KR20080107685A - Wafer backside defect removing method by laser anneal - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 웨이퍼의 뒷면에 파티클과 핀 홀이 존재하는 모습을 나타내는 측면도,1 is a side view showing a state in which particles and pin holes exist on the back of the wafer;
도 2는 종래 습식 세정 방법을 이용한 웨이퍼 표면의 파티클 제거 방법을 나타내는 사시도,Figure 2 is a perspective view showing a particle removal method of the wafer surface using a conventional wet cleaning method,
도 3은 종래 메가소닉 세정 방법을 이용한 웨이퍼 표면의 파티클 제거 방법을 나타내는 측면도,3 is a side view illustrating a particle removal method of a wafer surface using a conventional megasonic cleaning method;
도 4는 본 발명에 따른 파티클 검출기를 이용하여 웨이퍼 뒷면에 존재하는 파티클과 핀 홀의 위치와 크기를 검출하는 단계를 나타내는 순서도,4 is a flowchart illustrating a step of detecting a position and a size of particles and pin holes existing on a back surface of a wafer using a particle detector according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 뒷면에 국부적인 레이저 어닐을 실시하는 단계를 나타내는 측면도이다.Figure 5 is a side view showing the step of performing a local laser annealing on the back of the wafer according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 웨이퍼 10a : 웨이퍼 앞면10:
10b : 웨이퍼 뒷면 11 : 패턴10b: back side of wafer 11: pattern
20 : 파티클 21 : 척20: Particle 21: Chuck
22 : 분사 노즐 23 : 디아이 워터22: injection nozzle 23: D-I water
25 : 진동자 30 : 핀 홀25: vibrator 30: pinhole
40 : 파티클 검출기 41 : 레이저 발생부40: particle detector 41: laser generating unit
42 : 입사 렌즈 43 : 광포집 렌즈42: incident lens 43: light collecting lens
45 : 신호처리부 46 : 출력부45: signal processing section 46: output section
50 : 레이저 빔50: laser beam
본 발명은 레이저 어닐에 의한 웨이퍼 뒷면의 결함 제거 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파티클 검출기를 이용하여 웨이퍼 뒷면에 존재하는 파티클이나 핀 홀 등 결함의 위치와 크기를 찾아내고 제거해야 할 크기의 결함을 선별하여 그 위치를 확인한 후, 결함이 존재하는 위치에서 국부적으로 레이저 어닐을 실행하여 결함을 제거함으로써 이 후 포토리소그래피 또는 CMP 공정에서 반도체 소자에 나타날 수 있는 손실의 원인을 제거하기 위한 레이저 어닐에 의한 웨이퍼 뒷면의 결함 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing defects on the back side of a wafer by laser annealing, and more particularly, to find and remove the location and size of defects such as particles or pin holes on the back side of a wafer using a particle detector. After screening and confirming its location, the laser annealing is performed locally to remove the defect by performing laser annealing at the location where the defect is present, thereby eliminating the cause of the loss that may appear in the semiconductor device in the subsequent photolithography or CMP process. It relates to a method for removing defects on the back side of the wafer.
일반적으로 반도체 소자의 고집적화에 따라 반도체 제조공정이 복잡해지고 반도체 소자의 동작에 문제를 발생시키는 불량도 다양하게 발생하고 있다. 이러한 불량의 발생은 반도체 소자의 성능 저하 및 수율 감소의 원인이 된다.In general, as semiconductor devices are highly integrated, various semiconductor manufacturing processes are complicated and defects that cause problems in operation of semiconductor devices are generated. The occurrence of such a defect causes the deterioration of the performance of the semiconductor device and the decrease of the yield.
도 1은 웨이퍼의 뒷면에 파티클과 핀 홀이 존재하는 모습을 나타내는 측면도이다. 반도체 소자의 불량 발생 원인 중 웨이퍼(10)의 뒷면(10b)에 존재하는 파티클(particle, 20)이나 핀 홀(pin hole, 30)과 같은 결함(defect)은 포토리소그래피(photolithography)공정 또는 CMP(chemical mechanical polish)공정에서 웨이퍼(10) 앞면(10a)에 영향을 미칠 수 있다.1 is a side view illustrating a state in which particles and pin holes exist on a back surface of a wafer. Defects such as
이러한 결함의 영향은 포토리소그래피 공정에서의 패턴(11)의 초점 불량(Defocused pattern)과 CMP 공정에서의 과도 연마(Over polishing) 또는 과소 연마(Under polishing) 등의 형태로 나타나며 반도체 소자에 치명적인 손실을 야기하게 된다.The effect of such defects is in the form of a defocused pattern of the
웨이퍼(10)의 뒷면(10b)에 파티클(20)이 존재하는 경우에는 웨이퍼(10)가 포토리소그래피 또는 CMP 공정에 사용되는 장비의 스테이지에 올려졌을 때 파티클(20)이 위치한 부위에서 웨이퍼(10)의 앞면(10a)이 미세하게 솟아 오르게 된다. 또한 웨이퍼(10)의 뒷면(10b)에 핀 홀(30)이 형성된 경우에는 국부적으로 웨이퍼(10)의 앞면(10a)이 주저 앉게 된다.When the
즉, 웨이퍼(10)의 뒷면(10b)에 파티클(20)이 존재하는 경우에는 웨이퍼(10)가 스테이지에 올려졌을 때 웨이퍼(10) 뒷면(10a)의 형태(morphology)가 국부적으로 휘면서 앞면(10a) 쪽으로 드러나게 됨으로써 포토리소그래피의 경우 이 부분에서 패턴(11)의 초점이 맞지 않게 되어 정확한 패턴(11)을 형성할 수 없게 되며, CMP의 경우에는 웨이퍼(10)가 앞면(10a)으로 돌출된 부분 만큼 과도 연마가 이루어지는 문제점이 있다.That is, when the
마찬가지로 웨이퍼(10) 뒷면(10b)에 핀 홀(30)이 형성된 경우에는 포토리소그래피의 경우 정확한 패턴(11)을 형성할 수 없게 되고, CMP의 경우에는 웨이퍼(10)가 주저 앉게 되어 국부적으로 과소 연마 현상이 발생되는 문제점이 있다.Similarly, if the
종래에는 상기한 웨이퍼(10) 뒷면(10b)의 결함을 제거하기 위하여 습식 세정(wet cleaning) 방법을 사용하였으나 이러한 방법은 많은 시간을 소요하게 되며, 웨이퍼(10) 앞면(10a)의 패턴(11)에도 영향을 미치게 된다. 또한 습식 세정 방법은 결함의 제거에 있어서 그 효과가 높지 않은 단점이 있다.Conventionally, a wet cleaning method is used to remove the defects on the
도 2는 종래 습식 세정 방법을 이용한 웨이퍼 표면의 파티클 제거 방법을 나타내는 사시도이다. 종래 습식 세정 방법은 분사 노즐(22)을 통해 디아이 워터(deionized water, 23)를 강한 압력으로 분사하여 회전하는 척(21) 위에 안착된 웨이퍼(10)의 표면에 존재하는 파티클(20)을 떨어내는 방식이다.2 is a perspective view showing a particle removal method of the wafer surface using a conventional wet cleaning method. The conventional wet cleaning method sprays deionized
도 3은 종래 메가소닉 세정 방법을 이용한 웨이퍼 표면의 파티클 제거 방법을 나타내는 측면도이다. 웨이퍼(10)의 저면에 메가소닉을 발생시키는 진동자(25)를 접촉시켜 진동자(25)의 고주파 진동을 이용하여 패턴(11) 사이에 존재하는 파티클(20)을 웨이퍼(10) 표면에서 이탈시키고 분사노즐(22)에서 디아이 워터(23)를 분사하여 상기 파티클(20)을 씻어내는 방식이다.3 is a side view illustrating a particle removal method of a wafer surface using a conventional megasonic cleaning method. By contacting the bottom surface of the
그러나 상기한 종래의 습식 세정 방법은 파티클(20)이 웨이퍼(10) 표면에 강하게 결합되어 있는 경우에는 파티클(20)의 제거에 한계가 있으며, 핀 홀(30)의 경우에는 그 특성상 떨어낼 수 있는 것이 아니므로 습식 세정 방법을 이용할 수 없는 문제점이 있다.However, the conventional wet cleaning method has a limitation in removing the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 제조 장치에 출발물질로 사용되는 웨이퍼의 뒷면에 존재하는 파티클이나 핀 홀의 위치와 크기를 검출하여 국부적인 레이저 어닐을 실행하여 웨이퍼 표면을 평탄화시킴으로써 후속하는 포토리소그래피 공정이나 CMP 공정에서 반도체 소자에 나타날 수 있는 손실의 원인을 사전에 제거할 수 있도록 하는 레이저 어닐에 의한 웨이퍼 뒷면의 결함 제거 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by detecting the position and size of the particles or pin holes on the back of the wafer used as a starting material in the semiconductor manufacturing apparatus to perform a local laser annealing to perform a wafer surface It is an object of the present invention to provide a method for removing defects on the back surface of a wafer by laser annealing, which allows the planarization to eliminate in advance the cause of the loss that may appear in a semiconductor device in a subsequent photolithography process or a CMP process.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 레이저 어닐에 의한 웨이퍼 뒷면의 결함 제거 방법은, 파티클 검출기를 이용하여 웨이퍼 뒷면에 존재하는 파티클, 핀 홀을 포함하는 결함의 위치와 크기를 검출하는 결함 검사 단계;및 상기 결함이 존재하는 위치에서 불활성가스를 주입하면서 국부적으로 레이저 빔을 조사하는 레이저 어닐 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Defect removal method of the back surface of the wafer by the laser annealing of the present invention for realizing the above object, a defect that detects the position and size of the defect including particles, pin holes on the back surface of the wafer using a particle detector And a laser annealing step of irradiating a laser beam locally while injecting an inert gas at a location where the defect is present.
상기 결함 검사 단계는 레이저 빔을 웨이퍼 뒷면에 조사하여 그 표면으로부터 반사되어 나오는 각도를 감지하여 결함을 검사하는 것을 특징으로 한다.In the defect inspection step, the laser beam is irradiated onto the back side of the wafer to detect a defect by detecting an angle reflected from the surface thereof.
상기 레이저 어닐 단계는 N2 분위기 하에서 250 ~ 1000 mJ/cm2 범위내의 에너지로 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 한다.The laser annealing step is N 2 250 to 1000 mJ / cm 2 under atmosphere The laser beam is irradiated with energy within the range.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 파티클 검출기를 이용하여 웨이퍼 뒷면에 존재하는 파티클과 핀 홀의 위치와 크기를 검출하는 단계를 나타내는 순서도이다.Figure 4 is a flow chart illustrating the step of detecting the position and size of particles and pin holes on the back of the wafer using a particle detector according to the present invention.
레이저 발생부(41)에서 조사(照射)되는 광은 입사렌즈(42)를 통과하면서 초점이 맞춰져 웨이퍼(10)에 조사된다. 웨이퍼(10)로부터 반사되어 나오는 광을 포집하는 광포집렌즈(43)는 파티클 검출기(40)와 연결되고, 파티클 검출기(40)는 신호처리부(45)와 연결되며 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환처리되어 출력부(46)를 통해 출력된다. 구체적으로, 레이저 발생부(41)에서 파티클(20)이나 핀 홀(30)을 감지하기 위한 소정의 파장을 갖는 레이저가 입사렌즈(42)를 통해 소정 입사각을 이루면서 웨이퍼(10)에 조사된다. 레이저 발생기(41)에서 조사되는 광의 파장은 광원을 제공하는 성질에 따라 다른 파장을 갖는데, 측정하고자 하는 목적에 맞는 레이저 공급원을 선택하여 사용할 수 있다.The light irradiated from the
웨이퍼(10)에 조사된 광은 웨이퍼(10) 표면에 부딪혀서 일정 각을 이루면서 반사되는데 웨이퍼(10) 상의 파티클(20)이나 핀 홀(30)의 존재 여부에 따라 반사되는 형태가 달라진다. 즉, 조사되는 방향과 동일한 방향('a' 방향)으로 진행되어 반사되는 광은 그 세기가 커서 파티클(20) 검출용으로 이용되지 않고, 웨이퍼(10) 면에서 진행방향과 소정의 각도(θ)를 이루는 방향('b' 방향)으로 산란되는 광을 포집하여 측정원으로 사용한다. 이때 포집된 광의 존재로부터 파티클(20) 또는 핀 홀(30)이 존재함과 그 위치를 감지할 수 있고, 반사되는 각도(θ)의 차이로부터 그 크기를 예측할 수 있게 된다.The light irradiated onto the
파티클 검출기(40)로부터 측정된 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환되어 신호처리부(45)에 인가된다. 신호처리부(45)는 웨이퍼(10)의 각 좌표에 해당하는 측정데이터를 출력부(46)에 디스플레이하게 된다.The analog signal measured from the
상술한 바와 같은 일련의 측정동작이 웨이퍼(10)의 뒷면(10b) 전체에 결쳐서 수행됨으로써 존재하는 파티클(20)과 핀 홀(30)의 위치와 크기를 검출할 수 있다. As described above, a series of measurement operations are performed on the
웨이퍼(10)의 뒷면(10b)에 존재하는 파티클(20)과 핀 홀(30)의 위치와 크기가 검출되면, 그 중에서 일정 크기 이상에 해당하는 파티클(20)과 핀 홀(30)을 선별하게 된다. 선별기준이 되는 크기는 그 결함의 존재로 인하여 후속되는 포토리소그래피 공정이나 CMP 공정에서 반도체 소자에 손실을 발생할 우려가 있는지의 여부가 기준이 되며, 보통 수 ㎛ 의 범위가 이에 해당한다. 또한, 웨이퍼(10) 뒷면(10b)은 앞면(10a)에 비하여 거칠기 때문에 감도가 떨어질 수 있으나, 상기한 수 ㎛ 범위 정도의 크기는 검출이 가능하다.When the position and size of the
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 뒷면에 국부적인 레이저 어닐을 실시하는 단계를 나타내는 측면도이다.Figure 5 is a side view showing the step of performing a local laser annealing on the back of the wafer according to the present invention.
상기 기준에 따라 제거되어야 할 결함이 선별되면, 그 위치에 국부적으로 레이저 빔(50)을 조사하는 레이저 어닐을 실행함으로써 파티클(20)과 핀 홀(30)의 주변부는 레이저 빔(50)의 에너지로 인하여 녹아서 태워지게 되므로 돌출되었던 파티클(20)과 패여 있던 핀 홀(30)은 그 주변부와 동일한 정도의 편평도를 갖도록 변 형된다. 레이저 어닐 공정은 N2 분위기 하에서 레이저 빔(50)을 250 ~ 1000 mJ/cm2 범위를 갖는 에너지로 결함이 존재하는 부위에 국부적으로 조사하는 스캔 방식이다. When the defect to be removed according to the criterion is selected, the laser annealing to irradiate the
레이저 어닐을 실행함에 있어서 레이저 빔(50)의 조사 각도는 웨이퍼(10) 뒷면(10b)은 거칠기가 크기 때문에 결함을 제거하는데 큰 영향을 미치지는 않을 것이다.In carrying out the laser annealing, the irradiation angle of the
상술한 바와 같이 웨이퍼(10) 뒷면(10b)의 국부적인 레이저 어닐을 실행하여 파티클(20)과 핀 홀(30)을 제거함으로써 후속 공정에서의 어닐 공정 시간을 단축할 수 있게 된다.As described above, by performing local laser annealing on the
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 어닐에 의한 웨이퍼 뒷면의 결함 제거 방법에 의하면, 포토리소그래피 공정이나 CMP 공정을 시행하기에 앞서 웨이퍼 뒷면에 존재하는 파티클이나 핀 홀 등의 결함 위치를 파악하고, 일정 크기 이상의 결함을 선별하여 결함이 존재하는 위치에서 국부적인 레이저 어닐을 실행함으로써 사전에 결함을 제거하여 웨이퍼의 표면을 평탄화시킴으로써 후속되는 포토리소그래피 공정에서 나타날 수 있는 패턴 초점의 불균형이나 CMP 공정에서 나타날 수 있는 과도 연마, 과소 연마 현상 등의 문제점을 방지할 수 있는 장점이 있다.As described in detail above, according to the method for removing defects on the back side of the wafer by laser annealing according to the present invention, prior to performing the photolithography process or the CMP process, the position of defects such as particles or pin holes existing on the back side of the wafer is determined. And by selecting a defect of a certain size or more and performing a local laser annealing at the position where the defect is present, removing the defect in advance to planarize the surface of the wafer, thereby resulting in a pattern focal imbalance or CMP process that may appear in a subsequent photolithography process. There is an advantage that can prevent problems such as excessive polishing, under-polishing phenomenon that may appear in.
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