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실리콘 반도체 웨이퍼의 in situ 온도계측

전문가 제언: ○ 실리콘 반도체는 현대 IT 산업과 정보화사회 발전의 기반이 되고 있으며 반도체의 세계시장은 연간 2,500억 달러의 거대규모이다. 실리콘 웨이퍼는 전자디바이스의 기본재료이며 전자디바이스의 미세화와 고밀도화달성을 위하여 웨이퍼의 고품질화가 필요하다. 또한 실리콘 웨이퍼 제조공정에서 신뢰성 있는 온도측정은 필수불가결한 것이다.

○ 실리콘의 열부하를 최소화 할 수 있는 핵심공정인 RTP(Rapid Thermal Processing)에서 실리콘 웨이퍼의 in situ 온도측정 방법은 비접촉방식으로서 광 파이프 센서(light-pipe sensor) 측정법, 실리콘의 밴드갭의 온도 의존성에 의해 흡수단파장이 이동(shift)하는 현상을 이용한 온도측정법, 타원편광계(ellipsometer)를 이용한 온도측정법, 웨이퍼 내를 전파하는 Lamb파 속도의 온도 의존성에 의한 온도측정법, 고속응답 하이브리드형 표면온도 측정법, 편광복사 휘도에 의한 복사온도 측정법 등이 있다.

○ 여기서는 실리콘 웨이퍼의 in situ 온도계측으로서 광을 이용한 비접촉온도 측정법의 현황을 개관하였다. 연구 사례로서 일본 Toyo대학 Iuchi 그룹의 연구 결과의 일부를 소개하고 문제점을 지적한 후 앞으로의 발전방향을 기술하였다.

○ 실리콘 웨이퍼는 산화막이 성장하거나 표면 거칠기 상태에 따라 복사율의 변화가 크므로 광고온계(pyrometer)를 이용한 표면온도측정은 정확도가 떨어진다. 표면의 밝기 온도와 복사율을 동시에 측정할 수 있는 방법의 개발이 요구된다. 여기서 개발한 고속응답 하이브리드형 표면온도센서는 새로운 기법으로서 측정대상 표면의 복사율에 관계없이 공정 중 in situ로 실리콘 웨이퍼 표면의 온도를 ± 1K의 정확도로 측정하여 교정에 응용할 수 있다는 점은 진일보한 것으로 평가된다.

○ 현재로는 실리콘 웨이퍼 공정의 모든 영역에 공통으로 사용할 수 있는 온도계측 시스템은 존재하지 않는다. 앞으로 각공정의 특징에 적합한 온도측정법을 개발해 나가야 할 것이다.

저자: T. Iuchi
자료유형: 학술정보