KR20170084785A - 웨이퍼 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
실시 예의 웨이퍼 분석 방법은 웨이퍼 위에 산화막을 형성하는 단계와, 산화막 위에 필름을 형성하는 단계와, 산화막과 필름이 형성된 웨이퍼에 스트레스를 부여하는 단계와, 스트레스를 부여받은 웨이퍼의 중간 평탄도를 측정하는 단계와, 스트레스를 부여받은 웨이퍼를 제1 소정온도에서 열처리하는 단계와, 열처리된 웨이퍼의 최종 평탄도를 측정하는 단계 및 중간 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용하여 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계를 포함한다.
Description
실시 예는 웨이퍼 분석 방법에 관한 것이다.
웨이퍼의 직경이 증가하는 반면, 소자는 1 ㎛까지 작은 크기로 설계되고 있다. 웨이퍼의 평탄도는 웨이퍼의 직경에 독립적이지만 웨이퍼의 휨(bow)은 직경에 의존한다. 웨이퍼에서 소자가 형성되는 면의 곡률을 볼록하거나 오목하게 제어하는 것은 중요하다. 반복되는 높은 열 공정을 경험한 후에 웨이퍼의 뒤틀림(warpage)은 초기에 웨이퍼의 휨에 의존한다. 여기서, 휨이란 기계적인 웨이퍼링 공정에 의해 야기되는 초기 웨이퍼의 변형을 의미하고, 뒤틀림이란 열처리에 의해 야기되는 웨이퍼의 변형을 의미할 수 있다.
현재 웨이퍼를 열처리하는 동안 웨이퍼의 휨이나 뒤틀림에 대한 정보를 실시간으로 관측하거나 획득하기 어려움이 있다. 이로 인해, 웨이퍼를 제조할 때, 웨이퍼의 평탄도에 대한 분석 방법이 절실해지고 있다.
실시 예는 웨이퍼의 평탄도를 분석할 수 있는 웨이퍼 분석 방법을 제공한다.
실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법은,
웨이퍼 위에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막 위에 필름을 형성하는 단계; 상기 산화막과 상기 필름이 형성된 상기 웨이퍼에 스트레스를 부여하는 단계; 상기 스트레스를 부여받은 상기 웨이퍼의 중간 평탄도를 측정하는 단계; 상기 스트레스를 부여받은 상기 웨이퍼를 제1 소정온도에서 열처리하는 단계; 상기 열처리된 웨이퍼의 최종 평탄도를 측정하는 단계; 및 상기 중간 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼 분석 방법은, 상기 웨이퍼 위에 상기 산화막을 형성하기 이전에 상기 웨이퍼의 초기 평탄도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가할 때, 상기 초기, 중간 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
예를 들어, 상기 초기 평탄도가 측정되는 대상이 되는 웨이퍼는 도전형 도펀트에 의해 도핑된 폴리쉬드 웨이퍼일 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼의 평탄도는 상기 웨이퍼의 휨 또는 뒤틀림 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 산화막을 950℃의 온도에서 상기 웨이퍼 위에 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 필름은 폴리 실리콘을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 산화막 또는 상기 필름 중 적어도 하나는 상기 웨이퍼의 전면(all surfaces)에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 산화막 위에 상기 필름을 500 Å의 두께로 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼에 상기 스트레스를 부여하는 단계는 상기 웨이퍼의 배면에 형성된 상기 산화막과 상기 필름을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼에 상기 스트레스를 부여하는 단계는 상기 웨이퍼의 전면에 형성된 상기 필름 위에 식각 마스크를 형성하는 단계; 상기 웨이퍼에 형성된 자연 산화막을 상기 식각 마스크를 이용하여 제거하는 단계; 및 상기 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 200:1로 희석된 HF를 이용하여 3분동안 상기 자연 산화막을 제거할 수 있다.
예를 들어, 상기 산화막과 상기 필름을 제거하는 단계는 상기 웨이퍼의 배면에 형성된 상기 폴리 실리콘을 NaOH를 이용하여 10분 동안 제거하는 단계; 및 상기 웨이퍼의 배면에 형성된 상기 산화막을 20:1로 희석된 HF를 이용하여 제1 소정 시간 동안 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 소정 시간은 아래와 같을 수 있다.
여기서 X는 상기 제1 소정 시간을 나타내고, t는 상기 산화막의 두께를 나타내고, T는 255 Å이다.
예를 들어, 상기 제1 소정 온도는 상기 웨이퍼에 산소 석출물과 슬립을 발생시키지 않은 온도일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 소정 온도의 최대값은 950℃일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 소정 온도의 최소값은 300℃일 수 있다.
예를 들어, 상기 열처리하는 단계는 반복적으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는 상기 초기, 중간 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 웨이퍼의 전체의 평탄도를 평가할 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는 탄성 변형 구간에서 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는 상기 웨이퍼의 직경이 300 ㎜이고, 상기 산화막의 두께가 4000A 이하일 때, 상기 웨이퍼의 평탄도가 50㎛이하인가를 검사할 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는 상기 웨이퍼에 포함된 인터스티셜 산소 농도나 초기 산소 농도, 상기 웨이퍼에 포함된 도펀트 농도, 상기 필름의 두께, 상기 산화막을 형성하는 온도, 상기 웨이퍼의 도핑 농도, 상기 산화막의 두께, 저항률 또는 비저항 중 적어도 하나에 따른 상기 웨이퍼의 평탄도의 변화를 구하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는 상기 초기 평탄도 및 상기 중간 평탄도를 이용하여 상기 필름에 의해 영향받은 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하고, 상기 중간 및 최종 평탄도를 이용하여 상기 열처리에 의해 영향받은 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가할 수 있다.
실시 예에 따른 웨이퍼 분석 방법은 추후 필름이 형성되는 스트레스 및/또는 열처리 스트레스를 경험할 수 있는 웨이퍼의 평탄도 즉, 휨 또는 튀틀림 중 적어도 하나를 필름을 형성하고 열처리를 수행하여 평가할 수 있기 때문에, 우수한 평탄도를 갖는 웨이퍼를 제조할 수 있도록 한다.
도 1은 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 웨이퍼 분석 방법의 이해를 돕기 위한 예시적인 공정 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 제40 단계의 일 실시 예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 4는 제60 단계에서 수행되는 열처리의 과정을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 5는 제20 단계에서 산화막을 형성하는 온도와 산화막의 두께에 따른 웨이퍼의 휨 변화량의 일 례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제20 단계에서 산화막을 형성하는 온도와 산화막의 두께에 따른 웨이퍼의 휨 변화량의 다른 례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 필름의 두께별 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 웨이퍼의 저항률에 따른 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 웨이퍼의 인터스티셜 산소 농도에 따른 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 웨이퍼의 초기 산소 농도와 산화막의 두께에 따른 웨이퍼의 휨 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 11은 웨이퍼의 초기 산소 농도와 산화막의 두께에 따른 웨이퍼의 뒤틀림 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 12a 내지 도 12d는 비교 례에 의한 웨이퍼 분석 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 웨이퍼 분석 방법의 이해를 돕기 위한 예시적인 공정 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 제40 단계의 일 실시 예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 4는 제60 단계에서 수행되는 열처리의 과정을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 5는 제20 단계에서 산화막을 형성하는 온도와 산화막의 두께에 따른 웨이퍼의 휨 변화량의 일 례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제20 단계에서 산화막을 형성하는 온도와 산화막의 두께에 따른 웨이퍼의 휨 변화량의 다른 례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 필름의 두께별 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 웨이퍼의 저항률에 따른 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 웨이퍼의 인터스티셜 산소 농도에 따른 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 웨이퍼의 초기 산소 농도와 산화막의 두께에 따른 웨이퍼의 휨 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 11은 웨이퍼의 초기 산소 농도와 산화막의 두께에 따른 웨이퍼의 뒤틀림 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 12a 내지 도 12d는 비교 례에 의한 웨이퍼 분석 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)을 설명하기 위한 플로우차트이고, 도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 웨이퍼 분석 방법(100)의 이해를 돕기 위한 예시적인 공정 단면도를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2h를 참조하여 도 1에 도시된 웨이퍼 분석 방법(100)을 설명하지만, 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)은 도 2a 내지 도 2h에 도시된 공정 단면도에 국한되지 않는다.
실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)은 먼저, 도 2a에 예시된 바와 같이 분석 대상이 되는 웨이퍼(110)를 준비하고, 웨이퍼(110)의 평탄도를 측정한다(제10 단계). 여기서, 제10 단계는 후술되는 제20 단계가 수행되기 이전에 수행되지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 제10 단계는 제30 단계가 수행되기 이전에 제20 단계 후에 수행될 수도 있고 생략될 수도 있다. 여기서, 웨이퍼(110)의 평탄도란, 웨이퍼(110)의 휨(bow) 또는 뒤틀림(warpage) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 이하에서 설명되는 평탄도도 갖은 의미를 갖는다. 또한, 혼동을 피하기 위해, 제10 단계에서 측정되는 평탄도를 '초기 평탄도'라 칭한다.
또한, 본 실시 예에서 분석대상이 되는 웨이퍼(110)는 도전형 도펀트 예를 들어, 보론 등의 p형 도펀트 또는 인(P)과 같은 n형 도펀트에 의해 도핑된 폴리쉬드(polished) 웨이퍼일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제10 단계 후에, 도 2b에 도시된 바와 같이 웨이퍼(110) 위에 산화막(200)을 형성한다(제20 단계). 예를 들어, 제20 단계에서 산화막(200)을 950℃의 온도에서 웨이퍼(110) 위에 형성할 수 있지만, 실시 예는 산화막(200)을 형성하는 특정한 온도에 국한되지 않는다.
또한, 산화막(200)은 도 2b에 예시된 바와 같이, 웨이퍼(110)의 전면(all front)에 형성될 수 있지만, 실시 예는 산화막(200)이 형성되는 특정한 위치에 국한되지 않는다.
제20 단계 후에, 도 2c에 도시된 바와 같이, 산화막(200) 위에 필름(film)(300)을 형성한다(제30 단계). 여기서, 산화막(200) 위에 필름(300)을 형성하는 이유는 다음과 같다.
본 실시 예에서 평탄도를 분석하고자 하는 웨이퍼(110)는 반도체 공정에서 그(110) 위에 필름(300)이 형성될 수 있다. 따라서, 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)은 분석 대상이 되는 웨이퍼(110)가 이용 또는 적용되는 환경과 동일한 환경에서 웨이퍼(110)의 평탄도를 평가하기 위해, 웨이퍼(110) 위에 필름(300)을 형성한다. 예를 들어, 필름(300)은 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)을 이용하여 제조된 웨이퍼(110)의 상부에 형성될 수 있는 게이트 산화 절연막(GOI:Gate Oxide Insulator)에 해당할 수 있다.
예를 들어, 필름(300)은 폴리 실리콘(poly silicon)을 포함할 수 있으나, 실시 예는 필름(300)의 특정한 물질이나 형태에 국한되지 않는다. 전술한 바와 같이, 산화막(200)이 웨이퍼(110)의 전면(all surfaces)에 형성될 경우, 필름(300)이 산화막(200) 위에 형성되므로 필름(300)도 웨이퍼(110)의 전면(all surfaces)에 형성될 수 있다.
만일, 필름(300)이 GOI일 경우, 산화막(200) 위에 형성되는 필름(300)의 두께는 예를 들어 500Å일 수 있으나, 실시 예는 필름(300)의 특정한 두께에 국한되지 않는다.
또한, 필름(300)을 형성한 후에, 도 2c에 도시된 바와 같이 필름(300) 위에 자연 산화막(210)이 형성될 수 있다.
제30 단계 후에, 산화막(200)과 필름(300)이 형성된 웨이퍼(110)에 스트레스를 부여한다(제40 단계).
도 3은 도 1에 도시된 제40 단계의 일 실시 예(40A)를 설명하기 위한 플로우차트이다.
제30 단계 후에, 웨이퍼(110)에 스트레스를 부여함에 있어서, 필름(300) 위에 도 2c에 예시된 바와 같이 형성된 자연 산화막(210)을 제거한다(제41 내지 제45 단계). 예를 들어, 자연 산화막(210)은 통상적인 사진 식각 공정에 의해 제거될 수 있다.
즉, 제30 단계 후에, 도 2d에 예시된 바와 같이, 웨이퍼(110)의 전면(front surface)에 형성된 필름(300) 위에 식각 마스크(400)를 형성한다(제41 단계). 전술한 바와 같이 자연 산화막(210)을 사진 식각 공정에 의해 제거하고자 할 경우, 식각 마스크(400)로서 포토 레지스트를 사용할 수 있다.
제41 단계 후에, 도 2e에 예시된 바와 같이 식각 마스크(400)를 이용하여 웨이퍼(110)의 자연 산화막(210)을 제거한다(제43 단계). 식각 마스크(400)가 웨이퍼(110)의 전면(front surface)에만 형성되므로, 웨이퍼(110)의 측면과 하면에 위치한 필름(300) 상에 위치한 자연 산화막(210)이 제거될 수 있다. 즉, 웨이퍼(110)의 전면(front surface) 위의 필름(300)과 식각 마스크(400) 사이에 위치한 자연 산화막(210)은 제거되지 않고 잔류하며 그 이외의 자연 산화막(210)은 식각에 의해 제거될 수 있다.
예를 들어, 제43 단계에서, 자연 산화막(210)을 제거하는 공정은 200:1로 희석된 HF(DHF:Diluted HF)를 이용하여 3분 동안 수행될 수 있으나, 실시 예는 HF의 특정 희석 비율과 특정 식각 시간에 국한되지 않는다.
제43 단계 후에, 도 2f에 예시된 바와 같이 식각 마스크(400)를 제거한다(제45 단계). 만일, 식각 마스크(400)가 전술한 바와 같이 포토 레지스트로 구현될 경우, 황산(H2SO4)을 이용하여 식각 마스크(400)를 제거할 수 있으나, 실시 예는 식각 마스크(400)를 제거하는 특정한 물질이나 방법에 국한되지 않는다.
제45 단계 후에, 웨이퍼(110)의 배면(back surface)에 형성된 산화막(200) 및 필름(300)을 제거한다(제47 및 제49 단계).
즉, 제45 단계 후에, 도 2g에 예시된 바와 같이 웨이퍼(110)의 배면에 형성된 필름(300)을 먼저 제거한다(제47 단계). 예를 들어, 필름(300)이 전술한 바와 같이 폴리 실리콘으로 구현될 경우, 폴리 실리콘을 제거하는 공정은 NaOH를 이용하여 10분 동안 수행될 수 있다. 여기서, 웨이퍼(110)의 배면에 형성된 필름(300)을 제거할 때 웨이퍼(110)의 전면(front surface)을 제외한 측면에 위치한 필름(300)도 함께 제거될 수 있다.
제47 단계 후에, 도 2h에 예시된 바와 같이, 웨이퍼(110)의 배면에 형성된 산화막을 제거한다(제49 단계). 예를 들어, 웨이퍼(110)의 배면에 형성된 산화막(200)을 제거하는 공정은 20:1로 희석된 HF(DHF:Diluted HF)를 이용하여 제1 소정 시간 동안 수행될 수 있으나, 실시 예는 산화막(200)을 제거하기 위해 사용되는 DHF의 특정 희석 비율과 특정한 시간에 국한되지 않는다.
예를 들어, 제1 소정 시간은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
여기서, X는 제1 소정 시간을 나타내고, t는 산화막(200)의 두께를 나타내고, T는 255Å일 수 있으나, 실시 예는 T의 특정한 값에 국한되지 않는다.
여기서, 웨이퍼(110)의 배면에 형성된 산화막(200)을 제거할 때 웨이퍼(110)의 전면(front surface)을 제외한 측면에 위치한 산화막(200)과 웨이퍼(110)의 전면(front surface)의 필름(300) 위에 잔존해 있던 자연 산화막(210)도 함께 제거될 수 있다.
도 1에 도시된 제40 단계는 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 도 3에 도시된 제41 내지 제45 단계는 제40 단계의 구성 요소가 아니라 도 1에 도시된 웨이퍼 분석 방법(100)의 구성 요소일 수 있다.
또한, 필름(300)을 형성하는 제30 단계는 제40 단계에 속할 수도 있다. 왜냐하면, 웨이프(110) 위에 필름(300)을 형성하는 공정 자체도 웨이퍼(110)에 스트레스를 부여하는 공정에 속할 수 있기 때문이다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 제40 단계 후에, 스트레스를 받은 웨이퍼(110)의 평탄도를 측정한다(제50 단계). 제10 단계에서 측정된 초기 평탄도와 구분짓기 위해, 제50 단계에서 측정되는 평탄도를 '중간 평탄도'라 칭한다.
제50 단계 후에, 제30 및 제40 단계에서 스트레스를 부여받은 웨이퍼(110)를 제1 소정 온도에서 열처리한다(제60 단계). 여기서, 웨이퍼(110)를 열처리하는 이유는 다음과 같다.
웨이퍼(110)는 열처리는 수반하는 반도체 공정에 적용될 수 있다. 따라서, 제60 단계에서 열처리를 수행한 후 제70 단계에서 웨이퍼의 평탄도를 측정함으로써, 열처리에 대한 웨이퍼의 평탄도의 변화를 예측하고자 함이다.
제60 단계에서 수행되는 열처리의 제1 소정 온도는 웨이퍼(110)에 산소(oxygen)에 의한 석출물(즉, 산소 석출물)과 슬립(slip)을 발생시키지 않은 온도일 수 있다. 예를 들어, 제1 소정 온도는 300℃ 내지 950℃일 수 있다. 즉, 제1 소정 온도의 최소값은 300℃이고, 제1 소정 온도의 최대값은 950℃일 수 있으나, 실시 예는 제1 소정 온도의 특정 값에 국한되지 않는다. 즉, 스트레스를 부여받은 웨이퍼(110)를 열처리하는 동안 산소 석출물과 슬립이 발생되지 않은 온도이면 제1 소정 온도로서 충분하다.
또한, 제60 단계에서 수행되는 열처리는 반복적으로 수행될 수 있다.
도 4는 제60 단계에서 수행되는 열처리의 과정을 예시적으로 나타내는 그래프로서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 온도를 나타낸다.
스트레스를 부여받은 웨이퍼(110)에 대한 열처리는 3회 이상 반복적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이, 열처리는 4회에 걸쳐 수행될 수 있다. 또한, 도 4에서, 열처리 온도는 분당 10℃씩 증가할 수 있고, 분당 3℃ 또는 10℃씩 감소할 수 있으나, 실시 예는 이러한 열처리 온도의 증가 속도와 감소 속도에 국한되지 않는다.
제60 단계 후에, 열처리된 웨이퍼(110)의 평탄도를 측정한다(제70 단계). 제70 단계에서 측정되는 평탄도를 제10 및 제50 단계에서 각각 측정되는 초기 평탄도 및 중간 평탄도와 구분 짓기 위해 '최종 평탄도'라 칭한다.
제10, 제50 및 제60 단계 각각에서 초기, 중간 및 최종 평탄도는 통상적인 평탄도 측정 방법에 의해 측정될 수 있으며, 실시 예는 평탄도를 측정하는 특정한 방법에 국한되지 않는다. 웨이퍼(110)의 평탄도를 측정하는 방법은 널리 알려져 있으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
제70 단계 후에, 초기, 중간 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용하여 웨이퍼(110)의 평탄도를 평가할 수 있다(제80 단계). 만일, 도 1에 도시된 제10 단계가 생략될 경우, 제80 단계는 중간 평탄도 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 제80 단계는 탄성 변형(elastic deformation) 구간에서 수행될 수도 있다.
또한, 웨이퍼(110)에 포함된 초기 산소 농도나 인터스티셜(Interstitial) 산소 농도, 웨이퍼(110)에 포함된 도펀트의 농도, 필름(300)의 두께, 산화막(200)을 형성하는 온도, 웨이퍼(110)의 도핑 농도, 산화막(200)의 두께, 저항률(resistivity) 또는 비저항 중 적어도 하나에 따른 웨이퍼(110)의 평탄도의 변화를 제80 단계에서 분석할 수 있다. 이에 대해 상세히 살펴보면 다음과 같다.
이하, 산화막(200)을 형성하는 온도, 웨이퍼(110)의 도핑 농도 및 산화막(200)의 두께에 따른 웨이퍼(110)의 평탄도의 변화를 제80 단계에서 다음과 같이 분석할 수 있다.
도 5 및 도 6은 제20 단계에서 산화막(200)을 형성하는 온도와 산화막(200)의 두께에 따른 웨이퍼(110)의 휨(bow) 변화량(ΔB)을 나타내는 그래프로서, 각 그래프에서 횡축은 산화막(200)의 두께를 나타내고 종축은 휨 변화량(ΔB)을 나타낸다.
도 5 및 도 6에 도시된 각 그래프에서, 휨 변화량(ΔB)은 제70 단계에서 측정된 최종 평탄도(즉, 최종 휨 정도)와 제50 단계에서 측정된 중간 평탄도(즉, 중간 휨 정도) 간의 차이값을 나타낸다. 또한, 도 5는 p형 도펀트를 약하게 도핑한(p-) 웨이퍼(110)에 대해 실험한 결과를 나타내고, 도 6은 p형 도펀트를 도 5에 대한 웨이퍼(110)보다 상대적으로 많이 도핑한(p++) 웨이퍼(110)에 대해 실험한 결과를 나타낸다.
도 2b에서와 같이 웨이퍼(110) 위에 산화막(200)을 다양한 두께 즉, 3000Å 내지 8000Å로 형성하고, 산화막(200)을 형성하는 온도를 950℃, 1050Å 및 1150Å로 변화시켜가면서 p- 및 p++형 웨이퍼(110)의 휨 변화량(ΔB)을 평가한 결과, 도 5 및 도 6에 도시된 결과를 얻을 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 산화막(200)의 두께에 따른 웨이퍼(110)의 평탄도 즉, 휘는 정도의 차이를 두드러짐을 알 수 있으나, 산화막(200)을 형성하는 온도의 변화에 따른 웨이퍼(110)의 휘는 정도의 차이는 미미함을 알 수 있다. 또한, 웨이퍼(110)의 도핑 농도에 따른 웨이퍼(110)의 휘는 정도의 차이 또한 미미하다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 950℃의 온도에서 산화막(200)이 형성된 300 ㎜의 직경을 갖는 웨이퍼(110)를 사용하고, 4000Å 이하의 두께로 산화막(200)을 웨이퍼(110) 위에 형성할 때, 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(10)에 의해 웨이퍼(110)의 평탄도가 50 ㎛이하까지 내려갈 수 있음을 알 수 있었다.
전술한 바와 같이, 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)은, 웨이퍼의 도핑 농도, 산화막(200)의 두께 및 산화막(200)을 형성하는 온도와 같은 다양한 인자들과 웨이퍼(110)의 평탄도 간의 관계를 분석할 수 있다. 이로 인해, 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)은 이러한 다양한 인자를 고려하면서 원하는 평탄도를 갖는 웨이퍼를 제조할 수 있도록 한다.
만일, 950℃보다 큰 1050℃ 이상의 온도에서 산화막(200)을 형성할 경우, 산화막(200)의 두께가 두꺼워질수록 공정 영향성이 크게 반영되어 웨이퍼(110)의 평탄도 분석을 확인하기 어려울 수 있다. 따라서, 제20 단계에서 산화막(200)을 형성하는 온도는 950℃ 이하 예를 들어, 950℃일 수 있다.
이하, 필름(300)의 두께, 웨이퍼(110)에 포함된 초기 산소 농도, 인터스티셜 산소 농도, 웨이퍼(110)에 포함된 도펀트 예를 들어 보론(Boron)의 농도, 산화막(200)의 두께, 웨이퍼의 저항률에 따른 웨이퍼(110)의 평탄도의 변화를 제80 단계에서 다음과 같이 분석할 수 있다.
도 7은 필름(300)의 두께별 웨이퍼(110)의 평탄도를 나타내는 그래프로서, 횡축은 필름(300)의 두께를 나타내고, 종축은 웨이퍼(110)의 휨 변화량(ΔB) 및/또는 뒤틀림 변화량(ΔW)을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 필름(300)의 두께가 두꺼워질수록 웨이퍼(110)의 평탄도 즉, 휨 변화량(ΔB) 및/또는 뒤틀림 변화량(ΔW)은 증가함을 알 수 있다.
도 8은 웨이퍼(110)의 저항률에 따른 웨이퍼(110)의 평탄도를 나타내는 그래프로서, 횡축은 웨이퍼(110)의 저항률을 나타내고, 종축은 웨이퍼(110)의 휨 변화량(ΔB) 및/또는 뒤틀림 변화량(ΔW)을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 웨이퍼(110)의 저항률이 증가할수록 웨이퍼(110)의 평탄도 즉, 휨 변화량(ΔB) 및/또는 뒤틀림 변화량(ΔW)은 증가함을 알 수 있다.
도 9는 웨이퍼(110)의 인터스티셜 산소 농도에 따른 웨이퍼(110)의 평탄도를 나타내는 그래프로서, 횡축은 웨이퍼(110)의 인터스티셜 산소 농도를 나타내고, 종축은 웨이퍼(110)의 휨 변화량(ΔB) 및/또는 뒤틀림 변화량(ΔW)을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 웨이퍼(110)의 인터스티셜 산소 농도가 증가할수록 웨이퍼(110)의 평탄도 즉, 휨 변화량(ΔB) 및/또는 뒤틀림 변화량(ΔW)은 감소함을 알 수 있다.
도 10 및 도 11은 웨이퍼(110)의 초기 산소 농도(Oi)와 산화막(200)의 두께에 따른 웨이퍼의 휨 변화량(ΔB) 및 뒤틀림 변화량(ΔW)을 각각 나타내는 그래프로서, 각 그래프에서 횡축은 초기 산소 농도(Oi)를 나타내고 종축은 휨 변화량(ΔB) 및 뒤틀림 변화량(ΔW)을 각각 나타낸다.
도 10을 참조하면, 웨이퍼(110)의 초기 산소 농도(Oi)가 증가할수록 웨이퍼(110)의 평탄도 즉, 휨 변화량(ΔB)은 감소함을 알 수 있다. 이때, 산화막(200)의 두께가 2000 Å, 4000 Å 및 5000 Å일 때를 비교하면, 산화막(200)의 두께가 증가할수록 휨 변화량(ΔB)이 상대적으로 작음을 알 수 있었다.
도 11을 참조하면, 웨이퍼(110)의 초기 산소 농도(Oi)가 증가할수록 웨이퍼(110)의 평탄도 즉, 뒤틀림 변화량(ΔW)은 감소함을 알 수 있다. 이때, 산화막(200)의 두께가 2000 Å, 4000 Å 및 5000 Å일 때를 비교하면, 산화막(200)의 두께가 증가할수록 뒤틀림 변화량(ΔW)이 상대적으로 작음을 알 수 있었다.
특히, 도 10 및 도 11을 참조하면, 초기 산소 농도의 변화에 따른 웨이퍼(110)의 평탄도는 산화막(200)의 두께 별로 95% 이상의 예측 선형성을 가짐을 알 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 제80 단계는 웨이퍼(110)의 전체의 평탄도를 평가하기 위해 수행될 수도 있고, 웨이퍼(110)의 전체가 아니라 웨이퍼(110)를 국부적으로 평가하기 위해 수행될 수도 있다.
예를 들어, 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)에 의해 웨이퍼(110) 전체의 평탄도를 평가한 결과, 웨이퍼(110)의 평탄도는 도 7에 도시된 바와 같이 필름(300)이 형성됨에 따른 스트레스에 영향을 많이 받음을 알 수 있다. 그러나, 제60 단계에서 웨이퍼(110)를 열처리함에 따라, 웨이퍼(110)의 평탄도는 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 웨이퍼(110)의 저항률, 인터스티셜 산소 농도, 초기 산소 농도에 의해 영향을 받음을 알 수 있다.
또한, 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)에 의해 웨이퍼(110)의 평탄도를 국부적으로 평가한 결과, 웨이퍼(110)의 초기 형태(shape) 또는 데미지(damage)를 받은 특정 영역이 공정 진행 후 웨이퍼(110)의 평탄도에 영향을 미침을 알 수 있었다. 따라서, ESFQR(Edge Site Flatness Quality Requirement)을 통한 웨이퍼 에지(edge)의 데미지를 평가할 수 있고, SFQR(Site Flatness Quality Requirement) 또는 SBIR(Site Backside Ideal Focal Plane Range)를 통한 제조 공정 상의 데미지 및 형태에 대한 영향성을 평가할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제80 단계에서, 필름(300)에 의해 스트레스를 받은 웨이퍼(110)의 평탄도를 평가할 수도 있고, 열처리에 의해 스트레스를 받은 웨이퍼(110)의 평탄도를 평가할 수도 있다. 이처럼 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)은 웨이퍼(110)에 가해지는 스트레스별로 웨이퍼(110)의 평탄도를 구분하여 평가할 수 있다.
예를 들어, 필름(300)에 의해 영향받은 웨이퍼(110)의 평탄도를 평가하기 위해, 제10 단계에서 측정된 초기 평탄도와 제50 단계에서 측정된 중간 평탄도를 이용할 수 있다. 또한, 열처리에 의해 영향받은 웨이퍼(110)의 평탄도를 평가하기 위해, 제50 단계에서 측정된 중간 평탄도 및 제70 단계에서 측정된 최종 평탄도를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 최종 평탄도와 중간 평탄도 간의 차를 이용하여, 도 10에 도시된 바와 같이 초기 산소 농도별 휨 변화량(ΔB)과 도 11에 도시된 바와 같이 초기 산소 농도별 뒤틀림 변화량(ΔW)을 분석할 수 있다.
이하, 비교 례와 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 12a 내지 도 12d는 비교 례에 의한 웨이퍼 분석 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다. 도 12a 내지 도 12d에서 도 2a 내지 도 2h와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하며, 중복되는 설명을 생략한다.
도 12a 내지 도 12d에 도시된 비교 례에 의한 웨이퍼 분석 방법의 경우, 산화막(200) 위에 필름(300)이 형성되지 않는다. 따라서, 포토 레지스트와 같은 식각 마스크(400)를 이용한 식각 공정에 의해 자연 산화막(210)을 제거할 때, 포토 레지스트가 산화막(200)으로 떨어질 수 있다.
반면에, 도 2d 내지 도 2f를 참조하면, 산화막(200) 위에 필름(300)이 형성되기 때문에, 포토 레지스트로 구현될 수 있는 식각 마스크(400)를 이용하여 자연 산화막(210)을 제거할 때, 포토 레지스트가 산화막(200)으로 떨어짐이 방지되어, 웨이퍼(110)의 평탄도를 정확하게 분석할 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이, 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법(100)은 필름(300)이 형성되고 열처리를 경험한 웨이퍼(110)의 평탄도 즉, 웨이퍼의 휨 또는 뒤틀림 중 적어도 하나를 평가하여 분석할 수 있다. 따라서, 실시 예에 의한 방법에서 분석된 결과를 이용하여 웨이퍼(110)를 제작할 경우, 추후에 필름과 열처리에 의한 스트레스가 웨이퍼(110)에 부여되더라도 웨이퍼(110)는 소망하는 평탄도를 가질 수 있다.
결국, 전술한 실시 예에 의한 웨이퍼 분석 방법에 의할 경우, 웨이퍼(110)에 포함된 인터스티셜 산소 농도나 초기 산소 농도, 웨이퍼(110)에 포함된 도펀트 농도, 필름(300)의 두께, 산화막(200)을 형성하는 온도, 웨이퍼(110)의 도핑 농도, 산화막(200)의 두께, 저항률 또는 비저항 등의 다양한 인자가 웨이퍼(110)의 평탄도에 미치는 영향을 분석할 수 있기 때문에, 분석된 결과를 토대로 웨이퍼(110)의 평탄도를 고려하면서 이러한 인자들 각각의 량을 조절해 가면서 웨이퍼(110)를 제조할 수 있도록 한다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 웨이퍼
200: 산화막
210: 자연 산화막 300: 필름
400: 식각 마스크
210: 자연 산화막 300: 필름
400: 식각 마스크
Claims (22)
- 웨이퍼 위에 산화막을 형성하는 단계;
상기 산화막 위에 필름을 형성하는 단계;
상기 산화막과 상기 필름이 형성된 상기 웨이퍼에 스트레스를 부여하는 단계;
상기 스트레스를 부여받은 상기 웨이퍼의 중간 평탄도를 측정하는 단계;
상기 스트레스를 부여받은 상기 웨이퍼를 제1 소정온도에서 열처리하는 단계;
상기 열처리된 웨이퍼의 최종 평탄도를 측정하는 단계; 및
상기 중간 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계를 포함하는 웨이퍼 분석 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 위에 상기 산화막을 형성하기 이전에 상기 웨이퍼의 초기 평탄도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 웨이퍼의 평탄도를 평가할 때, 상기 초기, 중간 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용하는 웨이퍼 분석 방법. - 제2 항에 있어서, 상기 초기 평탄도가 측정되는 대상이 되는 웨이퍼는 도전형 도펀트에 의해 도핑된 폴리쉬드 웨이퍼인 웨이퍼 분석 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 평탄도는 상기 웨이퍼의 휨 또는 뒤틀림 중 적어도 하나를 포함하는 웨이퍼 분석 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 산화막을 950℃의 온도에서 상기 웨이퍼 위에 형성하는 웨이퍼 분석 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 필름은 폴리 실리콘을 포함하는 웨이퍼 분석 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 산화막 또는 상기 필름 중 적어도 하나는 상기 웨이퍼의 전면에 형성된 웨이퍼 분석 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 산화막 위에 상기 필름을 500 Å의 두께로 형성하는 웨이퍼 분석 방법.
- 제1 항 또는 제6 항에 있어서, 상기 웨이퍼에 상기 스트레스를 부여하는 단계는
상기 웨이퍼의 배면에 형성된 상기 산화막과 상기 필름을 제거하는 단계를 포함하는 웨이퍼 분석 방법. - 제9 항에 있어서, 상기 웨이퍼에 상기 스트레스를 부여하는 단계는
상기 웨이퍼의 전면에 형성된 상기 필름 위에 식각 마스크를 형성하는 단계;
상기 웨이퍼에 형성된 자연 산화막을 상기 식각 마스크를 이용하여 제거하는 단계; 및
상기 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 웨이퍼 분석 방법. - 제10 항에 있어서, 200:1로 희석된 HF를 이용하여 3분동안 상기 자연 산화막을 제거하는 웨이퍼 분석 방법.
- 제9 항에 있어서, 상기 산화막과 상기 필름을 제거하는 단계는
상기 웨이퍼의 배면에 형성된 상기 폴리 실리콘을 NaOH를 이용하여 10분 동안 제거하는 단계; 및
상기 웨이퍼의 배면에 형성된 상기 산화막을 20:1로 희석된 HF를 이용하여 제1 소정 시간 동안 제거하는 단계를 포함하는 웨이퍼 분석 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 제1 소정 온도는 상기 웨이퍼에 산소 석출물과 슬립을 발생시키지 않은 온도인 웨이퍼 분석 방법.
- 제14 항에 있어서, 상기 제1 소정 온도의 최대값은 950℃인 웨이퍼 분석 방법.
- 제14 항에 있어서, 상기 제1 소정 온도의 최소값은 300℃인 웨이퍼 분석 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 열처리하는 단계는 반복적으로 수행되는 웨이퍼 분석 방법.
- 제2 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는
상기 초기, 중간 또는 최종 평탄도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 웨이퍼의 전체의 평탄도를 평가하는 웨이퍼 분석 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는 탄성 변형 구간에서 수행되는 웨이퍼 분석 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는
상기 웨이퍼의 직경이 300 ㎜이고, 상기 산화막의 두께가 4000A 이하일 때, 상기 웨이퍼의 평탄도가 50㎛이하인가를 검사하는 웨이퍼 분석 방법. - 제18 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는
상기 웨이퍼에 포함된 인터스티셜 산소 농도나 초기 산소 농도, 상기 웨이퍼에 포함된 도펀트 농도, 상기 필름의 두께, 상기 산화막을 형성하는 온도, 상기 웨이퍼의 도핑 농도, 상기 산화막의 두께, 저항률 또는 비저항 중 적어도 하나에 따른 상기 웨이퍼의 평탄도의 변화를 구하는 단계를 포함하는 웨이퍼 분석 방법. - 제2 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 단계는
상기 초기 평탄도 및 상기 중간 평탄도를 이용하여 상기 필름에 의해 영향받은 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하고,
상기 중간 및 최종 평탄도를 이용하여 상기 열처리에 의해 영향받은 상기 웨이퍼의 평탄도를 평가하는 웨이퍼 분석 방법.
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