0.9∼1.1E14의 도즈량으로 주입한다.Referring to FIG. 1, in order to monitor a low temperature process, an embodiment of the present invention implants ions into a semiconductor wafer to form a damage layer. At this time, in the ion implantation step, the asnic (As) is implanted at an ion implantation energy of 110 to 130 keV and a dose amount of 0.9 to 1.1E14.

손상층을 형성한 후에는 상기한 열 파동 측정장치를 이용하여 열 파동값을 1차 측정한다.After the damage layer is formed, the thermal wave value is first measured using the thermal wave measuring device described above.

이온 주입이 완료되면 반도체 웨이퍼에 이온 주입에 의한 손상 및 격자 결함이 손상되어 결정이 불규칙하게 배열된다. 따라서, 이온 주입 후 측정한 1차 열파동값은 매우 높은 값을 나타낸다.When the ion implantation is completed, damages due to ion implantation and lattice defects are damaged on the semiconductor wafer, and crystals are irregularly arranged. Therefore, the primary thermal wave value measured after ion implantation is very high.

이어서, 400∼500℃의 저온에서 열처리 공정을 진행하고, 열 파동값을 2차 측정한다. 반도체 웨이퍼를 저온 열처리 하면, 열에너지에 의해 이온들이 재결합되고, 결정들이 재정렬된다. 따라서, 2차 열파동값은 매우 안정적으로 측정된다.Subsequently, the heat treatment process is performed at a low temperature of 400 to 500 ° C., and the thermal wave value is measured second. When the semiconductor wafer is subjected to low temperature heat treatment, the ions recombine and the crystals are rearranged by thermal energy. Therefore, the secondary heat wave value is measured very stably.

이후, 1차 및 2차 측정된 열 파동값의 차를 측정함으로써, 저온 열처리 공정이 적절히 수행되었는지 모니터링한다.Thereafter, by measuring the difference between the first and second measured thermal wave values, it is monitored whether the low temperature heat treatment process is properly performed.

저온 열처리 온도 및 시간에 따른 열파동값의 변화를 다수의 샘플을 이용하여 미리 설정해 놓을 수 있다. 즉, 저온 열처리 온도 및 시간이 다른 다수의 조건을 적용하여 각각 복수개의 샘플들에 저온 열처리 공정을 실시한다. 이들 샘플들의 열처리 전, 후의 열 파동값을 측정하여 열처리 조건별, 열처리 전 열 파동값 및 열처리 후 열 파동값의 관계를 설정하여 미리 데이터 베이스화 할 수 있다. 실제 저온 열처리 공정이 적용된 반도체 웨이퍼에서 측정한 열처리 전 열 파동값인 제1 열 파동값 및 열처리 후 열 파동값인 제2 열 파동값을 측정하여 상기 데이터 베이스화된 기준 정보에 적용함으로써, 저온 열처리 공정이 적절히 수행되었는지 모니터링 할 수 있다.The change of the thermal wave value with the low temperature heat treatment temperature and time can be preset using a plurality of samples. That is, the plurality of samples are subjected to a low temperature heat treatment process by applying a plurality of conditions having different temperatures and times of low temperature heat treatment. The thermal wave values before and after the heat treatment of these samples can be measured to establish a database in advance by setting the relationship between the heat wave conditions for each heat treatment condition, the heat wave value before the heat treatment, and the heat wave value after the heat treatment. The low temperature heat treatment process is performed by measuring a first heat wave value, which is a heat wave value before heat treatment, and a second heat wave value, which is a heat wave value after heat treatment, measured on a semiconductor wafer to which an actual low temperature heat treatment process is applied, and applying the same to the database-based reference information. You can monitor whether this was done properly.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저온 공정 모니터링 방법의 공정 블록 도를 도시한 것으로, 저온 열처리 공정을 모니터링한 후, 상기 모니터링에 사용된 웨이퍼를 재생하여 사용할 수 있도록 구성한 방법에 관한 것이다.3 illustrates a process block diagram of a low temperature process monitoring method according to another embodiment of the present invention, and after monitoring a low temperature heat treatment process, a method configured to regenerate and use a wafer used in the monitoring.

이를 위해, 모니터링을 완료한 웨이퍼에 1100∼1200℃의 온도에서 20∼40초간 질소(N2) 가스를 주입하면서 고온 열처리 공정을 진행한다. 이와 같이, 상기한 고온 열처리 공정이 실시된 모니터링 웨이퍼는 추후 이온을 주입하여 손상층을 형성하는 단계부터 다시 사용함으로써 저온 공정의 모니터링에 사용되는 웨이퍼의 소모량을 최소화할 수 있다.To this end, a high temperature heat treatment process is performed while nitrogen (N 2 ) gas is injected into the monitored wafer at a temperature of 1100 to 1200 ° C. for 20 to 40 seconds. As such, the monitoring wafer subjected to the high temperature heat treatment process may be used again from a later stage of implanting ions to form a damaged layer, thereby minimizing consumption of the wafer used for monitoring the low temperature process.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. In addition, it is natural that it belongs to the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 인라인에서 공정이 진행중인 반도체 웨이퍼에서 저온 열처리 공정 전, 후의 열 파동값을 측정할 수 있고, 이를 사용하여 급속 열처리 장치에 설정된 온도 및 시간이 실제 반도체 웨이퍼에 가해지는 에너지에 부합되는지의 여부를 실시간으로 판단할 수 있으므로, 저온 공정을 효과적으로 모니터링할 수 있다.As described above, the present invention can measure the thermal wave value before and after the low temperature heat treatment process in the semiconductor wafer in the process of in-line process, by which the temperature and time set in the rapid heat treatment apparatus are applied to the actual semiconductor wafer. It can be determined in real time whether or not energy is met, effectively monitoring the low temperature process.

또한, 모니터링 후에는 모니터링 웨이퍼를 재사용함으로써, 저온 공정의 모니터링에 필요한 웨이퍼의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, after monitoring, by reusing the monitoring wafer, there is an effect of reducing the number of wafers required for monitoring the low temperature process.

Claims (5)

반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 손상층을 형성하는 단계;Implanting ions into the semiconductor wafer to form a damage layer; 열 파동(thermal wave)값을 1차 측정하는 단계;First measuring a thermal wave value; 저온 열처리 공정을 진행하는 단계;Performing a low temperature heat treatment process; 열 파동값을 2차 측정하는 단계;Second measurement of the thermal wave value; 1차 및 2차 측정된 열 파동값의 차를 측정하는 단계; 및Measuring the difference between the first and second measured thermal wave values; And 상기 차를 이용하여 저온 열처리 공정을 모니터링 하는 단계Monitoring the low temperature heat treatment process using the difference 를 포함하며,Including; 상기 저온 열처리 공정을 모니터링 한 후 상기 반도체 웨이퍼에 고온 열처리 공정을 진행하여 상기 반도체 웨이퍼를 재생하는 단계를 더 포함하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.Monitoring the low temperature heat treatment process and then performing a high temperature heat treatment process on the semiconductor wafer to regenerate the semiconductor wafer. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고온 열처리 공정은 1100∼1200℃의 온도에서 20∼40초간 질소(N2) 가스를 주입하면서 실시하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.The high temperature heat treatment step is carried out while injecting nitrogen (N 2 ) gas for 20 to 40 seconds at a temperature of 1100 to 1200 ℃ low temperature process monitoring method of the rapid heat treatment apparatus. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 손상층을 형성하는 단계에서는 아세닉(As)을 110∼130keV의 이온 주입 에너지와 0.9∼1.1E14의 도즈량으로 주입하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.In the step of forming the damaged layer, the low temperature process monitoring method of the rapid heat treatment apparatus, characterized in that the implantation of the (As) in the ion implantation energy of 110 ~ 130keV and the dose amount of 0.9 ~ 1.1E14. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 저온 열처리 공정은 400∼500℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.The low temperature heat treatment process is a low temperature process monitoring method of the rapid heat treatment apparatus, characterized in that carried out at 400 ~ 500 ℃.
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