KR20100121980A - 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치 및 방법은, 챔버 내에 웨이퍼 탑재대에 로딩된 웨이퍼의 일측에 고전압 펄스를 입력하고, 웨이퍼의 타측에서 피드백 핀을 이용하여 웨이퍼를 통해 전달되는 전압값을 출력하여, 출력된 전압값을 기설정 전압값 또는 상기 입력 전압값과 비교하여, 웨이퍼의 이상 상태를 판단할 수 있도록 구성됨으로써, 웨이퍼의 손상 여부 또는 로딩 불량 문제 등을 신속히 확인할 수 있고, 이에 따라 공정 시간의 낭비를 최소화하고, 비용 손실을 줄여서 경제성을 높일 수 있는 효과를 제공하게 된다.

웨이퍼, 피드백 핀, 전압, 펄스, 비교기, 검출기

Description

플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치 및 방법{Wafer monitering device and method for plasma doping apparatus}

본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마를 이용한 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치 및 방법에 사용되는 장치에 관한 것이다.

반도체 제품을 제조하는 공정에서 반도체 웨이퍼에 불순물을 도입하는 공정은 재료의 전기전도도에 영향을 주어 전기적인 특성을 변화시키기 위한 것으로 반도체 제품의 제조공정에서의 중요한 공정 중 하나이다. 플라즈마 도핑 장비는 불순물을 이온의 상태로 만든 후에 이를 가속시켜 웨이퍼에 물리적으로 주입하기 위한 장치이다.

이러한 플라즈마 도핑 장비는, 플라즈마를 발생시키는 방법에 따라서 용량결합형(Capacitively Coupled Plasma, CCP)과 유도결합형(Inductively Coupled Plasma, ICP)으로 구분된다.

CCP방식은 서로 대향하는 평행평판 전극에 RF전력을 인가하여 양 전극사이에 수직으로 형성되는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이고, ICP방식은 RF안테나에 의해 유도되는 유도전기장을 이용하여 원료물질을 플라즈마로 변화 시키는 방식이다.

도 1은 ICP 방식의 플라즈마 도핑 장비의 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 이를 살펴보면, 웨이퍼 처리 공정이 수행되는 챔버(11), 챔버의 내부에 위치하며 상면에 웨이퍼(S)가 탑재되는 웨이퍼 탑재대(12)가 구비된다.

웨이퍼 탑재대(12)에는 고전압발생기(31) 및 펄서(32)로부터 웨이퍼에 (-)의 고전압 펄스를 인가할 수 있도록 기판전극(20)이 구비된다.

웨이퍼 탑재대(12)의 상부에는 원료물질을 공급하는 가스 공급장치(13)가 구성된다.

챔버(11)의 상부는 유전체판(14)에 의해 밀폐되며, 유전체판(14)의 상부에는 RF안테나(15)가 설치된다. RF안테나(15)는 RF전원(17)에 연결되며, RF안테나(15)와 RF전원(17)의 사이에는 임피던스 정합을 위한 정합회로(16)가 설치된다.

유전체판(14)은 RF안테나(15)와 플라즈마 사이의 용량성 결합을 감소시킴으로써 RF전원(17)으로부터의 에너지가 유도성 결합에 의하여 플라즈마로 전달되는 것을 돕는 역할을 한다.

RF안테나(15)의 주위에는 RF전원(17)에서 공급되는 RF전력에 의하여 수직방향의 시변(時變) 자기장이 발생하고, 챔버(11) 내부에는 시변 자기장에 의해 수평방향의 전기장이 유도된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 플라즈마 도핑 장비는, 웨이퍼 도핑 공정 중에 웨이퍼(S)의 상태를 측정할 수 없기 때문에 웨이퍼가 손상된 상태에서도 공정이 계속됨에 따라 불필요한 공정이 진행되어, 비용 손실이 증가하게 되는 문제점이 있 다.

즉, 도핑 공정 전 또는 도핑 공정 중에, 웨이퍼 깨짐, 아크 발생, 로딩 불량 등이 발생되더라도, 이러한 상태를 측정할 수 있는 장치가 구성되어 있지 않기 때문에 웨이퍼(S)가 손상된 상태에서 도핑 공정이 이루어질 경우에, 불량 제품에 도핑 공정을 실시하게 되어 공정 시간을 낭비하고 비용 손실이 커지게 되는 문제점이 발생되는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도핑 장비에 웨이퍼의 이상 유무를 확인할 수 있는 수단을 구성함으로써 웨이퍼의 손상 여부 또는 로딩 불량 문제를 신속히 확인할 수 있게 되어, 공정 시간 낭비를 최소화하고, 비용 손실을 줄여서 경제성을 높일 수 있는 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치는, 플라즈마를 발생시켜 이온화 가능한 공정 가스를 이온화시켜 웨이퍼에 불순물을 증착하는 공정이 수행되는 챔버와; 상기 챔버의 내부에 위치되어 상면에 웨이퍼가 위치되는 웨이퍼 탑재대와; 상기 웨이퍼 탑재대에 로딩된 웨이퍼에 고전압 펄스를 인가하는 펄스 발생기와; 상기 챔버 내에 구비되어 상기 펄스 발생기에서 상기 웨이퍼에 인가된 전압을 출력하는 피드백 핀과; 상기 피드백 핀으로부터 입력된 전압 측정값과 기설정 전압값 또는 입력 전압값을 비교하여 웨이퍼의 이상 상태를 판단하는 웨이퍼 상태 판단부를 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 피드백 핀은 상기 웨이퍼 탑재대에서 그 끝단부가 상부로 노출되게 구성되는 것이 바람직하다.

상기 웨이퍼 상태 판단부는, 상기 펄스 발생기에서 웨이퍼로 출력된 펄스 전 압과 상기 피드백 핀을 통해 입력된 전압값을 비교하여 판단하는 비교기와, 상기 비교기의 비교 신호를 판단하여 검출하는 검출기를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 방법은, 챔버 내에 웨이퍼 탑재대에 로딩된 웨이퍼의 일측에 고전압 펄스를 입력하는 제1단계와; 상기 제1단계와 함께 상기 웨이퍼의 타측에서 피드백 핀을 이용하여 웨이퍼를 통해 전달되는 전압값을 출력하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 출력된 전압값을 기설정 전압값 또는 제1단계의 입력 전압값과 비교하여, 웨이퍼의 이상 상태를 판단하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치 및 방법은, 피드백 핀을 이용하여 웨이퍼의 전압치를 측정하여 웨이퍼의 이상 유무를 검출할 수 있도록 구성되기 때문에 웨이퍼의 손상 여부 또는 로딩 불량 문제 등을 신속히 확인할 수 있고, 이에 따라 공정 시간의 낭비를 최소화하고, 비용 손실을 줄여서 경제성을 높일 수 있는 효과를 제공하게 된다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

플라즈마 도핑 장치는, 플라즈마를 발생시키는 방법에 따라 구분되는 용량결합형(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 도핑 장치와 유도결합형(Inductively Coupled Plasma, ICP) 도핑 장치에 모두 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 모니터링 장치가 구비된 ICP 방식의 도핑 장치를 예시한 도면으로서, 이하 ICP 방식의 도핑 장치를 중심으로 본 발명의 실시예를 설명한다.

이에 도시된 바와 같은 플라즈마 도핑장치는, 진공 상태로 공정을 수행할 수 있는 챔버(50)가 구비되고, 이 챔버(50)의 내부에는 반도체 웨이퍼(S)가 탑재되는 웨이퍼 탑재대(60)가 구비된다.

이때 웨이퍼 탑재대(60)는 웨이퍼를 안정적으로 척킹(chucking)할 수 있도록 정전척 구조로 이루어지는 것이 바람직하고, 웨이퍼에 고전압 펄스를 제공할 수 있는 기판전극(65)이 구비된다.

기판전극(65)은 고압전원(66) 및 펄스 발생기(67)에 연결되는데, 고압전원(66)은 고압 전원을 제공할 수 있도록 구성되고, 펄스 발생기(67)는 고압전원(66)으로부터 상기 기판전극(65)에 음의 극성을 가지는 고전압 펄스를 인가할 수 있도록 구성된다.

이와 같은 웨이퍼 탑재대(60)는 피드백 핀(80)이 구비되는데, 피드백 핀(80)은 아래에서 자세히 설명할 웨이퍼 모니터링 장치를 구성하게 된다. 피드백 핀(80)을 포함한 웨이퍼 모니터링 장치에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.

상기 챔버(50)의 내측 상부에는 유전체판(52)이 구비되어 챔버(50) 내부 공 간을 밀폐 공간으로 구성하며, 유전체판(52)의 상부에는 RF 안테나(54)가 설치된다.

상기 RF 안테나(54)는 RF 전원부(56)와 임피던스 매칭부(57)로 이루어진 RF 전원 인가부(55)와 연결되어 RF 전력을 인가받도록 구성된다.

상기 챔버(50)의 측면에는 챔버(50)의 내부로 도펀트(dopant) 물질을 포함하는 이온화 가능한 공정 가스(이하 '도펀트 가스'라 함)를 공급하는 공정가스 공급부(59)가 구비된다.

이와 같은, 플라즈마 도핑장치는, 챔버(50) 내에 웨이퍼가 공급되어 웨이퍼 탑재대(60)에 웨이퍼(S)가 로딩되면, 공정가스 공급부(59)를 통해 도펀트 가스가 챔버(50) 내로 공급되고, 챔버(50) 내에 플라즈마를 형성시키기 위해 RF 전원 인가부(55)로부터 RF 전력이 유전체판(52) 상부에 구비된 RF 안테나(54)에 인가된다.

이때, RF 안테나(50)에 의해 발생된 유도 자기장에 의해 챔버(50) 내부에 공급된 도펀트 가스를 이온화시켜 유도결합 플라즈마를 발생시키게 된다. 이와 동시에 웨이퍼(S)가 장착된 웨이퍼 탑재대(60)의 기판전극(65)에도 상기 펄스발생기(67)로부터 고전압 펄스가 인가됨에 따라 웨이퍼(S)에 고전압 펄스가 가해지고, 이때 RF 안테나(54)에 의해 발생된 플라즈마에 의해 도펀트 가스 이온이 웨이퍼(S)의 표면에 가해지면서 주입되어 기판의 표면에 불순물을 도핑하게 된다.

이와 같은 도핑 공정이 진행되기 전, 또는 공정 중, 공정 후에 웨이퍼(S)의 상태를 검출할 수 있는 웨이퍼 모니터링 장치에 대하여 설명한다.

웨이퍼 모니터링 장치는, 웨이퍼 탑재대(60)에 탑재된 웨이퍼(S)에 접촉되어 전압 측정치를 후술할 웨이퍼 상태 판단부(70)에 전달할 수 있도록 피드백 핀(80)이 구비된다.

피드백 핀(80)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(S)에 접촉되는 접촉핀(81)이 구성된다.

접촉핀(81)은 전도체 핀으로 구성되어 정전척(62) 상부로 돌출되게 구성되고, 이때 정전척(62) 및 웨이퍼 탑재대(60)에는 접촉핀(81)이 수직으로 삽입되어 위치될 수 있도록 홀 구조의 핀장착부(63)가 형성된다. 이때, 핀장착부(63)에는 절연체가 설치되어 웨이퍼 탑재대(60)에 구성되는 도체와 전기적으로 절연될 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.

참조 번호 83은 웨이퍼 탑재대(60)에서 접촉핀(81)을 지지하기 위한 핀 지지체를 나타낸다. 이 핀 지지체(83)와 접촉핀(81) 사이에 진공 실링(85)을 구성할 경우에, 핀 지지체(83)와 웨이퍼 탑재대(60), 정전척(62) 사이에는 실링부재(87)가 구비되는 것이 바람직하다.

본 실시예의 도면에서는 웨이퍼 탑재대(60)에 하나의 피드백 핀(80)이 설치된 구조를 예시하였으나, 실시 조건에 따라서는 복수 개의 피드백 핀을 필요로 하는 위치에 각각 설치하여 구성하는 것도 가능하다.

이와 같은 피드백 핀(80)의 접촉핀(81)은 펄스 발생기(67)에서 웨이퍼(S)에 제공되는 전압을 웨이퍼 상태 판단부(70)로 출력함으로써 웨이퍼의 상태를 검출하게 된다.

웨이퍼 상태 판단부(70)는 상기 펄스 발생기(67)에서 웨이퍼(S)에 인가되어 상기 피드백 핀(80)을 통해 입력된 측정 전압값과, 기 설정된 비교 판단값을 비교하여 웨이퍼의 이상 유무를 판단하게 된다.

즉, 상기 피드백 핀(80)을 통해 웨이퍼 상태 판단부(70)에 입력된 전압 측정치가 기준치 이상 수치로 입력되면, 정상 상태로 판단하고, 기준치 이하의 수치가 입력되면 비정상 상태로 판단한다. 이는 5kv 입력치가 정상 상태라면, 그 이하 값인 4.1kv 또는 3.0kv가 입력되면 웨이퍼를 비정상 상태로 판단하는 것이다.

웨이퍼가 비정상 상태에서 전압 측정치가 떨어지는 이유는 웨이퍼가 깨지거나 아크가 발생하는 등 웨이퍼가 손상되면, 저항치가 높아져서 결국 피드백 핀(80)을 통해 출력되는 전압값이 낮아지므로, 이를 이용하여 웨이퍼의 상태를 검출하도록 구성되는 것이다.

도 4와 도 5는 웨이퍼 상태 판단부(70)의 구성을 보여주는 여러 실시예의 도면으로서, 펄스 발생기(67)에서 웨이퍼(S)로 출력된 펄스 전압과 상기 피드백 핀(80)을 통해 입력된 전압값을 비교하여 판단하는 비교기(71)(71')가 구성되고, 이 비교기(71)(71')의 신호를 판단하여 검출하는 검출기(73)(73')가 구비된 구성을 보여준다.

도 4는 상기 비교기(71)와 검출기(73)가 펄스 발생기(67)와 웨이퍼(S) 사이의 회로 상에 직렬로 설치된 구성을 보여준다.

도 5는 상기 비교기(71')와 검출기(73')가 펄스 발생기(67)와 웨이퍼(S)와 전기적으로 연결되는 회로 상에 병렬로 설치되어 검출기(73')에서 출력된 결과를 모니터(75)를 통해 웨이퍼 상태를 모니터링 할 수 있도록 구성된 실시예를 보여준 다.

상기의 본 발명의 실시예에서는, 펄스 발생기(67)에서 웨이퍼(S)에 인가되는 펄스 전압을 피드백 핀(80)을 통해 출력하여, 웨이퍼의 상태를 판단하는 구성에 대하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 펄스 발생기(67)에서 웨이퍼(S)에 인가되는 전압이 아닌, 별도의 측정 전압을 웨이퍼에 인가하고, 이 웨이퍼에 인가된 전압 상태를 측정하여 기 설정된 기준 전압치와 비교하여 웨이퍼의 상태를 검출하도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기의 본 발명의 실시예에서는 웨이퍼 탑재대에 피드백 핀이 장치되는 구성에 대해서 설명하였으나, 피드백 핀이 웨이퍼 탑재대가 아닌, 챔버 내의 다른 위치, 즉 구조물에 설치하여 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래 플라즈마 도핑 장비를 보여주는 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 모니터링 장치가 구비된 플라즈마 도핑 장비를 보여주는 구성도이다.

도 3은 도 2의 "A" 부분의 상세도로서, 피드백 핀의 설치 상태를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 상태 판단부의 구성을 보여주는 일 실시예의 구성도이다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 상태 판단부의 구성을 보여주는 다른 실시예의 구성도이다.

Claims (4)

1. 플라즈마를 발생시켜 이온화 가능한 공정 가스를 이온화시켜 웨이퍼에 불순물을 증착하는 공정이 수행되는 챔버와;

   상기 챔버의 내부에 위치되어 상면에 웨이퍼가 위치되는 웨이퍼 탑재대와;

   상기 웨이퍼 탑재대에 로딩된 웨이퍼에 고전압 펄스를 인가하는 펄스 발생기와;

   상기 챔버 내에 구비되어 상기 펄스 발생기에서 상기 웨이퍼에 인가된 전압을 출력하는 피드백 핀과;

   상기 피드백 핀으로부터 입력된 전압 측정값과 기설정 전압값 또는 입력 전압값을 비교하여 웨이퍼의 이상 상태를 판단하는 웨이퍼 상태 판단부를 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 피드백 핀은 상기 웨이퍼 탑재대에서 그 끝단부가 상부로 노출되게 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 웨이퍼 상태 판단부는, 상기 펄스 발생기에서 웨이퍼로 출력된 펄스 전압과 상기 피드백 핀을 통해 입력된 전압값을 비교하여 판단하는 비교기와, 상기 비교기의 비교 신호를 판단하여 검출하는 검출기를 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 장치.
4. 챔버 내에 웨이퍼 탑재대에 로딩된 웨이퍼의 일측에 고전압 펄스를 입력하는 제1단계와;

   상기 제1단계와 함께 상기 웨이퍼의 타측에서 피드백 핀을 이용하여 웨이퍼를 통해 전달되는 전압값을 출력하는 제2단계와;

   상기 제2단계를 통해 출력된 전압값을 기설정 전압값 또는 제1단계의 입력 전압값과 비교하여, 웨이퍼의 이상 상태를 판단하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 도핑 장비의 웨이퍼 모니터링 방법.

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