KR20050048842A - Apparatus and method for analyzing surface of semiconductor - Google Patents

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Abstract

반도체 단위공정의 정상여부를 파악하기 위한 반도체 표면분석장치 및 방법에 관한 것으로서, 다수의 반도체 시료를 동시에 세척하여 분석공정시간 및 반도체 제조 공정시간을 단축시키기 위한 것이다. 이러한 본 발명은 메인챔버와 상기 메인챔버 내부에 설치되어 알에프 에너지에 의해 혼합기체를 플라즈마로 생성하고 이 플라즈마를 이용해 다수의 반도체 시료 표면을 동시에 세척하는 클리닝부와 상기 메인챔버 내외부에 설치되어 클리닝부에서 세척된 다수의 반도체 시료 표면을 분석하는 분석부를 구비함을 특징으로 한다. 즉, 반도체 단위공정의 정상여부를 파악하기 위해 반도체 시료의 표면 구성물질 및 화학적 결합상태를 분석하는 단계 전 플라즈마를 이용하여 오염된 다수의 반도체 시료 표면을 동시에 세척시키는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a semiconductor surface analysis apparatus and method for determining whether a semiconductor unit process is normal, and to reduce an analysis process time and a semiconductor manufacturing process time by simultaneously cleaning a plurality of semiconductor samples. The present invention is installed inside the main chamber and the main chamber to generate a mixed gas into the plasma by RF energy, and using the plasma to clean the plurality of semiconductor sample surfaces at the same time and the cleaning unit is installed inside and outside the main chamber Characterized in that the analysis unit for analyzing the surface of the plurality of semiconductor samples washed in. In other words, before the step of analyzing the surface constituents and the chemical bonding state of the semiconductor sample to determine whether the semiconductor unit process is normal, it characterized in that the surface of the plurality of contaminated semiconductor sample is washed simultaneously.

따라서, 본 발명에 의하면 분석공정에 걸리는 시간 및 반도체 제조 공정시간을 단축할 수 있다.Therefore, according to the present invention, the time required for the analysis process and the semiconductor manufacturing process time can be shortened.

Description

반도체 표면분석장치 및 방법{Apparatus and method for analyzing surface of semiconductor} Apparatus and method for analyzing surface of semiconductor

본 발명은 반도체 표면분석장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 반도체 시료를 동시에 세척하여 반도체 시료의 표면을 분석하는 개선된 표면분석장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor surface analysis apparatus and method, and more particularly to an improved surface analysis apparatus and method for analyzing the surface of the semiconductor sample by washing a plurality of semiconductor samples at the same time.

통상, 반도체 소자 제조공정은 다수의 단위공정들이 연속적으로 진행된다. 즉, 웨이퍼는 사진공정, 확산공정, 식각공정, 및 증착공정 등의 공정들을 반복 수행하여 반도체 소자인 칩(chip)으로 제조된다.Generally, in the semiconductor device manufacturing process, a plurality of unit processes are continuously performed. That is, the wafer is manufactured into a chip, which is a semiconductor device, by repeatedly performing processes such as a photo process, a diffusion process, an etching process, and a deposition process.

아울러, 상기 단위공정 사이에는 분석공정이 진행되며, 이 공정을 통하여 상기 단위공정의 정상여부를 파악하고 있다. In addition, an analysis process is performed between the unit processes, and the process determines whether the unit process is normal.

상기 분석공정을 수행하는 반도체 표면분석장치는 수십Å 내지 수백 Å 깊이의 표면 구성물질 및 화학적 결합상태를 관찰하는 장비로써, AES(auger electron spectroscopy), XPS(x-ray photoelectron spectroscopy), SIMS(secondary ion mass spectrometry)등이 있다. AES는 전자 빔을 반도체 시료(이하, '시료'라 칭함)에 입사하였을 때, 시료와 전자빔과의 상호작용에 의해 방출되는 오제 전자(auger electron)를 사용하여 시료의 표면구성 성분을 알아낼 수 있고, 면적 해상도가 1㎛²이하로서 미세영역의 구성성분을 알아낼 수 있는 장비이다. XPS는 X-선에 의해 시료로부터 방출되는 광전자(photoelectron)의 운동에너지를 측정하여 구성성분을 알아낼 수 있는 장비이다. 마지막으로 SIMS의 경우, 아주 적은 양의 성분분석도 가능하고, 모든 원소의 성분을 알아낼 수 있는 장점이 있지만 스퍼터링을 이용하므로 미세 영역의 성분분석에는 적합하지 않다.The semiconductor surface analysis apparatus performing the analytical process is a device for observing surface components and chemical bonding states of several tens of micrometers to hundreds of micrometers in depth, including AES (auger electron spectroscopy), XPS (x-ray photoelectron spectroscopy), and SIMS ion mass spectrometry). When AES enters a semiconductor sample (hereinafter referred to as a 'sample'), the AES can determine the surface composition of the sample using auger electrons emitted by the sample's interaction with the electron beam. In addition, the area resolution is less than 1㎛², it is a device that can find the components of the micro-region. XPS is a device that can determine the composition by measuring the kinetic energy of photoelectron emitted from the sample by X-ray. Lastly, SIMS has a small amount of component analysis and has the advantage of finding out all the elements, but sputtering is not suitable for the component analysis of the micro domain.

일반적으로 표면분석장치는 메인챔버와, 상기 메인챔버에 접속되어 시료의 표면분석을 수행하는 분석기와, 상기 시료를 고정하기 위한 홀더와, X-선 또는 전자빔을 시료에 조사(照射)하는 조사부와, 상기 시료의 분석을 수행하기 전 시료의 표면에 존재하는 오염물질 세척 등의 목적을 가진 가스(예, 아르곤 등)를 입사하는 에칭 건(etching gun) 등을 구비하고 있다. 상기 시료의 표면에 입사하는 상기 아르곤 가스는 양전하를 띤 아르곤 이온으로 이온화되어 입사되며, 시료의 표면을 세척하거나 수백 Å 깊이 즉 심층의 표면구성물질 및 화학적 결합상태의 분석을 위한 에칭 목적으로 사용하였다.In general, the surface analysis apparatus includes a main chamber, an analyzer connected to the main chamber to perform surface analysis of a sample, a holder for fixing the sample, an irradiation unit for irradiating an X-ray or an electron beam to the sample; And an etching gun for injecting a gas (eg, argon, etc.) having a purpose of cleaning the contaminants present on the surface of the sample before performing the analysis of the sample. The argon gas incident on the surface of the sample was ionized by positively charged argon ions and used to clean the surface of the sample or to etch for analysis of surface components and chemical bonding states of several hundreds of microns deep. .

표면분석공정은 상기 메인챔버 내부에서 진행되며, 상기 메인챔버 내의 홀더(holder)에는 선행공정(예, 증착공정 등)을 거친 웨이퍼를 절단하여 형성된 시료가 장착된다. 여기서, 시료는 대기 중에 노출된 상태에서 표면분석장치로 이송되는 바, 상기 시료의 표면은 탄소(Carbon)나 산소(Oxygen) 등에 의해 오염이 되기 쉽다. 따라서, 상기 시료의 표면분석을 실시하기 전 상기 시료 표면의 세척(Cleaning)이 요구된다.A surface analysis process is performed in the main chamber, and a holder formed in the main chamber is mounted with a sample formed by cutting a wafer that has undergone a preceding process (eg, a deposition process). Here, the sample is transferred to the surface analysis apparatus in the state exposed to the air, the surface of the sample is likely to be contaminated by carbon or oxygen (Oxygen). Therefore, cleaning of the surface of the sample is required before performing surface analysis of the sample.

그런데, 시료 표면의 세척은 에칭 건을 이용해 하나의 시료마다 집중적으로 실시되어야 하는 바, 시료의 표면분석은 홀더에 장착된 다수의 시료를 개별적으로 세척한 후 실시된다. However, the cleaning of the sample surface should be performed intensively for each sample by using an etching gun. The surface analysis of the sample is performed after individually washing a plurality of samples mounted on the holder.

상기 홀더에 좁은 간격으로 이격되어 장착된 다수의 시료를 에칭 건을 이용해 개별적으로 세척 할 경우 즉 어느 하나의 시료를 세척한 후 또 다른 시료를 세척할 경우 이미 세척된 시료가 후에 세척되는 시료의 파티클로 인하여 또다시 오염이 될 수 있다.In the case where a plurality of samples spaced apart at a narrow interval from the holder are individually washed by using an etching gun, that is, when one sample is washed and then another sample is washed, the particles that are already washed are later washed. Can be contaminated again.

그러므로, 종래의 표면분석장치는 상기 에칭 건(etching gun)을 이용하여 홀더에 장착된 다수의 시료 중의 어느 한 시료를 세척하고 이후 분석기를 이용하여 상기 시료를 분석하게 된다. 이어서, 또 다른 시료를 세척한 후 분석을 하게 된다. Therefore, the conventional surface analysis apparatus cleans any one of a plurality of samples mounted on the holder by using the etching gun, and then analyzes the sample by using an analyzer. Subsequently, another sample is washed and then analyzed.

상술한 종래 기술에 의하면, 시료의 표면을 분석하기 위해 다수의 시료 중 어느 한 시료를 개별적으로 세척하여 분석공정을 진행하고 또 다시 다른 시료를 세척하고 난 후 분석공정을 진행하여 왔다.According to the above-described prior art, in order to analyze the surface of a sample, any one of a plurality of samples is individually washed to proceed with the analysis process, and another sample is washed and then proceeded with the analysis process.

이러한, 개별적인 세척 및 분석으로 인하여 분석공정시간의 증대는 물론 이로 인하여 반도체 제조 공정시간이 증대되는 문제점이 있었다. Due to such individual washing and analysis, there is a problem of increasing an analysis process time and thereby increasing a semiconductor manufacturing process time.

또한, 아르곤 가스를 사용하여 시료를 세척할 경우, 질량이 작은 원소가 먼저 에칭되는 이른바 프리펄렌셜 에칭(Preferential Etching ; 이하 'PE' 로 칭함)이 발생되는 문제점이 있었다.  In addition, when the sample is washed using argon gas, there is a problem that a so-called pre-ferential etching (hereinafter, referred to as 'PE') in which a small mass of elements are etched first occurs.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 첫째는 표면분석장치의 홀더에 장착된 다수의 시료를 동시에 세척하여 분석공정시간 및 반도체 제조 공정시간을 단축시킬 수 있는 방법 및 이를 제공할 수 있는 반도체 표면분석장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems as described above. First, a method for shortening an analysis process time and a semiconductor manufacturing process time by simultaneously washing a plurality of samples mounted on a holder of a surface analysis device; It is to provide a semiconductor surface analysis apparatus that can provide this.

둘째는 종래 아르곤 가스 대신에 플라즈마 상태에서 시료를 세척하여 'PE'의 발생을 최소화 또는 방지할 수 있는 방법 및 이를 제공할 수 있는 반도체 표면분석장치를 제공함에 있다. Second is to provide a method for minimizing or preventing generation of 'PE' by washing the sample in a plasma state instead of the conventional argon gas, and a semiconductor surface analysis apparatus capable of providing the same.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 반도체 시료의 표면분석장치는 메인챔버와 상기 메인챔버 내부에 설치되어 알에프 에너지에 의해 혼합기체를 플라즈마로 생성하고 이 플라즈마를 이용해 다수의 반도체 시료 표면을 동시에 세척하는 클리닝부와 상기 메인챔버 내외부에 설치되어 클리닝부에서 세척된 다수의 반도체 시료 표면을 분석하는 분석부를 구비함을 특징으로 한다. 즉, 반도체 단위공정의 정상여부를 파악하기 위해 반도체 시료의 표면 구성물질 및 화학적 결합상태를 분석하는 단계 전 플라즈마를 이용하여 오염된 다수의 반도체 시료 표면을 동시에 세척시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the surface analysis apparatus of the semiconductor sample of the present invention is installed in the main chamber and the main chamber to generate a mixed gas into plasma by RF energy and simultaneously wash the surface of a plurality of semiconductor samples using the plasma. And a cleaning unit installed inside and outside the main chamber to analyze a plurality of semiconductor sample surfaces washed by the cleaning unit. In other words, before the step of analyzing the surface constituents and the chemical bonding state of the semiconductor sample to determine whether the semiconductor unit process is normal, it characterized in that the surface of the plurality of contaminated semiconductor sample is washed simultaneously.

여기서, 클리닝부는 석영튜브, 상기 석영튜브의 둘레를 감싸고 있는 알에프 코일, 상기 알에프 코일과 연결되어 알에프 에너지를 인가하는 알에프 전원, 및 상기 석영튜브로 혼합기체를 입사하는 노즐로 구성된다.Here, the cleaning unit includes a quartz tube, an RF coil surrounding the quartz tube, an RF power source connected to the RF coil to apply RF energy, and a nozzle for injecting a mixed gas into the quartz tube.

또한, 분석부는 메인챔버 내에 설치되어 전자기파를 반도체 시료의 표면에 조사하는 조사부와 상기 조사부에서 조사하는 전자기파에 의해 시료의 표면에서 전자를 방출시키고 상기 전자를 이용하여 반도체 시료의 표면을 분석하는 분석기로 구성된다.In addition, the analyzer is installed in the main chamber to emit an electromagnetic wave from the surface of the sample by the irradiation unit for irradiating the electromagnetic wave to the surface of the semiconductor sample and the electromagnetic wave irradiated from the irradiation unit and an analyzer for analyzing the surface of the semiconductor sample by using the electron It is composed.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 플라즈마를 이용해 다수의 시료를 동시에 세척함으로써 분석공정에 걸리는 시간 및 반도체 제조 공정시간을 단축시킬 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, it is possible to shorten the time required for the analysis process and the semiconductor manufacturing process time by simultaneously cleaning a plurality of samples using plasma.

이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이다. Such a characteristic configuration and the effects of the present invention will be more clearly understood through the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시 예들은 당해 기술이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 그리고, 도면에서 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 도시된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. In addition, the shape of the elements in the drawings and the like are shown in order to emphasize a more clear description, elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same element.

분석공정을 수행하는 반도체 표면분석장치는 AES(auger electron spectroscopy), XPS(x-ray photoelectron spectroscopy), SIMS(secondary ion mass spectrometry)등이 있는 바, 이하 본 발명은 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)에 의해 설명된다. 하지만, 본 발명은 상기 XPS 이외의 장치로 대체될 수 있음은 당해 기술이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다.The semiconductor surface analysis apparatus for performing the analysis process includes AES (auger electron spectroscopy), XPS (x-ray photoelectron spectroscopy), SIMS (secondary ion mass spectrometry), etc. Hereinafter, the present invention is XPS (x-ray photoelectron spectroscopy) Is explained by. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be replaced by a device other than the XPS.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면분석장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 정면도로서 특히 메인챔버를 나타낸다. 또한, 도 3은 클리닝부 중의 석영튜브를 자세히 나타낸 도면이다.1 is a plan view of a surface analysis apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a front view of Figure 1 in particular showing the main chamber. 3 is a view showing in detail the quartz tube in the cleaning unit.

먼저, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면분석장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.First, referring to Figures 1, 2 and 3 look at the configuration of the surface analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

표면분석장치는 크게 메인챔버(11), 분석부(30), 클리닝부(40), 서브챔버(18) 등으로 구성된다.The surface analyzing apparatus is mainly composed of a main chamber 11, an analysis unit 30, a cleaning unit 40, a sub chamber 18, and the like.

상기 메인챔버(11)와 서브챔버(18)는 이너도어(7)를 구비한 연결통로(9)의 양 끝단에 접속되며, 상기 분석부(30)와 클리닝부(40)는 메인챔버(11) 내외부에 설치된다.The main chamber 11 and the subchamber 18 are connected to both ends of the connection passage 9 having the inner door 7, and the analysis unit 30 and the cleaning unit 40 are connected to the main chamber 11. It is installed inside and outside.

메인챔버(11)에는 서브챔버(18)와 상호 시료를 이송할 수 있도록 연결통로(9)가 일체로 형성되며, 상기 연결통로(9)에는 이너도어(7)가 설치된다. 상기 이너도어(7)는 시료(1)를 서브챔버(18)에서 메인챔버(11)로 또는 메인챔버(11)에서 서브챔버(18)로 이송할 경우, 상기 메인챔버(11)와 서브챔버(18)의 환경이 동일한 조건에서 개폐작동을 수행한다. 동일한 조건은 양 챔버의 진공압이 같은 상태를 말한다. 상기 메인챔버(11)는 진공상태를 유지하고 있으며, 이곳에서 시료(1)의 클리닝 및 표면분석이 진행되는 바, 플라즈마를 이용하는 클리닝부(40)와 표면분석을 위한 분석부(30)를 구비하고 있다. 또한, 이송스테이지(15)와 상기 이송스테이지(15)에 설치되어 다수의 시료(1)를 장착할 수 있는 홀더(holder; 5)를 구비하고 있다.A connecting passage 9 is integrally formed in the main chamber 11 so that the subchamber 18 and a sample can be transferred to each other, and an inner door 7 is installed in the connecting passage 9. When the inner door 7 transfers the sample 1 from the subchamber 18 to the main chamber 11 or from the main chamber 11 to the subchamber 18, the inner chamber 11 and the subchamber The opening and closing operation is performed under the same conditions as in (18). The same condition refers to a state in which both chambers have the same vacuum pressure. The main chamber 11 maintains a vacuum state, and the cleaning and surface analysis of the sample 1 is performed therein, and includes a cleaning unit 40 using plasma and an analysis unit 30 for surface analysis. Doing. It is also provided with a transfer stage (15) and a holder (5) provided on the transfer stage (15) to mount a plurality of samples (1).

클리닝부(40)는 석영튜브(16), 이를 감싸고 있는 알에프(radio frequency; 이하 'RF'라 칭함)코일(17), RF전원(22), 및 노즐(21)로 구성되며, 시료(1)의 표면을 분석하기 전, 탄소(Carbon)나 산소(Oxygen) 등에 의해 오염된 표면을 세척하는 기능이 있다.The cleaning unit 40 is composed of a quartz tube 16, an RF coil surrounding the RF coil 17, a RF power source 22, and a nozzle 21. The sample 1 Before analyzing the surface of), it has a function to clean the surface contaminated by carbon or oxygen.

상기 노즐(21)은 연결통로(9)와 근접한 메인챔버(11) 내의 일면에 설치되어 혼합기체를 석영튜브(16)로 공급해 준다. 혼합기체는 아르곤과 산소로 이루어질 수 있다.The nozzle 21 is installed on one surface of the main chamber 11 adjacent to the connecting passage 9 to supply the mixed gas to the quartz tube 16. The mixed gas may consist of argon and oxygen.

상기 RF코일(17)은 메인챔버(11) 내에 설치된 석영튜브(16)를 감싸고 있으며, 노즐(21)을 통해 혼합기체가 상기 석영튜브(16)로 주입되면 RF전원(22)으로부터 RF에너지가 인가된다. 이때, 플라즈마가 발생하게 되며, 이 플라즈마 입자가 홀더(5)에 장착된 다수의 시료(1)를 동시에 세척하게 되는 것이다. 여기서, 플라즈마란 가스 분자가 기저 상태나 여기 상태에서 전자, 이온, 분자에 이르는 여러 종류의 반응성이 큰 물질로 되어 공존하는 상태를 말한다. 그리고 상기 RF전원(22)은 메인챔버(11)의 외부에 연결되어 있다.The RF coil 17 surrounds the quartz tube 16 installed in the main chamber 11. When the mixed gas is injected into the quartz tube 16 through the nozzle 21, RF energy is supplied from the RF power source 22. Is approved. At this time, the plasma is generated, the plasma particles are to wash a plurality of samples (1) mounted on the holder (5) at the same time. Here, the plasma refers to a state in which gas molecules coexist as various kinds of highly reactive materials ranging from a ground state or an excited state to electrons, ions, and molecules. The RF power supply 22 is connected to the outside of the main chamber 11.

분석부(30)는 분석기(12)와 X-선을 시료의 표면에 조사하는 조사부(13)와 아르곤 이온을 시료(1)의 표면에 입사하는 에칭 건(etching gun; 14)으로 구성되며, 클리닝부(40)에서 세척된 시료(1)의 표면을 분석하는 기능이 있다.The analyzer 30 includes an analyzer 12, an irradiator 13 for irradiating X-rays to the surface of the sample, and an etching gun 14 for injecting argon ions into the surface of the sample 1. The cleaning unit 40 has a function of analyzing the surface of the sample (1) washed.

상기 분석기(12)의 일부는 상기 메인챔버(11)의 내부에 설치되고, 다른 일부는 메인챔버(11)의 외부에 접속되어 시료(1)의 표면을 분석하는 기능을 수행한다. 상기 분석기(12)의 작동원리는 널리 알려져 있는 공지기술인 바, 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.A part of the analyzer 12 is installed inside the main chamber 11, and the other part is connected to the outside of the main chamber 11 to perform a function of analyzing the surface of the sample 1. The operating principle of the analyzer 12 is a well-known technique, and a detailed description thereof will be omitted.

상기 조사부(13)는 메인챔버(11) 내에 설치되어 광원(미도시)에서 생성된 X-선을 시료(1)의 표면에 입사하며 상기 X-선에 노출된 시료(1)는 광전자(photoelectron)를 방출하게 된다. 이 경우, 상기 분석기(12)는 상기 광전자의 운동에너지를 측정하여 시료(1)의 표면구성성분을 알아낼 수 있게 된다.The irradiator 13 is installed in the main chamber 11 so that X-rays generated by a light source (not shown) are incident on the surface of the sample 1, and the sample 1 exposed to the X-rays is photoelectron. ) Will be emitted. In this case, the analyzer 12 can determine the surface composition of the sample 1 by measuring the kinetic energy of the photoelectrons.

상기 에칭 건(14)은 메인챔버(11) 내에 설치되어 에칭 가스 예를 들어 아르곤 가스를 시료(1)의 표면에 입사하게 된다. 아르곤 가스는 양전하를 띤 아르곤 이온으로 이온화되어 입사된다. 종래의 표면분석장치는 에칭 건을 시료 표면의 세척 또는 수백 Å 깊이의 표면 즉 심층의 구성물질 및 화학적 결합상태의 관찰을 위한 에칭 목적으로 사용하였다. 반면에, 본 발명에 따른 표면분석장치의 에칭 건(14)은 주로 수백 Å 깊이의 표면 즉 심층의 구성물질 및 화학적 결합상태의 관찰만을 위해 사용된다. 한편, 시료(1) 표면의 세척은 클리닝부(40)에서 플라즈마에 의해 수행된다.The etching gun 14 is installed in the main chamber 11 to inject an etching gas, for example argon gas, into the surface of the sample 1. Argon gas is ionized and incident with positively charged argon ions. Conventional surface analyzers have used etching guns for the purpose of cleaning the surface of a sample or observing a surface of a depth of several hundred micrometers, ie, deep constituents and chemical bonding. On the other hand, the etching gun 14 of the surface analysis apparatus according to the present invention is mainly used only for the observation of the constituents and the chemical bonding state of the surface, that is, the depth of several hundreds of microns. On the other hand, the cleaning of the surface of the sample 1 is performed by the plasma in the cleaning unit 40.

이송스테이지(15)는 메인챔버(11)의 일측에 관통되어 홀더(5)를 지지하고 있다. 상기 이송스테이지(15)는 상기 홀더(5)를 클리닝부(40)에서 분석부(30)로 또는 분석부(30)에서 클리닝부(40)로 이송한다. 이때, 홀더(5)는 이송스테이지(15) 상에 설치되며 다수의 시료(1)를 장착하고 있다. 홀더(5) 또한 널리 알려진 공지의 기술이므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The transfer stage 15 penetrates through one side of the main chamber 11 to support the holder 5. The transfer stage 15 transfers the holder 5 from the cleaning unit 40 to the analysis unit 30 or from the analysis unit 30 to the cleaning unit 40. At this time, the holder 5 is installed on the transfer stage 15 and is equipped with a plurality of samples (1). Since the holder 5 is also a well known technique, a detailed description thereof will be omitted.

서브챔버(18)의 일측에는 연결통로(9)가 일체로 형성되어 있으며 상기 연결통로(9)를 사이에 두고 메인챔버(11)와 결합되어 있다. 상기 서브챔버(18)는 시료(1)를 메인챔버(11)로 이송하거나 메인챔버(11) 내의 시료를 서브챔버(18)로 이송할 수 있는 이송로봇(19)을 포함하고 있다. A connection passage 9 is integrally formed at one side of the subchamber 18 and coupled to the main chamber 11 with the connection passage 9 interposed therebetween. The subchamber 18 includes a transfer robot 19 capable of transferring the sample 1 to the main chamber 11 or transferring the sample in the main chamber 11 to the subchamber 18.

다음으로, 상기와 같은 구성을 갖는 표면분석장치의 상세한 동작을 살펴보면 다음과 같다.Next, a detailed operation of the surface analyzer having the above configuration will be described.

사진공정, 확산공정, 식각공정, 및 증착공정 등 단위공정 각각의 정상여부를 파악하기 위해 상기 단위공정 사이에는 분석공정이 진행되는 바, 각각의 공정이 끝난 후 웨이퍼를 절단하여 형성된 시료(1)는 서브챔버(18)로 이송된다. 이후, 메인챔버(11)와 서브챔버(18)의 환경이 동일한 조건이 될 경우 즉 양 챔버의 진공압이 동일해질 경우에 상기 메인챔버(11)와 서브챔버(18)의 연결통로(9) 내에 설치된 이너도어(7)가 오픈된다. 이때, 상기 서브챔버(18)내의 이송로봇(19)은 상기 시료(1)를 메인챔버(11)의 홀더(5)로 이송시켜준다. 상기 홀더(5)는 클리닝부(40)의 석영튜브(16) 내에 위치하게 되고, 노즐(21)을 통해 혼합기체가 상기 클리닝부(40)의 석영튜브(16) 내로 주입된다. 이 경우, 상기 석영튜브(16) 내에는 RF전원으로부터 RF에너지가 인가되어 플라즈마가 발생하게되며, 이 플라즈마 입자가 홀더(5)에 장착된 다수의 시료(1)를 동시에 세척하게 된다.An analysis process is performed between the unit processes to determine whether each of the unit processes, such as a photo process, a diffusion process, an etching process, and a deposition process, is normal. A sample formed by cutting a wafer after each process is finished (1) Is transferred to the subchamber 18. Subsequently, when the environment of the main chamber 11 and the subchamber 18 become the same condition, that is, when the vacuum pressure of both chambers is the same, the connecting passage 9 of the main chamber 11 and the subchamber 18 is provided. The inner door 7 installed therein is opened. At this time, the transfer robot 19 in the subchamber 18 transfers the sample 1 to the holder 5 of the main chamber 11. The holder 5 is positioned in the quartz tube 16 of the cleaning unit 40, and the mixed gas is injected into the quartz tube 16 of the cleaning unit 40 through the nozzle 21. In this case, plasma is generated by applying RF energy from the RF power source to the quartz tube 16, and the plasma particles simultaneously wash a plurality of samples 1 mounted on the holder 5.

그리고, 다수의 시료(1)를 장착한 홀더(5)는 시료의 표면분석을 위해 이송스테이지(15)에 의해 분석기(12)로 이송된다. 이때, 조사부(13)는 X-선을 시료에 조사하며 상기 X-선에 노출된 시료(1)는 광전자(photoelectron)를 방출하게 된다. 이 광전자의 운동에너지를 측정함으로써 분석기(12)는 시료(1)의 표면구성성분을 알아낼 수 있게 된다. Then, the holder 5 equipped with a plurality of samples 1 is transferred to the analyzer 12 by the transfer stage 15 for surface analysis of the samples. At this time, the irradiator 13 irradiates the sample with X-rays and the sample 1 exposed to the X-rays emits photoelectrons. By measuring the kinetic energy of the photoelectrons, the analyzer 12 can determine the surface components of the sample 1.

한편, 분석기(12)는 수십Å 깊이의 표면 구성물질 및 화학적 결합상태의 관찰은 용이하지만 수백 Å 깊이의 표면 즉 심층의 구성물질 및 화학적 결합상태의 관찰은 용이하지가 않다. 그러나, 에칭 건(14)을 통해 아르곤 이온을 입사하여 시료(1)의 표면을 에칭함으로써 수백 Å 깊이의 표면 즉 심층의 구성물질 및 화학적 결합상태의 관찰이 용이해진다.On the other hand, the analyzer 12 is easy to observe the surface constituents and chemical bonding state of the tens of Å depth, but it is not easy to observe the constituents and chemical bonding state of the surface of the hundreds of Å depth. However, by injecting argon ions through the etching gun 14 to etch the surface of the sample 1, it is easy to observe the constituent material and the chemical bonding state of the surface of several hundreds of micrometers deep, that is, deep.

상술한 분석공정이 끝난 시료(1)는 서브챔버(18)의 이송로봇(19)에 의해 메인챔버(11)에서 서브챔버(18)로, 서브챔버(18)에서 외부로 이송된다. The sample 1 having the above-described analysis process is transferred from the main chamber 11 to the subchamber 18 and out of the subchamber 18 by the transfer robot 19 of the subchamber 18.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 종래 표면분석장치와는 달리 탄소(Carbon)나 산소(Oxygen) 등에 의해 오염된 다수의 시료를 플라즈마를 이용해 동시에 세척함으로써 분석공정시간 및 반도체 제조 공정시간을 단축할 수 있는 특징이 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, unlike the conventional surface analysis apparatus, a plurality of samples contaminated by carbon or oxygen are simultaneously washed using plasma to analyze an analysis process time and a semiconductor manufacturing process. There is a characteristic that can shorten the time.

한편, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다. 예컨대, 분석기는 세척된 다수의 시료를 개별적으로 분석할 수도 있을 뿐만 아니라, 이를 동시에 분석할 수 있도록 설계가 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 일이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiments, it is apparent that modifications and improvements can be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. For example, it is obvious to those skilled in the art that the analyzer may not only analyze a plurality of washed samples individually, but may also be designed to analyze them simultaneously.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 플라즈마를 이용해 다수의 시료를 동시에 세척하게 되어 분석공정에 걸리는 시간 및 반도체 제조 공정시간을 단축하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the plasma is washed simultaneously with a plurality of samples, thereby reducing the time required for the analysis process and the semiconductor manufacturing process time.

또한, 플라즈마 상태에서 시료를 세척하므로, 질량이 작은 원소가 먼저 에칭되는 이른바 'PE'(Preferential Etching)을 최소화 또는 방지하는 효과가 있다. In addition, since the sample is washed in a plasma state, there is an effect of minimizing or preventing so-called 'PE' (Preferential Etching) in which a small mass of elements is etched first.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면분석장치의 평면도이다.1 is a plan view of a surface analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 정면도로서 특히 메인챔버를 나타낸다.FIG. 2 is a front view of FIG. 1 showing in particular the main chamber.

도 3은 클리닝부 중의 석영튜브를 자세히 나타낸 도면이다.3 is a view showing in detail the quartz tube in the cleaning unit.

<도면의 주요부분에 대한 참조 부호의 설명><Description of reference numerals for main parts of the drawings>

11 : 메인챔버 12 : 분석기             11: main chamber 12: analyzer

13 : 조사(照射)부 14 : 에칭 건             13: irradiation part 14: etching gun

16 : 석영튜브 17 : RF 코일             16: quartz tube 17: RF coil

21 : 노즐 22 : RF 전원             21: nozzle 22: RF power

30 : 분석부 40 : 클리닝부            30: analysis unit 40: cleaning unit

Claims (8)

반도체 단위공정의 정상여부를 파악하기 위해 반도체 시료의 표면을 분석하는 표면분석장치에 있어서,In the surface analysis device for analyzing the surface of the semiconductor sample to determine whether the semiconductor unit process is normal, 메인챔버;Main chamber; 상기 메인챔버 내부에 설치되어 알에프 에너지에 의해 혼합기체를 플라즈마로 생성하고 이 플라즈마를 이용해 다수의 반도체 시료 표면을 동시에 세척하는 클리닝부; 및A cleaning unit installed inside the main chamber to generate a mixed gas into plasma by RF energy and to simultaneously wash a plurality of semiconductor sample surfaces by using the plasma; And 상기 메인챔버 내외부에 설치되어 클리닝부에서 세척된 다수의 반도체 시료 표면을 분석하는 분석부를 구비함을 특징으로 하는 표면분석장치.Surface analysis apparatus characterized in that provided in the interior and exterior of the main chamber to analyze the plurality of semiconductor sample surfaces washed by the cleaning unit. 제 1 항에 있어서, 상기 클리닝부는The method of claim 1, wherein the cleaning unit 석영튜브;Quartz tube; 상기 석영튜브의 둘레를 감싸고 있는 알에프 코일;An RF coil wrapped around the quartz tube; 상기 알에프 코일과 연결되어 알에프 에너지를 인가하는 알에프 전원; 및An RF power supply connected to the RF coil to apply RF energy; And 상기 석영튜브로 혼합기체를 입사하는 노즐로 구성됨을 특징으로 하는 표면분석장치.Surface analysis apparatus comprising a nozzle for entering the mixed gas into the quartz tube. 제 1 항에 있어서, 상기 분석부는The method of claim 1, wherein the analysis unit 메인챔버 내에 설치되어 전자기파를 반도체 시료의 표면에 조사하는 조사부;An irradiation unit installed in the main chamber to irradiate the surface of the semiconductor sample with electromagnetic waves; 상기 조사부에서 조사하는 전자기파에 의해 시료의 표면에서 전자를 방출시키고 상기 전자를 이용하여 반도체 시료의 표면을 분석하는 분석기로 구성됨을 특징으로 하는 표면분석장치. And an analyzer for emitting electrons from the surface of the sample by the electromagnetic waves irradiated by the irradiator and analyzing the surface of the semiconductor sample using the electrons. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 혼합기체는 아르곤 가스와 산소로 혼합됨을 특징으로 하는 표면분석장치.The mixed gas is a surface analysis device, characterized in that mixed with argon gas and oxygen. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 메인챔버 내에 설치되어 반도체 시료의 심층분석을 위한 시료의 표면을 식각을 위해, 에칭가스를 시료의 표면에 입사하는 에칭 건을 더 구비함을 특징으로 하는 표면분석장치. And an etching gun provided in the main chamber to inject etching gas into the surface of the sample for etching the surface of the sample for in-depth analysis of the semiconductor sample. 제 3 항 또는 제 5항에 있어서,The method according to claim 3 or 5, 상기 조사부에서 조사하는 전자기파는 X-선 또는 전자빔임을 특징으로 하는 표면분석장치.Electromagnetic wave irradiated from the irradiation unit is X-rays or electron beam surface analysis device. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 에칭 건에서 반도체 시료의 표면에 입사하는 에칭가스는 아르곤 가스로서 양전하를 띤 아르곤 이온으로 이온화되어 입사되는 것을 특징으로 하는 표면분석장치. The etching gas incident on the surface of the semiconductor sample in the etching gun is ionized into argon ions having a positive charge as argon gas, and is incident. 클리닝부와 분석부를 구비한 표면분석장치를 이용하여 반도체 시료의 표면을 분석하는 방법에 있어서,In the method of analyzing the surface of a semiconductor sample using a surface analysis device having a cleaning unit and an analysis unit, 단위공정이 완료된 반도체 시료를 상기 클리닝부로 투입하는 단계와Injecting a semiconductor sample having a unit process completed into the cleaning unit; 상기 클리닝부의 석영튜브에서 플라즈마를 발생시켜 오염된 다수의 반도체 시료 표면을 동시에 세척하는 단계와Generating plasma from the quartz tube of the cleaning unit and simultaneously cleaning surfaces of a plurality of contaminated semiconductor samples; 반도체 단위공정의 정상여부를 파악하기 위해 상기 세척된 반도체 시료의 표면 구성물질 및 화학적 결합상태를 분석하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면분석방법.And analyzing the surface constituents and the chemical bonding state of the washed semiconductor sample to determine whether the semiconductor unit process is normal.
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CN116043174A (en) * 2022-12-31 2023-05-02 无锡爱尔华光电科技有限公司 Evaporation coating device for performing atmosphere compensation by using radio frequency power supply

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