KR100290750B1 - 플라즈마처리의 종점검출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 피처리물상에서 수행되는 플라즈마 처리의 종점을 검출하는 방법 및 플라즈마 처리장치이다. 그 방법은 플라즈마 내의 C₂에 대하여 특정한 파장대역을 넘는 방출 스펙트럼을 광학적 검출수다에 의하여 검출하는 단계와, 광학적 검출수단에 의하여 검출된 방출 스펙트럼의 방출강도로부터 플라즈마 처리의 종점을 결정하는 단계를 포함하여 구성된다. 장치는 처리실과, 한쌍의 전극과, 광수집기구와 광검출기 및 결정기구를 가진다. 처리실은 감시창을 가진다. 전극은 처리실내에 위치된다. 제1전극은 피처리물을 지지하는데 사용된다. 고주파 전원이 처리가스를 플라즈마로 변환하도록 전극사이에 공급된다. 광수집기구는 감시창을 통한 플라즈마로부터 광을 수집한다. 광학적 검출기는 수집된 광으로부터 방출스펙트럼을 검출한다. 결정기구는 검출된 방출 스펙트럼의 방출강도로부터 플라즈마 처리의 종점을 결정한다. 감시창은 처리실에서 돌출한 원동형 부재의 먼쪽 끝단에 고정된다. 부재는 플라즈마 처리에 의하여 발생된 가스를 빼내기 위한 좁은 가스 통로를 가진다.

Description

플라즈마처리의 종점검출 방법 및 장치

제1도는 제14도및 제21도 내지 제23도는 본 발명에 따른 종점검출장치를 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 요부를 설명하기 위한 도면.

제2도는 제1도내의 종점 검출장치를 나타내는 블록도.

제3도는 제1도내의 종점 검출장치의 작용을 설명하기 위하여 의도된 그래프.

제4도는 제1도내의 종점 검출장치에 의하여 본 발명의 실시예에 따른 종점 검출장치가 실현되는 것을 나타내는 플로우 챠트.

제5도는 에칭처리의 시점으로부터 종점까지 나타낸 방출 스펙트럼의 광강도 파장을 나타내는 그래프.

제6도는 다른 종점 검출장치를 나타내는 블록도.

제7도는 제6도의 종점 검출장치에 의하여 산술적으로 계산되고 X-Y 축상에 그려진 광강도및 그들의 파장을 나타내는 도면.

제8(a)도및 제8(b)도는 제6도의 종점검출장치의 작용을 설명하기 위하여 의도된 것으로서,

제8(a)도는 두께가 동일한 막이 에칭되는 경우에 광강도및 그들의 파형의 기울기가 변화하는 것을 나타내는 그래프이며,

제8(b)도는 제8(a)도의 광강도및 그들의 파형의 기울기가 변화하는 것을 나타내는 X-Y 축.

제9도는 두께가 상이한 어떤 영역을 가지는 막을 나타내는 부분도.

제10(a)도및 제10(b)도는 제6도에서의 종점 검출장치의 다른 작용을 설명하도록 의도된 것으로서,

제10(a)도는 상이한 두께의 어떤 영역을 가지는 막이 에칭될 때 광강도및 그들의 파형이 변화하는 것을 나타내는 그래프이며,

제10(b)도는 제10(a)도의 광강도및 그들의 파형이 어떻게 변화하는 가를 나타내는 X-Y 축.

제11(a)도및 제11(b)도는 제6도에서의 종점 검출장치의 또 다른 작용을 설명하도록 의도된 것으로서,

제11(a)도는 동일한 두께의 막이 에칭될 때 광강도에 그들의 파형이 변화하는 것을 나타내는 그래프이며,

제11(b)도는 제11(a)도의 광강도및 그들의 파형이 어떻게 변화하는 가를 나타내는 X-Y 축.

제12도는 본 발명의 종점 검출방법에 의하여 에칭된 적층막을 나타내는 단면도.

제13(a)도 내지 제13(b)도는 제6도의 종점 검출장치의 또 다른 작용을 설명하도록 의도된 것으로,

제13(a)도는 광강도가 에칭처리의 시에 블록부의 형상으로 변화하는 것을 나타내는 그래프이며,

제13(b)도는 제13(a)도에서 광강도및 그들의 파형이 어떻게 변하는 가를 나타내는 X-Y 축이며,

제13(c)도는 에칭처리의 시에 광강도가 오목부와 같은 형상으로 변화하는 것을 나타내는 그래프.

제15도는 200 mTorr의 처리 압력에서 CHF₃가스를 사용함으로써 실리콘 산화막상에서 에칭이 수행될 때 310 내지 420 nm의 파장 대역에서의 방출 스펙트럼의 방출밀도분포를 나타내는 그래프.

제17도는 10 mTorr의 처리압력에서 CHF₃가스를 사용함으로써 실리콘 산화막상에서 에칭이 수행될 때 200 내지 310 nm의 파장대역에서의 방출 스펙트럼의 방출밀도분포를 나타내는 그래프.

제18도는 10 mTorr의 처리압력에서 CHF₃가스를 사용함으로써 실리콘 산화막상에서 에칭이 수행될 때 310 내지 420 nm의 파장대역에서의 방출 스펙트럼의 방출밀도분포를 나타내는 그래프.

제19(a)도 내지 제19(c)도는 본 발명에 따른 종점 검출방법을 사용한 건식 에칭처리내에서 계산예가 수행되는 것을 설명하기 위한 그래프.

제20도는 10 mTorr의 처리압력에서 CHF₃가스를 사용함으로써 실리콘 산화막상에서 에칭이 수행될 때 430 내지 480 nm의 파장대역에서의 방출 스펙트럼의 방출밀도분포를 나타내는 그래프.

제24도및 제25도는 본 발명에 따른 종점 검지장치를 포함하는 플라즈마 처리 시스템에 적용할 수 있는 냉각구조를 가지는 루프 안테나를 설명하기 위한 도면.

제26도및 제31도는 본 발명의 종점 검출방법내에서 사용되는 플라즈마 처리 시스템을 각각 나타내는 모식적인 도면.

제27도는 제26도의 플라즈마 처리 시스템의 요부의 확대도.

제28도는 제26도의 플라즈마 처리 시스템의 투명부재의 사시도.

제29도는 제26도의 플라즈마 처리 시스템의 투명부재의 정면도.

제30도는 제26도의 플라즈마 처리 시스템의 투명부재의 이면도.

제32도는 제31도의 플라즈마 처리 시스템의 요부의 확대도.

제33도는 제31도의 플라즈마 처리 시스템의 투명부재의 사시도.

제34도는 제31도의 플라즈마 처리 시스템의 투명부재의 정면도.

제35도는 제34도의 35-35 선에 따른 단면도.

제35도및 제37도는 본 발명의 종점 검출방법의 작용을 설명하기 위한 도면.

제38도는 본 발명의 제7 실시예에 따른 방법에 의하여 수행된 에칭의 종점을 검출하는 데 사용되는 플라즈마 에칭장치의 모니터 창을 나타내는 사시도.

제39도는 제38도에서 나타낸 모니터 창의 단면도.

제40도, 제41도및 제42도는 3개의 처리실을 가지는 멀티-챔버장치에 각각 적용가능한 3개의 종점 검출방법을 설명하기 위한 도면.

제43도는 산화막의 에칭시간 동안에 C₂의 방출밀도와 Si 또는 SiF의 방출밀도가 변화하는 것을 나타내는 그래프.

제44도는 산화막의 에칭시간 동안에 SiF_x(x= 1 내지 3)의 방출밀도와 CF_Y(Y=1 또는 2)의 방출밀도가 변화하는 것을 나타내는 그래프.

제45도는 CF 및 SiF의 방출 스펙트럼을 나타내는 다이어그램.

제46도는 CF 및 CF₂의 방출 스펙트럼을 나타내는 다이어그램.

제47도는 본 발명의 제9실시예에 따른 방법에 의하여 그의 종점이 검출된 에칭에 의하여 에칭된 중산 생성물의 일부의 단면도.

제48도는 제9 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 단면도.

제49도는 제48도에서 나타낸 장치내에 결합된 제어부의 블록도.

제50도 내지 제53도는 반응성 이온발생 기체의 공급을 제어하는 제49도의 제어장치의 방법을 나타내는 타이밍 챠트.

제54도는 제10 실시예에 따른 방법에 의하여 그의 종점이 검출된 플라즈마 에칭을 수행하기 위한 장치의 단면도.

제55도및 제59도 내지 제62도는 국부 플라즈마 발생수단의 다양한 형식을 나타내는 사시도.

제56도는 구동수단에 의하여 국부 플라즈마 발생수단을 움직이면서 웨이퍼상에 플라즈마 처리가 수행되는 것을 설명하기 위한 반도체 웨이퍼의 평면도.

제57(a)도및 제57(b)도는 제54도에서 나타낸 국부 플라즈마 발생기의 작용을 설명하기 위한 다이어그램.

제58도는 제54도에서 나타낸 국부 플라즈마 발생기의 작용을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 플라즈마 처리장치 11 : 처리실

12 : 하부전극 13 : 상부전극

14 : 가스 공급 파이프 15 : 배기 파이프

16 : 고주파 전원 17 : 창

21 : 렌즈 21a : 렌즈 구동수단

22 : 광검출기 30 : 종점 검출장치

31 : 추출기 32, 33 : 연산 유니트

34 : 비교기 35 : 결정 유니트

40 : 제어유니트 41 : 좌표 변환기

42 : 변화-시점 결정 유니트 43 : 변화-종점 결정 유니트

44 : 원점 이동기 51 : 막층

53a 내지 53c : 홈 60 : 반도체 기판

61 : SiO₂62 : Si₃N₄층

71 : 에칭 시스템 73 : 처리실

74 : 상부전극 75 : 하부전극

76 : 콘트롤러 77 : 게이트 밸브

78 : 로드록실 79 : 가스 도입파이프

80 : 배출 파이프 81 : 매칭 캐패시터

82 : RF 전원 83 : 창

84 : 렌즈 85 : 광파이버

91, 92 : 스펙트로스코프 93, 94 : 광전 변환기

95, 96 : 증폭기 97 : 결정 유니트

101 : 플라즈마 에칭 시스템 102 : 처리실

103 : 루프 안테나 103A : 하부 끝단

103B : 상부 끝단 104 : 매칭 회로

105 : RF 전원 106 : 베이스

107 : 가스 도입 파이프 108 : 배출 파이프

109 : 서셉터 110 : 게이트 밸브

121 : 플라즈마 에칭 시스템 122 : 처리실

122A : 원통형 측벽 122B : 굴록부

123 : 매칭회로 124 : RF 전원

131 : 플라즈마 에칭 시스템 132 : 도움형 처리실

133 : 루프 안테나 133A : 하부끝단

133B : 상부끝단 134 : 매칭회로

135 : RF 전원 136 : 서셉터

137 : 베이스 138 : 게이트 밸브

139 : 배기 파이프 140 : 가스도입 파이프

142 : 전원 인가측 143 : 개방 끝단측

150 : 루프 안테나 151, 152 : 구멍

154 : 내열성 단열 파이프 201 : 처리실

201a : 측벽 202 : 단열부재

203 : 서셉터 지지 테이블 204 : 냉각실

205 : 냉매 도입 파이프 206 : 냉매 출구 파이프

207 : 서셉터 208 : 정전척

209 : 가스도입 파이프 210 : 가스 유통로

211 : 블로킹 캐패시터 212 : 매칭회로

213 : RF 전원 214 : 도전층

216 : 급전선 217 : 고압 DC 전원

221 : 접지선 222 : 상부전극

223 : 속이 빈 부분 224 : 대향면

225 : 방출구멍 226 : 가스 도입부

231 : 배출 파이프 232 : 배기수단

241 : 창 유니트 242 : 구멍

243 : 홈부 244 : 장착홈

245 : O 링 246 : 투명부재

251 : 상부 장착홈 252 : 하부장착홈

253 : 카트리지 히터 257 : 온도 검출기

258 : 온도 콘트롤러 259 : 단열홈

260 : 광검출기 261 : 종점 검출장치

341 : 창 유니트 342 : 관통구멍

343 : 홈 부분 344 : 장착홈

345 : O 링 346 : 장착부재

347 : 볼트 350 : 투명부재

351 : 장착부 351a : 끝단면

351b : 끝단벽 351c, 351d : 측벽

352 : 잠금부 353, 354 : 잠금핀

355 : 히터 356 : 실리콘 고무

358 : 비관통구멍 359 : 온도센서

360 : 온도콘트롤러 362 : 종점 검출장치

371 : 잠금부 372 : 장착부

373 : 투명부재 375a : 끝단벽

409 : 둘레벽 410 : 감시창

416 : 개구 417 : 원통형 부재

418 : 밀폐부재 410 : 돌출 끝단면

420 : 개구 421 : 투명유리

423 : 좁은 부분 424 : 좁은 부분

426 : 고리형 부분 427 : 원통형부

428 : 온도 조절기구 441 : 처리실

442 : 스펙트로스코프 443 : 콘트롤러

444 : 공동 사용자 인터페이스 501 : 실리콘 기판

503 : 주변벽 보호막 512 : 처리실

512A : 중공부 512B : 구멍

512C : 배출파이프 514 : 상부전극

516 : 하부전극 518 : 버퍼판

520 : 파이프 520A, 520B : 분기선

522 : 유량 설정수단 524 : 유통로 개방 조정부재

526 : 콘트롤러 528 : 수동 스위치

602 : 처리실 603 : 바닥부

604 : 테이블 604 : 서셉터 지지테이블

606 : 볼트 607 : 서셉터

608 : 냉각쟈켓 609 : 액체질소

610 : 냉매 공급/배출 통로 611 : 정전척

612 : 도전막 613 : 전압 공급 와이어

614 : DC 고압원 615 : 열전달 가스 공급통로

615 : 도전성 전원로드 617 : 도선

618 : 블로킹 캐패시터 619 : 제1 고주파 전원

620 : 온도조절 히터 621 : 전원 공급선

622 : 전원 623 : 온도검출수단

624 : 리이드선 625 : 필터

626 : 콘트롤러 627 : 배출 파이프

628 : 진공펌프 630 : 가스 유니트

631 : 국부 플라즈마 발생수단 632a, 632b : 전극판

633 : 블록 635 : 가스공급 피아프

636 : 가열/냉각 기구 637 : 온도 콘트롤러

638 : 캐패시터 639 : 제2 고주파 전원

640 : 개구 641 : 이동수단

642 : 고정수단 645 : 플라즈마

본 발명은 플라즈마 처리의 종점을 검출하기 위한 방법및 장치에 관한 것이다.

플라즈마가 사용되는 에칭장치는 반도체 장치와, 액정표시장치용 기판의 제조공정중에 다양하게 결합되어 있다. 그것은 상호간에 평형하게 배열된 상부및 하부전극을 포함하며 에칭가스를 플라즈마로 만들기 위하여 상부전극과 하부전극 사이에 방출하면서 플라즈마내에 활성종으로 반도체 웨이퍼를 에칭하도록 의도된 것이다. 반도체 웨이퍼가 에칭될 때, 에칭처리의 공정이 관찰되며, 그의 종점은 웨이퍼를 원하는 바에 따라 패턴화하는 것이 가능하도록 정착하게 검출된다.

종래에, 매스 스펙트로메트리(mass spectrometry)및 스펙트로스코프 분석과 같은 기구적인 분석방법이 에칭처리의 종점을 검출하기 위하여 사용되었다. 이들 중, 비교적 단순하고 높은 감도를 가진 것은 스펙트로스코프 분석이다. 스펙트로스코프 분석이 사용될 때는, 특별한 활성 종이 래디컬, 에칭가스의 이온및 기타의 것들로부터 선택되고, 그의 분리및 반응된 생성물과 그 선택된 활성종의 방출 스펙트럼의 광강도가 측정된다. 이 선택된 활성종은 이 경우에 에칭가스와 종류에 의존된다. CF₄와 같은 불화탄소계열의 에칭가스가 실리콘 산화막을 에칭하기 위하여 사용될 때, 반응된 생성물 CO^*로부터 방출된 스펙트럼(219 nm, 483.5 nm 기타)이 측정된다. CF₄와 같은 불화탄소계열의 에칭가스가 실리콘 질화막을 에칭하기 위하여 사용되는 때에는, 반응 생성물 N^*로부터 방출된 스펙트럼(674 nm 또는 기타)이 측정된다. 에칭처리의 종점은 특정한 파장을 가지는상술한 활성종의 광강도를 나타내는 가변치및 이들 광강도치의 1차및 2차 미분치를 미리 설정된 문턱치라 비교함으로써 결정된다.

그러나, 종래의 종점 검출방법에 있어서는, 그의 스펙트럼이 검출되는 활성종이 사용되는 처리의 종류및 에칭되는 막의 종류에 따라 바뀌어야만 한다. 따라서, 문턱치 또한 모든 사용되는 활성종마다 바뀌어야 한다. 더우기, 에칭될 막이 동일한 종류에 속하면서도 두께가 상이한 경우에, 그들 중의 한개가 에칭되는 에칭조건은 다른 것에서 바뀌어야 한다. 이는, 변화되는 에칭조건에 합당한 문턱치를 바꾸어야만 할 필요를 발생시킨다. 단적으로, 문턱치는 상이한 에칭조건에 따라 모든 채택된 에칭조건마다 바뀌어야 한다. 이는 문턱치를 설정하기 위한 복잡한 계산을 필요로 한다.

본 발명은 따라서 상술한 문제점을 해결하도록 의도된 것이다.

즉, 본 발명의 목적은 사용되는 모든 처리및 처리되는 모든 물질마다 문턱치를 바꿀 필요가 없고, 처리조건이 바뀌더라도 플라즈마 처리의 종점을 보다 정확하게 검출할 수 있는 종점 검출방법및 그의 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은, 피처리물이 플라즈마로 처리될 때 광검출 수단에 의하여 특정 파장을 가지는 플라즈마내의 활성종의 방출 스펙트럼을 연속적으로 검출하는 단계와; 초기 처리단계에서 소정 시간동안에 방출 스펙트럼의 광강도로부터 평균치및 분산치를 계산하는 단계와; 미리 정해진 시간의 경과후 광강도로부터의 평균치에 대한 이들의 차이를 계산하는 단계와; 그와 같이 산술적으로 계산된 값을 분산치와 비교하고 산술적으로 계산된 값이 소정의 기준치를 초과한 경우에 플라즈마 처리의 종점을 결정하는 단계를 포함하여 구성되는 플라즈마 처리의 종점 검출방법에 의하여 달성된다.

또한 본 발명의 목적은, 피처리물이 플라즈마로 처리될 때 야기되는 특정 파장을 가지는 활성종의 방출 스펙트럼을 광 검출기 수단에 의하여 검출함으로써 얻어지는 광강도의 평균치및 분산치를 계산하기 위한 제1 연산수단과; 제1 연산수단에 의하여 얻어진 평균치에 대한 상기 광강도의 차이를 계산하기 위한 제2 연산수단과; 제1 연산수단에 의하여 얻어진 분산치와 제2 연산수단에 의하여 얻어진 값을 비교하기 위한 비교기 수단및; 비교기 수단에 의하여 얻어진 값이 미리 정해진 기준치를 초과하는 시간을 플라즈마 처리의 종점으로서 결정하는 결정수단을 포함하여 구성되며; 플라즈마 처리의 중점은 방출스펙터럼의 광강도 변화에 근거하여 검출되는 플라즈마 처리의 종점검출 장치에 의하여 달성될 수 있다.

본 발명의 부가적인 목적및 장점들은 이하의 기술내용에 개진될 것이며, 부분적으로는 기술내용으로부터 명백하며, 발명의 실용에 의하여 알 수 있다. 본 발명의 목적및 장점등은 첨부된 특허청구의 범위내에서 특정하게 지적된 장치들및 조합의 수단에 의하여 실현되고 얻어질 수 있다.

[실시예]

본 발명에 따르면, 방출스펙트럼이 광검출기 수단에 의하여 하나하나씩 검출되며, 특정 파장을 가지는 방출스펙트럼이 이들 방출 스펙트럼에서 분리되고, 이 방출 스펙트럼의 광강도의 평균치및 그들의 분산치가 플라즈마 처리의 시점에서 부터 미리 설정된 시간 T₁동안 계산및 저장된다. 이 소정의 시간 T₁의 경과후, 얻어진 광강도를 나타내는 값에 대한 상기 평균치의 차이가 계산되고, 분산치와 비교된다. 그와 같이 하여 얻어진 값이 기준치를 초과하면, 플라즈마 처리가 종료된 것으로 결정된다. 단적으로, 이는 플라즈마 처리의 종점을 알리는 시간이다. 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술한다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명에 따른 종점 검출장치가 마련된 플라즈마 처리장치를 나타낸다. 이 플라즈마 처리장치(10)는 알루미늄과 같은 도전성 재료로 만들어진 처리실(11)과, 처리실(11)의 내에 마련되며 처리되어질 반도체 웨이퍼 W와 같은 피처리물이 놓여지는 서셉터로서 기능하는 하부전극(12)및, 하부전극(12)의 위에 그들 사이에 간격을 두고 배치되는 상부전극(13)을 포함하여 구성된다.

CF₄와 같은 불화탄소계 에칭가스를 처리실(11)내로 도입하기 위하여 처리실(11)의 꼭대기에 가스 공급파이프(14)가 접속된다. 처리실(11)의 외부로 발생된 가스를 배출하기 위하여 처리실(11)의 측부에 배기파이프(15)가 접속된다. 하부전극(12)은 선택적으로 접지되어 있으며 접지전위를 가지도록 유지된다. 상부전극(13)은 고주파 전원(16)에 접속된다. 상부전극(13)과 하부전극(12)의 사이에 방전되도록 전원(16)으로부터 상부전극(13)에 고주파 전압이 인가된다. 처리실(11)내의 에칭가스는 래디칼및 이온과 같은 활성종을 포함하는 플라즈마 P를 발생하도록 활성화된다. 석영유리와 같은 투명한 재료로 만들어진 창(17)이 배출 파이프가 접속된 측에 반대쪽 측에 접속된다. 플라즈마 P의 방출 스펙트럼은 에칭처리를 점검하기 위하여 창(17)을 통과하고 분석된다. 렌즈(21)는 그와 같이 통과된 방출 스펙트럼을 수집하기 위하여 창(17)의 뒤에 외부에 배치된다. 광 검출기(22)는 그와 같이 수집된 방출 스펙트럼을 검출및 광전적으로 변환하기 위하여 렌즈(21)의 뒤에 배치된다. 광검출기(22)는 간섭 필터 또는 스펙트로스코프, 및 포토 다이오드 또는 포토멀티 플라이어를 예를 들어 포함하여 구성된다. 특정 파장을 가지는 방출 스펙트럼을 간섭 필터 또는 스펙트로스코프에 의하여 방출 스펙트럼으로부터 분리되고 그의 광강도를 나타내는 신호로 광전변환된다. 광검출기(22)로부터 인가된 이 신호에 응답하여, 이하에서 상술하게 되는 종점 검출 장치(30)가 에칭처리의 종점을 검출하고 제어신호를 제어 유니트(40)로 보낸다. 그와 같이 인가된 제어신호에 응답하여, 제어유니트(40)는 에칭장치(10)에 에칭처리를 종료하도록 제어한다.

렌즈(21)는 렌즈 구동수단(21a)에 의하여 이동할 수 있다. 반도체 기판상에서 막이 에칭되는 경우에 특정 파장을 가지는 방출 스펙트럼이 검출될 때, 막의 최상부표면에 의하여 반사된 광은 막이 바닥층 (또는 반도체 기판에 대한 막의 인터페이스)에 의하여 반사된 광과 간섭하게 된다. 이는 방출 스펙트럼의 광강도를 정확하게 검출하는 것을 불가능하게 한다. 그러나, 이는 원하는 바에 따라, 렌즈 구동수단(21a)에 의하여 렌즈(21)의 초점을 이동함으로써 방지될 수 있다. 막의 두께는 에칭 처리가 진행함에 따라 변화한다. 따라서 렌즈(21)는 필름두께가 감소함에 따라 그의 초점을 변화하도록 움직이는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 종점 검출 장치(30)를 제1도 내지 제4도를 참조하여 이하에서 설명한다. 제2도에서 나타낸 바와 같이, 이 장치는 광검출기(22)로부터 인가되는 광강도 I의 파형이나 신호로부터의 파형의 선형미분치(또는 기울기)및 광강도 I와 같은 요소를 추출하기 위한 추출기(31)와, 추출기(31)에 의하여 하나씩 추출된 광강도 I로부터의 평균치 m 및 분산치 σ²를 계산하기 위한 연산유니트(32)와, 추출기(31)로부터 인가된 광강도 I에 대한 연산유니트(32)로부터 입력된 평균치 m의 편차를 계산하기 위한 다른 연산유니트(33)와, 연산유니트(33)에서 인가된 편차치를 연산유니트(32)로부터 인가되는 분산치 σ²와 비교하기 위한 비교기(34)및, 비교기(34)로부터 인가된 비교치의 절대치가 미리 정해진 기준치를 초과하는 경우에 에칭처리의 종점을 결정하기 위한 결정 유니트(35)를 포함하여 구서된다. 결정유니트(35)에 의하여 행해진 결정은 고주파 전원(16)및 기타의 것들을 제어하는 제어제어유니트(40)으로 인가되며, 그와 같이 인가된 신호에 응답하여 에칭처리를 제어하게 된다.

본 발명에 따른 종점 검출장치에 의하여 에칭 처리의 종점이 검출되는 작용을 설명한다. 소정시간 T₁동안에 플라즈마 P의 광강도 I를 나타내는 평균치 m 및 분산치 σ²가 연산 유니트(32)에 의하여 초기 에칭단계에서 계산된다. 사용되는 에칭가스의 양및 전기적인 잡음에 의하여 야기된 광강도 I의 불규칙성이 이들 값으로부터 통계적으로 어림되거나 또는 점검된다. 소정 시간주기 T₁의 경과후, 시간경과에 따라 변화하는 광강도 I에 대한 평균치 m의 편차가 연산유니트(33)에 의하여 계산된다. 편차치들은 비교기(34)에 의하여 분산치 σ²와 비교된다. 그와 같이 하여 얻어진 절대치가 기준치를 초과하는 경우에는, 결정수단(35)이 에칭처리가 종료되었음을 결정한다.

초기 에칭단계에서의 소정의 시간 T₁은 에칭초기의 시작부터 끝까지 임의적으로 설정된 시간길이이며, 에칭조건의 제어하에 있는 것은 아니나 에칭처리의 다양한 종류에 공통적인 것이다. 소정시간 T₁동안에 변화하는 광강도 I의 파형으로부터 이러한 방식으로 평균치 m 및 분산치 σ²가 얻어졌을 때, 에칭처리가 진행됨에 따라 변화하는 광강도 I의 상위치 및 하위치는 초기 에칭단계에서 점검및 어림될 수 있다. 광강도 I 및 평균치 m 사이에서 얻어진 차이값이 소정시간 T₁경과후의 분산치 σ²와 직접 비교될 때, 분산치 σ²의 표준편차 σ가 사용되며, 비교치가 이러한 편차 또는 기준치를 초과하는 경우에는 에칭처리가 종료한 것으로 결정된다. 간단히 말해서, 매 에칭처리마다 계산된 평균치 m 및 표준편차 σ²가 기준치 또는 결정수단(35)에 의하여 에칭처리의 종점이 결정되는 문턱치로서 사용될 수 있다.

제4도의 플로우 챠트를 참조하면서, 종점 검출장치(30)의 작용을 설명한다. 실리콘 산화막이 형성된 반도체 웨이퍼 W는 예를 들면 0.1 mTorr 내지 수 Torr의 범위로 감압된 처리실(11)내의 하부전극(12)상에 놓인다. 고주파 전압이 고주파 전원(16)으로부터 상부전극(13)으로 인가되고 상부전극(13)및 하부전극(12)의 사이에서 방전된다. 주요성분이 예를 들면 CF₄인 에칭가스가 가스 공급 파이프(14)를 통하여 처리실(11)로 공급되고, CF₄및 기타의 물질들이 활성종을 생성하도록 플라즈마를 만든다. 반도체웨이퍼 W 상의 실리콘 산화막이 이들 활성종에 의하여 에칭될 때, SiF₄및 CO^*(모니터 활성종)들이 생성된다. CO^*와 같은 활성종이 그들의 그라운드 상태로 복귀할 때 이들의 발생된 방출스펙트럼은 처리실(11)의 창(17)을 통과하고 렌즈(21)를 통하여 광검출기(22)로 들어온다. 광검출기(22)는 복수의 검출된 방출 스펙트럼으로부터 CO^*(483.5 nm)의 방출스펙트럼을 분리하고, 그것을 광강도 I를 나타내는 전기신호로 변화하며, 데이타 신호로서 종점 검출장치(30)로 보낸다.

데이타 신호가 종점 검출장치(30)에 의하여 받아졌을 때, 이하의 단계가 제4도에서 나타낸 바와 같이 종점 검출장치(30)의 내부에서 수행된다. 데이타 신호는 입력 데이타로서 종점 검출장치(30)에 인가된다(S1). 추출기(31)는 받아들여진 것으로부터의 광강도 I를 나타내는 이들 데이타를 추출하고(S2) 이들 데이타가 추출기(31)에 의하여 초기 시간 T₁의 범위내에서 수납되었는 가의 여부를 확인한다(S3). 그 대답이 “네”이면 추출기는 입력된 입력 데이타를 저장하기만 하는 연산유니트(32)에 하나식 보낸다(S4). 처리는(S1)으로 복귀되고 상술한 단계들이 계속되어 연산유니트(32)내에 보다 많은 입력데이타를 저장한다. 만약 (S3)에서의 대답이 “아니오”라면, 처리는 (S5)로 진행하고 소정시간 T₁이 경과되었는 지의 여부를 확인한다. 소정 시간주기 T₁가 경과된 것을 확인하였으며, 광강도 I의 평균치 m 및 분산치 σ²가, 저장된 입력 데이타의 근거하에, 연산 유니트(32)에 의하여 즉시 계산된다(S6). 처리는 (S1)으로 복귀한다.

(S5)에서 소정시간 T₁이 경과된 것이 확인된 때에는, 평균치 m 및 분산치 σ²를 나타내는 신호가 연산 유니트(32)로부터 연산 유니트(33) 및 비교기(34)로 보내진다. 연산 유니트(33)는 평균치 m를 저장하고 저장된 평균치 m에 대하여 추출기(31)로부터 하나씩 수납한 입력데이타의 편차를 계산한다(S7). 그와 같은 편차치를 나타내는 신호가 하나식 연산유니트(33)로부터 비교기(34)로 보내진다. 비교기(34)는 이미 저장된 분산치(또는 보다 확실한 표준편차 σ)와 편차치를 비교하고 얻어진 결과를 결정유니트(35)로 보낸다. 이들 결과의 각각에 응답하여, 결정 유니트(35)는 편차의 절대치가 기준치를 초과하였는 지의 여부를 결정하고(S9) 기준치를 초과하지 않았을 때, 처리는(S1)로 복귀하고 결정이 반복된다. (S9)에서 기준치를 초과하였다고 결정하였을 때는, 에칭처리가 그의 종점에 온 것으로 판단하고 에칭처리를 종료하기 위하여 결정 유니트(35)로부터 제어 유니트(40)로 제어신호가 보내진다.

본 발명의 상술한 실시예에 따르면, 연산 유니트(32)는 광강도 I에 관련된 데이타 신호를 추출기(31)로부터 하나씩 수납하고, 이들을 에칭처리의 소정 초기시간 T₁내에서 저장한다. 그와 같이 저장된 이들 데이타 신호의 근거하에, 광강도 데이타의 평균치 m 및 분산치 σ²를 계산한다. 일정한 초기 시간 T₁의 경과후에, 연산 유니트(33), 비교기(34) 및 결정 유니트(35)는 추출기(31)및 연산 유니트(32)로부터 한개식 수납된 데이타 신호, 또는 광강도 I, 이들의 평균치 m 및 분산치 σ²에 근거하여 에칭 처리의 종점을 결정하도록 상호간에 협력한다. 공급된 에칭가스의 양과 같은 에칭조건이 앞의 것과 약간 다르고 광강도 I의 파형이 제3도에서 나타낸 바와 같이 전기적 잡음에 의하여 불안정하게 되어도, 에칭처리의 시간에서의 상한및 하한 사이의 광강도 I의 변화가 광검출기(22)로부터 인가되는 전기신호의 덕분에 에칭처리의 종점에서의 변화와는 확실히 구별된다. 이는 에칭처리의 종점이 원하는 바에 따라 정확하게 검출될 수 있도록 한다. 따라서 에칭조건이 바뀔 때마다 문턱치를 설정할 필요가 없다. 다른 말로 하면, 본 발명은 에칭 조건이 변화하더라도 에칭처리의 종점을 정확하고도 효과적으로 검출할 수 있도록 한다.

상술한 실시예의 경우에, 플라즈마 P의 활성종이 그들의 그라운드 상태로 복귀할 때 발생하는 스펙트럼의 광강도 I가 통계적으로 처리되고, 에치처리의 종점이 그와 같이 통계적으로 처리된 광강도 I의 근거하에 검출된다. 그러나, 본 발명은 광강도에 한정되는 것은 아니다. 시간의 경과와 함께 광강도를 측정하면서 도출될 수 있는 곡선의 1차 또는 2차 미분치가 에칭처리의 종점을 검출하도록 통계적으로 처리될 수도 있다. 또한, 본 발명의 방법및 장치는 에칭처리의 종점을 검출할 목적에 한정되는 것은 아니다. 이는 예를 들면 플라즈마 처리가 진행됨에 따라 방출 스펙트럼이 변화하는 에칭장치와 같은 경우에도 적용될 수 있다.

[실시예 2]

종래의 방법에 있어서, 에칭처리의 종점은 검출요소를 사용하여 검출되었다. 따라서, 사용된 검출요소가 약간만 변화된 경우에는 전기적 잡음이나 에칭조건의 변화에 의하여 야기된 그의 강요된 변화에 의하여 변화가 오프셋된다. 간단히 말해서, 그의 진정한 변화가 그의 강요된 변화로부터 구별될 수 없으며, 따라서 에칭처리의 종점을 검출하는 것을 불가능하게 한다.

또한, 에칭처리의 시에는 미리 설정된 문턱치와 광강도 I와 같은 검출요소가 비교된다. 에칭 처리의 종점이 적용되는 에칭처리마다 변화하는 경우에, 광강도의 파형은 다수개의 단계를 그리며, 반도체 기판상에 형성된 상이한 막의 다양한 층 때문에 볼록하고 오목한 형상을 가지며, 따라서 모든 단계마다 종점의 판단이 반복되어야 하며 이는 에치처리의 종점을 정확하게 검출하는 것을 어렵게 만든다. 예를 들어 광강도 I 가 검출요소로서 선택되었을 때, 제5도의 에칭처리시에서의 제1 파형(I₁)및 에칭처리의 종점후에서의 제2 파형(I₂)에 의해서 나타낸 바와 같이, 에칭가스의 유량, 사용된 가스의 종류, 압력및 힘과 같은 에칭조건에 있어서의 변화에 의하여 불안정하게 된다. 에칭처리의 종점을 나타내는 제3 파형(I₃)의 문턱치 s가 제3 파형(I₃)의 시점 또는 종점에 인접하게 설정되었을 때는, 제1 파형 또는 제2 파형(I₁),(I₂)과 구별하기 어렵다. 에칭조건에 따른 안정된 종점결정은 불가능하다.

본 발명에 따르면, 광강도에 있어서의 어떠한 변화도 2차적으로 검출하면서 전기적인 잡음의 영향이 없이 에칭조건의 종점을 정확하게 검출할 수 있으며, 반도체 기판상의 막층이 상호간에 두께가 다른 경우에 각막층에 가해지는 각 에칭조건의 종점을 연속적으로 정확하게 검출하는 것이 가능한 종점검출방법및 그의 장치를 제공하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 종점검출장치(30)의 다른 실시예를 제6도 내지 제13도를 참조하여 설명한다. 제6도에서 나타낸 바와 같이, 이 장치는 제7도에서 나타낸 바와 같이 광검출기(22)로부터 인가되는 입력신호를 사용하여, 광강도 I 및 그들의 파형의 1차 미분치(또는 기울기)를 X-Y 축상에 그리기 위한 좌표변화기(41)와, 미리 결정된 문턱치 1s와 X-Y 축의 원점으로부터의 그와 같이 그려진 점의 거리 1를 비교하고 그 거리 1 이 문턱치 1s을 초과한 점을 변화-시점(S)(시작 굴절점:제8(b)도 참조)으로 간주하는 변화-시점 결정 유니트(42)과, 제8(b)도에서 나타낸 바와 같이 변화-시점(S)후의 기울기가 X 축에 가까워지는 그와 같이 그려진 1차 미분치에서의 점과 X축 값 (또는 광강도)이 변화하지 않고 Y 축의 값이 원점 0에 가까워지는 점을 광강도 I의 변화-종점으로서 간주하는 변화-종점 결정 유니트(43)와, 제10(a)도및 제10(b)도에서 나타낸 바와 같이 변화-종점 결정 유니트(43)에 의하여 결정된 종점을 X-Y 좌표내의 새로운 원점 0₁으로 설정하고, 원점을 이 새로운 원점 0₁으로 이동하기 위한 원점 이동기(44)를 포함하여 구성된다. 문턱치 1s는 이하의 식(I)에 의하여 결정된다:

1s = A × (Sx²+ Sy²) ……(I)

여기에서 Sx는 X(광강도)의 분산치, Sy는 Y(기울기)의 분산치, A는 임의의 상수이다.

좌표 변환기(41)는 광강도 I 및 기울기를, 광검출기(22)로부터 인가된 입력신호에 응답하여, X-Y 좌표내에서의 광강도및 기울기를 추적하기 위하여 X 및 Y 좌표치로 변환하기 위한 것이다. 이는 또한 X-Y 축의 원점 0으로서 소정시간동안의 광강도의 초기치및 그들의 초기 평균치 또는 기울기를 설정하도록 의도된 것이다. 소정의 초기 시간은 에칭처리의 시작부터 끝까지 임의의 설정된 특정 시간이다. 이는 에칭조건의 다양한 종류에 의존하는 것은 아니며 에칭처리의 다양한 종류에는 공통된 것이다. 변화-시점 결정 유니트(42)는 좌표변환기(41)로부터 인가된 신호를 받아들이며 그려진 점을 X-Y 좌표내에서 인식한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 에칭처리의 종점을 결정하며, 이 결정 결과를 플라즈마 처리장치(10)를 제어하기 위하여 제어유니트(40)로 보낸다. 변화-종점 결정 유니트(43)는 좌표변환기(41)로부터 인가된 신호를 수납하고 그려진 점(또는 Y 좌표치)과 문턱치(또는 가능한한 Y 축에서 원점 0에 가까운 값)과 비교하면서 종점 E을 인식한다. 따라서, 상술한 바와 같이 하여 에칭처리의 종점을 결정하고, 그 결과를 원점 이동기(44)로 보낸다. 제9도에서 나타낸 바와 같이 막층(51)내에 상이한 깊이를 각각 가지는 홈(53a)내지 (53c)을 형성하기 위하여, 마스크로서 레지스트(51)의 층을 사용하여 기판(50)의 불규칙한 표면상에 막층(51)이 에칭될 때, 광강도의 파형은 각 홈의 에칭이 끝날 때마다, 제10(a)도, 제13(a)도및 제13(c)도에서 나타낸 바와 같이 계단형상의 감소하는 곡선 또는 볼록하거나 오목한 곡선을 그리면서 변화한다. 원점 이동기(44)는 이 경우에 변화-종점 결정 유니트(43)로부터 인가되는 신호를 받아서 광강도의 파형이 그의 곡선을 변화할 때마다 원점 0을 새로운 원점 0₁으로 이동한다. 반도체 기판(60)상에 상호간의 위에 형성된 SiO₂및 Si₃N₄층 (61)및 (62)이 제12도에서 나타낸 바와 같이 그의 내부에 홈(63)을 형성하도록 CH₃+ CF₄+ Ar + O₂와 같은 에칭가스로 에칭될 때, 광강도 I의 파형은 제13(a)도에서 나타낸 바와 같이 볼록한 곡선을 그리면서 변화한다.

이하에서 종점 검출장치에 의하여 종점검출방법이 수행되는 것을 기술한다. 반도체 웨이퍼 W가 플라즈마 P로 에칭될 때 발견되는 방출 스펙트럼은 광검출기(22)에 의하여 하나씩 검출된다. 특정한 파장을 가지는 이들 방출 스펙트럼중의 한개가 선택되고 그의 광강도의 변화가 이 실시예에서 에칭 처리의 종점을 검출하기 위하여 사용된다. 이들 파형의 광강도 I 및 1차 미분치가 제7도에서 나타낸 바와 같이 좌표 변환기(41)에 의하여 X-Y 좌표에 그려지고 X-Y 좌표내에 그와 같이 그려진 값이 X-Y 좌표의 원점 0 으로부터 현저하게 분리되기 시작하는 위치가 에칭처리의 종점으로 결정된다.

보다 상세하게는, X-Y좌표의 원점 0은 초기 에칭단계에서의 소정시간동안의 광강도 I (또는 좌표치)및 그들의 평균치를 사용함으로서 설정된다. 그와 같이 그려진 점의 원점 0 으로부터의 거리 1가 소정의 문턱치 1s(제8(b)도 참조)보다 크게 되는 지점이 원점 0 으로부터 급격하게 분리되기 시작하는 지점으로서 사용될 수 있다. 이 위치는 광강도 I의 변화-시점 S로서 결정되고, 또한 변화-시점 결정 유니트(42)에 의하여 에칭 처리의 종점으로서 결정된다. 따라서, 에칭 처리시에, 제13(a)도및 제13(b)도에서 나타낸 바와 같이 광강도 I는 확실치않고 위아래로 오르내리는 불안정성을 보인다. 따라서, X 및 Y 좌표치로부터 명백한 바와 같이, X-Y 좌표내에 그려진 점 또는 값들은 제8(b)도에서 나타낸 바와 같이 원점 0 부근에서 와류와 같이 곡선을 그리면서 문턱치 1s의 범위내에서 연속적으로 변화한다. 그러나, 에치처리의 종점의 바로 전에, 광강도 I는 제8(a)도에서 나타낸 바와 같은 기울기를 그리면서 급격하게 감소된다. X 좌표치(광강도를 나타냄)가 급격하게 감소할 때, X-Y 좌표내에 그려진 값은 제8(b)도에서 나타낸 바와 같이 문턱 1s으로부터 벗어난다. 이 위치가 검출되고 변화-시점 결정 유니트(42)에 의하여 에칭처리의 종점 또는 변화-시점 S으로 결정된다. 변화-시점 S을 누르고 있던 점들은 제8(a)도에서 나타낸 바와 같이 X및 Y 좌표의 음의 영역에서 변화-종점 E을 향하여 아래로 구부러져 추종된다. 분산치 σ²의 적분치가 문턱치 1s 로서 바람직하게 사용될 수 있다.

에칭처리의 종점이 변화-종점 E에서 검출될 때, X축으로부터 아래쪽으로 곡선을 그리는 값들이 다시 Y = 0 또는 근접하는 점이 검출되고, 변화-종점 결정 유니트(43)에 의하여 에칭 처리의 종점 또는 변화-종점 E으로 결정된다. 변화-종점 E은 그려진 값이 기울기의 분산치보다 작을 수 있다. 변화-종점 E 또는 에칭 처리의 종점의 후에, 광강도는 위아래로 곡선을 그리면서도 낮은 레벨로 안정하다. 따라서, 그때 그려진 값 또는 점은 좌표치(I_E, 0)의 주위에서 와류와 같은 곡선을 그린다.

본 발명의 상술한 실시예에 따르면, 특정 파형을 가지는 스펙트럼이 에칭처리시에 플라즈마 P 로부터 야기된 스펙트럼으로부터 분리되고 그의 파형이 기울기가 X-Y 좌표에 그려진다. 단적으로, 에칭의 종점이 광강도 I 및 기울기내의 2차적인 변화를 이용하여 검출된다. 광강도 I 내의 어떠한 변화가 에칭처리시의 광강도 I 및 그의 파형의 기울기로부터 2차적으로 검출될 수 있으며 에칭처리의 종점이 어떠한 전기적 잡음의 영향을 받지 않고서 정확하게 검출될 수 있다. 에칭가스의 플라즈마 P 내의 특정 파형이 보였을 때, 광강도 I는 낮은 레벨로 안정되는데, 이는 에칭 처리시에 에칭가스가 소비되기 때문이다. 그러나, 에칭처리의 종점 후에는, 가스가 소비되지 않는다. 따라서, 광강도 I는 갑자기 상승하며, 제11(a)도및 제11(b)도에서 나타낸 바와 같이 변화한다. 그러나, 이 경우에, 에칭처리의 종점은 유사하게 검출될 수 있다.

제9도에서 나타낸 바와 같이 상이한 두께로 만들어진 막(51)이 동일한 방식으로 에칭될 때, 제10(a)도에서 나타낸 바와 같이 다른 영역과 두께가 다른 막(51)의 각 영역에 대하여 에칭이 종료되는 때마다 광강도 I는 계단형상으로 감소하는데, 이는 에칭처리의 종점이 막(51)이 가장 얇은 영역으로부터 가장 두꺼운 영역으로 연속적으로 도달하기 때문이다. 이는 다른 것과 상이한 두께를 가지는 다양한 막이 동일한 방식으로 에칭되는 경우에 볼수 있다. 에칭처리의 종점이 가장 얇은 막으로부터 가장 두꺼운 막으로 연속적으로 도달할 때마다, 광강도 I 또한 계단형상으로 감소한다. 다양한 종류의 막이 동일한 두께를 가지면서도 에칭될 영역이 상호간에 상이한 경우가 있다. 따라서, 각 막내에서 에칭처리의 종점이 도달될 때마다 제10(a)도에서 나타낸 바와 같이 광강도 I가 계단형상으로 감소된다. 상이한 에칭 영역을 각각 가지는 다양한 종류의 막의 경우에도 동일하게 말할 수 있다. 단적으로 말해서, 에칭율이 가장 큰 막으로부터 에칭율에 가장 적은 영역으로 성공적으로 에칭이 종료하는 때마다 광강도 I는 마찬가지로 감소된다.

상술한 예에서 제1 에칭이 종료한 때, 상술한 바와 같이 변화-종점 결정 유니트(43)에 의하여 에칭의 종점이 검출되고, 변화-종점 결정 유니트(43)로부터 원점 이동기(44)로 검출 신호가 보내진다. 이와 같이 인가된 검출 신호에 응답하여, 소정의 초기시간동안의 광강도 I의 초기 평균치및 이들의 파형의 기울기를 사용하여 X-Y 좌표내의 새로운 원점 0₁을 원점설정기(44)가 설정하고, 제1 원점 0을 새로운 원점 0₁으로 이동한다. 이 제1 에칭의 종점은 상술한 바와 같이 변화-종점 E으로부터 결정되고, 동일한 처리가 원점을 새로운 원점으로 이동하도록 연속적으로 반복된다. 모든 에칭이 종료하면, 원점 이동기(44)는 에칭 처리를 종료하도록 제어유니트(40)로 종점 신호를 보낸다.

광강도 I의 파형이 제13(a)도에서 나타낸 바와 같이 볼록한 곡선을 그리는 경우나, 또는 제13(c)도에서 나타낸 바와 같이 오목한 곡선을 그리는 경우에도, 원점 이동기(44)는 변화-종점 결정 유니트(43)로부터의 신호를 받아서 제13(b)도에서 나타낸 바와 같이 파형의 각 단계마다 원점 0을 새로운 원점 0₁으로 이동한다. 그렇게 하여 그려진 점은 이 경우에는 Y 축을 따라서 위아래로 대칭되는 곡선을 그린다.

에칭될 막이 두께가 상이한 영역을 가지는 경우에도, 변화-종점 결정 유니트(43)및 원점 이동기(44)는 협력하여 막의 각 영역의 에칭 처리의 종점을 연속적으로 정확하게 검출한다. 이 경우에는 신호가 변화-종점 결정 유니트(43)로부터 원점 이동기(44)로 보내지지만, 변화-시점 결정 유니트(42)로부터 원점 이동기(44)로 보낼 수도 있다.

본 발명은 에칭 처리에 적용되는 것이지만, 그의 방법및 장치는 플라즈마 처리가 진행됨에 따라 방출 스펙트럼이 변화하는 경우에도 적용될 수 있다.

[실시예 3]

종래의 플라즈마 처리 종점 검출방법에 있어서, 하나의 특정한 파장에서의 피이크 밀도(피이크 높이)가 선택된 활성종의 방출 스펙트럼의 방출 강도를 검출하는데 추적된다. 따라서, 만약 방출 강도가 낮으면, S/N (신호대 잡음)비가 검출감도를 낮추게끔 감소된다. 이는 플라즈마 처리의 종점을 정확하게 결정할 수 없게 만든다.

특히, 최근의 초고집적도에 대한 요망은 장치의 최소화를 필요로 한다. 따라서, 에칭과 같은 플라즈마 처리를 해야 하는 영역의 크기도 극도로 작아진다. 이 경우에, 에칭에 의하여 발생되는 활성종의 양도 매우 적으며 따라서 정확하게 측정하는 것이 매우 어렵다. 일반적으로, 플라즈마 반응에 의하여 형성되는 방출 스펙트럼의 방출밀도는 예를 들면 전원출력에 있어서의 약간의 변화, 매스플로우 콘트롤러의 영향, 처리압력에서의 변화 및 플라즈마에 의하여 야기된 기판 온도에 있어서의 증가등에 기인하여 언제나 변동한다. 따라서, S/N는 더욱 감소되어 활성종의 방출 스펙트럼의 방출 강도에 있어서의 변화를 정확하게 측정하는 것을 어렵게 한다.

따라서, 본 실시예에서는, 플라즈마 처리의 방출 스펙트럼의 낮은 방출강도에 기인하여 검출감도가 낮은 경우에도 높은 S/N 비로 플라즈마 처리의 종점을 정확하게 검출할 수 있는 방법이 제공된다. 보다 상세하게는, 본 실시예는, 피처리물에 대해 플라즈마를 이용한 처리가 행해질 때, 광검출 수단에 의하여 플라즈마내의 특정파장대역에서의 활성종의 방출 스펙트럼을 연속적으로 검출하는 단계와, 처리의 소정 초기시간내의 방출 스펙트럼의 방출강도의 합계평균치를 계산하는 단계와, 소정의 시간의 경과한 때에 계산치를 얻기 위하여 방출강도와 합계평균치사이의 편차 또는 비를 계산하는 단계및, 계산치가 소정 기준치를 초과하는 점을 처리의 종점으로서 판단하는 단계를 포함하여 구성되는 종점검출 방법을 제공한다.

활성종의 방출 스펙트럼은 특정한 고정폭을 가지는 파장영역에 걸쳐 검출되므로, 그 검출은 각 개별적인 파장에서의 광량이 적더라도 전체적으로 대량의 광량에 대하여 수행될 수 있다. 이러한 이유로, 방출스펙트럼의 방출 강도가 낮거나 또는 광검출기의 감도가 낮은 경우에도, 플라즈마 처리의 종점이 높은 S/N 비및 높은 정확도로 검출될 수 있다.

부가적으로, 본 실시예에서는, 특정 파장대역에서의 적어도 한개의 활성종의 방출강도의 피이크치및 적어도 한 활성종에서와 방출 스펙트럼의 방출 강도의 합계평균치를 검출함으로써, 또한 방출강도의 피이크치와 합계평균치 사이의 편차 또는 차이를 계산함으로서 플라즈마 처리의 종점을 검출하는 것이 가능하다. 이 방법에 있어서, 검출하기 쉬운, 즉 방출강도의 높은 피이크치를 가지는 활성종이 감시되는 동안, 낮은 방출 강도때문에 검출하기는 어렵지만 플라즈마 처리 종점검출에는 중요한 활성종의 방출 스펙트럼이 특정하게 고정된 폭을 가지는 파장대역에 걸쳐서 감시된다. 따라서, 플라즈마 처리조건에 따라서 감시될 대상물을 적절히 선택함으로써 S/N 비가 증가될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리에 대한 종점검출이 높은 정확도로 수행될 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 활성종의 특정 파장대역 또는 활성종의 방출강도의 피이크치가 다른 활성종의 방출강도의 피이크치에 대하여 강하게 나타나는 범위에서 선택되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 감시될 활성종의 방출강도의 피이크치 또는 파장대역이 다른 활성종의 방출강도의 피이크치에 대해서 강하데 나타나는 대역, 즉 다른 활성종의 방출의 영향이 무시될 수 있는 방출 스펙트럼대역으로부터 선택된다. 이는 낮은 감도의 광검출기라도 검출을 용이하게 수행하도록 한다. 부가적으로, S/N 비는 더욱 증가될 수 있다.

그의 방출강도의 피이크치 또는 방출 강도의 합계평균치가 검출될 하나의 활성종으로서, 처리가스의 활성종을 선택하고, 방출강도의 합계평균치 또는 방출강도의 피이크치가 검출되는 다른 활성종으로서 플라즈마 처리와 반응생성물을 선택하는 것이 바람직하다. SiO₂막을 에칭하는 경우에, 플라즈마 처리가 종료될 때 예를 들면 CHF₃와 같은 CF 기 가스를 처리가스 활성종으로서는 더 이상 사용하지 않으며, 가스의 양도 비교적 증가한다. 따라서, 방출 스펙트럼의 방출강도 역시 증가한다. 한편, 플라즈마 처리가 종료할 때 예를 들면 CO와 같은 반응 생성물은 더 이상 생성되지 않으며 반응생성물의 양도 상대적으로 감소한다. 따라서, 방출스펙트럼의 방출강도 역시 감소한다. 이러한 방식에서, 플라즈마 처리의 종점은 플라즈마 처리의 종점에서 상이한 변화를 나타내는 적어도 2 개의 활성종의 근거하에 검출된다. 이는 높은 정확도로 용이한 결정을 허용한다.

또한, 본 실시예의 종점 검출방법에 있어서는, 감시될 활성종의 파장대역 또는 방출강도의 피이크치는 실리콘(Si)의 방출강도의 피이크치를 제외한 대역에서 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 255 내지 287 nm의 파장대역을 가지는, 감시될 활성종의 파장대역 또는 방출강도의 피이크치는, 243 내지 252 nm의 파장대역 또는 288 nm의 파장대역을 가지는 실리콘 산화막의 하층으로서 실리콘의 방출강도의 피이크치가 나타나는 파장대역을 제외한 대역에서 선택된다. 이는 실리콘의 방출 스펙트럼으로부터 결과되는 잡음을 무시할 수 있도록 하며, 결과적으로 플라즈마 처리의 종점이 높은 S/N 비로 검출될 수 있다.

또한, 감시될 활성종의 방출강도의 피이크치로서 일산화탄소(CO)의 방출강도의 피이크 치를 선택하는 것이 바람직하다. 이는 특히 CF 기 처리가스를 사용하여 실리콘 산화막을 에칭하는 데 바람직하다. 이 경우에, 일산화탄소(CO)의 방출강도의 피이크치에 있어서의 변화가 하나의 기준으로서 감시된다. 실리콘 산화막의 반응생성물로서의 일산화탄소(CO)의 양과 CF 기 가스의 양은 에칭이 끝날 때 급격히 감소한다. 일산화탄소(CO)의 양이 급속히 감소되면, 그의 방출강도 역시 급격히 감소한다. 결과적으로 종점의 검출이 용이해진다.

제14도는 본 발명의 종점 검출방법이 적응되는 플라즈마 에칭 시스템(71)을 나타내는 개략도이다. 이 에칭 시스템(71)은 원하는 감압 분위기로 조절가능한 긴밀하게 구성된 처리실(73)과, 이 처리실(73)내에 배치된 한쌍의 대향하는 상부및 하부전극(74)및 (75) 및, 처리실(73)내의 방출 스펙트럼을 모니터하기 위한 콘트롤러(76)를 포함하여 구성된다. 예를 들면 반도체웨이퍼(73)와 같은 피처리물은 정전척과 같은 고정수단에 의하여 하부전극(75) 상에 고정된다. 웨이퍼상에 형성된 실리콘 산화막은 처리가스에 의하여 선택적으로 에칭될 수 있다.

처리실(73)은 게이트 밸브(77)및, 필요하다면 로드록실(78)을 통하여 카세트실(도시않됨)과 결합된다. 처리를 행할 때에, 피처리물(72)은 밸브(77)를 개방함으로써 반송기구(도시않됨)에 의하여 처리실(73)의 안팎으로 이동할 수 있다. 처리실(73)은 가스 도입파이프(79) 및 배출파이프(80)에 접속된다. 가스 도입파이프(79)는 예를 들어 CHF₃와 같은 CF 기 가스및 필요하다면 예를 들면 아르곤가스 또는 헬륨가스와 같은 불활성기체를 공급하기 위한 것이다. 배출파이프는 잉여가스나 반응생성물기체와 같은 것을 배출하기 위한 것이다. 이들 파이프(79)및 (80)로써, 처리실은 예를 들면 200 mTorr 정도의 소정의 감압분위기에 놓여질 수 있다.

상부에 하부전극(74)및 (75)은 평행평판전극을 구성한다. 즉, 상부 전극(74)은 접지되고, 하부전극은 매칭 캐패시터(81)를 통하여 RF 전원(82)에 접속된다. 이러한 구성으로 RF 전압이 2개의 전극 사이에 인가될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 피처리물은 예를 들면 정전척을 사용함으로써 하부전극(75)상에 고정될 수 있다.

석영등으로 구성된 상(83)은 상부및 하부전극(74)및 (75)의 사이에서 발생한 플라즈마의 방출을 외부로 전달하기 위하여 처리실(73)의 측벽에 형성된다. 이 창(83)의 근방에는, 창(83)을 통하여 전달된 광을 집속하기 위하여 배치된다. 렌즈(84)에 의하여 집속된 광은 광파이버(85)를 통하여 2 개의 광성분으로 분할되고 콘트롤러(76)로 공급된다. 창(83), 렌즈(84) 및 광파이버(85)는 광검출 수단을 구성한다. 이러한 광검출 수단의 사용에 의하여, 200 nm 까지의 단파장의 방출을 검출하는 것이 가능하다.

콘트롤러(76)는 스펙트로스코프(91)및 (92)와, 광전 변환기(93)및 (94)와, 증폭기(95)및 (96)및 결정 유니트(97)를 포함하여 구성된다. 스펙트로스코프(91)및 (92)는 전송된 광성분의 소정범위내에서 스펙트럼을 얻는다. 광전변환기(93)및 (94)은 스펙트로스코프(91)및 (92)에 의하여 얻어진 특정 파장에서의 광성분을 각각 전기신호로 변환한다. 증폭기(95)및 (96)는 광전변환기(93)및 (94)로부터의 전기신호를 각각 증폭한다. 결정 유니트(97)는 특정파장에서의 광성분에 대응하는 전기 신호에 대한 소정의 계산을 수행하고 계산결과로부터 에칭의 종점을 결정한다.

에칭가스로서 CF₃과 같은 CF 기 가스가 사용되면, 한쌍의 스펙트로스코프(91)및 광전변환기(93)를 사용함으로써 240 내지 350 nm, 바람직하게는 240 sowl 280 nm, 보다 바람직하게는 255 내지 287 nm 범위의 파장대역을 가지는 장을 감시하는 것이 가능하다. 이들 파장대역으로부터 감시될 광의 대역을 선택함으로써, 243 내지 252 nm와 288 nm의 방출강도의 피이크치를 가지는 실리콘의 방출 스펙트럼과 원하는 처리가스의 방출 스펙트럼의 혼동을 피하는 것이 가능하며, 그의 반대도 가능하다.

상술한 바와 같이 본 실시예의 종점검출방법에 있어서는, 특정 폭을 가지는 파장대역내에서의 광이 감시되고, 플라즈마 처리의 종점이 이러한 파장대역에서의 광의 합계평균치를 계산함으로써 검출된다. 이는 종래의 방법에서는 사용되지 않았던 비교적 낮은 분해능과 비싸지 않은 간섭필터의 사용을 가능하게 한다. 특히, 전송 중심 파장을 240 내지 280 nm, 바람직하게는 255 내지 287 nm의 거의 절반내에 설정함으로써 10 내지 20 nm로 반폭이 설정되는 간섭필터를 사용함으로서 저렴한 실리콘 포토사이오드를 광전변환이 수행될 수 있다. 한편, 만약 반응 생성물가스 예를 들면 일산화탄소의 반응생성물이 생성되는 것이 기대되면, 다른 쌍의 스펙트로스코프(92)및 광전변환기(94)가 예를 들면 210 및 236 nm사이의 범위의 파장대역내의 광성분을 감시하며, 플라즈마 처리의 종점은 이들 광성분의 합계평균치를 계산함으로서 결정된다. 이 경우에, 상기 파장대역 범위, 예를 들면 219.0 nm, 230.0 nm, 211.2 nm, 232.5 nm및, 224 내지 229 nm중의 어느 한개의 파장으로부터 선택된 특정 파장을 감시하는 것이 가능하다. 플라즈마 처리의 종점은 그 파장에서의 방출강도의 값의 근거하에 직접 결정될 수 있다.

제15도및 제16도는 800 W의 RF 전력, 200 mTorr의 처리압력, 50 sccm의 CHF₃가스 유량의 조건하에 CHF₃가스를 사용함으로써 실리콘 산화막상에 플라즈마 에칭이 수행될때 200 내지 400 nm의 파장대역내의 방출 스펙트럼을 나타낸다. 제15도및 제16도의 각각에 있어서, 두꺼운 선은 어떠한 실리콘 산화막도 형성되지 않은 웨이퍼를 나타내며, 얇은 선은 전체 표면상에 실리콘 산화막이 형성된 웨이퍼를 나타낸다.

제15도및 제16도에서 나타낸 바와 같이, 240 내지 350 nm, 바람직하게는 240 내지 280 nm, 보다 바람직하게는 255 내지 287 nm의 파장 대역을 가지는 광을 선택함으로써 특정 폭으로 파장대역을 감시함으로써, 각 파장의 피이크 치의 강도가 낮은 경우라도 높은 정확도의 감시가 가능하다. 특히, 상기 범위내의 파장대역을 선택함으로써, 처리가스의 방출스펙트럼에 있어서의 변화가 243 내지 252 nm및 288 nm 에서의 방출 강도의 피이크치를 가지는 실리콘의 방출스펙트럼에서의 변화에 의하여 영향을 받지 않고서도 감시될 수 있다.

제17도및 제18도는 800 W의 RF 전력, 10 mTorr의 처리 압력, 50 sccm의 CHF₃가스 유량의 조건하에 CHF₃가스를 사용함으로써 실리콘 산화막상에 플라즈마 에칭이 수행될때 200 내지 400 nm의 파장대역내의 방출 스펙트럼을 나타낸다. 제15도및 제16도에서와 같이, 제17도 및 제18도의 각각에 있어서, 두꺼운 선은 어떠한 실리콘 산화막도 형성되지 않은 웨이퍼를 나타내며, 얇은 선은 전체 표면상에 실리콘 산화막이 형성된 웨이퍼를 나타낸다.

제17도및 제18도에서 나타낸 10 mTorr의 처리 압력에서의 에칭처리와 제15도및 제16도에서 나타낸 200 mTorr의 처리 압력에서의 에칭처리를 비교함으로써 잘 이해될 수 있는 바와 같이, 최근에 주목을 끌고 있는 저압 처리에서의 CF₃의 방출스펙트럼의 방출강도가 낮다. 본 예에서와 같이 방출강도가 낮으면, 낮은 감도의 광검출기로는 해당 방출 스펙트럼을 검출하는 것이 어렵다. 그러나, 본 실시예에 있어서는, 예를 들면 240 내지 280 nm의 파장대역에서의 방출 스펙트럼이 감시된다. 따라서, 각 방출 스펙트럼의 피이크 파장의 방출강도가 낮은 경우라도, 어느정도의 방출 강도가 전체적으로 얻어질 수 있다. 이러한 이유에서, 이들 방출강도의 합계평균치를 계산함으로써 높은 정확도의 측정이 수행될 수 있다. 이는 플라즈마 처리의 종점의 정확한 결정을 용이하게 한다.

본 실시예의 근거하에 수행되는 플라즈마 에칭방법을 이하에서 기술한다. 먼저, 예를 들면 반도체웨이퍼인 피처리물(72)이 반송기구 (도시않됨)에 의하여 로드록실(78)로부터 반송되어 처리실(73)내의 하부전극(75)상에 놓인다. 소정의 패턴을 가지는 마스트가 통상의 포토리소그래피 처리에 의하여 이 반도체 웨이퍼의 산화 실리콘막상에 형성되어 있다. 계속하여, 게이트 밸브(77)가 폐쇄되고, 처리실(73)은 배출 파이프(80)를 통하여 소정의 진공도, 예를 들면 200 mTorr 로 진공처리된다. 그 후에, 예를 들면 CF₃와 같은 CF기 가스가 소정의 가스압을 유지하기 위하여 가스 도입 파이프(79)로부터 소정의 유량으로 에칭가스로서 공급된다. 부가적으로, 소정의 주파수, 예를 들면 13.57 MHz의 RF 전원및 소정의 전력, 예를 들면 수백와트의 전력이 상부및 하부전극(74)및 (75)의 사이에 인가된다. 결과적으로 플라즈마가 생성되고, 피처리물(72)의 표면상의 실리콘 산화막이 이 플라즈마로 에칭된다.

예를 들면 CF₃과 같은 처리실(73)내로 공급된 CF 기 가스는 CF₂와 같은 다양한 활성종을 발생하도록 플라즈마 내에서 분해된다. 이들 활성종은 에칭이 진행되도록 실리콘 산화막과 반응한다. 이러한 에칭에 의하여, SiF_X, 일산화탄소, 및 CO⁺이온과 같은 반응 생성물이 생성된다. 이들 반응 생성물중에서, 일산화 탄소와 CO⁺이온및 에칭가스로서의 CHF₃가스는 그들의 특정한 방출 스텍트럼과 함께 광을 방출한다. 따라서, 이들 물질에 의하여 방출된 광성분이 검출된다. 이러한 방식으로 방출된 광성분은 처리실(73)의 석영창(83)을 통하여 렌즈(84)에 의하여 집속되고, 광파이버(85)를 통하여 콘트롤러(76)로 안내된다. 콘트롤러(76)로 안내된 광성분은 스펙트로스코프(91)및 (92)에 의하여 스펙트럼으로서 처리 및 표시된다. 이들 스펙트럼들은 특정 파장대역내에 포함된 방출 스펙트럼으로서 또는 특정 파장에서의 방출 스펙트럼으로서 광전 변환기(93)및 (94)로 전달된다.

이와 같은 방식으로 얻어진 방출 스펙트럼은 반응생성물및 처리가스의 방출 스펙트럼의 합성의 결과이다. 따라서, 특정 파장 또는 특정 파장 대역에서, 검출될 활성종의 방출강도는 어떤 경우에는 다른 활성종의 방출강도보다 상당히 높다. 이 경우에, 예를 들어 아르곤 가스가 플라즈마 안정가스로서 사용된다면, 일산화탄소 또는 CO⁺이온의 방출 스펙트럼은 350 내지 860 nm의 파장대역에서 아르곤 가스의 방출스펙트럼과 거의 중복된다. 그러나, 210 내지 236 nm의 파장대역내에서는, 일산화탄소 또는 CO⁺이온의 방출 스펙트럼은 용이하게 검출될 수 있는데, 그 파장대역에는 아르곤 가스의 방출 스펙트럼이 없기 때문이다. 따라서, 이러한 방식으로 파장대역을 선택하고 선택된 파장대역내의 방출 스펙트럼의 합계평균치를 그의 변화를 검출하기 위해서 계산함으로써, 처리실내의 일산화탄소의 양에 있어서의 변화를 검출하는 것이 가능하다. 부가적으로, 일산화탄소 또는 CO⁺이온은 특히, 219.0 nm, 230.0 nm, 211.2 nm, 232.5 nm및, 224 내지 229 nm의 파장에서 내재적인 방출 스펙트럼을 가진다. 따라서, 플라즈마의 종점은 이들 파장에서의 방출 강도의 피이크치의 근거하에 직접 결정될 수 있다.

상기의 내용을 고려하여, 실리콘의 방출스펙트럼에서 야기되는 잡음을 제거하고, CHF₃의 분해에 의해 얻어지는 CF₂래디컬의 방출 스펙트럼을 검출하기 위해서, 스펙트로스코프(91)는 예를 들면 240 내지 350 nm, 바람직하게는 240 내지 280 nm의 파장대역에서의 검출을 수행하도록 설계된다. 또한, 스펙트로스코프(92)는 210 내지 236 nm, 또는 219.0 nm에서의 파장대역에서의 방출강도의 피이크치를 검출하도록 설계된다.

이들 스펙트로스코프(91)및 (92)로부터 전달된 광성분은 콘트롤러(76)에 의하여 그들의 각 파장 스펙트럼에 상당하는 전기신호로 변환된다. 이 경우에, 특정 파장대역내의 방출 스펙트럼의 합계평균치가 계산되고, 특정 파장에서의 방출 스펙트럼의 피이크치를 가지는 방출 스펙트럼의 피이크치가 직접 사용된다. 결정유니트(97)는 이들 값을 사용함으로서 소정의 계산을 수행하고 계산된 값의 근거하에 에칭의 종점을 판단한다.

에칭의 종점의 결정은 다음과 같다. 즉, 이 연산 유니트는 특정 파장 대역내의 목적 활성종의 방출 스펙트럼의 방출강도의 합계평균치나 특정 파장에서의 이들 방출 스펙트럼의 방출강도의 피이크치를 나타내는 변화 곡선의 기울기가 상호간에 일치되도록 하는 계산을 수행하고, 그에 의하여 계수를 얻는다. 계속하여, 연산 유니트는 이 계수를 그 후에 얻어진 방출강도에 대한 소정의 계산을 수행하기 위하여 사용하고 방출강도의 비를 계산한다. 에칭의 종점은 비의 값이 소정의 기준치를 초과할 때 결정된다.

보다 상세하게는, 스펙트로스코프(91)및 (92)에 의하여 얻어진 광의 방출강도(또는 방출강도의 합계평균치)는 에칭이 진행됨에 따라서 제19(a)도 내지 제19(c)도에서와 같은 변화곡선을 그리도록 변화된다. 제19(a)도는 하나의 활성종에 관한 방출강도(또는 그의 합계평균치)에서의 변화(광전변환기(93)로부터의 출력 Ch₀에 해당)와, 생성된 가스에 관한 방출강도(또는 그의 합계평균치)에서의 변화(광전변환기(94)로부터의 출력 Ch₁에 해당)를 나타낸다.

결정유니트(97)는 이하의 계산을 행한다.

(1) 그러한 변화곡선의 지정된 간격에서 평균치 AVE₀및 AVE₁가 계산된다.

(2) 지정된 간격내에서의 평균치 AVE₀및 AVE₁및 N 측정치 CH₀와 CH₁사이의 편차의 절대치가 각각 계산되어 지정된 간격 평균 A₀및 A₁을 얻는다(영역계산).

(3) 지정된 간격 평균 A₀및 A₁의 비 R가 계산된다. 지정된 간격평균 A₀및 A₁및 비 R는 상술한 지정간격에 대하여 계산된다.

(4) Ch′₀를 얻기 위하여 광전변환기(93)의 출력 CH₀로부터 평균치 AVE₀가 감해진다. (제19(b)도의 e 곡선참조).

(5) Ch′₀가 Ch″₀를 얻기 위하여 비 R에 의하여 나누어진다(제19(b)도의 f 곡선). 계속하여, Ch₀를 나타내는 곡선의 기울기및 Ch₁을 나타내는 곡선의 기울기가 상호간에 일치된다.

(6) Ch″₀은 Ch₁의 평균치를 Ch″₀에 더함으로써 계산된다. 계속하여, 이것은 Ch₁을 나타내는 곡선과 일치된다.

(7) 출력 Ch₁에 대한 계산치 Ch″₀의 비 r 이 계산된다. 만약 비 r가 미리 설정된 소정의 기준치(문턱치)를 초과하여 변하면, 이 점이 에칭의 종점으로서 결정된다.

상기한 계산에 있어서, 출력 Ch₀은 계수를 사용하여 변환된다. 대신에, 계수에 의하여 출력 Ch₁을 변환하는 것도 가능하다. 결정 유니트(97)에 의하여 수행된 계산은 상술한 방법의 것에 한정되는 것은 아닌다. 예를 들면, 2 출력의 변화곡선의 대략적인 곡선을 얻고 이들 개략의 곡선의 기울기를 상호간에 일치시킴으로서 비를 계산하는 것도 가능하다.

결정 유니트(97)의 이러한 결정의 근거하에, 에칭처리는 오퍼레이터로부터의 명령에 의하여, 또는 자동적으로 종료된다. 만약 피처리물이 오버에칭을 필요로 한다면, 그러한 목적을 위한 프로그램이 미리 결정 유니트(97)내에 저장된다. 이 경우에, 에칭의 종점후에 미리 정해진 오버에칭시간이 결정 될 때 에칭이 종료된다.

본 실시예는 예로서 반응 생성물로서 일산화탄소의 방출스펙트럼의 검출을 들어 기술되었다. 그러나, 본 실시예는 이것에 한하지는 않는다. 예를 들어, 저압 처리를 행하려면, 제20도에서 나타낸 바와 같은 SiF 래디컬의 방출스펙트럼이 플라즈마 에칭처리에 대한 종점검출에 사용될 수 있다. 이 경우에, 감시될 파장대역은 430 내지 450 nm 로 설정된다. 선택적으로, 결정에 있어서 436.8 nm, 438.8 nm, 440.05 nm, 또는 443.0 nm의 특정파장에서의 SiF 래디컬의 방출강도의 피이크치를 사용하는 것도 가능하다.

부가적으로, 본 실시예는 예를 들어 실리콘 산화막에 대한 에칭이 수행되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 실시예는 그러한 에칭에 한하는 것은 아니며, 예를 들면 폴리실리콘막 또는 알루미늄 합금막의 에칭에도 사용가능하다. 또한, 에칭될 막의 하층막은 단결정 실리콘이외의 물질로 구성된 것일 수 있다. 예를 들면 폴리실리콘이다.

또한, 본 실시예는 피처리물이 캐소드측에 놓이는 캐소드 결합식 또는 애노드측에 놓이는 애노드 결합식의 어느 에칭시스템에도 적용가능하다. 본 실시예는 또한 부가적으로 마련된 열이온원을 사용함으로써 방출영역내에서 반응가스 플라즈마가 발생되고 이 반응가스 플라즈마가 에칭영역으로 도입되는 에칭처리에도 적용가능하다. 본 실시예는 또한 유도결합식 에칭장치에도 적용가능하다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 근거한 종점 검출방법에 있어서는, 감시될 활성종의 방출 스펙트럼이 그 활성종의 방출강도의 피이크치가 아니고 특정하게 고정된 폭을 가지려 그 활성종의 방출강도가 다른 활성종의 방출강도의 피이크치와 중복되지 않는 방출 스펙트럼 범위, 즉 다른 활성종의 방출의 영향이 무시될 수 있는 방출 스펙트럼 범위에 걸쳐서 감시된다. 따라서 각 개별적인 파장에서의 광량이 작은 경우라도 전체적으로는 많은 광량으로 검출이 수행될 수 있다. 이는 광검출기가 낮은 감도로 사용되는 경우에도 플라즈마 처리 종점의 검출을 높은 S/N 비로 정확히 검출할수 있도록 한다.

[실시예 4]

평행평판형 전극을 가지는 플라즈마 처리 시스템은 반도체 장치의 집적도가 대폭적으로 증가함에 따라 요구되는 서브미크론급 또는 서브하브미크론급의 초미세 처리를 수행하기가 어렵다. 이러한 방식의 플라즈마 처리 시스템에 의하여 그러한 초미세 처리를 수행하기 위하여는, 저압분위기에서 높은 정밀도로 높은 밀도의 플라즈마를 제어하는 것이 중요하다. 부가적으로, 이러한 플라즈마는 대구경 반도체웨이퍼를 처리하기 위하여 큰 영역에서 균일해야 한다. 또한, 상수한 종류의 플라즈마 처리 시스템에 있어서는, 전극자체가 플라즈마의 발생에 대한 중금속 오염원으로서 작용한다. 이는 초미세 처리가 필요로 될 때 특히 심각한 문제이다.

이러한 기술적인 요구를 만족시키기 위하여, 새로운 플라즈마원을 만들려는 다양한 시도가 있어왔다. 그러나, 현재까지 이러한 고수준의 기술적인 요구를 만족하고 구조적으로 단순한 기술은 성립되지 않고 있다. 본 실시예에 있어서는, 구조가 단순하며, 저압분위기에서 넓은 영역에서의 균일한 고밀도 플라즈마를 형성하고, 높은 정확도로 플라즈마를 제어하며, 전극재료로부터의 중금속 오염을 피할수 있으며, 상술한 실시예 1 내지 3에 기술된 종점 검출방법을 달성할 수 있는 플라즈마 처리 시스템이 제공된다. 보다 상세하게는, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템은 그의 한 끝단이 개방 끝단을 형성하고, 그의 다른 끝단은 RF 전원에 접속되며, 피처리물의 피처리면위에서 처리실의 외벽의 일부를 나선형으로 둘러싼 안테나 수단과, 도전성 재료로 구성되며 피처리물의 표면근방에 마련되는 접지수단을 포함하여 구성되며, 안테나 수단에 의하여 둘러싸이는 처리실의 적어도 일부는 전자파를 전달하는 절연재료로 만들어진다.

상술한 구성에 있어서, 처리가스는 안테나 수단을 통하여 RF 전원으로부터의 전자파의 에너지를 인가함으로써 활성화되고, 그에 의하여 고밀도의 플라즈마를 발생한다. 이는 접지수단 근방에 놓인 피처리물의 피처리면상에 에칭과 같은 플라즈마 처리를 수행하는 것이 가능하도록 한다. 본 실시예는 종래의 ECR 시스템에서 사용되는 것과 같은 대규모 자계를 형성하기 위하여 전자석과 같은 대규모 구성부나 마이크로파를 전달하기 위한 도파관의 사용을 불필요하게 한다.

제21도는 본 발명에 따른 종점검출 방법을 수행하기 위한 플라즈마 에칭 시스템의 일예를 나타낸다. 이 플라즈마 에칭 시스템(101)은 대략 원통형인 처리실(102)과 이 처리실(102)의 외벽을 나선형으로 둘러싸는 루프 안테나(103)를 포함한다. 처리실(102)은 석영, 유리 또는 실리콘 카바이드와 같은 절연성 재료로 구성되며, 전자파를 전달할 수 있다. 루프 안테나(103)는 예를 들면 동으로 만들어진다. 루프 안테나(103)지 하부 끝단(103A)은 개방된 끝단으로 형성되며, 그의 상부 끝단(103B)은 매칭회로(104)를 통하여 RF 전원(105)으로 접속된다. 처리실(102)은 스테인레스강 베이스(106)상에 놓인다.

가스원(도시않됨)으로부터 예를 들면 CHF₃와 같은 소정의 처리가스를 공급하기 위한 가스 도입 라이프(107)가 처리실(102)의 상부벽의 중앙에 접속된다. 예를 들면 진공 펌프(도시않됨)와 같은 배기수단을 이동함으로써 처리실(102)을 배기하기 위한 배출 파이프(108)는 베이스(106)를 통하여 처리실(102)의 하부에 접속된다. 예를 들면 반도체 웨이퍼 W인 피처리물을 놓기 위한 서셉터(109)는 처리실(102)의 중앙에 배치된다. 이 서셉터(109)는 또한 승강유니트(도시않됨)에 의하여 처리실(102)과 베이스(106) 사이를 수직으로 이동가능하도록 설계된다. 로드록실(도시않됨)이 처리실(102)과 연이어 통하도록 하는 게이트 밸브(110)는 베이스(106)의 측벽에 마련된다. 서셉터(109)는 스테인레스강과 같은 도전성 재료로 만들어지며, 적절한 배선수단에 의하여 접지된다.

상술한 구성의 플라즈마 에칭시스템에 있어서, 먼저 게이트 밸브(110)가 개방되고, 예를 들면 반도체 웨이퍼 W인 피처리물이 인접한 로드록실로부터 반송아암(도시않됨)에 의하여 예를 들면 수십 mTorr의 감압분위기로 미리 진공화된 처리실(102)내로 반송된다. 이 반도체웨이퍼 W는 정전척과 같은 적절한 고정수단에 의하여 서셉터(109)상에 고정된다. 그리고, 서셉터(109)는 원하는 처리영역으로 상승하고 그 영역에 고정된다. 그 후에, 예를 들언 CHF₃인 소정의 처리가스가 가스 도입 파이프(107)로부터 처리실(102)내로 도입되고, 예를 들면 13.56 MHz의 RF 전압이 RF 전원(105)으로부터 루프 안테나(103)로 인가된다. 루프 안테나(103)는 전자파의 에너지를 처리실(102)내로 방사한다. 그리고, 처리가스는 이 전자파 에너지에 의하여 플라즈마로 분해된다. 이러한 플라즈마는 접지된 서셉터(109)상에 놓인 피처리물의 피처리면상에 플라즈마류로서 방사된다. 따라서, 예를 들면 에칭처리인 플라즈마 처리가 피처리면상에 형성된 실리콘 산화막상에서 수행된다. 플라즈마 처리가 완료되고, 종료되며, 처리실(102)내의 잔여가스가 배기 파이프(108)를 통하여 배기된다. 그 후에 서셉터(109)가 아래쪽으로 이동하고, 게이트 밸브(110)가 개방되며, 피처리물이 반송아암(도시않됨)에 의하여 처리실(102)의 밖으로 반송된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예는 ECR 시스템에서 사용된 것과 같은 대형 자계를 형성하기 위한 전자석과 같은 대규모 구성물이나 마이크로파를 전달하기 위한 도파관을 사용하지 않고서도 저압 분위기에서 처리실(102)내의 대규모 영역에서 균일한 고밀도의 플라즈마를 용이하게 발생할 수 있다. 부가적으로, 플라즈마는 어떠한 전극도 사용하지 않고서도 발생될 수 있으므로, 전극재료에 의하여 야기되는 중금속 오엄을 피할 수 있다.

제22도는 본 발명에 따른 종점 검출방법을 수행하기 위한 플라즈마 에칭 시스템의 다른 예를 나타낸다. 제22도에서의 이러한 플라즈마 에칭 시스템(121)의 기본 구성은 제21도에서 나타낸 것과 거의 동일하다. 따라서, 제21도에서와 동일한 부분을 나타내는 참조부호는 상세한 설명을 생략한다.

제22도에서 나타낸 바와 같이, 플라즈마 에칭 시스템(121)의 처리실(122)는 중앙으로 향하여 굽어진 상부벽을 가지며, 전자파를 전달하는 석영과 같은 도전성 재료로 구성된 대략 원통형 측벽(122A)을 가진다. 가스 도입 파이프(107)는 처리실(122)의 굴곡부(122B)의 중앙에 전속된다. 루프 안테나(103)는 원통형 측벽(122A)을 나선형으로 둘러싼다. 서셉터(109)는 접지되어 있으며 스테인레스강과 같은 도전성 재료로 만들어진 베이스(106)를 통하여 연장된다. 서셉터(109)는 매칭회로(123)를 통하여 RF전원(124)에 접속되며 처리를 수행하는 바이어스 전압이 인가된다.

이러한 구성에 있어서, RF 전원(105)은 루프 안테나(103)에 RF 전력을 인가한다. 계속하여, 처리실(102)내에 형성되고 대영역에서 균일한 고밀도 플라즈마가 서셉터(109)에 인가된 바이어스 전위에 의하여 높은 정확도로 제어될 수 있다. 이는 극도로 높은 정확성으로 에칭처리를 할 수 있게 한다.

제23도는 본 실시예에 근거한 플라즈마 에싱 시스템(131)을 나타내는 개략도이다. 이 에싱 시스템(131)은 전자파를 전달하는 예를 들면 석영 또는 실리콘 카바이드와 같은 절연성 재료로 만들어진 도움형 처리실(132)을 포함한다. 가스 도입 파이프(140)는 처리실(132)의 도움의 상부벽에 접속된다. 가스 도입파이프(140)는 예를 들면 가스원(도시않됨)으로부터 산소와 프레온계 가스의 가스 혼합물과 같은 소정의 처리가스를 공급할 수 있다. 루프 안테나(133)는 예를 들면 동으로 만들어지고 처리실(132)의 외부벽상에 나선형으로 감겨있다. 안테나(133)의 하부끝단(133A)은 개방 끝단을 형성하며, 그의 상부 끝단(133B)은 매칭회로(134)를 통하여 RF 전원(135)에 접속된다. 부가적으로, 예를 들면 반도체 웨이퍼 W인 피처리물을 그의 위에 올려놓을 수 있는 서셉터(136)는 처리실(132)의 중앙에 배치된다. 이 서셉터(136)는 예를 들면 스테인레스강과 같은 도전성 재료로 만들어지며, 적절한 배선수단에 의하여 접지되어 있다. 이 서셉터(136)는 승강유니트(도시않됨)에 의하여 수직으로 이동가능하며, 피처리물이 원하는 위치에 놓여질 수 있다.

상술한 구성과 함께 처리실(132)은 예를 들면 스테인레스강으로 구성되는 베이스(137)상에 놓여진다. 로드록실(도시않됨)이 처리실(132)과 통하도록 하는 게이트 밸브(138)는 베이스(137)의 측벽에 마련된다. 또한, 처리실(132)은 베이스(137)에 접속된 배기파이프(139)를 통하여 소정의 감압분배기로 배기될 수 있다.

상술한 구성을 가지는 플라즈마 에싱 시스템에 있어서, 먼저 처리실(132)은 배기수단(도시않됨)에 의하여 배기 파이프(139)를 통해 예를 들면 수십 mTorr의 소정 감압분위기로 배기된다. 피처리물이 게이트 밸브(138)을 통하여 인접한 로드록실로부터 처리실(132)내로 반송된다. 반송된 피처리물은 베이스(137)내에서 서셉터(136)상에 고정되고 서셉터(136)를 올림으로써 처리실(132)내의 소정 처리영역으로 올려진다. 계속하여, 소정의 처리가스, 예를 들어 산소와 프레온계 가스의 가스혼합물이 가스 도입파이프(140)로부터 처리실(132)내로 공급되고, 예를 들면 13.56 MHz의 RF 전력이 RF 전원(135)으로부터 루프 안테나(133)로 인가된다. 그리고, 전자파의 에너지가 처리실(132)내로 공급되고, 처리가스가 이 전자파 에너지에 의하여 활성화되어 플라즈마를 발생한다. 이 플라즈마로써, 피처리물의 피처리면상에 형성된 포토레지스터가 애싱된다. 플라즈마 처리가 종료되면, 잔여가스가 배기되고, 서셉터(130)가 베이스(137)로 향하여 아래로 내려간다. 그 후에, 게이트 밸브(138)가 개방되고, 피처리물이 반송아암(도시않됨)에 의하여 반송된다.

상술한 실시예에 있어서, 플라즈마 처리유니트외에 어떠한 플라즈마 발생기도 마련될 필요가 없다. 즉, 루프 안테나가 전자파를 전달하는 절연재료로 만들어진 처리실의 외벽에 감겨 있으며, RF 전력이 이 루프 안테나로 인가된다. 따라서, 처리실내의 넓은 영역에서 균일한 고밀도 플라즈마를 발생하는 것이 용이하게 가능하다. 이는 시스템의 구성을 단순하고도 작게 한다.

본 실시예에 있어서, 제24도및 제25도에 나타낸 것과 같은 구성으로 루프 안테나를 사용하는 것이 가능하다. 루프안테나에 RF 전압을 인가하기 위한 부분은 제24도에 제25도에서는 생략되어 있음에 유의한다.

제21도 내지 제23도에서 도시된 플라즈마 처리 시스템의 어느 것이 작동될 때, 예를 들면 13.56 MHz의 RF 전력이 인가된다. 따라서, 동으로 만들어진 루프안테나의 열이 안테나 자체나 처리실에 해를 줄수도 있다. 이러한 일을 피하기 위하여, 루프 안테나를 냉각하는 구조를 사용하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 제24도에서 나타낸 바와 같이, 내열성 단열 파이프(141)가 속이 빈 루프 안테나(140)내에 삽입된다. 이 파이프(140)를 통하여 냉각수가 RF 전원 인가측(142)으로부터 개방 끝단측(143)으로 흐르며, 따라서 루프 안테나의 과열을 방지한다. 선택적으로는, 제25도에서 나타낸 바와 같이, 폐쇄회로를 형성하기 위하여 루프 안테나(150)의 개방 끝단측(153)상에 상호간에 연이어 통하는 2개의 구멍(151)및 (152)이 안테나(150)내에 형성되고, 이 구멍을 통하여 내열성 단열 파이프(154)가 삽입된다. 냉각수는 안테나(150)의 RF 전압 인가출상의 한쪽 구멍(151)으로부터 공급되고 다른 구멍(152)으로부터 회수함으로써 순환된다. 이와 같은 방식으로 루프 안테나(140) 또는 (150)의 과열을 방지하고 시스템의 안정된 작동을 보장하도록 하는 것이 가능하다. 비록 플라즈마 에칭 시스템및 플라즈마 에칭 시스템이 본 실시예에서 기술되었으나, 본 실시예는 이들 시스템에 한정되는 것을 아니다. 예를 들면, 본 실시예는 스퍼터링 시스템, 이온주입 시스템, 및 플라즈마 CVD 시스템에도 적용가능하다. 또한 이들은 다양한 변경이 가능함은 당업자에게 자명한 것이다. 본 실시예에 있어서는, 제1 내지 제3실시예의 종점 검출방법의 사용은 대형 영역에서 균일한 고밀도 플라즈마의 발생뿐 아니라 플라즈마 처리의 종점의 정확한 결정도 가능하다.

[실시예 5]

플라즈마 처리 시스템내에서 종점 검출을 수행함에 있어서, 플라즈마의 방출 스펙트럼은 투명부재가 처리실내에 형성된 창을 통하여 감시된다. 플라즈마 처리가 수회 수행될 때, 플라즈마 처리의 반응 생성물이 창에 부착되고, 이는 광검출기로의 입력광을 감소시킨다. 결과적으로 종점 검출의 정확성이 낮아진다. 이러한 이유로, 창은 적절한 간격을 두고 세척되어야 한다. 한편, 플라즈마 처리 시스템에 있어서는, 소정의 감압 분위기에서 처리를 수행할 필요가 있다. 이는 처리실이 고도로 밀폐되어야 함을 요구한다. 또한, 창은 O 링과 같은 밀폐부재를 통하여 처리실의 측벽과 같은 곳에 장착된다.

창에 가열수단을 마련함으로써 창으로의 반응 생성물의 부착을 억제하는 종래의 기술은 한가지가 있다. 그러나, 이 기술에 있어서는, 밀폐부재가 가열수단에 의하여 열적으로 변형될수 있다. 열적으로 밀폐부재가 변형되면, 처리실의 기밀성이 감소되고, 소정의 플라즈마 처리를 불가능하게 하여 수율을 떨어지게 된다. 또한, 히터와 같은 가열수단이 단순히 창에 마련되면 가열효율이 낮다.

따라서, 본 실시예는, 밀폐부재에 부작용을 기치지 않고 효과적으로 반응 생성물을 제거함으로서 플라즈마 처리의 종점을 정확하게 검출할 수 잇는 종점 검출방법을 제공한다. 보다 상세하게는, 밀폐부재를 통하여 처리실의 측벽에 마련되며 처리실내에서 발생된 플라즈마 방출을 처리실의 외부로 전달하는 투명부재와, 이 투명부재내에 마련되며 투명부재를 가열하는 유니트및, 투명부재를 통하여 전달된 플라즈마 방출을 수납하기 위한 광수납 유니트를 포함하여 구성되며, 처리실의 내부로 부터 가열 유니트와 밀폐부재의 사이에서 투명부재의 일부에 홈이 형성된 플라즈마 처리 시스템을 사용함으로써 수행되는 종점 검출방법이 제공된다. 이 방법에 있어서, 가열 유니트로부터의 열의 전달은 홈에 의하여 차단되고, 이는 투명부재를 형성하는 예를 들면 석영 유리와 같은 재료로의 용이한 열 전도를 방지한다. 또한, 가열유니트로부터 밀폐부재로 전달된 열량이 대폭 감소된다. 부가적으로 열의 전달이 홈에 의하여 방지되므로, 부근 구성부로 방사되는 열량이 감소된다. 이는 투명부재를 효과적으로 가열할 수 있도록 한다.

본 실시예에 있어서는, 투명부재의 외부로부터 형성된 홈내에 가열 유니트가 형성되는 것이 바람직하며, 가열 유니트와 홈의 내벽의 사이에 높은 열전도율을 가지는 필러(filler)가 마련되는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로, 투명부재는 높은 효율로 가열된다.

제26도는 본 실시예의 종점 검출방법에서 사용하기 위한 플라즈마 에칭 시스템의 예를 설명하기 위한 도면이다. 기체 밀폐적으로 폐쇄가능한 처리실(201)은 그의 표면이 도금된 예를 들면 알루미늄으로 구성된 대략 원통형 부재이다. 처리실(201)의 하부에는, 예를 들면 세라믹으로 구성된 단열부재(202)를 통하여 서셉터 지지 테이블(203)이 마련된다. 냉각쟈켓과 같은 냉각실(204)이 서셉터 지지 테이블(203)의 내부에 형성된다. 냉매순환기구는 또한 냉각실(204)내에 마련된다. 이러한 냉매순환기구에 있어서, 냉매는 처리실(201)의 바닥에 형성된 냉매 도입 파이프(205)로부터 공급되며 냉매 출구 파이프(206)로부터 배출된다.

예를 들면 그의 표면이 도금된 알루미늄으로 구성되는 서셉터(207)가 서셉터 지지 테이블(203)의 상부면상에 마련된다. 서셉터(207)는 하부 전극을 구성한다. 피처리물로서의 웨이퍼 W가 그의 위에 놓여지는 정전척(207)이 서셉터(207)의 상부면사이에 마련된다.

서셉터(207)의 내부에서, 가스 도입 파이프(209)와 연이어 통하는 가스유통로(210)가 형성된다. 예를 들면 별도로 마련된 가스 공급 유니트(도시않됨)로부터 가스 도입 파이프(209)로 He 가스를 공급함으로써 이 He 가스는 가스 유통로(210)에 공급될 수 있다. 이 경우에, 냉매에 의하여 소정의 온도로 설정된 서셉터 지지 테이블(203)로부터의 냉기가 He 가스로 전도된다. 이러한 방식으로 냉각된 He 가스에 의하여, 정전척(208)상에 고정된 반도체 웨이퍼 W가 소정의 온도로 냉각된다. 서셉터(207)는 블로킹 캐패시터(211)및 매칭회로(212)를 통하여 처리실(201)의 외부의 RF 전원(213)에 접속된다. 이 RF 전원(213)은 예를 들면 13.56 MHz의 전력을 서셉터에 인가한다.

정전척(208)은 예를 들면 전해 동박으로 구성된 도전층(214)의 상부및 하부면에 폴리이미드막과 같은 절연체가 부착된 구조를 가진다. 이러한 도전층(214)은 급전선(216)을 통하여 처리실(201) 외부의 고압 DC 전원(217)에 접속된다. 고압 DC 전원(217)이 DC 전압을 도전층(214)에 인가할 때, 웨이퍼 W가 쿨롱의 힘에 의하여 정전척(208)에 흡착및 고정된다.

처리실(201)의 상부에는, 준비된 접지선(221)을 통하여 상부 전극(222)이 마련된다. 이 상부전극(222)은 속이 빈 부분(223)및 서셉터(207)와 대향하는 대향면(224)을 가진다. 대향면(224)은 비정형 탄소와 같은 재료로 만들어진다. 속이 빈 부분(223)과 연이어 통하는 다수의 방출구멍(225)이 대향면(224)내에 형성된다. 속이 빈 부분(223)과 연이어 통하는 가스 도입부(226)가 상부전극(222)의 상부부분내에 마련된다. 따라서, 처리가스가 별도로 마련된 처리가스 공급유니트(도시않됨)로부터 가스 도입부(226)로 공급될 때, 이 처리가스는 방출 구멍(225)으로부터 서셉터(207)로 향하여 균일하게 방출된다.

처리실(201)의 배기 시스템은 다음과 같다. 배출 파이프(231)는 처리실(201)의 바닥 부근에 마련되며 진공펌프와 같은 배기수단(232)에 접속된다. 이 배기수단(232)의 작용에 의하여, 처리실(201)이 배기되며 예를 들면 0.5 Torr의 소정의 감압 분위기로 유지된다.

제27도에서 나타낸 바와 같은 창 유니트(241)는 처리실(201)의 측벽(201a)내에 형성된다. 이 창 유니트(241)는 다음의 구조를 가지고 있다. 즉, 구멍(241)이 측벽(201a)을 통하여 연장되도록 형성된다. 부가적으로, 구멍(242)보다 큰 홈부(243)가 구멍(242)의 외부에 형성된다. 이 홈부(243)내의 처리실내의 측벽에 장착홈(244)이 형성되어 구멍(242)을 둘러싸게 된다. O 링(245)이 이 장착홈(244)에 끼워지고, O 링(245)의 외부로부터 홈부(243)내에 투명부지(246)가 끼워진다. 또한, 적절한 장치부재(247)가 투명부재(247)의 외부로부터 측벽(201a)에 대하여 누르도록 고정되고, 그에 의하여 투명부재(246)를 측벽(201a)에 고정시킨다.

이 투명부재(246)는 석영유리와 같은 재료로 구성되며 전체적으로 사각기둥의 형태를 가진다. 투명부재(246)는 홈부(243)보다 약간 작다. 따라서, 투명부재(246)가 열에 의하며 확장되더라도, 이 확장은 견딜수 있는 것이며, 따라서 손상이 방지된다. 2개의 상부및 하부 장착홈(251)및 (252)이 투명부재(246)의 외부면에 형성된다. 가열 유니트로서의 바 카트리지 히터(253)가 장착홈(251)및 (252)의 각각에 장착된다.

이러한 장착은 다음과 같이 행해진다. 즉, 제28도에서 나타낸 바와 같이, 카트리지 히터(253)는 카트리지 히터(253)의 양 끝단에 부착된 실리콘 고무 부재(254)및 (255)와 함께 장착홈(251, 252)내에 놓인다. 후에, 제27도에 나타낸 바와 같이, 열전달 시멘트(245)가 카트리지 히터(253)및 장착홈(251, 252)의 내벽의 사이에 채워지고, 그에 의하여 이들 사이의 간격을 채우고 히터를 고정한다. 이 열전달 시멘트(256)는 약 400℃의 내열성을 가지며 매우 높은 열전도성을 가지는 재료로 구성된다.

투명부재(246)는 열전쌍 등에 의하여 구성된 온도 검출기(257)를 더욱 포함한다. 온도검출기(257)로부터의 검출신호가 제26도에서 나타낸 온도 콘트롤러(258)에 공급된다. 온도 콘트롤러(258)는 이 검출신호의 근거하여 카트리지 히터(253)를 제어한다. 뒤를 이어, 투명부재(246)가 예를 들면 +100℃ 및 +300℃ 사이의 임의의 온도로 설정및 유지된다.

제27, 29도 및 30도에서 나타낸 바와 같이, 열전달을 차단하기 위한 단열홈(259)이 처리실(201)측 투명부재(246)의 도면상에 형성된다. 제30도에서 나타낸 바와 같이, 이 단열홈(259)은 O 링(245)과 접촉하는 A 부분(제30도에서 빗금처리한 부분)과 2개의 카트리지 히터(253)의 사이에 형성되어 카트리지 히터(253)를 둘러싼다.

본 구성과 함께 창 유니트(241)의 외부에는 제26도에서의 종점 검출 장치(261)가 배치된다. 종점 검출장치(261)는 투명부재(246)를 통하여 처리실(201)내의 서셉터(207)및 상부 전극(222) 사이에서 발생되는 플라즈마 방출을 검출하기 위한 광검출기(260)를 포함하여 구성된다.

상술한 구성을 가는 플라즈마 에칭 시스템에 있어서, 처리실(201)의 측벽내에 마련된 게이트 밸브(도시않됨)가 먼저 개방되고, 웨이퍼 W가 반송아암과 같은 반송 유니트(도시않됨)에 의해 처리실(201)의 내로 반송된다. 웨이퍼 W는 정전척(208)상의 소정의 위치에 놓여지고, 반송유니트가 처리실(201)의 외부로 이동한다. 그 후에 웨이퍼 W는 고전압업 DC 전원(217)으로부터의 DC 전압의 인가에 의하여 정전척(208)에 의하여 흡인및 고정된다.

계속하여, CF₄와 같은 처리가스가 처리가스 공급 유니트로부터 가스 도입구(226)로 공급되고 상부전극(222)의 방출구멍(225)으로부터 웨이퍼 W로 향하여 방출된다. 동시에, 배기 수단(232)이 처리실의 내부 압력을 예를 들면 0.5 Torr 로 유지하도록 작동된다. 그리고 RF 전원(213)이 1 kW의 전력과 13.56 MHz의 주파수의 전원을 서셉터(207)로 인가한다. 계속하여, 웨이퍼 W 상에 소정의 에칭처리를 수행하기 위하여 상부전극(222)및 서셉터(207)의 사이에 플라즈마가 발생된다.

이러한 플라즈마의 방출은 창 유니트(241)의 투명부재(246)을 통하여 종점 검출 장치(261)의 광검출기(260)에 의하여 검출되고, 플라즈마 에칭처리의 종점이 결정된다. 예를 들어 플라즈마 대기상태에서의 방출강도가 100 이라고 가정하면, 방출강도가 60 으로 떨어지는 점이 플라즈마 에칭의 종점으로서 결정된다. 이러한 경우에, 반응생성물의 부착을 방지하기 위하여 카트리지 히터(253)에 의하여 처리실(201)측의 투명부재(246)의 표면이 예를 들면 200℃로 가열된다. 이 열의 전도는 각 카트리지 히터(253)와 O 링(245) 사이에 형성된 단열홈(259)에 의하여 차단된다. 따라서, 열은 O 링에 용이하게 전달되지 않으며 이는 처리실(201)의 측벽(201a)과 투명부재(246) 사이의 밀폐를 보장한다. 따라서, O 링(245)으로 전도된 열량은 O 링(245)의 온도에 있어서의 큰 증가를 방지하도록 크게 감소되고 결과적으로 어떠한 열적 변형도 일어나지 앉는다. 결과적으로, 처리실(201)의 투명부재(246)와 측벽(201a) 사이의 밀폐성이 양호하게 유지된다.

부가적으로, 열의 방사는 억제되는데, 이는 단열홈(259)에 의하여 열의 전도가 단절되기 때문이다. 따라서, 카트리지 히터(253)에 의하여 가열되는 영역은 일차적으로 단열홈(259)에 의하여 둘러싸이는 영역이고, 이 영역은 효과적으로 가열된다. 또한, 높은 열전도를 가지는 열전달 시멘트(256)가 투명부재(246)의 장착홈(251, 252)의 내부벽과 각 카트리지 히터(253)의 사이에 채워진다. 따라서, 카트리지 히터(253)에 의하여 직접 발생된 열은 투명부재(246)로 효과적으로 전도된다. 이는 가열될 영역에 관한 카트리지 히터의 가열효율을 개선한다. 또한 실리콘 고무부재(254)및 (255)가 각 카트리지 히터(253)의 양 끝단에 부착된다. 실리콘 고무부재(254)및 (255)와 열전달 시멘트(256)의 조합은 어떠한 느슨함이 없이 장착홈(251, 252)내에 각 카트리지 히터(253)를 안정적으로 장착할 수 있도록 한다. 부가적으로, 실리콘 고무 부재(254)및 (255)는 카트리지 히터(253)의 팽창을 허용한다. 따라서, 카트리지 히터(253)의 팽창에 기인하여 장착홈(251)및 (252)의 내부벽상에 과도한 압력이 가해져도 투명부재(246)는 손상으로부터 보호될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 있어서는, 투명부재(246)가 단순한 구성을 가지며, 이는 O 링(245)에 대한 열의 영향을 방지하여 처리실(201)의 투명부재(246)와 측벽(201a) 사이의 밀폐성을 보증한다. 이는 또한 카트리지(253)의 가열 효율을 크게 개선할 수 있다. 결과적으로, 투명부재를 효과적으로 가열할 수 있으며, 따라서 창으로의 반응 생성물이 부착을 억제한다.

비록 본 실시에는 플라즈마 에칭 시스템을 예로 들어 설명되었으나, 본 실시예는 이 시스템에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 실시예는 애싱 시스템및 CVD 시스템과 같은 기타 플라즈마 처리 시스템에도 적용될 수 있다.

[실시예 6]

투명부재로서의 창은 이하에서와 같은 방식으로 처리실의 측벽에 고정된다. 즉, 처리실의 측벽내에 형성된 관통구멍의 크기보다 큰 규격을 가지는 판형상 투명부재가 적절한 장착 부재에 의하여 외부측(대기로부터)으로부터 관통구멍의 둘레부에 대하여 눌려진다. 그 후에, 투명부재는 처리실의 측벽내로 돌출한다; 다시 말해서, 홈 부분이 처리실의 내부벽내에 형성된다. 이 경우에서와 같이 처리실의 내부벽내에 홈 부분이 형성된 때에, 처리실의 내부에서 발생된 플라즈마의 상태는 불균일한 경향이 있다. 이는 홈 부분의 모서리부에서의 비정상적인 방전을 일으키며, 따라서 소정의 플라즈마 처리를 불가능하게 한다.

한편, 플라즈마의 방출을 검출하거나 플라즈마의 상태를 관찰하기 위하여, 처리실내의 테이블상에 놓인 피처리물이 보여지는 투명부재는 반드시 마련되어야 한다. 부가적으로, 플라즈마 처리에 대한 종점검출의 정확성을 증가하기 위하여, 전달된 광등의 반사를 고려하여, 투명부재를 통하여 전달된 플라즈마 방출의 광축이 투명부재의 표면에 대하여 직각이 되도록 투명부재가 장착되어야 한다. 그러나, 판형상 투명부재가 사용되는 한, 관통구멍의 위치및 투명부재는 처리실의 측벽의 거의 중앙으로 한정될 수 밖에 없다. 이는 밸브와 같은 부재 또는 종점검출장치의 광검출기 기타 구성부의 설계를 제한한다.

따라서, 본 실시예는 처리실내의 플라즈마의 상태에 부작용없이 안정되게 수행될 수 있으며 플라즈마 처리의 종점이 정확하게 검출될 수 있는 방법을 제공한다. 보다 상세하게는, 본 실시예는 처리실의 오부로부터 처리실의 측벽내에 형성된 관통구멍에 마련되고 처리실내에서 발생된 플라즈마의 방출을 처리실의 외부로 전달하는 투명부재와, 투명부재를 통하여 전달된 플라즈마의 방출을 수납하기 위한 광수납 유니트를 포함하여 구성되며, 투명부재는 관통구멍내에 장착되는 형상을 가지며, 처리실측의 투명부재의 주 표면이 측벽의 내부면과 동일한 높이인 종점 검출 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 종점검출방법을 제공한다.

본 실시예에 있어서, 외부로 처리실내의 플라즈마의 방출을 전달하기 위한 투명부재의, 처리실상의, 주요면은 처리실의 측벽의 내면과 동일한 면이 되도록 몰드된다. 따라서, 어떠한 홈 부분도 처리실의 내벽에 형성되지 않는다. 이는 처리실내에서 발생된 플라즈마의 상태에 영향을 미치지 않고서 플라즈마 처리의 종점검출을 수행하는 것이 가능하도록 한다. 부가적으로, 처리실측의 투명부재의 주요면이 처리실의 측벽의 내면과 같은 높이를 가지므로, 처리실의 내벽이 구부러져 있더라도 처리실의 내벽의 전체 둘레를 통하여 어떠한 위치에서도 투명부재에 대하여 플라즈마 방출의 광축이 수직으로 되도록 투명부재를 마련하는 것이 가능하다. 따라서, 투명부재는 처리실의 측벽의 임의의 어떠한 위치에도 마련될 수 있다. 이는 투명부재로부터의 플라즈마 방출을 검출하기 위한 광검출기의 위치에 있어서의 자유도를 증가시키거나 또는 플라즈마 처리 시스템에 필요한 플라즈마 상태 감시 유니트 또는 기타 구성부의 배치에 있어서의 자유도를 증가시킨다.

제31도는 본 실시예의 종점검출 방법에서 사용되는 플라즈마 에칭 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 제26도에서와 동일한 부분에 대하여는 제31도에서도 동일 부호를 부여하였으며, 그의 상세한 설명은 생략한다.

제32도에서 나타낸 바와 같은 창 유니트(341)가 처리실(201)의 측벽(201a)내에 마련된다. 이러한 구성물 이하에서 상세히 설명한다. 그의 개구가 대략 타원형상인 관통구멍(342)이 측벽(201a)내에 형성된다. 관통구멍(342)보다 큰 홈 부분(343)이 관통구멍(342)의 외부에 형성된다. 이 홈 부분(343)내에서 처리실(201)의 측벽면의 일부에 장착홈(344)이 형성되어 관통구멍(344)를 둘러싸게 된다. O 링(345)이 장착홈(344)내에 장착된다. 투명부재(350)의 장착부(351)가 관통구멍(342)내에 끼워지며, 장착부(351)의 잠금부(352)가 홈 부분(343) 내에 잠그어진다. 적절한 장착부재(346)가 볼트(347)에 의하여 잠금부(352)의 외부로부터 측벽(201a)에 대하여 누르도록 고정된다.

투명부재(350)는 제33도, 제34도및 제35도에서 나타낸 형상을 가진다. 투명부재(350)의 전체 외형은 잠금부(352)와 잠금부(352)로 부터 수직으로 연장된 장착부(351)에 의하여 형성된다. 투명부재(350)의 재료는 예를 들면 석영유리이다. 제35도에서 나타낸 바와 같이, 처리실상의 장착부(351)의 끝단면(351a)은 측벽(201a)의 내부 둘레면(201b)의 굴곡과 동일한 굴곡률로 굽어지도록 모울드된다. 따라서, 이러한 장착부(351)가 관통구멍(342)내에 끼워질 때, 측벽(201a)의 내부 둘레면(201b)과 끝단면(351a)은 상호간에 일치한다.

임의의 수, 예를 들면 4개의 잠금핀(353)및 동일한 수의 잠금핀(354)이 각각 장착부(351)의 상부및 하부 면상에서 상호간에 대향하여 형성된다. 이들 잠금핀(353)및 (354)들은 장착부(351)의 끝단벽(351b)을 따라서 이들 사이에 소정비 간격을 두고 배치된다. 테이프 형상의 히터(355)들이 끝단벽(351b)과 잠금핀(353)사이의 위치및 끝단벽(351b)과 잠금핀(354)사이의 위치에서 끝단벽(351b)의 내면에 부착된다. 예를 들면 얇은 스테인레스강판으로 만들어지는 뚜껑판(357)과 실리콘 고무(356)가 각 히터(355)와 잠금핀(353) 또는 (354)의 사이에 눌러진다. 각 히터(353)에는 이러한 방식으로 투명부재내에 마련되므로, 어떠한 위치적 어긋남이 일어나지 않는다.

부가적으로, 제34도에서 나타낸 바와 같이, 비관통구멍(358)이 장착부(351)의 끝단벽(351b)내에 형성되며, 온도센서(359)가 이 구멍(358)내에 장착된다. 이 온도센서(359)로부터의 검출신호가 온도 콘트롤러(360)로 공급된다. 온도 콘트롤러(360)는 이 검출신호의 근거하에 히터(355)를 제어한다. 따라서, 투명부재(350)의 장착부(351)의 끝단벽(351b)이 예를 들면 +100℃와 +300℃ 사이의 주어진 온도로 설정 및 유지된다.

제31도및 제36도에서 나타낸 바와 같이, 종점검출장치(362)는 상술한 구성의 투명부재(350)를 포함하는 창 유니트(341)의 외부에 배치된다. 이 종점검출장치(362)는, 처리실(201)내의 처리공간 S, 즉 서셉터(207)와 상부전극(222) 사이에서 발생한 발생된 플라즈마의 방출을, 투명부재(350)의 장착부(351)의 끝단벽(351b)을 통하여 검출하기 위한 광검출기(361)를 포함한다. 본 실시예에 있어서는, 제36도에서 나타낸 바와 같이, 광검출기(361)의 광수납측이 종점검출장치(362)가 처리공간 S의 정확히 중앙에 위치하도록, 즉, 웨이퍼 W의 중심과 창 유니트(341)의 중심을 잇는 선이 광검출기(361)의 광수납축과 일치하게 위치되도록 종점검출장치(362)가 배치된다.

상술한 구성의 플라즈마 에칭시스템에 있어서, 웨이퍼 W에 대한 플라즈마 에칭처리와 플라즈마 처리에 대한 종점검출은 실시예 5에서 다음과 같은 절차로 수행된다. 본 실시예에 있어서, 플라즈마 방출을 위한 투명부재(350)는 앞서 언급된 바와 같이 장착부(351)의 끝단면(351a)이 측벽(201a)의 내부면(201b)과 같은 높이가 되도록 형성된다. 따라서, 플라즈마 에칭처리를 수행하기 위하여 발생된 플라즈마의 상태에 영향을 미치지 않고서 웨이퍼 W에 대한 소정의 플라즈마 에칭처리를 수행하는 것이 가능하다.

제35도에서 나타낸 바와 같이, 투명부재(350)는 처리실(201)의 측벽(201a)의 중앙에 형성되지는 않는다. 그러나, 플라즈마 방출의 광축이 투명부재(350)의 장착부(351)의 끝단벽(351b)을 통하여 수직으로 통과하므로, 투명부재(350)는 플라즈마의 방출의 반사등을 일으키지 않는다. 이러한 이유에서, 플라즈마 방출이 정확하게 검출될 수 있으며, 따라서 플라즈마 처리를 위한 종점의 검출이 높은 정확도로 수행될 수 있다. 이는 투명부재(350)의 위치 또는 종점검출장치(362)에 대한 자유도를 증가시키며, 전체 플라즈마 처리 시스템 또는 각 구성부의 레이아웃의 설계를 용이하게 한다.

한편, 플라즈마 에칭처리동안에는, 투명부재(350)의 장착부(351)의 끝단면(351a)으로 반응생성물이 부착하는 것을 방지하기 위하여 히터(355)에 의해 예를 들면 200℃로 끝단벽(351b)이 가열된다. 이 열은 처리실(201)의 측벽(201a)과 투명부재(350)의 잠금부(352) 사이에 마련된 O 링(345)으로 전도된다. 그러나, 끝단벽(351b)을 가열하는 히터(355)는 잠금부(352)로부터 돌출된 장착부(351)의 끝단에 위치한다. 따라서, 히터(355)로부터 O 링(345)과 접촉하는 잠금부(352)로의 간격이 돌출부를 형성하는 장착부(351)의 측벽(351c)및 (351d)에 의하여 크게 설정된다. 투명부재(350)의 재료로서의 석영유리는 낮은 열 전도도를 가지므로, 이들 측벽(351c)및 (351d)은 O 링(345)으로의 열 전달을 크게 억제하는 단열벽으로 기능한다. 예를 들어, 끝단벽(351b) 자체의 온도가 200℃라도, 잠금부(352)의 온도는 약 100℃ 까지 감소된다. 이러한 이유로, O 링(345)의 온도는 크게 증가되지는 않으며, 어떠한 열적인 변형도 일어나지 않는다. 또한 O 링(345)은 내구성이 증가된다. 따라서, 히터(355)가 투명부재(350)를 가열할 때에도, 처리실(201)의 측벽(201a)의 기밀성이 저하되지 않는다; 즉, 처리실(201)내의 기밀성이 양호하게 유지된다. 이는 소정의 플라즈마 에칭처리를 수행할 수 있도록 한다.

본 실시예에 있어서는, 투명부재(350)의 장착부(351)가 잠금부(352)로부터 수직으로 돌출한다. 그러나, 제37도에서 나타낸 바와 같이, 장착부(372)가 잠금부(371)로부터 소정의 각도로 돌출함으로써 끝단벽(375a)이 처리공간 S의 대략 중앙부와 대면하도록 한 투명부재(373)를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우에, 투명부재(373)는 측벽(201a)의 끝단에 보다 밀접하게 장착될 수 있다. 부가적으로, 플라즈마 처리의 종점 검출의 정확성은 이 실시예내의 투명부재(350)의 경우에서 변하지 않고 유지된다. 또한, 이러한 구성의 투명부재(373)의 사용은 전체 플라즈마 처리 시스템및 각 구성부의 레이아웃의 설계를 더욱 용이하게 한다. 또한, 본 발명은 본 실시예에서는 플라즈마 에칭 시스템에 적용되었다. 그러나, 본 발명은 에싱 시스템에 CVD시스템과 같은 다른 플라즈마 처리 시스템에도 적용가능하다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 종점검출방법에 있어서는, 플라즈마 처리의 종점이 처리실내에서 발생하는 플라즈마의 상태에 영향을 미치지 않고서 정확하게 검출될 수 있으며, 수율을 개선한다. 부가적으로, 투명부재의 장착위치에 대한 자유도가 증가되며, 플라즈마 처리 시스템의 설계에 있어서의 자유도 또한 증가하게 된다.

[실시예 7]

실시예 5와 관련하여 설명한 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치는 감시창을 가진다. 감시창은 처리실의 둘레벽과 동일면에 위치한 투명 유리판을 가진다. 플라즈마 처리에 의하여 형성된 반응 생성물이 처리실의 내부면에 부착되며, 또한 감시창의 투명한 유리판에도 부착된다. 이는 유리판을 흐리게 한다. 플라즈마의 방출 스펙트럼의 어떤 것도 충분히 높은 정확도로 검출될 수 없다. 따라서, 에칭의 종점이 충분한 정확도로 검출될 수 없다.

따라서, 처리실 뿐아니라 모니터 창을 세척할 필요가 있다. 필수적으로, 처리실은 다른 것보다 자주 세척되어야 한다. 이는 플라즈마 에칭 장치의 작동효율을 떨어뜨린다.

이에 따라, 본 실시예 7의 목적은 투명유리창으로의 반응생성물의 부착을 최소화되고, 그에 의하여 높은 정확도로 에칭의 종점을 검출하고 플라즈마 에칭장치의 작동효율을 증가하는 것이 가능한 에칭의 종점 검출방법을 제공함에 있다.

실시예 7에 의한 방법은, 처리실과, 처리실내에 위치하는 한쌍의 전극과, 처리실로부터 돌출하는 원통형 부재와, 원통형 부재의 면쪽 끝단에 고정되는 감시창을 포함하며 구성되는 플라즈마 에칭장치에 적용된다. 원통형 부재는 처리실의 내부와 연이어 통하며 좁은 가스 통로를 가진다.

플라즈마 에칭시에, 반응생성물은 처리실벽의 내부면및 감시창상에 매우 소량으로 부착된다. 이는 좁은 가스통로가 매우 적은 양의 반응 생성물 가스의 통과를 허용하기 때문이다. 그 외에도, 좁아지는 부분을 통하여 감시창으로 흐르는 가스의 대부분은 감시창에 도달하지 못하고 원통형 부재의 내부면상에 빠진다. 따라서, 감시창은 에칭의 종점을 매우 오랫동안 검출하도록 기능한다.

실시예 7에 있어서는, 원통형 부재에 온도 조절기구가 부착되어 있는 것이 바람직하다. 필요할 때마다, 이 기구는 반응생성물이 감시창에 부착하는 것을 막기 위하여 원통형 부재를 가열하고, 반응생성물이 원통형 부재의 내면에서 용이하게 떨어지도록 원통형 부재를 냉각한다. 반응생성물의 감시창으로의 부착이 억제된다.

제38도는 실시예 7의 종점 검출방법을 이용한 플라즈마 처리장치내의 감시창을 나타낸다. 제39도는 제38도에서 나타낸 감시창을 나타내는 단면도이다. 감시창(410)은 벽(409)과 분리한 처리실(11)의 둘레벽(409)의 외부에 마련된다. 특히, 처리실(11)의 둘레벽(409)의 일부에 개구(416)가 형성되고, 처리실(11)과 동일한 재료로 만들어진 원통형 부재(417)가 기밀한 방식으로 개구(416)를 밀폐하도록 밀폐부재(418)의 사용함으로써 처리실(11)과 결합된다. 원통형 부재(417)는 소정의 간격을 두고 외부를 향하여 둘레벽(409)에서 수평으로 돌출하며, 개구(420)가 형성된 돌출 끝단면(419)과, 밀폐부재(422)의 사용에 의하여 기밀한 방식으로 개구(420)를 밀폐하는 투명 유리(421)를 가진다. 개구(420)와 투명유리(421)는 감시창(410)을 구성한다. 원통형 부재(417)는 원통형 부재(417)를 통하여 처리실(11)의 개구(416)로부터 감시창(410)으로 흐르는 반응가스를 제한하기 위하여 좁은 부분(423)를 가지며, 그에 의하여 처리실(11)과 좁은 부분(423) 사이의 반응 가스의 일부를 빼내고, 좁은 부분(424)과 감시창(410) 사이의 반응가스의 다른 일부를 빼냄으로써 투명유리(421)에 부착되는 반응 생성물의 양을 최소화한다. 특히, 원통형 부재는 생성가스의 일부가 그의 내부에 머무르도록, 즉 빠지도록 하기 위한 좁은 부분(423)의 양쪽에 제1 및 제2의 트랩부를 가진다.

좁은 부분(423)은 그의 대략 중앙부분에 원통형 부재(417)내에 고정되고 원통형 부재(417)의 내부를 2 부분으로 분할하는 고리형 부분(426)과, 처리실(11)을 향하여 고리형 부분(426)의 내부 둘레 끝단으로부터 연장되는 원통형부(427)를 가진다. 원통형부(427)는 테이퍼질 수 있다. 처리실(11)의 개구의 직경 d에 대한 원통형부(427)의 내부 직경 D의 비율을 0.2 내지 0.7 로 설정하는 것(즉, D/d = 0.2 내지 0.7)이 바람직하다. 또한, 원통형부(427)의 길이를 5 내지 30mm로 하는 것이 바람직하다. 좁은 부분을 상술한 크기및 위치를 가지게 형성함으로써 감시창(41)으로의 반응 생성물의 부착량을 최대한 감소할 수 있다.

필요하다면, 냉각수단(냉각쟈켓과 같은) 또는 가열수단 (테이프 히터와 같은)으로서 기능하는 온도 조절 기구(428)가 감시창(410)으로의 반응 생성물의 부착을 제한하기 위하여 원통형 부재(417)에 부착된다. 냉각수단을 부착하는 경우에는 트랩부(424)및 (425)가 냉각되며, 그에 의하여 이들 부분으로의 반응 생성물의 부착을 증진시켜서 결과적으로 모니터 창(410)에 대한 반응생성물의 양을 제한하게 된다. 한편, 가열수단을 부착하는 경우에는, 이 수단이 전체 원통형 부재(417)를 가열하며, 그에 의하여 제1 및 제2 트랩부(424)및 (425)와 감시창(410)으로의 반응 생성물의 부착을 제한하게 된다.

플라즈마 에칭과 같은 플라즈마 처리에 있어서, 처리실(11)내에서 발생된 가스는 처리실(11)의 개구(416)및 원통형 부재(417)를 통하며 감시창(410)으로 흐른다. 가스가 개구(416)로부터 원통형 부재(417)로 흐를때, 좁은 부분(423)은 감시창(410)으로 흐르는 가스의 양을 제한하고, 제1 트랩부(424)내의 가스의 일부를 빼낸다. 가스가 좁은 부분(423)의 원통형 부(427)로부터 제2 트랩부(425)로 흐를때, 제2 트랩부가 원통형 부(427)보다 크기 때문에 가스의 유속이 급격히 저하하고 가스가 그의 내부에 확산된다. 다시 말해서, 가스의 일부가 제2 트랩부(425)내에 빠지고, 좁은 부분(423)를 통과한 가스의 다른 일부가 감시창(410)의 투명유리(421)에 부착된다. 반도체 웨이퍼가 에칭될 때마다, 처리실내에서 생성된 가스는 원통형 부재(417)로 흐른다. 원통형 부재(417)내로 흘러들어간 가스의 일부가 제1에 제2 트랩부(424)및 (425)에 계단형식으로 빠지기 때문에, 종래의 경우와 비교할 때 감시창(410)에 도달할 수 있는 가스의 양이 상당히 감소되며, 투명유리상의 반응 생성물의 부착이 현저히 감소된다.

부가적으로, 본 실시예는 다수의 플라즈마 처리실을 가지는 멀티챔버 처리장치에도 적용가능하다. 이 경우에, 처리실내에서 수행되는 플라즈마 처리는 단일 계산기에 의하여 감시될 수 있다. 다수개, 예를 들면 3 개의 처리챔버를 단일의 종점 검출장치에 의하여 감시하는 경우에, 종점 검출장치는 예를 들면 다음의 3 형식의 유니트로 구성될 수 있다: 제1 형식은 제40도에서 나타낸 것으로서, 스펙트로스코프및 콘트롤러가 각 처리실마다 마련되며, 예를 들면 입력장치 또는 출력장치와 같은 단일의 공동 사용자 인터페이스가 3 개의 처리실에 마련된다; 제2 형식은 제41도에 나타낸 것으로서, 각 처리실마다 스펙트로스코프가 마련되고, 3개의 처리실에 대하여 단일의 공동 사용자 인터페이스및 단일의 공동 콘트롤러가 마련된다; 제3의 형식은 제42도에서 나타낸 것으로, 단일의 사용자 인터페이스, 단일의 공동 콘트롤러및 단일의 공동 스펙트로스코프가 3개의 처리실에 대하여 마련된다. 물론, 본 실시예의 감시창은 멀티챔버 처리장치를 구성하는 3 개의 처리실의 각각에 부착되고, 장치의 세척을 하는 경우를 최소화하는 것, 즉 그의 작동효율을 제공하는 것이 당연하다. 따라서, 단일의 종점검출장치는 모든 처리실을 감시할 수 있다.

특히, 제40도에서 나타낸 제1 형식의 종점 검출장치는 각각 광파이버와 같은 광학적 수단에 의하여 처리실(441)에 접속된 3개의 스펙트로스코프와, 3개의 콘트롤러(443)에 전기적으로 접속된 단일의 공동 사용자 인터페이스(444)를 포함하여 구성된다. 따라서, 이 경우에, 소정의 스펙트럼(즉 소정의 파장)의 광비임이 스펙트로스코프(442)의 해당하는 것중의 하나로부터 얻어진 광에서 분리된다. 이 분리된 광은 스펙트럼을 나타내는 전기신호로 변환되고, 전기신호가 해당하는 콘트롤러(443) 중의 하나로 보내진다. 콘트롤러(443)내에서, 전기신호는 디지탈 신호를 얻기위하여 A/D 변환되고, 그 디지탈 신호는 소정의 처리가 실시되고, 처리된 디지탈 신호를 단일 사용자 인터페이스(444)로 보낸다. 각 콘트롤러(443)로부터의 처리된 디지탈 신호를 수납하여, 사용자 인터페이스(444)는 디지탈 신호에 대응하는 파형의 근거하에 이미지를 표시한다. 이 표시는 3개의 처리실(441)의 각각의 에칭과 같은 처리의 상태를 각각 독립적으로 감시될 수 있도록 한다. 표시의 방식은 다중 윈도우 처리를 이용한 배치표시와, 선택적인 처리의 결과로서의 개별적인 표시 등을 포함한다.

제41도에서 나타낸 제2형식의 종점 검출장치는 특히 광파이버의 수단에 의하여 각각 3개의 스펙트로스코프에 접속된 단일의 공동 콘트롤러(443)와, 단일의 공동 콘트롤러(443)에 전기적으로 접속된 단일의 공동 사용자 인터페이스(444)를 포함하여 구성된다. 따라서, 이 경우에, 소정의 스펙트럼(즉, 소정의 파장)의 광비임이 스펙트로스코프(442)중의 한개에 의하며 각 처리실(441)로부터 얻어진 광으로부터 나누어진다. 나누어진 광은 스펙트럼을 나타내는 전기신호를 얻기 위하여 광전 변환되고, 단일의 콘트롤러(443)에 전기신호를 공급한다. 콘트롤러(443)는 각 전기신호를 디지탈 신호를 얻기 위하여 시간공유 또는 병렬 A/D 변환하고, 디지탈 신호를 소정 처리에 처하고, 처리된 신호를 단일 사용자 인터페이스(444)에 공급한다. 콘트롤러(443)로부터의 각 처리된 디지탈 신호를 수납하여, 사용자 인터페이스(444)는 직렬파형 또는 병렬파형으로서의 이미지를 표시한다.

제42도에서 나타낸 제3 형식의 종점검출장치는 각각 광파이버의 수단에 의하여 3개의 처리실(441)에 접속된 단일의 공동 스펙트로스코프(442)와, 단일 스펙트로스코프(442)에 전기적으로 접속된 단일의 공동 콘트롤러(443)및 단일 공동 콘트롤러(443)에 전기적으로 접속된 단일의 공동 사용자 인터페이스(444)를 포함하여 구성된다. 이 경우에, 3 개의 처리실로부터의 각 스펙트럼의 광비임은, 예를 들면 광파이버의 수단에 의하여 단일의 공동 스펙트로스코프(442)의 각 입구부로 공급되거나; 또는 각 광파이버를 통과하여 빔 스플리터 또는 로우터리 섹터와 같은 임의의 스위치를 경유하여 시공유방식으로 스펙트로스코프(442)내에 수납된다. 또한, 단일 스펙트로스코프(442)를 경유하여 처리실(441)로부터 공급된 광비임의 각 강도가 검출되고, 반송파를 사용하여 처리시로부터의 광비임을 변소하고, 변조된 광신호와 믹스하고, 믹스된 광신호를 스펙트로스코프(442)에 공급하고 그로부터의 신호를 검출및 정류함으로써 콘트롤러(443)에 공급한다. 이 경우에, 3개의 처리실로부터의 광신호는 동일주파수의 상이한 위상의 반송파 또는 상이한 주파수의 반송파를 사용함으로써 구분될 수 있다. 예를 들면 반송파는 쵸퍼 또는 카메라 내에 채택된 셔터를 사용하여 광을 차단함으로써 생성될 수 있다. 예를 들면 록인 증폭기 또는 박스카 인터그레이터오 같은 하드웨어나 소프트웨어를 사용함으로서 파의 검출이 수행될 수 있다. 동시에, 신호는 반송파와 동기하여 시공유방식으로 검출될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 좁은 부분 또는 원통형부분의 외형은 경우에 따라 변화할 수 있다. 또는 본 발명은 플라즈마 장치에 한정되는 것이 아니며, 플라즈마 CVD 장치, 애싱장치등에도 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 처리실의 둘레벽부에 형성된 개구로부터 원통형 부재가 돌출하고, 감시창이 원통형부재의 외부 끝단에 마련되며, 좁은 부분이 감시창과 둘레벽부의 사이의 원통형 부재내에 위치하므로, 감시창의 투명유리에 반응생성물이 부착하는 것이 제한되고, 그에 의하여 플라즈마 처리의 수가 증가하고, 따라서, 장치의 작동효율을 제고하며, 유리의 투명도를 장기간에 걸쳐 원하는 정도로 유지하며, 유리의 세척 간격을 장기화하고, 따라서 장치 자체의 세척의 기회를 감소시키며, 따라서 장치의 작동효율을 제공한다.

부가적으로, 온도조절기구가 상자부재에 마련되어 있으므로, 감시창의 투명유리로의 부착이 보다 제한될 수 있다.

[실시예 8]

피처리물이 완전히 에칭된 후에도 플라즈마 에칭이 계속된다면, 바탕막이 불필요하게 에칭될 수 있으며, 중간 생성물이 변형될 수 있다. 이러한 것을 피하기 위하여, 종래의 플라즈마 에칭장치내에서 에칭의 종점을 검출하는 것은 매우 중요하다.

최근에 고집적도를 가지는 반도체장치에 대한 요망이 커지고 있다. 집적도가 커질수록, 에칭되는 막의 이들 부분은 더 작아지고, CO와 같은 반응생성물이 발생하는 양이 적다. 플라즈마 에칭장치의 처리실내의 압력을 감소하여는 최근의 경향은 플라즈마 에칭시에 형성되는 반응 생성물을 줄이려는 다른 이유이다. 본 발명자등은 실험적인 근거하에, 10^-2Torr 이하로 처리실내의 압력을 유지하면서 플라즈마 에칭을 수행한바, CO의 방출강도를 검출하는 것이 실질적으로 불가능함을 알게 되었다.

따라서, 실시예 8의 목적은 에칭이 낮은 압력에서 수행된 경우에도 높은 정확도로 플라즈마 에칭의 종점을 검출하는 방법을 제공함에 있다. 이 방법에서, 탄소를 포함하는 처리가스를 공급함으로써 플라즈마가 발생되었을 때 C₂의 방출강도가 검출되고, 플라즈마 에칭의 종점이 C₂의 방출강도에 있어서의 변화로부터 결정된다.

탄소를 함유하는 처리가스는 탄소(C) 및 불소(F)의 혼합물을 포함하며, 예를 들면 CF₄가스, C₂F₆가스, C₄F₈가스 또는 CHF₃가스등이다. 탄소를 포함하는 처리가스를 사용하여 피처리물상에 플라즈마 에칭이 수행될 때, 탄소가 피처리물에 부착하여, 그의 위에 보호막을 형성하고, 불소가 피처리물을 에칭하게 된다. CO 가스 또는 CO₂가스중의 어느 것이 처리가스에 더해질 수 있다. 이 경우에, 에칭 선택도가 개선되고, 에칭 대상물이 높은 어스펙트비의 형태를 가진다. 또한, 처리가스에 CO 가스 또는 CO₂가스가 더해지면, 에칭율이 증가한다.

탄소를 포함하는 처리가스가 플라즈마로 바뀌므로, C₂가 중간 생성물로서 발생된다. C₂는 기판상에 형성되는 실리콘 산화막에 부착된다. 실리콘 산화막이 플라즈마 에칭될 때, C₂결합을 쪼개면서 반응이 진행된다. 따라서, 기판상에 실리콘 산화막이 존재하는 한, C₂의 부분압력이 실리콘 산화막에 부착된 C₂의 양에 대응하는 값으로 떨어진다. 따라서, C₂플라즈마의 방출강도가 비교적 낮게 된다.

한편, 플라즈마 에칭이 그의 종점으로 진행함에 따라서, 실리콘 산화막은 기판상에 거의 남아 있지 않는다. C₂가 실리콘 산화막에 부착되는 양이 감소하고, 그에 의하여 C₂의 방출강도가 증가한다. 따라서, C₂의 방출강도가 소정의 문턱치 L1를 초과하는 순간, 제43도에서 나타낸 바와 같이 에칭이 종료된 것으로 결정된다.

실시예 8에 있어서는, 플라즈마 에칭의 종점이 C₂플라즈마의 방출강도와 Si 또는 SiF_X플라즈마의 방출강도 사이의 차이 또는 비율로부터 검출되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, C₂플라즈마의 방출강도는 플라즈마 에칭이 종점으로 진행함에 따라 증가한다. 대조적으로, Si 또는 SiF_X플라즈마의 방출강도는 플라즈마 에칭이 종점으로 진행함에 따라 감소된다. 이는 Si 또는 SiF_X가 기판상에 형성된 실리콘 산화막을 에칭함으로써 만들어지는 반응 생성물이며, 그의 양이 플라즈마 에칭이 진행함에 따라 점차적으로 감소하기 때문이다. 따라서, 플라즈마 에칭의 종점은 C₂플라즈마 에칭의 방출강도만으로부터 보다는, C₂플라즈마의 방출강도와 Si 또는 SiF_X플라즈마의 방출강도 사이의 차이 또는 비율로부터 보다 정확하게 검출될 수 있다.

C₂방출은 464 내지 474 nm, 505 내지 517 nm 및 550 내지 564 nm의 파장영역에서 검출될수 있다. 실시예 8에 따른 방법은 10^-2Torr 이하의 처리실 압력에서 에칭이 수행될 때 특히 효과적인데, 왜냐하면 처리실내의 압력이 비교적 낮더라도 C₂가 CO 등보다는 보다 용이하게 검출될 수 있기 때문이다.

실시예 8에 있어서는, 탄소(C)와 불소(F)의 혼합물을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 에칭의 종점이 CF_Y(Y = 1 또는 2) 플라즈마의 방출 강도와 Si 또는 SiF_X(X= 1 내지 3)의 방출강도 사이의 차 또는 비율로부터 검출되는 것이 바람직하다. 제44도에서 나타낸 바와 같이, Si 또는 SiF_X플라즈마의 방출강도는 플라즈마 에칭이 그와 종점으로 진행할 수록 감소된다. 대조적으로, CF_Y플라즈마의 방출강도는 CF_Y가 플라즈마 에칭에 공헌하는 활성종이므로 증가한다. 따라서, 플라즈마 에칭의 종점은 Si 또는 SiF_X플라즈마의 방출강도와 CF_Y플라즈마의 방출강도의 사이의 차이 또는 비율로부터 높은 정확도로 검출될 수 있다.

제14도에서 나타낸 플라즈마 에칭장치에 있어서는, 반도체웨이퍼(72)상에 형성된 실리콘 산화막(SiO₂)을 에칭하기 위하여, 처리실(73)내의 압력이 소정의 압력까지 감소되고, CHF₃와 같은 소정량의 CF 기 가스가 에칭가스로서 가스 공급 파이프(79)를 통하여 처리실(73)내로 도입된다. 그 후에, 예를 들면 13.56 MHz의 고주파로 수백 W의 전력이 전극(74)와 (75)의 사이에 인가되고, 처리실(73)내의 압력이 실리콘 산화막을 에칭하기 위하여 10^-2Torr의 낮은 압력으로 유지된다.

처리실내로 도입된 CHF₃가스는 플라즈마내에서 분리되고, 그에 의하여 실리콘 산화막과 반응하는 CF_Y(Y= 1 또는 2)와 같은 활성종을 발생한다. 따라서, 실리콘 산화막이 에칭된다. 또한, CHF₃가스는 플라즈마내에서의 분해시에 중간 생성물로서 C₂가스를 발생한다. 중간 생성물 C₂은 반도체 웨이퍼(72)상의 실리콘 산화막에 부착된다. 활성종 CF_Y은 C₂결합을 자르면서 실리콘 산화막을 에칭한다. 결과적으로, 반도체웨이퍼(72)상의 실리콘 산화막은 Si, SiF_X(X= 1 내지 3) 및/또는 CO와 같은 반응 생성물을 발생한다. 이들 활성종, 중간 생성물 및 반응 생성물은 소정의 파장의 각 광강도를 감시함으로써 감시될 수 있다. 실시예에 있어서, 실리콘산화막의 에칭의 종점은 중간 생성물 C₂및 반응 생성물 SiF의 광강도의 근거하에 검출된다.

제45도는 고주파 전력이 800 W, 처리실내 압력이 10^-3Torr, CHF₃의 유량이 50 sccm 인 에칭조건하에서 얻어진 430 nm 내지 570 nm의 방출스펙트럼을 나타낸다. 제45도에서 나타낸 바와 같이, C₂는 465 내지 474 nm의 제1 방출영역내에 있으며, 제1 방출영역 내에서 467.9 nm, 468.5 nm, 469.8 nm, 471.5 nm 및 473.7 nm 에서 광강도의 피이크치를 가진다. C₂의 제2 방출 영역은 505 nm 내지 517 nm의 범위이며, 제2 방출영역내에서 505.2 nm, 509.8 nm, 512.9 nm 및 516.5 nm 에서 피이크치를 가진다. 또한 C₂의 제3 방출 영역은 550 nm 내지 564 nm의 범위이며, 제3 방출영역 내에서 550.2 nm, 554.1 nm, 558.6 nm 및 563.5 nm 에서 피이크치를 가진다.

이러한 내용에서, 스펙트로스코프는 제1 방출영역 내지 제3 방출영역중의 원하는 한개의 내에 설정되고, 또는 다수의 피이크 치를 자지는 광파장 또는 한개의 피이크 치를 가지는 광파장으로 나눈다.

한편, 반응생성물인 SiF는 대략 435 nm 내지 445 nm 까지의 방출영역을 가지며, 방출 광강도는 이 영역에서 436.8 nm, 440.1 nm 및 443.0 nm의 피이크치를 가진다. 따라서, 스펙트로스코프(92)는 다수개의 피이크 치를 가지는 광파장 또는 한개의 피이크치를 가지는 광파장 또는 SiF의 방출영역을 나누도록 선정된다.

스펙트로스코프(91)및 (92)에 의하여 분할된 파장의 광성분은 스펙트로스코프의 출력에 접속된 광전 변환기(93) 및 (94)에 입력되며, 여기에서 광성분들은 강도를 나타내는 전기신호로 변환된다. 그 후에, 변환기의 출력에 접속된 증폭기(95)및 (96)에 의하여 전기신호가 증폭되며, 예를 들면 SiF의 방출강도에 대한 C₂의 방출강도의 비율이 계산되는 결정 유니트(97)로 공급된다. C₂또는 SiF의 각 광강도는 시간의 경과와 함께 제1도에서 나타낸 바와 같이 변화하며, 여기에서 가로좌표는 에칭시간주기를 나타내며 세로좌표는 상대적인 광방출강도를 나타낸다. 이 그래프는 C₂의 광방출강도가 에칭중에는 상대적으로 낮고 에칭이 종점으로 진행함에 따라서 증가되는 것을 나타내는데, C₂는 실리콘 산화막에 부착되고 실리콘 산화막이 완전히 제거될 때까지 반도체웨이퍼(72)상에 남아 있기 때문이다. 한편, 실리콘 산화막의 에칭의 결과로서의 반응생성물인 SiF의 광방출강도는, 실리콘 산화막이 에칭되는 동안 비교적 높으나, 에칭이 종점으로 진행함에 따라 감소한다. 제44도에서 나타낸 바와 같이, C₂및 SiF의 광방출 강도는 에칭 종점의 근방에서 교차하는 경향이 있으므로 이들 강도사이의 비율을 계산함으로써 잡음의 영향이 없이 에칭종점이 정확하게 검출될 수 있다.

특히, 본 실시예에 있어서는 중간 생성물로서의 C₂의 광방출강도는 비교적 낮은 10^-2Torr 이하의 압력에서 처리실(73)내에서 에칭을 수행하는 경우와 마찬가지로 CO와 비교할 때 비교적 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 에칭 종점은 이러한 낮은 압력에칭이라도 정확하게 검출될 수 있다. 또한, 제43도에서 나타낸 바와 같이, 결정 유니트(97)가 종점검출(E.P.D)를 검출하고 소정의 오버에칭시간 T이 경과하였을 때 에칭이 종료된다.

C₂와 SiF의 광방출강도가 각각 에칭의 종점 부근에서 점진적으로 감소및 증가하는 이유는, 반도체웨이퍼(72)상의 전체 실리콘 산화막이 동시에 에칭이 종료되지는 않기 때문이다. 다시 말해서, 에칭 종점의 근방에서의 예를 들면 C₂의 변화의 기울기(즉, 제43도에서 직선 B의 기울기)는 반도체웨이퍼(72)의 에칭율이 얼마나 균일한가를 나타내는 지표이다. 만약 직선 B의 기울기가 크면, 에칭율의 평면내 불균일성이 높고, 만약 반면에 경사가 작으면, 평면내 불균일성이 낮은 것이다. 특히, 반도체 웨이퍼상에 피복된 일정한 두께의 실리콘 산화막을 에칭하는 경우에는, 에칭율이 기울기의 근거하에 정확하게 평가될 수 있다.

비록 상술한 실시예에 있어서는, 에칭 종점이 C₂와 SiF의 광방출강도 사이의 차이로부터 검출되었으나, 본 실시예는 이에 한정되는 것은 아니다. 에칭종점으로 진행함에 따라 증가되기만 한다면 다른 파장영역 내의 광방출 강도가 C₂의 광방출강도와 함께 감시될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 산화막과 C₂사이의 반응으로 생성된 Si와 같은 반응 생성물이 사용될 수 있다. 검출된 Si 원자로부터 방출될 광의 파장은 221.1 nm, 221.2 nm, 221.7 nm, 250.7 nm, 251.6 nm, 252.4 nm, 252.9 nm, 또는 288.2 nm 로 될 수 있다.

또한, 비록 본 실시예에 있어서는 에칭 종점이 2개의 광파장을 사용하여 검출되었으나, 상술한 원칙으로부터 볼때, 에칭종점은 C₂의 광방출 강도로부터만 검출될 수 있다. 특히, C₂는 비교적 낮은 10^-2Torr 이하의 압력하에서 행해진 에칭시라도 검출될 수 있으며, 따라서, 현재 주류로 되고 있는 10^-2내지 10^-4Torr의 낮은 압력하에서 수행된 에칭시에도 효과적인 에칭 종점 검출수단이 될 수 있다.

다음에 본 실시예는 상술한 실시예에서와 동일한 에칭장치및 조건을 채택하고 있으나, 에칭종점이 반응생성물로서의 Si 또는 SiF_X(X= 1 내지 3)의 광방출강도와 에칭에 공헌하는 활성종으로서 CF_Y(Y= 1 또는 2)의 광방출강도 사이의 비율을 사용함으로서 검출된다는 점에서 상이하다.

제46도는 상시 실시예에서와 동일한 조건하에서 얻어진 CF와 CF₂의 방출 스펙트럼의 특성을 나타낸다. 제46도에서 명벽한 바와 같이, CF의 방출영역은 대략 202 nm 내지 225 nm의 범위내에 있으며, 202.40 nm, 207.57 nm, 277.85 nm, 208.07 nm, 207.18 nm, 208.34 nm, 214.42 nm 및 219.21 nm 에서 광방출강도의 피이크치를 가진다. 한편, CF₂의 방출영역은 대략 240 nm 내지 320 nm의 범위를 가지며, 245.76 nm, 248.78 nm, 251.86 nm, 255.06 nm, 259.50 nm, 262.85 nm, 265.24 nm, 267.55 nm, 268.81 nm 및 271.13 nm 에서 피이크치를 가진다. 따라서, 원하는 영역에서의 광방출강도, 또는 피이크치의 광방출강도 또는 다수개의 피이크 치의 광방출강도가 검출된다.

제44도에서 나타낸 바와 같이, 반응 생성물 Si 또는 SiF_X의 광방출강도는 에칭이 그의 종점으로 갈수록 감소하며, 활성종 CF 또는 CF₂의 광방출강도는 에칭이 종점으로 갈수록 증가한다. 따라서 상술한 실시예에서와 같이, 광방출강도 사이의 비율 또는 차이를 계산함으로서 에칭종점이 정확하게 검출될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그의 범위를 벗어나지 않고서 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 본 실시예가 적용되는 플라즈마장치는 애노드 결합형에 한정되는 것이 아니며, 캐소드 결합형에도 적용가능하다. 부가적으로 본 실시예는 각각 고주파 전원, 반응성 이온 빔 에칭(RIBE)에 접속된 평행평판 전극을 가지는 장치와 같은 다양한 플라즈마 에칭장치에 적용될 수 있다.

[실시예 9]

플라즈마 처리로서 이방성 에칭(예를 들면 반응성 이온 에칭)를 시행하는 경우에, 보호막이 처리물내에 만들어진 구멍내에 성장될 수 있다. 가장 심한 경우에, 보호막은 구멍을 막고, 구멍을 통하여 에칭에 의하여 발생된 반응가스를 없애는 것이 불가능하거나 또는 피처리물의 구멍을 통하여 바닥층으로 스퍼터링 이온을 확산시킨다. 보호막의 성장은 특히 1 이상의 어스펙트비(깊이/폭)를 가지며 에칭에 의하여 형성된 트렌치에 있어서 현저하다.

그러한 피처리물은 작고 깊은 구멍, 예를 들어 0.5 ㎛ 이하의 직경과 2 이상의 어스펙트비를 가지는 구멍을 가지도록 에칭되는 것이 최근의 경향이다. 이들 구멍들은 이방성 에칭동안에 형성된 보호막으로 짧은 시간내에 채워진다. 그리고, 더 이상 에칭이 불가능해지고, 플라즈마의 생성이 종료된다. 일단 플라즈마의 발생이 정지되면, 플라즈마를 다시 발생하기 위해서는 장시간이 소요된다. 이는 플라즈마 에칭의 수율을 현저하게 감소한다.

따라서, 실시예 9의 목적은 보호막의 과대한 성장을 방지하면서 피처리물을 에칭하는 방법을 제공함에 있다. 이 방법은 적어도 보호막을 형성하기 위하여 사용된 처리가스가 펄스-반복-변화된 유량으로 처리실내로 도입된다. 기타의 처리가스는 불활성 가스즉, O 족 원소의 기체들이며, 바람직한 일정한 비율로 처리실 내로 도입된다.

보호막 형성가스는 적어도 탄소및 불소를 포함하는 CF 기의 것이다. 보호막 형성가스의 유량은 3개의 선택적인 방법에 의하여 에칭시에 반복적으로 바뀌는 것이 바람직하다. 제1 방법은 펄스폭 변조로서, 유량에 대응하는 펄스폭이 변화된다. 제2 방법은 펄스-진폭 변조로서, 유량에 대응하는 펄스의 진폭이 변화된다. 제3의 방법은 펄스-주파수 변조로서, 유량에 대응하는 펄스 주파수가 변화된다. 보다 상세하게는, 보호막 형성 가스의 유량은 밸브, 압전소자 및 전압인가 유니트를 포함하여 구성되는 제어 시스템에 의하여 펄스-반복 변화된다. 밸브는 가스의 경로내에 마련된다. 압전소자는 밸브를 개폐하기 위하여 밸브에 접속된다. 전압인가 유니트는 압전소자를 구동하기 위하여 펄스변조 전압을 인가한다.

실시예 9에 따르면, 에칭시에, 보호막을 형성하는 활성 이온을 포함하는 가스의 공급을 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 피처리물내에 만들어진 구멍내의 보호막의 성장이 제어되거나 방지된다. 그 결과, 피처리물의 구멍이 개방된 채로 남는다. 이온은 구멍을 통하여 바닥막에 심어지고, 에칭에 의하여 발생된 반응가스가 구멍을 통하여 빠질 수 있다. 또한, 에칭이 방해받을 필요가 없기 때문에 에칭의 수율이 충분히 높게될 수 있다.

제47도는 실시예 9의 방법에 의하여 형성된 에칭부를 나타내는 도면이다. 제47도에 있어서, 예를 들면 실리콘 기판(501)내에 형성된 실리콘 산화막(SiO₂)이 그의 내부에 구멍 P을 가지도록 반응성 이온에칭에 처해진다. 반응성 이온으로 만들어진 주변벽 보호막(503)이 구멍 P의 바닥및 내부 둘레상에 형성된다. 바닥상의 막(503)의 부분은 둘레상에 있는 부분보다는 얇은 것이지만, 이는 기판(501)이 스퍼터링 이온에 의하여 에칭되는 것을 방지하여, 소위 선택율을 증가하는데 공헌한다. 비록 에칭의 경과에 따라 보호막(503)이 성장하긴 하나, 그 성장은 제한 또는 정지될 수 있다. 제47도에 있어서, 참조부호 504는 포토레지스트 층을 나타낸다.

제48도는 실시예 9의 에칭에 사용되는 장치의 구조를 나타낸다.

제48도에서와 같이, 에칭 장치(510)는 반도체웨이퍼 W, 액정표시기판등과 같은 피처리물이 건식 에칭에 처해지는 처리실(512)을 가진다.

처리실(512)은 그의 내부가 진공상태로 유지되며, 전극이 처리실내에서 상호간에 대향하는 평행평판형 전극구조를 가진다. 본 실시예에 있어서는, 상부전극(514)과 하부전극(516)이 평행평판 전극으로서 기능하도록 대향한다.

하부전극(516)은 피처리물을 올려놓는 서셉터로도 기능하며, 상부전극은 공급부로서 기능한다.

반응성 이온 에칭장치를 구성하기 위하여, 상부전극(514)은 절지되며, 반면에 하부전극(516)은 RF 전원(도시않됨)에 접속된다.

상부전극(514)은 상부 벽면의 근방에서 중공부(512A)를 구획하도록 처리실(512)의 상부벽면에 놓인다. 다수개의 가스 배출 개구가 상부 전극(514)내에 형성된다. 버퍼판(518)들은 가스의 흐름을 정류하기 위하여 중공부(512A)의 내에 수납된다. 중공부(512A)는 처리실(512)이 상부면과 결합한 파이프(520)와 연통한다. 이러한 구성으로, 중공부(512A)내로 도입된 반응성 이온에칭용 가스가 버퍼판(518)에 의하여 그의 흐름이 균일하게 흩어진 후에 배출 개구를 통하여 처리실(512)내로 공급된다. 하부전극(516)의 하부끝단은 처리실(512)의 하부 벽면 내에 형성된 구멍(512B)을 통하여 미끄럼 가능하게 삽입되고, 전극(516)및 그의 위에 놓인 피처리물은 피처리물이 처리실(512)의 안팎으로 반송되는 위치와 상부전극(514)에서 분리되는 처리위치의 사이에서 이동할 수 있으며, 따라서 그들 사이에 플라즈마 발생공간이 형성될 수 있다.

구멍(512B)은 먼지의 침입을 방지하기 위하여 벨로우즈의 수단에 의하여 기밀한 방식으로 밀폐된다. 반응생성물및 처리가스를 배출하기 위하여 배출 파이프(512C)가 처리실(512)과 결합된다.

파이프(520)는 2개의 분기선으로 분할되는데, 그중의 한 선(520A)은 스퍼터 에칭용 불활성가스인 아르곤(Ar)가스를 공급하기 위하여 가스원에 접속되고, 다른 한 선(520B)은 CF₄가스, CHF₃가스등과 같은 C 또는 F를 포함하는 CF 기 가스를 공급하기 위한 가스원에 접속되며, 이들 가스는 주변벽 보호막을 형성하기 위한 활성 이온발생 가스(이하 단순히 “활성이온-발생가스”라 한다)의 예이다.

유량 설정수단(522)가 활성이온-발생가스의 혼합물을 통과하기 위한 선을 가로질러 마련된다.

유량 설정수단(522)은 활성이온-발생가스의 공급 또는 차단을 포함하는 기능을 가지며, 압전소자(도시않됨)를 사용한 유통로 개방 조정부재(524)의 작용에 따라서 개폐되는 밸브를 가는 유량 조정수단이다. 압전 소자의 초기상태는 어떠한 전압도 가해지지 않으면 변형이 되지 않는 상태로 고려되며, 이에 의하여 유량 설정수단(522)이 활성이온-발생가스의 통로를 완전히 폐쇄하도록 한다.

유통로 개방 조정 부재(524)는 예를 들면, 압전소자의 변형량을 증폭하는 기구를 가진다. 보다 상세하게는 제49도에서 나타낸 바와 같이, 그 부재(524)는 구동전압이 콘트롤러(526)로부터 출력된 때라고 가정된 압전소자의 변형량을 증폭하고, 증폭된 양을 나타내는 신호를 유량 설정수단(522)으로 보낸다. 압전소자는 그의 변형량을 증가하기 위하여, 단일 유니트로 형성될 뿐아니라 적층구조로도 형성될 수 있다.

여기에서, 통로의 개방/폐쇄시간및 그의 개방량중의 적어도 한개를 설정하기 위하여 통로 개방조절이 표시된다.

따라서, 콘트롤러(525)는 플라즈마의 발생과 에칭의 시작에 근거하여 그의 제어를 시작한다. 특히, 그것은 압전소자로부터의 구동전압이 2치 출력신호(고/저 신호)로 디지탈화되는 펄스제어를 행하고, 펄스변조(즉 펄스폭변조 또는 펄스진폭변조)가 수행된다.

유량 설정수단(522)은 제어 유니트(526)로부터 고레벨 신호가 출력되는 때는 통로를 개방하고, 저레벨 신호가 출력되면 통로를 폐쇄한다. 콘트롤러(526)가 어떠한 구동전압도 공급하지 않거나 또는 낮은 전압을 공급할 때 통로가 폐쇄되도록 선택적으로 설정할 수도 있다.

본 실시예에 있어서는, 어떠한 구동전압도 인가되지 않은 때에, 압전소자가 초기의 비변형 상태에 있게 되고, 그에 의하여 통로를 완전히 폐쇄하는 반면, 낮더라도 구동전압이 인가되면 압전소자는 변형된다. 후자의 경우에, 플라즈마의 발생을 유지하기 위하여 필요한 활성이온-발생가스의 최소량이 공급된다.

제50도는 펄스폭의 듀티 사이클을 제어하기 위한 타이밍 챠트이다. 이 경우에, 불활성가스로서의 아르곤 가스와 양은 일정하게 유지되고, CHF₃및 CF₄와 같은 활성이온-발생가스의 흐름이 조정된다. 또한, 유량 설정수단(522)은 콘트롤러(526)로부터 고레벨 전압신호가 출력될 때 유량 개방 조정수단(524)의 사용으로 가스의 통로를 개방하는 반면, 저레벨의 전압신호가 출력된 때는 가스의 통로를 폐쇄한다. 제50도의 경우에 있어서, 저레벨 신호가 출력된 때에라도, 아주 약한 전류가 압전소자로 일정하게 공급되며, 이에 의하여 유량 설정수단(522)이 가스유통로를 완전히 폐쇄하는 것을 방지하고 플라즈마를 발생하는데 필요한 가스의 최소량이 공급을 가능하게 한다.

제51도는 펄스진폭을 제어하기 위한 타이밍 챠트이다. 이 경우에, 유량 설정수단(522)의 개방/패쇄도가 진폭에 근거하여 결정된다.

제52도는 제50도의 경우와 제51도의 경우를 결합함으로써 얻어지는 타이밍 챠트이다. 이 경우에도 마찬가지로, 저레벨의 신호가 출력된 경우라도 가스 통로는 완전히 폐쇄되지는 않으며, 그에 의하여 플라즈마를 발생하는데 필요한 가스의 최소량이 계속적으로 흐른다.

따라서, 플라즈마의 발생을 계속하기 위하여 활성이온-발생가스를 연속적으로 공급함으로써 선택비가 높은 값으로 유지될 수 있으며, 그에 의하여 에칭된 부분의 바닥상에 특정한 두께의 보호막을 형성할 수 있다.

또한, 유량 설정수단(522)에 의한 가스 통로의 개방/폐쇄 제어에 관해서는, 활성이온의 흐름의 제어가 에칭의 시작을 참조하여 수행되도록 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 플라즈마의 발생의 시작으로부터 경과된 시간과 주변의 보호막의 성장률 사이의 관계에 관한 데이타를 사용함으로써 수용될 수 있다. 예를 들면 제53도에서 나타낸 바와 같이, 흐름 개방조정 부재(524)가 소정시간(t)내에 개방된 채로 남겨지고, 소정시간이 경과하였을 때, 즉 개방이 주변의 보호막에 의하여 폐쇄된것처럼 보일 때, 출력펄스의 진폭 또는 듀티 사이클이 제어될 수 있다.

제49도에 있어서, 참조부호(528)는 현미경의 사용으로 주변 보호막의 성장의 상태를 관찰하면서 활성이온-발생가스의 양을 제어하기 위하여 사용된 수동 스위치를 나타낸다. 이 경우에, 활성이온-발생가스의 유량은 콘트롤러(526)를 사용하지 않고서 관찰하면서 수동으로 조정된다.

더우기, 제50도 내지 제52도내에 나타낸 타이밍 챠트에 있어서, 활성 이온-발생가스, 즉 CHF₃가스와 CF₄가스의 유량도 같은 방식으로 제어된다. 그러나, 주변 보호막의 형성에 공헌하는 가스중의 하나를 추출하고 이들 가스의 흐름만을 제어하는 것이 가능하다.

제53도는 이 경우를 나타내는 타이밍 챠트이다. 이 경우에, 주변보호막을 형성하기 위한 활성 이온을 발생하는 CF₄가스의 유량의 듀티 사이클, 펄스폭 또는 주파수는 그의 유량을 조정하도록 제어되어 주변 보호막의 과도한 성장을 제한한다.

상술한 실시예에 있어서, 활성이온-발생가스의 흐름을 조정하는 것도 출력 사이클, 즉 상술한 2치 신호의 주파수를 변경함으로써 제어될 수 있으며, 그에 의하여 유량 설정수단(522)에 의한 통로의 폐쇄및 개방의 수를 변경한다. 주파수를 100 Hz 내지 10 KHz의 범위에서 선택된다. 이 범위내의 주파수는 스퍼터링 이온의 인가및 신뢰성있는 방식으로 배출시간을 얻는 견지에서 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 실시예에 있어서, 처리가스, 즉 플라즈마 발생가스로서 아르곤 가스와 활성이온-발생가스로서의 CHF₃가스및 CF₄가스들은 파이프(520)를 통하여 처리실(512)내로 공급되고, 고주파 전압이 하부전극(516)에 공급되며 그에 의하여 플라즈마를 발생한다.

에칭부에 있어서, 활성이온-발생가스의 흐름은 에칭의 시작후에 조절된다. 이 조정은 에칭부내의 주변 보호막의 성장을 제한하며, 그에 의하여 에칭부가 완전히 채워지는 것을 방지하고 에칭부로 하여금 스퍼터링 이온이 인가되고 반응 생성물이 배출되는 특정 크기의 개구를 가지는 것이 가능하게 한다.

상술한 바와 같이, 실시예에 있어서는, 공급되는 활성이온-발생 혼합물의 유량이 펄스방식으로 반복적으로 변화하므로, 펄스가 고레벨(즉 유량이 많음)인 시간이 에칭시에 얻어지는 반응 생성물의 배출을 촉진하는 시간으로 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예는 에칭부가 둘레 보호막으로 채워지는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해서, 둘레 보호막을 형성하기 위하여 활성 이온을 포함하는 가스의 공급량은 보호막의 성장을 제한하기 위하여 에칭의 시작부터 조절될 수 있다.

부가적으로, 실시예에 있어서, 에칭부내의 둘레 보호막의 성장을 제한하기 위하여 만약 활성이온-발생가스의 유량이 조정되는 것으로 충분하다. 따라서, 성장은 연속적으로 플라즈마를 발생하면서 제한될 수 있다. 다른 말로, 에칭을 중단할 필요가 없으며, 수율의 감소가 방지될 수 있다.

[실시예 10]

최근에, 높은 집적도의 IC 칩이 대구경의 반도체웨이퍼상에 형성된다. 높은 수율로 대구경의 웨이퍼상에 IC 칩을 제조하기 위하여는, 반도체웨이퍼상에 균일한 강도를 가지는 플라즈마를 인가할 필요가 있다. 만약 강도가 불균일한 플라즈마가 12인치 웨이퍼 또는 그 이상의 웨이퍼상에 인가되면, 웨이퍼의 중앙부와 둘레부 사이의 에칭율의 차이가 6인치 웨이퍼보다 훨씬 크게 된다. 이러한 결과로, IC 칩이 불충분한 수율로 제조된다.

따라서, 실시예 10의 목적은 균일한 상태의 플라즈마가 매회 피처리물의 처리영역의 일부에 여러회 인가되고, 그에 의하여 피처리물의 처리영역이 균일하게 처리되도록 하는 방법을 제공함에 있다. 본 방법은 플라즈마를 발생하고 이 플라즈마를 매회 피처리물의 일부에 수회 인가하기 위하여 피처리물을 지지하는 테이블을 대향하는 국부-플라즈마 발생수단과, 테이블에 대하여 국부-플라즈마 발생수단을 이동하기 위한 수단을 사용함으로써 수행된다. 결과적으로, 균일한 상태의 플라즈마가 피처리물의 전체 처리영역에 인가될 수 있다.

제54도는 실시예 10의 방법을 사용한 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 도면이다. 제54도에 있어서, 플라즈마 에칭 장이는 알루미늄과 같은 도전성 재료로 만들어지고 기밀한 방식으로 형성된 대략 원통형인 처리실(602)을 가진다. 처리실(602)은 예를 들면 반도체웨이퍼 W를 그 위에 착설하기 위한 테이블(604)이 마련되는 바닥부(603)를 가진다. 테이블(604)은 바닥부(603)로부터 전기적으로 절연된다. 테이블(604)은 알루미늄과 같은 도전성 재료로 만들어진 서셉터 지지테이블(605)과, 볼트(606)에 의하여 서셉터 지지 테이블(605)에 부착가능하게 지지되며 하부전극으로서 기능하는 서셉터(605)를 포함하여 구성된다.

서셉터 지지테이블(605)은 액체질소(609)와 같은 냉매를 순화시키기 위하여 냉각쟈켓(608)과 같은 냉매 수납기를 가지며, 냉매 공급/배출통로(610)가 액체질소(605)를 공급및 배출하기 위하여 냉각쟈켓(608)에 접속된다.

서셉터(607)는 원반형으로 형성되며 반도체 착설용으로서 기능하는 돌출한 중앙부를 가진다. 정전척(611)과 같은 고정수단이 돌출 중앙부의 웨이퍼 장착면상에 마련된다. 정전척(611)은 2개의 폴리이미드막과, 그들 사이에 고정되며 예를 들면 등박으로 만들어진 도전막(612)을 포함하여 구성된다. 도전막(612)은 전압 공급 와이어(613)를 통하여 DC 고압원(614)에 전기적으로 접속된다. 고전압이 전압원(614)으로부터 도전막(612)에 인가될 때, 쿨롱의 힘이 척의 면에 발생되며, 그에 의하여 반도체 웨이퍼 W를 그의 위에 정전기적으로 유지한다. 또한 서셉터(607)는 웨이퍼 W의 뒷면에 헬륨가스와 같은 열전달 매체를 인가하기 위한 열전달 가스 공급통로(615)를 가진다.

속이 빈 도전성 전원로드(616)가 바닥부(603)및 서셉터 지지테이블(605)을 통하여 서셉터(607)에 접속되며, 도선(617)및 블로킹 캐패시터(618)를 통하여 380 KHz, 1 MHz 등의 제1 고주파 전원(619)이 접속된다. 온도-조절 히터(620)가 서셉터(607)와 서셉터 지지 테이블(605)의 사이에 마련되며, 온도 조절 히터(620)에 전력을 인가하기 위하여 전원 공급선(621)에 접속된다. 공급선(621)은 전원 공급로드(616)을 통하여 연장되며 전원(622)에 접속된다.

또한, 열전쌍과 같은 온도-검출수단(623)이 반도체웨이퍼 W의 온도를 검출하기 위하여 정전척(611)과 서셉터(607)의 접촉부의 근방내에 마련된다. 온도검출 수단(623)은 온도검출수단(623)으로부터 공급된 온도신호를 전달하기 위하여 온도검출 리이드선(624)의 수단에 의하여 높은 고주파 잡음을 제거하기 위하여 필터(625)를 통하여 전체 장치를 제어하는 콘트롤러(626)에 접속된다. 콘트롤러(626)는 소정의 프로그램에 따라서 고주파 전원(619)과 전원(622)및 DC 고압원(614)을 제어한다. 원하는 진공분위기로 처리실(602)내의 압력을 감소하기 위하여 진공펌프(628)와 같은 배출수단이 배출 파이프(627)를 통하여 처리실(602)의 하부측 부분에 접속된다. 가스 유니트(630)는 처리실(602)내로 질소가스와 같은 불활성기체의 소정량을 공급하기 위하여 공급 파이프(629)를 통하여 처리실(602)의 측부에 접속된다.

플라즈마를 반도체 웨이퍼 W의 일부로 인가하기 위한 국부 플라즈마 발생수단(631)이 그들 사이에 놓여진 웨이퍼 W와 함께 서셉터(607)에 대향한다. 제55도에 나타낸 바와 같이, 국부 플라즈마 발생수단(631)은 상호간에 대향한 한쌍의 전극판(632a)및 (632b)과, 전극판(632a)및 (632b)을 고정하고 그들의 상부및 측부를 덮는 블록(633)을 가진다. 블록(633)은 예를 들면 알루미늄과 같은 도전성 재료로 만들어지며, 전해처리에 처해지고 접지된다. 개구(640)는 전극판(632a)및 (632b) 사이의 블록의 하부에 형성된다.

CF₄등을 포함하는 플라즈마 가스를 전극판(632a)및 (632b)으로 반송하기 위한 블록(633)에 접속된다. 전극판(632a)및 (632b)에 인가된 가스는 판내에 형성된 가스 발출구멍(634)을 통하여 처리실(602)내로 발출된다. 제54도에서 나타낸 바와 같이, 처리실(602)내에 위치하는 가스공급 파이프(635)의 일부가 팽창될 수 있으며 수축될 수 있다.

또한, 팰티어(Peltier)소자와 같은 가열/냉각 기구(636)가 블록내에 마련된다. 기구(636)는 온도 콘트롤러(637)에 접속되고, 이는 전극판(632a)및 (632b)과 블록(633)자체를 소정의 온도로 제어하기 위한 콘트롤러(626)로 부터의 신호에 응답한다.

전극판(632a)및 (632b)중의 한개는 접지되고, 다른 것은 예를 들면 블로킹 캐피시터(638)를 통하여 13.56 MHz, 또는 40 MHz의 제2의 고주파 전원(639)에 접속된다.

제54도에 나타낸 바와 같이, 블록(633)은 세라믹스와 같은 절연성 재료로 만들어진 고정부재(642)의 수단에 의하여 X-, Y-, Z- 방향으로 이동가능한 이동수단(641)과 결합한다. 결과적으로, 블록(633)은 X-, Y-, Z- 방향으로 이동할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 플라즈마 에칭장치의 작용을 이하에서 설명한다.

먼저, 제54도에서 나타낸 바와 같이, 처리실(602)내의 압력이 진공 펌프(628)에 의하여 소정의 진공상태, 예를 들면 10^-3Torr 이하로 감소한다. 반도체웨이퍼 W는 처리실(602)내의 정전척(611)에 놓여진다. 또한 DC 고압원(614)으로부터 인가된 고압이 도전막(612)으로 인가되고, 그에 의하여 척(611)이 쿰롱의 힘에 의하여 웨이퍼 W를 유지한다.

또한, 콘트롤러(602)는 열전쌍(623)으로부터의 온도 데이타를 감시하면서, 냉매 공급/배출 통로(610)를 통하여 냉각쟈켓(608)으로 전달되는 액체질소(609)의 공급량및 히터(609)로의 전원공급(622)의 전력을 제어하기 위해 미리 저장된 프로그램에 따라서 동작한다. 따라서, 반도체웨이퍼 W의 온도는 예를 들면 -20℃의 소정치로 유지된다.

그 후에, 이동수단(641)이 소정의 위치에 국부 플라즈마 발생수단(631)를 X-, Y-, Z- 방향으로 이동한다. 이 소정의 위치는, 예를 들면 제56도에 나타낸 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W상에 형성된 집적회로소자(643)의 한 칩(644)의 위치에 해당한다.

그리고, 콘트롤러(626)는 가스 유니트(630)가 가스 공급 파이프(635)를 통하여 플라즈마 가스의 소정량을 블록(633)에 공급하도록 지시한다. 여기에 공급된 가스는 가스 발출 구멍(634)를 통하여 발출된다. 콘트롤러(626)는 제2 고주파 전원(639)을 스위칭하고, 그에 의하여 고주파 전압을 전극판(632a)및 (632b)에 공급하고 제57(a)도에서 나타낸 바와 같이 그들 사이에서 플라즈마(645)를 발생한다.

그 후에, 제57(b)도에 나타낸 바와 같이 콘트롤러(626)는 제1 고주파 전원(619)으로 하여금 서셉터(607)로 고주파의 소정의 전력을 인가하도록 지시한다.

결과적으로, 전극판(632a)및 (632b)사이에서 발생한 플라즈마는 집적회로소자(643)에 도출되고, 그에 의하여 플라즈마(645)내에 담긴 활성종의 사용으로 그를 에칭한다. 도출된 플라즈마의 양은 서셉터(607)에 인가된 고주파의 전력에 따라서 변화한다.

제58도에서 나타낸 바와 같이, 처리는 다음과 같이 수행된다:

i) 국부 플라즈마 발생수단(631)이 처리될 소정의 집적회로소자상에 놓인다(S11).

ii) 제2 고주파 전원이 스위치온되며, 그에 의하여 전극판(632a)및 (632b) 사이에서 플라즈마(645)를 발생시킨다(S12).

iii) 제1 고주파 전원이 스위치 온되거나, 또는 그의 전력이 도출될 전극판(632a)및 (632b) 사이에 플라즈마(645)가 발생할 수 있는 값으로 증가된다(S13).

iv) 반도체 웨이퍼 W의 소정의 집적회로 소자가 처리된다(S14).

v) 제1 고주파 전원이 스위치 오프되거나, 또는 그와 전력이 도출될 전극판(632a)및 (632b) 사이에 플라즈마(645)가 발생할 수 있는 값으로 증가된다(S15).

vi) 모든 질적회로소자가 처리되었는 지를 결정하고, 처리된다면, 그 처리는 이하의 (vii) 항이 수행된다(S16).

vii) 이동수단(641)이 다음에 처리될 집적소자로 국부 플라즈마 발생수단(631)을 이동하고, (iii)항이 반복된다(S17).

viii) 제2 고주파 전원이 스위치 오프되고, 그에 의하여 전극판(632a) 및 (632b)사이에 플라즈마 발생이 정지된다(S18).

ix) 처리가 종료하고, 처리된 반도체웨이퍼가 새로운 것으로 교체되고, i) 항이 다시 시작된다(S19).

이동수단(641)을 이용하여 국부 플라즈마 발생수단(631)을 처리되지 않은 집적회로소자로 이동할 때에, 처리의 수율은 이동수단이 집적회로 소장의 매 2 열내에서 화살표(647)에 의하여 나타낸 우측 이동및 화살표(648)에 의하여 나타낸 좌측 이동의 어느 하나를 수행하기 위하여 이동수단(641)을 제어함으로써 증가될 수 있으며, 인접한 집적회로소자가 제56도에서 나타낸 바와 같이 연속적으로 처리된다.

이동수단(641)은 처리의 소정 범위에 걸쳐서 반도체 웨이퍼 W의 모든 영역에 같은 상태로 균일한 플라즈마를 국부 플라즈마 발생수단(631)으로 인가할 수 있도록 하므로, 처리 에러가 소정의 범위내에서 제한될 수 있으며, 그에 의하여 플라즈마 처리의 균일성을 제고하고 생성물의 수율을 제고한다.

또한, 국부 플라즈마 발생수단(631)이 피처리물에 같은 상태로 균일한 플라즈마를 국부적으로 인가할 수 있으므로, 8 인치 이상의 대구경 웨이퍼 W도 처리할 수 있다.

또한, 전극판(632a)및 (632b) 사이의 공간으로부터 플라즈마 인출전극으로서의 서셉터(607)로의 플라즈마의 양이 서셉터(607)에 고주파 전원을 인가하기 위하여 제1 고주파 전원(617)의 전원에 따라 조정될 수 있다. 따라서, 2배 에칭처리가 예를 들면 제1 에칭이 2000 Å의 에칭유로 수행되는 반도체 웨이퍼의 단일부분에서 용이하게 수행될 수 있고 500 Å의 에칭율로 제2 에칭이 수행된다.

실시예의 다른 양상이 제59도를 참조하여 설명된다. 이 실시형태에서, 상술한 실시형태에서 채택된 것과 유사한 요소는 대응하는 참조부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다.

제59도에서 나타낸 바와 같이, 국부 플라즈마 발생수단(631)은 다수의 블록(633)과, 반도체 웨이퍼를 한 방향, 예를 들면 X 방향으로 이동할 수 있는 이동수단(641)을 가질수 있다. 이러한 구성에 의해서, 웨이퍼 W상의 다수의 집적회로소자가 동시에 처리될 수 있으며, 생산수율을 제고한다.

제60도에서 나타낸 바와 같이, 국부 플라즈마 발생수단(631)은 제2 고주파 전원(639)으로부터 전력이 인가되는 로드 전극(632a)과, 로드 전극(632a)을 둘러싸며 접지된 원통형 전극(632b)을 포함하여 구성된다. 원통형 전극(632b)은 플라즈마 가스를 전극(632a)과 (632b) 사이의 공간으로 도입하기 위한 가스 발출 구멍(634)을 가진다. 이러한 구조는 반도체웨이퍼 W 상의 집적회로 소자 또는 플라즈마가 인가되는 영역이 원형이 경우에도 플라즈마 에칭처리를 가능하게 한다.

제61도에서 나타낸 바와 같이, 국부 플라즈마 발생수단(631)은 석영유리 또는 세라믹과 같은 절연성 재료로 만들어진 원통형 부재(670)와, 원통형 부재(670)의 상부면상에 마련된 나선형 안테나(671)와, 나선형 안테나(671)로부터 분리되고 상부면내에 형성된 가스 발출 구멍(634)를 가질수 있다. 고주파 전력이 제2 고주파 전원(639)로부터 나선형 안테나(671)의 양끝단 사이에 인가된다. 플라즈마 가스가 원통형 부재(670)의 둘레면을 통하여 도입되지 않는 이 구조는, 다수개의 국부 플라즈마 발생수단(631)으로 하여금 그들 사이에 어떠한 공간도 두지 않고 상호간에 밀접하게 평행하게 배치될 수 있도록 하며, 그에 의하여 웨이퍼를 균일하게 처리한다.

제62도에서 나타낸 바와 같이, 국부 플라즈마 발생수단(631)은 석영유리 또는 세라믹가 같은 절연성재료로 만들어진 부재(670)와, 이 부재(670)의 외부면에 마련되는 헬리칼 안테나(671)를 가질수 있으며, 가스 발출구(634)가 플라즈마 가스를 그를 통하여 도입하기 위한 부재(670)의 끝단에 마련된다. 이러한 구조는 다수개의 가스 발출 구멍을 필요로 하지 않으며, 큰 설치공간을 필요로 하지 않는다.

비록 반도체웨이퍼는 상술한 실시 형태로 처리되지만, 본 실시예는 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 LCD 기판으로서 약 550 mm X 650 mm의 대형 유리기판이 플라즈마 처리되고 선형여역으로 플라즈마를 인가하기 위하여 선형적으로 배열된 블록으로 구성되는 수단이 국부 플라즈마 발생수단으로 사용되는 처리에도 이용될 수 있다. 이 경우에, 국부 플라즈마 발생수단은 고정되며, LCD기판은 블록이 선형적으로 배치되는 방향에 수직인 방향으로 이동한다. 결과적으로, 플라즈마 처리는 넓은 범위에 걸쳐서 LCD 기판상에 균일하게 수행될 수 있다. 또한, 가열/냉각 기구로서 펠티어 소자가 사용되고 있으나, 액체 헬륨 또는 액체 질소를 순환하는 기구가 냉각기구로서 사용될수 있으며, 히터가 가열기구로서 사용될 수도 있다. 또한, 피처리물이 놓여지는 테이블은 고정되어 있고, 국부 플라즈마 발생수단이 이동수단에 의하여 이동하고 있으나, 본 발명은 국부 플라즈마 발생수단이 고정되고 테이블이 이동수단에 의하여 이동하도록 할 수 있다. 처음 실시형태에 있어서는, 가스발출 구멍이 양쪽 전극에 형성되어 있으나, 이들은 전극판중의 하나에 형성될 수도 있다. 전극판 사이에 플라즈마 가스가 인가될 수 있다면 가스발출 구멍이 이들 중의 어느 것에도 형성되지 않을 수도 있다. 또한, 국부 플라즈마 발생수단의 전극판중의 어느 하나가 고주파 전원(RF)의 접지측에 접속되어 있으나, 전원의 전력과 상이한 위상의 고주파 전력, 예를 들면 180± 사이클의 고주파 전력이 전극판중의 하나로 인가될 수도 있다. 비록 국부 플라즈마 발생수단이 이동수단에 의하여 이동되고 있으나, 다수개의 국부 플라즈마 발생수단들이 피처리물의 전체 상부면에 대하여 고정되고 고주파 전력이 상호간에 동기하거나 또는 독립적으로 인가되도록 할 수도 있다.

부가적으로, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마 에칭장치에 적용된 것이나, 이들은 또는 플라즈마가 피처리물을 처리하는 CVD 장치, 애싱 장치, LCD 장치 등에도 적용가능하다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 국부적으로 발생된 균일한 플라즈마가 소정 처리영역에 걸쳐서 처리물의 모든 영역을 차례로 인가되기 때문에, 처리범위내에서 처리오류가 최소화될 수 있으며, 그에 의하여 플라즈마 처리의 균일성및 제품수율을 제고할 수 있다.

부가적인 장점및 변경이 당업자에게 명백하게 생길 수 있다. 따라서 본 발명은 그의 넓은 실시형태에 있어서 본 명세서에서 기술되고 나타낸 특정한 예에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위및 그의 등가물에 의해서 개시된 일반적 발명개념의 범위 또는 요지를 벗어나지 않고서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (22)

1. 피처리물상에 수행되는 플라즈마 처리의 종점을 검출하는 방법으로서: 상기 플라즈마 내의 C₂에 대하여 특정한 파장대역을 넘는 방출 스펙트럼을 광학적 검출수단에 의하여 검출하는 단계; 및 상기 광학적 검출수단에 의하여 검출된 방출 스펙트럼의 방출강도로부터 플라즈마 처리의 종점을 결정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리가 에칭인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
3. 제1항에 있어서, 탄소화합물을 포함하는 가스가 상기 플라즈마 처리에서 사용되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 가스는 CF₄가스, C₂F₆가스, C₄F₈가스 및 CHF₃가스로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
5. 제3항에 있어서, CO 가스가 상기 가스에 추가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
6. 제1항에 있어서, C₂에 대하여 특정한 파장대역은 465 내지 474 nm의 범위에 걸친 파장대역, 505 내지 517 nm의 범위에 걸친 파장 대역, 및 550 내지 564 nm의 범위에 걸친 파장대역으로 구성되는 군중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 방출 스펙트럼은 상기 파장대역중의 하나를 넘는 범위인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리는 최대한 10^-2Torr의 압력에서 행해지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
9. 적어도 탄소 및 불소로 만들어진 화합물을 포함하는 가스의 플라즈마를 사용함으로써 적어도 실리콘을 포함하는 재료로 만들어진 피처리물에 수행된 플라즈마 처리의 종점을 검출하는 방법으로서: 광학적 검출수단에 의하여 C₂에 특정한 파장대역을 넘는 방출스펙트럼 및 Si 또는 SiF_X(X = 1 내지 3)에 특정한 파장대역을 넘는 방출스펙트럼을 검출하는 단계와; 상기 방출 스펙트럼들의 방출강도를 측정하고 상기 방출강도의 방출강도들 사이의 차이 또는 비율을 얻는 단계 및 ; 소정의 기준치와 상기 비율 또는 차이를 비교함으로써 플라즈마 처리의 종점을 검출하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 피처리물은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
11. 피처리물에 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때, 상기 플라즈마 중에 CF_Y(Y=1 또는 2)의 특정한 파장대역에 있어서 방출 스펙트럼을 광검출 수단에 의해 검출하는 공정, 및 상기 방출 스펙트럼의 방출 강도에 기초하여 처리의 종점을 판정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
12. 제9항에 있어서, CO 가스가 상기 가스에 추가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
13. 제9항에 있어서, C₂에 특정한 파장대역은 465 내지 474 nm의 범위에 걸친 파장대역, 505 내지 517 nm의 범위에 걸친 파장대역, 및 550 내지 564 nm의 범위에 걸친 파장대역으로 구성되는 군중에서 선택된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
14. 피처리물상에 수행되는 플라즈마 처리의 종점을 검출하는 장치로서: 플라즈마 처리시에 발생된 C₂에 특정한 파장대역을 넘는 방출스펙트럼을 검출하기 위한 제1 광학검출수단; 및 상기 제1 광학검출수단에 의하여 검출된 방출스펙트럼의 방출강도로부터 플라즈마 처리의 종점을 결정하는 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
15. 제14항에 있어서, 플라즈마 처리동안에 발생된 활성종에 특정한 파장대역을 넘는 방출 스펙트럼을 검출하기 위한 제2 광학검출수단을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 광학검출수단에 의하여 검출된 방출스펙트럼의 방출강도와 상기 제2 광학검출수단에 의하여 검출된 방출스펙트럼의 방출강도 사이의 비 또는 차이를 계산하기 위한 계산수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
17. 감시창을 가지는 처리실과; 상기 처리실내에 위치하며, 그 중 한개는 피처리물을 지지하도록 마련되며, 그들 사이에 고주파 전력이 인가되어 처리가스를 플라즈마로 변환하도록 하는 한쌍의 전극과; 상기 감시창을 통과한 플라즈마로 부터 방출스펙트럼을 검출하는 제1 광학 검출수단; 및 상기 제1 광학 검출수단에 의하여 검출된 방출 스펙트럼의 방출강도로부터 플라즈마 처리의 종점을 결정하는 수단을 포함하여 구성되며, 상기 감시창은 상기 처리실로부터 돌출하는 원통형 부재의 먼쪽 끝단에 유지되며, 상기 원통형 부재는 플라즈마 처리에 의하여 발생되는 가스를 빼내는 좁은 가스 통로를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 원통형 부재는 온도 조정수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
19. 제17항에 있어서, 플라즈마 처리시에 발생된 활성종에 특정한 파장대역을 넘는 방출 스펙트럼을 검출하기 위한 제2 광학검출수단을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1 광학검출수단에 의하여 검출된 방출스펙트럼의 방출강도와 상기 제2 광학검출수단에 의하여 검출된 방출스펙트럼의 방출강도 사이의 비 또는 차이를 계산하기 위한 계산수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
21. 실리콘을 포함하는 재료로 만들어진 피처리물에 적어도 탄소 및 불소를 갖는 화합물을 포함하는 플라즈마를 사용하여 처리를 행하는 때에 상기 플라즈마 중에 CF_Y(Y=1 또는 2)의 특정한 파장대역에 있어서 방출 스펙트럼 및 Si 또는 SiF_X(X=1∼3)의 방출 스펙트럼을 광검출 수단에 의해 검출하는 공정, 각각의 방출 스펙트럼의 방출 강도를 구하여, 양자의 비 또는 차를 계산하여 계산치를 얻는 공정, 상기 계산치가 소정의 기준치를 넘는 시점을 처리의 종점으로 판정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 방법.
22. 피처리물에 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때, 발생하는 CF_Y(Y=1 또는 2)의 특정한 파장대역에 있어서 방출 스펙트럼을 광검출 수단에 의해 검출하는 수단, 및 상기 방출 스펙트럼으로부터 방출강도를 얻어서, 그 방출 강도에 기초하여 처리의 종점을 판정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리의 종점 검출 장치.