KR20050008222A - 이온 도즈량 측정 장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼에 형성된 제1산화막 두께를 측정하고 상기 제1산화막 두께에 의한 이온 도즈량 오차를 보정하기 위한 이온 도즈량 측정 장치가 개시되어 있다. 상기 장치에는 상기 웨이퍼가 놓여지는 스테이지의 일측에 일정 두께의 제2산화막이 형성된 기준 시료가 구비된다. 레이저는 상기 기준 시료 및 상기 웨이퍼에 각각 레이저빔을 조사하고, 검출부에서는 상기 기준 시료 및 상기 웨이퍼로부터 반사되는 상기 레이저빔의 세기를 각각 검출하고, 프로세서는 이를 이용하여 상기 웨이퍼의 제1산화막 두께 및 상기 웨이퍼의 이온 도즈량을 측정한다. 또한 프로세서는 상기 제1산화막 두께에 따라 상기 웨이퍼에 주입된 이온 도즈량을 보정한다. 상기 기준 시료가 상기 측정 장치의 내부에 구비되므로 상기 제1산화막 두께에 따른 이온 도즈량 오차를 실시간으로 보정하고, 상기 웨이퍼에 주입되는 이온 도즈량을 일정하게 유지한다.

Description

이온 도즈량 측정 장치{Apparatus for measuring ion dose of a wafer}

본 발명은 반도체 장치를 제조하는데 사용되는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼에 이온을 주입한 후에 주입된 이온 도즈량을 측정하는데 사용되는 이온 도즈량 측정 장치에 관한 것이다.

반도체소자 제조 공정에서, 이온 주입은 실리콘 웨이퍼에 전기적 특성을 부여하기 위해 불순물을 첨가하는 물리적 방법으로서, 필요한 종류의 불순물 이온을 필요한 양만큼 선택 가속하여 웨이퍼의 필요한 부분에 선택적으로 필요한 깊이만큼 주입하는 기술이다.

이온주입의 방법은 열 확산법에 비해 측면으로 불순물이 퍼지는 현상이 적고, 저온 공정이 가능하여 포토레지스트를 손상하지 않고 도핑된 영역을 정교하게 형성할 수 있는 등, 열 확산법의 한계를 극복할 수 있는 특징을 갖고 있어 최근 반도체 제조 분야에 많이 활용되고 있다.

반도체 소자 제조 공정에서는 일관성 있는 생산품을 얻기 위해 전술한 이온주입 공정시에 주입된 이온 도즈량을 규정하고 있는 바, 샘플링 웨이퍼 또는 생산 전량의 웨이퍼에 주입된 이온 도즈량을 측정하고 있다.

대한 민국 공개 특허 제2001-0004062호에는 웨이퍼에 작용하는 아르곤 레이저 빔의 파워를 모니터링할 수 있는 이온 도즈량 측정 장치에 대한 일실시예가 개시되어 있다.

상기와 같이 이온 도즈량을 측정하기 위해 주로 패턴(Pattern)이 형성되지 않은 베어 웨이퍼(Bare Wafer)에 산화막을 형성하고 상기 베어 웨이퍼 내에 이온을 주입시킨 기준 시료를 이용한다. 상기 산화막은 이온 주입 후의 웨이퍼 상에서채널링(channeling) 현상을 방지하는 효과가 있다. 상기 기준 시료 및 상기 웨이퍼에 각각 레이저빔을 조사하고 상기 기준 시료 및 상기 웨이퍼로부터 반사되는 레이저빔을 각각 검출하여 상기 웨이퍼에 형성된 상기 산화막의 두께를 측정한다. 다음으로 상기 산화막에 의해 발생되는 상기 레이저빔의 반사 오차를 보정하여 정확한 이온 도즈량을 산출한다.

그러나 상기와 같이 베어 웨이퍼 형태의 기준 시료를 사용하여 이온 도즈량을 측정하는 경우에는 기준 시료 준비, 설비 배열, 기준 시료 측정, 측정 결과를 이용한 연산 등의 과정을 거치게 되어 각 단계별로 작업자에 따른 오차가 발생한다. 또한 웨이퍼가 구비되는 설비 내부의 환경과 베어 웨이퍼의 기준 시료가 구비되는 설비 외부 환경의 차이로 인해 상기 베어 웨이퍼 기준 시료에 자연 산화막이 더 형성되어 산화막의 두께가 두꺼워지게 되는 등 상기 기준 시료의 물성이 변화되어 상기 웨이퍼에 형성된 산화막의 두께를 정확하게 측정할 수 없다. 따라서 상기 웨이퍼의 이온 도즈량을 정확하게 측정할 수 없다. 또한 상기 기준 시료와 상기 웨이퍼가 떨어져 있으므로 상기 웨이퍼의 산화막에 의한 오차를 실시간으로 보정할 수 없다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼에 형성된 산화막 두께를 측정하고 상기 산화막 두께에 따른 상기 이온 도즈량 측정 오차를 보정하기 위한 이온 도즈량 측정 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이온 도즈량 측정 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 기준 시료가 부착된 이온 도즈량 측정 장치의 스테이지를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 스테이지를 설명하기 위한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 헬륨네온 레이저 112 : 제1셔터

114 : 제1터닝미러 116 : 필터

118 : 제2터닝미러 120 : 아르곤 레이저

122 : 제2셔터 130 : 스테이지

140 : 검출부 150 : 프로세서

160 : 레퍼런스 블록 170 : 기준 시료

180 : 대물렌즈 W : 웨이퍼

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1산화막이 형성된 상태에서 이온이 주입된 웨이퍼가 놓여지기 위한 스테이지와, 제2산화막이 형성되어 있으며, 상기 스테이지 상에 지지된 웨이퍼의 일측에서 상기 스테이지 상에 배치되고, 상기 웨이퍼 상에 형성된 제1산화막의 두께 측정을 위한 기준 시료와, 상기 기준 시료 및 상기 웨이퍼에 각각 레이저빔을 조사하기 위한 레이저와, 상기 웨이퍼로부터 반사되는 레이저의 제1세기(intensity)와 상기 기준 시료로부터 반사되는 레이저의 제2세기를 각각 검출하기 위한 검출부 및 상기 제1세기와 상기 제2세기를 이용하여 상기 웨이퍼의 제1산화막 두께를 측정하고, 측정된 제1세기를 분석하여 상기 웨이퍼에 주입된 이온의 도즈량을 측정하며, 측정된 제1산화막 두께에 따라 상기 측정된 이온의 도즈량을 보정하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이온 도즈량 측정 장치를 제공한다.

상기 이온 도즈량 측정 장치에는 상기 스테이지 상에 지지된 웨이퍼의 일측에서 상기 스테이지 상에 배치되고, 상기 레이저의 상기 웨이퍼의 표면에 상기 레이저빔을 포커싱하기 위한 레퍼런스 블록을 더 포함한다. 또한 상기 레이저는 상기 웨이퍼 내에 주입된 이온의 활성화를 위해 상기 웨이퍼로 아르곤 레이저를 조사하기 위한 아르곤 레이저 및 상기 제1산화막 및 상기 이온의 도즈량을 측정하기 위해 상기 웨이퍼 및 상기 기준 시료로 헬륨 네온 레이저를 조사하기 위한 헬륨 네온 레이저를 포함한다. 상기 제2산화막 두께는 20Å 이하인 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 이온 도즈량 측정 장치에서 상기 기준 시료가 설비 내부에 상기 웨이퍼와 같이 배치되므로 상기 기준 시료와 상기 웨이퍼는동일한 환경 하에 있다. 따라서 상기 웨이퍼와 상기 기준 시료 사이에 환경적 차이로 인한 물성의 차이가 발생하지 않는다. 또한 상기 기준 시료가 설비 내부에 인접하도록 구비되어 있어 실시간으로 상기 기준 시료를 이용하여 상기 웨이퍼의 제1산화막 두께를 측정하고, 측정된 상기 웨이퍼의 제1산화막 두께에 따라 이온 도즈량의 오차가 보정된다. 따라서 웨이퍼에 이온 주입 공정에서 상기 웨이퍼에 주입되는 이온 도즈량을 일정하게 유지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어 고정 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이온 도즈량 측정 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 기준 시료가 부착된 이온 도즈량 측정 장치의 스테이지를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 스테이지를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이온 도즈량 측정 장치는 제1산화막이 형성된 상태에서 이온이 주입된 웨이퍼(W)가 놓여지기 위한 스테이지(130)와, 제2산화막이 형성되어 있으며 상기 스테이지 상에 지지된 웨이퍼(W)이 일측에서 상기 스테이지(130) 상에 지지되고, 상기 웨이퍼(W)에 형성된 제1산화막의 두께를 측정하기 위한 기준이 되는 기준 시료(170)와, 상기 웨이퍼(W) 내에 주입된 이온의 활성화를 위해 상기 웨이퍼(W)로 아르곤 레이저빔을 조사하기 위한 아르곤 레이저(120)와, 상기 제1산화막의 두께 및 상기 이온의 도즈량을 측정하기 위해 상기 웨이퍼(W) 및 상기 기준 시료(170)로 헬륨 네온 레이저빔을 조사하기 위한 헬륨네온 레이저(110)와, 상기 웨이퍼(W)로부터 반사된 제1세기와 상기 기준 시료(170)로부터 반사된 상기 레이저빔의 제2세기를 각각 검출하기 위한 검출부(140) 및 상기 제1세기와 상기 제2세기를 비교하여 상기 웨이퍼(W)의 제1산화막 두께를 측정하고, 측정된 상기 제1산화막의 두께에 의한 상기 레이저빔의 반사 오차를 보정하여 상기 웨이퍼(W)의 이온 도즈량을 산출하기 위한 프로세서(150)를 포함한다. 또한 상기 이온 도즈량 측정 장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스테이지(130)에 배치되어 상기 레이저(110, 120)의 대물렌즈(180)의 초점을 맞추기 위한 레퍼런스 블록(160)을 포함한다.

상기 스테이지(130)는 평판의 형태로 상기 웨이퍼(W)가 놓여지기 위한 공간을 제공한다. 상기 웨이퍼(W)에는 제1산화막이 형성된 상태에서 일정량의 이온이 주입되어 있다. 상기 웨이퍼(W) 내에 주입되는 이온은 반도체 소자의 제조에서 주로 이용하는 이온으로, As 이온 또는 BF 이온 등이 바람직하다.

상기 기준 시료(170)는 상기 웨이퍼(W)가 놓여지는 상기 스테이지(130)의 상부면 일측에 배치된다. 상기 기준 시료(170)는 블록 형태로 10mm*10mmm 의 크기로 형성되며, 상기 웨이퍼(W)에 주입된 이온 도즈량과 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 제1산화막의 두께를 측정하기 위해 일정 두께의 제2산화막이 형성되어 있다. 상기 제2산화막은 20Å 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 레퍼런스 블록(160) 역시 상기 스테이지(130)의 상부면 일측에 블록 형태로 배치된다. 상기 레퍼런스 블록(160)은 주로 백금 재질로 형성되며, 상기 레이저(110, 120)에 구비되는 대물렌즈(180)의 초점을 맞추기 위해 사용된다.

상기 레퍼런스 블록(160)과 상기 기준 시료(170)는 하나의 직사각형 형태의 블록에 부착된 상태에서 상기 직사각형 형태의 블록이 상기 스테이지(130)의 상부면에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 아르곤 레이저(120)는 633nm 세기의 레이저빔을 발사하도록 구성되어 있고, 여기에서 발사된 레이저빔을 단속하는 제1셔터(112)를 포함하고 있다. 상기 헬륨네온 레이저(110)는 488nm 세기의 레이저빔을 발사하도록 구성되어 있고, 여기에서 발사된 레이저빔을 단속하는 제2셔터(122)를 포함하고 있다.

상기 헬륨네온 레이저(110)의 조사 라인 상에는 상기 헬륨네온 레이저빔의 진행 방향에 대해서만 투과시키고 반대방향에 대해서는 반사시키는 일방향 광투과 특성을 갖는 제1터닝미러(turning mirror, 114)가 설치된다. 상기 아르곤 레이저(120)의 조사 라인 상에도 상기 아르곤 레이저빔의 진행 방향에 대해서만 투과시키고 반대방향에 대해서는 반사시키는 일방향 광투과 특성을 갖는 제2터닝미러(118)가 설치된다.

상기 아르곤 레이저(120)에서 발사된 633nm의 레이저빔은 열에너지를 제공하여 상기 기준 시료(170) 내에 확산된 불순물 이온들의 운동에너지를 활성화시키도록 하는 기능을 한다. 이를 위해, 아르곤 레이저(120)에서 레이저빔은 25mW 정도로 발사되어 제2터닝미러(118)를 투과한 후 상기 스테이지(130) 상의 상기 웨이퍼(W)로 조사된다.

상기 헬륨네온 레이저(110)에서 발사된 488nm의 레이저빔은 상기 웨이퍼(W) 내에 확산된 이온들의 운동을 검출하여 이온 도즈량을 측정한다. 상기 헬륨네온 레이저는 상기 웨이퍼(W)와 상기 기준 시료(170)에 각각 조사되어 반사되는 제1세기와 제2세기 및 일정 두께의 제2산화막을 이용하여 상기 제1산화막의 두께를 측정하기 위한 레이저로서, 제1터닝미러(112), 488nm 필터(116)를 경유한 후 제2터닝미러(118)에 반사되어 상기 웨이퍼(W)로 조사된다. 이로 인해 상기 웨이퍼(W)로부터 반사된 상기 헬륨네온 레이저빔은 제2터닝미러(118)에 반사된 후 상기 필터(116)를 거쳐 제1터닝미러(112)에 반사되어 검출부(140)로 입사된다.

상기 검출부(140)는 상기 웨이퍼(W) 및 상기 기준 시료(170)로부터 각각 반사된 상기 헬륨네온 레이저빔의 제1세기와 제2세기를 검출하여 상기 웨이퍼(W)에 형성된 제1산화막의 두께와 상기 웨이퍼(W)에 주입된 이온 도즈량을 검출하게 된다. 그러나 이때 측정된 이온 도즈량은 상기 웨이퍼(W)에 형성된 상기 제1산화막으로 인해 오차를 가지게 된다.

상기 프로세서(150)는 상기 웨이퍼(W)에 형성된 제1산화막의 두께에 따라 발생하는 이온 도즈량의 오차를 보정하여 상기 웨이퍼(W)에 주입된 정확한 이온 도즈량을 산출한다.

한편 상기 기준 시료(170)는 상기 헬륨네온 레이저빔이 입사되는 상면이 상기 웨이퍼(W)의 상면과 동일 높이선상에 위치되고, 상기 헬륨네온 레이저는 상기 기준 시료(170)에 조사될 수 있도록 레이저빔 조사 경로가 설정되어 있어야 한다.

이러한 구성의 본 발명은 상기 기준 시료(170)를 이용하여 상기 웨이퍼(W)의 이온 도즈량을 측정할 수 있다. 상기 웨이퍼(W)의 이온 도즈량을 메터 혹은 숫자표시기에 표시하도록 구성하면, 상기 이온 도즈량을 정확하게 모니터링할 수 있다.따라서 설비 운용자는 표시된 이온 도즈값을 읽어 인위적 설비조정에 의해 이온 도즈량을 교정할 수 있게 된다.

한편, 상기 측정된 이온 도즈량을 콘트롤러 등에 도입시켜 미리 설정된 이온 도즈량과 비교처리되게 하고 이 비교결과에 따라 파워 제어명령이 출력되도록 구성하면 이온 도즈량을 기 설정된 값으로 자동 교정할 수도 있다.

이러한 구성되는 본 발명의 이온 도즈량 측정장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

이온이 주입된 웨이퍼(W)의 이온 도즈량을 측정하기 위해 측정장치에 별도로 마련된 입력부(도시생략)의 키조작을 통해 아르곤 레이저(120)로부터 아르곤 레이저빔만 상기 웨이퍼(W)로 조사하게 된다. 이때에, 아르곤 레이저(120)의 제2셔터(122)는 오픈되고 헬륨네온 레이저(110)의 제1셔터(112)는 클로즈된 상태이다. 또한, 스테이지(130) 상부에서 스캐닝 동작되는 대물렌즈(180)는 상기 웨이퍼(W)에 포커싱되는 상태가 된다.

이러한 일련의 동작은 미도시된 콘트롤러에 의해 제어되게 한다.

상기 대물렌즈(180)로부터 상기 웨이퍼(W)로 입사된 633nm 세기의 아르곤 레이저빔은 상기 웨이퍼(W)에 주입된 이온에 에너지를 제공하여 상기 이온이 활성화되도록 한다.

이 상태에서 상기 입력부의 키조작을 통해 헬륨네온 레이저(110)로부터 헬륨네온 레이저빔이 상기 웨이퍼(W) 및 상기 기준 시료(170)로 각각 조사된다. 조사된 상기 헬륨네온 레이저빔은 상기 웨이퍼(W) 및 상기 기준 시료(170)로부터 각각 반사된다. 헬륨네온 레이저빔은 제2터닝미러(118)에 반사된 후 상기 필터(116)를 거쳐 제1터닝미러(112)에 반사되어 검출부(140)로 입사된다. 상기 필터(116)에서 아르곤 레이저빔은 필터링된다.

상기 검출부(140)는 입사된 상기 웨이퍼(W)로부터 반사된 상기 헬륨네온 레이저빔의 제1세기와 상기 기준 시료(170)로부터 반사된 상기 헬륨네온 레이저빔의 제2세기를 이용하여 상기 웨이퍼(W)의 제1산화막 두께와 주입된 이온 도즈량을 측정한다. 이후 프로세서(150)에서 상기 웨이퍼(W)의 제1산화막의 두께에 따라 이온 도즈량을 실시간으로 보정한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 도즈량 측정 장치는 측정 기준 시료가 설비 내부에 구비되어 있으므로 상기 기준 시료의 물성 변화가 거의 없고, 실시간으로 상기 웨이퍼의 제1산화막 두께에 따른 이온 도즈량 오차를 보정할 수 있다. 따라서 상기 기준 시료에 주입된 이온 도즈량을 정확히 측정하며, 이온 주입 공정에서 상기 웨이퍼에 주입되는 이온 도즈량을 일정하게 유지할 수 있다. 또한 상기 웨이퍼의 이온 도즈량 측정시 필요한 공수를 절감할 수 있고, 상기 웨이퍼의 규칙적인 상기 이온 도즈량 측정이 용이하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 제1산화막이 형성된 상태에서 이온이 주입된 웨이퍼가 놓여지기 위한 스테이지;

   제2산화막이 형성되어 있으며, 상기 스테이지 상에 지지된 웨이퍼의 일측에서 상기 스테이지 상에 배치되고, 상기 웨이퍼 상에 형성된 제1산화막의 두께 측정을 위한 기준 시료;

   상기 기준 시료 및 상기 웨이퍼에 각각 레이저빔을 조사하기 위한 레이저;

   상기 웨이퍼로부터 반사되는 레이저빔의 제1세기(intensity)와 상기 기준 시료로부터 반사되는 레이저빔의 제2세기를 각각 검출하기 위한 검출부; 및

   상기 제1세기와 상기 제2세기를 이용하여 상기 웨이퍼의 제1산화막 두께를 측정하고, 측정된 제1세기를 분석하여 상기 웨이퍼에 주입된 이온의 도즈량을 측정하며, 측정된 제1산화막 두께에 따라 상기 측정된 이온의 도즈량을 보정하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이온 도즈량 측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스테이지 상에 지지된 웨이퍼의 일측에서 상기 스테이지 상에 배치되고, 상기 레이저의 상기 웨이퍼의 표면에 상기 레이저빔을 포커싱하기 위한 레퍼런스 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이온 도즈량 측정 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 레이저는 상기 웨이퍼 내에 주입된 이온의 활성화를 위해 상기 웨이퍼로 아르곤 레이저를 조사하기 위한 아르곤 레이저; 및

   상기 제1산화막의 두께 및 상기 이온의 도즈량을 측정하기 위해 상기 웨이퍼 및 상기 기준 시료로 헬륨 네온 레이저를 조사하기 위한 헬륨 네온 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이온 도즈량 측정 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2산화막 두께는 20Å 이하인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이온 도즈량 측정 장치.