KR20050109378A - Apparatus for manufacturing of high quality soi wafer using a laser and method of the same - Google Patents
Apparatus for manufacturing of high quality soi wafer using a laser and method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20050109378A KR20050109378A KR1020040034567A KR20040034567A KR20050109378A KR 20050109378 A KR20050109378 A KR 20050109378A KR 1020040034567 A KR1020040034567 A KR 1020040034567A KR 20040034567 A KR20040034567 A KR 20040034567A KR 20050109378 A KR20050109378 A KR 20050109378A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- laser
- soi wafer
- wafer
- planarization
- soi
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A41—WEARING APPAREL
- A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
- A41D2400/00—Functions or special features of garments
- A41D2400/36—Deoderising or perfuming
Abstract
레이저를 이용한 고품질 SOI 웨이퍼 제조장치 및 방법이 개시된다. 레이저 발생부는 레이저를 발생한다. 광학부는 레이저 발생부에서 발생된 레이저 빔을 기판으로 전달하고, 레이저 빔의 면적당 에너지 분포를 균일화한다. 운반 스테이지는 국소 면적에 대해 조사되는 레이저 빔을 전체 기판에 조사될 수 있도록 스캐닝한다. 공정 챔버에서는 진공 또는 상압의 분위기에서 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼의 표면 세정과 평탄화 공정이 수행된다. 웨이퍼 가열척은 표면 평탄화시 SOI 웨이퍼 표면의 고상화 시간을 연장하여 안정적이고 고품질의 활성층 형성을 위해 SOI 웨이퍼를 가열한다. 가스조절부는 SOI 웨이퍼에 대한 세정과 표면 평탄화 효과를 향상시키기 위해 공정 챔버로 반응성 가스를 주입한다. 본 발명에 따르면, 레이저를 이용하여 웨이퍼 표면 세정과 평탄화를 통합된 단일 공정으로 진행함으로써 생산성과 경제성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상대적으로 낮은 온도에서 열처리를 진행함으로써 고온 열처리에서 발생하는 웨이퍼 층간의 dislocation이나 챔버 내부 소재의 식각에 의한 웨이퍼의 오염을 방지하여 고품질의 SOI 웨이퍼 제조를 기대할 수 있다.Disclosed are a high quality SOI wafer manufacturing apparatus and method using a laser. The laser generating unit generates a laser. The optical unit transmits the laser beam generated by the laser generating unit to the substrate, and equalizes the energy distribution per area of the laser beam. The transport stage scans the laser beam irradiated to the local area so that it can be irradiated to the entire substrate. In the process chamber, a surface cleaning and planarization process of the SOI wafer using a laser is performed in an atmosphere of vacuum or atmospheric pressure. Wafer heating chucks extend the solidification time of the SOI wafer surface upon surface planarization to heat the SOI wafer for stable and high quality active layer formation. The gas regulator injects reactive gas into the process chamber to enhance the cleaning and surface planarization effects on the SOI wafer. According to the present invention, the wafer surface cleaning and planarization using a laser can be performed in a single integrated process to not only improve productivity and economic efficiency, but also dislocation between wafer layers generated in high temperature heat treatment by performing heat treatment at a relatively low temperature. In addition, high-quality SOI wafers can be expected by preventing contamination of the wafers by etching the material inside the chamber.
Description
본 발명은 레이저를 이용한 고품질 SOI 웨이퍼 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 레이저를 이용하여 SOI 웨이퍼의 활성층의 무결함과 표면의 평탄화를 수행하는 SOI 웨이퍼 제조장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high quality SOI wafer manufacturing apparatus and method using a laser, and more particularly, to an SOI wafer manufacturing apparatus and method for performing flawlessness and surface planarization of an active layer of an SOI wafer using a laser.
SOI 웨이퍼는 실리콘-산화막-실리콘 형태의 3층 구조를 지닌 웨이퍼로서, 단결정 실리콘 박막이 실리콘 기판 위의 BOX(Buried Oxide)층 상부에 형성된다. 일반적으로 상부 실리콘 박막을 활성층이라고 명명하며, 그 두께에 따라 크게 thin SOI 웨이퍼와 thick SOI 웨이퍼로 분류한다. 주로 thin SOI 웨이퍼가 메모리 소자나 통신 소자에 적용되는 반면, thick SOI 웨이퍼는 high power device나 opto-electric device 등에 이용된다. SOI 웨이퍼를 이용하여 제작된 소자는 기존의 bulk 실리콘 웨이퍼 소자에 비해 접합용량과 배선용량 등의 기생 용량이 감소하여 short channel 효과 억제, 완전 분리구조, LSI의 저 소비 전력화 및 고성능화 등의 장점을 나타낸다.The SOI wafer is a wafer having a three-layer structure in the form of silicon-oxide-silicon, wherein a single crystal silicon thin film is formed on the BOX (Buried Oxide) layer on the silicon substrate. Generally, the upper silicon thin film is called an active layer, and is classified into a thin SOI wafer and a thick SOI wafer according to its thickness. Thin SOI wafers are mainly used in memory devices or communication devices, while thick SOI wafers are used in high power devices and opto-electric devices. Devices fabricated using SOI wafers have lower parasitic capacities such as junction capacity and wiring capacity compared to conventional bulk silicon wafer devices, resulting in short channel effect suppression, complete isolation structure, low power consumption and high performance of LSI. .
SOI 웨이퍼의 우수한 특성으로 인하여 전 세계 웨이퍼 제조사들의 고품질 SOI 웨이퍼 양산을 위한 연구가 널리 진행 중이며, 그 제조방법도 업체별로 매우 다양하다. SOI 웨이퍼 제조방법은 크게 UNIBOND법, SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)법, ELTRAN법, Nano Cleave법 등으로 분류된다. 그러나, 제조 기술의 다양성에도 불구하고 SOI 웨이퍼의 기술 개발 추이는 SOI 활성층 및 BOX 층의 박막화와 그에 따른 박막 균일도 향상으로 이어지고 있으며, 궁극적으로는 고품질의 SOI 웨이퍼를 생산하기 위하여 활성층의 결정성 확보와 표면 거칠기 개선, 금속 오염물이나 실리콘 층과 산화막 간의 불순물 준위 밀도를 낮추는데 총력을 기울이는 추세이다. 특히, 양산 제품개발 측면에서의 주된 관심사는 고품질 웨이퍼 제조는 물론이고 SOI 웨이퍼의 표준화와 안정적이면서 제조 단가를 절감할 수 있는 공정의 개발이며, 웨이퍼 제조사들은 이러한 공정개발과 관련된 연구에 투자를 집중하고 있다.Due to the excellent characteristics of SOI wafers, researches for mass production of high-quality SOI wafers by wafer manufacturers around the world are widely underway, and the manufacturing methods thereof vary widely from company to company. SOI wafer manufacturing methods are largely classified into UNIBOND, SIMOX (Separation by Implanted Oxygen), ELTRAN, Nano Cleave, etc. However, despite the diversity of manufacturing techniques, the development of SOI wafer technology has led to the thinning of the SOI active layer and the BOX layer and consequently to the thin film uniformity, and ultimately to ensure the crystallinity of the active layer in order to produce high quality SOI wafers. There is a trend toward improving surface roughness and lowering the density of impurity levels between metal contaminants or silicon layers and oxide films. In particular, the main concern in terms of mass product development is the development of high quality wafers as well as the standardization of SOI wafers and the development of stable and cost-effective processes. have.
고품질의 SOI 웨이퍼 생산을 위해서는 상술한 바와 같이 SOI 활성층의 무결함과 표면 평탄화는 필수적인 요소이다. 표면 평탄화를 위해 널리 이용하는 방법으로는 화학적 기계적 연마법이 있다. 그러나, 슬러리(Slurry) 및 기계적 마찰에 의한 활성층과 기판의 손상은 물론 웨이퍼 edge 부분에서의 연마 불균일성 등의 문제점이 공정관리에 어려움을 주고 있으며, SOI 활성층의 박막화에 따라 점차 그 한계를 나타내고 있다. 또한, 후속 공정으로 세정이 반드시 수반되므로 그로 인한 생산성 저하와 생산 단가 상승의 부가적인 문제점을 지니고 있다.As described above, defect and surface planarization of the SOI active layer are essential for producing a high quality SOI wafer. A widely used method for surface planarization is chemical mechanical polishing. However, problems such as damage to the active layer and the substrate due to slurry and mechanical friction, as well as polishing nonuniformity at the edge of the wafer, are difficult to manage the process, and the thickness of the SOI active layer is gradually increasing. In addition, since the subsequent process is necessarily accompanied by cleaning, there is an additional problem of lowering the productivity and rising production cost.
화학적 기계적 연마법이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 최근에는 반응성 및 불활성 가스 분위기에서 고온으로 열처리하는 방법이 사용되고 있다. 열처리에 의한 SOI 웨이퍼의 표면 평탄화 방법은 열처리로 내부에 다량의 반응성 가스를 주입한 후 1100℃ 이상의 고온으로 가열함으로써 활성층 표면의 결함 제거와 평탄화를 동시에 수행하여 공정 단일화를 도모함은 물론 고품질의 SOI 웨이퍼를 생산할 수 있는 장점을 지니고 있다. 하지만, 활성층 표면 평탄화를 위해서 bulk 실리콘의 melting point에 육박하는 1100℃ 이상의 고온에서 웨이퍼 전체의 가열은 활성층과 BOX층의 열팽창 계수 차이에 의한 thermal stress를 가중시켜 두 층간의 계면에서 dislocation의 defect를 유발할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해서는 단계적으로 점진적인 가열과 냉각이 필요한데, 이는 결국 공정 절차의 복잡화와 공정 시간의 연장을 초래한다. In order to solve the problem of chemical mechanical polishing, recently, a method of heat treatment at high temperature in a reactive and inert gas atmosphere has been used. The surface planarization method of the SOI wafer by heat treatment is performed by injecting a large amount of reactive gas into the heat treatment furnace and heating it to a high temperature of 1100 ° C. or higher to simultaneously remove defects and planarization of the surface of the active layer, thereby achieving uniform process and high quality SOI wafer. It has the advantage of producing. However, heating the entire wafer at a high temperature of more than 1100 ° C close to the melting point of bulk silicon for planarization of the active layer adds thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the active layer and the BOX layer, resulting in dislocation defects at the interface between the two layers. Can be. To avoid this problem, incremental heating and cooling are required in stages, which leads to complexity of the process procedure and extension of process time.
즉, 고온 열처리 방법에 의한 SOI 웨이퍼 표면의 세정 및 평탄화를 달성함과 동시에 열에 의한 dislocation 등의 결함 발생을 피하기 위해서는 공정 절차가 세정단계, 결정성 향상 단계, 표면 평탄화 단계, 안정화 단계 등으로 구분되며, 각각의 단계는 서로 다른 온도, 압력 및 가스 분위기에서 진행된다. 비록 동일한 챔버 혹은 열처리로 내부에서의 일련의 공정이지만 각각은 독립된 공정이라 할 수 있으며, 또한 단계별로 공정 분위기를 안정화하는데 소요되는 시간이 길어져 생산성을 저하시키는 결정적인 요인이 된다. 결론적으로, 열처리 방법에 의하여 고품질의 SOI 웨이퍼 제조는 가능하지만 다량의 가스 소모, 공정의 복잡성, 공정 시간 연장에 의한 생산성 저하 등의 이유로 인하여 궁극적으로는 SOI 웨이퍼의 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.That is, in order to achieve the cleaning and planarization of the SOI wafer surface by the high temperature heat treatment method and to avoid the occurrence of defects such as dislocation due to heat, the process procedure is divided into a cleaning step, a crystallinity improving step, a surface planarization step, and a stabilization step. , Each step proceeds in different temperature, pressure and gas atmosphere. Although it is a series of processes in the same chamber or heat treatment furnace, each is an independent process, and the time required for stabilizing the process atmosphere in each step is long, which is a decisive factor for lowering productivity. In conclusion, although a high-quality SOI wafer can be manufactured by the heat treatment method, there is a problem in that a manufacturing cost of the SOI wafer is ultimately increased due to a large amount of gas consumption, a complexity of the process, and a decrease in productivity due to an extended process time.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 레이저를 이용하여 SOI 웨이퍼 표면의 세정, 결함 제거, 표면 평탄화를 일련의 공정으로 진행함으로써 생산성과 경제성이 향상된 공정 시간을 단축하고 저온 열처리를 구현하여 활성층 표면만을 선택적으로 열처리함으로써 고온 열처리에서 발생하는 웨이퍼 층간의 dislocation이 없는 무결함의 고품질 SOI 웨이퍼 제조장치 및 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to perform the cleaning, defect removal, and planarization of the SOI wafer surface using a laser in a series of processes to shorten the process time and improve the productivity and economic efficiency, and to implement low temperature heat treatment to selectively surface only the active layer. The present invention provides a defect-free high quality SOI wafer manufacturing apparatus and method without dislocations between wafer layers generated by high temperature heat treatment.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼 제조장치는, 레이저를 발생하는 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저 빔을 기판으로 전달하고, 상기 레이저 빔의 면적당 에너지 분포를 균일화하는 광학부; 국소 면적에 대해 조사되는 레이저 빔을 전체 기판에 조사될 수 있도록 스캐닝하는 운반 스테이지; 진공 또는 상압의 분위기에서 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼의 표면 세정과 평탄화 공정이 수행되는 공정 챔버; 표면 평탄화시 상기 SOI 웨이퍼 표면의 고상화 시간을 연장하여 안정적이고 고품질의 활성층 형성을 위해 상기 SOI 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열척; 및 상기 SOI 웨이퍼에 대한 세정과 표면 평탄화 효과를 향상시키기 위해 상기 공정 챔버로 반응성 가스를 주입하는 가스조절부;를 구비한다. SOI wafer manufacturing apparatus using a laser according to the present invention for achieving the above technical problem, the laser generating unit for generating a laser; An optical unit transferring the laser beam generated by the laser generator to a substrate and equalizing an energy distribution per area of the laser beam; A conveying stage for scanning the entire laser beam irradiated with respect to the local area to the entire substrate; A process chamber in which a surface cleaning and planarization process of the SOI wafer using a laser is performed in a vacuum or atmospheric pressure atmosphere; A wafer heating chuck which heats the SOI wafer to form a stable and high quality active layer by extending the solidification time of the surface of the SOI wafer upon planarization of the surface; And a gas control unit injecting reactive gas into the process chamber to improve cleaning and surface planarization effects on the SOI wafer.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼 제조방법은, 표면에 요철이 형성된 SOI 웨이퍼를 공정 챔버내의 가열 척에 로딩하는 단계; 상기 공정 챔버 내부에 반응성 가스를 주입하는 단계; 레이저를 발진하여 상기 SOI 웨이퍼의 세정과 평탄화를 수행하는 단계; 상기 반응성 가스를 배기하고 불활성 가스로 퍼지하는 단계; 및 처리 완료된 SOI 웨이퍼를 공정 챔버로부터 언로딩하는 단계;를 포함한다.SOI wafer manufacturing method using a laser according to the present invention for achieving the above another technical problem, the step of loading the SOI wafer with irregularities formed on the surface to the heating chuck in the process chamber; Injecting a reactive gas into the process chamber; Oscillating a laser to perform cleaning and planarization of the SOI wafer; Exhausting the reactive gas and purging with an inert gas; And unloading the processed SOI wafer from the process chamber.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 레이저를 이용한 고품질 SOI 웨이퍼 제조장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of a high quality SOI wafer manufacturing apparatus and method using a laser according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼의 표면 평탄화 장치의 구성을 도시한 도면이다. 1 is a view showing the configuration of an apparatus for planarizing a surface of an SOI wafer using a laser according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼의 표면 평탄화 장치는 레이저 발생부(100), 광학부(110), 운반 스테이지(400), 공정 챔버(200), 펌핑부(320), 가스공급부(330), 및 웨이퍼 가열척(300)을 구비한다.Referring to FIG. 1, the surface planarization apparatus of a SOI wafer using a laser according to the present invention includes a laser generator 100, an optical unit 110, a transport stage 400, a process chamber 200, and a pumping unit 320. , A gas supply unit 330, and a wafer heating chuck 300.
수소 박리법에 의해 분리된 웨이퍼의 표면은 도 3에 도시된 바와 같이 활성층(511)의 표면이 거칠게 된다. 이러한 활성층(511)의 표면 거칠기를 향상시키기 위해 레이저 빔(101)을 조사한다. 라인 또는 사각 형태의 일정 크기의 레이저 빔(101)을 웨이퍼(510) 전체에 조사하기 위해 도 2a에 도시된 바와 같이 고정된 레이저 빔에 대해 웨이퍼를 이동시킴으로써 웨이퍼를 스캐닝하여 전체 SOI 웨이퍼에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 또한, 공정 시간을 단축시키고 공정에 필요한 레이저의 문턱에너지를 낮추기 위해 도 2b에 도시된 바과 같이 가열 척(300)을 사용하여 웨이퍼의 온도를 가열하게 된다.As shown in FIG. 3, the surface of the wafer separated by the hydrogen peeling method becomes rough on the surface of the active layer 511. The laser beam 101 is irradiated to improve the surface roughness of the active layer 511. In order to irradiate the laser beam 101 of a certain size in a line or square shape to the entire wafer 510, the wafer is scanned by moving the wafer with respect to the fixed laser beam as shown in FIG. Can be investigated. In addition, in order to shorten the process time and lower the threshold energy of the laser required for the process, as shown in FIG. 2B, the temperature of the wafer is heated using the heating chuck 300.
레이저 발생부(100)는 레이저를 공급한다. 레이저 발생부(100)로부터 방출되어 공정 챔버(200) 내의 처리 대상 기판(510)에 조사되는 레이저 빔(101)은 소정의 폭 및 길이를 갖는 라인 빔 형태인 것이 바람직하지만, 직사각 또는 정사각형 형태를 가질 수도 있다. 또한, 레이저 빔(101)은 일정한 폭 및 길이 내에서만 균일한 세기(uniform intensity)를 갖는 균일화된 레이저 빔(homogenized laser beam)인 것이 바람직하다. 여기서, 레이저 소스는 포톤(photon) 에너지를 가지는 모든 레이저가 포함될 수 있으며, 레이저 발진은 고 에너지를 얻기 위해 펄스형 레이저가 적당하지만, 연속형 레이저도 이에 포함된다. 펄스형 레이저의 경우 레이저 펄스 길이(duration)는 수 fs - 수 s인 것이 바람직하다. The laser generator 100 supplies a laser. Although the laser beam 101 emitted from the laser generator 100 and irradiated to the substrate 510 to be processed in the process chamber 200 is preferably in the form of a line beam having a predetermined width and length, the laser beam 101 may have a rectangular or square shape. May have Furthermore, the laser beam 101 is preferably a homogenized laser beam having uniform intensity only within a certain width and length. Here, the laser source may include all lasers having photon energy, and the laser oscillation may be a pulsed laser to obtain high energy, but a continuous laser is also included therein. In the case of a pulsed laser, the laser pulse duration is preferably several fs-several s.
광학 시스템(110)은 어테뉴에이터, 호모지나이저, 집속 렌즈, 거울, 이중 렌즈, 필드 렌즈, 어퍼쳐와 빔 분할기를 구비하여, 빔의 모양을 형상화하거나 적절히 조절할 수 있다. 그리고 빔을 계속적으로 전달하게 할 수 있는 모든 수단의 것들이 포함된다. 또한, 레이저 에너지를 측정할 수 있는 에너지 검출기, 빔 형상을 측정하는 빔 프로파일러가 포함될 수 있다.The optical system 110 includes an attenuator, homogenizer, focusing lens, mirror, dual lens, field lens, aperture and beam splitter to shape or suitably adjust the shape of the beam. And all means that enable continuous delivery of the beam. In addition, an energy detector capable of measuring laser energy and a beam profiler for measuring beam shape may be included.
레이저 빔의 조사시 레이저 빔은 고정하고 처리 대상 기판이 운반 스테이지(400)에 의하여 이동함으로써 공정이 이루어진다. 처리 대상 기판(510)을 공정 챔버(200)로부터 언로딩하는 단계에서는 질소, 헬륨, 아르곤등의 비활성 가스를 이용하여 부유 입자를 제거 후 처리 대상 기판(510)을 공정 챔버(200)로부터 언로딩한다. 또한, 반응성 가스를 이용할 경우에 유입되고 있는 반응성 가스를 정지시키고, 공정 챔버(200)에 차있는 반응성 가스를 뽑아낸 후 불활성 가스를 유입하여 부유 입자를 제거 후 처리 대상 기판(510)을 공정 챔버(200)로부터 언로딩한다.When the laser beam is irradiated, the process is performed by fixing the laser beam and moving the substrate to be processed by the transport stage 400. In the step of unloading the processing target substrate 510 from the process chamber 200, after removing the floating particles using an inert gas such as nitrogen, helium or argon, the processing target substrate 510 is unloaded from the process chamber 200. do. In addition, when the reactive gas is used, the reactive gas flowing in is stopped, the reactive gas filled in the process chamber 200 is extracted, and then the inert gas is introduced to remove floating particles, and then the substrate 510 to be processed is processed. Unload from 200.
운반 스테이지(500)는 적절한 정밀도를 유지할 수 있고, x축, y축, z축으로 구성할 수 있으며, 경우에 따라 한 축만을 사용할 수 있다. 가스공급부(330)는 레이저에 의한 반도체 기판 처리 효과를 높일 수 있는 모든 소스의 가스를 공급할 수 있고, 퍼지를 위한 불활성 가스도 포함된다.The conveyance stage 500 can maintain appropriate precision, can be comprised by the x-axis, y-axis, and z-axis, and can use only one axis in some cases. The gas supply unit 330 may supply gas from any source capable of enhancing the effect of processing a semiconductor substrate by a laser, and also includes an inert gas for purging.
레이저 에너지 밀도와 레이저 펄스 수는 각각 50 mJ/㎠ - 1,000 mJ/㎠, 1 - 1,000 펄스 범위 내에서 수행된다. 이 때, 레이저 펄스 주기는 1 - 3,000 Hz 내에서 수행한다. 공정 챔버(200)의 분위기는 상압과 진공이 모두 포함되며, 모든 경우 불활성 가스 분위기와 반응성 가스 분위기 모두 이에 속한다. 불활성 분위기인 경우, Ar, N2 등의 불활성 가스를 사용하며, 표면 세정 효과를 높이거나 표면 평탄화 효과를 높이기 위한 반응성 분위기인 경우 프로린(F)계열 및 크로린(Cl)계열, O2, O3, NxOy, H2 등 필요한 반응성 가스 및 표면 평탄화에 필요한 반응성 가스를 사용하며 단독 또는 혼합의 형태로 쓰일 수 있다. 여기서, 공정 챔버(200)의 압력은 대기압에서 10-10 torr, 가열 온도는 상온에서 1000℃ 범위에 속하는 것이 바람직하다.The laser energy density and the number of laser pulses are performed in the range of 50 mJ / cm 2-1,000 mJ / cm 2 and 1-1,000 pulses, respectively. At this time, the laser pulse period is performed within 1-3,000 Hz. The atmosphere of the process chamber 200 includes both atmospheric pressure and vacuum, in which case both the inert gas atmosphere and the reactive gas atmosphere belong to it. In an inert atmosphere, an inert gas such as Ar or N 2 is used, and in a reactive atmosphere for enhancing the surface cleaning effect or the surface planarization effect, the proline (F) series and the chlorine (Cl) series, O 2 , O 3 , N x O y , H 2, etc., and the reactive gas required for the surface planarization, and may be used alone or in combination. Here, the pressure in the process chamber 200 is 10 -10 torr at atmospheric pressure, the heating temperature is preferably in the range of 1000 ℃ at room temperature.
기존의 열처리 방식에서는 1100℃ 이상의 고온에서 공정을 진행하는데, SOI 웨이퍼 표면 활성층 뿐만 아니라 하부의 oxide층과 웨이퍼 전체가 1100℃ 이상의 고온에 노출됨으로써 각 층간의 열팽창에 의한 thermal stress를 유발한다. 일반적으로, thin SOI 웨이퍼는 활성층의 두께가 1μm 이하인 것으로 규정하며, 최근 활성층이 점차 박막화함에 따라 그 두께가 대략 0.2 - 0.4 μm 정도로 더욱 얇아져 하부의 oxide층과의 열팽창 계수 차이에 의하여 slip 등의 defect 발생을 더욱 가중시킨다. 열처리 방식에서 열에 의한 dislocation 등의 결함 발생을 피하기 위해서는 점진적인 온도 상승과 하강이 필요하게 된다. 따라서 각각의 단계를 구분하여 서로 다른 온도, 압력 및 가스 분위기에서 진행이 불가피하며, 비록 동일한 챔버 혹은 열처리로 내부에서의 일련의 공정이라 할지라도 단계별로 공정 분위기를 안정화하는데 소요되는 시간이 길어져 생산성을 저하시키는 결정적인 요인으로 작용한다.In the conventional heat treatment method, the process is performed at a high temperature of 1100 ° C. or higher, and not only the SOI wafer surface active layer but also the lower oxide layer and the entire wafer are exposed to a high temperature of 1100 ° C. or higher, thereby causing thermal stress due to thermal expansion between the layers. In general, thin SOI wafers are defined to have an active layer thickness of 1 μm or less, and as the active layer becomes thinner recently, the thickness thereof becomes thinner by about 0.2 to 0.4 μm, and defects such as slip due to the difference in thermal expansion coefficient with the oxide layer below Further increase the occurrence. In the heat treatment method, it is necessary to gradually increase and decrease the temperature to avoid defects such as dislocation due to heat. Therefore, it is inevitable to proceed in different temperature, pressure and gas atmospheres by dividing each step, and even though it is a series of processes in the same chamber or heat treatment furnace, it takes longer to stabilize the process atmosphere step by step. It is a decisive factor.
레이저를 이용한 세정 및 평탄화 공정의 경우는 웨이퍼 전체의 가열온도가 1000℃를 넘지 않으며, 상부 실리콘 수 nm 깊이의 영역에만 레이저 빔이 공정에 영향을 미치므로 열에 의한 thermal stress의 근본적인 문제점을 해결할 수 있다. 일례로 bulk 실리콘은 248nm의 파장 대역에서 1.6x106/cm의 광 흡수율을 나타내며, 이는 248nm 파장을 갖는 레이저 빔의 광 침투 깊이가 대략 5nm 정도에 해당됨을 의미한다. 활성층 두께가 200nm라 할지라도 레이저 빔이 세정과 평탄화에 직접적으로 영향을 미치는 두께는 상대적으로 매우 얇음을 알 수 있다. 비록 레이저 공정 진행시 레이저 빔에 의하여 활성층 표면이 순간적으로 melting point이상의 고온까지 상승하지만, 온도의 상승과 하강 시간은 수십 ns로 매우 짧기 때문에 하부로의 열전달은 상대적으로 무시될 수 있으며, 따라서 활성층과 oxide층간의 열에 의한 defect 발생으로부터 자유롭게 된다. 고온 열처리 방식과는 달리 웨이퍼 전체가 1100℃ 이상의 고온에 노출되지 않고 단지 활성층 표면만이 레이저 빔에 의해 순간적으로 온도가 상승하기 때문에 점진적인 온도 상승과 하강, 압력 및 가스량의 조절을 위한 단계의 구분이 불필요하여 공정시간이 매우 빨라지게 된다. 물론 동일한 지점에서의 지속적인 레이저 빔의 입사는 활성층 내부에서의 열 축적을 초래하여 하부의 oxide층까지 온도가 상승하는 문제를 유발할 수 있지만, 레이저 빔이 조사되는 펄스 수와 레이저 에너지 밀도를 조절함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.In the case of the laser cleaning and planarization process, the heating temperature of the entire wafer does not exceed 1000 ° C, and the laser beam affects the process only in the region of several nm depth of upper silicon, thereby solving the fundamental problem of thermal stress caused by heat. . Bulk silicon, for example, exhibits a light absorption of 1.6x10 6 / cm in the wavelength range of 248 nm, which means that the light penetration depth of the laser beam having a wavelength of 248 nm corresponds to approximately 5 nm. Even though the thickness of the active layer is 200 nm, the thickness that the laser beam directly affects cleaning and planarization is relatively thin. Although the surface of the active layer is instantaneously raised to a high temperature above the melting point by the laser beam during the laser process, the heat transfer to the bottom can be relatively ignored because the rise and fall times of the temperature are very short, several tens of ns. Free from defects caused by heat between oxide layers. Unlike the high temperature heat treatment method, the whole wafer is not exposed to high temperature above 1100 ℃ and only the surface of the active layer is instantaneously raised by the laser beam. It is unnecessary and the process time is very fast. Of course, the continuous incident of the laser beam at the same point may cause heat accumulation inside the active layer and cause the temperature to rise to the lower oxide layer, but by adjusting the number of pulses and the laser energy density to which the laser beam is irradiated You can solve the problem.
레이저를 이용한 세정과 평탄화의 성공적인 수행을 위해서 적절한 레이저 에너지 밀도와 펄스 수, 레이저 비 프로파일, 공정 압력 그리고 가스량 등은 매우 중요한 요소이다. 특히, 평탄화 공정에서 웨이퍼 표면에서의 균일한 빔 프로파일의 형성은 매우 중요하다. Flattop 형태의 균일한 빔 프로파일의 형성은 광학계에서 호모지나이저를 이용하여 가능하지만, 레이저의 회절에 의하여 불가피하게 균일한 빔의 가장자리 영역에 20μm정도의 레이저 에너지가 불균일한 스티프니스 영역을 가지게 된다. 따라서, 레이저 스캔닝에 의해 평탄화 공정을 진행할 때 이 영역에서는 에너지 분포가 균일한 영역과는 다른 결과를 나타내어 결과적으로는 표면 거칠기 향상을 저해함은 물론 웨이퍼 표면상에 주기적인 요철을 형성하게 된다. 이러한 문제를 피하기 위해서는 충분히 높은 레이저 에너지 밀도의 레이저 빔을 입사해야 하며, 동시에 너무 적은 펄스 수는 피해야만 한다. 하지만, 지나치게 많은 펄스 수는 평탄화에 더 이상 기여하지 않고 saturation되며, 오히려 박막 내부에 열 축적을 유발하여 dislocation 등의 defect 발생의 원인이 될 수 있다. Proper laser energy density, number of pulses, laser ratio profile, process pressure and gas volume are critical factors for successful laser cleaning and planarization. In particular, the formation of a uniform beam profile on the wafer surface in the planarization process is very important. Flattop type uniform beam profile can be formed by using homogenizer in the optical system, but the laser diffraction inevitably leads to stiffness region with uneven laser energy of about 20μm at the edge of the uniform beam. Therefore, when the planarization process is performed by laser scanning, the region shows a different result from the region where the energy distribution is uniform. As a result, surface roughness is inhibited and periodic irregularities are formed on the wafer surface. To avoid this problem, a laser beam of sufficiently high laser energy density must be incident, while at the same time too few pulses must be avoided. However, too many pulses are no longer contributing to the planarization but are saturated, rather they cause heat accumulation inside the thin film, which can cause defects such as dislocations.
본 발명에서 바람직하게는 가열척의 온도가 350℃일 때 750 mJ/㎠의 레이저 에너지 밀도에서는 최소 5펄스 이상의 레이저가 조사되어야 한다. 동일한 가열척의 온도에서 레이저 에너지 밀도를 낮게 입사한 경우 스티프니스에 의한 문제점을 해결할 수 없으며, 가열척의 온도가 높아질수록 더 낮은 레이저 에너지 밀도와 펄스 수로 스티프니스의 문제점을 해결할 수 있다.In the present invention, preferably, at least 5 pulses of laser should be irradiated at a laser energy density of 750 mJ / cm 2 when the temperature of the heating chuck is 350 ° C. When the laser energy density is low at the same heating chuck temperature, the problem caused by stiffness cannot be solved. As the temperature of the heating chuck increases, the problem of stiffness can be solved by the lower laser energy density and the number of pulses.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 고품질 SOI 웨이퍼 제조장치 및 방법에 의하면, SOI 웨이퍼에 대한 평탄화 공정을 레이저를 이용한 비접촉 방식으로 처리함으로써 기존 접촉식 평탄화 공정에서 발생하는 물리적 스트레스를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 가열 척에 의한 웨이퍼의 가열 그리고 반응성 가스의 사용에 의해 공정시간을 단축시킬 수 있다. 또한 평탄화와 세정을 동시에 진행할 수도 있으므로 전체 공정 시간을 단축시킬 수 있다.According to the apparatus and method for manufacturing a high quality SOI wafer using a laser according to the present invention, the planarization process for the SOI wafer may be processed in a non-contact manner using a laser, thereby minimizing the physical stress generated in the conventional contact planarization process and heating. The process time can be shortened by heating the wafer by the chuck and using the reactive gas. In addition, planarization and cleaning can be performed at the same time, thereby reducing the overall process time.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 고품질 SOI 웨이퍼 제조장치 및 방법에 의하면, 레이저를 이용하여 SOI 웨이퍼 활성층 표면 거칠기를 물리적인 스트레스를 가하지 않고 표면 거칠기를 효과적으로 개선할 수 있고, 상대적으로 낮은 온도에서 열처리를 수행함으로 활성층과 산화막 사이의 열팽창 계수 차이에 의한 thermal stress를 최소화하여 defect-free한 무결함의 고품질 SOI 웨이퍼를 제작할 수 있다. 또한, 결함 제거, 세정, 및 평탄화를 동일한 온도, 압력, 및 가스 분위기에서 단일 공정으로 통합하여 진행함으로써, 공정 시간 단축과 공정의 간략화를 도모할 수 있으며, 이러한 제조공정의 단순화로 인한 제조 시간 및 생산 단가의 절감 효과를 기대할 수 있다. According to the apparatus and method for manufacturing a high quality SOI wafer using a laser according to the present invention, the surface roughness of the SOI wafer active layer surface can be effectively improved without applying physical stress by using a laser, and heat treatment is performed at a relatively low temperature. By minimizing the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the active layer and the oxide layer, defect-free defect-free high quality SOI wafers can be fabricated. In addition, by integrating defect removal, cleaning, and planarization into a single process at the same temperature, pressure, and gas atmosphere, it is possible to shorten the process time and simplify the process. A reduction in production costs can be expected.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼의 표면 평탄화 장치의 구성을 도시한 도면,1 is a view showing the configuration of a surface planarization apparatus for an SOI wafer using a laser according to the present invention;
도 2a는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼의 표면 평탄화 장치에서 SOI 웨이퍼에 레이저의 조사시 스캐닝 방법을 도시한 도면,2A illustrates a scanning method when a laser is irradiated onto an SOI wafer in the surface planarization apparatus of the SOI wafer using the laser according to the present invention;
도 2b는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 SOI 웨이퍼의 표면 평탄화 장치에서 SOI 웨이퍼에 레이저의 조사시 스캐닝 방법과 가열 척을 도시한 도면, 그리고,Figure 2b is a view showing a scanning method and a heating chuck when irradiating a laser to the SOI wafer in the surface planarization apparatus of the SOI wafer using a laser according to the present invention, and
도 3은 레이저가 조사되는 SOI 웨이퍼의 확대단면도이다.3 is an enlarged cross-sectional view of an SOI wafer to which laser is irradiated.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040034567A KR100567735B1 (en) | 2004-05-15 | 2004-05-15 | Apparatus for manufacturing of high quality SOI wafer using a laser and method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040034567A KR100567735B1 (en) | 2004-05-15 | 2004-05-15 | Apparatus for manufacturing of high quality SOI wafer using a laser and method of the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050109378A true KR20050109378A (en) | 2005-11-21 |
| KR100567735B1 KR100567735B1 (en) | 2006-04-04 |
Family
ID=37285305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040034567A KR100567735B1 (en) | 2004-05-15 | 2004-05-15 | Apparatus for manufacturing of high quality SOI wafer using a laser and method of the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100567735B1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100002130A (en) * | 2008-06-26 | 2010-01-06 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | Method for manufacturing soi substrate |
| KR20100044706A (en) * | 2008-10-22 | 2010-04-30 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | Soi substrate and method for manufacturing the same |
| CN102945798A (en) * | 2012-10-30 | 2013-02-27 | 清华大学 | Laser treatment growing method for ultrathin oxide layer and device thereof |
| CN109530910A (en) * | 2018-11-30 | 2019-03-29 | 绵阳高新区天力机械有限责任公司 | A method of changing product surface roughness using laser |
-
2004
- 2004-05-15 KR KR1020040034567A patent/KR100567735B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100002130A (en) * | 2008-06-26 | 2010-01-06 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | Method for manufacturing soi substrate |
| KR20100044706A (en) * | 2008-10-22 | 2010-04-30 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | Soi substrate and method for manufacturing the same |
| CN102945798A (en) * | 2012-10-30 | 2013-02-27 | 清华大学 | Laser treatment growing method for ultrathin oxide layer and device thereof |
| CN109530910A (en) * | 2018-11-30 | 2019-03-29 | 绵阳高新区天力机械有限责任公司 | A method of changing product surface roughness using laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100567735B1 (en) | 2006-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5363977B2 (en) | Semiconductor-on-insulator structure fabricated using irradiation annealing | |
| KR100784581B1 (en) | Method for reducing surface rugosity | |
| KR101111436B1 (en) | Soi wafer manufacturing method and soi wafer | |
| KR101355428B1 (en) | ＳＯＩ Wafer Manufacturing Method and ＳＯＩ Wafer | |
| US4390392A (en) | Method for removal of minute physical damage to silicon wafers by employing laser annealing | |
| KR20020096933A (en) | Formation of silicon on insulator(SOI) devices as add-on modules for system on a chip processing | |
| KR20010031923A (en) | Method for heat-treating silicon wafer and silicon wafer | |
| JPH08306673A (en) | Plasma chemical etching equipment and method using laser | |
| TW200806830A (en) | Monocrystalline semiconductor wafer comprising defect-reduced regions and method for producing it | |
| US20090057811A1 (en) | Simox wafer manufacturing method and simox wafer | |
| JP2023126270A (en) | Substrate processing method, substrate processing device, and substrate processing system | |
| KR100567735B1 (en) | Apparatus for manufacturing of high quality SOI wafer using a laser and method of the same | |
| JP2005294781A (en) | Organic-substance removing apparatus and film-thickness measuring apparatus | |
| JPH09186085A (en) | Laser annealing method and laser annealing apparatus | |
| JP2011171377A (en) | Method of manufacturing silicon wafer | |
| JPH06252048A (en) | Manufacture of polycrystalline semiconductor thin film | |
| CN116551188A (en) | Infrared ultrafast laser beam wafer thinning method and system approximately perpendicular to wafer surface | |
| KR101311003B1 (en) | Thermal treatment method of silicon wafer and silicon wafer | |
| TWI382470B (en) | Semiconductor on insulator structure made using radiation annealing | |
| US20060131268A1 (en) | Non-contact discrete removal of substrate surface contaminants/coatings, and method, apparatus, and system for implementing the same | |
| JP5569392B2 (en) | Silicon wafer manufacturing method | |
| JP4060405B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor wafer | |
| JP2014194962A (en) | Irradiation control method and irradiation controller | |
| KR100487886B1 (en) | Method for acoustic wave device using a laser | |
| JP2013084866A (en) | Silicon semiconductor device substrate and manufacturing equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120222 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |