KR100413476B1 - 식각 종말점 검출 방법 - Google Patents

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본 발명은 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 설정을 위한 플라즈마 방전단계를 설정함으로서 얇은 물질의 식각시에도 식각 종말점을 검출할 수 있도록 한 식각 종말점 검출 방법에 관한 것으로서, 플라즈마를 이용하여 식각 물질층을 선택적으로 제거하여 미세 패턴 형성시 식각 종말점 검출 방법에 있어서, 상기 식각 물질층의 주 식각 단계 이전에 식각 속도 불균형을 해소하는 단계 동안 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압 설정을 위한 플라즈마 방전 단계를 추가하고, 상기 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압의 설정 값을 바탕으로 주 식각 단계에서 식각 종말점을 검출하는 것을 특징으로 한다.

Description

식각 종말점 검출 방법{method for detection etch end point}
본 발명은 식각 공정에 관한 것으로, 특히 얇은 물질(thin material)의 식각시에도 식각 종말점을 검출하는데 적당한 식각 종말점 검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정에서는 미세 패턴의 식각을 위하여 플라즈마를 이용한다. 플라즈마를 이용하는 식각 공정의 특징은 식각 기체, 식각 물질, 식각 반응물 등의 광방출 신호(Optical Emission Signal)가 방출된다는 점이다.
도 1은 일반적으로 플라즈마를 이용하여 미세 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 단면도이다.
즉, 도 1에서와 같이, 제 1 식각 물질층(11)과 제 2 식각 물질층(12)이 차례로 적층되어 있고, 상기 제 2 식각 물질층(12)상에 일정한 간격을 갖고 마스크로 사용되는 포토레지스트 패턴(13)이 형성되어 있다.
먼저, 상기 포토레지스트 패턴(13)을 마스크로 이용하여 플라즈마를 이용하여 제 2 식각 물질층(12)과 제 1 식각 물질층(11)을 식각할 때, 반응이 진행되는 챔버(Chamber)내에는 시간에 따라 광방출 신호의 차이가 존재한다.
초기 플라즈마가 방전되었을 때는 식각 기체에서 방출하는 신호가 주를 이룬다.
이어, 상기 제 2 식각 물질층(12)의 식각이 시작되면 식각 기체에서 방출되는 신호와 제 2 식각 물질층(12)의 식각 반응물이 방출하는 신호가 주를 이루게 된다.
그리고 제 2 식각 물질층(12)의 식각이 계속 진행되는 동안 제 2 식각 물질층(12)의 식각 반응물이 방출하는 신호의 강도가 일정하지만, 제 2 식각 물질층(12)의 식각이 종료되기 시작하면서 그 신호의 강도는 작아지고, 제 1 식각 물질층(11)의 식각 반응물의 방출 신호가 나타나기 시작한다.
플라즈마를 이용하는 식각 공정에서는 이와 같은 식각 반응물의 방출신호의 차이를 이용하여 식각 종말점을 검출한다.
도 2는 종래의 식각 종말점을 검출하는 방법을 나타낸 그래프이다.
도 2에서와 같이, 식각 시간에 따라서 식각 물질층의 광방출 신호 강도를 모니터(Monitor)하면서 일정 부분 이하로 강도가 낮아질 때를 기준으로 식각 종말점을 검출하는 방법이다.
이와 같은 식각 종말점을 결정하기 위해서는 모노크로미터(Monochrometer) 및 포토멀티플라이어(Photomultiflier)가 필요하다.
먼저, 모노크로미터는 여러 가지 파장의 광방출 신호중에 우리가 원하는 파장의 신호만을 수집하는 장치이고, 포토멀티플라이어는 수집된 신호의 강도를 일정 펙터(Factor) 정도로 증가시키는 장치로 광방출 신호 강도 차이를 명확하게 한다.
이들 모노크로미터와 포토멀티플라이어는 플라즈마의 방전 조건에 따라 10sec 내외 동안 이득(Gain)값 및 PMT(Photomultiflier Tube) 전압값을 설정하며, 설정 시간을 크게 할수록 안정적인 식각 종말점 검출에 유리하다.
한편, 최근의 반도체 소자가 소형화, 복합화되면서 소자의 구조도 복잡 다양해지고 있다. MIM(Metal Insulator Metal) 캐패시터의 경우는 그 일례로서 식각 공정에서는 캐패시터를 형성시키기 위하여 두께가 얇은 전극 및 절연 물질을 식각해야 한다.
그러나 상기와 같은 종래의 식각 종말점 검출 방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 식각 공정 초기에는 플라즈마가 발생되어 안정화되는 시간이 필요하기 때문에 안정적인 광방출 신호를 얻기 위해서는 데드 타임(Dead Time)과 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 설정 시간이 필요하다.
하지만 식각 물질의 두께가 얇은 경우에는 위 설정 시간 동안 식각 물질이 완전히 제거되기 때문에 식각 종말점을 검출할 수 없다.
만약, 모노크로미터와 포토멀티플라이어 설정 시간을 최소로 한다면 불안정한 광방출 신호 변화에 의존하기 때문에 식각 종말점 검출의 오류가 발생하기 쉽다.
따라서 식각 종말점을 검출하지 못하면 식각 시간을 미리 계산하여 식각 할 수밖에 없다. 그러나 식각 장비의 식각 속도가 ±10%의 차이가 있고 식각 물질의 두께도 ±10%의 차이가 있는 점을 고려한다면, 식각 물질의 부분 식각이나 과도하게 하부 물질까지 식각되어 버린다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 설정을 위한 플라즈마 방전단계를 설정함으로서 얇은 물질의 식각시에도 식각 종말점을 검출할 수 있도록 한 식각 종말점 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적으로 플라즈마를 이용하여 미세 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 단면도
도 2는 종래의 식각 종말점을 검출하는 방법을 나타낸 그래프
도 3a 및 도 3b는 종래의 식각 종말점 검출 방법과 본 발명의 식각 종말점 검출 방법에 의한 식각 결과를 나타낸 그래프
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 제 1 식각 물질층 12 : 제 2 식각 물질층
13 : 포토레지스트 패턴
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 식각 종말점 검출 방법은 플라즈마를 이용하여 식각 물질층을 선택적으로 제거하여 미세 패턴 형성시 식각 종말점 검출 방법에 있어서, 상기 식각 물질층의 주 식각 단계 이전에 식각 속도 불균형을 해소하는 단계 동안 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압 설정을 위한 플라즈마 방전 단계를 추가하고, 상기 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압의 설정 값을 바탕으로 주 식각 단계에서 식각 종말점을 검출하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 식각 종말점 검출 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 주 식각 단계 이전에 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압값의 설정이 가능한 플라즈마 방전 단계를 첨가한다. 이 단계는 플라즈마의 광방출 감도가 크면서도 안정적인 플라즈마의 방전이 가능하여야 한다.
즉, 상기 단계 동안 설정된 이득 및 PMT 전압값을 이용하여 주 식각 단계의 식각 종말점을 검출한다.
본 발명의 일 실시예로, MIM 탑 플레이트 메탈(예를 들면 TiN) 식각 공정을 들어 설명한다.
상기 TiN은 두께가 1200Å 이하로 작을 뿐만 아니라 패턴 밀도가 상당히 낮기 때문에 지역에 따른 식각 속도의 불균형이 심하다.
따라서 일반적인 방법으로서는 식각 종말점을 검출하기가 어렵다. 이에 본 발명에서는 식각 속도의 불균형을 줄이고 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압 설정이 가능한 단계, 주 식각 단계, 추가 식각 단계의 3단계로 식각을 진행한다.
(1) 식각 속도 불균형 해소 단계(시간 식각) : 100mT / 400Ws / 0G / 55BCl3 / 15Cl2 / 40N2 / 5sec ⇒ 이 단계 동안 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압 설정.
(2) 주 식각 단계(식각 종말점 식각) : 100mT / 400Ws / 0G / 55BCl3 /15Cl2 / 40N2 / EPD(Endpoint Detection) ⇒ 식각 종말점까지 식각하는 단계.
(3) 추가 식각 단계(시간 식각) : 100mT / 400Ws / 0G / 55BCl3 / 15Cl2 / 40N2 / 10sec.
한편, (1)의 식각 속도 불균형 해소 단계의 TiN 식각 속도는 2850Å/min으로 주 식각 조건의 TiN 식각 속도 1600Å/min보다 높게 설정했다. 이것은 TiN의 광방출 강도를 높여서 이득 및 PMT 전압 설정 시간을 감소시키기 위해서이다.
도 3a 및 도 3b는 종래의 식각 종말점 검출 방법과 본 발명의 식각 종말점 검출 방법에 의한 식각 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3a에서와 같이, 종래의 경우 광방출 신호의 변화가 거의 없어 식각 종말점의 결정에 실패한 반면, 본 발명은 도 3b에서와 같이, 광방출 신호의 변화로 안정적인 식각 종말점 검출함이 가능함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 식각 종말점 검출 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 두께가 얇은 물질의 식각 종말점 검출이 가능하다.
둘째, 식각 종말점 결정에 의한 식각 공정이 가능하기 때문에 시간 식각을 하는 경우 발생하는 부분 식각이나 과도 식각을 방지할 수 있다.
셋째, 식각 종말점에 의하여 식각 공정을 조절할 수 있기 때문에 공정 능력을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 플라즈마를 이용하여 식각 물질층을 선택적으로 제거하여 미세 패턴 형성시 식각 종말점 검출 방법에 있어서,
    상기 식각 물질층의 주 식각 단계 이전에 식각 속도 불균형을 해소하는 단계 동안 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압 설정을 위한 플라즈마 방전 단계를 추가하고, 상기 모노크로미터 및 포토멀티플라이어의 이득 및 PMT 전압의 설정 값을 바탕으로 주 식각 단계에서 식각 종말점을 검출하는 것을 특징으로 하는 식각 종말점 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 식각 속도 불균형을 해소하는 단계의 식각 물질층의 식각 속도는 주 식각 조건의 식각 단계보다 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 식각 종말점 검출 방법.
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