KR20000073640A - 도핑 프로파일 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도핑 프로파일 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 웨이퍼에 메탈 컨택을 형성한 다음, 그 메탈 컨택에 4탐침을 연결한 후, 웨이퍼를 후면에서부터 연속적으로 연마하면서 4탐침에 연결된 검출기에서 전기적 특성을 연속적으로 검출하고, 그와 같이 검출된 전기적 특성에 의거하여 마이컴에서 도핑 프로파일을 분석함으로써, 보다 저가의 장비에 의해서 도핑 프로파일을 정확하고 용이하게 검출할 수 있는 효과를 얻을 수 있도록 구성되어 있다.

Description

도핑 프로파일 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND FOR MEASURING DOPING PROFILE}

본 발명은 도핑된 불순물의 도핑 프로파일(doping profile)을 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 웨이퍼 연마 장치를 이용한 도핑 프로파일 측정 장치에 관한 것이다.

주지하다시피, 불순물의 분포는 반도체 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 미치기 때문에, 확산이나 이온 주입 등에 의한 불순물의 도핑 후에는 불순물의 도핑 프로파일을 측정하는 공정이 수반된다.

그와 같은 도핑 프로파일의 측정은, 통상적으로 SIMS(secondary ion masstransport scope) 장비나 4탐침(four point prove)에 의해서 이루어졌었다.

그와 같은 도핑 프로파일 측정 장비중에서, SIMS 장비를 사용한 도핑 프로파일의 측정 방법은, 불순물이 도핑된 웨이퍼 상에 에너지를 인가하여 배열된 원자들의 이동 상태를 스펙트럼으로 체크하여, 실제 도핑된 불순물의 수를 직접 계수하여 도핑 프로파일을 측정함으로써, 도핑 프로파일을 보다 정확히 측정할 수 있는 장점이 있는 반면, 장비의 가격이 비싸고, 고진공이 요구되며, 10^-15이하의 도핑 농도에 대해서는 측정하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 4탐침을 이용한 도핑 프로파일의 측정 방법은, 매층마다 스퍼터링(sputtering) 기법 등을 통해서 접촉 저항(ohmic contact)을 형성한후, 전기적으로 전류-전압(I-V) 측정을 반복하여 측정하는데, 저가의 장비에 의해서 도핑 프로파일을 측정할 수 있는 장점이 있는 반면; 매층마다 접촉 저항을 형성해야 하는 번거로움이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 저가의 장비에 의해서 불순물 프로파일을 정확하고 용이하게 측정할 수 있는 도핑 프로파일 측정 장비를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일관점에서는, 웨이퍼에 도핑된 불순물의 도핑 프로파일을 측정하는 장치에 있어서, 상기 웨이퍼의 전체 두께에 대해서 순차적으로 연마하는 웨이퍼 연마 수단; 상기 웨이퍼에 전기적으로 접촉되어, 상기 웨이퍼의 전기적 특성을 검출하는 전기적 특성 검출 수단; 상기 전기적 특성 검출부로부터 검출된 전기적 특성으로부터 도핑 프로파일을 분석하는 마이컴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 도핑 프로파일 측정 장치를 제공한다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본발명의 다른 관점에서는, 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 수단, 웨이퍼의 전기적 특성 검출 수단을 구비한 도핑 프로파일 측정 장치를 이용해서 도핑 프로파일을 측정하는 방법에 있어서, 도핑 프로파일을 측정할 웨이퍼의 도핑 영역을 포함하여 깊이 방향으로 1개 이상의 메탈 컨택을 형성하는 단계; 상기 웨이퍼에 형성된 메탈 컨택과 상기 전기적 특성 검출 수단이 전기적으로 접촉되도록 상기 웨이퍼를 상기 도핑 프로파일에 탑재하는 단계; 상기 웨이퍼의 후면에서부터 순차적으로 연마함과 동시에 상기 전기적 특성 검출 수단을 통해서 상기 웨이퍼의 전기적 특성을 연속적으로 검출하는 단계; 상기 연속적으로 검출된 전기적 특성으로부터 도핑 프로파일을 분석하고 표시하는 단계를 포함하는 도핑 프로파일 측정방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따라서 도핑 영역에 메탈 컨택이 형성된 테스트 웨이퍼의 단면 및 평면도,

도 2는 본 발명에 따른 도핑 프로파일 측정 장치를 도시한 시스템 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 웨이퍼 20 : 도핑 영역

30 : 메탈 컨택 100 : 웨이퍼 연마 수단

110 : 연마부 120 : 웨이퍼 탑재부

130 : 흡착부 200 : 전기적 특성 검출 수단

210 : 탐침 220 : 전원 공급원

230 : 검출기 240 : 마이컴

이하, 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 도핑 프로파일 측정 장치 및 그 방법에 대해서 바람직한 일실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 실시예에서는 웨이퍼의 전기적 특성을 검출하는 수단으로 통상적으로 사용되는 4탐침을 사용하고, 연마수단으로는 화학적 기계 연마 장비(CMP : chemical mechanical polisher)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라서 도핑 영역에 메탈 컨택이 형성된 테스트 웨이퍼의 단면 및 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 도핑 프로파일 측정 장치를 도시한 시스템 구성도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따라서 도핑 프로파일을 측정하기 위해서는, 웨이퍼(10)의 도핑 영역(20)을 깊이 방향으로 관통하는 메탈 컨택(metal contact)(30)이 형성된다. 즉, 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따라서 4탐침으로 웨이퍼의 전기적 특성을 검출하기 위해서, 웨이퍼(10)에 불순물이 도핑된 도핑 영역(20)을 관통하여 그 도핑 영역에 전기적 접촉을 이루는 메탈 컨택(30)을 4개 영역에 형성한다. 이때, 메탈 컨택(30)의 깊이는 도 1b에 도시된 바와 같이 최소한 도핑 영역(20)을 포함하는 깊이로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

그 다음, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 도핑 프로파일 측정 장비는, 크게 웨이퍼 연마 수단(100번대의 참조 번호, 예를 들어, 110, 120 등을 부여한 각 구성부재로 이루어지는 웨이퍼 연마 수단), 전기적 특성 검출 수단(200번대의 참조 번호, 예를 들어, 110, 120 등을 부여한 각 구성부재로 이루어지는 전기적 특성 검출 수단), 마이컴(240)으로 구성되며, 그 각 구성 부재의 구성 및 기능은 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼 연마 수단(100)은 통상적인 연마 장비, 예를 들어, 화학적 기계 연마 장비를 사용하며, 웨이퍼(10)를 연마하기 위한 연마부(110), 웨이퍼(10)를 탑재하는 탑재부(120), 웨이퍼(10)를 웨이퍼 탑재부(120)에 고정시키기 위한 흡착부(130)를 포함하여 구성된다.

연마부(110)는 표면에 경도가 큰 재료가 부착되어 있어, 웨이퍼(10)의 표면 (본 실시예에서는, 웨이퍼(10)의 후면)에 접착되어, 웨이퍼(10)를 순차적으로 연마한다.

웨이퍼 탑재부(120)는 도핑 프로파일을 측정할 웨이퍼(10)가 탑재되는 부분으로서, 웨이퍼(10)의 파손을 방지하기 위해서 완충 재료로 형성되며, 그 내부에는 전기적 특성 검출 수단(200)이 장착된다.

흡착부(130)는 진공 챔버(vacuum chamver)등으로 구성되어, 웨이퍼(10)가 웨이퍼 탑재부(120)에 고정될 수 있도록 흡착한다.

그 밖에, 웨이퍼 연마 수단(100)은 연마에 사용되는 슬러리(slurry) 등을 제거하기 위한 세정부 및 건조부(clean and dry system) 등이 더 구비되지만, 본 발명에서는 도시 생략하기로 한다.

전기적 특성 검출 수단(200)은 통상적으로 불순물 도핑의 평가에 사용되는 4개의 탐침(210), 전원 공급원(220), 검출기(예를 들어, 전류계 또는 전압계)(230)으로 구성되며, 그 중에서 최소한 4탐침이 웨이퍼 탑재부(120)에 장착되어, 웨이퍼 탑재부(120)에 탑재되는 웨이퍼(10)의 메탈 컨택과 각각 전기적으로 접촉된다.

전원 공급원(220)은 4개의 탐침(210)중에서 2개의 탐침(210)에 웨이퍼(10)의 전기적 특성을 검출하기 위한 전원을 공급한다.

검출기(230)는 전원이 공급되는 2개의 탐침(210) 외에 나머지 2개의 탐침(210)에 전기적으로 접속되고, 2개의 탐침(210)에 전원이 공급된 다음, 나머지먼지 2개의 탐침(210)로부터 검출되는 전기적 특성(즉, 전류 또는 전압)을 검출하고, 그 검출 결과를 마이컴(240)에 제공한다.

마이컴(240)은 전기적 특성 검출수단(200)으로부터 검출된 전기적 특성으로부터 도핑 프로파일을 분석하고, 그 분석된 도핑 프로파일을 도시 생략한 표시 수단(예를 들어, 모니터) 등을 통해서 출력되도록 신호 처리한다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 도핑 프로파일 측정 장치를 사용해서 도핑 프로파일을 측정하는 방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 통상적인 리쏘그래피(lithography) 기법이나 리프트 오프(lift-off) 기법을 사용해서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 도핑 프로파일을 측정하고자 하는 웨이퍼(10)에 메탈 컨택(30)을 형성한다. 이때, 메탈 컨택(30)은 최소한 도핑 영역(20)의 깊이 이상으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

상술한 바와 같이 웨이퍼(10)에 메탈 컨택(30)이 형성되고 나면, 그와 같이 메탈 컨택(30)이 형성된 웨이퍼(10)를 웨이퍼 연마 수단(100)의 웨이퍼 탑재부(120)에 탑재한다. 이때, 웨이퍼(10)의 탑재 방향은 도핑 영역(20)이 웨이퍼 탑재부(120)측으로 향하고, 웨이퍼(10)의 후면이 연마부(110)측으로 향하도록 한다. 이어서, 흡착부(130)에 의해서 웨이퍼(120)를 웨이퍼 탑재부(120)에 고정시킨 다음, 4개의 탐침(210) 각각을 웨이퍼(10)에 형성된 메탈 컨택(30)에 연결한다.

그 다음, 연마부(110)를 구동하여 웨이퍼(10)의 후면에서부터 순차적으로 연마함과 동시에, 전원 공급원(220)에서 2개의 탐침(210)에 전원을 공급하면서, 검출기(230)에 의해서 나머지 2개의 탐침을 통해서 웨이퍼(10)의 전기적 특성을 연속적으로 검출하고, 그 검출된 전기적 특성을 마이컴(300)에 제공한다.

마이컴(240)에서는 검출기(230)로부터 제공되는 전기적 특성으로부터 도핑 프로파일을 분석하고, 그 분석된 도핑 프로파일을 도시 생략한 표시 수단을 통해서 표시할 수 있도록 신호 처리한다. 이때, 탐침에 의해서 검출되는 전기적 특성으로부터 도핑 프로파일을 검출하는 과정은 당업자에 의해서 주지된 사실이므로 그 상세한 설명은 생략한다. 한편, 본 발명에서는 기판으로 인한 평가 오류를 최소화하기 위해서 웨이퍼의 후면으로부터 측정하는 바, 그 측정되는 도핑 프로파일은 일반적으로 4탐침에 의해서 분석되는 도핑 프로파일과는 반대의 형태로 검출되는데, 이는 마이컴(240)의 신호처리 과정에 의해서 통상적인 형태의 도핑 프로파일로 표시할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명에 따르면, 웨이퍼의 순차적으로 연마함과 동시에 컨택 메탈을 통해서 전기적 특성을 연속적으로 검출하여 도핑 프로파일을 검출하므로, 도핑 프로파일을 검출하는 과정이 용이하고, 웨이퍼의 후면으로부터 도핑 프로파일을 측정하므로 기판에 의해서 받을 수 있는 평가 오류를 최소화하여 도핑 프로파일을 정확히 측정할 수 있을 뿐만 아니라, SIMS 장비에 비해서 저가로 구성할 수 있으므로, 도핑 프로파일을 측정하는 데 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 웨이퍼에 도핑된 불순물의 도핑 프로파일을 측정하는 장치에 있어서,

   상기 웨이퍼의 전체 두께에 대해서 순차적으로 연마하는 웨이퍼 연마 수단;

   상기 웨이퍼에 전기적으로 접촉되어, 상기 웨이퍼의 전기적 특성을 검출하는 전기적 특성 검출 수단;

   상기 전기적 특성 검출부로부터 검출된 전기적 특성으로부터 도핑 프로파일을 분석하는 마이컴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 도핑 프로파일 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 연마 수단은,

   상기 웨이퍼의 표면에 접촉되어 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마부;

   상기 웨이퍼가 탑재되는 웨이퍼 탑재부,

   상기 웨이퍼를 상기 웨이퍼 탑재부에 고정시키기 위한 흡착부를 구비하고,

   상기 웨이퍼 장착기내에 상기 전기적 특성 검출 수단이 장착되는 것을 특징으로 하는 도핑 프로파일 측정 장치.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 전기적 특성 검출 수단은,

   상기 웨이퍼에 형성된 메탈 컨택과 전기적 접촉을 이루는 4탐침;

   상기 4탐침중 2개의 탐침에 전원을 공급하는 전원 공급원;

   상기 전원이 공급되는 2개의 탐침과 다른 나머지 2개의 탐침을 통해서 검출되는 전류 또는 전압의 전기적 특성을 검출하는 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 도핑 프로파일 측정장치.
4. 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 수단, 웨이퍼의 전기적 특성 검출 수단을 구비한 도핑 프로파일 측정 장치를 이용해서 도핑 프로파일을 측정하는 방법에 있어서,

   도핑 프로파일을 측정할 웨이퍼의 도핑 영역을 포함하여 깊이 방향으로 1개 이상의 메탈 컨택을 형성하는 단계;

   상기 웨이퍼에 형성된 메탈 컨택과 상기 전기적 특성 검출 수단이 전기적으로 접촉되도록 상기 웨이퍼를 상기 도핑 프로파일에 탑재하는 단계;

   상기 웨이퍼의 후면에서부터 순차적으로 연마함과 동시에 상기 전기적 특성 검출 수단을 통해서 상기 웨이퍼의 전기적 특성을 연속적으로 검출하는 단계;

   상기 연속적으로 검출된 전기적 특성으로부터 도핑 프로파일을 분석하고 표시하는 단계를 포함하는 도핑 프로파일 측정방법.