일반기술

비파괴 방식의 도핑 프로파일 측정장치 및 그에 적용되는 주파수 변조 방식의 알에프 커패시턴스 센서

대상기술은 비파괴 방식의 도핑 프로파일 측정장치 및 그에 적용되는 주파수 변조 방식의 알에프 커패시턴스 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 측정샘플을 파괴하지 않고 측정샘플 내의 정전용량의 변화량에 의해 측정샘플의 도핑 프로파일을 측정하는 장치 및 이를 위한 알에프 커패시턴스 센서에 관한 것이다.●종래의 도핑 프로파일 측정 시스템(Scanning Capacitance Microscopy : SCM)은 도 1에 도시된 바와 같이 AFM(Atomic Force Microscope)을 플랫폼으로 하여, AFM 캔틸레버(1) 하단부의 도전성 탐침(Pt/Ir 도금), 전기적인 신호를 처리하는 UHF 커패시턴스 센서(2) 및 아주 미세한 신호를 측정할 수 있는 DSP LIA(Lock-In Amplifier)(3)로 구성되어 있다. UHF 커패시턴스 센서(2)는 오실레이터, LC 공진기 및 검출회로로 구성되어 있으며, 시스템의 공진상태를 이용하여 미세한 신호를 찾아낸다. LC 공진기는 AFM 캔틸레버(1) 하단 부의 탐침에 직접 연결되므로, 시스템의 전체 공진 주파수는 탐침과 측정 웨이퍼(4) 간의 기생 정전용량에 의해 결정된다. 이 상태에서 측정 웨이퍼(4)에 AC 바이어스를 인가하면 공핍층이 생성되어 공핍층 정전용량이 변하게 된다. 이러한 공핍층 정전용량의 변화에 의해 시스템의 공진 주파수가 달라지고, 공진 주파수의 변화에 따른 미세한 진폭 변화를 검출회로에 의해 검출하여 도핑 프로파일을 측정한다. [도 1] 종래의 도핑 프로파일 측정 시스템●도 1에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 종래의 도핑 프로파일 측정 시스템은 측정 샘플의 단면(cross section)을 측정하므로 파괴적이고, 샘플의 준비과정이 복잡하고, 아주 작은 SCM 탐침에 의해 발생된 공핍층 정전용량이 너무 작아 측정 주변의 환경에 너무 민감하며, 이로 인한 재현성의 부족, 정확한 SCM 측정 데이터 해석의 곤란, SCM 모델링의 정확성 검증에 대한 곤란 등이 해결해야 할 과제로 남아 있다. 또한, 종래의 도핑 프로파일 측정 시스템에 의해 얻어진 이미지는 일정한 dc 바이어스가 인가된 상태에서도 유동전하의 움직임과 주변의 습기 등에 의한 변화에 민감하므로 이미지의 재현성을 확보하지 못하는 경우가 발생되는 문제점이 있다●대상기술에 따른 비파괴 방식의 도핑 프로파일 측정장치는 탐침(10)과 측정대상 웨이퍼 사이에 인가된 바이어스 전압에 따라 달라지는 정전용량의 변화를 주파수 변조 방식이 적용된 커패시턴스 센서에 의해 검출함으로써 1차원 및 2차원뿐만 아니라 3차원 도핑 프로파일의 예측도 가능하다는 장점을 갖는다. ●대상기술에 따른 비파괴 방식의 도핑 프로파일 측정장치는 탐침(10), 알에프 커패시턴스 센서(20), PLL(28), LIA(30) 및 컴퓨터(40)를 구비한다. 탐침(10)은 측정하고자 하는 웨이퍼의 표면에 위치하며, 후단은 알에프 커패시턴스 센서(20)에 연결된다. 알에프 커패스턴스 센서(20)는 탐침(10)과 측정대상 웨이퍼 사이에 인가된 바이어스 전압에 따라 달라지는 정전용량의 변화에 대응하는 전압신호를 출력한다. LIA(30)는 커패시턴스 센서(20)로부터 출력되는 전압신호를 측정하여 정전용량의 변화를 감지하여 출력하며, 컴퓨터(40)는 LIA(30)로부터 출력되는 신호를 입력받아 C-V 모델링을 통해 계산된 값과 비교하여 도핑 프로파일을 정량적으로 추출한다. 도 2에는 상기의 구성을 갖는 대상기술에 따른 비파괴 방식의 도핑 프로파일 측정장치의 예가 도시되어 있다.[도 2] 대상기술에 따른 비파괴 방식의 도핑 프로파일 측정 장치