KR101414205B1 - 웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 측정하는 방법 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 웨이퍼를 준비하는 단계, X선 회절 장치를 이용하여 상기 웨이퍼에 대하여 제1 요동 곡선을 획득하는 단계, 상기 제1 요동 곡선에 기초하여 상기 웨이퍼의 손상 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계, 상기 모델링 결과에 기초하여, 컴퓨터 시뮬레이션(simulation)을 수행하고, 시뮬레이션 결과에 따른 제2 요동 곡선을 획득하는 단계, 상기 제2 요동 곡선을 상기 제1 요동 곡선과 매칭시키는 단계, 및 매칭된 결과에 기초하여 상기 웨이퍼의 손상 깊이를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 측정하는 방법{A METHOD OF MEASURING A DEMAGE DEPTH OF A WAFER}
실시 예는 웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 측정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 제조 공정은 잉곳 그라인딩(ingot grinding), 잉곳 슬라이싱(ingot slicing), 또는 랩핑(lapping) 등과 같은 기계적 표면 처리(mechanical
surface treatment) 공정을 포함할 수 있다.
이러한 기계적 표면 처리 공정에 의하여 웨이퍼 표면은 기계적 손상을 받을 수 있다. 연마, 또는 에칭 등의 후 공정에 의하여 웨이퍼를 연마 또는 식각함에 따라 이러한 기계적 손상은 제거될 수 있다.
기계적 손상의 깊이에 따라 후 공정에서 제거되는 웨이퍼의 양이 결정될 수 있는데, 이를 위해서는 기계적 손상의 깊이를 파악하기 위한 측정이 선행되어야 한다.
기계적 손상을 측정하는 방법은 에칭(etching) 및 폴리싱(polishing)을 이용하는 방법, 엑스선 회절기를 이용하는 방법, 라만 분광법을 이용하는 방법, 또는 포토루미네선스(photoluminescence)를 이용하는 방법 등이 있을 수 있다.
그런데, 에칭(etching) 및 폴리싱(polishing)을 이용하는 방법은 파괴 방법이고, 폴리싱 및 열 처리에 과다한 시간이 필요할 수 있다. 또한 엑스선 회절기를 이용하는 방법은 손상 유무 및 정성적으로 손상의 대소 정도만 판단 가능하다. 또한 라만 분광법을 이용하는 방법 및 포토루미네선스를 이용하는 방법은 손상 깊이의 측정이 불가하다.
실시 예는 비파괴 방법을 이용하여 웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 정확하게 측정하는 방법을 제공한다.
실시 예에 따른 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법은 웨이퍼를 준비하는 단계; X선 회절 장치를 이용하여 상기 웨이퍼에 대하여 제1 요동 곡선(rocking curve)을 획득하는 단계; 상기 제1 요동 곡선에 기초하여 상기 웨이퍼의 손상 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계; 상기 모델링 결과에 기초하여 컴퓨터 시뮬레이션(simulation)을 수행하고, 시뮬레이션 결과에 따른 제2 요동 곡선을 획득하는 단계; 상기 제2 요동 곡선을 상기 제1 요동 곡선과 매칭시키는 단계; 및 매칭된 결과에 기초하여 상기 웨이퍼의 손상 깊이를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 제1 요동 곡선을 획득하는 단계는 상기 웨이퍼에서 결정성을 평가하고자 하는 지점들을 설정하는 단계; 설정된 웨이퍼의 지점들 각각에 대한 X선 요동 곡선을 획득하는 단계; 및 상기 설정된 웨이퍼의 지점들 각각의 X선 요동 곡선의 반가폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)을 비교하고, 비교한 결과에 따라 상기 제1 요동 곡선을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
X선 요동 곡선의 반가폭이 가장 큰 것을 상기 제1 요동 곡선으로 선택할 수 있다.
상기 모델링하는 단계는 기준 레벨을 설정하는 단계; 상기 기준 레벨보다 높은 강도를 갖는 X선 입사 각도의 범위를 설정하는 단계; 브래그 회전 조건을 이용하여 상기 설정된 X선 입사 각도에 대한 면간 거리를 산출하는 단계; 산출된 면간 거리를 이용하여 웨이퍼의 스트레인 값을 산출하는 단계; 산출된 스트레인 값에 기초하여 샘플링된 스트레인 값들을 추출하는 단계; 및 상기 샘플링된 스트레인들 값들에 대응하는 X선 회절 빔의 강도에 기초하여 상기 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 요동 곡선의 회절 빔(beam) 강도가 수렴하는 최소값을 상기 기준 레벨로 설정할 수 있다.
상기 웨이퍼의 스트레인 값은 차감 면간 거리와 기준 면간 거리의 비이고, 상기 기준 면간 거리는 상기 제1 요동 곡선에서 회절 빔의 강도가 가장 큰 값에 대응하는 면간 거리이고, 상기 차감 면간 거리는 상기 면간 거리 산출 단계에서 산출된 면간 거리와 상기 기준 면간 거리의 차이일 수 있다.
상기 샘플링된 스트레인 값들을 추출하는 단계는 상기 산출된 스트레인 값들 중 최고값에 기초하여 상기 샘플링된 스트레인 값들을 추출할 수 있다.
상기 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계는 상기 샘플링된 스트레인들 값들 각각에 대응하는 X선 회절 빔의 강도를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 X선 회절 빔의 강도의 비례하여 상기 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계는 손상 정도에 따라 깊이 방향으로 상기 웨이퍼를 복수의 구간들로 구분하는 단계; 상기 샘플링된 스트레인들 값들 각각에 대응하는 X선 회절 빔의 강도를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 X선 회절 빔의 강도의 비례하여 상기 복수의 구간들 각각의 두께를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 준비되는 웨이퍼는 단결정 잉곳에 대한 슬라이싱 공정을 수행하여 얻어지는 반도체용 웨이퍼이거나, 또는 상기 반도체용 웨이퍼의 표면에 대하여 래핑(lapping) 공정, 그라인딩 공정, 또는 폴리싱 공정 중 적어도 하나를 수행한 웨이퍼일 수 있다.
상기 제2 요동 곡선을 획득하는 단계는 상기 설정된 X선 입사 각도의 범위, 상기 설정된 X선 입사 각도에 대하여 산출된 면간 거리, 상기 샘플링된 스트레인 값들, 및 상기 모델링된 두께에 기초하여 상기 제2 요동 곡선을 획득할 수 있다.
상기 매칭시키는 단계는 상기 복수의 구간들 각각에 대하여 설정된 두께를 조정함으로써, 상기 제2 요동 곡선을 상기 제1 요동 곡선과 매칭시킬 수 있다.
상기 조정된 두께를 모두 합하고, 합한 결과를 상기 웨이퍼의 손상 깊이로 산출할 수 있다.
실시 예는 비파괴 방법을 이용하여 웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 웨이퍼의 기계적 손상을 검출하는 방법을 나타내는 플로챠트이다.
도 2는 웨이퍼 결정성 평가 방법의 일 실시 예를 나타낸다.
도 3은 웨이퍼의 기설정된 지점들에 대한 X선 요동 곡선들을 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 모델링 단계의 일 실시 예를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 모델링 단계를 설명하기 위한 제1 요동 곡선의 일 실시 예를 나타낸다.
도 6은 도 4에 도시된 웨이퍼의 기계적 손상 정도의 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 제1 요동 곡선의 실측치, 및 시뮬레이션된 결과에 따른 제2 요동 곡선을 나타낸다.
도 8은 제1 요동 곡선의 실측치와 제2 요동 곡선이 일치된 결과를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 웨이퍼의 기계적 손상을 검출하는 방법을 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 웨이퍼의 기계적 손상을 검출하는 방법을 나타내는 플로챠트이다.
도 1을 참조하면, 먼저 기계적 손상을 검출하기 위한 웨이퍼를 준비한다(S110).
이때 준비되는 웨이퍼는 단결정 잉곳을 성장시키고, 성장된 단결정 잉곳에 대한 잉곳 그라인딩 공정 및 크로핑(cropping) 공정, 및 슬라이싱(slicing) 공정을 수행하여 얻어지는 반도체용 웨이퍼일 수 있다. 예컨대, 반도체용 웨이퍼는 사파이어등 기타 단결정 웨이퍼를 포함할 수 있다.
또는 준비되는 웨이퍼는 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대하여 래핑(lapping) 공정, 그라인딩(grinding) 공정, 에칭(etching) 공정 및 폴리싱(polishing) 공정 중 적어도 하나를 수행한 것일 수 있다.
다음으로 X선 회절 장치(X-Ray Diffraction Apparatus)를 이용하여 준비된 웨이퍼에 대하여 제1 요동 곡선을 획득한다(S120).
예컨대, 준비된 웨이퍼에 대하여 결정성을 평가를 수행하고, 결정성 평과 결가에 따른 제1 요동 곡선을 획득할 수 있다.
예컨대, 준비된 웨이퍼의 서로 다른 위치의 기설정된 지점(points)들에 대한 결정성 평가를 수행하고, 평가한 결과에 따라 가장 열위한 결정성을 갖는 지점을 선택할 수 있고, 선택된 가장 열위한 결정성을 갖는 지점에 대한 X선 요동 곡선을 제1 요동 곡선으로 선택할 수 있다.
도 2는 웨이퍼 결정성 평가 방법의 일 실시 예를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 먼저 결정성을 평가하고자 하는 웨이퍼의 지점들을 설정한다(S210).
예컨대, 결정성을 평가하고자 하는 웨이퍼의 기설정된 지점들은 중앙(center) 지점, 에지(edge) 지점, 및 웨이퍼 반지름의 2분 1인 지점일 수 있으나, 기설정된 지점들의 위치 및 수는 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예에서 기설정된 지점들은 방사선 형태로 서로 이격하여 위치할 수 있다.
다음으로 X선 회절 장치(X-Ray Diffraction Apparatus)를 이용하여 기설정된 지점들 각각에 대한 X선 요동 곡선(rocking curve)를 획득한다(S220).
어떤 결정에 X선을 투과시키면, 브래그의 회절 조건(Bragg's law)에 의하여 결정의 특정 면에서의 X선의 회절각이 결정될 수 있다. 이때 결정이 완전 무결하다면 X선 회절 빔(beam)의 강도(intensity)는 하나의 선으로 나타날 수 있다.
반면에 결정 내에 결함, 예컨대, 점, 선, 면, 또는 부피 형태의 결함이 존재하면 X선 회절 빔의 강도는 하나의 선이 아닌 가우시안(gaussian) 분포의 곡선을 나타내게 되는데, 이러한 가우시안 분포의 곡선을 X선 요동 곡선(rocking curve)이라 할 수 있다.
도 3은 웨이퍼의 기설정된 지점들에 대한 X선 요동 곡선들을 나타낸다. x축은 X선의 입사 각도를 나타내고, y축은 X선 회절 빔의 강도를 나타낸다. g1은 웨이퍼의 중앙 지점(이하 "제1 지점"이라 함)에 대한 X선 요동 곡선을 나타내고, g2는 웨이퍼 반지름의 2분 1인 지점(이하 "제2 지점"이라 함)에 대한 X선 요동 곡선을 나타내고, g3는 웨이퍼의 에지 지점(이하 "제3 지점"이라 함)에 대한 X선 요동 곡선을 나타낼 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 내지 제3 지점들 각각에 대한 X선 요동 곡선(g1, g2, g3)은 가우시안 형태임을 알 수 있으며, 제1 내지 제3 지점들 각각에는 결정 결함이 존재함을 알 수 있다.
다음으로 기설정된 지점들 각각의 X선 요동 곡선(g1, g2, g3)의 반가폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)을 비교하여, 결정성이 가장 열위한 지점, 또는 결정성이 가장 나쁜 지점을 선택한다(S230). 반가폭은 요동 곡선에서 최고 강도(maximum intensity) 값의 절반이 되는 값들 사이의 폭을 말한다.
결정성이 좋다라는 의미는 결함이 거의 존재하지 않는다는 것을 의미할 수 있으며, 웨이퍼 표면에 기계적 손상이 많다는 것은 물리적인 힘에 의하여 웨이퍼 표면에 결함이 많다는 것을 의미할 수 있으며, 요동 곡선의 반가폭 값이 클수록 결함이 더 많이 존재할 수 있다.
웨이퍼의 기설정된 지점들에 대한 결정성의 열위함은 웨이퍼의 기설정된 지점들의 반가폭에 비례할 수 있다.
도 3에 도시된 기설정된 지점들에 대한 요동 곡선들(g1, g2, g3)을 참조하면, 웨이퍼의 제1 지점에 대한 요동 곡선(g1)의 반가폭이 가장 큰 것을 알 수 있으며, 웨이퍼의 제1 지점의 결정성이 가장 열위하다고 판단할 수 있으며, 가장 열위한 지점으로 웨이퍼의 제1 지점을 선택할 수 있다.
다음으로 제1 요동 곡선에 기초하여, 웨이퍼의 깊이 방향으로 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링한다(S130).
도 4는 도 1에 도시된 모델링 단계(S130)의 일 실시 예를 나타내며, 도 5는 도 4에 도시된 모델링 단계(S130)를 설명하기 위한 제1 요동 곡선의 일 실시 예를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 요동 곡선에 대한 기준 레벨(background level, 501)을 설정한다(S310). 도 5에 도시된 제1 요동 곡선은 S120 단계에서 선택한 결정성이 가장 열위한 지점에 대한 요동 곡선일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, S210 단계의 기설정된 지점들에 대한 요동 곡선들 중 어느 하나일 수 있다.
XRD 측정시 제1 요동 곡선의 x축의 범위(range)인 입사 각도를 충분히 크게 하면 제1 요동 곡선이 더 높아지거나 낮아지지 않는 포화(saturation)되는 회절 빔의 강도를 갖는데 이를 기준 레벨 또는 백그라운드 레벨(background level)로 설정할 수 있다. 이는 XRD 측정시 제1 요동 곡선의 회절 빔의 강도(intensity)나 기저 레벨(base level) 등은 XRD 측정 조건인 파워(power), 슬릿 사이즈(slit size), X선 튜브 라이프타임(x-ray tube lifetime), 샘플(sample) 상태 등에 의해 변할 수 있기 때문이다.
여기서 기준 레벨은 측정 상태의 노이즈(noise)라고 가정할 수 있는데, 포화시 이러한 기준 레벨의 설정이 필요하다. 이론상으로는 브래그의 회절 조건을 만족시키지 않아서 강도의 피크(peak)가 나타나는 지점 이외에서는 강도(intensity)가 제로(0)가 되어야 하지만, 이런 기준 레벨이 측정될 수 있다.
다음으로 X선 요동 곡선에서 기준 레벨(501)보다 높은 강도를 갖는 X선 입사 각도(θ)의 범위(θL ~ θR)를 설정한다(S320). 이때 설정하는 X선 입사 각도(θ)의 범위(θL ~ θR)는 웨이퍼의 종류, 웨이퍼의 표면이나 결정 상태에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 실리콘 웨이퍼의 경우는 웨이퍼의 가공면이 (100)면일 수 있고, X-선 회절 원리(structure factor)에 의하여 실리콘은 (100)면에서 회절이 발생하지 않기 때문에, (100)면과 평행하고 회절이 일어나는 (400)면에 대하여 X선 회절법의 의한 요동 곡선을 측정할 수 있다. 이와 같이 회절이 발생하지 않는 결정면을 기준면으로 설정할 수 있다.
예를 들면, X선 검출기(detector)의 각도를 고정시켜 놓고, (400)면에 입사되는 X-선의 입사 각도를 변화시키면서 X선의 강도를 측정할 수 있으며, 기준 레벨(501)보다 높은 강도를 갖는 X선 입사 각도(θ)의 범위(θL ~ θR)는 실질적으로 약 33.6° ~ 35.0°일 수 있다.
그러나 웨이퍼의 가공면이 달라질 경우는 X선 입사 각도(θ)의 범위는 달라질 수 있다. 예컨대, (111) 웨이퍼 또는 (110) 웨이퍼의 경우는 X선 회절을 측정하는 결정면 자체가 달라지기 때문에 X선 입사 각도(θ)의 범위가 실리콘 웨이퍼와 비교할 때 달라질 수 있다. 또한 사파이어 등의 웨이퍼도 실리콘 웨이퍼와 비교할 때, X선 입사 각도(θ)의 범위가 달라질 수 있다.
여기서 (100) 웨이퍼는 웨이퍼의 가공면(front side or back side)의 지수가 (100)인 웨이퍼를 의미할 수 있으며, (111) 웨이퍼 및 (110) 웨이퍼 역시 가공면이 실리콘의 결정면들 중에서 (111), (110)인 웨이퍼를 의미할 수 있다. (100)면은 면지수가 (100)인 실리콘의 결정면을 의미할 수 있다. 여기서 가공이라 함은 잉곳의 슬라이싱(slicing)을 의미할 수 있으며, 슬라이싱과 더불어 래핑, 그라인딩, 폴리싱, 에칭 등도 포함될 수 있다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼는 정확히 기준면, 예컨대, (100)면으로 슬라이싱(slicing)되는 것이 아니라, (100)면으로부터 특정 각도(off-angle)만큼 기울어진 방향으로 슬라이싱될 수 있다. 여기서 특정 각도는 고객의 요청에 의하여 결정될 수 있다.
이하, 가공면이 기준면과 일치하는 웨이퍼를 제1 웨이퍼라 하고, 가공면이 기준면으로부터 특정 각도만큼 기울어진 웨이퍼를 제2 웨이퍼라 한다.
제1 웨이퍼에 대한 요동 곡선의 피크(peak) 값이 나타나는 각도는 기준면에 대한 요동 곡선의 피크 값이 나타나는 각도(이하 "제1 각도"라 한다)와 일치할 수 있다.
기준면, 예컨대, 실리콘의 (400)면의 경우 면간 거리, 및 X선의 파장이 정해져 있기 때문에 브래그의 회절 조건에 의하여 피크 값이 나타나는 각도(예컨대, 34.566°)를 구할 수 있다.
반면에 제2 웨이퍼에 대한 요동 곡선의 피크 값이 나타나는 각도(이하 "제2 각도"라 한다)는 기준면에 대한 요동 곡선의 피크 값이 나타나는 각도와 일치하지 않을 수 있고, 각도의 차이가 발생할 수 있다.
따라서 제2 웨이퍼에 대해서는 다음과 같이 요동 곡선의 보정이 필요할 수 있으며, 제2 웨이퍼에 대해서는 보정된 요동 곡선을 이용하여 기준 레벨(501)보다 높은 강도를 갖는 X선 입사 각도(θ)의 범위를 설정할 수 있으며, 후속 진행되는 절차도 보정된 요동 곡선에 기초하여 수행될 수 있다.
즉 제1 각도와 제2 각도의 차이만큼, 제2 웨이퍼에 대한 요동 곡선의 각도를 보정할 수 있다. 예컨대, 제1 각도와 제2 각도의 차이만큼, 제2 웨이퍼에 대한 요동 곡선을 X축으로 평행 이동시킬 수 있다.
다음으로 λ=2dsinθ라는 브래그의 법칙(Bragg's law)을 이용하여, 설정된 X선 입사 각도(θ)의 범위(θL ~ θR)에 대한 면간 거리(d)를 산출한다(S330).
여기서 면간 거리(d)는 웨이퍼의 기준면들 사이의 거리일 수 있다.
예컨대, 실리콘 웨이퍼의 경우 면간 거리(d)는 (400)면들 사이의 거리를 의미할 수 있다. 즉 기계적 가공에 의한 손상에 의하여 변형된 (400)면들 사이의 면간 거리를 의미할 수 있다.
다음으로 산출된 면간 거리(d)를 이용하여, X선 입사 각도(θ)의 범위(θL ~ θR) 내의 웨이퍼의 스트레인(strain) 값들을 산출한다(S340). 스트레인은 어떤 물리적 또는 기계적 요인에 의하여 변화된 면간 거리(d)가 기준 면간 거리(d0)에 비하여 얼마나 변하였는지에 대한 비율을 의미할 수 있다.
예컨대, 웨이퍼의 스트레인 값은 차감 면간 거리(d1)와 기준 면간 거리(d0)의 비(d1/d0)일 수 있다.
기준 면간 거리(d0)는 웨이퍼의 기준면들 간의 거리일 수 있다. 예컨대, 기준 면간 거리(d0)는 요동 곡선에서 강도가 가장 큰 곳에서의 면간 거리일 수 있다.
예컨대, 실리콘 (400)면에 대한 기준 면간 거리(d0)는 1.3577옴스트롱(Å)일 수 있다.
차감 면간 거리(d1)는 S330 단계에서 산출된 면간 거리(d)와 기준 면간 거리(d0)의 차이(d- d0)일 수 있다.
다음으로 X선 입사 각도(θ)의 범위(θL ~ θR)에 대응하여 산출된 스트레인 값들을 샘플링하고, 샘플링된 스트레인 값들을 추출한다(S350).
예컨대, 산출된 스트레인 값들 중 최고의 값에 기초하여, 샘플링된 스트레인 값들을 추출할 수 있다. 산출된 스트레인 값들 중 최고의 값에서 일정한 값만큼 감소시킴으로써 스트레인들 값들의 샘플을 추출할 수 있다.
예컨대, 샘플링된 스트레인 값들의 차이는 50ppm ~ 150ppm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. ppm은 parts-per million의 약자로서, 10-6을 의미한다.
예컨대, 산출된 스트레인의 가장 큰 값이 1000ppm이라고 가정하면, 100ppm씩 스트레인 값을 감소시키면서 샘플들을 추출할 수 있다.
다음으로 추출된 샘플링된 스트레인 값들 각각에 대응하는 X선 회절 빔의 강도(intensity)에 기초하여 웨이퍼의 기계적 손상의 정도에 따른 두께를 모델링할 수 있다(S360).
추출된 스트레인들 값들로부터 면간 거리(d)을 산출할 수 있고, 브래그의 회전 조건을 이용하여 산출된 면간 거리(d)에 대응하는 X선의 입사 각도(θ)를 산출할 수 있고, 제1 요동 곡선을 이용하여 산출한 X선 입사 각도(θ)에 대응하는 X선 회절 빔의 강도를 획득할 수 있다. 획득된 X선 회절 빔의 강도에 비례하여 웨이퍼의 기계적 손상의 정도에 따른 두께를 모델링할 수 있다.
예컨대, 웨이퍼는 기계적 손상 정도에 따라 웨이퍼의 깊이 방향으로 복수의 구간들로 구분될 수 있다. 그리고 샘플링된 스트레인들 값들 각각에 대응하는 X선 회절 빔의 강도(intensity)에 기초하여 구간들 각각의 두께를 설정할 수 있다.
예컨대, 각 구간의 두께는 샘플링된 스트레인들 값들 각각에 대응하는 X선 회절 빔의 강도(intensity)에 비례하여 설정될 수 있다. 빔의 강도 자체가 측정 조건에 의하여 달라질 수 있기 때문에, X선 회절 빔의 강도에 기초하여 각 구간의 대략적인 두께를 선정할 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 웨이퍼의 기계적 손상 정도의 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 웨이퍼가 받는 기계적 손상의 정도는 웨이퍼 표면에서 가장 심할 수 있고, 웨이퍼의 깊이 방향(603)으로 진행할수록 기계적 손상의 정도가 감소할 수 있고, 어느 이상 깊이에서는 기계적 손상이 나타나지 않을 수 있다.
여기서 웨이퍼의 표면(601)은 X선이 입사하는 웨이퍼 면일 수 있고, 벌크(bulk, 602)는 웨이퍼 안쪽에 위치할 수 있다. 웨이퍼의 깊이 방향(603)은 웨이퍼의 표면(601)으로부터 벌크(602)로 진행하는 방향일 수 있다.
웨이퍼는 기계적 손상 정도에 따라 웨이퍼의 깊이 방향(603)으로 복수의 구간들(예컨대, 612,614, 616)로 구분될 수 있다. 웨이퍼 표면(601)에 인접하는 제1 구간(예컨대, 612)은 가장 큰 스트레인 값을 가질 수 있으며, 기계적 손상 정도가 가장 심한 것을 알 수 있다. 또한 벌크(602)에 인접하는 제3 구간(예컨대, 616)은 가장 작은 스트레인 값을 가질 수 있고, 기계적 손상 정도가 가장 약한 것을 알 수 있다.
샘플링된 스트레인들 값들(S1,S2,S3) 각각에 대응하는 X선 회절 빔의 강도(intensity)에 기초하여, 구간들(예컨대, 612,614,616) 각각의 두께(t1, t2, t3)를 설정할 수 있다.
각 구간(예컨대, 612,614,616)의 두께 설정(t1, t2, t3)은 다음과 같이 할 수 있다.
예컨대, 산출된 스트레인들의 가장 큰 값이 1000ppm이라고 가정하면, 100ppm씩 스트레인 값을 감소시키면서 구간들(예컨대, 612,614,616)을 설정할 수 있다.
웨이퍼 표면으로부터 벌크 방향으로 갈수록 손상의 정도가 감소하므로, 동일한 100ppm 간격으로 스트레인을 나누어도 스트레인 값이 작을수록 구간의 두께는 훨씬 크게 증가할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스트레인을 구간들(S0, S1,S2,S3)로 나누게 되면, 동일 스트레인별 두께는 증가할 수 있다(t0<t1<t2<t3).
스트레인 값들을 샘플링하고, 샘플링된 값들(S0, S1, S2, S3)에 대응하는 구간들(610, 612, 614, 616)을 정할 수 있다. 이때 샘플링된 스크레인 값이 클수록 이에 대응하는 구간은 아래에 배치될 수 있다(예컨대, S0 -- 610).
샘플링된 스트레인들 값들(S0,S1,S2,S3) 각각에 대응하는 회절 빔의 강도(intensity)에 비례하여 각 구간(610,612,614,616))의 두께(t0, t1, t2, t3)를 설정할 수 있다.
이는 도 5에 도시된 제1 요동 곡선을 보아도 기준 레벨(501)보다 높은 강도가 시작되는 지점의 스트레인 값에서 스트레인을 등 구간으로 나누었을 때, X선 회절 빔의 강도가 스트레인이 감소할수록 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
다음으로 웨이퍼의 기계적 손상의 정도의 모델링 결과에 기초하여, 컴퓨터 시뮬레이션(simulation)을 수행하고, 시뮬레이션 결과에 따른 제2 요동 곡선을 획득한다(S140).
S130 단계에서 모델링한 결과와 측정 조건에 대한 데이터에 기초하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하고, 시뮬레이션 결과에 따른 제2 요동 곡선을 획득할 수 있다.
여기서 S130 단계에서 모델링한 결과는 스트레인(예컨대, S0, S1, S2, S3), 및 두께(t0, t1,t2,t3)를 의미할 수 있다. 또한 측정 조건은 제1 요동 곡선의 피크 강도(peak intensity), 기준 레벨의 강도, X선 회절 장치의 광학(optic) 조건, X축의 측정 간격, 제1 요동 곡선의 설정된 X선 입사 각도의 범위를 포함할 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 제1 요동 곡선의 실측치, 및 시뮬레이션된 결과에 따른 제2 요동 곡선을 나타낸다. f1은 S220 단계에서 획득한 제1 요동 곡선의 실측치를 나타내고, f2는 S140 단계에 따라 컴퓨터 시뮬레이션이 수행된 결과에 따른 제2 요동 곡선을 나타낸다.
도 7을 참조하면, X선 요동 곡선을 산출하는 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 S320에서 설정된 X선 입사 각도(θ)의 범위, S330에서 산출된 면간 거리(d), S350에서 추출된 샘플링된 스트레인 값들, S360에서 모델링된 각 구간에 대하여 설정된 두께에 기초하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 제2 요동 곡선을 산출할 수 있다.
다음으로 S220 단계에서 획득한 제1 요동 곡선의 실측치와 S140 단계에서 획득한 제2 요동 곡선을 매칭시킨다(S150).
도 8은 제1 요동 곡선의 실측치와 제2 요동 곡선이 일치된 결과를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 도 6의 각 구간(예컨대, 612,614,616)의 두께(예컨대, t1,t2,t3)를 조정함으로써, 제2 요동 곡선(예컨대, 도 7의 f2)을 제1 요동 곡선의 실측치(예컨대, 도 7의 f1)에 매칭 또는 일치시킬 수 있다.
다음으로 매칭된 결과에 기초하여 웨이퍼의 손상 깊이를 산출한다(S160).
S150 단계의 시뮬레이션 결과가 S220 단계의 실측치와 일치한다는 의미는 시뮬레이션 결과에서 입력한 샘플링된 스트레인 값들 각각에 대하여 설정된 두께가 웨이퍼가 실제로 가지고 있는 손상의 깊이와 일치한다는 것으로 해석할 수 있다.
따라서 S150 단계에서 매칭시킨 시뮬레이션 결과에서 입력한 샘플링된 스트레인 값들 각각에 대하여 대응하여 조정된 두께를 모두 합함으로써, 웨이퍼의 손상 깊이를 산출할 수 있다.
실시 예는 비파괴 방법으로 웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 파악할 수 있으며, 사파이어 웨이퍼와 같이 에칭(etching)이 어려운 웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 용이하게 파악할 수 있다.
동일한 웨이퍼에 대하여 에칭(etching) 및 폴리싱(polishing)을 이용하는 방법에 의하여 측정된 손상 깊이와 실시 예에 따라 측정된 손상 깊이를 비교하면, 실시 예에 따라 측정된 손상 깊이가 더 깊은 것을 확인할 수 있다. 이는 실시 예는 에칭 및 폴리싱을 이용하는 방법에 의하여 확인되지 않는 크기가 작은 손상에 대해서도 손상 깊이를 측정할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 즉 실시 예는 에칭 및 폴리싱을 이용하는 방법보다 더 정확하게 기계적 손상 깊이를 측정할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
601: 웨이퍼 표면 602: 벌크
612 내지 616: 복수의 구간들.

Claims (13)

  1. 웨이퍼를 준비하는 단계;
    X선 회절 장치를 이용하여 상기 웨이퍼에 대하여 제1 요동 곡선(rocking curve)을 획득하는 단계;
    상기 제1 요동 곡선에 기초하여 상기 웨이퍼의 손상 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계;
    상기 모델링 결과에 기초하여 컴퓨터 시뮬레이션(simulation)을 수행하고, 시뮬레이션 결과에 따른 제2 요동 곡선을 획득하는 단계;
    상기 제2 요동 곡선을 상기 제1 요동 곡선과 매칭시키는 단계; 및
    매칭된 결과에 기초하여 상기 웨이퍼의 손상 깊이를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 요동 곡선을 획득하는 단계는,
    상기 웨이퍼에서 결정성을 평가하고자 하는 지점들을 설정하는 단계;
    설정된 웨이퍼의 지점들 각각에 대한 X선 요동 곡선을 획득하는 단계; 및
    상기 설정된 웨이퍼의 지점들 각각의 X선 요동 곡선의 반가폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)을 비교하고, 비교한 결과에 따라 상기 제1 요동 곡선을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    X선 요동 곡선의 반가폭이 가장 큰 것을 상기 제1 요동 곡선으로 선택하는 것을 특징으로 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모델링하는 단계는,
    기준 레벨을 설정하는 단계;
    상기 기준 레벨보다 높은 강도를 갖는 X선 입사 각도의 범위를 설정하는 단계;
    브래그 회전 조건을 이용하여 상기 설정된 X선 입사 각도에 대한 면간 거리를 산출하는 단계;
    산출된 면간 거리를 이용하여 웨이퍼의 스트레인 값을 산출하는 단계;
    산출된 스트레인 값에 기초하여 샘플링된 스트레인 값들을 추출하는 단계; 및
    상기 샘플링된 스트레인들 값들에 대응하는 X선 회절 빔의 강도에 기초하여 상기 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 요동 곡선이 포화(saturation)되는 회절 빔(beam)의 강도를 상기 기준 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 스트레인 값은 차감 면간 거리와 기준 면간 거리의 비이고, 상기 기준 면간 거리는 상기 제1 요동 곡선에서 회절 빔의 강도가 가장 큰 값에 대응하는 면간 거리이고, 상기 차감 면간 거리는 상기 면간 거리 산출 단계에서 산출된 면간 거리와 상기 기준 면간 거리의 차이인 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 샘플링된 스트레인 값들을 추출하는 단계는,
    상기 산출된 스트레인 값들 중 최고값에 기초하여 상기 샘플링된 스트레인 값들을 추출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계는,
    상기 샘플링된 스트레인들 값들 각각에 대응하는 X선 회절 빔의 강도를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 X선 회절 빔의 강도의 비례하여 상기 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 웨이퍼의 손상의 정도에 따른 두께를 모델링하는 단계는,
    손상 정도에 따라 깊이 방향으로 상기 웨이퍼를 복수의 구간들로 구분하는 단계;
    상기 샘플링된 스트레인들 값들 각각에 대응하는 X선 회절 빔의 강도를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 X선 회절 빔의 강도의 비례하여 상기 복수의 구간들 각각의 두께를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 준비되는 웨이퍼는 단결정 잉곳에 대한 슬라이싱 공정을 수행하여 얻어지는 반도체용 웨이퍼이거나, 또는 상기 반도체용 웨이퍼의 표면에 대하여 래핑(lapping) 공정, 그라인딩 공정, 또는 폴리싱 공정 중 적어도 하나를 수행한 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 제2 요동 곡선을 획득하는 단계는,
    상기 설정된 X선 입사 각도의 범위, 상기 설정된 X선 입사 각도에 대하여 산출된 면간 거리, 상기 샘플링된 스트레인 값들, 및 상기 모델링된 두께에 기초하여 상기 제2 요동 곡선을 획득하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 매칭시키는 단계는,
    상기 복수의 구간들 각각에 대하여 설정된 두께를 조정함으로써, 상기 제2 요동 곡선을 상기 제1 요동 곡선과 매칭시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 조정된 두께를 모두 합하고, 합한 결과를 상기 웨이퍼의 손상 깊이로 산출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 손상 깊이를 측정하는 방법.
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