KR100265998B1 - 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치에 관한 것으로, 챔버의 일측에 설치되어 작업 대상물로 1차이온을 주사시키기 위한 X-Ray 제너레이터와, 챔버 타측에 설치되어, 작업 대상물로 주사되는 일차이온이 작업 대상물과 충돌됨에 따라 발생되는 2차이온의 반사각도에 따라 그에 상응하는 전류를 출력하는 농도분석부와, 농도분석부에서 출력되는 전류의 변화가 감지되어 식각종말점을 검출하는 종말점검출부와, 검출된 식각종말점에서 식각공정 정지를 결정하는 중앙처리부로 구성된다.
따라서, 본 식각 종말점 검출장치에서는 농도분석부를 이용하여 SOG 내에 포함된 일정량의 인농도를 검출하여 그에 상응하는 전력을 출력함으로써 TEPD싯점을 관측할 수 있어서. 식각되는 SOG 두께를 정밀하게 제어하는 잇점이 있다.

Description

반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치
본 발명은 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치에 관한 것으로, 특히, 금속배선을 덮는 평탄화층인 SOG(Spin On Glass)의 식각진행을 종료하기 위한 식각 종말점 검출을 용이하게 할 수 있도록 한 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치에 관한 것이다.
반도체소자가 고집적화됨에 따라 구조 및 그 제조방법이 복잡해졌으며, 또한, 복잡한 구조로 인하여 여러 단위요소의 표면에는 많은 굴곡이 생긴다.
따라서, 굴곡진 표면을 평탄화하는 공정이 필요하게 되는 데, 이러한 표면 평탄화 공정은 이 후의 공정을 용이하게 하고 디바이스 특성을 향상시키기 위한 것으로 디바이스의 신뢰성을 향상시키기 위해 필수불가결한 기술이다.
제1도는 통상적인 표면평탄화를 위한 SOG 건식각을 진행시키기 이전의 반도체장치의 단면구조도이다.
반도체장치는 기판(100) 상에 산화막(102)이 증착되고, 이 산화막(102) 상에 워드라인 또는 비트라인 등의 배선 등과 같은 여러 단위요소(104)를 형성된다. 그리고, 산화막(102) 상에 단위요소(104)를 덮도록 TEOS(TetraEthyl OrthoSilicate)를 증착하여 층간절연층(106)을 형성한 후, SOG(Spin On Glass)를 도포하여 평탄화층(108)을 형성한다.
이러한 구조의 반도체장치는 평탄화층(108)을 일정깊이로 식각하여 표면을 평탄화하는 공정을 실시하게 되는 데, 산과 골짜기 형태로 굴곡진 층간절연층(106)의 산에 해당하는 표면 보다도 높은 부위의 평탄화층을 모두 제거해야 한다. 이 때, 층간절연층(106) 표면이 노출되는 시점, 즉, 평탄화층의 식각이 정지되는 싯점을 검출하는 식각 종말점 검출장치가 필요하다.
제2도는 종래의 일반적인 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치의 일실시예이다.
종래의 일반적인 반도체 제조장비의 식각종말점 검출장치는 제2도와 같이, 식각공정을 진행시키는 챔버(300)의 일측에 설치되어 식각 진행 시에 발생되는 특정 반응생성물이 여과되어 통과되도록 하는 필터(filter)와, 필터에서 여과된 반응생성물에서 발생되는 특정파장을 확대하여 출력하는 광전변환부(photomultiplier)와, 광전변환부에서 확장되어 출력된 특정파장을 빛의 간섭효과를 이용하여 전기적인 신호로 변환, 증폭시키어 출력하는 증폭회로부와, 증폭회로부에서 증폭된 출력신호의 시간에 따른 변화를 나타내는 팬레코터와, 증폭회로부에서 증폭된 출력신호에 의해 식각종말점을 검출하는 종말점검출부와, 종말점검출부의 검출신호에 의해 식각공정의 정지여부를 판단하는 중앙처리부로 구성된다.
이 때, 챔버(300)는 일측에는 공정가스가 주입되는 공정가스공급부(308)와, 타측에는 공정부산물이 배기되는 배기부(310)가 설치되고, 내부에는 고주파전력을 인가하는 상부전극(306)과, 상부전극(306)과 일정간격으로 이격되어 설치되어 상면에 웨이퍼(302)가 안착되는 하부전극(304)이 설치된다. 이 때, 하부전극(304)은 접지에 연결된다.
공정가스공급부(308)로 부터 비활성인 아르곤가스를 챔버(300) 내부로 공급하고, 고주파전력을 상부 및 하부전극(302)(306)에 가하면, 아르곤가스가 고주파전력에 의해 플라즈마 내의 높은 에너지를 갖고 있는 중성의 아르곤가스이온과 전자로 이온화된다.
고주파전력으로 가속된 전자는 분자와의 탄성충돌을 거쳐 고에너지를 얻고 다음에 분자와 비탄성충돌하여 전리, 여기하여 플라즈마를 발생시키어 챔버(300) 내에 웨이퍼(302)의 식각공정이 행해지며, 플라즈마 내 반응생성물에서 방출되는 특정파장의 빛은 필터에 통과되면서 펼터링되어 광전변환부에 인가된다.
이 때, 필터링된 빛은 광전변환부에서 특정파장을 빛의 간섭효과를 이용하여 전기적인 신호로 변화된 후, 증폭회로부에서 증폭되어 팬레코더에 나타난다.
그리고 증폭회로부에서 증폭된 출력신호의 시간에 따른 변화를 팬레코더에서 지켜볼 수 있다.
다음에, 증폭회로부에서 증폭된 출력신호가 종말점검출부에 의해 식각종말점을 검출하며, 중앙처리부에서는 식각공정의 정지여부를 판단한다.
그러나, 종래의 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치에서는 광전변환부를 통하여 평탄화층에서 검출되는 파장을 이용하여 식각종말점을 검출하나, 실제로는 평탄화층(SOG)과 산화층은 같은 SiO2성분으로 파장구별이 어려워 정확한 식각종말점을 검출하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 평탄화층인 SOG의 정확한 식각종말점을 검출가능한 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명은 상기의 목적을 달성하고자, 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치에 관한 것으로, 챔버의 일측에 설치되어 작업 대상물로 1차이온을 주사시키기 위한 X-Ray 제너레이터와, 챔버 타측에 설치되어, 작업 대상물로 주사되는 일차이온이 작업 대상물과 충돌됨에 따라 발생되는 2차이온의 반사각도에 따라 그에 상응하는 전류를 출력하는 농도분석부와, 농도분석부에서 출력되는 전류의 변화가 감지되어 식각종말점을 검출하는 종말점검출부와, 검출된 식각종말점에서 식각공정정지를 결정하는 중앙처리부로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하겠다.
제1도는 통상적인 표면평탄화를 위한 SOG 건식각을 진행시키기 이전의 반도체장치의 단면구조도이고,
제2도는 종래의 일반적인 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치의 일실시예이고,
제3도는 본 발명의 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치의 일실시예를 도시한 도면이고,
제4도는 시간에 따라 팬레코더에서의 증폭되어 출력된 전류의 변화가 도시된 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 기판 102 : 산화막
104 : 단위요소 106 : TEOS
108 : SOG 300,400 : 챔버
302,402 : 웨이퍼 304,404 : 하부전극
306,406 : 상부전극 408 : X-RAY 제너레이터
410 : 농도분석부
제3도는 본 발명의 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치의 일실시예를 도시한 도면이고. 제4도는 시간에 따라 팬레코더에서의 증폭되어 출력된 전류의 변화가 도시된 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하겠다.
웨이퍼 상에 형성된 평탄화층인 SOG의 식각을 진행시키는 챔버에 설치되어 식각종말점을 검출하는 본 발명의 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치는 제4도와 같이, 챔버(400)의 일측에 설치되어 웨이퍼 표면의 평탄화층으로 1차이온을 주사시키기 위한 X-Ray 제너레이터(generator)(408)와, 챔버(400) 타측에 설치되어 평탄화층으로 주사된 일차이온이 평탄화층 표면과 충돌됨에 따라 발생되는 2차이온의 반사각도에 따라 그에 상응되는 전류를 출력하는 농도분석부(410)와, 농도분석부(410)의 출력전류를 증폭시키어 출력하는 증폭회로부와, 증폭회로부에서 증폭된 출력전류의 시간에 따른 변화를 나타내는 팬레코터와, 증폭회로부에서 증폭된 출력잔류의 변화가 감지되어 식각종말점을 검출하는 종말점검출부와, 종말점검출부의 검출된 식각종말점에 의해 식각공정의 정지여부를 판단하는 중앙처리부로 구성된다.
본 발명의 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치를 이용하여 여러 단위요소를 덮고 있는 평탄화층인 SOG의 식각 종말점을 검출하는 과정을 알아보면 다음과 같다.
우선, 챔버(400) 내의 공정가스공급부(412)를 통해 내부로 공정가스를 일정량 공급시키면서, 고주파전력을 상부 및 하부전극(406)(404)에 가하여 플라즈마(plasma)를 발생시킨다.
이 때, 챔버(400) 내에서는 웨이퍼(402)의 여러 단위요소를 덮고 있는 평탄화층인 SOG를 식각하는 공정이 진행되며, 챔버(400) 일측에 형성된 X-Ray 제너레이터(408)를 통해 웨이퍼(402) 상의 평탄화층으로 1차이온을 주사시킨다.
이어서, 주사된 일차이온이 평탄화층 표면과 충돌되면서 2차이온이 발생되며, 이 때, 평탄화층에 함유된 인(phosphorus)의 농도에 따라 2차이온이 반사되는 각도에 차이가 발생된다.
농도분석부에서 이러한 2차이온의 반사각도를 분석하여 SOG 내에 포함된 인(phosphorus)의 농도에 상응하는 출력전류를 증폭회로부로 전달한다.
이 때, 본 발명의 식각종말점 검출장치는 SOG 외에 HSG(Hemisphere Glass) 내의 인의 성분 농도를 검출하는 데도 사용될 수 도 있다.
다음에, 증폭회로부에서 출력전류가 증폭되어 시간에 따른 변화가 팬레코더에 나타난다.
이 때, 팬레코더에서는 증폭회로부에서 증폭된 출력전류(즉, 인의 농도)의 시간에 따른 변화를 그래프화된다.
즉, 평탄화층인 SOG 에는 일정한 농도의 인이 포함되고, 하지의 층간절연층인 TEOS 에는 인성분이 포함되지 않기 때문에 인의 농도를 통해 식각 종말점 시간을 구하는데 사용된다.
그리고 웨이퍼 식각공정이 진행되는 도중, 웨이퍼 상의 평탄화층인 SOG로 부터 검출되는 인농도에 상응하는 출력전류의 시간에 따른 변화는 제3도에 도시되어 있다.
SOG 건식각이 종료되어 출력전류가 떨어지는 극점이 TEPD로 표시되고, 일정량의 오버에치(over etch)를 더한 시점이 TTOTAL로 표시된다.
이어서, 종말점검출부에서 TEPD에 의해 식각종말점을 검출하며, 중앙처리장치에서는 미리 기억된 웨이퍼의 인 농도와 비교하면서 TEPD시점에서 건식각 공정을 정지하도록 신호를 보내므로써 식각종말점을 판정한다.
상기에서 상술된 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치에서는 농도분석부를 이용하여 SOG 내에 포함된 일정량의 인농도를 검출하여 그에 상응하는 전력을 출력함으로써 TEPD시점을 관측할 수 있어서, 식각되는 SOG 두께를 정밀하게 제어하는 잇점이 있다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼 상의 박막에 식각 공정을 진행시키는 챔버 내부에 설치되어져서, 박막의 식각종말점을 검출하기 위한 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치에 있어서, 상기 챔버의 일측에 설치되어, 상기 박막으로 1차이온을 주사시키기 위한 X-Ray제너레이터와, 상기 챔버 타측에 설치되어, 상기 주사된 1차이온이 상기 박막에 충돌되면서 발생된 2차이온의 반사각도에 따라 그에 따른 상응된 전류를 출력함으로써, 상기 박막에 함유된 특정성분의 농도를 분석하기 위한 농도분석부와, 상기 농도분석부에서 출력되는 전류의 변화가 감지되어 식각종말점을 검출하는 종말점검출부와, 상기 검출된 식각종말점에서의 식각공정 정지를 결정하는 중앙처리부로 구비된 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 박막은 SOG(Spin On Glass) 또는 HSG(Hemisphere Glass)인 것이 특징인 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 2차 이온은 상기 박막에 함유된 인(phosphorus)의 농도에 따라 반사각도가 변하는 것이 특징인 반도체 제조장비의 식각 종말점 검출장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03239326A (ja) * 1990-02-17 1991-10-24 Fujitsu Ten Ltd エッチング処理方法及びその装置
JPH04352327A (ja) * 1991-05-29 1992-12-07 Mitsubishi Electric Corp ドライエッチング装置

Patent Citations (2)

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