KR100389203B1 - 플라즈마처리의종점검출방법과장치,반도체장치의제조방법과장치및반도체장치 - Google Patents

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Abstract

피처리패턴의 미세화나 외란의 영향을 받는 일 없이 플라즈마처리의 종점을 항상 안정하고 또한 고정밀도로 검출하기 위해서, 플라즈마발광(24)에서 활성종의 발광파장성분(27)을 추출하고, 또 동기검파회로(30) 등에 의해 플라즈마여기용 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하는 구성으로 하는 것에 의해, 플라즈마처리의 진행상황이 보다 정확하게 포착되고 종점에서의 신호변화가 명료하게 되어 미소개구패턴의 플라즈마처리의 종점검출정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

플라즈마처리의 종점검출방법과 장치, 반도체장치의 제조방법과 장치 및 반도체장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING END POINT OF PLASMA TREATMENT, METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
플라즈마를 사용한 처리는 에칭장치를 비롯하여 반도체제조공장이나 액정표시장치용 기판제조공정에 널리 적용되고 있다.
도 16에 도시한 플라즈마에칭장치를 예로 들어 종래의 기술에 대해서 설명한다. 이 에칭장치에서는 고주파전원(5)로부터의 고전압을 처리실(1)내에 서로 평행하게 배치한 상부전극(2)와 하부전극(3) 사이에 인가하고, 양 전극간에서의 방전에 의해 에칭용 가스에서 플라즈마(6)을 발생시키고, 그의 활성종에 의해 피처리체로서의 반도체웨이퍼(4)를 에칭한다. 에칭처리시에는 에칭의 진행상황을 감시하고, 그의 종점을 가능한 한 정확하게 검출해서 소정의 패턴형상 및 깊이만큼 에칭처리를 실행하도록 하고 있다.
종래부터 에칭의 종점을 검출하는 방법에는 분광분석, 질량분석 등의 방법이사용되고 있고, 그 중에서도 일본국 특허공고공보 평성6-28252호에 개시되는 바와 같이, 장치가 간편하고 감도가 높은 분광분석이 널리 사용되고 있다. 구체적으로는 에칭용 가스, 그 분해생성물 또는 반응생성물 등의 래디컬이나 이온 등의 활성종중 특정한 활성종을 선택하고, 선택된 활성종의 발광스펙트럼의 발광강도를 측정한다. 즉, 도 16에 있어서, 플라즈마로부터의 발광(8)을 창(7)을 통해서 모노클로미터 등의 분광기(9)에 의해 분광하고, 원하는 파장의 발광성분(10)만을 추출한다. 이 발광성분(10)은 광배율기(photo-multiplier) 등의 광전변환소자(11)에 의해 수광되어 전기신호로 변환되고, 앰프(12)에 의해 증폭된 후 종점판정유닛(13)으로 보내진다. 종점판정유닛(13)에서는 도 17에 도시한 바와 같이 발광강도의 시간변화(15)를 관측해 가고, 변화점에서의 발광강도나 그 1차 미분값 또는 2차 미분값 등을 미리 설정해 둔 임계값S와 비교하는 것에 의해, 에칭의 종점위치E가 결정된다. 종점이 검출되면 전원제어장치(14)에 의해 고주파전원(5)의 출력을 정지한다.
산택하는 활성종은 에칭용 가스의 종류에 따라 다르다. 예를 들면, CF4등의 플루오르카본계의 에칭용 가스를 사용해서 실리콘산화막을 에칭하는 경우에는 그 반응생성물인 CO*로부터의 발광스펙트럼(219nm 또는 483.5nm 등) 또는 중간생성물인 CF*로부터의 발광스펙트럼(260nm 등)을 측정한다.
상기 종래기술에 의하면, 간단한 구성으로 해서 에칭의 종점을 구할 수 있다. 그러나, 반도체장치의 회로패턴의 미세화에 따라 에칭되는 부분의 총면적이작아지고, 반응생성물의 절대량이 저하해 버린다. 그 결과, 도 17에 일점쇄선(16)으로 나타낸 바와 같이, 발광강도 그 자체가 저하함과 동시에 종점위치에서의 발광강도의 변화량이 대폭으로 저하하고 또한 파형이 크게 둔해져 버려 종점위치의 판정이 곤란하게 된다. 이것이 종래기술의 큰 과제이다.
한편, 플라즈마여기용 고주파전력은 수백kHz정도이고, 에칭반응 및 반응생성물의 발광도 이 주파수와 동기하고 있다고 고려된다. 이것에 대해 종래기술에서는 발광신호의 증폭에 사용하는 앰프(12)의 대역은 대략 100Hz∼수kHz정도이고, 주기적인 반응생성물의 발광을 평활화해서 주로 직류성분을 검출하고 있었으므로 에칭반응을 정확하게 포착하고 있지 않고 완만한 플라즈마발광의 변동이나 불필요한 주파수성분의 영향을 잘 받는다는 과제가 있었다.
본 발명의 목적은 피처리패턴의 미세화나 외란의 영향을 받는 일 없이 플라즈마처리의 종점이 항상 안정하고 또한 고정밀도로 검출가능한 플라즈마처리의 종점검출방법과 그 장치, 반도체장치의 제조방법과 장치 및 본 제조방법을 사용해서 제조된 반도체장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 플라즈마처리의 종점검출방법과 장치, 반도체장치의 제조방법과 장치 및 본 제조방법을 사용해서 제조된 반도체장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 에칭종점검출장치를 도시한 도면,
도 2는 전체파장을 포함한 상태에서의 플라즈마의 발광파형을 도시한 도면,
도 3은 플라즈마발광의 주파수스펙트럼을 도시한 도면,
도 4는 반응생성물CO*의 발광파장성분의 주파수스펙트럼을 도시한 도면,
도 5는 파장219nm(반응생성물CO*의 발광파장성분), 주파수400kHz의 발광강도신호의 시간변화를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 신호처리판정계를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 신호처리판정계를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 에칭종점검출장치를 도시한 도면,
도 9는 반응생성물CO*의 발광파형과 샘플링의 타이밍을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 신호처리판정계를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 있어서의 신호처리판정계를 도시한 도면,
도 12는 반응생성물CO*의 발광파형을 도시한 도면,
도 13은 폭△t, 주파수400kHz의 펄스열(직사각형파 함수)로 이루어지는 샘플링신호파형을 도시한 도면,
도 14는 샘플링후의 발광파형을 도시한 도면,
도 15는 본 발명의 제7 실시예에 있어서의 반도체제조라인의 포토리도그래피공정을 도시한 블럭도,
도 16은 플라즈마에칭장치와 종래의 에칭종점검출장치를 도시한 도면,
도 17은 종래의 에칭종점검출장치에 의한 활성종의 발광강도의 시간변화를 도시한 도면.
발명의 개시
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 피처리체에 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때 상기 플라즈마중에 있어서 특정파장으로 발광하는 활성종의 발광강도를 검출하고, 상기 발광강도의 주기적 시간변동의 진폭의 변화에서 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것이다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상기 발광강도의 주기적 시간변동의 주파수는 플라즈마여기용 고주파전원의 주파수의 정수배로 하는 것이다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상기 활성종은 플라즈마처리에 의해서 생기는 반응생성물로 하는 것이다.
또, 상기 목적을 달성하게 위해 본 발명은 상기 활성종은 플라즈마처리에 사용되는 반응가스 또는 분해생성물로 하는 것이다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상기 특정파장은 대략 219nm로 하는 것이다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상기 특정파장은 대략 260nm로 하는 것이다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상기 활성종의 발광강도는 상기 플라즈마와 결상관계에 있는 수광소자를 구비한 결상광학계에 의해 검출되는 것이다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 장치의 구성요건으로서, 상기 플라즈마중에 있어서 특정파장으로 발광하는 활성종의 발광강도를 검출하는 발광검출수단, 상기 검출된 발광강도신호의 주기적 시간변동의 진폭을 검출하는 진폭검출수단 및 상기 진폭의 변화에서 상기 처리의 종점을 검출하는 종점판정수단을 구비하고 있다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체기판에 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때 상기 플라즈마처리의 종점검출수단을 사용하는 것이다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체기판에 플라즈마를 사용한 처리를 실시해서 반도체장치를 제조할 때 상기 플라즈마처리의 종점검출수단을 사용하는 것이다.
피처리체에 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때, 상기 플라즈마중에 있어서 특정파장으로 발광하는 활성종의 발광강도를 검출하고, 또 이 발광강도중에서 주기적으로 시간변동하는 성분을 추출하는 것에 의해 플라즈마처리의 진행을 정확하게 포착할 수 있게 되고, 또 이 주기적 시간변동성분의 진폭의 변화에서 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것에 의해 종래법에 비해 고정밀도의 플라즈마처리의 종점검출이 가능하게 되는 것이다.
또, 상기 발광강도의 주기적 시간변동의 주파수를 플라즈마여기용 고주파전원의 주파수의 정수배로 하는 것에 의해 플라즈마처리의 진행을 정확하게 포착할 수 있게 되고, 또 이 주기적 시간변동성분의 진폭의 변화에서 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것에 의해 종래법에 비해 고정밀도의 플라즈마처리의 종점검출이 가능하게 되는 것이다.
또, 상기 활성종을 플라즈마처리에 의해서 생기는 반응생성물로 하는 것에 의해 플라즈마처리의 진행을 정확하게 포착할 수 있게 되고, 또 상기 주기적 시간변동성분의 진폭의 변화에서 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것에 의해 종래법에 비해 고정밀도의 플라즈마처리의 종점검출이 가능하게 되는 것이다.
또, 상기 활성종을 플라즈마처리에 사용되는 반응가스 또는 분해생성물로 하는 것에 의해 프라즈마처리의 진행을 정확하게 포착할 수 있게 되고, 또 상기 주기적 시간변동성분의 진폭의 변화에서 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것에 의해 종래법에 비해 고정밀도의 플라즈마처리의 종점검출이 가능하게 되는 것이다.
또, 상기 특정파장을 대략 219nm로 하는 것에 의해 플라즈마처리의 진행을 정확하게 포착할 수 있게 되고, 또 상기 주기적 시간변동성분의 진폭의 변화에서 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것에 의해 종래법에 비해 고정밀도의 플라즈마처리의 종점검출이 가능하게 되는 것이다.
또, 상기 특정파장을 대략 260nm로 하는 것에 의해 플라즈마처리의 진행을 정확하게 포착할 수 있게 되고, 또 상기 주기적 시간변동성분의 진폭의 변화에서 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것에 의해 종래법에 비해 고정밀도의 플라즈마처리의 종점검출이 가능하게 되는 것이다.
또, 상기 활성종의 발광강도를 상기 플라즈마와 결상관계에 있는 수광소자를 구비한 결상광학계에 의해 검출하는 것에 의해서 플라즈마처리의 진행을 정확하게 포착할 수 있게 되고, 또 상기 주기적 시간변동성분의 진폭의 변화에서 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것에 의해 종래법에 비해 고정밀도의 플라즈마처리의 종점검출이 가능하게 되는 것이다.
또, 반도체기판에 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때 상기 플라즈마처리의 종점검출수단을 사용하는 것에 의해 고품질의 반도체장치의 제조가 가능하게 되는 것이다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 첨부 도면에 따라 이것을 설명한다.
우선, 본 발명의 제1 실시예를 도 1∼도 5에 따라 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 있어서의 에칭종점검출장치를 도시한 것이다. 본 장치는 발광검출광학계(101), 신호처리판정계(201)로 이루어진다.
에칭장치는 본 실시예에서는 평행평판형 플라즈마에칭장치로 하였다. 신호생성기(21)로부터의 고주파신호에 의해 파워앰프(22)의 출력전압을 변조하고, 이 고주파전압을 분배기(23)에 의해 분배하고, 처리실(1)내에 서로 평행하게 배치한 상부전극(2)와 하부전극(3) 사이에 인가하고, 양 전극간에서의 방전에 의해 에칭용 가스에서 플라즈마(6)을 발생시키고, 그 활성종에 의해 피처리체로서의 반도체웨이퍼(4)를 에칭한다. 고주파신호로서는 예를 들면 400kHz정도의 주파수가 사용된다.
발광검출광학계(101)에서는 플라즈마로부터의 발광(24)를 석영창(7Q)를 통해서 석영렌즈(25)에 의해 포토다이오드 등의 광전변환소자(28)상에 결상한다. 플라즈마발광영역중에서 웨이퍼(4)상의 임의의 1점과 광전변환소자(28)이 결상관계에 있다. 광로중에는 간섭필터(26)이 배치되어 있어 특정 활성종의 발광스펙트럼성분(27)만을 선택적으로 투과시킨다. CF4등의 플루오르카본계 에칭용 가스를 사용해서 실리콘산화막을 에칭하는 경우를 예로 들면, 반응생성물인 CO*로부터의 발광스펙트럼을 추출하는 경우에는 219nm 또는 483.5nm의 투과중심파장을 갖는 간섭필터를, 또 중간생성물인 CF*로부터의 발광스펙트럼을 추출하는 경우에는 260nm의 간섭필터를 배치한다. 물론, 간섭필터가 아니라 모노클로미터를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 발광검출광학계(101)을 결상광학계로서 구성하는 것에 의해 웨이퍼상의 한정된 영역의 발광성분을 검출할 수 있으므로, 피가공막두께의 면내 변동이나 에칭레이트의 면내 변동에 기인한 종점검출신호의 둔함을 저감할 수 있다. 광전변환된 발광신호는 플라즈마여기용 고주파전력에 비해 충분히 큰 4MHz정도의 대역을 갖는 앰프(29)에 의해 증폭된다.
도 2에 증폭후의 발광파형을 도시한다. 또한, 이 파형은 특정파장을 선택한 것이 아니라 전체파장을 포함한 상태에서의 발광파형이다. 플라즈마여기용 고주파전력과 동기한 400kHz의 기본주기에 플라즈마중에서의 각종 활성종의 여기 감쇠에 따른 발광프로세스가 중첩된 형태에서 발광강도변화가 반복되고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 400kHz주기의 높은 피크의 반복에 대해 위상이 180°어긋난 낮은 피크의 반복이 존재하는 것은 상부 및 하부전극으로의 고주파전압의 인가 타이밍이 정확히 180°어긋나고 있는 것에 기인해서 발생한 것이다. 도 3은 스펙트럼검광자에 의해 이 파형의 주파수스펙트럼을 관측한 예이다. 400kHz 및 그 정수배의 스펙트럼이 관측된다.
도 4는 광로중에 투과중심파장219nm를 갖는 간섭필터를 배치해서 CO*의 발광스펙트럼파장성분을 검출하고 그 주파수스펙트럼을 관측한 것이다. 400kHz,800kHz, 1200kHz성분의 스펙트럼이 관측된다.
앰프(29)로부터의 출력신호는 신호처리판정계(201)로 보내진다. 신호처리판정계(201)에서는 예를 들면 록인(lock-in)앰프 등의 동기검파회로(30)에 의해 신호생성기(21)로부터의 주파수400kHz의 고주파신호를 참조신호로 해서 도 4에서 관측된 주파수스펙트럼중에서 400kHz성분만이 선택적으로 추출된다. 도 5에 추출된 파장219nm, 주파수400kHz의 발광강도신호의 시간변화를 도시한다. 측정개시후 60s부근에서 발광강도가 급격히 저하하고 있다. 이 부분이 에칭의 종점위치이다. 이 발광강도신호는 종점판정회로(31)로 보내지고 신호변화점에서의 발광강도나 그 1차 미분값 또는 2차 미분값 등을 미리 설정해 둔 임계값과 비교하는 것에 의해 에칭의 종점위치가 정확하게 결정된다. 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같이, 발광강도가 미리 설정해 둔 임계값T 이하로 된 시점E를 종점으로 판정한다. 임계값T는 고주파전력, 압력 등의 장치조건과 피가공막의 막두께, 재질, 에칭가스 등의 프로세스조건에 따라 설정된다. 종점이 검출되면 제어신호에 따라 파워앰프(22)의 출력을 정지한다.
에칭반응 및 반응생성물의 발광은 플라즈마여기용 고주파전력과 동기하고 있다고 고려된다. 따라서 본 실시예에 설명한 바와 같이, 반응생성물의 발광파장성분중에서 이 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하는 것에 의해, 에칭의 진행상황이 보다 정확하게 포착되고 종점에서의 신호변화가 명효하게 되어 미소개구패턴의 에칭종점검출정밀도가 향상한다.
또, 본 실시예에서는 반응생성물의 발광파장성분중에서 고주파전력과 동기한주파수성분만을 추출하고 있으므로, 완만한 플라즈마발광의 변동이나 불필요한 주파수성분의 영향을 잘 받지 않아 발광강도신호의 SN비가 향상한다.
또 상술한 바와 같이, 발광검출광학계(101)을 결상광학계로서 구성하는 것에 의해 웨이퍼상의 한정된 영역의 발광성분을 검출할 수 있으므로, 피가공막두께의 면내 변동이나 에칭레이트의 면내 변동에 기인한 종점검출신호의 둔함을 저감할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예를 도 6에 따라 설명한다. 에칭장치 및 발광검출광학계의 구성과 기능은 제1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 신호처리판정계(202)에 있어서 스펙트럼검광자(41)을 사용하는 것에 의해, 고주파전력과 동기한 400kHz성분을 추출한다. 스펙트럼검광자(41)의 중심주파수를 400kHz로, 주파수스팬을 0Hz로 설정하는 것에 의해, 앰프(29)의 출력신호중에서 도 5에 도시한 것과 마찬가지의 400kHz성분의 발광강도신호를 추출할 수 있다. 이 발광강도신호는 종점판정회로(42)로 보내지고, 제1 실시예와 마찬가지로 신호변화점에서의 발광강도나 그 1차 미분값 또는 2차 미분값 등을 미리 설정해 둔 임계값과 비교하는 것에 의해 에칭의 종점위치가 결정된다. 종점이 검출되면 제어신호에 따라 파워앰프(22)의 출력을 정지한다.
제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에 의하면 반응생성물의 발광파장성분중에서 플라즈마여기용 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하는 것에 의해, 에칭의 진행상황이 보다 정확하게 포착되고 종점에서의 신호변화가 명료하게 되어 미소개구패턴의 에칭종점검출정밀도가 향상한다.
또 마찬가지로, 반응생성물의 발광파장성분중에서 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하고 있으므로, 완만한 플라즈마발광의 변동이나 불필요한 주파수성분의 영향을 잘 받지 않아 발광강도신호의 SN비가 향상한다.
또, 본 실시예에서는 참조신호가 불필요하므로 장치구성이 간단하게 된다는 효과를 갖는다.
본 발명의 제3 실시예를 도 7에 따라 설명한다. 에칭장치 및 발광검출광학계의 구성과 기능은 제1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 신호처리판정계(203)에 있어서 400kHz의 투과중심주파수를 갖는 대역필터(band pass filter)(51)을 사용하는 것에 의해 고주파전력과 동기한 400kHz성분을 추출한다. 대역필터(51)에서는 도 5에 도시한 발광강도신호와 마찬가지의 신호가 얻어진다. 이 발광강도신호는 신호의 샘플링주파수와 대략 동일한 100Hz정도의 저역필터(52)를 통과한 후 종점판정회로(53)으로 보내지고, 제1 실시예와 마찬가지로, 신호변화점에서의 발광강도나 그 1차 미분값 또는 2차 미분값 등을 미리 설정해 둔 임계값과 비교하는 것에 의해 에칭의 종점위치가 결정된다. 종점이 검출되면 제어신호에 따라 파워앰프(22)의 출력을 정지한다.
제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에 의하면 반응생성물의 발광파장성분중에서 플라즈마여기용 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하는 것에 의해, 에칭의 진행상황이 보다 정확하게 포착되고 종점에서의 신호변화가 명료하기 되어 미소개구패턴의 에칭종점검출정밀도가 향상한다.
또 마찬가지로, 반응생성물의 발광파장성분중에서 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하고 있으므로, 완만한 플라즈마발광의 변동이나 불필요한 주파수성분의 영향을 잘 받지 않아 발광강도신호의 SN비가 향상한다.
또, 제2 실시예와 마찬가지로, 참조신호가 불필요하므로 장치구성이 간단하게 된다.
본 발명의 제4 실시예를 도 8 및 도 9에 따라 설명한다. 도 8에 있어서, 에칭장치 및 발광검출광학계(101)의 구성과 기능은 제1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 신호처리판정계(204)에 있어서 샘플홀드회로(63)을 사용하는 것에 의해, 고주파전력과 동기한 400kHz성분을 추출한다. 우선, 샘플링신호 발생회로(61)에 있어서, 신호생성기(21)로부터의 고주파신호에 따라 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 주파수400kHz의 임펄스열(67)(콤(comb)함수)로 이루어지는 샘플링신호를 발생한다. 동일 도면에 있어서, 파형(66)은 투과중심파장219nm의 간섭필터를 통해서 광전변환소자(28)에 의해 검출된 반응생성물CO*의 발광파형이다. 샘플링신호는 위상시프터(62)에 의해 발광파형에 따라 원하는 양만큼 위상이 시프트된 후 샘플홀드회로(63)으로 보내지고, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 반응생성물CO*의 발광파형이 샘플홀드되어 진폭a가 출력된다. 도 9의 (a)에서는 400kHz주기의 높은 쪽의 피크를 포착하고 있지만, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 위상시프트량을 조정하고 피크에서 약간 감쇠한 타이밍(진폭a′)에서 파형을 포착하거나 또는 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 400kHz주기의 낮은 쪽의 피크(진폭b)를 포착할 수도 있다. 어쨌든 위상시프트량은 에칭반응이 가장 강하게 반영되는타이밍에서 발광파형이 샘플링되도록 설정하는 것이 바람직하다.
샘플홀드회로(63)으로부터의 출력신호는 100Hz정도의 저역필터(64)로 보내지고, 도 5에 도시한 것과 마찬가지의 발광강도신호가 얻어진다. 이 발광강도신호는 종점판정회로(65)로 보내지고, 제1 실시예와 마찬가지로, 신호변화점에서의 발광강도나 그 1차 미분값 또는 2차 미분값 등을 미리 설정해 둔 임계값과 비교하는 것에 의해 에칭의 종점위치가 결정된다. 종점이 검출되면 제어신호에 따라 파워앰프(22)의 출력을 정지한다.
제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에 의하면 반응생성물의 발광파장성분중에서 플라즈마여기용 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하는 것에 의해, 에칭의 진행상황이 보다 정확하게 포착되고 종점에서의 신호변화가 명료하게 되어 미소개구패턴의 에칭종점검출정밀도가 향상한다.
또 마찬가지로, 반응생성물의 발광파장성분중에서 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하고 있으므로, 완만한 플라즈마발광의 변동이나 불필요한 주파수성분의 영향을 잘 받지 않아 발광강도신호의 SN비가 향상한다.
또, 본 실시예에 의하면 발광파형의 샘플링의 타이밍을 임의로 조정할 수 있으므로, 에칭반응이 보다 강하게 반영된 발광정보를 얻을 수 있게 되어 종점검출정밀도가 향상한다.
본 발명의 제5 실시예를 도 9 및 도 10에 따라 설명한다. 에칭장치 및 발광검출광학계의 구성과 기능은 제1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 신호처리판정계(205)에 있어서, 발광신호를 2분할하고 이들을 주파수는 동일하게 위상을 어긋나게 한 다른 2종류의 타이밍에서 샘플링하고, 얻어진 2개의 검출신호의 차분 또는 강도비를 취하는 것에 의해 에칭반응을 보다 정확하게 구한다.
우선, 샘플링신호 발생회로(71)에 있어서, 신호생성기(21)로부터의 고주파신호에 따라 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 주파수400kHz의 임펄스열(67)(콤함수)로 이루어지는 샘플링신호를 발생한다. 동일 도면에 있어서, 파형(66)은 투과중심파장219nm의 간섭필터를 통해서 광전변환소자(28)에 의해 검출된 반응생성물CO*의 발광파형이다. 샘플링신호는 2분할되어 위상시프터(72) 및 (75)로 보내지고, 각각 다른 시프트량이 부가된 후 각 샘플링신호(72S) 및 (75S)는 샘플홀드회로(73) 및 (76)으로 보내진다. 앰프(29)에서 출력된 반응생성물의 발광신호는 2분할되고 각각 샘플홀드회로(73) 및 (76)에 입력된다. 현재, 샘플링신호(72S)에 의한 샘플링의 타이밍이 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이 발광파형이 높은 쪽의 피크(진폭a)를 포착하고, 한편, 샘플링신호(75S)에 의한 샘플링의 타이밍이 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이 낮은 쪽의 피크(진폭b)를 포착하도록 각 위상시프터(72) 및 (75)를 조정해 둔다. 샘플홀드회로(73) 및 (76)에 의해 검출된 진폭a 및 진폭b의 각 신호는 100Hz정도의 저역필터(74) 및 (77)을 통과한 후, 도 5에 도시한 것과 마찬가지의 발광강도신호로 된다. 양 발광강도신호는 연산처리회로(78)로 보내진다. 연산처리회로(78)에서는 진폭a와 진폭b의 차분 또는 그 비를 계산하여 출력한다. 이 연산처리에 의해 상부전극과 하부전극으로의 인가 타이밍의 차에 의해 발생한 웨이퍼 바로 위의 에칭반응과는 관계가 낮은 불필요한 발광성분의 영향을 저감할수 있게 된다.
연산처리회로(78)로부터의 출력신호는 종점판정회로(79)로 보내지고, 제1 실시예와 마찬가지로, 신호변화점에서의 발광강도나 그 1차 미분값 또는 2차 미분값 등을 미리 설정해 둔 임계값과 비교하는 것에 의해 에칭의 종점위치가 결정된다. 종점이 검출되면 제어신호에 따라 파워앰프(22)의 출력을 정지한다.
제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에 의하면 반응생성물의 발광파장성분중에서 플라즈마여기용 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하는 것에 의해, 에칭의 진행상황이 보다 정확하게 포착되고 종점에서의 신호변화가 명료하게 되어 미소개구패턴의 에칭종점검출정밀도가 향상한다.
또 마찬가지로, 반응생성물의 발광파장성분중에서 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하고 있으므로, 완만한 플라즈마발광의 변동이나 불필요한 주파수성분의 영향을 잘 받지 않아 발광강도신호의 SN비가 향상한다.
또 본 실시예에 의하면, 발광파형의 샘플링의 타이밍을 임의로 조정할 수 있으므로, 에칭반응이 보다 강하게 반영된 발광정보를 얻을 수 있게 되어 종점검출정밀도가 향상한다.
또 본 실시예에 의하면, 상부전극과 하부전극으로의 인가 타이밍의 차에 의해 발생한 웨이퍼 바로 위의 에칭반응과는 관계가 낮은 불필요한 발광성분의 영향을 저감할 수 있으므로 종점검출정밀도가 향상한다.
본 발명의 제6 실시예를 도 11∼도 14에 따라 설명한다. 에칭장치 및 발광검출광학계의 구성과 기능은 제1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
앞서 제4 실시예에 있어서 주파수400kHz의 임펄스열(67)(콤함수)로 이루어지는 샘플링신호를 사용한 샘플홀드회로(63)에 의해 고주파전력과 동기한 400kHz성분을 추출하는 방법에 대해서 설명하였다. 본 실시예에서는 임펄스열(67)(콤함수)에 의한 샘플링이 아니라 임의의 일정폭을 갖는 펄스열(직사각형파 함수)을 발광신호에 승산하는 것에 의해 고주파전력과 동기한 400kHz성분을 추출한다.
우선, 샘플링신호 발생회로(81)에 있어서, 신호생성기(21)로부터의 고주파신호에 따라 도 13에 도시한 바와 같이 폭△t, 주파수400kHz의 펄스열(직사각형파 함수)(86)으로 이루어지는 샘플링신호를 발생한다. 도 12에 도시한 파형(66)은 투과중심파장219nm의 간섭필터를 통해서 광전변환소자(28)에 의해 검출된 반응생성물CO*의 발광파형이다. 샘플링신호(86)은 위상시프터(82)에 의해 발광파형에 따라 원하는 양만큼 위상이 시프트된 후 승산회로(83)으로 보내진다. 승산회로(83)에서는 앰프(29)에서 출력된 발광신호(66)에 대해 샘플링신호(86)이 승산되고, 도 14에 도시한 바와 같이, 샘플링신호(86)의 펄스폭△t에 대응한 구간의 발광파형(87)이 샘플링되어 출력된다. 도 14에서는 400kHz주기의 높은 쪽의 피크를 포착하고 있지만, 제4 실시예와 마찬가지로 위상시프트량을 조정하고 피크에서 약간 감쇠한 타이밍(진폭a′)에서 파형을 포착하거나 또는 400kHz주기의 낮은 쪽의 피크(진폭b)를 포착할 수도 있다. 어쨌든 위상시프트량은 에칭반응이 가장 강하게 반영되는 타이밍에서 발광파형이 샘플링되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또, 샘플링구간△t도 에칭반응이 가장 강하게 반영되는 시간폭으로 설정되는 것이 바람직하다.
승산회로(83)으로부터의 출력신호는 100Hz정도의 저역필터(84)로 보내지고, 도 5에 도시한 것과 마찬가지의 발광강도신호가 얻어진다. 이 발광강도신호는 종점판정회로(85)로 보내지고, 제1 실시예와 마찬가지로 신호변환점에서의 발광강도나 그 1차 미분값 또는 2차 미분값 등을 미리 설정해 둔 임계값과 비교하는 것에 의해 에칭의 종점위치가 결정된다. 종점이 검출되면 제어신호에 따라 파워앰프(22)의 출력을 정지한다.
또한, 본 실시예의 회로를 2계통 마련하고, 제5 실시예와 마찬가지로 반응생성물의 발광신호를 2분할하고, 각각 다른 타이밍에서 샘플링한 후 양 신호의 차분 또는 비를 계산하는 것에 의해, 상부전극과 하부전극으로의 인가 타이밍의 차에 의해 발생한 웨이퍼 바로 위의 에칭반응과는 관계가 낮은 불필요한 발광성분의 영향을 저감할 수도 있다.
제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에 의하면 반응생성물의 발광파장성분중에서 플라즈마여기용 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하는 것에 의해, 에칭의 진행상황이 보다 정확하게 포착되고 종점에서의 신호변화가 명료하게 되어 미소개구패턴의 에칭종점검출정밀도가 향상한다.
또 마찬가지로, 반응생성물의 발광파장성분중에서 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하고 있으므로, 완만한 프라즈마발광의 변동이나 불필요한 주파수성분의 영향을 잘 받지 않아 발광강도신호의 SN비가 향상한다.
또 본 실시예에 의하면, 발광파형의 샘플링의 타이밍을 임의로 조정할 수 있으므로, 에칭반응이 보다 강하게 반영된 발광정보를 얻을 수 있게 되어 종점검출정밀도가 향상한다.
또 본 실시예에 의하면, 임의의 일정 구간△t의 발광파형을 샘플링한 후 저역필터를 통과하고 있으므로, 발광파형에 중첩된 잡음성분을 저감할 수 있어 종점검출정밀도가 향상한다.
또한, 이상의 실시예에서는 플라즈마여기용 고주파전력의 주파수는 400kHz로 하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고 800kHz, 1MHz 등 주기적인 플라즈마발광이 관측될 수 있는 주파수대역이라면 임의의 주파수에 대해서도 적용가능하다.
또 마찬가지로, 이상의 실시예에서는 에칭장치는 평행평판형 플라즈마에칭장치로 하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고 그 기본원리에서 명확한 바와 같이, 플라즈마여기 또는 반도체웨이퍼으로의 약간의 에너지공급과 동기한 형태로 주기적으로 에칭반응이 진행하는 각종 에칭장치, 예를 들면 마이크로파 에칭장치 등에도 적용가능하다는 것은 물론이다.
또, 상기 실시예에서는 본 발명의 에칭장치로의 적용예에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 종점검출방법 및 장치는 에칭처리의 종점검출에 한정되는 것이 아니고, 플라즈마처리가 진행함에 따라 발광스펙트럼강도가 변화하는 각종 플라즈마처리장치의 종점검출에 적용할 수 있다. 또, 피처리체도 반도체웨이퍼에 한정되는 것이 아니고, 액정표시장치용 기판 등 그의 제조공정에 있어서 플라즈마처리가 실시되는 각종 소자, 재료에도 적용된다.
본 발명의 제7 실시예를 도 15에 따라서 설명한다. 본 실시예에서는 상술한 6개의 실시예에 따른 발광검출광학계(101)과 신호처리판정계(201)∼(206)으로 이루어지는 에칭종점검출장치를 반도체제조라인의 포토리도그래피공정에 도입한다. 도 15에 도시한 바와 같이, 우선 막부가장치(401)에 의해 반도체웨이퍼상에 실리콘산화막 등의 피가공막이 형성된다. 다음에, 레지스트도포장치(402)에 의해 레지스트가 도포되고, 노출장치(403)에 의해 레티클이나 마스크상의 원하는 회로패턴이 전사된다. 노출된 반도체웨이퍼는 현상장치(404)에 의해 전사패턴에 대응한 레지스트부가 제거된다. 에칭장치(405)에서는 이 레지스트패턴을 마스크로 해서 레지스트제거부의 피가공막이 에칭된다. 에칭중에 발생하는 반응생성물의 발광스펙트럼은 발광검출광학계(101)에 의해 검출되고, 발광강도신호는 상시 신호처리판정계(201)∼(206)으로 보내지고, 에칭종점이 검출되면 제어신호에 따라 에칭장치(405)의 플라즈마출력을 정지한다. 에칭종료후의 반도체웨이퍼는 어싱장치(406)으로 보내지고, 레지스트가 제거된 후 세정장치(407)에 의해 세정된다.
본 실시예에서는 포토리도그래피공정중의 에칭장치에 상술한 실시예에 따른 발광검출광학계(101)과 신호처리판정계(201)∼(206)으로 이루어지는 에칭종점검출장치를 사용하는 것에 의해 에칭종점검출정밀도가 향상하고, 에칭부족에 의한 막의 잔여물이나 오버에칭에 의한 하지막의 깍임이 저감한다. 이것에 의해, 포토리도그래피공정중의 에칭기인의 불량을 저감할 수 있게 되고, 고품질의 반도체소자의 제조가 가능하게 된다.
또, 패턴개구율이 1% 또는 그 이하의 미소한 접촉구멍의 에칭에서는 현상, 종점검출이 곤란하므로 에칭도중에 에칭레이트와 잔여막두께를 측정하고, 나머지에칭을 시간관리로 종료시키고 있다. 이와 같이, 에칭도중에 여분의 선행작업이 도입되므로 에칭공정의 제조능률이 저하하고 있었다. 그러나, 본 실시예에 의하면 항상 높은 정밀도로 종점검출이 가능하므로, 이와 같은 선행작업이 불필요하게 되어 에칭공정의 생산성이 향상하고 제조라인 전체의 자동화도 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 활성종의 발광파장성분중에서 플라즈마여기용 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하는 것에 의해, 플라즈마처리의 진행상황이 보다 정확하게 포착되고 종점에서의 신호변화가 명료하게 되어 미소개구패턴의 플라즈마처리의 종점검출정밀도가 향상한다는 효과를 갖는다.
또, 마찬가지로 반응생성물의 발광파장성분중에서 고주파전력과 동기한 주파수성분만을 추출하고 있으므로, 완만한 플라즈마발광의 변동이나 불필요한 주파수성분의 영향을 잘 받지 않아 발광강도신호의 SN비가 향상한다는 효과를 갖는다.
또, 발광파형의 샘플링의 타이밍을 임의로 조정할 수 있으므로, 플라즈마처리반응이 보다 강하게 반영된 발광정보를 얻을 수 있어 종점검출정밀도가 향상한다는 효과를 얻는다.
또, 본 발명에 의하면, 고정밀도의 에칭종점검출이 가능하게 되므로, 포토리도그래피공정중의 에칭기인의 불량을 저감할 수 있게 되어 고품질의 반도체소자의 제조가 가능하게 된다.
또, 본 발명에 의하면, 고정밀도의 에칭종점검출이 가능하게 되므로, 시간관리를 위한 선행작업이 불필요하게 되어 에칭공정의 생산성이 향상하고, 반도체제조라인 전체의 자동화도 가능하게 되어 산업상 매우 유효한 것이다.

Claims (17)

  1. (2회정정) 피처리체에 고주파전원으로부터의 고주파전력을 인가해서 여기한 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때 상기 플라즈마중에 있어서 특정파장으로 발광하는 활성종의 발광강도를 검출하고, 상기 발광강도 중 상기 플라즈마를 여기하는 상기 고주파 전력의 주파수 또는 피처리체로 에너지를 공급하는 고주파전력의 주파수와 동기한 주기적 시간변동의 진폭의 변화에서 상기 플라즈마처리의 종점을 검출하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광강도의 주기적 시간변동의 주파수는 플라즈마여기용 고주파전원의 주파수의 정수배인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 활성종은 상기 플라즈마처리에 의해 생기는 반응생성물인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출방법.
  4. (정정) 제1항에 있어서,
    상기 활성종은 상기 플라즈마처리에 사용되는 반응가스 또는 분해생성물인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 특정파장은 대략 219nm인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 특정파장은 대략 260nm인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 활성종의 발광강도는 상기 플라즈마와 결상관계에 있는 수광소자를 구비한 결상광학계에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출방법.
  8. (2회정정) 피처리체에 고주파전원으로부터의 고주파전력을 인가해서 여기한 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때 상기 플라즈마중에 있어서 특정파장으로 발광하는 활성종의 발광강도를 검출하는 발광검출수단;
    상기 검출된 발광강도신호 중 상기 플라즈마를 여기하는 상기 고주파전력의 주파수 또는 피처리체로 에너지를 공급하는 고주파전력의 주파수와 동기한 주기적 시간변동의 진폭을 검출하는 진폭검출수단 및;
    상기 진폭의 변화에서 상기 처리의 종점을 검출하는 종점판정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광강도신호의 주기적 시간변동의 주파수는 플라즈마여기용 고주파전원의 주파수의 정수배인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 활성종은 상기 플라즈마처리에 의해 생기는 반응생성물인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 활성종은 상기 플라즈마처리에 사용되는 반응가스 또는 분해생성물인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 특정파장은 대략 219nm인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 특정파장은 대략 260nm인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 발광검출수단은 상기 플라즈마와 결상관계에 있는 수광소자를 구비한 결상광학계로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리의 종점검출장치.
  15. (2회정정) 반도체기판에 고주파전원으로부터의 고주파전력을 인가해서 여기한 플라즈마를 사용한 처리를 실시할 때 상기 플라즈마중에 있어서 특정파장으로 발광하는 활성종의 발광강도를 검출하고, 상기 발광강도 중 상기 플라즈마를 여기하는 상기 고주파전력의 주파수 또는 피처리체로 에너지를 공급하는 고주파전력의 주파수와 동기한 주기적 시간변동의 진폭의 변화에서 상기 플라즈마처리의 종점을 검출해서 플라즈마처리를 종료하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  16. (2회정정) 반도체기판에 고주파전원으로부터의 고주파전력을 인가해서 여기한 플라즈마를 사용한 처리를 실시하는 반도체장치의 제조장치로서,
    상기 플라즈마중에 있어서 특정파장으로 발광하는 활성종의 발광강도를 검출하는 발광검출수단;
    상기 검출된 발광강도신호 중 상기 플라즈마를 여기하는 상기 고주파전력의 주파수 또는 피처리체로 에너지를 공급하는 고주파전력의 주파수와 동기한 주기적시간변동의 진폭을 검출하는 진폭검출수단 및;
    상기 진폭의 변화에서 상기 플라즈마처리의 종점을 검출하는 종점판정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조장치.
  17. (2회정정) 반도체기판에 고주파전원으로부터의 고주파전력을 인가해서 여기한 플라즈마를 사용해서 처리를 실시하여 제조되는 반도체장치로서,
    플라즈마중에 있어서 특정파장으로 발광하는 활성종의 발광강도를 검출하고, 상기 발광강도 중 상기 플라즈마, 고주파전원으로부터의 고주파전력을 인가해서 여기한 또는 피처리체로 에너지를 공급하는 고주파전력의 주파수와 동기한 주기적 시간변동의 진폭의 변화에서 상기 플라즈마처리의 종점이 검출되고, 플라즈마처리가 종료되어 제조된 것을 특징으로 하는 반도체장치.
KR10-1998-0702793A 1995-10-20 1996-10-21 플라즈마처리의종점검출방법과장치,반도체장치의제조방법과장치및반도체장치 KR100389203B1 (ko)

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