KR19990032606A

KR19990032606A - 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치

Info

Publication number: KR19990032606A
Application number: KR1019970053686A
Authority: KR
Inventors: 김홍국
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-05-15

Abstract

본 발명은 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치에 관한 것으로서, 각 반도체 칩 공정 중에서 웨이퍼에 내재된 불균일한 응력 때문에 다음 단계의 공정에서 발생하게 되는 반도체 칩의 신뢰성 저하를 방지하기 위하여, 복수 개의 웨이퍼가 수직으로 안착되어 웨이퍼의 양쪽 가장자리 부분이 지지되도록 복수 개의 요홈들이 형성되어 있고 각각의 그 요홈을 중심으로 서로 대향하는 발광부와 수광부로 구성된 레이저 센서가 장착되어 있는 웨이퍼 정렬기와, 레이저 센서와 전기적으로 연결되어 있는 조절장치로 구성되어 수직으로 삽입·안착된 웨이퍼의 응력상태와 표면상태를 측정할 수 있는 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치를 제공한다. 그러므로 다음 단계의 공정 전에 웨이퍼의 응력상태와 표면상태를 측정하여 응력이 균일하고 양호한 웨이퍼만을 가공함으로써, 웨이퍼에 내재된 불균일한 응력 때문에 발생되는 여러 가지 문제점을 방지할 수 있기 때문에 반도체 칩의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있게 된다.

Description

웨이퍼 가장자리 응력 측정장치(Apparatus for measuring wafer edge stress)

본 발명은 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각 반도체 칩 공정 중에서 웨이퍼에 내재된 응력상태와 표면상태를 측정할 수 있는 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치에 관한 것이다.

반도체에서 개별 소자들은 산화, 식각 및 확산 등의 팹(FAB ; Fabrication)공정을 거치면서 웨이퍼의 상면에 형성되는데 보통 반도체 소자는 이러한 산화, 식각 및 확산 공정이 여러번 반복되고 각 공정이 높은 온도에서 행해진다. 그렇기 때문에, 공정 중에 웨이퍼 자체는 높고 불균일한 응력을 내재하게 된다.

한편, 반도체 제조 공정 중 식각 공정의 방법에는 건식 식각과 습식 식각으로 구분될 수 있다. 건식 식각은 습식 식각에 비해서 안전하며, 고집적 반도체 소자에서 필수적인 미세한 회로 형성을 가능하게 한다. 건식 식각으로 약 1 μm 이하까지의 미세한 회로 패턴을 형성할 수 있으며, 무엇보다도 습식 식각에서는 형성할 수 없는 이방성 식각(Anisotropic etching)을 가능하게 한다. 건식 식각에 사용되는 장비를 소개하면 다음과 같다.

도 1은 자기장을 이용한 건식 식각 장비(MERIE : Magnetic Enhanced Reactive Ion Etching) 챔버의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 건식 식각 장비(110)는 작업챔버(112)의 내부에 외부의 RF 파워 서플라이(126 ; Power supply)와 연결된 캐소드(114)가 설치된 구조로서 그 캐소드(114) 상면에 식각될 웨이퍼(116)가 위치하게 된다. 작업챔버(112) 몸체 하부에는 펌프관(118)이 형성되어 있어 작업챔버(112)를 진공상태로 만들어 주기 위한 펌프(도시 안됨)와 연결된다. 작업챔버(112)는 식각가스가 공급되는 가스 공급관(122)이 연결되어 있다. 작업챔버(112)의 상부에는 가스 디스트리뷰션 플레이트(120 ; Gas Distribution Plate)가 위치하여 작업챔버(112) 상부쪽으로 공급되는 식각가스를 작업챔버(112) 몸체의 내부로 고르게 분산시키는 역할을 하게 된다. 그리고, 작업챔버(112)의 몸체 외부에는 공급되는 식각가스의 이온화율을 높여주기 위해서 자기장을 발생시키는 전자석(124a, 124b)이 위치하고 있으며, 작업챔버(112)는 접지되어 있고, 작업챔버(112) 내부의 웨이퍼(116) 상면에는 플라즈마(115)가 형성되어 있다.

이러한 건식 식각 장비에서 플라즈마를 이용한 웨이퍼 식각은 외부 RF 파워 서플라이에서 약 13.56 MHz의 고주파를 캐소드에 걸어주면서 시작된다. 고주파에 의해서 공급된 식각 가스가 이온화되어 플라즈마 상태로 될 때 캐소드 상면에 존재하는 웨이퍼는 플라즈마와 전위차가 생기게 된다. 즉, 웨이퍼 표면에 이온 시스(Ion sheath)를 형성하게 되어, 이온 시스 속에서 플라즈마의 이온들이 전위차에 의해 가속되어 웨이퍼 표면과 충돌하면 화학반응과 함께 물체 표면이 식각된다.

그런데, 이와 같은 건식 식각 장비를 이용하여 응력이 불균일하게 내재된 웨이퍼의 산화막을 제거할 경우에 웨이퍼 내의 응력 차이로 웨이퍼내 각부분의 식각율이 틀려지는 로딩효과(loading effect), 웨이퍼 가장자리의 깨짐 및 포토레지스트의 버닝(burning)이 발생할 수 있다. 특히, 포토레지스트의 버닝이 일어나면 폴리머 입자들이 발생하게 되는 데, 이 폴리머 입자들이 웨이퍼의 표면을 덮게 되어 식각 후 웨이퍼에는 얼룩 등이 남게되는 등의 불완전 식각이 일어나게 된다.

응력이 불균일하게 내재된 웨이퍼는 이러한 건식 식각에서 뿐만이 아니라, 반도체 제조 공정의 각 공정 진행중에 여러 가지 문제점을 나타내게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 각 공정이 시작되기 전에 웨이퍼의 응력상태와 표면상태를 측정하여 응력이 균일하고 양호한 웨이퍼만을 가공함으로써, 웨이퍼에 내재된 불균일한 응력 때문에 발생되는 여러 가지 문제점을 방지할 수 있는 응력 측정장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 자기장을 이용한 건식 식각 장비(MERIE : Magnetic Enhanced Reactive Ion Etching) 챔버의 단면도,

도 2 본 발명에 따른 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치의 사시도,

도 3은 도 2의 "A"부분을 나타낸 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

16, 116 : 웨이퍼 20 : 웨이퍼 정렬기

21 : 요홈 22 : 레이저 센서

40 : 조절장치

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수 개의 웨이퍼가 수직으로 안착되어 웨이퍼의 양쪽 가장자리 부분이 지지되도록 복수 개의 요홈들이 형성되어 있고 그 요홈을 중심으로 서로 대향하는 발광부와 수광부로 구성된 레이저 센서가 장착되어 있는 웨이퍼 정렬기와, 레이저 센서와 전기적으로 연결되어 있는 조절장치를 포함하도록 하여 수직으로 삽입·안착된 웨이퍼의 응력상태와 표면상태를 측정할 수 있는 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치를 제공하는 데에 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 2 본 발명에 따른 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A부분을 확대도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치(50)는 웨이퍼 정렬기(20)와 조절장치(40)를 구비하고 있으며, 웨이퍼 정렬기(20)는 복수 개의 웨이퍼(16)가 수직으로 삽입·안착되어 정렬될 수 있는 복수 개의 요홈(21)들이 형성되어 있다. 이 웨이퍼 정렬기(20)는 요홈(21)을 중심으로 서로 대향하는 발광부(23)와 수광부(24)로 구성된 레이저 센서(22)가 장착되어 있어, 수직으로 삽입·안착된 웨이퍼(16)의 가장자리 부분에 대한 응력, 두께 및 표면상태를 측정할 수 있다.

이러한 레이저 센서(22)들은 일정하게 프로그램화된 조절장치(40)와 전기적으로 연결되어 있어 웨이퍼(16)로부터 감지된 값이 일정 값에서 벗어나게 되면, 경보를 발생시키게 된다.

그러므로, 각 공정을 진행한기 전에 불균일한 응력이 내재된 웨이퍼를 감지할 수 있기 때문에, 응력이 균일하고 양호한 웨이퍼에 대해서만 작업을 진행할 수 있게 된다.

상술했던 것과 같이 웨이퍼는 여러 공정을 거치면서 상당한 응력이 내재하게 되어 웨이퍼의 자체는 에너지가 높은 상태로 된다. 특히, 웨이퍼의 가장자리 부분은 이러한 응력 때문에 휘게 되는 현상이 발생하게 된다. 그에 따라 건식 식각시 웨이퍼의 가장자리는 내재된 응력성분에 의해서 웨이퍼 중심부분에 비해서 과도하게 식각이 되는 로딩효과가 발생될 수 있다. 그리고, 웨이퍼 가장자리에 형성된 포토레지스트가 버닝되는 현상이 발생하게 되고, 이러한 포토레지스트의 버닝에 의해서 폴리머의 입자들이 발생시켜 건식 식각되는 웨이퍼의 표면을 덮게 되어 완전한 식각 공정을 이룰 수 없게 된다.

그너나, 본 발명과 같이 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치를 사용하여 웨이퍼의 응력성분을 측정하여 웨이퍼를 판별하고, 양품으로 판별된 웨이퍼만을 가공함으로써, 건식 식각시 웨이퍼의 로딩 효과, 포토레지스트의 버닝 등은 사전에 방지될 수 있어 본 발명은 반도체 제품에 대한 생산성을 높일 수 있게 된다.

이러한 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치는 건식 식각 단계 전에만 사용될 수 있는 것이 아니라 박막 형성, 스퍼터링, 이온 주입 등의 각 공정 전후에도 적용되어 웨이퍼의 응력성분을 측정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 웨이퍼 가장자리 응력 측정 장치를 사용함으로써, 각 공정이 시작되기 전에 웨이퍼의 응력상태와 표면상태를 측정하여 응력이 균일하고 양호한 웨이퍼만을 가공할 수 있다. 그러므로, 웨이퍼에 내재된 불균일한 응력 때문에 발생되었던 여러 가지 문제점을 방지할 수 있기 때문에, 반도체 소자에 대한 생산성과 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있게 된다.

Claims

웨이퍼가 수직으로 안착되어 웨이퍼의 양쪽 가장자리 부분이 지지되도록 요홈이 형성되어 있고, 상기 요홈을 중심으로 서로 대향하도록 설치된 발광부와 수광부로 구성된 레이저 센서가 장착되어 있는 웨이퍼 정렬기;

상기 레이저 센서와 전기적으로 연결되어 있는 조절장치;를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 정렬기는 복수 개의 요홈이 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가장자리 응력 측정장치.