JP3790519B2 - 厚さ測定システムが具備された回転エッチング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造装置に関するものであり、さらに具体的に、回転するスピンヘッド上に置かれた基板にエッチング液を噴射して特定膜をエッチングする回転エッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子は基板上に薄膜を蒸着する蒸着工程、基板上にフォトレジストパターンを形成する写真工程、基板内に不純物を注入するイオン注入工程及び特定薄膜を除去するエッチング工程などで構成された複雑な単位工程を通じて製造される。これらのうち、エッチング工程は外部から密閉された真空チャンバ内にプラズマを発生させて基板の表面の薄膜を除去する乾式エッチング工程及びエッチング液が入れた水槽に基板を入れて薄膜を除去する湿式エッチングを含む。最近では、回転可能なスピンヘッド上に基板を設け、前記基板が回転する間基板の上部面、下部面またはエッジに気化したエッチング液を噴射して基板の特定領域をエッチングする回転エッチング装置が導入された。回転エッチング装置は特定領域のみをエッチングすることができる領域選択性が優れており、薄膜のエッチング厚さを制御するのに容易なので、薄い厚さの薄膜のエッチングに多い使用されている。したがって、薄い薄膜の厚さを制御するために、エッチング終点を正確に測定することが非常に重要である。
【０００３】
従来には、エッチング副産物として発生するガス成分を分光計で分析することによって、エッチング終点を検出した。この際に、エッチング液の濃度変化及び工程条件変化によりエッチング量の誤差が発生し、正確な厚さの制御が難しい問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、基板上の薄膜の厚さを実時間測定して、工程終了時点を探知することができる終点検出装置が具備された回転エッチング装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を達成するために本発明は、厚さ測定システム、エッチング液供給手段及び回転可能なスピンヘッドを含む回転エッチング装置を提供する。この装置は、基板が置かれる回転可能なスピンヘッドと、前記基板の上部に位置し、前記基板上にエッチング液を噴射するエッチング液供給手段と、前記エッチング液供給を制御するエッチング液供給制御器とを含む。またこの装置は、薄膜の厚さを測定する厚さ測定システムと前記エッチング液供給制御器にエッチング液供給停止信号を伝達する主制御器とを含む。前記厚さ測定システムは前記基板の表面に光を入射し、前記基板から反射される光の干渉信号を分析して薄膜の厚さを測定する。前記主制御器は前記厚さ測定システムで測定された結果を基準値と比較し、測定値が基準値に到達する前に、前記エッチング液供給制御器にエッチング液供給停止信号を伝達する。この際に、エッチング液供給が停止した後に、一定の時間、前記基板上の残留エッチング液により薄膜が追加エッチングされ、薄膜の厚さが基準値に到達される。また、上記厚さ測定システムは前記基板の上部に位置する探針設置台に設けられる光学探針を含み、前記探針設置台には前記光学探針の前方に傾いて挿入されて前記光学探針を保護する透明窓が装着される。
【０００６】
本発明の一態様で、前記光学探針は、前記基板の表面に光を入射し、前記基板から反射された光を感知する複数の光学探針（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｂｅｓ）であり、上記厚さ測定システムはさらに、特定波長の光を前記各光学探針に提供する光源と、前記各光学探針から伝達される反射光の干渉信号を検出する検出器と、前記検出器から検出された干渉信号を評価して厚さを測定し、前記主制御器に伝送する厚さ測定制御器とを含む。前記光学探針は探針フォルダに装着されてエッチング液から腐食が防止される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態で具体化されることができる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底で、完全になれるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるように提供されるものである。明細書の全体にわたって同一の参照番号で表示された部分は同一の構成要素を示す。
【０００８】
図１は本発明の望ましい実施形態による厚さ測定システムが具備された回転エッチング装置を概略的に示す図面である。
【０００９】
図１を参照すると、本発明による回転エッチング装置は基板４に置かれるスピンヘッド２、エッチング液供給手段８０及び厚さ測定システムが具備されている。前記スピンヘッド２は回転可能なシャフトに固定されて一定の速度に回転する。前記厚さ測定システムは光学探針ユニット（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｂｅ ｕｎｉｔ：１０）、光源部１８、検出器２０及び厚さ測定制御器２２で構成される。前記光学探針ユニット１０は前記基板４の上部に所定の距離離隔されて設けられ、光を発光する発光部と基板から反射された光を受光する受光部で構成される。前記光源部１８は紫外線ランプまたはキセノン（Ｘｅｎｏｎ）ランプなどで短波長の光を生成し、前記光学探針ユニット１０の発光部に伝達する。前記検出器２０は前記光学探針ユニット１０の受光部から伝送された光のノイズを除去し、所望する干渉信号を抽出する機能をし、前記厚さ測定制御器２２は前記検出器２０から抽出された干渉信号が入力され、変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、補正（Ｆｉｔｔｉｎｇ）及び演算などの一連の過程を実行するマイクロプロセッサを使用して薄膜の厚さを測定する。前記光学探針ユニット１０と前記光源部１８及び前記検出器２０の間の光伝送は信号伝送ライン２６を通じて行われる。前記信号伝送ライン２６は多数の光ファイバーからなる。すなわち、前記光学探針１０は前記光源１８から信号伝送ライン２６を通じて光が伝達され、前記基板４に入射し、前記基板４から反射された光は前記信号伝送ライン２６を通じて前記検出器２０に伝送される。薄膜の厚さを正確に測定するために、前記厚さ測定システムは複数の光学探針ユニット１０を具備する。この場合に、前記厚さ測定装置は各々の光学探針ユニット１０の光信号が入力されるための複数のチャネルを有し、前記各々の光学探針１０から伝送された光信号は分岐され、各チャネルに入力される。
【００１０】
前記エッチング液供給手段８０は前記基板４の上部にエッチング液を噴射する噴射ノズル８を具備している。前記噴射ノズル８は移送アーム６に設けられ、前記基板の上部に所定の距離離隔されて位置する。また、前記エッチング液供給手段８０はエッチング液供給制御器１２をさらに含む。前記エッチング液供給制御器１２は特定エッチング液を供給、または遮断し、エッチング液の供給及び遮断のために、エッチング液供給ラインに設けられたバルブ１４を制御する機能をする。本発明による回転エッチング装備は装備の全体システムを監視して制御するための主制御器１６を具備している。前記厚さ測定制御器２２で実時間に測定された基板上の薄膜の厚さは前記主制御器１６に伝送され、前記主制御器１６は薄膜の厚さが適正の水準に至った時に、前記エッチング液供給制御器１２にエッチング液供給中断命令を伝送する。この際に、基板上に噴射されるエッチング液が中断されても、残留エッチング液により薄膜のエッチングが起こる。したがって、本発明による回転エッチング装置は残留エッチング液による薄膜の厚さを考慮し、薄膜の厚さが基準値に到達する前に、エッチング液の供給を中断し、残留エッチング液により二次エッチングを進行させ、薄膜の厚さが基準値を有するようにする。前記二次エッチングは１０μｓ乃至２ｓの間実施することが望ましい。また、前記光学探針ユニット１０はエッチング液により光学探針が損傷されることを防止するために、基板の表面から３０ｃｍ乃至１ｍ程度離隔させて設けることが望ましい。
【００１１】
図２は本発明の望ましい実施形態による光学探針ユニットを説明するための図面である。
【００１２】
図２を参照すると、本発明によると、光学探針ユニット１０は探針設置台に設けられた光学探針５０を含む。前記探針設置台は上部マウンティングブロック４０、下部マウンティングブロック４２及びマウンティングブロック支持部６０で構成される。前記上部マウンティングブロック４０及び前記下部マウンティングブロック４２は第１結合手段５４で締結される。前記上部マウンティングブロック４０はその下部面にスライド溝４４が形成されている。前記スライド溝４４は約１°乃至５°の傾斜角を有するように形成される。前記上部マウンティングブロック４０の下部に前記下部マウンティングブロック４２が締結される。結果的に、前記下部マウンティングブロック４２及び前記上部マウンティングブロック４０の間にスライド溝４４が存在する。前記スライド溝４４は前記上部マウンティングブロック４０及び前記下部マウンティングブロック４２の間で一方向に開口されており、前記スライド溝４４に透明窓５２が挿入される。この際に、前記透明窓５２は前記マウンティングブロックの外部に所定の部分の突出部を有するように前記スライド溝４４の深さより長く製作されることが望ましい。前記透明窓５２はその表面が損傷される場合に、交替することができる。前記上部マウンティングブロック４０及び前記下部マウンティングブロック４２の中心軸には各々上部ホール６２ｔ及び下部ホール６２ｂが形成されている。前記透明窓５２を除去した場合に、前記上部ホール６２ｔ及び前記下部ホール６２ｂは互いに連通する。前記上部ホール６２ｔに前記光学探針５０が挿入される。したがって、前記上、下部ホール６２ｔ、６２ｂは前記光学探針５０から発光または受光される光の経路に提供される。上述のように、前記スライド溝４４は約１°乃至５°の傾斜角を有する。前記透明窓５２を透過する光の入射角と前記透明窓の法線方向が平行する場合に、前記透明窓５２から反射される光と基板から反射された光の干渉によってノイズが発生する場合がある。このため、前記透明窓５２を所定の角度の傾斜角を有するように設けることによって、前記透明窓５２から反射される光によるノイズの発生を防止することができる。
【００１３】
前記下部マウンティングブロック４２の下部はマウンティングブロック支持部６０に第２結合手段５８で締結される。前記マウンティングブロック支持部６０は光出入口６２ｈが形成されている。前記光出入口６２ｈは前記下部マウンティングブロック４２が前記マウンティングブロックの支持部６０に締結された時に、前記下部ホール６２ｂと連通する。図示しないが、前記マウンティングブロック支持部６０には前記光出入口６２ｈの内部に気体を噴射して気体カーテン（ａｉｒ ｃｕｒｔａｉｎ）を形成するための気体供給手段が存在する。
【００１４】
図３は図２に示した光学探針ユニットを示す断面図である。
【００１５】
図３を参照すると、前記マウンティングブロック４０と下部マウンティングブロック４２の間のスライド溝４に透明窓５２が図１乃至図５°の傾斜角に挿入される。また、光ファイバー２６に連結された光学探針１０が前記上部マウンティングブロック４０の上部に挿入される。前記下部マウンティングブロック４２はマウンティングブロック支持部６０に締結される。前記マウンティングブロック支持部６０に形成された光出入口６２ｈの側壁には前記光出入口６２ｈの内部に気体６８を噴射する気体噴射手段７０が形成されている。前記気体噴射手段７０は前記光出入口６２ｈの内部に窒素または空気を噴射して気体カーテンを形成する。エッチング工程が進行される間、気化したエッチング液が前記光出入口６２ｈを通じて前記透明窓５２に付着される場合に、透過率が低くなるか、前記透明窓５２の表面がエッチング液により腐食されることができる。したがって、前記透明窓５２の前方に気体カーテンを形成してエッチング液の蒸気が前記透明窓５２に付着されることを防止することができる。
【００１６】
図４は本発明の望ましい実施形態による光学探針を説明するための図面である。
【００１７】
図４を参照すると、光学探針１０は複数の受光部６４及び複数の発光部６６で構成される。各々の受光部６４及び発光部６６には光ファイバー５６ｓが接続されている。前記光ファイバー５６ｓは光ファイバーの束である光信号伝送ライン２６に連結される。
【００１８】
図５及び図６は本発明の望ましい実施形態による回転エッチング装置において、基板の表面の薄膜の厚さを測定する方法を説明するための概略図である。
【００１９】
図５及び図６を参照すると、半導体基板１００上に形成された薄膜１０２が形成されており、前記半導体基板１００から所定の距離離隔され、ノズル８が配置されてエッチング溶液を噴射する。前記半導体基板１００は回転するスピンヘッド（図示せず）に置かれて一定の速度に回転する。前記半導体基板１００の上部に一定距離離隔されて光学探針ユニット１０が位置する。薄膜１０２をエッチングする間、前記基板１００の上部に位置する光学探針５０から前記基板１００の表面に光が入射される。図６は光が入射される領域Ａを拡大した図面である。図６に示したように、前記薄膜１０２の表面から反射される第１反射光Ｉ_１と前記薄膜１０２を透過して前記基板１００の表面から反射される第２反射光Ｉ_２が存在する。前記第１反射光Ｉ_１及び前記第２反射光Ｉ_２は相互干渉を起こして前記薄膜１０２がエッチングされる間、相殺及び消滅干渉信号を有する反射光を発生させる。この際の干渉信号は前記光学探針５０に入射され、光伝送ラインを通じて厚さ測定制御器に伝送される。厚さ測定制御器は入力された干渉信号を評価して薄膜の厚さを実時間に測定する。
【００２０】
【発明の効果】
前述のように、本発明によると、基板が設けられたスピンヘッドが一定の速度に回転する間、前記基板上にエッチング溶液を噴射させ、基板上に形成された薄膜をエッチングする間、実時間に正確な薄膜の厚さを測定することができる。また、光学探針がエッチング液の増加により損傷されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施形態による厚さ測定システムが具備された回転エッチング装置を概略的に示す図面である。
【図２】本発明の望ましい実施形態による光学探針部分を説明するための図面である。
【図３】図２に示した光学探針部分を示す断面図である。
【図４】本発明の望ましい実施形態による光学探針を説明するための図面である。
【図５】本発明の望ましい実施形態による回転エッチング装置において、基板の表面の薄膜の暑さを測定する方法を説明するための概略図である。
【図６】本発明の望ましい実施形態による回転エッチング装置において、基板の表面の薄膜の暑さを測定する方法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
２ スピンヘッド
４ 基板
６ 移送アーム
８ 噴射ノズル
１０ 光学探針
１２ エッチング液供給制御器
１４ バルブ
１６ 主制御器
１８ 光源
２０ 検出器
２２ 厚さ測定制御器
２６ 信号伝送ライン
８０ エッチング液供給手段

Claims (7)

1. 基板が置かれる回転可能なスピンヘッドと、
   前記基板の上部に位置し、前記基板上にエッチング液を噴射するエッチング液供給手段と、
   前記エッチング液供給を制御するエッチング液供給制御器と、
   前記基板の表面に光を入射し、前記基板から反射される光の干渉信号を分析して基板上の薄膜の厚さを測定する厚さ測定システムと、
   前記厚さ測定システムで測定された結果を基準値と比較し、測定値が基準値に到達する前に、前記エッチング液供給制御器にエッチング液供給停止信号を伝達する主制御器とを含み、エッチング液供給停止の後に、前記基板上の残留エッチング液により薄膜の厚さが基準値に到達し、
   前記厚さ測定システムは前記基板の上部に位置する探針設置台に設けられる光学探針を含み、前記探針設置台には前記光学探針の前方に傾いて挿入されて前記光学探針を保護する透明窓が装着されることを特徴とする回転エッチング装置。
2. 前記光学探針は、前記基板の表面に光を入射し、反射された光を感知する複数の光学探針であり、前記厚さ測定システムはさらに、
   特定波長の光を前記各光学探針に提供する光源部と、
   前記各光学探針から伝達される反射光の干渉信号を検出する検出器と、
   前記検出器から検出された干渉信号を評価して厚さを測定する主制御器に伝送する厚さ測定制御器とを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転エッチング装置。
3. 前記光源は紫外線ランプまたはキセノンランプであることを特徴とする請求項２に記載の回転エッチング装置。
4. 前記光学探針は、
   前記光源から提供される光を基板の表面に入射する複数の発光部と、
   前記基板から反射された反射光を感知する複数の受光部とを含むことを特徴とする請求項２に記載の回転エッチング装置。
5. 前記探針設置台は、
   中心軸に前記光学探針が挿入される上部ホールが存在し、下部面にスライド溝が形成された上部マウンティングブロックと、
   前記上部マウンティングブロックの下部に締結され、前記上部ホールと同軸の下部ホールを有する下部マウンティングブロックと、
   前記スライド溝に挿入される脱着可能な前記透明窓と、
   前記下部マウンティングブロックが締結され、前記下部ホールと連通した光出入口が形成され、前記光出入口の内側に形成されて前記光出入口内に気体を噴射する噴射手段が具備されたマウンティングブロック支持部とを含むことを特徴とする請求項２に記載の回転エッチング装置。
6. 前記スライド溝は１゜乃至５゜の傾斜角を有するように形成されることを特徴とする請求項５に記載の回転エッチング装置。
7. 前記エッチング液供給中断の後に、１０μｓ乃至２ｓの時間の間、前記基板の表面の薄膜を二次エッチングすることを特徴とする請求項１に記載の回転エッチング装置。

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