KR100850134B1 - 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법에 관한 것으로서, 웨이퍼에 산화막을 형성시키는 단계와, 산화막에 질화막을 적층 형성시키는 단계와, 질화막이 형성된 웨이퍼에 기준 패턴을 설정된 깊이로 식각하는 단계와, 기준 패턴이 형성된 웨이퍼에 에피텍셜막을 형성시키는 단계와, 에피텍셜막이 형성된 웨이퍼 표면에 대한 단차를 측정하는 단계와, 측정된 단차로부터 기준 패턴의 설정된 깊이를 감안하여 에피텍셜막의 두께를 산출하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 웨이퍼의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 후속공정시 웨이퍼 전체에 걸친 에피텍셜막의 데이터를 정확하게 제공함으로써 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이의 결함을 방지하여 웨이퍼의 수율 증가에 기여하는 효과를 가지고 있다.

Description

에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법{MEASUREMENT METHOD OF A THICKNESS IN AN EPITAXIAL PROCESS USING A SURFACE STEP}

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법을 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 산화막 12 : 질화막

13 : 기준 패턴 14 : 에피텍셜막

본 발명은 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있도록 하여 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이의 결함을 방지하는 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기적 특성이 다른 에피텍셜 박막(epitaxial layer)을 다층으로 형성한 다층 구조의 에피텍셜 웨이퍼는 파워 디바이스용의 적용이 많아짐으로 인해 주목받고 있으며, 이들 다층 구조의 에피텍셜 웨이퍼로부터 뛰어난 특성의 디 바이스를 얻기 위해서는 그 에피텍셜막의 두께도 중요하게 되었고, 이로 인해 제조 공정에 있어서 에피텍셜막 두께를 정밀하게 제어하는 것이 요구되고 있다.

이러한 에피텍셜막 두께를 제어하기 위해서는 얻어지는 에피텍셜막의 두께를 우선 측정해야 하며, 이를 위해 에피텍셜 웨이퍼의 에피텍셜막 두께를 비파괴로 측정하는 FTIR(Fourier Transformation Infrared Spectroscopy; 푸리에 변환 적외 분광 장치)이 널리 사용되고 있다.

종래의 FTIR법에 의한 박막의 두께 측정은 적외선 분광계를 이용하여 에피텍셜 웨이퍼의 반사 스펙트럼을 측정하고, 이 스펙트럼상의 간섭 줄무늬 패턴을 얻어, 그 간섭 줄무늬를 해석함으로써 두께 측정이 행하여지는 것이다. 이 FTIR법에 의한 막 두께 측정은 기판상에 형성된 박막이 단층인 경우에는 간섭 줄무늬 패턴에서 비교적 간단한 해석으로 두께를 구할 수 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술에 따른 FTIR에 의한 막 두께 측정장치는 적외선의 스팟 사이즈(spot size)가 5mm 정도여서 웨이퍼의 외주로부터 5mm 이내의 에지부분에서는 적외선을 제대로 반사시키지 못하게 됨으로써 이러한 웨이퍼 에지부분의 에피텍셜막의 두께를 측정할 수 없게 되는 문제점을 가지고 있었다. 따라서, 웨이퍼 에지부분의 에피텍셜막의 두께를 콘트롤할 수 있는 기준 데이터를 획득할 수 없기 때문에 패턴 공정시 에지부분의 에피텍셜막의 두께를 정확히 알 수 없어 디포커스(defocus)를 유발시키며, 이로 인해 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이(die)는 불량을 유발시킨다.

그러므로, 이러한 문제점은 반도체 소자의 집적도가 점점 증가하고 있는 상 황에서 웨이퍼의 에지부분의 다이(die)를 사용하지 못하게 하여 웨이퍼의 수율을 증가시키는데 장애를 초래하는 원인이 되었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 후속공정시 웨이퍼 전체에 걸친 에피텍셜막의 데이터를 정확하게 제공함으로써 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이의 결함을 방지하여 웨이퍼의 수율 증가에 기여하는 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 웨이퍼의 에피텍셜막 두께를 측정하는 방법에 있어서, 웨이퍼에 산화막을 형성시키는 단계와, 산화막에 질화막을 적층 형성시키는 단계와, 질화막이 형성된 웨이퍼에 기준 패턴을 설정된 깊이로 식각하는 단계와, 기준 패턴이 형성된 웨이퍼에 에피텍셜막을 형성시키는 단계와, 에피텍셜막이 형성된 웨이퍼 표면에 대한 단차를 측정하는 단계와, 측정된 단차로부터 기준 패턴의 설정된 깊이를 감안하여 에피텍셜막의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법은 산화막(Oxide film) 형성단계, 질화막(Nitride film) 형성단계, 기준 패턴 형성단계, 에피텍셜막(epitaxial layer) 형성단계, 웨이퍼 단차 측정단계 및 에피텍셜막 두께 산출단계를 포함한다.

산화막 형성단계는 도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(W) 상에 산화막(1)을 형성시키며, 이러한 산화막(1)은 후술하게 될 질화막(2)의 증착을 도우며, 질화막(2)과 웨이퍼(W)간의 완충 역할을 하게 된다.

질화막 형성단계는 도 1b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 산화막(1)상에 질화막(2)을 증착에 의해 적층 형성시킨다.

기준 패턴 형성단계는 도 1c에 도시된 바와 같이, 질화막(2)이 형성된 웨이퍼(W)에 설정된 깊이의 기준 패턴(3)을 식각에 의해 형성한다. 이를 위해 질화막(2)이 형성된 웨이퍼(W) 표면에 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 포토레지스트를 도포한 다음, 기준 패턴이 정의된 마스크를 사용하여 포토레지스트층을 노광하고, 노광된 포토레지스트층에 현상 공정을 진행하여 기준 패턴에 따라 포토레지스트층을 패터닝하고, 기준 패턴을 식각 후 포토레지스트를 제거함으로써 웨이퍼(W)상에 원하는 깊이를 가지는 기준 패턴(3)을 형성한다.

에피텍셜막 형성단계는 도 1d에 도시된 바와 같이, 기준 패턴(3)이 형성된 웨이퍼(W) 표면에 에피텍셜막(4)을 형성시키는데, 이 때 에피텍셜막(4)은 질화막(2)을 제외한 부분, 즉 기준 패턴(3)에만 형성된다.

웨이퍼 단차 측정단계는 에피텍셜막(4)이 형성된 웨이퍼(W) 표면에 대한 단차를 측정한다. 웨이퍼(W) 표면에 대한 단차 측정은 스텝 프로파일러(step profiler) 장비가 사용될 수 있으며, 이 장비는 웨이퍼 표면에 형성된 회로 패턴들의 높이 및 패턴들간의 단차를 측정하는 장비로서, 팁(미도시)이 웨이퍼(W) 표면에 접촉하여 횡으로 이동하게 되고, 이 때 웨이퍼(W) 표면의 패턴 단차에 따라 팁에 전달되는 원자력을 감지하여 단차를 원자단위까지 측정할 수 있게 된다.

에피텍셜막 두께 산출단계는 측정된 단차로부터 기준 패턴(3)의 깊이를 감안하여 에피텍셜막(4)의 두께를 산출하게 된다. 이 때, 도 1d에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)상에 산화막(1) 및 질화막(2)이 존재하는 경우 이러한 산화막(1) 및 질화막(2)의 두께(a,b)를 기준 패턴(3)의 깊이(c)와 함께 감안하여 에피텍셜막(4)의 두께(t)를 산출하게 된다.

즉, 웨이퍼(W) 표면의 단차를 측정한 결과, 질화막(2)의 표면보다 낮게 에피텍셜막(4)이 형성된 경우 산화막(1)의 두께(a), 질화막(b)의 두께(b), 기준 패턴(3)의 깊이(c)를 합한 값에 단차(d₁)를 빼게 되면 에피텍셜막(4)의 두께(t₁)를 얻을 수 있다. 한편, 도 1d와 달리 웨이퍼(W) 표면의 단차를 측정한 결과, 질화막(2)의 표면보다 높게 에피텍셜막(4)이 형성된 경우 산화막(1)의 두께(a), 질화막(b)의 두께(b), 기준 패턴(3)의 깊이(c), 그리고, 측정된 단차를 모두 합하게 되면 에피텍셜막(4)의 두께를 얻을 수 있다.

한편, 에피텍셜막의 두께 산출단계 이전에 도 1e에 도시된 바와 같이, 웨이 퍼(W)상의 산화막 및 질화막을 제거하는 단계를 실시할 수 있다. 이러한 산화막 및 질화막의 제거단계에 의해 웨이퍼(W) 표면이 노출되며, 이 때 기준 패턴(3)의 깊이(c)에 스텝 프로파일러에 의해 측정된 웨이퍼(W) 단차(d₂)를 빼면 에피텍셜막(4)의 두께(t₂)를 얻게 된다. 또한, 도 1e에 달리 에피텍셜막(4)의 표면이 웨이퍼(W) 표면보다 높을 경우 에피텍셜막(4)의 두께는 측정된 단차와 기준 패턴(3)의 깊이(c)를 더한 값이 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 종래의 FTIP 방식에 의존할 경우 적외선의 스팟 사이즈를 최소화하여만 웨이퍼(W)의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 측정할 수 있으나, 본 발명에서는 웨이퍼(W)에 설정된 깊이로 식각된 기준 패턴(3)에 의해 웨이퍼(W) 표면에 단차를 발생시키고, 이를 스텝 프로파일러 장비 등을 사용하여 측정하게 됨으로써 종래와 같은 제약없이 웨이퍼(W)의 가장자리를 포함한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 후속공정시 웨이퍼 전체에 걸친 에피텍셜막의 데이터를 정확하게 얻을 수 있게 됨으로써 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이(die)의 결함 발생을 방지한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법은 웨이퍼의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 후속공정시 웨이퍼 전체에 걸친 에피텍셜막의 데이터를 정확하게 제공함으로써 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이의 결함을 방지하여 웨이퍼의 수율 증가에 기여하는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (3)

1. 웨이퍼의 에피텍셜막 두께를 측정하는 방법에 있어서,

   웨이퍼에 산화막을 형성시키는 단계와,

   상기 산화막에 질화막을 적층 형성시키는 단계와,

   상기 질화막이 형성된 웨이퍼에 기준 패턴을 설정된 깊이로 식각하는 단계와,

   상기 기준 패턴이 형성된 웨이퍼에 에피텍셜막을 형성시키는 단계와,

   상기 웨이퍼상의 산화막 및 상기 질화막을 제거하는 단계와,

   상기 에피텍셜막이 형성된 웨이퍼 표면에 대한 단차를 측정하는 단계와,

   상기 측정된 단차로부터 상기 기준 패턴의 설정된 깊이를 감안하여 상기 에피텍셜막의 두께를 산출하는 단계

   를 포함하는 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법.
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