KR100304288B1 - 플라즈마처리의종점검출방법및그장치 - Google Patents

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Abstract

각각의 프로세스나 각각의 피처리체에 따라서 문턱값을 설정할 필요가 없고, 다른 플라즈마 처리조건에서도 정확하게 플라즈마 처리의 종점을 검출할 수가 있는 범용성이 있는 종점검출방법 및 종점검출장치를 제공한다.
본 발명의 종점검출장치를 사용한 종점검출방법은 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마(P)를 사용하여 플라즈마 처리할 때의 발광 스펙트럼의 광검출기에 의하여 순차검출하고, 이 발광 스펙트럼의 특정파장의 발광강도(I)의 변화에 따라서는 플라즈마 처리의 종점을 검출할 때에 플라즈마 처리의 초기 소정시간(T1)내에는 상기 발광강도(I)의 평균값(m) 및 분산값(σ2)를 비교기에 의하여 비교하고, 이 비가 기준값을 초과한 시점을 판정기에 의하여 플라즈마 처리의 종점으로서 판정하는 것이다.

Description

플라즈마 처리의 종점검출방법 및 그 장치
제1도는 본발명에 관한 종점 검출장치의 1 실시에를 구비한 플라즈마 처리장치의 요부를 나타내는 설명도,
제2도는 제1도에 나타낸 종점 검출장치의 구성을 나타내는 블록도,
제3도는 제1도에 나타낸 종점 검출장치의 작용을 설명하기 위한 그래프,
제4도는 제1도에 나타낸 종점 검출장치를 사용한 본 발명에 관한 종점검출방법의 위치 실시예를 나타내는 플로우챠트,
제5도는 에칭 처리로부터 그 종료에 이르기까지의 특정파장의 발광 스펙트럼의 발광강도 파형을 나타내는 그래프,
제6도는 제1도에 나타낸 종점 검출장치의 다른 예를 나타내는 블록도,
제7도는 제6도에 나타내는 종점 검출장치에 있어서 연산에 사용되는 발광강도 및 그 파형의 X-Y 좌표를 나타내는 도면,
제8a도 및 제8b도는 제6도에 나타낸 종점 검출장치의 동작을 설명하기 위한 도면으로,
제8a는 전체의 막두께가 균일한 막을 에칭할 때의 발광강도 및 그 파형도의 경사를 변화를 나타내는 그래프,
제8b도는 제8a도의 발광강도 및 그 파형의 경사 변화를 나타내는 X-Y 좌표,
제9도는 부분에서 막두께가 다른 막을 나타내는 단면도,
제10a도 및 제10b도는 제6도에 나타내는 종점 검출장치 동작의 다른 예를 설명하는 도면으로,
제10a도는 부분에서 막두께가 다른 막을 에칭할 때 발광강도 및 그 파형의 경사의 변화를 나타내는 그래프,
제10b도는 제10a도의 발광강도 및 그 파형의 경사의 변화를 나타내는 X-Y 좌표,
제11a도 및 제11b도는 제6도에 나타내는 종점 검출장치 동작의 다른 예를 설명하는 도면으로,
제11a도 및 제11b도는 제6도에 나타내는 종점 검출장치 동작의 다른 예를 설명하는 도면으로,
제11a도는 전체의 막두께가 균일한 막을 에칭할 때 발광강도 및 그 파형의 경사의 변화를 나타내는 그래프,
제11b도는 제11a도의 발광강도 및 그 파형의 경사의 변화를 나타내는 X-Y 좌표,
제12도는 2층의 적층막을 본 발명에 관한 방법에 따라서 한번에 에칭한 때의 상태를 나타내는 단면도,
제13a~제13c도는 제6도에 나타내는 종점 검출장치 동작의 다른 예를 설명하는 도면으로,
제13a도는 에칭할 때의 발광강도가 볼록 형상으로 변화하는 상태를 나타내는 그래프,
제13b도는 제13a도의 발광강도 및 그 파형의 경사의 변화를 나타내는 X-Y 좌표,
제13c도는 에칭할 때의 발광강도가 볼록 형상으로 변화한 상태를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10:플라즈마 처리장치 11:처리실
12:하부전극 13:상부전극
14:가스도입관 15:배기관
17:창 21:렌즈
21a:이동수단 22:광검출기
30:종점검출장치 31:추출기
32:평균값, 분산값 연산기 34:비교기
35:판정기 40:제어장치
41:좌표 변환기 42:스타트 판정기
43:엔드 판정기 44:원점이동기
51:막 52:레지스트층
53a~53b:개구부 61:SiO2막
62:Si3N4I:발광강도
ls:문턱값 0:원점
P:플라즈마 S,E:변곡점
W:웨이퍼
본 발명은 플라즈마처리의 종점검출방법 및 그 장치에 관한 것이다.
플라즈마를 사용한 에칭장치는 종래로부터 반도체 제조공정 또는 액정표시장치용 기판의 제조공정에 널리 적용되고 있다. 이와 같은 에칭장치는, 예를 들면, 서로 평ㄹ행하게 설치된 상부전극과 하부전극을 구비하고 있고, 상부전극과 하부전극과의 사이의 방전에 의하여 에칭용 가스로부터 플라즈마를 발생시키고, 그 활성종에서 피처리체로 하여 반도체 웨이퍼를 에칭하는 것이다. 에칭처리에 즈음에서는 에칭의 진보상황을 감시하고, 그 종점을 가능한한 정확하게 검출하여 소정의 패턴과 같이 에칭처리를 하도록 하고 있다.
종래로부터 에칭의 시점을 검출하는 방법에는 질량분석 분광분석등의 기기분석법이 사용되고 있고, 이들 중에서도 비교적 간단하고, 고감도인 분광분석이 널리 사용되고 있다.
에칭의 종점을 검출하는 경우에 분광분석을 사용할 때는 구체적으로는 에칭용 가스 그 분해생성물 또는 반응 생성물등의 라디칼 또는 이온등의 활성종중 특정의 활성종을 선택하고, 선택된 활성종의 발광 스펙트럼의 발광강도를 측정한다. 이 경우 선택하는 활성종은 에칭용 가스의 종류에 의하여 다르게 된다. 예를 들면, CF4등의 플루오르 카본계의 에칭용 가스를 사용하여 실리콘 산화막을 에칭하는 경우에는 그 반응생성물인 CO*로부터의 발광 스펙트럼(219nm 또는 483.5nm)을 측정하고, 또 CF4등의 플로오르 카본계의 에칭용 가스를 사용하여 실리콘 산화막을 에칭하는 경우에는 그 반대 생성물인 N*으로 부터의 발광 스펙트럼(674nm)을 측정한다. 그리고, 에칭의 종점은 상술한 바와 같은 특정한 파장의 발광강도나 그 강도의 1차 미분값, 2차 미분값등의 변화량을 미리 설정한 문턱값과 비교함으로써 결정된다.
따라서 종래의 종점 검출발법의 경우에는 개개의 프로세스에 의하여 예를 들면 에칭하는 막의 종류에 의하여 발광을 측정하는 활성종이 다르기 때문에 각각의 활성종에 따라서 문턱값을 그때마다 설정하여 고치지 않으면 안되었다. 또 에칭하는 막의 종류가 동일하여도 막등이 다름에 의하여 에칭조건이 다른 경우에는 역시 각각의 에칭조건에 따른 문턱값을 그때마다 설정하여 고치지 않으면 안되었다. 이들의 문턱값을 설정하는 데에는 복잡한 수식에 따라 수치설정을 하지 아니하면 안되었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 각각의 프로세스나 개개의 피처리체에 따라서 그때마다 문턱값을 설정하여 고칠 필요가 없고, 다른 플라즈마 처리조건에서도 정확하게 플라즈마 처리의 종점을 검출할 수가 있는 범용성이 있는 종점 검출방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적은 피처리체에 플라즈마를 사용한 처리를 할때에, 초기시간 동안 특정파장을 가지는 활성종의 발광 스펙트럼을 광검출수단에 의하여, 순차검출하는 공정과, 발광강도와 초기시간에 활성종의 발광 스펙트럼에 대한 정보에 근거한 시간과의 관계를 나타내도록 공식을 이용하는 미분값을 구하는 공정과, 초기시간 경과 후 처리가 수행되는 동안 활성종의 발광 스펙트럼에 대한 정보를 사용함으로써, 횡좌표는 발광강도를 나타내고 종좌표는 미분값을 나타내는 X-Y 좌표 상에 나타난 발광강도와 미분값이 있는 그래프에서, 발광강도 및 상응하는 미분값을 구하는 공정과, 및 기준값을 초과하여 플라즈마 처리의 종점으로 되는 거리에 의해서, 구해진 발광강도와 그것의 미분값의 위치가 그래프의 원점으로 부터 분리되는 시점을 결정하는 공정을 구비하는 종점검출방법에 의하여 달성된다.
또, 이 목적은 플라즈마를 사용하는 처리가 피처리체에 대하여 수행될때 특별한 파장을 가지는, 플라즈마 내에서 발생되는 활성종의 발광 스펙트럼을 검출하기 위하여 간섭 필터 또는 분광기와, 포토멀티플라이어 또는 포토 다이오드로 구성된 발광 스펙트럼 검출수단과, 초기시간 동안에 활성종의 발광 스펙트럼에 대한 정보에 근거하여, 미분값이 발광강도와 시간과의 관계를 나타내기 위하여 공식을 사용하는 미분값을 연산하는 연산기와, 상기 연산기로부터 얻어진 정보에 근거하여, 횡좌표는 발광강도를 나타내고 종좌표는 미분값을 나타내는 X-Y 좌표 상에 나타난 발광강도 및 상응하는 미분값이 있는 그래프를 만들기 위한 좌표변환수단과, 그래프에서 구해진 발광강도와 그것의 미분값의 위치에서 그래프의 원점에까지의 거리가 기준값을 초과하여 플라즈마처리의 종점으로 되는 시점을 판정하는 판정기를 포함하여 구성되는 플라즈마처리의 종점을 검출하는 장치에 의하여 달성된다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 처리초기의 소정시간(T1)내는 광검출수단에 의하여 발광 스펙트럼을 순차 검출하고, 이 발광 스펙트럼의 특정 강도의 평균값 및 분산값을 구하고 소정시간(T1)경과 후에는 그 때의 발광강도와 상기 평균값과의 연산값을 구한 후, 이 연산값과 상기 분산값과의 비를 구하고, 이 비가 소정의 기준값을 초과한 시점을 플라즈마 처리의 종점으로 하여 판정한다. 이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명에 관한 종점 검출장치를 구비한 플라즈마 처리장치의 구성을 타나내는 설명도이다. 플라즈마 처리장치 (10)는, 예를 들면, 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지는 처리실(11)과, 이 처리실(11)내에 설치되고, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 재치하는 재치대를 겸비한 하부전극 (12)과, 이 하부전극(12)의 위쪽에 하부전극(12)과 이격하여 설치된 상부전극(13)을 구비하고 있다.
처리실(11)의 상부에는 CF4등의 플루오르 카본계의 에칭용 가스를 도입하기 위한 가스 도입관(14)이 접속되어 있다. 또 처리실(11)의 측벽에는 생성가스를 배출하기 위한 배기관(15)이 접속되어 있다. 또 하부전극(12)은 접지되어 있고, 항상 그라운드 전위로 유지되어 있다. 또 상부전극(13)은 고주파전원(16)에 접속되어 있고, 고주파 전원(16)으로부터 고주파 전압을 인가하여 하부전극(12)과 상부전극(13)과의 사이에서 방전시킴으로써 에칭용 가스를 활성화 한 라디칼종, 이온종의 활성종으로 되는 플라즈마(P)를 발생시킨다.
또 처리실(11)의 측벽에는 석영 유리등의 투명체로 되는 감시용 창(17)이 부착되어 있고, 이 창(17)으로부터 플라즈마(P)의 발광 스펙트럼을 투과시키고, 이 투과광을 분석함으로서 에칭의 진보상황을 감시한다. 창(17)의 외부에는 투과광을 집광하기 위한 렌즈(21)가 설치되고, 또한 렌즈(21)의 후단에는 렌즈(21)에 의하여 집광된 광을 검출하여 광전 변환하는 광검출기(22)가 설치되어 있다. 이 광출기(22)는 예를들면, 간섭필터 또는 분광기와, 포토 멀티플라이어(photomultiplier) 또는 포토 다이오드로 구성되어 있고, 특정파장의 광을 간섭필터 또는 분광기로 분광한 후 분광한 특정파장의 광을 광전변화하여 발광강도(I)를 전기신호로서 송신하도록 되어 있다. 이 광검출기(22)로부터 송신된 발광강도에 대응한 전기신호에 따라서 후술한 종점 검출장치(30)에서 에칭의 종점을 검출하고, 종점을 검출한 시점에서 제어신호를 제어장치(40)에 송신하고, 이 제어장치(40)를 통하여 플라즈마 처리장치(10)를 제어하여 에칭을 종료시킨다.
여기서 렌즈(21)의 위치는 렌즈(21) 이동수단(21a)에 의하여 적절 이동할 수가 있다. 예를 들면, 반도체 기판 상에 형성된 막을 플라즈마 에칭하는 경우에 있어서, 특정파장을 가지는 발광 스펙트럼을 검출할때, 막의 상면을 반사한 광과, 막의 하면(반도체 기판과 막과의 경계)을 반사한 광이 간섭하면, 정확하게 발광 스펙트럼의 발광강도를 검출할 수 없게 될 가능성이 있다.
렌즈 이동수단(21a)에 의하여 렌즈의 초점위치를 적절하게 변화함으로서 이러한 경계를 저감시킬 수가 있고, 정확하게 발광 스펙트럼의 발광강도를 검출하는 것이 될 수 있도록 된다. 이 경우 에칭이 진행하면, 막의 두께가 변화하므로 그 막두께의 감소의 비율에 따라서 적절 렌즈의 초점위치를 변화하는 것이 바람직하다.
다음에 본 발명에 관한 종점 검출장치(30)에 대하여 제1도~제4도를 참조하면서 설명한다. 본 발명의 종점 검출장치(30)는 제2도에 나타낸 바와 같이 광검출기(22)로부터 입력신호, 즉 발광강도(I)의 파형으로부터 그 강도(I)파형의 1차 미분값(경사)등의 검출요소를 추출하여 송신하는 검출요소 추출기(31)와, 이 검출요소 추출기(31)와, 이 검출요소 추출기(31)에 의하여 순차 추출된 발광강도(I)(제3도 참조)로부터 평균값(m) 및 분산값(σ2)을 연산하여 각각을 송신하는 평균값·분산값 연산기(32)와, 이 평균값·분산값 연산기(32)로부터 수신한 평균값(m)과 검출요소 추출기(31)로부터 수신한 발광강도(I)의 차를 연산하여 송신하는 연산기(33)와, 이 연산기(33)으로부터 수신한 연산값(차의 값)과 평균값·분산값 연산기(32)로부터 수신한 분산값(σ2)를 비교하여 그 비교결과를 송신하는 비교기(34)와, 이 비교기(34)로부터 수신한 비교값의 절대값이 소정의 기준값을 초과한 시점을 에칭의 종점으로 하여 판정하는 판정기(35)를 구비하고 있다. 이 판정기(35)의 판정 결돠는 상술한 제어장치(40)로 송신되고, 이 판정결과의 신호에 따라서 제어장치(40)를 통하여 고주파 전원(16)등을 제어함으로써 에칭처리를 제어한다.
다음에 본 발명의 최종검출장치를 사용하여 최종을 검출하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저 에칭초기의 소정시간(T1)내에 있어서의 플라즈마(P)의 발광강도(I)의 평균값(m) 및 분산값(σ2)을 평균값·분산값 연산기(32)에서 구하여 에칭처리시의 에칭용 가스의 가스량 또는 전기적인 노이즈 등에 의한 발광강도(I)의 분포를 통게적으로 파악한다. 다음에 이 초기 소정시간(T1)경과 후에는 시간경과와 함께 변동하는 발광강도(I)와 평균값(m)과의 차을 연산기(33)에 있어서 구한 후, 그 차값의 절대값과 분산값(σ2)을 비교기(34)에 의하여 비교하고, 이 절대값이 기준값을 초과한 시점을 에칭의 종점으로 하여 판정기(35)에 의하여 판정한다.
상술한 종점검출에 있어서의 에칭의 초기 소정시간(T1)은 에칭이 개시된 시점으로부터 에칭을 종료하기 전의 일정시간 내에서 임의로 설정할 수가 있는 시간이고, 통상은 어려가지의 에칭처리조건에 좌우되는 것은 아니고, 여러가지의 에칭처리에 공통하는 범위 내의 시간을 설정한다. 이 초기 소정시간(T1)내에 변동하는 발광강도(I)의 파형의 평균값(m) 및 분산값(σ2)을 그의 초기 소정시간(T1)경과 시점에서 구해지는 것에 의하여 에칭처리시의 발광강도(I)의 시간변동의 상하한을 에칭초기에 파악할 수가 있다. 또 초기 소정시간 경과 후에 발광강도(I)와 평균값(m)의 차값과 분산값(σ2)과를 비교하는 경우 상기차와 직접 비교하는 경우에는 분산값(σ2)의 표준 편차(σ)가 사용된다. 초기 소정기간 경과 후에 상기 비교값이 기준값을 초과하는 시점을 에칭 처리의 종점이라고 인식할 수 있다. 즉, 판정기(35)에서 종점을 판정한 기준값, 즉 문턱값으로 하여 상술한 바와 같이 에칭조건에 의하여 그때마다 산출되는 평균값(m) 및 분산값(σ2)을 사용할 수 있다.
다음에 제4도에서 나타낸 플로우챠트를 참조하면서, 종점검출장치(20)의 동작에 대하여 설명한다. 예를 들면, 0.1m Torr로부터 수십 Torr의 진공상태를 형성한 처리실(11)내의 하부전극(12)상에 실리콘 산화막이 형성된 반도체 웨이퍼(W)를 재치한다.
다음에 고주파 전원(16)에 의하여 상부전극(13)에 고주파 전압을 인가하여 하부전극(12)과의 사이에서 방전시킨다. 또한 가스 도입관(14)로부터 예를 들면, CF4를 주성분으로 하는 에칭용 가스를 처리실(11)내에 공급하고, CF4등을 플라즈마화 시켜서 활성종을 발생시킨다. 이 활성종에 의하여 반도체 웨이퍼(W)의 실리콘 산화막을 에칭할 때 SiF4및 감시용 활성종인 CO*가 생성한다. CO*등의 활성종이 기판상태로 되돌아 갈 때에 발생하는 각각의 발광 스펙트럼은 처리실(11)의 투과하여 렌즈(21)에서 집광되어 광검출기(22)에 도달한다. 광검출기(22)에서는 복수의 발광스펙트럼으로 되는 광으로부터 CO*의 발광스펙트럼(483.5nm)을 분광한 후 광전변환한 발광강도(I)의 전기신호를 데이터 신호로서 종점 검출장치(30)에 송신한다.
종점 검출장치(30)에서는 제4도에 나타낸 바와 같이 데이터 신호를 수신하면, 그 내부에서 이하의 처리를 한다. 즉 종점 검출장치(30)의 검출요소 추출부(31)에서 데이터 신호를 입력 데이터로서 수신한다(S1). 다음에 검출요소 추출기(31)에서는 수신한 입력 데이터로부터 발광강도(I)에 대한 입력데이터를 추출한 후(S2), 이 수신이 에칭의 초기 소정시간(T1)내인가 아닌가 판단하고(S3), 초기 소정시간(T1)내이면, 평균값·분산값연산기(32)로 순차 송신하고, 이들의 입력 데이터의 기억만을 한다(S4). 그후 S1로 돌아가 이들 일련 동작을 반복하여 입력 데이터를 순차 축적한다. 그후 S3에 있어서 초기 소정시간(T1)에서 아니라고 판정하면, S5로 이행하고, 초기 소성시간(T1)에 마침 도달한 시점인가 아닌가를 판단하고, 마침 초기 소정시간(T1)의 종료시점이라고 판단하면, 바로 평균값·분산값(σ2)을 평균값·분산값연산기에서 연산하고(S6), 그후 S1으로 돌아간다.
S5에서 초기 소정시간(T1)을 경과하였다고 판단하면, 그 시점에서 평균값(m) 및 분산값(σ2)의 신호를 평균값·분산값 연산기(32)로부터 연산기(33) 및 비교기(34)에 각각 송신한다. 이 연산기(33)에서는 이 평균값(m)을 기억하고, 검출요소 추출기(31)로부터 순차 수신한 입력 데이타와 평균값(m)과의 차를 구하고 (S7), 그 차 값의 신호를 순차 비교기(34)로 송신한다. 이 비교기(34)에서는 미리 기억한 분산값(σ2)(보다 구체적으로는 표준변차 σ)와 이 차값과를 순차 비교하고 (S8), 이 결과를 판정기(35)로 송신한다. 이 판정기(35)에서는 순차 수신하는 비교결과에 따라서 차의 절대값이 기준값을 넘고 있는가 아닌가를 순차 판단하고 (S9), 초과하고 있지 아니하면, S1으로 돌아가고 이에 따른 판정을 반복한다. 한편 S9에서 절대값이 기준값을 초과하고 있다고 판정하면, 에칭의 종점에 도달한 것으로 하여 제어장치(40)에 송신하여 에칭처리를 종료한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면 에칭의 초기 소정시간(T1)내에는 평균값·분산값 연산기(32)가 검출요소 추출기(31)로부터 순차 수신하여 축적한 발광강도(I)의 데이타에 따라서 발광강도 데이타의 평균값(m) 및 분산값(σ2)을 구하며, 또 초기 소정시간(T1)경과 후에 연산기(33), 비교기(34) 및 판정기(35)가 검출요소 추출기(31) 및 평균값·분산값 연산기(32)로부터 각각 수신한 데이타 신호, 즉, 발광강도(I), 평균값·분산값(σ2)에 따라서 에칭 시점의 종점을 판정하도록 하였기 때문에, 예를 들면 에칭용 가스의 유입량 등의 에칭 처리조건의 약간 변동이나 전기적인 노이즈에 의하여 발광강도(I)의 파형이 제3도에 나타낸 바와 같이 변동하여 불안정한 상태에도 광검출기(22)로부터 송신되는 전기신호에 의하여 에칭처리시의 발광강도(I)의 상하 변동과 에칭 종료시의 상하변동을 구별할 수가 있다. 이것에 의하여 에칭의 종점을 정확하게 검출하여 소정의 에칭을 할 수가 있다. 따라서 종래와 같이 에칭처리 조건이 변할 때마다 각각의 조건에 적합한 문턱값을 설정할 필요가 없고, 다른 에칭의 조건에 있어서도 효율 좋고 정확하게 에칭의 종점을 검출할 수가 있다.
또 본 실시예에서는 플라즈마(P)에 있어서 기판 바닥 상태로 돌아올 때에 발광하는 광의 발광강도(I)를 통계적으로 처리하여 종점을 구하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 발광강도(I)에 한정되는 것이 아니고, 그 발광강도를 시간 경과적으로 측정할 때에 그려질 수가 있는 곡선의 1차 미분값 또는 2차 미분값을 동일하게 통계적 처리하여 종점을 구하도록 하여도 좋다. 또 본 실시예에서는 에칭처리의 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 종점 검출방법 및 장치는 에칭 처리의 종점 검출에 한정되는 것은 아니고, 어셔장치 등과 같은 플라즈마 처리가 진행하는 때에 대하여 발광 스펙트럼이 변화하도록 처리한 경우에 적용할 수가 있다.
[실시예]
종래의 종점검출방법의 경우에는 1개의 검출요소를 사용하여 에칭의 종점을 검출하도록 하고 있기 때문에 그 검출요소가 미소량 밖에 변화하지 않은 경우에는 에칭용 가스의 약간 압력변화 등에 의한 에칭조건의 변동 또는 전기적 노이즈 등에 의하여 검출요소의 변화량이 흡수되어 버리고, 후자의 변동량과 전자의 변동량과의 구별이 곤란하게 되어서 종점을 정확하게 검출할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또 종래의 종점 검출방법의 경우에는 에칭 처리시에 발광강도(I)등의 검출요소의 1개를 미리 설정하여 둔 문턱값과 비교하도록 하고 있으므로 에칭부분에 의하여 종점을 상이하게 하고 발광강도 파형이 복잡한 단차를 갖고 변동하는 경우나, 종류가 다른 막에서 층을 이루는 복잡한 다층구조로부터 생기는 볼록형상 또는 오목형상 파형을 가지는 경우에는 그 단차의 수에 따라서 종점의 판정을 반복하는 일은 없고, 각 단차에서의 종점의 판정이 곤란하게 되어 더욱 종점을 정확하게 검출할 수 없게 된다. 예를 들면, 검출요소로서 발광강도(I)를 선택한 경우 발광강도(I)가 가스유량, 가스의 종류, 압력, 전력 등의 에칭 조건의 변동에 의하여 에칭처리시의 제1파형(I1) 및 에칭종료 이후의 제2파형(I2)가 제5도에 나타낸 바와 같이 상하로 진동하여 안정하지 않고, 에칭의 종점을 나타내는 스로우프형상의 제3파형(I3)의 문턱값(s)이 제3파형(I3)의 초기나 종점근처의 부분에 있으면, 문턱값(s)을 제1파형(I1) 또는 제2파형(I2)로 판단할 수 없게 되는 것이다. 이 때문에 에칭의 처리조건에 의하여는 안정한 종점의 판정을 할 수가 없다.
본 실시예에서는 에칭시의 발광강도의 변동을 2차원적으로 검출하여 전기적 노이즈와의 영향을 거의 받는 일 없이 에칭의 종점을 정확하게 검출할 수가 있고, 또 배선구조에 의하여 에칭막 두께가 부분에서 다른 경우에도 각각의 막두께에 따라서 에칭의 종점을 연속적이고 정확하게 검출할 수가 있는 종점 검출방법 및 종점 검출장치를 제공한다.
본 실시예의 종점 검출장치(30)에 대하여 제6도~제13도를 참조하면서 설명한다.
본 실시예의 종점 검출장치(30)는 제6도에 나타낸 바와 같이 광검출기(22)로부터의 입력신호 즉, 발광강도(I)의 파형으로부터 그 발광강도(I) 및 파형의 1차 미분값(경사)을 제7도에 나타낸 바와 같이 X-Y 좌표화하는 좌표 변환기(41)와, 이 좌표 변환기(41)에서 표준화 된 X-Y 좌표의 원점(0)과 현재 좌표와의 거리(1)를 소정의 문턱값(ls)와 비교하여 거리(1)이 문턱값(ls)을 초과하는 점(제8도b 참조)을 발광강도(I)의 체인지 스타트로 하여 시작의 변곡점(체인지 스타트점)(S)(제8a도 참조)으로 하고, 이 점을 종점으로 하여 판정하는 체인지스타트 판정기(42)와, 체인지 스타트 이후에 경사를 나타내는 상기 현재 좌표의 1 차값이 급격하게 X좌표축으로 근접하는 점, 결국 제8b도에서 나타낸 바와 같이 X좌표값(발광강도)가 거의 변화하지 않고, Y좌표값(경사)이 0으로 접근하는 점을 체인지스타트로 하여 끝의 변곡점(체인지 엔드점)(E)(제8a도참조)으로 하고, 이점을 종점으로 하여 판정하는 체인지 엔드 판정기(43)와, 이 체인지 엔드 판정기(43)에 의하여 판정된 종점을 제10a도 및 제10b도에 나타내도록 X-Y 좌표의 새로운 원점(01)으로 설정하고, 상기 원점 (0)을 이 새로운 원점 (01)으로 이동시키는 원점 이동기(44)로 구성되어 있다. 또, 문턱값(ls)는 SX를 X(발광강도)의 분산값으로 하고, SY(경사)의 분산값으로 하고, A를 임의의 정수로 한 때에는, 다음의 (1)로 구해진다.
ls = A × (SX 2+ SY 2) ……(1)
좌표 변환기(41)는 광검출기(22)로부터의 입력신호에 따라서 발광강도(I) 및 경사의 값을 각각 X좌표값 및 Y좌표값으로 변환하여 제7도에 나타내는 X-Y 좌표상에서 발광강도(I) 및 경사의 궤적을 그리고, 또 발광강도(I) 및 초기값 또는 각각의 초기 소정 시간에서의 각각의 초기 평균값을 X-Y 좌표의 원점(0)으로 한다. 이 초기 소정시간은 에칭이 개시된 시점으로부터 에칭을 종료하기 전의 일정시간에서 임의로 설정할 수가 있는 시간으로 이와 같은 시간으로 하는 것은 여러가지의 에칭조건에 좌우되는 것은 아니고, 여러가지 에칭처리에 공통하는 범위 내에서 시간을 설정할 수가 있다. 또 체인지 스타트 판정기(41)로부터의 신호를 수신하여 현재 좌표를 인식함으로서 상술한 바와 같이 에칭의 종점을 판정하고, 그 판정결과를 항상 제어장치(40)에 송신하여 프라즈마 처리 장치(10)를 제어한다. 또 체인지 엔드 판정기(43)는 좌표 변환기(41)로부터의 신호를 수신한 현재좌표의 경사(Y 좌표값)를 그 문턱값(Y좌표에서 0이 될 수 있는 만큼 접근한 수치)과 비고하여 체인지 엔드점(E)을 인식함으로써 상술한 바와 같은 에칭의 종점을 판정 하지만, 그 판정결과를 원점 이동기(44)로 송신한다. 이 원점 이동기(44)는 에칭 해야 할 막두께가 부분에서 다른막, 예를 들면, 제9도에 나타낸 바와 같이 장소에 의하여 두께가 다른 기판(50)상에 형성된 막(51)을 레지스트층(52)을 마스크로 하여 에칭함으로서 깊은 것으로 되는 개구부(53a~53b)르 형성하는 경우에 제10a도에 나타낸 바와 같이 각 부분의 에칭이 종료할 때마다 단계적으로 발광강도 파형이 감소 변화할 때 또는 파형이 볼록형상(제13a도 참조), 오목형상(제13c도 참조)으로 변화할 때 등에 체인지엔드 판정기(43)로부터의 신호를 수신하고, 파형의 변화하는 각 단계로 원점(0)을 새로운 원점(01)에 그때마다 연속적으로 이동된다.
여기서 발광강도(I)의 파형이 제13a도에 나타낸 바와 같이 볼록형상으로 변화한 경우는 예를 들면 제12도에 나타낸 바와 같이 반도체(60)상에 SiO2막(61) 및 Si3N4(62)를 순차 적층한 적층막을 동일공정으로 CHF3+ CF4+ Ar + O2등의 에칭가스를 사용하여 에칭하여 개구부(63)를 형성할 경우 등이 열거되어진다.
다음의 본 실시예의 종점 검출장치를 사용한 종점 검출방법의 1 실시예에 대하여 설명한다.
본 실시에의 종점 검출장치를 사용한 종점 검출방법에서는 먼저 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마(P)를 사용하여 에칭할 때의 발광 스펙트럼을 광검출기(22)에 의하여 순차 검출하고, 이 발광 스펙트럼의 특정파장의 발광강도의 변화에 따라서 에칭의 종점을 검출할 때에 발광강도(I) 및 그 파형의 1차 미분값을 좌표 변환기(41)에 의하여 제7도에 나타낸 바와 같이 X-Y 좌표화 하고, 이 X-Y 좌표에 있어서 현재 좌표값이 X-Y 좌표의 원점(0)으로부터 급격하게 이간하는 시작 위치를 에칭 종점으로 판정한다.
보다 구체적으로는 이때의 X-Y 좌표의 원점(0)은 에칭 초기 소정기간 내에서의 발광강도(I)(X 좌표값) 및 그 파형의 경사 초기 수평 값으로 설정하고 있다.
그리고 상술한 원점(0)으로부터 현재좌표가 급격하게 이간하는 시작위치로서 원점(0)과 현재좌표와의 거리(1)가 소정의 문턱값(ls)보다 크게 된 위치(제8b도 참조)를 사용할 수가 있고, 이 위치를 발광강도(I)의 체인지 스타트점(S)로 하고, 이 체인지 스타트 점(S)을 에칭의 종점으로 하여 체인지 스타트 판정기(42)에 의하여 판정한다. 따라서 에칭처리시에는 발광강도(I)는 상술한 바와 같이 제13a도 및 제13b도에 나타낸 바와 같이 일정하지 않고 상하로 진동하여 안정하지 않으므로 원점(0)을 중심으로 하여 문턱값(ls)의 범위 내에서 항상 연속적으로 변화하여 원점(0)의 주위를 와류상태로 이동하고 있다. 그러나 에칭 처리가 종료하기 직전에는 발광강도(I)는 급격하게 감소하므로 제8a도에 나타낸 바와 같은 스트로그를 그린다. 그 체인지 스타트점(S)으로부터 X 좌표값(발광강도)가 급격하게 감소하기 때문에 이탈한다. 이때의 위치를 스로우프스터와 판정기(42)가 체인지 스타트점(S)로서 판정하고, 그 점(S)을 에칭의 종점으로서 검출한다. 다음에 현재 좌표가 체인지 스타트점(S)을 지나가고, 그후 Y 좌표값의 마이너스(부의 경사)영역에서 상하로 이동함과 동시에 발광강도(I)의 초기 평균값보다도 감소하여 X 좌표의 마이너스 영역으로 이동하여 X축으로부터 아래쪽으로 만곡하는 궤적을 그려 제8a도에서 나타내는 체인지엔드점(E)으로 향한다. 또 문턱값(ls)에는 분산값(σ2)의 정배수의 값을 사용하는 것이 바람직하다.
한편 체인지 엔드점(E)에서 에칭의 종점을 검출하는 경우에는 현재 좌표가 체인지 스타트 이하로 X축으로부터 아래로 만곡하는 궤적이 X축으로 접근하는 점, 결국 발광강도(I)의 경사, Y = 0로 접근하는 점 또는 경사의 분산값 보다도 적게된 점을 체인지 엔드 판정기(43)에 의하여 체인지 엔드점(E)으로 서 판정하고, 이 체인지 엔드점(E)을 에칭의 종점으로서 검출한다.
다음에 에칭을 종료한 에칭엔드점(E)이하에서는 에칭처리시와 동일하게 발광강도(I)는 상하의 진동이 있는 채 하위에서 안정하기 때문에 현재 좌표는 좌표값(IE,0)을 중심으로 하여 소용돌이 상태로 이동하도록 한 궤적을 그린다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 에칭 처리시의 플라즈마(P)로부터의 특정 파장을 분광하여 연속적으로 수광하고, 이 수광의 발광강도파형의 강도 (I) 및 경사를 X-Y 좌표화 함으로써 발광강도(I) 및 경사의 2차원적 변동을 이용하여 에칭의 종점을 검출하도록 하고 있으므로 에칭시의 발광강도(I)의 변동을 발광강도(I) 및 그 파형의 경사에 의하여 2차원적으로 검출하여 전기적 노이즈의 영향을 거의 주지 않고, 에칭의 종점을 정확하게 검출할 수가 있다. 또 에칭용 가스의 플라즈마(P)의 특정 파장을 감시하면, 에칭시에는 그 가스가 소비되기 때문에 발광강도(I)는 하위에서 안정하지만, 에칭의 종점 이후에서는 가스 소비가 없게 되고, 발광강도(I)가 급격하게 상승하여 제 11a도 및 제11b도에 나타낸 바와 같이 변화하지만, 이러한 경우에도 동일하게 종점을 검출할 수가 있다.
또 제9도에 나타낸 바와 같이 에칭해야 할 막두께가 다르도록 한 막(51)을 동일공정으로 에칭할 경우에는 가장 얇은 부분으로부터 가장 두꺼운 부분으로 순차 에칭이 종료하여 감으로 발광강도(I)는 제10a도에 나타나는 바와 같이 각 부분의 에칭이 종료할 때마다 발광강도(I)는 단계적으로 감소한다.
또 막두께가 동일하여도 에칭하는 영역의 치수가 각각 다른 경우에서도 가진 치수(면적)의 적은 부분으로부터 가징 치수가 큰 부분으로 순차 에칭이 종료하여 가기 때문에 발광강도(I)는 역시 제10a도에 나타낸 바와 같이 각 부분의 에칭이 종료할 때마다 단계적으로 감소한다.
또한 에칭비율이 다른 복수 종류의 막을 동일한 공정으로 에칭할 경우에도 일어난다. 즉 가장 에칭비율이 큰 막으로부터 가장 에칭 비율이 적은 막으로 순차 에칭이 종료하고 있을 때마다 발광강도(I)는 단계적으로 감소한다.
이 경우에는 최초의 에칭이 종료하면, 상술한 바와 같이 체인지 엔드 판정부(43)에 의하여 에칭의 종점을 검출하고, 그 검출신호를 원점 이동기(44)로 송신한다. 이 원점 이동기(44)는 수신한 신호에 따라서 작동하고, 체인지 엔드 직후의 종점 결국 이 단계에서의 초기 설정 시간에서의 발광강도(I) 및 그 파형 경사의 초기 평균값을 나타내는 위치를 X-Y 좌표의 새로운 원점(01)으로서 설정하고, 최초의 원점(0)을 새로운 원점(01)으로 이동시킨다. 이 단계에서 상술한 바와 같이 체인지 엔드점(E)으로부터 이 단계의 에칭의 종점을 판정하고, 이하 동일한 운동을 반복하여 원점을 순차 이동시킨다. 모든 에칭을 종료한 시점에서 원점 이동기(44)가 에칭의 종점신호를 제어장치(40)로 송신하여 에칭을 종료한다.
또 발광강도(I)의 파형이 제13a도에 나타낸 바와 같이 볼록형상으로 변화하는 경우에 있어서도 제13c도에 나타낸 바와 같이 오목 형상으로 변화하는 경우에 있어서도 동일하게 체인지 엔드 판정기(43)으로부터의 신호를 수신하고, 파형이 변화하는 각 단계에서 제13b도에 나타낸 바와 같이 원점(0)을 새로운 원점(01)에 그때마다 이동시키면 현재 좌표는 Y축을 중심으로 상하에 대략 대상이 되는 궤적을 그린다.
이와 같이 베선구조상의 에칭의 막두께가 부위에서 다른 경우에도 체인지 엔드 판정기(43) 및 원점 이동기(44)가 작동하여 각각의 막두께에 대응하여 에칭의 종점을 연속적이고 정확하게 검출할 수가 있다. 또 본 실시예에서는 체인지 엔드 판정기(43)로부터 원점 이동기(44)에 신호가 송신하는 경우에 대하여 설명하였으나, 체인지 스타트 판정기(42)로부터 원점 이동기(44)에 신호를 송신하도록 할수도 있다.
또 본 실시예에서는 에칭처리의 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 종점 검출방법 및 종점 검출장치는 에칭처리의 종점검출에 제한 되는 것은 아니고, 프라즈마 처리가 진행하는데 대하여 발광 스펙트럼이 변화하도록 한 경우에 본 발명의 종점 검출방법 및 장치를 적용할 수가 있다.

Claims (11)

  1. 피처리체에 플라즈마를 사용한 처리를 할 때에, 초기시간 동안 특정파장을 가지는 활성종의 발광스펙트럼을 광검출수단에 의하여, 순차검출하는 공정과, 발광강도와 초기시간에 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보에 근거한 시간과의 관계를 나타내도록 공식을 이용하는 미분값을 구하는 공정과, 초기시간 경과 후 처리가 수행되는 동안 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보를 사용함으로써, 횡좌표는 발광강도를 나타내고 종좌표는 미분값을 나타내는 X-Y 좌표 상에 나타난 발광강도와 미분값이 있는 그래프에서, 발광강도 및 상응하는 미분값을 구하는 공정과, 그리고 기준값을 초과하여 플라즈마 처리의 종점으로 되는 거리에 의해서, 구해진 발광강도와 그것의 미분값의 위치가 그래프의 원점으로부터 분리되는 시점을 결정하는 공정을 구비하는 종점검출방법.
  2. 제1항에 있어서, 그래프에서 구해진 발광강도와 그것의 미분값의 위치가 횡좌표를 가로지르는 점을 새로운 원점으로 설정하고, 그래프에서 구해진 발광강도와 그것의 미분값의 위치로부터 새로운 원점까지의 거리가 기준값을 초과하는 시점을 플라즈마 처리의 종점으로 결정하는 종점검출방법.
  3. 제1항에 있어서, 초기시간 동안에 발광강도의 분산값과 미분값의 분산값의 정방형의 합의 평방근은 그래프의 원점으로의 거리인 종점검출방법.
  4. 피처리체에 플라즈마를 사용한 처리를 할 때에, 초기시간 동안 특정파장을 가지는 활성종의 발광스펙트럼을 광검출수단에 의하여, 순차검출하는 공정과, 발광강도와 초기시간에 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보에 근거한 시간과의 관계를 나타내도록 공식을 이용하는 미분값을 구하는 공정과, 초기시간 경과 후 처리가 수행되는 동안 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보를 사용함으로써, 횡좌표는 발광강도를 나타내고 종좌표는 미분값을 나타내는 X-Y 좌표 상에 나타난 발광강도와 미분값이 있는 그래프에서, 발광강도 및 상응하는 미분값을 구하는 공정과, 그리고 구해진 발광강도와 미분값이 그래프의 원점으로부터 분리되고 횡좌표로 접근하기 시작하는 시점 후에, 횡좌표에서부터 구해진 발광강도와 미분값까지의 거리가 기준값보다 작아지는 시점으로서 플라즈마처리의 종점을 결정하는 종점 검출방법.
  5. 피처리체에 플라즈마를 사용한 처리를 할 때에, 특정파장을 가지는 활성종의 발광스펙트럼을 광검출수단에 의하여, 순차검출하는 공정과, 발광강도와 초기시간에 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보에 근거한 시간과의 관계를 나타내도록 공식을 이용하는 미분값을 구하는 공정과, 초기시간 동안에, 각각의 발광강도에 대한 평균값과 분산값 및 미분값을 구하고, 발광강도의 분산값 및 미분값으로부터 기준영역을 설정하는 공정과, 초기시간 경과 후 처리가 수행되는 때 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보를 사용함으로써, 횡좌표는 발광강도를 나타내고 종좌표는 미분값을 나타내는 X-Y 좌표 상에 나타난 발광강도와 미분값이 있는 그래프에서, 발광강도 및 상응하는 미분값을 구하는 공정과, 그리고 그래프에서 구해진 발광강도와 그것의 미분값의 위치가 기준영역을 벗어나 플라즈마 처리의 종점으로 되는 시점을 결정하는 공정을 구비하는 종점검출방법.
  6. 제5항에 있어서, 그래프에서 구해진 발광강도와 미분값의 위치가 또한번 새로운 원점으로서 그래프의 횡좌표를 가로지르는 지점을 설정하고, 구해진 발광강도와 미분값의 위치로부터 그래프에서 새로운 원점에까지의 거리가 기준값을 초과하여 플라즈마처리의 종점으로 되는 시간을 결정하는 것을 더욱 포함 하는 종점검출방법.
  7. 제5항에 있어서, 초기시간 동안의 발광강도의 분산값과 미분값의 정방형의 합의 평방근은 그래프의 원점에로의 거리인 종점검출방법.
  8. 피처리체에 플라즈마를 사용한 처리를 할 때에, 특정파장을 가지는 활성종의 발광스펙트럼을 광검출수단에 의하여, 순차검출하는 공정과, 발광강도와 초기시간에 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보에 근거한 시간과의 관계를 나타내도록 공식을 이용하는 미분값을 구하는 공정과, 초기시간 동안에 각각의 발광강도에 대한 평균값과 분산값 및 미분값을 구하고, 발광강도의 분산값 및 미분값으로부터 기준영역을 설정하는 공정과, 초기시간 경과 후 처리가 수행되는 때 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보를 사용함으로써, 횡좌표는 발광강도를 나타내고 종좌표는 미분값을 나타내는 X-Y 좌표 상에 나타난 발광강도와 미분값이 있는 그래프에서, 발광강도 및 상응하는 미분값을 구하는 공정과, 그리고 구해진 발광강도와 미분값이 그래프의 원점으로부터 분리되고 횡좌표로 접근하기 시작하는 시점 후에, 횡좌표에서부터 구해진 발광강도와 미분값까지의 거리가 기준값보다 작아지는 시점으로서 플라즈마처리의 종점을 결정하는 종점 검출방법.
  9. 플라즈마를 사용하는 처리가 피처리체에 대하여 수행될때 특별한 파장을 가지는, 플라즈마 내에서 발생되는 활성종의 발광스펙트럼을 검출하기 위하여 간섭 필터 또는 분광기와, 포토멀티플라이어 또는 포토 다이오드로 구성된 발광 스펙트럼 검출수단과, 초기시간 동안에 활성종의 발광스펙트럼에 대한 정보에 근거하여, 미분값이 발광강도와 시간과의 관계를 나타내기 위하여 공식을 사용하는 미분값을 연산하는 연산기와, 상기 연산기로부터 얻어진 정보에 근거하여, 횡조표는 발광강도를 나타내고 종좌표는 미분값을 나타내는 X-Y 좌표 상에 나타난 발광강도 및 상응하는 미분값이 있는 그래프를 만들기 위한 좌표변환수단과, 그래프에서 구해진 발광강도와 그것의 미분값의 위치에서 그래프의 원점에까지의 거리가 기준값을 초과하여 플라즈마처리의 종점으로 되는 시점을 판정하는 판정기를 포함하여 구성되는 플라즈마처리의 종점을 검출하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 그래프에서 구해진 발광강도와 미분값의 위치가 그래프의 원점으로부터 분리되고 횡좌표로 접금하기 시작하는 또한 횡좌표로부터 거리가 기준값보다 작아 플라즈마처리의 제2종점으로 되는 시간을 판정하기 위한 제2 판정기를 더욱 구비하는 종점검출장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 연산기는 초기시간 동안 각각의 발광강도에 대한 평균값과 분산값 및 그것의 미분값을 연산하고, 발광강도의 분산값 및 미분값으로부터 기준영역을 설정하는 종점검출장치.
KR1019940004202A 1993-03-04 1994-03-04 플라즈마처리의종점검출방법및그장치 KR100304288B1 (ko)

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JP6920493 1993-03-04
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