KR20080048703A - Measurement method of a thickness in an epitaxial process using a surface step - Google Patents

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Abstract

A thickness measurement method using a surface step in an epitaxial process is provided to prevent defects of a die by providing correctly data of an epitaxial layer. An oxide layer is formed on an upper surface of a wafer(W). A nitride layer is laminated on the oxide layer. A reference pattern(3) of a predetermined depth is formed on the wafer including the nitride layer. An epitaxial layer(4) is formed on the wafer including the reference pattern. A measurement process is performed to measure a step of the surface of the wafer including the epitaxial layer. A thickness of the epitaxial layer is produced by considering a setting depth of the reference pattern from the measured step.

Description

에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법{MEASUREMENT METHOD OF A THICKNESS IN AN EPITAXIAL PROCESS USING A SURFACE STEP}METHUREMENT METHOD OF A THICKNESS IN AN EPITAXIAL PROCESS USING A SURFACE STEP

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법을 도시한 도면이다.1A to 1E are diagrams illustrating a thickness measurement method using surface steps in an epitaxial process according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

11 : 산화막 12 : 질화막11 oxide film 12 nitride film

13 : 기준 패턴 14 : 에피텍셜막13 reference pattern 14 epitaxial film

본 발명은 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있도록 하여 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이의 결함을 방지하는 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thickness measurement method using the surface step in the epitaxial process, and more particularly, to accurately measure the thickness of the epitaxial film with respect to the edge portion of the wafer to correct the defect of the die located at the wafer edge portion It relates to a thickness measurement method using the surface step in the epitaxial process to prevent.

일반적으로, 전기적 특성이 다른 에피텍셜 박막(epitaxial layer)을 다층으로 형성한 다층 구조의 에피텍셜 웨이퍼는 파워 디바이스용의 적용이 많아짐으로 인해 주목받고 있으며, 이들 다층 구조의 에피텍셜 웨이퍼로부터 뛰어난 특성의 디 바이스를 얻기 위해서는 그 에피텍셜막의 두께도 중요하게 되었고, 이로 인해 제조 공정에 있어서 에피텍셜막 두께를 정밀하게 제어하는 것이 요구되고 있다. In general, epitaxial wafers having a multi-layered epitaxial thin film having different electrical characteristics have been attracting attention due to the increasing application of power devices, and excellent epitaxial wafers have been developed from these multi-layered epitaxial wafers. In order to obtain a device, the thickness of the epitaxial film is also important, and therefore, it is required to precisely control the thickness of the epitaxial film in the manufacturing process.

이러한 에피텍셜막 두께를 제어하기 위해서는 얻어지는 에피텍셜막의 두께를 우선 측정해야 하며, 이를 위해 에피텍셜 웨이퍼의 에피텍셜막 두께를 비파괴로 측정하는 FTIR(Fourier Transformation Infrared Spectroscopy; 푸리에 변환 적외 분광 장치)이 널리 사용되고 있다. In order to control the epitaxial film thickness, the thickness of the epitaxial film obtained must be measured first.For this purpose, Fourier Transformation Infrared Spectroscopy (FTIR), which measures epitaxial film thickness of epitaxial wafers non-destructively, is widely used. It is used.

종래의 FTIR법에 의한 박막의 두께 측정은 적외선 분광계를 이용하여 에피텍셜 웨이퍼의 반사 스펙트럼을 측정하고, 이 스펙트럼상의 간섭 줄무늬 패턴을 얻어, 그 간섭 줄무늬를 해석함으로써 두께 측정이 행하여지는 것이다. 이 FTIR법에 의한 막 두께 측정은 기판상에 형성된 박막이 단층인 경우에는 간섭 줄무늬 패턴에서 비교적 간단한 해석으로 두께를 구할 수 있다. The thickness measurement of the thin film by the conventional FTIR method is performed by measuring the reflection spectrum of an epitaxial wafer using an infrared spectrometer, obtaining the interference fringe pattern on this spectrum, and analyzing the interference fringe. In the film thickness measurement by the FTIR method, when the thin film formed on the substrate is a single layer, the thickness can be obtained by a relatively simple analysis in the interference fringe pattern.

그러나, 이와 같은 종래의 기술에 따른 FTIR에 의한 막 두께 측정장치는 적외선의 스팟 사이즈(spot size)가 5mm 정도여서 웨이퍼의 외주로부터 5mm 이내의 에지부분에서는 적외선을 제대로 반사시키지 못하게 됨으로써 이러한 웨이퍼 에지부분의 에피텍셜막의 두께를 측정할 수 없게 되는 문제점을 가지고 있었다. 따라서, 웨이퍼 에지부분의 에피텍셜막의 두께를 콘트롤할 수 있는 기준 데이터를 획득할 수 없기 때문에 패턴 공정시 에지부분의 에피텍셜막의 두께를 정확히 알 수 없어 디포커스(defocus)를 유발시키며, 이로 인해 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이(die)는 불량을 유발시킨다.However, the film thickness measuring apparatus using the FTIR according to the related art has a spot size of about 5 mm so that the edge portion within 5 mm from the outer circumference of the wafer does not reflect infrared rays properly, thereby There was a problem in that the thickness of the epitaxial film could not be measured. Therefore, since the reference data for controlling the thickness of the epitaxial film of the wafer edge portion cannot be obtained, the thickness of the epitaxial film of the edge portion cannot be known accurately during the patterning process, causing defocus. Dies located at the edges cause failures.

그러므로, 이러한 문제점은 반도체 소자의 집적도가 점점 증가하고 있는 상 황에서 웨이퍼의 에지부분의 다이(die)를 사용하지 못하게 하여 웨이퍼의 수율을 증가시키는데 장애를 초래하는 원인이 되었다.Therefore, such a problem causes a failure in increasing the yield of the wafer by disabling the die of the edge portion of the wafer in a situation where the integration of semiconductor devices is increasing.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 후속공정시 웨이퍼 전체에 걸친 에피텍셜막의 데이터를 정확하게 제공함으로써 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이의 결함을 방지하여 웨이퍼의 수율 증가에 기여하는 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to accurately measure the thickness of an epitaxial film on an edge portion of a wafer. The present invention provides a thickness measuring method using a surface step in an epitaxial process that contributes to an increase in wafer yield by preventing a defect of a die located at an edge of a wafer by accurately providing the wafer.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 웨이퍼의 에피텍셜막 두께를 측정하는 방법에 있어서, 웨이퍼에 산화막을 형성시키는 단계와, 산화막에 질화막을 적층 형성시키는 단계와, 질화막이 형성된 웨이퍼에 기준 패턴을 설정된 깊이로 식각하는 단계와, 기준 패턴이 형성된 웨이퍼에 에피텍셜막을 형성시키는 단계와, 에피텍셜막이 형성된 웨이퍼 표면에 대한 단차를 측정하는 단계와, 측정된 단차로부터 기준 패턴의 설정된 깊이를 감안하여 에피텍셜막의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for measuring the epitaxial film thickness of a wafer, the method comprising: forming an oxide film on a wafer, laminating a nitride film on the oxide film, and forming a reference pattern on the wafer on which the nitride film is formed. Etching to a predetermined depth, forming an epitaxial film on the wafer on which the reference pattern is formed, measuring a step on the surface of the wafer on which the epitaxial film is formed, and taking into account the set depth of the reference pattern from the measured step Calculating the thickness of the epitaxial film.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법은 산화막(Oxide film) 형성단계, 질화막(Nitride film) 형성단계, 기준 패턴 형성단계, 에피텍셜막(epitaxial layer) 형성단계, 웨이퍼 단차 측정단계 및 에피텍셜막 두께 산출단계를 포함한다.1A to 1E are diagrams illustrating a thickness measurement method using surface steps in an epitaxial process according to the present invention. As shown, the thickness measurement method using the surface step in the epitaxial process according to the present invention is an oxide film forming step, a nitride film forming step, a reference pattern forming step, an epitaxial layer Forming step, wafer step measurement step and epitaxial film thickness calculation step.

산화막 형성단계는 도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(W) 상에 산화막(1)을 형성시키며, 이러한 산화막(1)은 후술하게 될 질화막(2)의 증착을 도우며, 질화막(2)과 웨이퍼(W)간의 완충 역할을 하게 된다. The oxide film forming step forms an oxide film 1 on the silicon wafer W, as shown in FIG. 1A, which assists in the deposition of the nitride film 2, which will be described later, and the nitride film 2. It serves as a buffer between the wafers (W).

질화막 형성단계는 도 1b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 산화막(1)상에 질화막(2)을 증착에 의해 적층 형성시킨다.In the nitride film forming step, as shown in FIG. 1B, the nitride film 2 is laminated on the oxide film 1 of the wafer W by vapor deposition.

기준 패턴 형성단계는 도 1c에 도시된 바와 같이, 질화막(2)이 형성된 웨이퍼(W)에 설정된 깊이의 기준 패턴(3)을 식각에 의해 형성한다. 이를 위해 질화막(2)이 형성된 웨이퍼(W) 표면에 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 포토레지스트를 도포한 다음, 기준 패턴이 정의된 마스크를 사용하여 포토레지스트층을 노광하고, 노광된 포토레지스트층에 현상 공정을 진행하여 기준 패턴에 따라 포토레지스트층을 패터닝하고, 기준 패턴을 식각 후 포토레지스트를 제거함으로써 웨이퍼(W)상에 원하는 깊이를 가지는 기준 패턴(3)을 형성한다.In the reference pattern forming step, as illustrated in FIG. 1C, a reference pattern 3 having a depth set on the wafer W on which the nitride film 2 is formed is formed by etching. To this end, the photoresist is applied to the surface of the wafer W on which the nitride film 2 is formed by spin coating, and then the photoresist layer is exposed using a mask having a reference pattern defined therein, and the exposed photoresist layer is exposed. The photoresist layer is patterned according to the reference pattern, and the photoresist is removed after etching the reference pattern to form a reference pattern 3 having a desired depth on the wafer W.

에피텍셜막 형성단계는 도 1d에 도시된 바와 같이, 기준 패턴(3)이 형성된 웨이퍼(W) 표면에 에피텍셜막(4)을 형성시키는데, 이 때 에피텍셜막(4)은 질화막(2)을 제외한 부분, 즉 기준 패턴(3)에만 형성된다.In the epitaxial film forming step, as shown in FIG. 1D, the epitaxial film 4 is formed on the surface of the wafer W on which the reference pattern 3 is formed, wherein the epitaxial film 4 is formed of the nitride film 2. It is formed only in the portion except for the reference pattern 3.

웨이퍼 단차 측정단계는 에피텍셜막(4)이 형성된 웨이퍼(W) 표면에 대한 단차를 측정한다. 웨이퍼(W) 표면에 대한 단차 측정은 스텝 프로파일러(step profiler) 장비가 사용될 수 있으며, 이 장비는 웨이퍼 표면에 형성된 회로 패턴들의 높이 및 패턴들간의 단차를 측정하는 장비로서, 팁(미도시)이 웨이퍼(W) 표면에 접촉하여 횡으로 이동하게 되고, 이 때 웨이퍼(W) 표면의 패턴 단차에 따라 팁에 전달되는 원자력을 감지하여 단차를 원자단위까지 측정할 수 있게 된다. The wafer step measuring step measures the step on the surface of the wafer W on which the epitaxial film 4 is formed. Step profiler measurement may be used for the wafer W surface. The device measures the height of circuit patterns formed on the wafer surface and the steps between the patterns. The wafer W is in contact with the surface of the wafer W and moves laterally. At this time, the nuclear power delivered to the tip is sensed according to the pattern step of the wafer W, so that the step can be measured up to the atomic unit.

에피텍셜막 두께 산출단계는 측정된 단차로부터 기준 패턴(3)의 깊이를 감안하여 에피텍셜막(4)의 두께를 산출하게 된다. 이 때, 도 1d에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)상에 산화막(1) 및 질화막(2)이 존재하는 경우 이러한 산화막(1) 및 질화막(2)의 두께(a,b)를 기준 패턴(3)의 깊이(c)와 함께 감안하여 에피텍셜막(4)의 두께(t)를 산출하게 된다. The epitaxial film thickness calculating step calculates the thickness of the epitaxial film 4 in consideration of the depth of the reference pattern 3 from the measured step. At this time, as shown in FIG. 1D, when the oxide film 1 and the nitride film 2 exist on the wafer W, the thicknesses a and b of the oxide film 1 and the nitride film 2 are referred to as reference patterns. In consideration of the depth c of (3), the thickness t of the epitaxial film 4 is calculated.

즉, 웨이퍼(W) 표면의 단차를 측정한 결과, 질화막(2)의 표면보다 낮게 에피텍셜막(4)이 형성된 경우 산화막(1)의 두께(a), 질화막(b)의 두께(b), 기준 패턴(3)의 깊이(c)를 합한 값에 단차(d1)를 빼게 되면 에피텍셜막(4)의 두께(t1)를 얻을 수 있다. 한편, 도 1d와 달리 웨이퍼(W) 표면의 단차를 측정한 결과, 질화막(2)의 표면보다 높게 에피텍셜막(4)이 형성된 경우 산화막(1)의 두께(a), 질화막(b)의 두께(b), 기준 패턴(3)의 깊이(c), 그리고, 측정된 단차를 모두 합하게 되면 에피텍셜막(4)의 두께를 얻을 수 있다. That is, when the level difference of the surface of the wafer W is measured, when the epitaxial film 4 is formed lower than the surface of the nitride film 2, the thickness (a) of the oxide film 1 and the thickness (b) of the nitride film (b) When the step d 1 is subtracted from the sum of the depths c of the reference patterns 3, the thickness t 1 of the epitaxial film 4 can be obtained. On the other hand, unlike FIG. 1D, when the step difference on the surface of the wafer W is measured, when the epitaxial film 4 is formed higher than the surface of the nitride film 2, the thickness (a) of the oxide film 1 and the nitride film (b) When the thickness b, the depth c of the reference pattern 3, and the measured steps are added together, the thickness of the epitaxial film 4 can be obtained.

한편, 에피텍셜막의 두께 산출단계 이전에 도 1e에 도시된 바와 같이, 웨이 퍼(W)상의 산화막 및 질화막을 제거하는 단계를 실시할 수 있다. 이러한 산화막 및 질화막의 제거단계에 의해 웨이퍼(W) 표면이 노출되며, 이 때 기준 패턴(3)의 깊이(c)에 스텝 프로파일러에 의해 측정된 웨이퍼(W) 단차(d2)를 빼면 에피텍셜막(4)의 두께(t2)를 얻게 된다. 또한, 도 1e에 달리 에피텍셜막(4)의 표면이 웨이퍼(W) 표면보다 높을 경우 에피텍셜막(4)의 두께는 측정된 단차와 기준 패턴(3)의 깊이(c)를 더한 값이 된다.Meanwhile, as shown in FIG. 1E, before the thickness calculation step of the epitaxial film, an oxide film and a nitride film on the wafer W may be removed. The surface of the wafer W is exposed by the removal of the oxide film and the nitride film. At this time, the depth W of the reference pattern 3 is subtracted from the wafer W step d 2 measured by the step profiler. The thickness t 2 of the technical film 4 is obtained. In addition, unlike FIG. 1E, when the surface of the epitaxial film 4 is higher than the surface of the wafer W, the thickness of the epitaxial film 4 is obtained by adding the measured step height and the depth c of the reference pattern 3. do.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 종래의 FTIP 방식에 의존할 경우 적외선의 스팟 사이즈를 최소화하여만 웨이퍼(W)의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 측정할 수 있으나, 본 발명에서는 웨이퍼(W)에 설정된 깊이로 식각된 기준 패턴(3)에 의해 웨이퍼(W) 표면에 단차를 발생시키고, 이를 스텝 프로파일러 장비 등을 사용하여 측정하게 됨으로써 종래와 같은 제약없이 웨이퍼(W)의 가장자리를 포함한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 후속공정시 웨이퍼 전체에 걸친 에피텍셜막의 데이터를 정확하게 얻을 수 있게 됨으로써 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이(die)의 결함 발생을 방지한다.According to the preferred embodiment of the present invention as described above, the thickness of the epitaxial film on the edge portion of the wafer (W) can be measured only by minimizing the spot size of the infrared light when the conventional FTIP method is used. By generating a step on the surface of the wafer W by the reference pattern 3 etched to a depth set in the wafer W, and measuring it using a step profiler device, etc. The thickness of the epitaxial film including the edge can be measured accurately. Therefore, in the subsequent process, data of the epitaxial film over the entire wafer can be obtained accurately, thereby preventing the occurrence of defects on the die located at the wafer edge portion.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법은 웨이퍼의 에지부분에 대한 에피텍셜막의 두께를 정확하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 후속공정시 웨이퍼 전체에 걸친 에피텍셜막의 데이터를 정확하게 제공함으로써 웨이퍼 에지부분에 위치하는 다이의 결함을 방지하여 웨이퍼의 수율 증가에 기여하는 효과를 가지고 있다. As described above, the thickness measurement method using the surface step in the epitaxial process according to the present invention can accurately measure the thickness of the epitaxial film on the edge portion of the wafer, so that the epitaxial over the entire wafer during the subsequent process By providing the data of the film accurately, it is possible to prevent the defect of the die located at the wafer edge portion and contribute to increase the yield of the wafer.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for carrying out the thickness measurement method using the surface step in the epitaxial process according to the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, in the claims As claimed, any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.

Claims (3)

웨이퍼의 에피텍셜막 두께를 측정하는 방법에 있어서,In the method for measuring the epitaxial film thickness of a wafer, 웨이퍼에 산화막을 형성시키는 단계와,Forming an oxide film on the wafer, 상기 산화막에 질화막을 적층 형성시키는 단계와,Stacking and forming a nitride film on the oxide film; 상기 질화막이 형성된 웨이퍼에 기준 패턴을 설정된 깊이로 식각하는 단계와,Etching the reference pattern to a predetermined depth on the wafer on which the nitride film is formed; 상기 기준 패턴이 형성된 웨이퍼에 에피텍셜막을 형성시키는 단계와,Forming an epitaxial film on the wafer on which the reference pattern is formed; 상기 에피텍셜막이 형성된 웨이퍼 표면에 대한 단차를 측정하는 단계와,Measuring a step on the surface of the wafer on which the epitaxial film is formed; 상기 측정된 단차로부터 상기 기준 패턴의 설정된 깊이를 감안하여 상기 에피텍셜막의 두께를 산출하는 단계Calculating the thickness of the epitaxial layer in consideration of the set depth of the reference pattern from the measured step; 를 포함하는 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법.Thickness measurement method using the surface step in the epitaxial process comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 에피텍셜막의 두께 산출단계는,The thickness calculation step of the epitaxial film, 상기 기준 패턴의 설정된 깊이와 함께 상기 산화막 및 상기 질화막의 두께를 감안하여 상기 에피텍셜막의 두께를 산출하는 것Calculating the thickness of the epitaxial film in consideration of the thicknesses of the oxide film and the nitride film together with the set depth of the reference pattern; 을 특징으로 하는 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법. Thickness measurement method using the surface step in the epitaxial process characterized in that. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 에피텍셜막의 두께 산출단계 이전에 웨이퍼상의 상기 산화막 및 상기 질화막을 제거하는 단계를 실시하는 것Removing the oxide film and the nitride film on the wafer before the thickness calculation step of the epitaxial film. 을 특징으로 하는 에픽텍셜 공정에서의 표면 단차를 이용한 두께 측정방법.Thickness measurement method using the surface step in the epitaxial process characterized in that.
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