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KR101252404B1 - 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법 - Google Patents

웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법 Download PDF

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KR101252404B1
KR101252404B1 KR1020110067040A KR20110067040A KR101252404B1 KR 101252404 B1 KR101252404 B1 KR 101252404B1 KR 1020110067040 A KR1020110067040 A KR 1020110067040A KR 20110067040 A KR20110067040 A KR 20110067040A KR 101252404 B1 KR101252404 B1 KR 101252404B1
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KR
South Korea
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haze
single crystal
scoring
wafer
copper
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장윤선
홍영호
정요한
김세훈
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주식회사 엘지실트론
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Abstract

실시예는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법은 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계; 및 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계;를 포함할 수 있다.

Description

웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법{Method for evaluating a quality of wafer or Single Crystal Ingot and Method for controlling a quality of Single Crystal Ingot}
실시예는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로 초크랄스키(CZochralski: 이하 CZ) 방법을 많이 이용하고 있으며, CZ 방법에서는 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 이를 흑연 발열체에 의해 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드 결정을 담그고 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 씨드 결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정의 실리콘 잉곳을 성장시킨다. 그런 다음, 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing), 에칭(etching) 및 폴리싱(polishing)하여 웨이퍼 형태로 만들게 된다.
이러한 방법으로 제조된 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼는 COP(Crystal Originated Particles), FPD(Flow Pattern Defect), OiSF(Oxygen induced Stacking Fault), BMD(Bulk Micro Defect) 등의 결정 결함이 나타나고 있으며, 이와 같은 성장 중에 도입되는 결함(grown-in defect)의 밀도와 크기의 감소가 요구되고 있으며, 상기 결정 결함은 소자 수율 및 품질에 영향을 미치는 것으로 확인되고 있다. 따라서, 결정 결함을 제거시킴과 동시에 이런 결함을 쉽고 빠르게 평가하는 기술은 중요하다.
또한, 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼는 그 결정의 성장 조건에 따라서 베이컨시형 점결함이 우세하여 과포화된 베이컨시(Vacancy)가 응집된 결함을 갖는 V-rich 영역, 베이컨시형 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pv 영역, 베이컨시/인터스티셜 경계(V/I boundary), 인터스티셜(Interstitial) 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pi 영역, 인터스티셜 점결함이 우세하여 과포화된 인터스티셜 실리콘이 응집된 결함을 갖는 I-rich 영역 등이 존재한다.
그리고, 이러한 결함 영역이 발생하는 위치와 단결정 실리콘 잉곳의 결정 길이별로 이러한 결함 영역들이 어떻게 변화해 가는지 확인하는 것은 결정의 품질 수준을 평가함에 있어서 중요하다.
종래기술에 의하면 CZ 방법으로 제조되는 단결정 잉곳에 있어서, V/G로 일컬어지는 보론코프 이론에 따라 V/G의 임계치 이상으로 성장할 경우(고속 성장)에는 보이드(Void) 결함이 존재하는 V-rich 영역이 발생하고, V/G의 임계치 이하로 성장할 경우(저속 성장)에는 OISF(Oxidation Induced Stacking Fault)결함이 에지(Edge) 또는 센터(Center)영역에 링(Ring) 형태로 발생하며, 더욱 저속으로 할 경우 격자간 실리콘이 집합한 전위 루프(Dislocation Loop)가 엉켜서 LDP(Loop Dominant Point defect zone) 결함영역인 I-rich 영역이 발생한다.
이러한 V영역과 I영역의 경계 사이에는 V-rich도 I-rich도 아닌 무결함 영역이 존재한다. 무결함 영역 내에서도 VDP(Vacancy Dominant Point defect zone) 무결함 영역인 Pv 영역과, IDP(Interstitial Dominant Point defect zone) 무결함 영역인 Pi 영역으로 구분이 되며 이러한 무결함 웨이퍼를 제조하기 위해서는 상기 영역을 제조하는 마진으로 인식되고 있다.
도 1은 종래기술에 의한 인상속도 제어 예시도이며, 단결정 성장 시 목표(Target) 인상 속도 설정을 위한 실험예(Case 1, Case 2)이다.
무어의 법칙에 따른 고집적화를 위해 미세회로 선폭의 축소를 위해서는 단결정 성장중에 도입되는 결정 결함의 제어가 매우 중요하다. 종래에는 무결함 단결정 웨이퍼 제조 방식은 도 1에서 나타나는 바와 같이 무결함 마진 확인을 위해 인위적으로 인상속도를 가감하는 V-test 및 N-test를 통해 해당 영역의 버티컬(vertical) 분석을 함으로써 무결함 영역의 인상속도를 확인 후 타겟을 설정함으로써 이뤄졌다.
또한, 종래기술에 의하면, 무결함 단결정을 제조하기 위하여 상부 HZ(핫존) 디자인 설계, 예를 들면 상부 단열재의 다양한 형상을 통해 결함 형성온도 구간에 대치하도록 하여 결정의 G값 및 △G(반경 방향 온도 구배)을 조절한다거나, 융액(Melt) 표면에서부터 상부 HZ까지의 거리(Gap) 조절함으로써 열출적 공간의 효율을 극대화하거나, 히터( Heater) 최대발열 부위에서 융액(Melt) 표면까지 상대적 위치를 통해 실리콘 융액(Si Melt) 대류제어 또는 열전달 경로를 제어하고자 하는 시도가 있었고, 다른 한편으로는 아르곤(Ar) 플로우 레이트(flow rate) 조절하거나, SR/CR(Seed Rotation speed/Crucible Rotation speed) 비율을 조절하거나 다양한 형태의 자기장 인가 등과 같은 공정 파라미터(parameter)의 최적화 시도가 이루어져 왔다
그런데, 종래 기술의 경우 무결함 단결정을 제조함에 있어 무결함 마진 최적화에 어려움이 있다.
예를 들어, V test 또는 N test는 하나의 배쓰(1 batch) 내에서 바디(body) 구간의 일부 영역만 확인이 가능하며, 일반적으로 CZ법을 이용한 Si 단결정 제조는 연속제조(continuous growing)이기 때문에 동일한 H/Z 및 공정 파라미터(parameter)를 사용할지라도 잉곳 길이에 따른 결정 냉각 열이력 차이가 발생하며, 또한, 결정 성장에 따른 실리콘 융액 양(Si melt volume)의 변화로 인하여 무결함 타겟 인상속도가 결정 길이 증가에 따라 영향을 받게 된다.
또한, 종래기술에 의하면 무결함 단결정을 제조함에 있어 품질 로스(loss)인하 비용손실이 발생하는 문제가 있다.
예를 들어, 타겟 인상 속도 설정이 정확하지 않으므로 인하여 주요(prime) 구간에서 품질 불합격율 증가로 로스(loss)가 발생하며, 길이별 무결함 타겟 인상 속도 확인을 위해서는 도 1과 같은 테스트(test)를 여러 차례 진행해야 하는 문제가 발생한다.
그런데 타겟 인상 속도는 도 1과 같은 급격한 인상속도 변화에 따른 결정 냉각 열이력의 변화를 주지 않기 때문에 V test 또는 N test에서 확인된 품질 마진과 타겟 인상 속도 설정치간의 실제 열이력 차이에 기인되어 타겟값이 바뀔 수 있다.
또한, 도 1에 나타난 바와 같이 특히, 300mm 이상 대구경 고중량 단결정 성장 시 종래 기술에 의한 무결함 단결정 성장을 위해서는 정확한 타겟 인상속도의 설정이 무엇보다 중요하다. 그러나 상기 설명한 바와 같이 종래에서 무결함 영역은 잉곳 길이별로 다르게 나타나는데 V test 또는 N test 후 타겟 인상 속도 설정 시 불가피하게 나타나는 결정 열이력 차이 발생에 의한 오차가 발생하거나, 길이별로 마진 확인을 위한 추가 테스터가 계속 반복되어 품질, 비용, 시간 로스(loss)가 발생한다.
실시예는 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법은 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계; 및 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 단결정 잉곳의 품질 제어방법은 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계; 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계; 및 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 평가 결과 값을 기준으로 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에 의하면, 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 구리 헤이즈 모델링(Cu haze modeling)에 의한 무결함 단결정 성장시 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 통한 정량화(score)가 가능하여, 결정 영역별로 스코어(score)를 부여함으로써 품질 평가 시 나타나는 구리 헤이즈 맵(Cu haze map)을 통해 해당 영역을 판별할 수 있으므로 프라임(prime) 구간별 맵(Map)으로 판별된 영역에 대해 정량화된 인상속도를 가감하여 다음 배쓰(batch)에서의 정확한 타겟 인상 속도 설정이 가능하다.
또한, 실시예에 의하면, 단결정 중심부 및 에지부의 결정 영역 확인이 가능하여 공정 패러미터(parameter) 미세 조정 시 적용 기준이 될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 고품질 Si 단결정 성장을 위한 타겟 인상 속도 설정에 있어 반복되는 V test 및 N test 없이 정확한 타겟 인상 속도를 설정할 수 있으며, 단결정 성장공정에 즉시 적용이 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 스코어(Score) 범위, 품질 마진 내 조절값을 통하여 프라임(Prime) 전구간에 대해 실제 무결함 마진 영역에 대한 정확한 데이터(data) 확보가 가능하여 품질 다운(down) 비용 최소화가 가능하고 생산성 증대와 더불어 최소의 시간으로 균일한 고품질의 Si 단결정 제조가 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 소구경에서 대구경에 이르기까지 전체 적용이 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 결정 영역 세분화, 예들 들어 Pv, Pi로 스코어(score)를 별도로 지정함으로써 더욱 정밀한 판정과 품질 구현이 가능하다.
도 1은 종래기술에 의한 인상속도 제어 예시도.
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법의 개략도.
도 3은 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에서 샘플에 대한 구리 헤이즈 스코어(Cu haze score) 산정방법 예시도.
도 4는 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법이 적용되어 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze scoring)에 의해 제조된 무결함 웨이퍼 예시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면 등이 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 "상" 또는 "아래"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
(실시예)
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법의 개략도이다.
실시예는 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법을 제공하고자 한다.
이를 위해, 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법은 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계 및 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 구리 헤이즈 모델링(Cu haze modeling)에 의한 무결함 단결정 성장시 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 통한 정량화(score)가 가능하여, 결정 영역별로 스코어(score)를 부여함으로써 품질 평가 시 나타나는 구리 헤이즈 맵(Cu haze map)을 통해 해당 영역을 판별할 수 있으므로 프라임(prime) 구간별 맵(Map)으로 판별된 영역에 대해 정량화된 인상속도를 가감하여 다음 배쓰(batch)에서의 정확한 타겟 인상 속도 설정이 가능하다.
또한, 실시예에 의하면, 단결정 중심부 및 에지부의 결정 영역 확인이 가능하여 공정 패러미터(parameter) 미세 조정 시 적용 기준이 될 수 있다.
실시예에 의하면 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계는, 상기 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각의 일부 영역에 대해 제1 열처리(BP)를 하는 단계 및 상기 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각의 다른 영역에 대해 제2 열처리(BSW)를 하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 열처리는 O-band 열처리를 하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제2 열처리는 Pv, Pi 열처리를 하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 방법은 상기 웨이퍼 또는 상기 잉곳 조각의 결함 영역 세분화를 통해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring)을 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 방법은 상기 웨이퍼 또는 상기 잉곳 조각의 Pv 영역, Pi 영역의 스코어(score)를 지정함으로써 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring)을 진행할 수 있다.
실시예에 의하면 결정 영역 세분화, 예들 들어 Pv, Pi로 스코어(score)를 별도로 지정함으로써 더욱 정밀한 판정과 품질 구현이 가능하다.
또한, 실시예에서 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계는 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 통한 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 정립하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법에 의하면, 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있다.
실시예에 따른 단결정 잉곳의 품질 제어방법은 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계와, 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계 및 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 평가 결과 값을 기준으로 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계를 포함할 수 있다.
상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계와, 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계의 내용은 앞서 기술한 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법의 내용의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
실시예에서 상기 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계는 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 통한 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 정립하는 단계 후에 상기 구리 헤이즈 스코어링 맵을 기준으로 상기 타겟 인상속도 설정에 있어 정량적인 튜닝 기준을 마련하는 단계를 포함할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 의하면 상기 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계에서 상기 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 기준으로 단결정 잉곳의 결정 영역별로 상기 튜닝 기준에 따라 정량화된 인상속도를 가감하여 차후 진행되는 배쓰(batch)에서의 타겟 인상 속도를 설정할 수 있다.
실시예에 따른 단결정 잉곳의 품질 제어방법에 의하면, 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 고품질 Si 단결정 성장을 위한 타겟 인상 속도 설정에 있어 반복되는 V test 및 N test 없이 정확한 타겟 인상 속도를 설정할 수 있으며, 단결정 성장공정에 즉시 적용이 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 스코어(Score) 범위, 품질 마진 내 조절값을 통하여 프라임(Prime) 전구간에 대해 실제 무결함 마진 영역에 대한 정확한 데이터(data) 확보가 가능하여 품질 다운(down) 비용 최소화가 가능하고 생산성 증대와 더불어 최소의 시간으로 균일한 고품질의 Si 단결정 제조가 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 소구경에서 대구경에 이르기까지 전체 적용이 가능하다.
이하, 도 2를 참조하여 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 2는 실시 예에 대한 개략적인 도식도로써 무결함 단결정 성장 시 인상 속도 변화에 따른 결정내 결함 분포도를 나타내고 있다.
예를 들어, 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법에 의한 제1 열처리(BP), 제2 열처리(BSW)를 통해 O-band영역, Pv 영역, Pi 영역, 및 LDP영역 구분이 가능하다.
실시예에서 채용하는 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법은 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액과 Cu의 혼합 용액인 구리 오염 용액을 이용하여 웨이퍼 또는 단결정 실리콘 조각에 고농도로 한쪽 면에 Cu를 오염시킨 다음, 짧은 확산 열처리를 실시한 후, 오염된 면 또는 오염된 면의 반대면을 집광등 하에서 육안으로 관찰하여 결정 결함 영역을 구분하는 평가법일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에서 오른쪽의 제1 샘플 내지 제7 샘플(S1 내지 S7) 예시는 어떠한 타겟 인상 속도도 단결정 성장을 한 후 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)으로 나타날 수 있는 다양한 유형을 나타낸 것이다.
예를 들면, 맨 위쪽의 전면이 검은 제1 샘플(S1)은 무결함 타겟 인상속도가 높아 O-band 영역으로 치우쳐져 있음을 나타내고 인상 속도(PS) 감소, 예를 들어 0.01mm/mim 감소에 따라 O-band 영역이 사라지게 됨을 보여주고 있다.
또한, 아래에서 세번째의 제5 샘플(S5)의 경우 웨이퍼의 좌측반은 전면이 하얗게 나타나는데 이러한 타겟으로 성장된 단결정은 O-band가 제어되었음을 보여주고 우측반은 전면이 검은색과 하얀색이 섞여서 나타나는데 검은 부분은 Pv 영역을, 하얀 부분은 Pi 영역을 나타내어 본 제5 샘플(S5)의 경우 웨이퍼 내 무결함 영역인 Pv-Pi-Pv와 같이 형성됨을 알 수 있다.
또한, 맨 아래의 제7 샘플(S7)의 경우 좌/우측 전체가 하얗게 나타날 경우 Pi 영역만 있는 웨이퍼가 제조되었음을 알 수 있다.
실시예에서 도 2의 좌측에는 예컨대 0~300까지 스코어(score)를 부여할 수 있으며, 스코어(score) 세분화는 조정이 가능하다.
타겟으로 하는 품질이 O-band가 제어된 Pv 영역과 Pi 영역으로 구성된 제품을 만들 경우 타겟 스코어(score)를 220으로 정할 수 있다.
예를 들어, 도 2에서는 150~280 내에서 타겟 스코어(score)를 정할 수 있다. 여기서 무결함 마진(Free Margin)을 구하고 이를 스코어(score)로 나누어 해당 ㅅ스코어마다 인상속도 조절율을 구할 수 있다.
예를 들어, 도 2의 경우 타겟 스코어가 220을 인상속도 조절율이 없는 0으로 가정하고 해당 구리 헤이즈 스코어링 맵에 스코어에 해당하는 조절값을 타겟 인상속도에 가감하여 프라임(prime) 전구간 균일한 품질 구현이 가능할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에서 제5 샘플(S5)에 대한 구리 헤이즈 스코어(Cu haze score) 산정방법 예시도이다.
도 3은 실시예에에 의해 성장된 300mm 단결정의 수직방향 결함 분포를 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법에 의해 분석한 단면도로서 스코어(score) 부여 방법은 다음과 같으나 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법에 의한 제1 열처리(BP) 평가법(도 3에서 웨이퍼 좌측)의 하얀 부분의 넓이를 잰다. 그리고 제2 열처리(BSW) 평가법(도 3에서 웨이퍼 우측)의 하얀 부분의 넓이를 재어 제1 열처리 영역과 제2 열처리 영역에서의 하얀부분의 넓이를 합산한 값이 스코어(score) 값이 된다.
또 다른 예로, 도 2의 우측 그림에서 제2 샘플(S2) 맵(map)의 경우 BP 평가법에 의한 맵(map)의 하얀 부분과 검은 부분이 혼재되어 있는데 이 경우에는 흰부분의 영역 합산으로 구하며 BSW역시 동일한 방식이다.
실시예서 스코어(Score) 300은 300mm 웨이퍼 단면에 대한 것으로서 각 구경에 따라 해당 구경을 그대로 적용할 수 있으며 세분화를 위해 비율적으로 증감하여 사용할 수도 있다.
표 1은 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에서 타겟 인상 속도 조절예로서, 구리 헤이즈 스코어링 맵을 기준으로 상기 타겟 인상속도 설정에 있어 정량적인 튜닝 기준의 예이나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
결정 영역별 Cu-Haze Scoring[mm] Margin 대비 [%]
인상속도(PS) 튜닝(Tuning)방법
0 Margin * -63%
70 Margin * -50%
130 Margin * -38%
150 Margin * -19%
220 Margin * 0%
280 Margin * 19%
300 Margin * 38%
또한, 실시예에 의하면 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법의 맵(map)을 통하여 프라임(Prime) 구간의 결정 결함 영역 확인이 정량화되어 파라미터 최적화시에 기준이 될 수 있다. 예를 들면, 프라임(Prime) 구간에서의 도 2 우측의 맵(map)이 다양하게 혼재되어 나타날 경우 구간별 적용 패라미터(parameter)의 수준과 미세 조정을 통해 목표로 하는 품질 구현이 가능하다.
위치별 인상속도(PS) 구리 헤이즈 스코어(score) 인상속도 튜닝(Tuning) [%] 새로운 타겟 인상속도
A 0 -80 ~ 63% A + (Margin*-(80 ~ 63) %)
B 0 < Score ≤ 50 -62.8 ~ 53.8% B + (Margin*-(62.8~ 53.8) %)
C 50 < Score ≤ 100 -53.6 ~ 48.3% C + (Margin*-(53.6 ~ 48.3) %)
D 100 < Score ≤ 150 -48.2 ~ 19% D + (Margin*-(48.2 ~ 19) %)
E 150 < Score ≤ 220 -18.2 ~ 0% E + (Margin*-(18.2 ~ 0) %)
F 220 < Score ≤ 250 +0.3 ~ 5.8% F + (Margin*(0.3 ~ 5.8) %)
G 250 < Score ≤ 300 +6 ~ 38% G + (Margin*(6 ~ 38 %)
표 2는 잉곳 위치(Position)별 인상속도(PS)와 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법이 적용되어 잉곳 위치별 구리 헤이즈 스코어에 따라 스코어(score)에 해당하는 타겟 인상속도 튜닝(Tunning) 값을 인상 속도에서 가감하여 다음 배쓰(batch)에 적용될 타겟 인상속도를 구하는 예이나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 타겟 인상속도(Target PULL SPEED)는 해당 인상속도(P/S)에 Margin 대비 %를 합한 값일 수 있다. 이때, Margin 범위는 약 0.1~약 0.5mm/min일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
표1 및 표2는 실시예가 적용된 예시이며 본 발명이 이에 한정된 것은 아니다.
도 4는 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법이 적용되어 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze scoring)에 의해 제조된 무결함 웨이퍼 예시도이다.
도 4는 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법을 토대로 실제 Si 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)에 의한 스코어(score)법에 의해 적용 후 얻어진 결과로써 프라임(prime) 전체 구간에 대하여 균일한 품질을 구현할 수 있었다.
실시예에 의하면 종래의 V test 또는 N test를 통한 마진 확인이나 결정 길이별 무결함 마진 변화에 따른 확인을 위해 무한 반복적인 테스트(test)가 획기적으로 줄어들었으며, 최소 V test 또는 N test 결과를 바탕으로 스코어(score)를 산정후 정량화가 가능하여 정확한 품질 예측이 가능할 뿐만 아니라 타겟 인상 속도 설정을 위한 명확한 기준(model) 설정으로 품질 비용 감소와 생산성 향상이 가능하다.
또한, 실시예는 HZ의 구조 또는 형상의 변화에 따라 변형 적용이 가능하다. 예를 들어 H/Z 구조 변경, 자기장, 공정 패러미터(parameter) 변경에 따른 무결함 마진이 변할 경우 스코어(score)에 해당하는 조절값의 변화가 가능하다. 또한, 다른 예로 스코어(score) 값 자체를 구경별로 150mm, 200mm, 300mm, 450mm과 같이 적용이 가능하며 세분화를 위해 적정 비율로 증감이 가능하다.
실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에 의하면, 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 구리 헤이즈 모델링(Cu haze modeling)에 의한 무결함 단결정 성장시 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 통한 정량화(score)가 가능하여, 결정 영역별로 스코어(score)를 부여함으로써 품질 평가 시 나타나는 구리 헤이즈 맵(Cu haze map)을 통해 해당 영역을 판별할 수 있으므로 프라임(prime) 구간별 맵(Map)으로 판별된 영역에 대해 정량화된 인상속도를 가감하여 다음 배쓰(batch)에서의 정확한 타겟 인상 속도 설정이 가능하다.
또한, 실시예에 의하면, 단결정 중심부 및 에지부의 결정 영역 확인이 가능하여 공정 패러미터(parameter) 미세 조정 시 적용 기준이 될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 고품질 Si 단결정 성장을 위한 타겟 인상 속도 설정에 있어 반복되는 V test 및 N test 없이 정확한 타겟 인상 속도를 설정할 수 있으며, 단결정 성장공정에 즉시 적용이 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 스코어(Score) 범위, 품질 마진 내 조절값을 통하여 프라임(Prime) 전구간에 대해 실제 무결함 마진 영역에 대한 정확한 데이터(data) 확보가 가능하여 품질 다운(down) 비용 최소화가 가능하고 생산성 증대와 더불어 최소의 시간으로 균일한 고품질의 Si 단결정 제조가 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 소구경에서 대구경에 이르기까지 전체 적용이 가능하다.
또한, 실시예에 의하면 결정 영역 세분화, 예들 들어 Pv, Pi로 스코어(score)를 별도로 지정함으로써 더욱 정밀한 판정과 품질 구현이 가능하다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계; 및
    상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계;를 포함하는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계는,
    상기 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각의 일부 영역에 대해 제1 열처리를 하는 단계; 및
    상기 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각의 다른 영역에 대해 제2 열처리를 하는 단계;를 포함하는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 열처리는 O-band 열처리를 하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 열처리는 베이컨시형 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pv 영역 및 인터스티셜(Interstitial) 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pi 영역에 대한 열처리를 하는 단계;를 포함하는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계에서,
    상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 방법은 상기 웨이퍼 또는 상기 잉곳 조각의 결함 영역 세분화를 통해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring)을 진행하는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 방법은
    상기 웨이퍼 또는 상기 잉곳 조각의, 베이컨시형 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pv 영역 및 인터스티셜(Interstitial) 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pi 영역의 스코어(score)를 지정함으로써 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring)을 진행하는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계는,
    상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법에 의한 O-band 열처리 영역에 대한 제1 Pi 영역의 넓이를 측정하는 단계;
    상기 Pv, Pi 열처리 영역에 대한 제2 Pi 영역의 넓이를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 Pi 영역의 넓이와 상기 제2 Pi 영역의 넓이를 합산하여 구리 헤이즈 스코어(Cu haze Score) 값으로 설정하는 단계;를 포함하는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계는,
    상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 통한 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 정립하는 단계를 포함하는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법.
  8. 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계;
    상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계; 및
    상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 평가 결과 값을 기준으로 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계;를 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계는,
    상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 통한 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 정립하는 단계;
    상기 구리 헤이즈 스코어링 맵을 기준으로 상기 타겟 인상속도 설정에 있어 정량적인 튜닝 기준을 마련하는 단계;를 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계는
    상기 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 기준으로 단결정 잉곳의 결정 영역별로 상기 튜닝 기준에 따라 정량화된 인상속도를 가감하여 차후 진행되는 배쓰(batch)에서의 타겟 인상 속도를 설정하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계는,
    제4 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 단결정 잉곳의 품질평가 방법을 채용하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
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