KR0159224B1 - 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치 - Google Patents

플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치에 관한 것으로서, 반응실 벽에 구비된 감지창과, 상기 감지창을 통하여 공정 중에 생성된 빛의 파장을 반응실 외부의 측정 수단으로 전달하는 광학 케이블과, 상기 반응실의 외측면에 부착되어 감지창과 광학 케이블을 고정하는 브라켓을 구비하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치에 있어서, 상기 감지창은 반응실 외부로 돌출되도록 고정 설치 시키되, 상기 브라켓은 반응실 내의 블라즈마와의 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄일 수 있도록 감지창과 브라켓 간에 소정의 공간을 확보하여 부착 설치되는 것을 특징으로하여 엔드 포인트의 검출의 신뢰성을 확보하게 됨으로써 플라즈마의 안정성 유지 등, 나아가 공정 불량을 미연에 방지하고 제품의 품질 및 생산성의 향상을 도모하는 효과가 크다.

Description

플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치
제1도는 종래의 제1실시예에 따른 에칭 설비에 채용되는 엔드포인트 검출 장치를 개략 도시한 종단면도.
제2도는 종래의 제2실시예에 따른 에칭 설비에 채용되는 엔드 포인트 검출 장치를 개략 도시한 종단면도.
제3도는 제2도의 횡단면도로서, 플라즈마의 이상 현상을 나타낸 도면.
제4도는 본 발명에 따른 에칭 설비에 채용되는 엔드 포인트 검출 장치를 개략 도시한 종단면도.
제5도는 제4도의 B부 확대 단면도.
제6도는 제4 의 횡단면도로서, 플라즈마의 정상적인 작용 상태를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명.
10 : 반응실 12 : 반응실 벽
20 : 감지창 30 : 광학 케이블
40 : 브라켓 50 : 측정 수단
본 발명은 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트(Endpoimt)검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응실 내의 플라즈마와 브라켓 사이에 형성된 전기장의 세기를 감소시켜 공정 부산물의 흡착에 따른 탁화 현상을 방지하므로써 엔드 포인트 측정의 신뢰성을 확보할 수 있는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트(Emdpoint) 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조 공정 중에서 에칭(Etching) 공정은 감광막 현상 공정이 끝난 후 감광막 밑에 성장 또는 증착시킨 박막들을 공정 목적에 따라 선택적으로 제거하는 공정으로서, 에칭 방식에는 화학 약품에 의한 습식(Wet)과 가스를 이용하는 건식(Dry) 방식으로 나뉘어질 수 있다.
특히, 플라즈마 에칭(Plasma Etching)은 건식 에칭의 한 방법으로서, 특정한 가스 예를 들어, CF4등의 불소 화합물을 진공 상태의 반응실 내에 소량의 산소 등을 첨가하여 채워 넣고 양 전극 사이에서 고주파 에너지를 가하면 강한 전장이 형성된다. 이때 플라즈마 가스 중에서 전기적인 충격에 의하여 기체 혼합물은 이온화되어 반응성이 매우 강한 활성 래디컬 F로 분리되고, 상기 래디컬 F 는 식각될 박막의 원자들 즉, 실리콘 (Si) 및 그 화합물 등과 반응하여 SiF4와 같은 휘발성 화합물이 생성되어 에칭을 진행시킨다.
이러한 플라즈마 에칭과 같은 건식 에칭 뿐만 아니라 습식 에칭을 포함하여 전반적인 에칭 공정에서는 공정의 목적을 달성하기 위한 여러 변수들, 예를 들어 에칭의 속도 조절, 사이드 에칭의 조절, 레지스트의 내구성 등 요구되는 에칭 특성 중에서 무엇보다도 에칭의 엔트 포인트(Endpoint)를 정확하게 감지하는 방법이 강구되어야 한다.
구체적으로 에칭의 엔드 포인트(Endpoint)란 에칭이 진행됨에 따라 박막이 없어져 실리콘 기판이나 다른 박막이 노출되는 에칭의 종료 시점을 말하는 것으로서, 이의 측정 방법은 여러 가지가 현재 채용되고 있는데 예를 들면, 습식 에칭에 주로 사용 되는 방법으로는 에칭되는 박막의 색변화나 상태 변화에 의한 방법과 에칭하고자 하는 박막의 두께와 에칭 속도를 비교하여 에칭 시간을 결정하는 방법 등이 있다.
그리고, 건식 에칭에서는 박막의 굴절률의 차이를 광학적으로 측정하여 결정하는 방법, 활성 래디컬의 농도변화를 분석하여 결정하는 방법, 에칭 반응에서 발생되는 부산물을 분석하여 결정하는 방법, 기타 플라즈마 임피던스의 변화로 감지하는 방법 등이 사용되고 있다.
종래의 에칭 공정 설비에 채용된 엔트 포인트 장치의 일실시예가 도면 제1 도에 개략 도시되어 있다.
상기 도면에서, 종래의 장치는 내부에 도시되지 않는 피가공체 즉, 웨이퍼가 안치되어 전극들 사이에서 반응 가스가 공급된 후 고주파 에너지에 의하여 에칭이 진행되는 진공 상태의 반응실(1)과, 상기 반응실(1)의 일측벽(la)에는 공정 진행 중에 발생되는 빛을 감지할 수 있도록 끼워진, 예를 들어 석영(quartz) 재질의 투명한 판상으로 된 감지창(2)과, 상기 반응실(1)의 외부에는 감지창(2)을 통해 공정 중에 발생되는 빛의 파장을 감지하여 에칭의 엔드 포인트를 검출하는 측정 수단(5)과, 상기 감지창(2)에 근접하여 상기 측정 수단(5)으로 공정 중에 발생되는 빛을 전단하는 광학 케이블(3), 상기 반응실 벽(la)의 외측면에는 감지창(2)과 광학 케이블(3)을 고정 시키도록 부착 설치되는 블라켓(4)을 구비한다.
이와 같은 종래의 장치에서는 반응실(1) 내의 플라즈마에서 발광되는 빛을 투명한 감지창(2)을 통하여 검출하지만, 상기 감지창(2)은 에칭이 진행되면 될 수록 탁하게 변색되어 빛의 투과율이 떨어지게 된다.
이는 반응실(1) 내에서 에칭 중에 발생되는 부산물(Buproduct : Polymer) 등이 플라즈마에 비하여 상대적으로 온도가 낮은 반응실 벽(la)이나 감지창(2)에 흡착되기 때문이다.
또한 에칭 진행을 위하여 웨이퍼의 공급 매수가 많으면 많을수록, 대략 2000매 이상이 되면 감지창(20에 부산물에 의한 이물질의 침적량이 증가되어 빛의 투과율이 역시 저하된다.
결국 이러한 현상에 의하여 광학 케이블(4)로 전달되는 빛의 강도가 낮아져서 엔트 포인트의 검출 상태가 불안정하게 되는 문제점이 있었다.
이에 따라 감지창(2)의 탁화 현상을 개선하기 위하여 제2 도에 도시된 바와 같이, 감지창(2)의 구조를 브라켓(4) 측으로 후퇴되도록 변경시킬 수 있는데, 이와 같은 구조에서는 반응실(1) 내의 플라즈마는 많은(+),(-)이온들로 대전되어 있는 상태이고, 블라켓(4)은 접지된 상태이므로 전압의 차이가 생기게 되어 상기 반응실(1) 내의 플라즈마와 블라켓(4)사이에 전장(Electric Field)이 형성된다.
그러나, 이렇게 형성된 전장은 그 세기가 브라켓(4)과 플라즈마 간의 거리가 짧아짐에 따라 더욱 커지게 되므로 반응실(1) 내에서 공정 중에 발생된 빛이 감지창(2)을 통하여 광학 케이블(3)로 전달되는 과정에서 제3 도에서 나타낸 바와 같이, 플라즈마 스파이킹(Plasma Spiking)(A)현상이 발생되어 감지창(2) 쪽으로 플라즈마가 끌려 들어가게 되므로 공정 부산물의 흡착을 저지하기에는 그리 큰 영향을 미치지 못하는 다른 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반응실 내의 플라즈마와 브라켓 사이에 형성된 전기장의 세가를 감사시켜 공정 부산물의 흡착에 따른 감지창의 탁화 현상을 방치시킬 수 있는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔트 포인트(Endpoint) 검출 장치를 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치는, 반응실 벽에 구비된 감지창과, 상기 감지창을 통하여 공정 중에 생성된 빛의 파장을 반응실 외부의 측정 수단으로 전달하는 광학 케이블과, 상기 반응실의 외측면에 부착되어 감지창과 광학 케이블을 고정하는 브라켓을 구비하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치에 있어서, 상기 감지창은 반응실 외부로 돌출되도록 고정 설치 시키되, 상기 브라켓은 반응실 내의 플라즈마와의 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄일 수 있도록 감지창과 브라켓 간에 소정의 공간을 확보하여 부착 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시에를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명에 따른 에칭 설비에 채용되는 엔트 포인트 검출 장치를 개략 도시한 종단면이고, 제5도는 제4도의 B부 확대 단면도이다.
제4도 및 제5도에서, 본 발명의 장치는 반응실(10)의 내부에 도시 되지 않는 피가공체 즉, 웨이퍼가 안치되어 전극들 사이에서 반응 가스가 공급된 후 고주파 에너지에 의하여 플라지마(P) 중에서 에칭 공정이 진행될 때, 상기 반응실(10)의 일측 벽(12)에는 예를 들어, 석영(Quartz) 재질의 투명한 판상으로 된 감지창(20)이 공정 진행중에 발생되는 빛을 감지할 수 있도록 끼워지되, 반응실(10)의 외측으로 돌출되도록 하고 후술하는 브라켓(40)으로 부착 설치된다.
또한, 상기 반응실(10)의 외부에는 감지창(20)을 통해 공정 중에 발생되는 빛의 파장을 감지하여 에칭의 엔드 포인트를 검출하는 측정수단(50)이 구비되고, 상기 측정 수단(50)으로 공정 중에 발생되는 빛의 파장을 전달하는 광학 케이블(30)이 감지창(20)의 돌출부(22)에 근접되어 역시 후술하는 브라켓(40)으로 고정 설치된다.
상기 반응실 벽(12)의 외측면에는 감지창(20)과 광학 케이블(30)을 함께 고정 시키는 브라켓(40)이 부착 설치되나, 상기 브라켓(0)은 감지창(20)과 소정 거리(L) 이격되어 일정 공간을 확보하도록 한다.
이는 반응실(10) 내의 플라즈마(P)와 브라켓(40) 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄여 줌으로써 플라즈마 스파이킹(Plasma Spking)현상이 발생되는 것을 방지하여 제6 도에서 나타낸 바와 같이 반응실(10) 내를 정상적인 플라즈마 상태로 유지하기 위함이다.
더욱이 상기 브라켓(40)의 재질을 전기적인 전도도가 낮은, 즉 전기 적인 저항이 높은 것으로 하면 반응실(10)의 플라즈마(P)와 브라켓(40) 사이의 전기장의 세기를 줄여줄 수 있으므로 바람직하다. 즉, 바람직하게는 0.01 이상의 저항체를 사용하면 좋다.
또한, 비록 상기 브라켓(4)이 전기적인 저항이 낮은 재질이더라도 역시 반응실(10) 내의 플라즈마(P)와의 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄일 수 있도록 감지창(20)과의 거리(L)가 가능한 한 멀리 떨어지게 설치되어야 한다. 바람직하게는 5㎜ 이사의 공간을 확보하는 것이 좋다.
한편, 상기 감지창(20)의 두께(T)도 반응실(10)의 플라즈마(P)와 브라켓(40) 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄일 수 있도록 가능한 한 두껍게 하는 것이 바람직하다. 즉, 그 두께는 적어도 10㎜이상이면 좋다.
이와 같은 본 발명에 따른 장치는 에칭 공정이 진행되는 과정에서 감지창(20)의 돌출부(220에 공정 부산물의 흡착이 줄게되어 감지창(20)의 탁화 현상을 막음으로써 광학 케이블(30)을 통한 빛의 파장이 원활하게 전달되어 엔트포인트의 검출이 보다 정확하게 됨과 동시에, 반응실(10) 내의 플라즈마(P)와 브라켓(40) 사이에서 형성되는 전기장의 세기도 현저하게 감소시킴으로써 플라즈마(P)의 상태를 정상으로 유지시켜 감지창(20)의 외부 돌출에 따른 결함을 해소시킬 수 있다.
결국, 본 발명에 의하면 엔트 포인트의 검출의 신뢰성을 확보하게 됨으로써 플라즈마의 안정성 유지 등, 나아가 공정 불량을 미연에 방지하고 제품의 품질 및 생산성의 향상을 도모하는 효과가 크다.

Claims (7)

  1. 반응실 벽에 구비된 감지창과, 상기 감지창을 통하여 공정 중에 생성된 빛의 파장을 반응실 외부의 측정 수단으로 전달하는 광학 케이블과, 상기 반응실의 외측면에 부착되어 감지창과 광학 케이블을 고정하는 브라켓을 구비하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔트 포인트 검출 장치에 있어서, 상기 감지창은 반응실 외부로 돌출되도록 고정 설치시키되, 상기 브라켓은 반응실 내의 플라즈마와의 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄일 수 있도록 감지창과 브라켓 간에 소정의 공간을 확보하여 부착 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 브라켓은 반응실 내의 플라즈마와의 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄일 수 있도록 전기적 저항이 높은 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 브라켓은 그 전기적 저항이 0.01Ω 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 브라켓은 전기적 저항이 낮은 재질을 사용할 때에는 반응실 내의 플라즈마와의 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄일 수 있도록 감지창과의 거리가 가능한 한 멀리 떨어지게 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 브라켓은 감지창과의 거리가 적어도 5㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 감지창은 반응실 내의 플라즈마와 브라켓 사이에서 형성되는 전기장의 세기를 줄일 수 있도록 그 두께를 가능한 한 두껍게 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 감지창은 적어도 10㎜이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 설비에서의 엔드 포인트 검출 장치.
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