JP2010010650A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 工程終了点を検出できる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板が置かれる内部空間を提供するチャンバー（１０）と、内部空間にプラズマを生成し、基板に対する工程を行うプラズマ生成ユニットと、工程の終点を検出する終点検出ユニットとを含んで基板処理装置を構成する。この終点検出ユニットは、プラズマから発生した光を収容する光収容器と；光が流入する光収容器の一端を昇降する昇降ユニットと；を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関するもので、より詳細には、工程の終点を検出する基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。

半導体素子の集積度が高くなるにつれて、精密度の高い異方性特性を表すプラズマエッチング工程が多く用いられている。

前記プラズマエッチング工程を行うためには、基板がローディングされた工程チャンバー内に工程ガスを注入する。前記工程ガスをプラズマ状態に励起させるために高周波電力を印加する。これによって、前記プラズマ状態に励起された工程ガスから生成された活性ラジカル反応種は、前記工程チャンバー内にローディングされた基板の膜質と衝突及び化学反応を起こし、前記膜質の一部をエッチングする。

上記のようなプラズマを用いて基板をエッチングする工程においては、所望の基板における特定の膜質のみを選択的にエッチングする工程、すなわち、特定の膜質のエッチング終了点を正確に測定することが要求される。

そのため、エッチング終了点を検出するための分析器として、終了点検出装置であるＥＰＤ（ｅｎｄ ｐｏｉｎｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含むプラズマエッチング装置が開発された。

特開２００４−３１１９３４

本発明の目的は、工程終了点を検出できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、工程によって工程終了点の検出位置を異ならせることができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、多様な工程に対する工程終了点を検出できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、下記の詳細な説明及び添付された図面を通して一層明確になるだろう。

本発明の一実施例によると、基板処理装置は、基板が置かれる内部空間を提供するチャンバーと、前記内部空間にプラズマを生成し、前記基板に対する工程を行うプラズマ生成ユニットと、前記プラズマから発生した光を収容する光収容器を備えており、前記工程の終点を検出する終点検出ユニットとを含み、前記終点検出ユニットは、前記光が流入する前記光収容器の一端を昇降する昇降ユニットをさらに含む。前記光収容器は、光繊維を含むことができる。

前記終点検出ユニットは、前記チャンバーの一側に形成され、前記光が透過する窓の外側に固定設置され、前記窓と連通されて前記光が透過し、上下方向に沿って形成されたスリットを有する固定体と、前記固定体に連結され、前記固定体に沿って上下に昇降し、前記光繊維の前記一端をホールディングするホルダーとをさらに含むことができる。

前記プラズマ生成ユニットは、前記内部空間の上部に提供される上部電極と、前記内部空間の下部に提供され、前記上部電極と一緒に前記プラズマを生成する下部電極とをさらに含み、前記昇降ユニットは、前記光繊維の前記一端を前記上部電極及び前記下部電極の中間に対応する高さに位置させることができる。

本発明の他の実施例によると、基板処理装置は、基板が置かれる内部空間を提供するチャンバーと、前記チャンバーの内部で生成されたプラズマから発生した光を収容する光収容器を備えており、前記工程の終点を検出する終点検出ユニットと、前記光収容器の前端に配置され、前記光の振幅を変換する光変換ユニットとを含む。

前記光変換ユニットは、互いに略平行に配置され、前記光が透過する第１及び第２偏光板を含み、前記第１偏光板の偏光方向と前記第２偏光板の偏光方向がなす角度によって前記光の振幅が変換される。

本発明の一実施例によると、基板処理方法は、基板をチャンバーの内部に位置させ、前記チャンバーの内部空間にプラズマを生成し、前記基板に対する工程を行い、前記プラズマから発生した光が流入する光収容器の一端を昇降し、前記光収容器の前記一端を通して前記光を収容し、前記工程の終点を検出することを特徴とする。

前記光収容器の前記一端を昇降する段階は、前記光繊維の前記一端を前記上部電極及び前記下部電極の中間に対応する高さに位置させる段階を含むことができる。

本発明の他の実施例によると、基板処理方法は、基板をチャンバーの内部に位置させ、前記チャンバーの内部空間にプラズマを生成し、前記基板に対する工程を行い、前記プラズマから発生した光の振幅を変換した後、変換された前記光を前記光収容器を通して収容し、前記工程の終点を検出することができる。

前記光を第１及び第２偏光板に透過させ、前記第１偏光板の偏光方向と前記第２偏光板の偏光方向がなす角度によって前記光の振幅を変換することができる。

本発明によると、工程終了点を検出することができ、工程によって工程終了点の検出位置を異ならせることができる。また、多様な工程に対する工程終了点を検出することができる。

本発明の一実施例に係る基板処理装置を概略的に示した図である。 図１の終点検出ユニット及び昇降ユニットを概略的に示した図である。 図１の固定体を概略的に示した図である。 本発明の他の実施例に係る終点検出ユニットを概略的に示した図である。 図４の固定体を概略的に示した図である。 本発明の更に他の実施例に係る基板処理装置を概略的に示した図である。 図６の終点検出ユニット及び光変換ユニットを概略的に示した図である。

１０ チャンバー
２２ 上部電極
２４ 下部電極
３０，１３０ 終点検出ユニット
３２，１３２ ホルダー
３４，１３４ 光繊維
３６ 固定体
４２ 昇降軸
４４ 駆動器
１２０ 光変換ユニット

以下、本発明の好適な各実施例を添付された図１乃至図５を参考にして一層詳細に説明する。本発明の各実施例は多様な形態に変形可能であり、本発明の範囲は、以下で説明する各実施例に限定されるものとして解析されてはならない。本発明の各実施例は、当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明を一層詳細に説明するために提供されるものである。したがって、図面には、一層明確な説明を強調するために、各要素の形状が誇張されて図示されることがある。

以下では、基板エッチング装置を例に挙げて説明しているが、本発明の技術的思想及び範囲がこれに限定されることはない。

図１は、本発明に係る基板処理装置を概略的に示した図である。基板処理装置は、工程チャンバー１０及びプラズマ生成ユニットを含む。工程チャンバー１０は、基板に対する工程が行われる内部空間を提供し、プラズマ生成ユニットは、外部から内部空間に供給された工程ガスを励起させ、内部空間内でプラズマを生成する。プラズマ生成ユニットは、上部電極２２及び下部電極２４を含み、上部電極２２及び下部電極２４は、工程ガスをプラズマ状態に励起させる。ただし、プラズマ生成ユニットは、本実施例と異なる他のエッチング方式を採択することができ、エッチング方式によって異なる構成を有することができる。このような方法によって、プラズマ状態に励起された工程ガスで生成された活性ラジカル反応種は、チャンバー１０内にローディングされた基板の膜質と衝突及び化学反応を起こし、前記膜質の一部をエッチングする。

一方、チャンバー１０の一側には窓１０ａが形成され、窓１０ａの外側には終点検出ユニット３０が設置される。終点検出ユニット３０は、プラズマに起因して内部空間で発生した光の感度を検出し、検出結果によってエッチングの終点を検出する。図２は、図１の終点検出ユニット及び昇降ユニットを概略的に示した図で、図３は、図１の固定体を概略的に示した図である。

終点検出ユニット３０は、ホルダー３２、光繊維３４及び固定体３６を含む。光繊維３４の一端はホルダー３２に固定され、光繊維３４は、一端を通して窓１０ａ及びスリット３６ａを透過した光を収容する。

図２に示すように、ホルダー３２は、固定体３６に連結され、固定体３６に沿って上下に昇降する。固定体３６は、チャンバー１０の上下方向に設置された複数の移動レール３７を備えており、ホルダー３２は、移動レール３７に沿って上下に移動する。昇降ユニットは、ホルダー３２を移動させるもので、昇降軸４２及び駆動器４４を含む。昇降軸４２の上端はホルダー３２に連結され、昇降軸４２は、下端に連結された駆動器４４によって昇降する。

図３に示すように、固定体３６は、チャンバー１０の上下方向に形成されたスリット３６ａを有し、光繊維３４の一端は、スリット３６ａを通して上下に移動する。

一方、図１に示すように、上部電極２２及び下部電極２４は、既に設定された距離ｄだけ離隔されており、この離隔空間で上部電極２２及び下部電極２４によってプラズマが生成される。終点検出ユニット３０は、離隔空間で生成されたプラズマに起因する光を収容し、エッチングの終点を検出する。

このとき、プラズマの生成位置は、上部電極２２または下部電極２４の昇降によって変更されるか、工程ガスによって変更される。このように、プラズマの生成位置が変更される場合、エッチングの終点を検出する位置も変更される必要がある。これは、プラズマの何れの部分から発生する光を収容するかによって検出結果が変わり得るためである。

プラズマの生成位置が変更される場合、駆動器４４によって昇降軸４２を昇降することでホルダー３２を昇降し、これによって、光繊維３４の一端３４ａがチャンバー１０の上下方向に昇降する。例えば、上部電極２２が下降した場合、ホルダー３２の下降によって一端３４ａの位置を下降させることができ、下部電極２４が上昇した場合、ホルダー３２の上昇によって一端３４ａの位置を上昇させることができる。上部電極２２と下部電極２４の中間位置でプラズマが生成される場合、一端３４ａが上部電極２２と下部電極２４の中間に対応する高さに位置するようにホルダー３２を昇降することができる。上述した構成によると、作業者は、最適の位置に光繊維３４の一端３４ａを位置させることができ、その結果、エッチングの終点を容易に検出することができる。また、工程によって光繊維３４の位置を変更することができる。

図４は、本発明の他の実施例に係る終点検出ユニット３０を概略的に示した図で、図５は、図４の固定体３６を概略的に示した図である。図４及び図５に示すように、終点検出ユニット３０は複数の光繊維３４を備えており、各光繊維３４は、ホルダー３２に固定されてチャンバー１０の上下方向に配置される。各光繊維３４の一端３４ａは、固定体３６のスリット３６ａに沿って上下に配置される。

上述した実施例と異なり、複数の光繊維３４を上下に配置し、プラズマによって発生した光を各光繊維３４の一端３４ａを通してそれぞれ収容することができる。作業者は、各光繊維３４を通して収容された光のうち最も大きな光を用いてエッチングの終点を検出することができ、それぞれの光を用いて個別的にエッチングの終点を検出することができる。上述した構成によると、光繊維３４を昇降せずにエッチングの終点を検出することができる。

図６は、本発明に係る基板処理装置を概略的に示した図である。基板処理装置は、工程チャンバー１０及びプラズマ生成ユニットを含む。工程チャンバー１０は、基板に対する工程が行われる内部空間を提供し、プラズマ生成ユニットは、外部から内部空間に供給された工程ガスを励起させ、内部空間内でプラズマを生成する。プラズマ生成ユニットは、上部電極２２及び下部電極２４を含み、上部電極２２及び下部電極２４は、工程ガスをプラズマ状態に励起させる。ただし、プラズマ生成ユニットは、本実施例と異なる他のエッチング方式を採択することができ、エッチング方式によって異なる構成を有することができる。このような方法によって、プラズマ状態に励起された工程ガスで生成された活性ラジカル反応種は、チャンバー１０内にローディングされた基板の膜質と衝突及び化学反応を起こし、前記膜質の一部をエッチングする。

一方、チャンバー１０の一側には窓１０ａが形成され、窓１０ａの外側には終点検出ユニット１３０が設置される。終点検出ユニット１３０は、プラズマに起因して内部空間で発生した光の感度を検出し、検出結果によってエッチングの終点を検出する。終点検出ユニット１３０と窓１０ａとの間には光変換ユニット１２０が設置される。光変換ユニット１２０は、内部空間で発生した光の特性を変換し、変換された光は、終点検出ユニット１３０を通して収容される。

図７は、図１の終点検出ユニット１３０及び光変換ユニット１２０を概略的に示した図である。終点検出ユニット１３０は、ホルダー１３２及び光繊維１３４を含む。光繊維１３４の一端はホルダー１３２に固定され、光繊維１３４は、一端を通して窓１０ａ及び光変換ユニット１２０を透過した光を収容する。

光変換ユニット１２０は、第１偏光板１２２及び第２偏光板１２４を備えている。図７に示すように、内部空間で発生した光は、第１及び第２偏光板１２２，１２４を透過した後、終点検出ユニット１３０に到達し（図７の矢印方向）、光繊維１３４の一端を通して収容される。

図７に示すように、内部空間で発生した光（図７の右側に示した矢印）は、偏光されていない状態であり、第１偏光板１２２は特定の偏光方向を有する。第１偏光板１２２は、偏光方向と略平行に振動する光のみを通過させ、偏光方向と略垂直な方向に振動する光は吸収する。また、偏光方向と一定の角度をなす光である場合、偏光方向と略平行な成分は通過され、偏光方向と略垂直な成分は吸収される。したがって、第１偏光板１２２は、偏光されない光を偏光方向によって偏光させる。

第２偏光板１２４は、第１偏光板１２２と光繊維１３４との間に配置され、第１偏光板１２２を通過した偏光された光は第２偏光板１２４を通過する。上記と同様に、第２偏光板１２４も特定の偏光方向を有し、第１偏光板１２２の偏光方向と第２偏光板１２４の偏光方向が互いに垂直になる場合、第２偏光板１２４を通過した光の強さは０になる。すなわち、第２偏光板１２４に入射する偏光された光の振幅がＡである場合、第２偏光板１２４を透過した光の振幅は、Ａ＊ｃｏｓθ（θ＝第１偏光板１２２の偏光方向と第２偏光板１２４の偏光方向との間の角）である。光の強さが振幅の２乗に比例するので、第２偏光板１２４を透過した光の強さは、Ｉ＊ｃｏｓ２θ（Ｉ＝第２偏光板２４に入射する偏光された光の強さ）である。第２偏光板１２４を透過した光は、θ＝０゜または１８０゜であるときに最大値を有し、θ＝９０゜または２７０゜であるときに最小値を有する（Ｍａｌｕｓの法則）。

光は、プラズマによって内部空間で発生し、プラズマの特性（または工程の特性）によって多様な強さを有する。光を収容する光繊維１３４は、その断面積が増加すると、収容する光の強さが増加し、検出可能な特定の波長の強度が増加する。また、光繊維１３４の後端には分光器（図示せず）が設置される。光繊維１３４の前端を通して収容された光は、光繊維１３４に沿って分光器を通過し、分光器は、光から特定の波長成分、すなわち、スペクトルを抽出する。このとき、分光器は、収容可能な光の強さに限界を有する。この限界を逸脱する場合、光繊維１３４は光を収容することができなく、終点検出ユニット１３０は工程終了点を検出することができない。したがって、光の強さが限界値を逸脱すると、直径の大きい光繊維１３４に取り替える必要がある。また、工程によって、検出しようとする波長の強さが変更されうる。

したがって、基本的に光繊維１３４としては直径の大きいものを使用し、検出しようとする波長の光の強さが強い場合、光変換ユニット１２０（または第１及び第２偏光板１２２，１２４）の調節によって透過する光の量を減少させ、検出しようとする光の強さが弱い場合、光変換ユニット１２０（または第１及び第２偏光板１２２，１２４）の調節によって透過する光の量を増加させることができる。

光変換ユニット１２０は、第１偏光板１２２の偏光方向と第２偏光板１２４の偏光方向がなす角度θの調節によって光の強さ（または振幅）を調節することができ、調節された光を終点検出ユニット１３０に提供する。したがって、光の強さによって光繊維１３４を取り替える必要がない。角度θを調節するために、第１及び第２偏光板１２２，１２４のうち何れか一つを他の一つに対して回転させることができる。

また、プラズマの特性（または工程の特性）による最適化された角度値θをデータベース化した後、該当の工程を行う場合、最適化された角度値θに調節した状態で光繊維１３４を通して光を収容することができ、このような過程を通して工程終了点を正確に検出することができる。

本発明を好適な各実施例に基づいて詳細に説明したが、これと異なる形態の各実施例も可能である。したがって、以下に記載された特許請求の範囲の技術的思想及び範囲は、好適な各実施例に限定されるものでない。

Claims (12)

1. 基板が置かれる内部空間を提供するチャンバーと；
   前記内部空間にプラズマを生成し、前記基板に対する工程を行うプラズマ生成ユニットと；
   前記工程の終点を検出する終点検出ユニットと；を含むことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記終点検出ユニットは、
   前記プラズマから発生した光を収容する光収容器と；
   前記光が流入する前記光収容器の一端を昇降する昇降ユニットと；を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記光収容器は、光繊維を含むことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記終点検出ユニットは、
   前記チャンバーの一側に形成され、前記光が透過する窓の外側に固定設置され、前記窓と連通されて前記光が透過し、上下方向に沿って形成されたスリットを有する固定体と；
   前記固定体に連結され、前記固定体に沿って上下に昇降し、前記光繊維の前記一端をホールディングするホルダーと；をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記プラズマ生成ユニットは、
   前記内部空間の上部に提供される上部電極と；
   前記内部空間の下部に提供され、前記上部電極と一緒に前記プラズマを生成する下部電極と；をさらに含み、
   前記昇降ユニットは、前記光繊維の前記一端を前記上部電極及び前記下部電極の中間に対応する高さに位置させることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
6. 前記終点検出ユニットは、
   前記チャンバーの内部で生成されたプラズマから発生した光を収容する光収容器と；
   前記光収容器の前端に配置され、前記光の振幅を変換する光変換ユニットと；を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
7. 前記光変換ユニットは、互いに略平行に配置され、前記光が透過する第１及び第２偏光板を含み、
   前記第１偏光板の偏光方向と前記第２偏光板の偏光方向がなす角度によって前記光の振幅が変換されることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
8. 基板をチャンバーの内部に位置させ、前記チャンバーの内部空間にプラズマを生成し、前記基板に対する工程を行い、
   光収容器を通して前記プラズマから発生した光を収容し、前記工程の終点を検出することを特徴とする基板処理方法。
9. 前記光収容器の一端を昇降し、前記光収容器の前記一端を通して前記光を収容することを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
10. 前記光収容器は、光繊維を含み、
    前記光収容器の前記一端を昇降する段階は、前記光繊維の前記一端を前記上部電極及び前記下部電極の中間に対応する高さに位置させる段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の基板処理方法。
11. 前記光の振幅を変換した後、変換された前記光を前記光収容器を通して収容することを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
12. 前記光を第１及び第２偏光板に透過させ、前記第１偏光板の偏光方向と前記第２偏光板の偏光方向がなす角度によって前記光の振幅を変換することを特徴とする請求項１１に記載の基板処理方法。