KR20060067385A - 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

급속 열처리 장치의 저온 공정을 효과적으로 모니터링할 수 있는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 방법은, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 손상층을 형성하는 단계; 열 파동(thermal wave)값을 1차 측정하는 단계; 저온 열처리 공정을 진행하는 단계; 열 파동값을 2차 측정하는 단계; 1차 및 2차 측정된 열 파동값의 차를 측정하는 단계; 상기 차를 이용하여 저온 열처리 공정을 모니터링 하는 단계; 및 상기 반도체 웨이퍼에 고온 열처리 공정을 진행하여 상기 반도체 웨이퍼를 재생하는 단계를 포함한다.

열 파동값, RTP, 저온, 모니터링,

Description

급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법{MONITORING METHOD OF LOW TEMPERATURE PROCESS FOR RAPID THERMAL PROCESS APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 공정 모니터링 방법을 나타내는 공정 블록도이고,

도 2는 도 1의 열 파동값 측정을 실시하는 열 파동 측정장치의 개략적인 구성도이며,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저온 공정 모니터링 방법을 나타내는 공정 블록도이다.

본 발명은 급속 열처리 공정을 진행하는 반도체 소자 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 급속 열처리 장치의 저온 공정을 효과적으로 모니터링할 수 있는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조함에 있어서 열처리 공정을 진행하는데 사용되는 급속 열처리 공정은 반도체 소자를 완성하기 위해 여러 단계에서 다양한 목적을 위해 필요에 따라 여러 가지 가스를 도입시키며 진행시킨다.

통상적으로, 상기한 열처리 공정을 진행하는 급속 열처리 장치는 공정 챔버와, 공정 챔버에 가스를 도입하기 위한 가스 도입 수단과, 진공 펌프가 연결되는 배기구를 구비한다.

상기 챔버의 내부에는 웨이퍼가 로딩되는 서셉터가 설치되고, 서셉터와 대향하는 챔버의 상부에는 반사판이 설치된 램프 히터가 설치된다. 이때, 상기 램프 히터는 웨이퍼의 하부에 설치되어 웨이퍼의 뒷면을 가열할 수도 있다.

챔버 상부의 램프와 기판 사이에는 석영창(Quartz window)이 설치되며, 그 상부에 석영창과는 소정의 간격을 유지한 채 다수의 램프가 설치된다. 따라서, 램프 히터의 열의 일부는 석영창을 통해 직접 기판으로 전달되고, 일부는 반사판에 의해 반사되어 기판에 가해진다.

이러한 구성의 급속 열처리 장치에 있어서, 저온 공정은 실리사이드 형성을 위한 어닐(anneal)에 주로 사용되는데, 종래에는 저온 공정을 모니터링하여 급속 열처리 장치를 관리하기 위한 방법으로, 고온의 산화막 형성 방법을 통해 저온 공정을 모니터링 하거나, 모니터링 웨이퍼에 실리사이드 금속을 형성한 후 저온 공정을 실시하고, 시트 저항(sheet of resistance: Rs)을 측정하는 방법을 통해 저온 공정을 모니터링 하고 있다.

그런데, 고온 산화막을 형성하는 방법은 저온 공정을 관리하는 방법으로는 부적절하며, 시트 저항을 측정하는 방법은 웨이퍼 소모량이 많고, 방법 또한 복잡한 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저온 공정을 효과적으로 모니터링할 수 있는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법을 제공함에 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 손상층을 형성하는 단계;

열 파동(thermal wave)값을 1차 측정하는 단계;

저온 열처리 공정을 진행하는 단계;

열 파동값을 2차 측정하는 단계;

1차 및 2차 측정된 열 파동값의 차를 측정하는 단계; 및

상기 차를 이용하여 저온 열처리 공정을 모니터링 하는 단계;

를 포함하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법을 제공한다.

상기 손상층을 형성하는 단계에서는 아세닉(As)을 설정 조건, 예컨대 110∼130keV의 이온 주입 에너지와 0.9∼1.1E14의 도즈량으로 주입한다. 그리고, 저온 열처리 공정은 400∼500℃에서 실시한다.

그리고, 본 발명의 실시예는 저온 열처리 공정을 모니터링한 후, 상기 모니터링에 사용된 웨이퍼를 재생할 수 있다. 이 경우, 모니터링을 완료한 웨이퍼에 고온 열처리 공정을 진행한 후, 상기 손상층을 형성하는 단계부터 다시 진행한다. 이때, 상기 고온 열처리 공정은 1100∼1200℃의 온도에서 20∼40초간 질소(N₂) 가스 를 주입하면서 실시한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 공정 모니터링 방법의 공정 블록도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 열 파동값을 측정하는 열 파동 측정장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.

본 발명은 저온 공정을 모니터링 하는데 열 파동 측정을 이용한다. 상기한 열 파동 측정을 수행하는 장치는 모니터링 웨이퍼(10)에 레이저 빔(12)을 조사한 후, 웨이퍼의 손상된 부분에서 난반사된 빔(14)을 증폭함으로써 손상 정도를 계측한다. 상기 레이저 빔(12)은 He-Ne 레이저 발생기(16)로부터 조사된다. 또한, 열 파동 측정장치는 아르곤 레이저원인 레이저 펌프(18)를 구비하고, 검출기(20)는 난반사된 빔(14)을 검출하여 열 파동값을 측정한다. 상기한 열 파동값은 손상 정도에 따라 웨이퍼 표면에서의 레이저 빔의 반사율(refkectivity)이 달라지는 원리를 이용하여 측정한다.

상기한 구성의 열 파동 측정장치를 이용한 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법이 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 저온 공정을 모니터링 하기 위해, 본원 발명의 실시예는 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 손상층을 형성한다. 이때, 상기 이온 주입 공정에서는 아세닉(As)을 110∼130keV의 이온 주입 에너지와 0.9∼1.1E14의 도즈량으로 주입한다.

손상층을 형성한 후에는 상기한 열 파동 측정장치를 이용하여 열 파동값을 1차 측정한다.

이온 주입이 완료되면 반도체 웨이퍼에 이온 주입에 의한 손상 및 격자 결함이 손상되어 결정이 불규칙하게 배열된다. 따라서, 이온 주입 후 측정한 1차 열파동값은 매우 높은 값을 나타낸다.

이어서, 400∼500℃의 저온에서 열처리 공정을 진행하고, 열 파동값을 2차 측정한다. 반도체 웨이퍼를 저온 열처리 하면, 열에너지에 의해 이온들이 재결합되고, 결정들이 재정렬된다. 따라서, 2차 열파동값은 매우 안정적으로 측정된다.

이후, 1차 및 2차 측정된 열 파동값의 차를 측정함으로써, 저온 열처리 공정이 적절히 수행되었는지 모니터링한다.

저온 열처리 온도 및 시간에 따른 열파동값의 변화를 다수의 샘플을 이용하여 미리 설정해 놓을 수 있다. 즉, 저온 열처리 온도 및 시간이 다른 다수의 조건을 적용하여 각각 복수개의 샘플들에 저온 열처리 공정을 실시한다. 이들 샘플들의 열처리 전, 후의 열 파동값을 측정하여 열처리 조건별, 열처리 전 열 파동값 및 열처리 후 열 파동값의 관계를 설정하여 미리 데이터 베이스화 할 수 있다. 실제 저온 열처리 공정이 적용된 반도체 웨이퍼에서 측정한 열처리 전 열 파동값인 제1 열 파동값 및 열처리 후 열 파동값인 제2 열 파동값을 측정하여 상기 데이터 베이스화된 기준 정보에 적용함으로써, 저온 열처리 공정이 적절히 수행되었는지 모니터링 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저온 공정 모니터링 방법의 공정 블록 도를 도시한 것으로, 저온 열처리 공정을 모니터링한 후, 상기 모니터링에 사용된 웨이퍼를 재생하여 사용할 수 있도록 구성한 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 모니터링을 완료한 웨이퍼에 1100∼1200℃의 온도에서 20∼40초간 질소(N₂) 가스를 주입하면서 고온 열처리 공정을 진행한다. 이와 같이, 상기한 고온 열처리 공정이 실시된 모니터링 웨이퍼는 추후 이온을 주입하여 손상층을 형성하는 단계부터 다시 사용함으로써 저온 공정의 모니터링에 사용되는 웨이퍼의 소모량을 최소화할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 인라인에서 공정이 진행중인 반도체 웨이퍼에서 저온 열처리 공정 전, 후의 열 파동값을 측정할 수 있고, 이를 사용하여 급속 열처리 장치에 설정된 온도 및 시간이 실제 반도체 웨이퍼에 가해지는 에너지에 부합되는지의 여부를 실시간으로 판단할 수 있으므로, 저온 공정을 효과적으로 모니터링할 수 있다.

또한, 모니터링 후에는 모니터링 웨이퍼를 재사용함으로써, 저온 공정의 모니터링에 필요한 웨이퍼의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 손상층을 형성하는 단계;

   열 파동(thermal wave)값을 1차 측정하는 단계;

   저온 열처리 공정을 진행하는 단계;

   열 파동값을 2차 측정하는 단계;

   1차 및 2차 측정된 열 파동값의 차를 측정하는 단계; 및

   상기 차를 이용하여 저온 열처리 공정을 모니터링 하는 단계;

   를 포함하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 저온 열처리 공정을 모니터링 한 후 상기 반도체 웨이퍼에 고온 열처리 공정을 진행하여 상기 반도체 웨이퍼를 재생하는 단계를 더욱 포함하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 고온 열처리 공정은 1100∼1200℃의 온도에서 20∼40초간 질소(N₂) 가스를 주입하면서 실시하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 손상층을 형성하는 단계에서는 아세닉(As)을 110∼130keV의 이온 주입 에너지와 0.9∼1.1E14의 도즈량으로 주입하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 저온 열처리 공정은 400∼500℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 저온 공정 모니터링 방법.

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