KR100475459B1 - 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법 및 이를 이용한이피디방법 - Google Patents

반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법 및 이를 이용한이피디방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주식각시간을 측정하는 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법 및 이를 이용한 이피디 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법은, 제 1 특정막 및 제 1 포토레지스트 패턴이 형성된 제 1 반도체기판에 대해서 제 1 플라즈마 식각공정을 진행한 후 형성된 제 1 반응생성물에서 방출되는 빛의 파장에 대한 인텐시티를 분석하는 제 1 스펙트럼 분석단계, 제 2 특정막 및 제 2 포토레지스트 패턴이 형성된 제 2 반도체기판에 대해서 제 2 플라즈마 식각공정을 진행한 후 형성된 제 2 반응생성물에서 방출되는 빛의 파장에 대한 인텐시티를 분석하는 제 2 스펙트럼 분석단계, 상기 제 1 스펙트럼 분석에 의한 제 1 스펙트럼의 피크와 상기 제 2 스펙트럼 분석에 의한 제 2 스펙트럼의 피크의 차의 절대값을 구하는 단계 및 상기 절대값의 최대치에 대응하는 빛의 파장을 구하여 이를 상기 제 1 특정막 및 제 2 특정막이 연속하여 형성된 반도체장치의 건식식각공정의 이피디의 파장으로 결정하는 단계를 구비하여 이루어진다.
따라서, 이피디를 용이하게 진행할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법 및 이를 이용한 이피디 방법
본 발명은 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법 및 이를 이용한 이피디 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체기판 상에 형성된 다수의 막질 가운데 최상부 막질의 엔드포인트(End point)까지 식각하는데 소요되는 주식각시간을 측정하는 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법 및 이를 이용한 이피디 방법에 관한 것이다.
통상, 반도체장치 제조공정에서는 반도체기판 상에 금속막, 산화막, 폴리실리콘막(Polysilicon film) 등의 다수의 막질을 순차적으로 적층하고 있다. 그리고, 상기 다수의 막질의 최상위 막질 상에 포토레지스트 패턴(Photoresist pattern)을 형성한 후, 플라즈마를 이용한 건식식각공정을 수행함으로서 포토레지스트 패턴에 의해서 마스킹되지 않은 최상위 막질을 건식식각하고 있다.
상기 건식식각은 최상위 막질의 엔드포인트까지 식각하는 주식각(Main etch)과 부위별 막질의 두께차이에 의해서 최상위 막질이 완전히 식각되지 않은 반도체기판의 특정부위를 식각하는 과도식각(Over etch)으로 이루어진다.
그리고, 상기 주식각 및 과도식각으로 이루어지는 건식식각공정을 진행하기 이전에는 상기 반도체기판 상에 형성된 최상위 막질의 엔드포인트까지 건식식각하는 데 소요되는 주식각시간을 측정하는 이피디(EPD : End Point Detection)를 진행한 후, 건식식각공정을 진행하고 있다.
도1을 참조하면, 분석용 반도체기판(10) 상에 산화막(12)이 형성되어 있고, 상기 산화막(12) 상에 폴리실리콘막(Polysilicon film : 14)이 형성되어 있다. 또한, 상기 폴리실리콘막(14) 상에 포토레지스트 패턴(16)이 형성되어 있다.
따라서, 먼저 분석용 반도체기판(10)의 최상위에 형성된 폴리실리콘막(14)의 엔드포인트까지 식각하는 데 소요되는 주식각시간을 측정하는 이피디를 진행한다.
상기 이피디는 도1에 도시된 바와 같이 분석용 반도체기판(10) 상에 산화막(12) 및 폴리실리콘막(14)이 순차적으로 형성된 분석용 반도체기판(10)을 플라즈마 식각챔버에 투입함으로서 시작된다. 상기 플라즈마 식각챔버 일측에는 수정 윈도우(View port)가 구비됨으로서 작업자가 상기 플라즈마 식각챔버 외부에서 내부를 관측할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 수정 윈도우가 설치된 플라즈마 식각챔버 외측에 특정 파장의 빛만을 선별적으로 통과시켜 단파장화할 수 있는 광학필터(Optical filter) 또는 모나크로미터(Monochrometer)가 설치되어 있고, 상기 광학필터 또는 모나크로미터 일측에 OES(Optical Emission Spectroscope)가 설치되어 있다.
이이서, 플라즈마 식각챔버의 압력, 온도, 파워(Power) 등의 공정환경을 설정하고 상기 플라즈마 식각챔버 내부로 염소(Cl2)가스 등의 주식각가스 및 첨가가스를 공급한다.
이에 따라, 플라즈마 상태의 식각가스가 포토레지스트 패턴(16)에 의해서 마스킹되지 않은 폴리실리콘막(14)을 식각함에 따라 플라즈마 식각챔버 내부에는 염화규소(SiCl) 등의 반응생성물이 형성되고, 상기 반응생성물에서는 염화규소 성분에서 발산되는 약 282.3 ㎚ 를 포함하는 복수의 파장을 가지는 빛을 발산한다.
그리고, 상기 발산된 빛 가운데 염화규소 성분에서 발산되는 약 282.3 ㎚의 파장을 가지는 빛은 광학필터 또는 모나크로미터를 통과한 후OES(Optical Emission Spectrometer)를 통과한다.
따라서, OES에서는 도2에 도시된 바와 같이 시간에 대응하는 282.3㎚ 정도의 파장을 가지는 빛의 인텐시티(Intensity)를 나타내는 그래프를 얻을 수 있다.
도2를 참조하면, 염화규소 성분에서 발산되는 282.3 ㎚의 파장을 가지는 빛은 소정시간동안 특정 인텐시티를 나타내다가 상기 소정시간이 경과되면 인텍시티가 급격하게 작아진 후, 다시 소정시간동안 다른 특정 인텐시티를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는, 폴리실리콘막이 엔드포인트까지 식각됨에 따라 염소가스와 폴리실리콘막(14)이 화학반응하여 형성되는 염화규소 성분이 감소하고, 이에 따라 염화규소 성분에서 발산되는 282.3㎚의 빛이 감소하기 때문이다.
따라서, 염화규소 성분에서 발산되는 282.3 ㎚의 파장의 인텐시티가 특정 인텐시티를 나타내다가 급격하게 작아지기 시작하는 시간 즉 주식각시간이 측정됨으로 이피디가 완료된다.
이후, 상기 도1에 도시된 바와 같은 공정용 반도체기판을 플라즈마 식각챔버에 투입한 후, 상기 이피디에 의해서 측정된 소정의 주식각시간동안 주식각공정이 진행되고, 상기 주식각공정 진행 후 과도식각공정이 진행된다.
그런데, 상기 이피디를 수행하는 과정에 플라즈마 식각챔버 일측에 구비되는 수정 윈도우 상에는 폴리머(Polymer) 등의 반응생성물이 흡착됨으로서 인해서 염화규소 성분에서 발산되는 282.3 ㎚의 파장의 빛이 수정 윈도우, 광학필터 또는 모나크로미터 및 OES를 통과하는 것을 차단하거나 제한하였다.
따라서, OES에 의해서 구해지는 그래프의 곡선이 명확하지 않음으로 인해서 주식각에 소요되는 주식각시간을 측정하는 이피디를 용이하게 진행할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 주식각에 소요되는 주식각시간을 용이하게 측정할 수 있는 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법 및 이를 이용한 이피디 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법은, 제 1 특정막 및 제 1 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 제 1 반도체기판에 대해서 제 1 플라즈마 식각공정을 진행하는 단계, 상기 제 1 플라즈마 식각공정에 의해서 형성된 제 1 반응생성물에서 방출되는 빛의 파장에 대한 인텐시티를 분석하는 제 1 스펙트럼 분석단계, 제 2 특정막 및 제 2 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 제 2 반도체기판에 대해서 제 2 플라즈마 식각공정을 진행하는 단계, 상기 제 2 플라즈마 식각공정에 의해서 형성된 제 2 반응생성물에서 방출되는 빛의 파장에 대한 인텐시티를 분석하는 제 2 스펙트럼 분석단계, 상기 제 1 스펙트럼 분석에 의한 제 1 스펙트럼의 피크와 상기 제 2 스펙트럼 분석에 의한 제 2 스펙트럼의 피크의 차의 절대값을 구하는 단계 및 상기 절대값의 최대치에 대응하는 빛의 파장을 구하여 이를 상기 제 1 특정막 및 제 2 특정막이 연속하여 형성된 반도체장치의 건식식각공정의 이피디의 파장으로 결정하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 스펙트럼 분석단계 및 제 2 스펙트럼 분석단계는 OES를 사용하여 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 특정막을 산화물 재질로 형성할 수 있고, 상기 제 2 특정막을 폴리실리콘 재질로 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 2 특정막을 금속 재질 또는 금속화합물 재질로 형성할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 특정막 및 제 2 특정막을 서로 상이한 재질의 금속화합물로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 건식식각공정의 이피디 방법은, 산화막, 폴리실리콘막 및 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 반도체기판을 플라즈마를 이용하여 건식식각하기 위한 반도체 건식식각공정의 이피디 방법에 있어서, 청구항 1항에 의한 방법을 사용하여 이피디용 파장을 결정하는 단계; 플라즈마 식각챔버의 수정 윈도우 외측에 상기 결정된 이피디용 파장의 빛만을 통과시킬 수 있는 필터링수단을 설치하고, 상기 필터링수단 일측에 상기 필터링 수단을 통과한 빛의 시간에 대한 인텐시티의 변화를 측정할 수 있는 인텐시티 측정수단을 설치하는 단계; 상기 플라즈마 식각챔버 내부에 산화막, 폴리실리콘막 및 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 반도체기판을 투입한 후, 제 3 플라즈마 식각공정을 수행하는 단계;
상기 제 3 플라즈마 식각공정의 수행에 의해서 형성된 제 3 반응생성물에서 방출되는 빛 가운데 상기 필터링수단을 통과한 빛을 인텐시티 측정수단을 사용하여 스펙트럼 분석하는 단계; 및 상기 스펙트럼 분석에 의한 스펙트럼의 인텐시티가 급격하게 하락하는 시간을 측정하는 EPD(End Point Detection)를 수행하는 단계;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 반응생성물은 염화규소일 수 있다.
그리고, 상기 이피디용 파장으로 723.5 내지 727.5㎚ 의 것을 사용할 수 있다.
상기 제 3 플라즈마 식각공정은 주식각가스로 염소(Cl2)가스를 사용하고 첨가가스로 산소(O2)가스 및 브롬화메탄(CH3Br)가스를 사용할 수 있다.
또한, 상기 필터링수단으로 광학필터(Optical filter) 또는 모나크로미터(Monochrometer)를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 인텐시티 측정수단으로 OES를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법은, 먼저 분석용 플라즈마 식각챔버의 수정 윈도우 일측에 OES를 설치한다. 상기 OES에서는 유입되는 빛의 시간에 대응하는 빛의 인텐시티를 나타내는 스펙트럼을 구할 수 있도록 되어 있다.
이어서, 상기 분석용 플라즈마 식각챔버 내부에 폴리실리콘막 등의 제 1 특정막 및 제 1 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 제 1 반도체기판을 투입한 후, 염소가스 등의 주식각가스 및 첨가가스를 사용하여 상기 제 1 반도체기판에 대해서 제 1 플라즈마 식각공정을 진행한다.
이에 따라, 상기 분석용 플라즈마 식각챔버 내부에는 염화규소 등의 반응생성물이 형성되며, 상기 반응생성물에서는 다수의 파장을 가지는 빛을 발생시킨다. 그리고, 상기 빛은 분석용 플라즈마 식각챔버 일측의 수정 윈도우를 통과하여 OES로 공급되어 제 1 스펙트럼 분석된다.
따라서, 상기 OES에서는 도3에 도시된 바와 같이 빛의 파장에 대응하는 빛의 인텐시티를 나타내는 제 1 스펙트럼을 얻을 수 있다.
다음으로, 상기 분석용 플라즈마 식각챔버 내부에 산화막 등의 제 2 특정막 및 제 2 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 제 2 반도체기판을 투입한 후, 주식각가스 및 첨가가스를 사용하여 제 2 플라즈마 식각공정을 진행한다. 상기 제 1 특정막을 산화물 재질로 형성하고, 상기 제 2 특정막을 폴리실리콘 재질, 금속 재질 및 금속화합물 재질로 형성할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 특정막 및 제 2 특정막을 서로 상이한 재질의 금속화합물로 형성할 수 있다.
이에 따라, 상기 분석용 플라즈마 식각챔버 내부에는 반응생성물이 형성되며, 상기 반응생성물에서는 다수의 파장을 가지는 빛을 발생시킨다.
그리고, 상기 빛은 분석용 플라즈마 식각챔버 일측의 수정 윈도우를 통과하여 OES로 공급되어 제 2 스펙트럼 분석된다.
따라서, 상기 OES에서는 도4에 도시된 바와 같이 빛의 파장에 대응하는 인텐시티를 나타내는 제 2 스펙트럼을 얻을 수 있다.
이어서, 제 1 스펙트럼 분석에 의한 제 1 스펙트럼의 피크에서 상기 제 2 스펙트럼 분석에 의한 제 2 스펙트럼의 피크를 감함으로서 도5에 도시된 바와 같이 빛의 파장에 대응하는 빛의 인텐시티를 나타내는 스펙트럼을 얻을 수 있다.
다음으로, 상기 스펙트럼에 나타나는 인텐시티의 절대값을 구하고, 절대값의 최대치를 구한다.
마지막으로, 상기 최대치에 대응하는 빛의 파장을 구하여 이를 제 1 특정막 및 제 2 특정막이 연속하여 형성된 반도체장치의 건식식각공정의 이피디용 파장으로 결정한다.
그리고, 본 발명에 따른 반도체 건식식각공정의 이피디 방법은, 먼저 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법에 의해서 결정된 725.5㎚의 빛만을 통과시킬 수 있는 필터링 수단으로서 광학필터 또는 모나크로미터를 공정용 플라즈마 식각챔버의 수정 윈도우 일측에 설치한다.
그리고, 상기 필터링 수단으로서의 광학필터 또는 모나크로미터 일측에 상기 필터링 수단을 통과한 빛의 시간에 대한 인텐시티의 변화를 측정할 수 있는 인텐시티 측정수단으로서 OES를 설치한다. 상기 OES에서는 유입되는 빛의 시간에 대응하는 빛의 인텐시티를 나타내는 스펙트럼을 구할 수 있도록 되어 있다.
이어서, 상기 공정용 플라즈마 식각챔버 내부에 산화막 등의 제 1 특정막 및 폴리실리콘막 등의 제 2 특정막이 순차적으로 형성된 반도체기판을 투입한 후, 주식각가스로서의 염소(Cl2)가스 및 첨가가스로서의 브롬화메탄(CH3Br)가스 및 산소(O2)가스 등을 사용하여 제 3 플라즈마 식각공정을 진행한다.
이에 따라, 플라즈마 식각챔버 내부에는 염화규소 등의 반응생성물이 형성되고, 상기 반응생성물에서는 빛이 발생된다.
그리고, 상기 빛 가운데 전술한 이피디용 파장 결정방법에 의해서 선택된 이피디용 725.5㎚의 빛은 필터링 수단으로서의 광학필터 또는 모나크로미터를 통과하여 인텐시티 측정수단으로서의 OES에 공급된다.
그리고, 상기 빛이 OES에 공급됨에 따라 도6에 도시된 바와 같이 시간에 대응하는 빛의 인텐시티를 나타내는 그래프를 얻을 수 있다. 이에 따라, 상기 그래프의 인텐시티가 특정 인텐시티에서 급격하게 작아지는 시간을 측정함으로서 주식각에 소요되는 주식각시간을 측정하는 이피디가 완료된다.
따라서, 본 발명에 의하면 순차적으로 형성된 제 1 특정막 및 제 2 특정막을 플라즈마를 이용한 건식식각함에 있어서 가장 명확한 인텐시티를 나타내는 파장을 가진 빛을 사용하여 이피디를 진행함으로서 이피디불량에 의한 식각불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도1은 종래의 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도2는 종래의 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도3은 폴리실리콘막을 건식식각한 후 방출되는 빛을 OES를 사용하여 분석한 OES 스펙트럼이다.
도4는 산화막을 건식식각한 후 방출되는 빛을 OES를 사용하여 분석한 OES 스펙트럼이다.
도5는 도3의 스펙트럼에서 도4의 스펙트럼을 산술적으로 감한 스펙트럼이다.
도6은 본 발명에 따른 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법의 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반도체기판 12 : 산화막
14 : 폴리실리콘막 16 : 포토레지스트 패턴

Claims (14)

  1. 제 1 특정막 및 제 1 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 제 1 반도체기판에 대해서 제 1 플라즈마 식각공정을 진행하는 단계;
    상기 제 1 플라즈마 식각공정에 의해서 형성된 제 1 반응생성물에서 방출되는 빛의 파장에 대한 인텐시티를 분석하는 제 1 스펙트럼 분석단계;
    제 2 특정막 및 제 2 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 제 2 반도체기판에 대해서 제 2 플라즈마 식각공정을 진행하는 단계;
    상기 제 2 플라즈마 식각공정에 의해서 형성된 제 2 반응생성물에서 방출되는 빛의 파장에 대한 인텐시티를 분석하는 제 2 스펙트럼 분석단계;
    상기 제 1 스펙트럼 분석에 의한 제 1 스펙트럼의 피크와 상기 제 2 스펙트럼 분석에 의한 제 2 스펙트럼의 피크의 차의 절대값을 구하는 단계; 및
    상기 절대값의 최대치에 대응하는 빛의 파장을 구하여 이를 상기 제 1 특정막 및 제 2 특정막이 연속하여 형성된 반도체장치의 건식식각공정의 이피디의 파장으로 결정하는 단계;
    를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스펙트럼 분석단계 및 제 2 스펙트럼 분석단계는 OES(Optical Emission Spectroscope)를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 특정막을 산화물 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 특정막을 폴리실리콘 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 특정막을 금속 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 특정막을 금속화합물 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 특정막 및 제 2 특정막을 서로 상이한 재질의 금속화합물로 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디용 파장 결정방법.
  8. 산화막, 폴리실리콘막 및 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 반도체기판을 플라즈마를 이용하여 건식식각하기 위한 반도체 건식식각공정의 이피디 방법에 있어서,
    청구항 1항에 의한 방법을 사용하여 이피디용 파장을 결정하는 단계;
    플라즈마 식각챔버의 수정 윈도우 외측에 상기 결정된 이피디용 파장의 빛만을 통과시킬 수 있는 필터링수단을 설치하고, 상기 필터링수단 일측에 상기 필터링 수단을 통과한 빛의 시간에 대한 인텐시티의 변화를 측정할 수 있는 인텐시티 측정수단을 설치하는 단계;
    상기 플라즈마 식각챔버 내부에 산화막, 폴리실리콘막 및 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 반도체기판을 투입한 후, 제 3 플라즈마 식각공정을 수행하는 단계;
    상기 제 3 플라즈마 식각공정의 수행에 의해서 형성된 제 3 반응생성물에서 방출되는 빛 가운데 상기 필터링수단을 통과한 빛을 인텐시티 측정수단을 사용하여 스펙트럼 분석하는 단계; 및
    상기 스펙트럼 분석에 의한 스펙트럼의 인텐시티가 급격하게 하락하는 시간을 측정하는 EPD(End Point Detection)를 수행하는 단계;
    를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각공정의 이피디 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 반응생성물은 염화규소인 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 이피디용 파장으로 723.5 내지 727.5㎚ 의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 플라즈마 식각공정은 주식각가스로 염소가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 플라즈마 식각공정은 첨가가스로 산소가스 및 브롬화메탄가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 필터링수단으로 광학필터(Optical filter) 또는 모나크로미터(Monochrometer)를 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 인텐시티 측정수단으로 OES를 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 건식식각공정의 이피디 방법.
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