KR200363234Y1 - 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩 - Google Patents

Abstract

본 고안은 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩에 관한 것이다. 본 고안에서는, 웨이퍼의 박막두께를 측정하기 위한 기준데이타를 제공하는 다수개의 레퍼런스칩(25a)(25b)이 레퍼런스칩마운트(25)의 상면에 안착된다. 상기 레퍼런스칩(25a)(25b)은 대략 20Å정도의 두께를 가지는 박막이 상면에 형성되는 A칩(25a)과 수천Å정도의 두께를 가지는 박막이 상면에 형성되는 W칩(25b)으로 구성된다. 상기 A칩(25a)과 W칩(25b) 중 렌즈(24)를 통하여 램프의 빛이 조사되는 하나를 제외한 나머지는 상기 레퍼런스칩(25a)(25b)의 오염을 대비한 여분의 칩으로써, 보호커버에 의하여 차폐된다. 이와 같은 본 고안에 의하면, 레퍼런스칩의 오염에 대비하기 위한 여분의 칩이 구비됨으로써, 레퍼런스칩의 교체횟수를 감소시켜 생산성의 증진 및 생산비용의 절감을 이루어낼 수 있게 된다.

Description

웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩{Reference chip used in measuring film thickness of wafer}

본 고안은 반도체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩마운트에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조공정에서 웨이퍼의 상면에 정확한 두께로 박막을 형성하는 과정은 공정수행의 안정화를 위한 정확한 데이타의 측정이라는 측면에서 매우 중요하다. 이와 같은 박막두께를 측정하기 위한 장비는 크게 두 가지로 구분되는데, 그 하나는 반사광 분광분석기(Spectroscopic reflectrometry)이고, 다른 하나는 엘립소미터(Ellipsometry)이다.

반사광 분광분석기는 표면에 소정의 박막이 형성된 레퍼런스칩과 이보다 상대적으로 두꺼운 박막이 형성된 레퍼런스칩을 이용하여 측정하고자 하는 웨이퍼의 상면에 형성된 박막두께를 비교하여 박막두께를 측정하는 것이다. 본 명세서에서는 반사광 분광분석기에 대하여 설명한다.

도 1에는 종래 기술에 의한 박막두께 측정장치가 도시되어 있고, 도 2a 및 도 2b에는 도 1에 도시된 측정장치에 구비되는 레퍼런스칩마운트가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 박막두께 측정장치 본체(10)의 내부에는 웨이퍼(W)의 상면에 형성된 박막두께를 측정하기 위한 공간인 챔버(11)가 형성된다. 상기 챔버(11)의 일측에는 상기 웨이퍼(W)가 상기 챔버(11)의 내외부로 입출되는 웨이퍼로딩개구부(12)가 형성된다.

상기 챔버(11)의 내부에는 상기 웨이퍼(W)가 안착되는 웨이퍼스테이지(13)가 구비된다. 또한 상기 챔버(11)의 내부에는 상기 웨이퍼스테이지(13)에 안착된 상기 웨이퍼(W) 및 아래에서 설명할 레퍼런스칩(15a)(15b)(15b)에 램프(미도시)의 빛을 집광하여 조사하기 위한 렌즈(14)가 구비된다.

그리고 상기 웨이퍼스테이지(13)의 일측에는 레퍼런스칩마운트(15)가 구비된다. 상기 레퍼런스칩마운트(15)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 측정장치의 종류에 따라서 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 그 상면에는 다수개의 레퍼런스칩(15a)(15b)(15b)이 안착된다.

상기 레퍼런스칩(15a)(15b)(15b)은 그 상면에 상이한 두께의 박막이 형성되는 것으로, 상기 웨이퍼(W)의 박막두께를 측정하기 위한 기준데이타를 제공한다. 상기 레퍼런스칩(15a)(15b)(15b)은, 대략 20Å정도의 박막이 형성된 A칩(15a)과, 수천Å이상의 박막이 형성되는 W칩(15b)과, 대략 500Å내외의 박막이 형성된 R칩(15c)으로 구성될 수 있다.

여기서 상기 A칩(15a)과 W칩(15b)은 상기 웨이퍼(W)의 박막두께를 측정하기 위하여 비교대상이 되는 기준데이타를 제공한다. 그러나 상기 R칩(15c)은 상기 A칩(15a)의 오염(contemination) 정도를 측정하기 위한 데이타를 제공하는 것으로, 데이타의 측정 및 분석이 곤란하여 상기 웨이퍼(W)의 박막두께를 측정하기 위한 공정에서는 실제로는 사용되지 않는다.

상기 웨이퍼로딩개구부(12)에 인접하는 상기 본체(10)의 일측에는 웨이퍼핸들링스테이션(17)이 구비된다. 상기 웨이퍼핸들링스테이션(17)은 상기 웨이퍼(W)를 상기 웨이퍼로딩개구부(12)를 통하여 상기 챔버(11)의 내외로 운반하는 역할을 한다.

그리고 상기 챔버(11)의 하방에 해당하는, 상기 본체(10)의 내부에는 측정장치를 동작시켜서 상기 웨이퍼(W) 및 레퍼런스칩(15a)(15b)에서 측정된 데이타를 수집, 분석하기 위한 각종 부품이 구비되는 컨트롤부(18)가 구비된다. 또한 상기 본체(10)의 상부에는 상기 컨트롤부(18)에서 분석된 데이타를 외부로 표시하는 모니터(19)가 설치된다.

이와 같은 종래 기술에 의한 박막두께 측정장치에 의하여 웨이퍼의 상면에 형성된 박막두께를 측정하는 과정은 다음과 같다.

먼저 상기 웨이퍼(W)를 상기 챔버(11)의 내부로 운반하고, 상기 램프의 빛을 상기 렌즈(14)를 통하여 집광시켜서 상기 웨이퍼(W)에 조사한다. 그리고 상기 웨이퍼(W)에서 반사되는 빛의 강도곡선, 즉 스펙트럼 응답곡선(Spectral response curve)을 측정한다. 이때 상기 웨이퍼(W)의 박막표면에서 반사된 빛과 상기 웨이퍼(W)와 박막 사이의 계면에서 반사된 빛이 결합하여 서로 보강간섭(Constructive interference)과 상쇄간섭(Destructive interference)을 일으킨다.

이와 같은 간섭으로 인하여 상기 웨이퍼(W)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 응답곡선에서 최대값과 최소값이 측정된다. 그런데 상기 웨이퍼(W)의 박막두께가 두꺼울수록 스펙트럼 응답곡선의 최대값과 최소값의 차이는 더욱 커지게 된다. 따라서 상기 웨이퍼(W)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 응답곡선의 최대, 최소값을동일한 방법으로 상기 레퍼런스칩(15a)(15b)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 응답곡선의 최대, 최소값과 비교함으로써 박막두께를 계산하게 된다.

그러나 이와 같은 종래 기술에 의한 웨이퍼의 박막두께 측정장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.

상술한 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)의 박막두께를 측정하는 경우에, 상기 웨이퍼(W)에 잔류하는 각종 불순물, 예를 들면, 에칭공정에서 상기 웨이퍼(W)에 잔류할 수 있는 브롬(Br) 등과 같은 물질 상기 챔버(11)의 내부로 유입된다. 이와 같은 불순물은 상기 렌즈(14) 또는 레퍼런스칩(15a)(15b)(15b)을 오염시켜서 측정하는 데이타의 신뢰성을 저하시키게 된다.

따라서 이를 방지하기 위하여, 종래에는 상기 레퍼런스칩마운트(15)를 분리하여 상기 레퍼런스칩(15a)(15b)(15c)을 주기적으로 세정한다. 이와 같이 상기 레퍼런스칩(15a)(15b)(15c)을 분리하여 세정하는 작업을 수행하는 동안에는 상기 웨이퍼(W)의 박막두께를 측정할 수 없으므로, 이는 생산성의 저하를 야기하게 된다.

또한 상기 레퍼런스칩(15a)(15b)(15c)중 어느 하나 또는 일부가 오염되면, 오염된 레퍼런스칩(15a)(15b)(15c)만 교체하는 것이 아니라, 상기 레퍼런스칩마운트(15) 전체를 교체하여야 한다. 따라서 반도체의 생산비용이 증가하게 된다.

본 고안은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 생산성을 증가시킬 수 있도록 구성되는 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩을 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은, 반도체의 생산비용을 저감시킬 수 있도록 구성되는 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 웨이퍼의 박막두께 측정장치를 보인 부분절결도.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 측정장치에 구비되는 레퍼런스칩마운트를 보인 평면도.

도 3은 본 고안에 의한 레퍼런스칩마운트의 바람직한 실시예가 구비되는 웨이퍼의 박막두께 측정장치를 보인 부분절결도.

도 4는 본 고안에 의한 레퍼런스칩마운트의 바람직한 실시예를 보인 평면도.

도 5는 본 고안에 의한 레퍼런스칩마운트의 다른 실시예를 보인 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20: 본체 21: 챔버

22: 웨이퍼로딩개구부 23; 웨이퍼스테이지

24: 렌즈 25: 레퍼런스칩마운트

25a: A칩 25b: W칩

27: 웨이퍼핸들링스테이션 28: 컨트롤부

29: 모니터 31: 공기정화부

33: 연결호스 35: 37: 아답타

W: 웨이퍼

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 의하면, 본 고안은, 웨이퍼와 레퍼런스칩에 빛을 조사하고, 상기 웨이퍼와 레퍼런스칩으로부터 각각 반사되는 반사광으로부터 측정되는 데이타를 분석하여 상기 웨이퍼의 박막두께를 측정하는 웨이퍼의 박막두께 측정장치에 있어서; 상기 레퍼런스칩은 소정의 두께로 박막이 형성되는 칩과 이와 상이한 두께의 박막이 형성되는 칩으로 구성되고, 상기 레퍼런스칩과 동일한 두께의 박막이 각각 형성되는 다수개의 여분의 칩이 더 구비됨을 특징으로 한다.

상기 레퍼런스칩은 레퍼런스칩마운트의 상면에 안착됨을 특징으로 한다.

상기 레퍼런스칩 중 여분의 칩은 보호커버에 의하여 차폐됨을 특징으로 한다.

이와 같은 본 고안에 의하면, 웨이퍼의 박막두께를 측정하기 위한 레퍼런스칩의 교체 또는 분리횟수가 감소되는 이점이 있다.

이하에서는 이와 같이 구성되는 본 고안에 의한 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 고안에 의한 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩의 바람직한 실시예가 구비된 측정장치가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시된 실시예의 평면이 도시되어 있으며, 도 5에는 본 고안에 의한 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩의 다른 실시예의 평면이 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 박막두께 측정장치 본체(20)의 내부에 구비되는 챔버(21)의 전면 일측에는 웨이퍼로딩개구부(22)가 구비된다. 상기 웨이퍼로딩개구부(22)는 웨이퍼(W)가 입출되는 통로역할을 하는 동시에 아래에서 설명할 공기유동부에 의하여 상기 챔버(21)의 내부로 전달되는 공기가 외부로 배출되는 통로역할도 한다.

상기 챔버(21)의 내부에는, 상기 웨이퍼(W)가 안착되는 웨이퍼스테이지(23)와, 램프(미도시)의 빛을 집광시켜서 상기 웨이퍼(W)에 조사하기 위한 렌즈(24)가 구비된다. 또한 상기 챔버(21)의 내부에는 다수개의 레퍼런스칩(25a)(25b)이 상면에 안착되는 레퍼런스칩마운트(25)가 구비된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 레퍼런스칩(25a)(25b)은 상면에 형성되는 박막두께가 서로 상이한 다수개의 A칩(25a)과 W칩(25b)으로 구성된다. 상기 A칩(25a)의 상면에는 대략 20Å정도의 두께를 가지는 박막이 형성된다. 그리고 상기 W칩(25b)의 상면에는 상기 A칩(25a)에 비하여 상대적으로 두꺼운, 수천Å정도의 두께를 가지는 박막이 형성된다.

여기서 상기 A칩(25a)과 W칩(25b)의 개수는 측정장치의 종류에 따른 상기 레퍼런스칩마운트(25)의 형상에 따라서 결정된다. 예를 들면, 상기 레퍼런스칩마운트(25)의 형상이 도 4에 도시된 바와 같이, 대략 직육면체형상인 경우에는, 4개의 A칩(25a)과 2개의 W칩(25b)이 구비될 수 있다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이,상기 레퍼런스칩마운트(25)의 형상이 대략 마름모형상에 가까운 경우에는 2개의 A칩(25a)과 1개의 W칩(25b)이 구비될 수 있다.

상기 A칩(25a) 중 어느 하나와 상기 W칩(25b) 중 어느 하나는 상기 렌즈(24)를 통하여 조사되는 램프의 빛을 각각 반사하여 상기 웨이퍼(W)의 박막두께를 측정하기 위한 기준데이타를 제공한다. 그리고 상기 A칩(25a)의 나머지와 상기 W칩(25b)의 나머지는 오염을 대비한 여분의 칩으로써, 보호커버(미도시)에 의하여 차폐되는데, 보호커버로는 접착테이프 등이 사용될 수 있다.

한편 상기 웨이퍼로딩개구부(22)에 인접하는 상기 본체(20)의 일측에는, 상기 웨이퍼(W)를 웨이퍼로딩개구부(22)를 통하여 상기 챔버(21)의 내외부로 운반하기 위한 웨이퍼핸들링스테이션(27)이 구비된다. 또한 상기 본체(20)에는, 상기 웨이퍼(W) 및 레퍼런스칩(25a)(25b)에서 측정된 데이타를 수집, 분석하고, 수집, 분석된 데이타를 외부로 표시하기 위한 컨트롤부(28)와 모니터(29)가 구비된다.

그리고 상기 챔버(21)의 내부로 공기를 유동시키기 위한 공기유동부(미도시)가 구비된다. 상기 공기유동부는 상기 웨이퍼(W)와 함께 상기 챔버(21)의 내부로 유입되는 이물질을 챔버(21)의 외부로 배출하기 위한 것으로, 예를 들면, 송풍팬과 이를 구동시키기 위한 모터로 구성될 수 있다. 상기 공기유동부는 상기 챔버(21)의 내부로 공기가 유입되는 유입부 또는 상기 챔버(21)의 외부로 공기가 배출되는 배출부에 구비될 수 있다.

또한 상기 공기유동부에 의하여 상기 챔버(21)의 내부로 유동되는 공기 중의 각종 이물질을 정화하기 위하여 공기정화부(31)가 구비된다. 그리고 상기 공기정화부(31)에서 정화된 공기를 상기 챔버(21)의 내부로 전달하기 위하여 연결호스(33)가 구비된다.

상기 연결호스(33)의 양단부는 아답타(35)(37)에 의하여 상기 챔버(21)의 일측과 상기 공기정화부(31)의 일측에 각각 연결된다. 여기서 상기 연결호스(33)는 상기 웨이퍼로딩개구부(22)에서 최대한 이격되는 상기 챔버(21)의 후면 일측에 연결되는 것이 바람직하다.

한편 상기 챔버(21)의 내부로 정회된 공기를 대신하여 반응성이 낮은 비활성기체를 공급할 수 있다. 이와 같이 상기 챔버(21)의 내부에 비활성기체를 공급하는 것은, 상기 웨이퍼(W)에 의하여 상기 챔버(21)의 내부로 유입되는 이물질이 특히 에칭공정에서 상기 웨이퍼(W)에 잔류할 수 있는 물질 중 하나인 브롬(Br)과 같이 반응성이 좋은 할로겐족의 물질인 경우에 상기 챔버(21)의 내부에서 화학반응이 일어나는 것을 방지하기 위함이다.

다음으로 이와 같이 구성되는 본 고안에 의한 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩의 작용을 설명한다.

먼저 상기 웨이퍼핸들링스테이션(27)에 의하여 상기 웨이퍼(W)가 상기 웨이퍼로딩개구부(22)를 통하여 상기 챔버(21)의 내부로 운반된다. 이와 같이 상기 챔버(21)의 내부로 운반된 상기 웨이퍼(W)는 상기 웨이퍼스테이지(23)의 상면에 안착된다.

그리고 상기 웨이퍼(W)가 상기 웨이퍼스테이지(23)의 상면에 안착된 상태에서, 상기 렌즈(24)를 통하여 램프의 빛을 집광시켜서 상기 웨이퍼(W)와레퍼런스칩(25a)(25b)에 조사한다. 이와 같이 조사된 빛은 상기 웨이퍼(W)와 레퍼런스칩(25a)(25b)의 박막표면에서 각각 반사되고, 또한 상기 웨이퍼(W)와 레퍼런스칩(25a)(25b)과 각각의 박막 사이에서 각각 반사되면서 서로 보강간섭과 상쇄간섭을 일으킨다.

이와 같은 간섭에 의한 상기 웨이퍼(W)와 레퍼런스칩(25a)(25b)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 응답곡선에서 각각의 최대값과 최소값을 측정한다. 그리고 측정된 데이타를 비교, 분석하여 상기 웨이퍼(W)의 박막두께를 계산하게 된다. 이때 상기 웨이퍼(W)의 박막두께 측정에 실질적으로 사용되지 않는 여분의 레퍼런스칩(25a)(25b)은 보호커버에 의하여 차폐된다.

한편 상기 공기유동부에 의하여 유동되는 공기가 상기 공기정화부(31)에 의하여 정화되어 상기 챔버(21)의 내부로 공급된다. 이와 같이 상기 챔버(21)의 내부로 공급된 공기는 상기 웨이퍼(W)와 함께 상기 챔버(21)의 내부로 유입된 이물질을 포함한 상태에서 상기 웨이퍼로딩개구부(22)를 통하여 외부로 배출된다.

따라서 상기 챔버(21)의 내부로 유입되는 이물질에 의하여 상기 렌즈(24)나 레퍼런스칩(25a)(25b)이 오염되는 현상이 방지될 수 있게 된다. 특히 상기 챔버(21)의 내부로 비활성기체를 공급하게 되면, 상기 웨이퍼(W)와 함께 상기 챔버(21)의 내부로 유입되는 이물질과의 화학반응이 일어나는 현상도 효율적으로 방지할 수 있게 된다.

또한 상기 레퍼런스칩(25a)(25b) 중 실제로 상기 웨이퍼(W)의 박막두께 측정에 사용되는 A칩(25a) 또는 W칩(25b)이 이물질에 의하여 오염되는 경우에는, 먼저상기 레퍼런스칩(25a)(25b) 중 여분의 A칩(25a) 또는 W칩(25b)을 차폐하는 상기 보호커버를 제거한다. 그리고 이와 같이 여분의 A칩(25a) 또는 W칩(25b)에 상기 렌즈(24)를 통하여 램프의 빛이 조사되도록 하여 상기 웨이퍼(W)의 박막두께 측정에 필요한 데이타를 수집한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은, 레퍼런스칩마운트의 상면에 소정의 두께를 가지는 박막이 형성되는 대수개의 레퍼런스칩과 이와 상이한 두께의 박막이 형성되는 다수개의 레퍼런스칩이 구비되는 것을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 고안의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 고안의 권리범위는 첨부한 실용신안등록청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

이와 같이 구성되는 본 고안에 의한 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩에 의하면 다음과 같은 효과가 개대된다.

먼저 서로 상이한 두께의 박막이 형성되는 레퍼런스칩이 레퍼런스칩마운트에 각각 다수개가 구비됨으로써 어느 하나가 오염되더라도 오염되지 않은 다른 칩을 사용함으로써, 레퍼런스칩이나 부품의 교체 또는 세정으로 인한 작업의 중단이 방지되어 전체적인 생산성을 증진시킬 수 있게 된다.

또한 레퍼런스칩의 교체를 위하여 상기 레퍼런스칩이 구비되는 레퍼런스칩마운트의 교환횟수를 감소시킴으로써 반도체의 생산비용을 저감시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 웨이퍼와 레퍼런스칩에 빛을 조사하고, 상기 웨이퍼와 레퍼런스칩으로부터 각각 반사되는 반사광으로부터 측정되는 데이타를 분석하여 상기 웨이퍼의 박막두께를 측정하는 웨이퍼의 박막두께 측정장치에 있어서;

   상기 레퍼런스칩은 소정의 두께로 박막이 형성되는 칩과 이와 상이한 두께의 박막이 형성되는 칩으로 구성되고, 상기 레퍼런스칩과 동일한 두께의 박막이 각각 형성되는 다수개의 여분의 칩이 더 구비됨을 특징으로 하는 웨이퍼의 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레퍼런스칩은 레퍼런스칩마운트의 상면에 안착됨을 특징으로 하는 웨이퍼 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 레퍼런스칩 중 여분의 칩은 보호커버에 의하여 차폐됨을 특징으로 하는 웨이퍼 박막두께 측정에 사용되는 레퍼런스칩.