KR0179835B1 - Method of end point detection of etching in semiconductor manufacturing process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법에 관한 것으로, 피식각층이 형성된 기판에 피식각층을 식각하는 식각가스를 이용하여 식각하는 반도체 제조공정에 있어서, 상기 피식 각층을 식각하는 공정을 완료하는 시점은 상기 피식각층의 식각으로 생성되는 식각 생성물과 상기 식각가스 각각의 방출선의 비가 특정 값에서 제 2의 값으로 급격히 감소되는 시점에서 식각을 중지하여 식각의 상태에 따라 상호 반대로 증감하는 식각가스와 식각 생성물의 비를 이용하여 식각 생성물의 감소를 확실히 눈에 띄게 하여 산화막 오픈 영역이 작은 경우에도 SEM사진에 의한 단면 확인 등과 같은 공정을 수행하지 않음으로써, 시간적 물적 자원을 절약할 수 있는 고신뢰성의 식각종료점 검출방법을 구현할 수 있게 된다.The present invention relates to a method for detecting an end point of a semiconductor fabrication process, wherein the semiconductor fabrication process is performed by using an etching gas to etch an etched layer on a substrate on which an etched layer is formed. Is an etching gas and an etch which are vice versa depending on the state of etching by stopping the etching at a time when the ratio of the etching product generated by the etching of the etching layer and the emission line of each of the etching gases is rapidly reduced from a specific value to the second value. By using the ratio of the product, the reduction of the etched product is clearly noticeable, and even if the open area of the oxide film is small, high-reliability etching can save time and physical resources by not performing a process such as cross-sectional confirmation by SEM photograph. It is possible to implement an endpoint detection method.

Description

반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법Etch end point detection method in semiconductor manufacturing process

제1도는 종래 기술로서, 서로 다른 산화막 오픈 영역에서의 식각시간에 따른 CO(4835Å)의 인텐시티 변화를 비교 도시한 그래프도.FIG. 1 is a graph showing a change in intensity of CO (4835 kPa) with etching time in different oxide film open regions as a prior art.

제2도는 본 발명으로서, 서로 다른 산화막 오픈 영역에서의 식각시간에 따른 CO/CF2(4835 Å/2920 Å)의 인텐시티 변화를 비교 도시한 그래프도.FIG. 2 is a graph illustrating the change in intensity of CO / CF 2 (4835 Pa / 2920 Pa) according to etching time in different oxide film open regions.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

a : 산화막 오픈 영역이 100%인 경우 b : 산화막 오픈 영역이 70%인 경우a: When oxide open area is 100% b: When oxide open area is 70%

c : 산화막 오픈 영역이 30%인 경우 c : 산화막 오픈 영역이 5%인 경우c: When oxide open area is 30% c: When oxide open area is 5%

본 발명은 반도체 제조공정에 있어서의 식각종료점 검출방법(END POINT DETECTION : 이하 EPD)방법에 관한 것으로, 특히 특정 파장의 반응 생성물을 사용하여 산화막 식각시의 식각종료점을 보다 효율적으로 검출할 수 있도록 한 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an END POINT DETECTION (EPD) method in a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to more efficiently detect an etch end point when etching an oxide layer using a reaction product having a specific wavelength. An etching end point detection method of a semiconductor manufacturing process.

현재까지 알려진 EPD 방법은 크게 1) 압력 변화(PRESSURE CHANGE)를 이용한 방법, 2) 바이어스변화(BIAS CHANGE)를 이용한 방법, 3) 질량분광기(MASS SPECTROSCOPE)를 이용한 방법 및 4) 방출 분광기(EMISSION SPECTROSCOPE)를 이용한 방법 등과 같이 4가지로 분류할 수 있는데, 그 각각의 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.The EPD methods known to date are largely 1) using PRESSURE CHANGE, 2) using Bias change, 3) using MASS SPECTROSCOPE and 4) EMISSION SPECTROSCOPE. It can be classified into four types, such as the method using), each of which is outlined as follows.

먼저, 압력변화를 이용한 방법은 반응기(REACTOR) 챔버 내에서 RF(RADIO FREQUENCY) 전원이 인가될 때, 초기에는 가스가 분리되어 압력이 갑자기 증가하는 반면, 식각이 진행되는 동안에는 가스 분자의 수가 감소하여 처음 압력의 5-10% 정도 감소하는 원리를 이용하여 식각종료점을 검출하도록 한 것으로, 식각 공정이 모두 끝나면 압력은 처음값으로 되돌아간다. 그러나, 상기 방법은 현재 사용되는 거의 모든 식각장비가 쓰로틀 밸브(THROTTLE VALVE)에 의해 압력을 일정하게 유지시키기 때문에 이 압력변화를 정확하게 측정할 수 없다는 단점을 가진다.First, the method using the pressure change, when RF (RADIO FREQUENCY) power is applied in the reactor chamber, the gas is initially separated and the pressure suddenly increases, while the number of gas molecules decreases during the etching process. The etching end point is detected using the principle of decreasing the initial pressure by 5-10%. When the etching process is completed, the pressure returns to the initial value. However, this method has a disadvantage in that it is impossible to accurately measure this pressure change because almost all of the etching equipment currently used keeps the pressure constant by the throttle valve.

다음으로 바이어스 변화를 이용한 방법을 살펴본다. 상기 방법은 압력 변화를 이용한 방법과 마찬가지로 가스 구성성분의 변화에 따른 플라즈마 임피던스(IMPEDANCE)와 시드(SHEATH) 특성의 변화를 이용하여 식각종료점을 검출토록 한 것으로, 공정에 따라 100% 이상의 변화를 보여주는 것도 있지만 대부분의 식각공정에서는 수 % 정도의 변화밖에 나타나지 않는다. 상기 방법 역시 대부분의 식각 장비가 이 바이어스를 일정하게 유지시키는 방법을 채택하고 있기 때문에 사용하기 어려운 단점을 가진다.Next, we will look at the method using the bias change. Similar to the method using the pressure change, the method detects the etching end point by using the change of plasma impedance (IMPEDANCE) and seed (SHEATH) according to the change of gas constituents. Some etching processes show only a few percent change. This method also has a disadvantage that it is difficult to use because most etching equipment adopts a method of keeping this bias constant.

그 다음, 질량분광기를 이용한 방법을 살펴본다. 상기 방법은 특정 공정가스(PROCESS GAS)를 선정하여 식각이 되는 중간과 식각이 끝나는 시점에서의 공정가스의 변화를 추적(TRACE)하여 식각종료점을 검출하도록 한 것으로, 상기 방법의 문제점은 측정방법이 가스가 배출된 상태에서 검출이 이루어지므로, 이로 인한 오차가 심하게 발생할 수 있다는 것이다.Next, the method using the mass spectrometer will be described. The method detects an etching end point by selecting a specific process gas and tracking the change of the process gas at the middle of the etching and the end of the etching. Since the detection is performed while the gas is discharged, errors due to this may occur severely.

마지막으로 방출분광기를 이용한 방법을 살펴본다. 상기 방법은 현재 가장 널리 이용되고 있는 방법으로, 식각 반응생성물의 방출을 측정하여 식각종료 여부를 판단토록 한 것이다. 여기서는 일 예로서, 상기 방법을 모델로 하여 지금까지의 식각종료 검출방법의 문제점들을 짚어 보고자 한다.Finally, the method using the emission spectrometer is examined. The method is currently the most widely used method to determine the end of the etching by measuring the release of the etching reaction product. Herein, as an example, the problems of the etching termination detection method described above will be described by using the method as a model.

통상, 산화막(SiO2) 식각 공정에서는 주로 식각가스로서 CFx 계열의 가스 예컨대, CF4, CHF3를 사용하여 EPD를 수행하도록 하고 있다. 따라서 상기 식각가스 CF4, CHF3는 CF, CF2, CF3, CHF, CHF2등의 레디칼(RADICAL) 또는 이온 상태로 분해되어 산화막의 Si나 O원자와 반응하여 그 식각 생성물로서 SiF4, SiF3, SiF2, …, CO, CO2, 등의 물질이 생성된다.In general, in an etching process of an oxide film (SiO 2 ), EPD is mainly performed using a CFx-based gas such as CF 4 or CHF 3 as an etching gas. Therefore, the etching gas CF 4 , CHF 3 is decomposed into a radical or ionic state such as CF, CF 2 , CF 3 , CHF, CHF 2 , and reacts with Si or O atoms of the oxide film to react with SiF 4 , SiF 3 , SiF 2 ,. , CO, CO 2 , etc. are produced.

여기서, 상기 SiFX계열은 휘발성이 강해 식각도중 일정한 압력을 유지하기 위한 배기펌프(SXHAUST PUMP)에 의해 챔버의 외부로 배출되고, COx계열의 가스가 남게 되며, EPD에서는 주로 CO를 이용한다.Here, the SiF X series is highly volatile and is discharged to the outside of the chamber by an exhaust pump (SXHAUST PUMP) for maintaining a constant pressure during etching, leaving the COx-based gas, EP is mainly used CO.

즉, 상기 방법은 식각가스(ETCHANT GAS)로 부터 생성되는 탄소 소스와 산화막에서의 산소 소스가 결합하여 식각 생성물로 반응하는 CO를 방출분광기를 이용하여 검출토록 한 것이다.That is, the method combines the carbon source generated from the etching gas (ETCHANT GAS) with the oxygen source in the oxide film to detect CO reacting with the etching product using an emission spectrometer.

식각공정 초기에는 식각 생성물인 CO의 양이 많아 그 변화가 뚜렷이 관찰되나 시간이 경과하여 산화막이 식각 종료점에 도달하게 되면 CO 피크(PEAK)가 나타나지 않게 되므로 식각을 종료해야함을 알 수 있게 된다.At the beginning of the etching process, the amount of CO, which is an etching product, is large, and the change is clearly observed. However, when the oxide film reaches the etching end point as time passes, the peak of CO does not appear. Therefore, the etching must be terminated.

이때 상기 CO피크가 식각종료점 부근에서 감소하는 알고리즘을 인터페이스 및 소프트웨어를 통해 식각이 이루어지는 챔버와 연결하여 즉각적으로 검출하게 되는데, 보통 CO 피크는 파장(WAVELENGTH)이 4835 Å인 것을 사용한다.In this case, the algorithm that reduces the CO peak near the end of the etching point is immediately detected by connecting to the chamber where the etching is performed through the interface and software. Usually, the CO peak uses a wavelength of 4835 kHz.

제1도에서는 CO 피크의 파장으로 4835 Å을 사용할 경우, 서로 다른 오픈 영역(OXIDE OPEN AREA)에서의 식각시간에 따른 CO의 강도(INTENSITY) 변화를 비교 도시한 그래프를 도시하였다.In FIG. 1, when 4835 를 is used as the wavelength of the CO peak, a graph comparing the change in intensity of CO according to the etching time in different open areas (OXIDE OPEN AREA) is shown.

여기서, a는 산화막 오픈 영역이 100%인 경우를, b는 산화막 오픈 영역이 70%인 경우를, c는 산화막 오픈 영역이 30%인 경우를, d는 산화막 오픈 영역이 5%인 경우를 나타낸다.Here, a denotes a case where the oxide open region is 100%, b denotes a case where the oxide open region is 70%, c denotes a case where the oxide open region is 30%, and d denotes a case where the oxide open region is 5%. .

그러나, 이 경우 역시, 상기 그래프에서 알 수 있듯이 산화막 오픈 영역이 5% 이상의 영역(a, b, c)에서는 식각종료점을 용이하게 판별할 수 있으나, 산화막 오픈 영역이 5% 이하가 되면 시간에 따른 CO 피크의 강도 변화가 적어 뚜렷한 변화를 검출하기 어렵게 된다. 이와 같이 산화막 오픈 영역이 작은 패턴에 있어서는 시간으로 식각을 조절해야 함으로써 그 식각 종료점을 검출하는 과정이 용이하지 않은 문제점이 있었다.However, in this case, as can be seen from the graph, the etching end point can be easily determined in the regions (a, b, c) of which the oxide open region is 5% or more, but when the oxide open region is 5% or less, The change in intensity of the CO peak is small, making it difficult to detect a distinct change. As described above, in the small pattern of the oxide open region, the etching is controlled by time, which makes it difficult to detect the etching end point.

이런 경우, 식각하고자 하는 막이 정확하게 식각되었는지를 알 수 없으므로 항상 SEM 사진이나 기타 다른 방법으로 그 단면을 확인해 주어야 하기 때문에 공정 시간이 지연되는 문제점이 있었다.In this case, since the film to be etched cannot be accurately etched, there is a problem that the process time is delayed because the cross section must always be confirmed by SEM photographs or other methods.

이에 본 발명을 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 식각 생성물과 식각가스 각각의 방출선의 강도(INTENSITY)비로 종말점을 측정함으로써 산화막 오픈 영역이 5%이하인 경우에도 정확하게 식각종료점을 검출할 수 있는 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to improve the above problems, by measuring the end point by the intensity (INTENSITY) ratio of the emission line of each of the etching product and the etching gas semiconductor that can accurately detect the etching end point even if the oxide film open area is less than 5% Its purpose is to provide an etching end point detection method of the manufacturing process.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법은 피식각층이 형성된 기판에 피식각층을 식각하는 식각가스를 이용하여 식각하는 반도체 제조공정에 있어서, 상기 피식각층을 식각하는 공정을 완료하는 시점은 상기 피식각층의 식각으로 생성되는 식각 생성물과 상기 식각가스 각각의 방출선의 비가 특정 값에서 제 2의 값으로 급격히 감소되는 시점을 식각종료점으로 인식하여 식각을 종료하는 것을 특징으로 한다.Etch end point detection method of the semiconductor manufacturing process of the present invention for achieving the above object is a step of etching the etching layer in the semiconductor manufacturing process of etching using an etching gas to etch the etching layer on the substrate on which the etching layer is formed. The time point of completing the etching is characterized in that the end of the etching by recognizing the time when the ratio of the etching product generated by the etching of the layer to be etched and the emission line of each of the etching gas is rapidly reduced from a specific value to the second value. .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 종래 산화막 오픈 영역이 전체의 5%이하인 경우 식각종료점을 용이하게 검출할 수 없는 문제점을 해결하고자, 식각 생성물과 식각가스의 방출선 강도를 각각 구하고, 상기 구한 방출선의 강도를 비로 표시하여 그 비의 값의 변화에 따라 식각종료점을 검출하게 된다.The present invention is to solve the problem that the etching end point can not be easily detected when the conventional oxide film open region is less than 5% of the total, to obtain the emission line intensity of the etching product and the etching gas, respectively, and to display the intensity of the emission line as a ratio The etching end point is detected according to the change of the ratio value.

제2도에는 본 발명에 따라 서로 다른 산화막 오픈 영역에서의 식각 시간에 따른 CO/CF2(4835 Å/2920 Å)의 인텐시티 변화를 비교 도시하였다.FIG. 2 compares the change in intensity of CO / CF 2 (4835 kPa / 2920 kPa) with etching time in different oxide open regions according to the present invention.

상기의 결과는 8인치 웨이퍼를 사용하였으며, 그 웨이퍼의 상부전면에 산화막을 증착하고, 포토레지스트를 그 산화막의 상부전면에 도포하고, 노광 및 현상하여 각 노출면적이 전체 산화막의 100%, 70%, 30%, 5%가 되도록 포토레지스트를 패터닝한 시료를 사용하여 얻은 결과이다. 상기 포토레지스트의 패터닝에 의해 노출된 영역을 산화막 오픈 영역이라고 정의한다.The result was that 8-inch wafer was used, an oxide film was deposited on the upper surface of the wafer, the photoresist was applied on the upper surface of the oxide film, and the exposure and development were performed to expose 100% and 70% of each exposed area. The results obtained using a sample patterned photoresist to 30%, 5%. The region exposed by the patterning of the photoresist is defined as an oxide film open region.

상기 제2도에서, a는 산화막 오픈 영역이 100%인 경우를, b는 산화막 오픈 영역이 70%인 경우를, c는 산화막 오픈 영역이 30%인 경우를, d는 산화막 오픈 영역이 5%인 경우를 각각 나타내고 있다.In FIG. 2, a is 100% of the oxide open region, b is 70% of the oxide open region, c is 30% of the oxide open region, and d is 5% of the oxide open region. Each case is shown.

즉, 상기 도면에서는 CO/CF2피크 파장으로 4835 Å/2920 Å을 사용할 경우, 5% 이하의 산화막 오픈 영역(d)에서도 식각과정의 피크의 차와 식각종료점의 피크차가 크게 되어, 식각종료점을 용이하게 검출할 수 있게 된다.That is, in the drawing, when 4835 Å / 2920 으로 is used as the CO / CF 2 peak wavelength, the difference between the peak of the etching process and the peak of the etching end point is increased even in the oxide open region (d) of 5% or less. It can be detected easily.

이와 같은 검출의 원리는 식각가스인 CF2는 식각초기 상태에서는 거의 대부분이 산화막과 반응하여 식각 생성물 CO이 되며, 이에 따라 식각가스인 CF2의 방출선은 약하게 되며, 상기 식각 생성물 CO의 방출선은 강하여, 이를 검출한 상기 식각 생성물과 식각가스의 비의 값은 크게 된다. 이와 같은 상태가 지속되다가 식각종료점 즉, 웨이퍼가 드러날 정도로 산화막이 식각되면, 상기 CF2는 더 이상 반응할 산화막이 없으므로, 그 양이 많아지며 식각 생성물인 CO의 양은 적어진다. 이에 따라 상기 CO/CF2는 급속도로 감소하게 되어 이를 식각종료를 알리는 신호로 사용할 수 있게 된다.The principle of the detection is that the etching gas CF 2 reacts with the oxide film almost at the initial stage of etching to form the etching product CO. Thus, the emission line of the etching gas CF 2 is weakened, and the emission line of the etching product CO is weak. Silver is strong, and the value of the ratio of the said etching product and etching gas which detected this becomes large. If the oxide layer is etched to such an extent that the end point of etching, that is, the wafer is exposed, the CF 2 has no oxide layer to react anymore, so that the amount is increased and the amount of CO, which is an etching product, is decreased. Accordingly, the CO / CF 2 is rapidly reduced to use it as a signal for notifying the end of etching.

다시 말해서, 5%이하의 면적을 갖는 산화막 오픈 영역에서도 식각 생성물과 식각가스의 변화량을 최대한 눈에 띄게 할 수 있는 비를 취해 식각 종료점을 확인 할 수 있게 된다.In other words, even in the open area of the oxide film having an area of 5% or less, the etching end point may be identified by taking a ratio that makes the amount of change of the etching product and the etching gas as noticeable as possible.

그리고, 상기 식각 생성물과 식각가스의 방출선의 비를 측정할 수 있는 알고리즘을 PC에 로딩한 다음, 인터페이스를 통해 식각을 진행하는 메인시스템과 식각공정의 챔버를 연결하여 산화막 식각공증시 인-시튜(IN-SITU)로 EPD를 측정하게 되면, 상기 EPD가 식각공정에 바로 정보를 주어 식각을 종료하게 된다.In addition, an algorithm for measuring the ratio between the etching product and the emission line of the etching gas is loaded into the PC, and then the main system for etching through the interface and the chamber of the etching process are connected to the in-situ for oxide film etching. When the EPD is measured by IN-SITU), the EPD immediately gives information to the etching process to terminate the etching.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 식각종료점을 보다 효율적으로 검출할 수 있으면서도 산화막 오픈 영역이 작은 패턴에 있어서 요구되던 SEM사진에 의한 단면도 확인 등과 같은 공정을 사용하지 않게 되어 이로 인한 시간적 물적 자원을 절약할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the etching end point can be detected more efficiently, but the process of saving the time and physical resources due to the use of a process such as checking the cross-sectional view by SEM image, which is required for the small pattern of the oxide film open area, is not required. You can do it.

Claims (5)

피식각층이 형성된 기판에 피식 각층을 식각하는 식각가스를 이용하여 식각하는 반도체 제조공정에 있어서, 상기 피식각층을 식각하는 식각가스와는 상기 피식각층의 상태에 따라 반대로 증가 또는 감소하는 식각 생성물과 상기 식각가스의 비를 구하여, 상기 식각 생성물의 변화를 상대적으로 크게 하며, 상기 식각 생성물과 식각가스의 비가 급격히 감소하는 시점을 식각종료점으로 인식하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법.In the semiconductor manufacturing process of etching using the etching gas to etch the etched layer on the substrate on which the etched layer is formed, the etching product and the etching product to increase or decrease in accordance with the state of the etched layer and the etching gas Obtaining the ratio of the etching gas, the change of the etching product is relatively large, the end point of the rapid reduction of the ratio of the etching product and the etching gas is an etching end point detection method of the semiconductor manufacturing process, characterized in that the etching end point. 제1항에 있어서, 상기 피식각층은 산화막인 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법.The method of claim 1, wherein the etched layer is an oxide film. 제1항에 있어서, 상기 식각가스는 CXFY의 화학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법.The method of claim 1, wherein the etching gas is represented by a chemical formula of C X F Y. 제1항에 있어서, 상기 식각 생성물은 CO인 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법.The method of claim 1, wherein the etching product is CO. 제1항에 있어서, 상기 식각시 생성된 물질의 파장과 식각가스의 파장비는 4835 Å/2920 Å인 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정의 식각종료점 검출방법.The method of claim 1, wherein the wavelength ratio of the wavelength of the material generated during the etching and the etching gas is 4,835 Å / 2920 Å.
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