KR101123171B1 - 플라즈마 에칭 프로세스의 프로세스 파라미터를 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마 에칭 프로세스의 프로세스 파라미터를 측정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 에칭 프로세스의 프로세스 파라미터를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 반도체 웨이퍼에 대해 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 하나 이상의 프로세스 파라미터를 검출하는 방법을 개시한다. 이 방법은 상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계; 상기 검출한 광을 필터링하여 변조광(modulated light)을 추출하는 단계; 및 상기 검출한 변조광을 처리하여 상기 에칭 프로세스의 하나 이상의 프로세스 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마 에칭 프로세스의 프로세스 파라미터를 측정하는 방법 및 장치 { METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING PROCESS PARAMETERS OF A PLASMA ETCH PROCESS }
본 발명은 플라즈마 에칭 프로세스에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 특정한 웨이퍼 배치(wafer batch)의 반도체 웨이퍼에 대한 플라즈마 에칭 프로세스에서 다수의 프로세스 파라미터를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이들 프로세스 파라미터는 웨이퍼 에칭 레이트(etch rate)와 에칭 깊이(etch depth), 그리고 에칭 프로세스의 종료점(endpoint)을 포함한다.
반도체 제조에 수반되는 주요 프로세스 중 하나는 반도체의 에칭이다. 일반적인 에칭 프로세스는, 반도체 웨이퍼 표면에 노출된 재료의 패턴이 형성된 층(patterned layer, 패턴층)을 제거하기 위하여 플라즈마 방전(plasma discharge)을 필요로 한다. 웨이퍼는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 실리콘 웨이퍼 상의 패턴이 형성된 트렌치를 에칭하는 경우, 이 프로세스는 깊은 반응성 이온 에칭(Deep Reactive Ion Etching, DRIE) 또는 얕은 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation, STI)로 알려져 있다.
많은 에칭 프로세스가 반도체 업계에 사용되고 있다. 에칭 프로세스에 보통 사용되는 에칭 도구(etching tool) 또는 반응기(reactor) 2가지는 용량 결합형 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma, CCP) 도구, 및 변압기 결합형 플라즈마(Transformer Coupled Plasma, TCP)이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 에칭 프로세스의 원리를 설명할 수 있다. 도 1은 전형적인 CCP 프로세싱 도구의 단면도를 나타낸 것이다. 진공 쳄버(10)는 웨이퍼 또는 기판(3)이 놓이는 하부 전극(2), 및 상부 전극(7)과 일체화되어 있다(incorporate). 또한 가스 유입구(gas inlet)(8) 및 배출 라인(exhaust line)(9)도 설치되어 있다. 진공 쳄버(10)는 또한 하부 전극의 RF 전원공급장치(radio frequency (RF) power supply)(1)도 포함한다.
도 2는 전형적인 TCP 프로세싱 도구의 단면도를 나타낸 것이다. 이 프로세싱 도구는 CCP 프로세싱 도구와 실질적으로 동일한 구성요소가 일체화되어 있지만, 상부 전극을 포함하지 않는다. 이 프로세싱 도구는 또한 제2 RF 전원공급장치(12), 안테나(13) 및 유전체 창(dielectric window)(6)을 포함한다. RF 전원공급장치(1, 12)와 전원을 공급받는 전극/안테나 사이에, 도시하지 않은 정합 네트워크(matching network)가 배치되는 것이 관례이다. 이 정합 네트워크의 목적은 일반적으로 50Ω인 전원공급장치의 임피던스를 전극/안테나의 임피던스와 정합시키는 것이다.
CCP 도구와 관련하여, 이러한 도구의 전형적인 동작을 도 3을 참조하여 설명한다. 이 동작은 하부 전극(2) 상에 웨이퍼 또는 기판(3)을 배치하고, 하부 전극(2) 및/또는 안테나에 일정량의 에너지를 인가하는 RF 전원공급장치(1)로 플라즈 마를 점화하는 것을 포함한다. 또한 쳄버 내로 일정한 처리량(constant throughput)으로 펌핑되는 일정한 가스 흐름의 원료 가스(feedstock gas)(11)의 선택도 제공된다.
에칭 프로세스는 스퍼터링, 화학적 에칭 또는 반응성 이온 에칭에 의해 웨이퍼(3)로부터 재료를 제거한다. 제거된 재료는 그 후 플라즈마 방전(5)으로 휘발된다. 이들 휘발 물질을 에칭 부산물(etch-by-products)(4)이라고 하며, 원료 가스(11)와 함께 플라즈ㅍㅊㅌㅋ마 방전(5)의 화학적 작용(chemistry)에 기여한다. 에칭 부산물(4) 및 원료 가스(11)는 배출 또는 펌핑 포트(9)를 통해 펌핑되어 배출된다. TCP 도구의 에칭 프로세스도 유사한 방식으로 동작한다.
플라즈마 에칭 또는 재료 제거 레이트를 측정할 수 있어, 에칭 특성 깊이(etch feature depth)를 구할 수 있다면 매우 바람직할 것으로 생각된다. 이는 에칭되는 패턴의 깊이가 웨이퍼로부터 구성되는(constructed) 전자 디바이스의 성능에 중요하기 때문이다.
에칭 레이트 또는 에칭 깊이를 검출하기 위해 현재 수많은 기술이 사용되고 있다. 미국특허 제4367044호에 기재되어 있는 그러한 기술중 하나는 굴w적에 기초하고 있다. 다른 기술은 회절(미국특허 제5337144호), 반사광 측정(flectometry)(미국특허 제6939811호), 및 광방출 분광기(optical emission spectroscopy, OES)(미국특허 제4430151호)의 사용을 포함한다.
다수의 이러한 기술은 예를 들면 광원의 설비, 광정렬 검출기(optical alignment detector) 및 플라즈마 에칭 도구에 대한 공간과 같은, 제자리에 배치하 는 데 복잡한 설치를 필요로 한다. 이것은 물론 반도체 제조 비용을 더하는 바람직하지 못한 단점이다. 또한, 이 기술들은 흔히 웨이퍼의 일정한 영역에 대한 측정에 기초하는데, 몇몇 경우에, 이는 에칭 깊이의 에지 변동에 대해 중앙을 고려하지 않는다. 끝으로, 이들 기술 중 일부는 동시에 에칭되는 마스크의 두께에 의존한다. 이들 기술이 반도체 산업계의 문제인 정확한 깊이 측정에 악영향를 미친다는 것을 알 것이다.
또한, 재료의 비용을 줄이고 제조중의 전자 디바이스의 손상을 회피하기 위하여, 에칭 프로세스가 종료한 때를 검출 할 수 있는 것이 매우 편리하다는 것을 알 것이다.
이와 관련하여, 에칭 프로세스가 완료한 때 에칭 프로세스의 다수의 파라미터가 변화하였음을 발견하였다. 예를 들면, 웨이퍼의 상층(top layer) 아래에, 상이한 화학적 조성의 다른 층이 제공된다. 이 층이 제1 층과 동일한 플라즈마에 노출되면, 방전의 화학적 작용에 있어 변화를 초래할 것이다. 화학적 작용에서의 이 변화는 재료의 새로운 층이 덮여있지 않아 휘발을 개시함에 따른, 웨이퍼 또는 기판 표면으로부터의 에칭 부산물의 조성 변화에 기인한다. 이 화학적 변화는 에칭 프로세스의 플라즈마 광방출(plasma optical emission), 압력, 정합 네트워크 설정, 및 파워에 영향을 미칠 수 있다.
그러므로 에칭 프로세스 종료점은, 밑의 층(underneath layer)을 노출시키는, 층(마스크가 없는 상층 등)의 에칭 종료에 대응하는 에칭 프로세스의 파라미터 중 어떤것, 일부 또는 전부에 변화가 있는 기간으로 규정된다.
에칭 프로세스 종료점을 검출하기 위하여, 센서를 사용하여 이들 파라미터 중 하나 이상에 대한 시간 변화(time evolution)를 모니터하였다. 이들 파라미터는 전술한 프로세싱 웨이퍼의 표면과 방전 시의 물리적 및 화학적 프로세스뿐만 아니라 플라즈마 도구의 동작 조건(operating condition)들도 포함할 수 있다. 에칭 프로세스 동안에 변화하는 것으로 밝혀진 다른 파라미터들에는 RF 파워, 가스 압력 및 각종 가스의 흐름, 그리고 각종 파장에서의 플라즈마 광강도(즉, OES)가 포함된다.
도 4는 에칭 프로세스 동안의 시간 경과에 따른 프로세스 파라미터의 변화에 대한 이상적인 표현(ideal representation)의 상세 그래프이다. 이 그래프는 다음의 5개 부분으로 구성되어 있다:
1. 방전을 턴온(turn on)할 때의 초기 천이(initial transient, IT) 영역.
2. 웨이퍼 상의 마스크 없는 재료(unmasked material)를 연속 에칭할 때의 메인 에칭(main etch, ME) 영역.
3. 메인 에칭으로부터 오버 에칭(over-etch)로 천이하는 종료점(endpoint, EP) 영역. 이 종료점은 에칭되는 재료가 웨이퍼로부터 제거(clear)되기 시작할 때 개시된다.
4. 재료의 대부분 또는 전부가 웨이퍼로부터 제거되었고, 방전이 다음층을 연속하여 에칭하는 때인 오버 에칭(over-etch, OE) 영역. 많은 경우에, 오버 에칭을 회피하는 것이 중요하다.
5. 방전을 턴오프(turn off)할 때의 최종 천이(final transient, FT) 영역.
에칭 프로세스 파라미터의 이상적인 신호의 경우, 메인 에칭이 신호 레벨의 갑작스런 변화에 의해 식별되는 종료점을 가지는 연속 프로세스라는 것을 이해할 것이다. 이상적인 신호의 오버 에칭은 균일한 프로세스이다. 그러므로 이상적인 신호에서, 종료점은 전형적으로 신호의 강도에 있어 날카로운 하강(sharp fall)을 보인다. 이것은 신호에 의해 유발된 에칭 부산물의 공핍(depletion)에 대응한다. 하지만, 이것은 또한 신호의 상승(rise)일 수도 있는데, 예를 들면 에칭 부산물에 의해 초기에 공핍되었던 플라즈마 내의 다른 시편들(species)에서의 증가에 기인한 것일 수 있다.
프로세스의 화학적 작용이 웨이퍼 상의 에칭되는 재료에 의해 영향을 받을 때, 방전의 화학적 작용에 있어 동시에 변화가 있을 것이기 때문에 언제 층이 완전히 제거되는지를 예측할 수 있을 것이다. 그러나, 실제의 에칭 프로세스 동안에는, 웨이퍼는 전체가 균일하게 에칭될 수 없고, 도 4의 이상적인 표현을 따르지 않는다는 것을 알 것이다. 따라서, 에칭된 층은 웨이퍼의 일부 영역이 다른 영역 이전에 제거될 수 있다. 그러므로, 프로세스 파라미터의 실제 신호에서, 종료점은 날카로운 하강 또는 상승을 보이는 것이 아니라, 일정한 양의 시간 내에서 메인 에칭로부터 오버 에칭로의 천이를 보인다. 이를 도 5에 나타냈으며, 실제의 에치 신호의 하강 종료점은 시간 Δt의 기간에 걸쳐 있다. 파라미터들은 프로세스 내내 여러 변화와 관련된 복잡한 시간 구조를 가질 수 있으며, 예를 들면 다단계 에칭 프로세스와 같이, 그 모든 것이 종료점에 연관된 것은 아니라는 것에도 유의하기 바란다. 그러므로, 종료점의 결정은 도구 모니터링 센서에 의해 관찰된 대응하는 신호 변화를 사용하여 주의깊게 분석되어야 한다.
몇몇 경우에, 변화를 충분히 명확하게 검출할 수 있기 때문에, 에칭 프로세스의 파라미터 중 하나가 플라즈마 프로세스의 종료점을 모니터링하기 위한 프로세스 모니터 신호로서 사용하기에 충분하다. 그러나, 실제 신호는 상당한 양의 노이즈를 포함할 수 있고, 몇몇 경우에는 드리프트(drift)를 포함할 수 있다. 나쁜 신호대잡음비(poor signal to noise ratio) 및/또는 강한 드리프트는 종료점 검출 알고리즘의 나쁜 감도를 초래할 수 있다. 이것은 웨이퍼의 작은 부분(전체 면적의 1 내지 5%)만을 에칭하는 낮은 개방 면적(low open area) 상황에서의 주요한 문제이다. 이것이 다수의 파라미터를 프로세스 모니터 신호로서 사용할 수 있는 경우이다. 이들 프로세스 모니터 신호는 그 후에 프로세스 변화(process evolution)를 하나의 모니터 신호로 압축(condense)하기 위하여 MVA(multivariate analysis, MVA) 기술을 사용하여 결합된다. MVA 기술은 해당 기술분야에 잘 알려져 있으므로, 상세하게 설명하지 않는다.
종래에, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점 검출은 광센서를 사용하여 수행되었다. 전기 센서도 또한 종료점 검출에 사용될 수 있다. 그러나, 반도체 제조업계에서 새로운 프로세스가 개발되었을 때, 반도체의 구조 형상(geometry of the semiconductor)에 있어 축소를 실현하는 드라이브(drive)가 존재하였다. 따라서, 프로세스 제어 및 프로세스 종료점 검출을 위한 진보된 센서의 개발에 대한 대응하는 요구가 있어왔다.
그러므로 최근 수년동안, 광학 시스템은 프로세스에서 종료점의 발생을 더욱 정확하게 결정하기 위하여 다파장 측정 및 각종 알고리즘을 사용하는 광대역의 광방출 분광기(OES) 시스템을 포함하도록 더욱 발전되었다.
전형적인 광센서는, 광다이오드 또는 광증배기(photo-multiplier)와 같은, 고속의 감광성 디바이스(fast photo-sensitive device)로 구성된다. 이들은 플라즈마로부터의 광방출을 검출하고 프로세스 모니터 신호로 사용하기 위해 이를 전기 신호로 기록한다. 센서를 창과 마주보게 배치하거나 관찰 포트(view port)와 센서 사이에 광을 안내하는 광섬유를 사용함으로써, 센서는 도구 쳄버 내의 관찰 포트를 통해 플라즈마로부터의 광방출에 노출될 수 있다. 관찰 포트와 센서 사이에 렌즈 및/또는 광필터의 사용은 선택사항이며, 구체적인 플라즈마 프로세스에 의존할 수 있다. 광필터에 의해 특정한 광파장 대역의 광을 검출할 수 있게 된다. 프로세스에 대한 센서의 감도를 향상시키기 위하여, 일부 상황에서는 광섬유와 센서가 바람직할 수 있다.
전술한 바와 같이, 종료점을 검출하는 방법들은 플라즈마 발광(plasma emission)으로부터의 하나 이상의 스펙트럼선의 시간 평균 강도(time-averaged intensity)를 측정할 수 있다. 측정된 스펙트럼 발광은 벌크 플라즈마(bulk plasma) 내부의 긴 붕괴 시간(decay time)을 가지는 발광에 의해 지배되며, 비변조 신호 또는 DC 신호를 생성한다.
대부분의 시스템은 약 10～100ms의 통합 시간(integration time)으로 강도를 측정하기 위하여 전하 결합 디바이스를 사용한다. 그 후 다양한 단변량(univariate) 및 다변량(multivariate) 통계 알고리즘을 실행하여 종료점 천이의 신호대잡음비를 높인다. 그러나 이 기술들은, 특히 감소하기만 하는 반도체칩의 부품 사이즈로 인해 플라즈마 에칭 프로세스의 정확한 종료점 검출에는 불만족스러울 수 있다.
발명의 명칭이 'System and method for determining endpoint in etch processes using partial least squares discriminant analysis in the time domain of optical emission spectra'인 미국특허 제6830939호는, 종료점 검출 시스템에서 케모메트릭 알고리즘(chemometric algorithm)이 점점 사용되고 있다는 것을 보여준다.
그러므로, 정확한 종료점 검출을 제공할 수 있는 것은 물론이고 에칭 프로세스의 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 결정할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것이 바람직하다는 것을 알 것이다.
본 발명은 첨부된 청구항에서 설명한 바와 같이, 반도체 웨이퍼에 대해 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 하나 이상의 프로세스 파라미터를 검출하는 방법을 제공하며, 본 방법은, 상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계; 상기 검출한 광을 필터링하여 변조광(modulated light)을 추출하는 단계; 및 상기 검출한 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 하나 이상의 프로세스 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
플라즈마로부터 방출되는 변조광을 검출함으로써 에칭 프로세스의 프로세스 파라미터에 대한 매우 정확한 평가(assessment)를 얻을 수 있다.
상기 프로세스 파라미터는 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점일 수 있다.
상기 프로세스 파라미터는 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트일 수 있다.
본 발명은 또한 반도체 웨이퍼에 대해 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법을 포함하며, 본 방법은, 상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계; 상기 검출한 광을 필터링하여 변조광(modulated light)을 추출하는 단계; 및 상기 검출한 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 결정하는 단계를 포함한다.
플라즈마로부터 방출되는 변조광을 검출함으로써, 에칭 프로세스의 에칭 레이트 및 에칭 깊이에 대한 매우 정확한 평가를 얻을 수 있다.
상기 검출하는 단계는, 상기 광을 필터링하여 선택된 파장 대역을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 처리하는 단계는,
상기 검출한 광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
상기 디지털 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는(transforming) 단계;
프로세스 모니터 신호로 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 단계;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간(elapsed time)에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도에 비례하는 선도(plot)를 생성하는 단계; 및
상기 선도로부터 상기 에칭 레이트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도에 비례하는 선도를 생성하는 단계는,
상기 프로세스 모니터 신호의 값을 교정하여(calibrate), 변환된 신호값(converted signal value)을 생성하는 단계; 및
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 변환된 신호값의 선도를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 교정하는 단계는 상기 프로세스 모니터 신호의 값에 변환 상수(conversion constant)를 승산하는 것을 포함한다.
상기 방법은 또한, 상기 선도를 통합하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 에칭 면적(etch area)의 제2 선도를 생성하는 단계; 및 상기 제2 선도로부터 에칭 깊이를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 또한 상기 제2 선도에서의 신호 레벨 천이가, 목표 에칭 깊이(target etch depth)를 나타내는 저장된 값과 일치할 때 표시자(indicator)를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
적절하게는, 상기 표시자는 상기 목표 에칭 깊이에 도달하였음을 나타내는 시각적(visual) 표시자 또는 청각적(aural) 표시자이다.
바람직하게는, 상기 디지털 신호를 변환하는 단계는 상기 디지털 신호에 대해 고속 푸리에 변환(fast fourier transform)을 수행하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 프로세스 모니터 신호는 상기 웨이퍼와 동일한 배치의 웨이퍼들에 대한 테스트 웨이퍼 분석중에 결정된다.
바람직하게는, 상기 변환 상수는 상기 웨이퍼와 동일한 배치의 웨이퍼들에 대한 테스트 웨이퍼 분석중에 결정될 수 있다.
상기 배치의 테스트 웨이퍼 분석은,
에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 에칭되는 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
상기 검출한 변조광을 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는 단계;
상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수(main frequency)를 결정하는 단계; 및
상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계는,
상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 한 세트의 테스트 웨이퍼에 대한 전자 현미경 이미지(electron microscopy image)를 생성하는 단계;
상기 생성한 이미지로부터 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 시간의 함수로서 측정하는 단계; 및
상기 측정된 에칭 레이트 및 에칭 깊이에 서로 관련있는 시간 경과에 따른 값을 가지는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
적절하게는, 상기 방법은 또한 시간 경과에 따른 상기 선택된 프로세스 모니터 신호와 실제 에칭 레이트 사이에 선형 관계(linear relationship)를 수립하는 단계를 더 포함하는다.
바람직하게는, 상기 수립된 선형 관계는 상기 변환 상수로서 저장된다.
상기 메인 주파수를 결정하는 단계는, 보다 높은 신호 강도값을 가지는 주파수 도메인 신호를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 특정한 웨이퍼 배치의 반도체 웨이퍼에 대해 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법에 사용하기 위한 프로세스 모니터 신호 및 변환 상수를 결정하는 방법을 포함하며, 상기 방법은,
상기 웨이퍼 배치의 테스트 웨이퍼를 플라즈마 에칭 도구에 배치하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스를 개시하는 단계;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 상기 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
상기 검출한 변조광을 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 디지털 신호를 상기 주파수 도메인 신호로 변환하는 단계;
상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 단계;
상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로 선택하는 단계;
시간 경과에 따른 상기 선택된 프로세스 모니터 신호의 값과 상기 실제 에칭 레이트 사이의 선형 관계를 수립하는 단계; 및
상기 수립한 선형 관계를 변환 상수로서 저장하는 단계를 포함한다.
상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로 선택하는 단계는,
상기 테스트 웨이퍼에 대한 전자 현미경 이미지(electron microscopy image)를 생성하는 단계;
상기 생성한 이미지로부터 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 시간의 함수로서 측정하는 단계; 및
상기 측정한 에칭 레이트 및 에칭 깊이에 서로 관련있는 시간 경과에 따른 값을 가지는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 메인 주파수를 결정하는 단계는, 보다 높은 신호 강도값을 가지는 주파수 도메인 신호를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 장치를 제공하며, 상기 장치는,
상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 수단;
상기 검출한 광을 필터링하여 변조광을 추출하는 수단; 및
상기 검출한 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 결정하는 수단을 포함한다.
상기 검출하는 수단은, 상기 광을 필터링하여 선택된 파장 대역을 검출하는 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 처리하는 수단은,
상기 검출한 광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 수단;
상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 수단;
프로세스 모니터 신호로 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 수단;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도에 비례하는 선도(plot)를 생성하는 수단; 및
상기 선도로부터 상기 에칭 레이트를 결정하는 수단을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도에 비례하는 선도(plot)를 생성하는 수단은,
변환된(converted) 신호값을 생성하도록 상기 프로세스 모니터 신호의 값을 교정하는 수단; 및
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 변환된 신호값의 선도를 생성하는 수단을 포함할 수 있다.
상기 교정하는 수단은, 상기 프로세스 모니터 신호의 값에 변환 상수를 승산하는 수단을 포함할 수 있다.
상기 장치는 또한, 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 에칭 면적의 제2 선도를 생성하도록 상기 선도를 통합하는 수단; 및 상기 제2 선도로부터 상기 에칭 깊이를 결정하는 수단을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 장치는 또한 상기 제2 선도에서의 신호 레벨 천이가 목표 에칭 깊이를 나타내는 저장된 값과 일치할 때 표시자(indicator)를 생성하는 수단을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 표시자는 상기 목표 에칭 깊이에 도달하였음을 나타내는 시각적 표시자 또는 청각적 표시자이다.
상기 검출하는 수단은 감광성 디바이스(photo-sensitive device)일 수 있다.
상기 변환하는(transforming) 수단(transforming)은 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 변환하는 수단(transforming)은 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
프로세스 모니터 신호로 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 수단, 및 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도에 비례하는 선도를 생성하는 수단은, 컴퓨터를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 에칭 면적(etch area)의 제2 선도를 생성하도록 상기 선도를 통합하는 수단, 및 상기 제2 선도에서의 신호 레벨 천이가 목표 에칭 깊이를 나타내는 저장된 값과 일치할 때 표시자를 생성하는 수단은, 컴퓨터를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 특정한 웨이퍼 배치의 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출할 때 사용하기 위한 프로세스 모니터 신호 및 변환 상수를 결정하는 장치를 제공하며, 상기 장치는,
플라즈마 에칭 도구;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 수단;
상기 검출한 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 수단;
상기 디지털 신호를 상기 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 수단;
상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 수단;
상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로 선택하는 수단;
시간 경과에 따른 상기 선택된 프로세스 모니터 신호의 값과 실제 에칭 레이트 사이의 선형 관계를 수립하는 수단; 및
상기 수립한 선형 관계를 상기 변환 상수로서 저장하는 수단을 포함한다.
상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 수단은,
상기 테스트 웨이퍼에 대한 전자 현미경 이미지 생성하는 수단;
상기 생성한 이미지로부터 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 시간의 함수로서 측정하는 수단; 및
상기 측정한 에칭 레이트 및 에칭 깊이에 서로 관련있는 시간 경과에 따른 값을 가지는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 수단을 포함한다.
또한, 기록 매체, 캐리어 신호(carrier signal) 또는 판독전용 메모리에 구현될 수 있는, 컴퓨터로 하여금 상기 방법을 실행하도록 하는 프로그램 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명은 또한, 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법을 제공하며, 상기 플라즈마 에칭 프로세스는 상기 반도체 웨이퍼 근처에 플라즈마 시스(plasma sheath)를 생성하고, 상기 방법은 실질적으로 상기 플라즈마 시스로부터 방출된 광만을 사용하여 상기 에칭 레이트를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 검출한 광은 변조광 및 비변조광(non-modulated light)을 모두 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 플라즈마 시스 및 상기 플라즈마의 나머지 부분(remainder)으로부터 방출되는 광은 함께 검출되지만, 상기 에칭 레이트는 실질적으로 상기 플라즈마 시스로부터 방출된 광만을 사용하여 결정된다.
본 발명은 또한 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법을 제공하며, 상기 방법은,
플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계;
상기 검출한 광을 필터링하여 변조광을 추출하는 단계;
상기 검출한 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때를 결정하는 단계; 및
상기 종료점을 결정한 때, 표시자를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 반도체 웨이퍼는 전형적으로 층의 부분(portion)들의 제거를 포함하는 에칭 프로세스를 사용하여, 복수의 층을 포함한다. 예를 들면, 다음 층으로 천이될 때 종료점에서 광의 변조가 변화할 것이기 때문에, 변조된 광방출(modulated light emission)을 검출함으로써, 에칭 프로세스 종료점의 정확한 검출을 실현할 수 있다.
상기 검출하는 단계는 상기 광을 필터링하여 선택된 파장 대역을 검출하는 단계를 더 포함한다.
상기 처리하는 단계는 상기 검출한 변조광에 대하여 종료점 검출 알고리즘을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 종료점 검출 알고리즘은,
상기 검출한 광을 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는 단계; 및
하나 이상의 미리 선택된 주파수의 신호 레벨 천이가 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 상기 종료점에 도달한 때에 대응하는 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 미리 선택된 주파수의 신호 레벨 천이가 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 단계는,
프로세스 모니터 신호로서 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 단계;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도의 선도를 생성하는 단계; 및
상기 선도에서의 신호 레벨 천이가 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 디지털 신호를 변환하는 단계는, 상기 디지털 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 표시자는 상기 플라즈마 에칭 프로세스를 중지하기 위한 제어 신호일 수 있다.
상기 표시자는 상기 플라즈마 에칭 프로세스가 완료되었음을 나타내는 시각적 표시자 또는 청각적 표시자일 수 있다.
상기 저장된 신호 레벨 천이값 및 상기 프로세스 모니터 신호는 상기 웨이퍼와 동일한 배치의 웨이퍼에 대한 테스트 웨이퍼 분석중에 결정될 수 있다.
상기 배치의 상기 테스트 웨이퍼 분석은,
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속기간 동안에 에칭되는 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
상기 검출한 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 단계;
상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 단계;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계; 및
상기 신호 레벨 천이의 값을 상기 저장된 신호 레벨 천이값으로서 사용하기 위해 저장하는 단계를 포함한다.
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계는,
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간에 대한 상기 메인 주파수의 강도의 선도를 생성하는 단계; 및
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 상기 선도에서 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 특정한 웨이퍼 배치의 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법에 사용하기 위한 프로세스 모니터 신호 및 신호 레벨 천이값을 결정하는 방법을 개시하며, 상기 방법은,
상기 웨이퍼 배치의 테스트 웨이퍼를 플라즈마 에칭 도구에 배치하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스를 개시하는 단계;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 상기 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
상기 검출한 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 단계;
상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 단계;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간에 대한 상기 메인 주파수의 강도의 선도를 생성하는 단계;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 상기 선도에서 신호 레벨의 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계; 및
이 신호 레벨 천이의 값을 저장되는 신호 레벨 천이값으로 선택하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 또한, 상기 테스트 웨이퍼의 전자 현미경 이미지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 선택하는 단계는, 상기 테스트 웨이퍼 이미지가 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때를 나타낼 때, 상기 선도에서 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계를 더 포함한다.
상기 메인 주파수를 결정하는 단계는 보다 높은 신호 강도값을 가지는 주파수 도메인 신호를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 장치를 포함할 수 있으며, 상기 장치는,
플라즈마 에칭 도구;
상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 수단;
상기 검출한 광을 필터링하여 변조광을 추출하는 수단;
상기 검출한 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때를 결정하는 수단; 및
상기 종료점이 결정된 때 표시자를 생성하는 수단을 포함한다.
상기 검출하는 수단은 또한 상기 광을 필터링하여 선택된 파장 대역을 검출하는 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 처리하는 수단은,
상기 검출한 광은 디지털 신호로 변환하는 수단;
상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는 수단; 및
하나 이상의 미리 선택된 주파수의 신호 레벨 천이가, 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달된 때에 대응하는 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 미리 선택된 주파수의 신호 레벨 천이가 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 수단은,
프로세스 모니터 신호로서 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인 신호로부터 상기 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 수단;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도의 선도를 생성하는 수단; 및
상기 선도에서의 신호 레벨 천이가 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 수단을 포함할 수 있다.
상기 검출하는 수단은 감광성 디바이스일 수 있다.
상기 변환하는(transforming) 수단은 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 변환하는(transforming) 수단은 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
프로세스 모니터 신호로서 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인 신호로부터 상기 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 수단; 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도의 선도를 생성하는 수단; 및 상기 선도에서의 신호 레벨 천이가, 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때에 대응하는 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 수단은 컴퓨터를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 특정한 웨이퍼 배치의 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점의 검출 시에 사용하기 위하여 저장되는 프로세스 모니터 신호 및 신호 레벨 천이값을 결정하는 장치를 제공하며, 상기 장치는,
플라즈마 에칭 도구;
에칭 프로세스의 지속기간 동안에 상기 웨이퍼 배치의 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 수단;
상기 검출한 변조광을 디지털 신호로 변환하는 수단;
상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는 수단;
상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 수단;
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 수단; 및
이 신호 레벨 천이의 값을 상기 신호 레벨 천이값으로서 선택하는 수단을 포함한다.
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 수단은,
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속기간에 대한 상기 메인 주파수의 강도의 선도를 생성하는 수단; 및
상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때에 상기 선도에서 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 수단을 포함할 수 있다.
또한, 기록 매체, 캐리어 신호 또는 판독 전용 메모리에 구현될 수 있는, 컴퓨터 프로그램으로 하여금 상기 방법을 실행하도록 하는 프로그램 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명은 또한 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법을 제공하며,
상기 플라즈마 에칭 프로세스는 상기 웨이퍼 근처에 플라즈마 시스(plasma sheath)를 생성하고, 상기 방법은 실질적으로 상기 플라즈마 시스로부터 방출된 광만을 사용하여 상기 종료점을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 플라즈마 시스 및 상기 플라즈마의 나머지 부분(remainder)으로부터 방출되는 광을 함께 검출될 수 있지만, 상기 종료점은 실질적으로 상기 플라즈마 시스로부터 방출된 광만을 사용하여 결정된다.
상기 검출한 광은 변조광 및 비변조광(non-modulated light)을 모두 포함할 수 있다.
첨부도면을 참조하여, 이하에 오직 예로서 주어진 본 발명의 실시예에 대한 설명으로부터 본 발명을 더욱 분명하게 이해할 것이다.
도 1은 전형적인 CCP 처리 도구의 단면도이다.
도 2는 전형적인 TCP 처리 도구의 단면도이다.
도 3은 에칭 부산물을 상세하게 나타낸 도 1의 CCP 처리 도구의 단면도이다.
도 4는 에칭 프로세스 동안의 시간 경과에 따른 프로세스 파라미터의 변동에 대한 이상적인 그래프이다.
도 5는 에칭 프로세스 동안의 시간 경과에 따른 프로세스 파라미터의 변동에 대한 실제 그래프이다.
도 6은 본 발명의 구현에 포함된 구성요소의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 프로세스 흐름을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 8은 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 결정하기 위한, 도 5의 프로세스 흐름의 추가적인 단계를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 9는 에칭 프로세스의 종료점을 검출하기 위한, 도 5의 프로세스 흐름의 추가적인 단계를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 예시적인 에칭 레이트 선도의 상세도이고, (b)는 본 발명의 예시적인 에칭 깊이 선도의 상세도이다.
도 11은 특정한 웨이퍼 배치에 대한 최적의 프로세스 모니터 신호 결정 시의 제1 단계에 대한 프로세스 흐름을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 12는 변조광의 검출로부터 생성된 전압 파형의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 파형에 FFT를 적용하여 생성된 FFT 파형을 나타낸 도면이다.
도 14는 특정한 웨이퍼 배치에 대한 최적의 프로세스 모니터 신호 결정 시의 추가적인 단계에 대한 프로세스 흐름을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 15는 플라즈마 도구에 기록된 FFT의 많은 주파수 중 하나로부터의 시간 프로세스 신호의 일례를 나타낸 도면이다.
본 발명은 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 방출되는 방사선(radiation)의 변조 강도(modulation intensity)에 민감한 센서를 사용하여 웨이퍼 에칭 프로세스 동안에 플라즈마 반응기를 모니터링하는 방법을 제공한다. 그 후, 센서에 의해 수집된 데이터를 사용하여 에칭되는 웨이퍼의 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 검출할 수 있으며, 웨이퍼 에칭 프로세스의 종료점을 결정할 수 있다.
본 발명의 숨은 원리를 이해하기 위하여, 에칭 프로세스 동안에 일어나는 화학 반응을 알아야 한다. 웨이퍼를 에칭하는 동안, 일정한 진폭의 변조광이 플라즈마에 의해 방출된다. 이 변조광의 진폭은 에칭 레이트와 관련이 있다. 또한 종료점에 도달됨으로써 에칭 프로세스로부터의 부산물의 농도(concentration)에 천이가 발생할 것이다. 이 부산물 농도 변화는 플라즈마로부터의 광방출에 천이를 초래한 한다.
방전에 있어 원자 또는 분자의 여기(excitation)의 주요 소스 중 하나는 전자 충격 여기(electron impact excitation)이다. 이 여기는 전자 밀도에 직접적으로 비례한다. 원자 및 분자의 여기는, 전자 밀도가 시간 균일(time uniform)한 경우, 플라즈마 벌크(plasma bulk) 내에서 시간 균일하다. 한편, 도 1 내지 도 3에서 도면부호 4로 나타낸 바와 같이, 플라즈마 시스 내, 즉 플라즈마와 전극/웨이퍼 사이의 영역에서의 전자 밀도는, 에칭 도구의 구동 무선 주파수에서 고도로 변조된다.
여기된 시편은 자연 방출(spontaneous emission)에 의해 특성 감쇠율(characteristic decay rate)을 가지는 광을 방출한다. 여기된 시편은 또한 무선 주파수 사이클로부터 자극 방출(stimulated emission)에 의해 방사선을 방출할 수도 있다. 일반적으로, 플라즈마 방출은 여기 상태의 시편의 수 밀도(number density)에 직접적으로 비례한다. 여기 상태의 시편의 밀도가 변조되면, 광방출이 변조될 것으로 예상된다. 이것은 구동 무선 주파수로 변조되는 부가적인 성분과 함께, 비변조 또는 DC 발광 성분을 발생시킨다. 변조광은 특정한 주파수에서 주기적인 일시적 강도 변동(periodic temporal intensity variation)을 나타내는 광이다.
웨이퍼 표면 근처에 있는 에칭 부산물은, 국부적인 부산물 밀도가 플라즈마 시스 영역에서보다 더 높기 때문에, 전자에 의해 여기될 가능성이 더 많다. 플라즈마 시스 영역에서는 전자가 강하게 변조되기 때문에, 이 영역으로부터의 광은 고 도로 변조될 것이고, 이 변조는 구동 무선 주파수와 상관될 것이다.
변조광 방출(modulated light emission)은 웨이퍼 또는 기판 위의 "시스" 영역의 여기된 에칭 부산물에 의해 두드러지게(significantly) 방출되는 광에 상응한다는 사실로 인해, 웨이퍼의 표면으로부터 재료가 제거되는 속도의 임의의 변동(에칭 레이트의 변화에 대응함)도 또한 변조광 방출의 변화로 보일 것임을 알 것이다. 그러므로, 변조광은 에칭 프로세스의 종료점 검출에 사용하기 이상적이다.
또한 벽 및 도구 드리프트(tool drift)로부터의 가스 방출(gases desorbing)과 같은, 탈여기(de-excitation) 시간이 긴 시편으로 인한 메모리 효과(memory effect)와 관계가 없기 때문에, 그리고 여기된 에칭 부산물에 의해 방출되는 광에 대응하기 때문에, 변조광 방출은 종료점에 더욱 민감하다는 것이 밝혀졌다. 그러므로, 변조광은 에칭 프로세스 종료점의 검출에 사용하기에 이상적이기도 한다.
싱글 주파수 에칭 도구에서, 변조광은 구동 무선 주파수 및 고조파(harmonics)에 상응할 것으로 예상된다. 그러나, 듀얼 주파수 시스템에서는, 2개의 구동 주파수뿐만 아니라 무선 주파수 자체와 그 고조파의 혼합된 적(mixed up product)에서 변조된 광을 발견할 가능성이 있다.
본 발명의 광센서는 이 플라즈마 광 변조를 검출한다. 검출된 플라즈마 광 변조는 그 후에 에칭 레이트, 에칭 깊이, 및 에칭 프로세스 종료점을 결정하기 위하여 사용된다. 변조광은 실질적으로 플라즈마 시스 내에 있으므로, 본 발명은 실질적으로 플라즈마 시스로부터 방출된 광만을 사용하여 에칭 레이트, 에칭 깊이, 및 에칭 프로세스 종료점을 결정하는 것을 포함한다.
도 6은 본 발명의 실현 시에 포함되는 구성요소의 일 실시예를 나타낸 것이다. 에칭 도구(도시하지 않음) 내에 위치된 플라즈마(15)로부터의 플라즈마 광을 검출하기 위하여 복수의 센서(14)가 제공된다. 이 센서(14)는 광다이오드 또는 광증배기관(photo multiplier tube)의 형태를 취할 수 있다. 플라즈마 광 변조를 성공적으로 검출하기 위하여, 센서는 응답 시간이 빨라야한다. 복수의 광필터(16)가 센서(14)와 함께 사용될 수 있으며, 각 필터는 특정한 광 파장 대역을 검출하도록 구성되며, 광필터(16)들은 센서(14)와 플라즈마(15) 사이에 위치되어 있다. 예를 들면 반응물(reactant) 또는 에칭 부산물과 같은, 플라즈마 내의 일정한 시편으로부터의 광을 선택하도록, 광필터(16)는 센서(14)에의 입력광을 특정 파장의 중심에 있는 수 나노미터 폭의 대역으로 좁히는 효과가 있다. 이것은 불필요한 파장 대역을 제거하는 효과가 있다. 그러므로 광필터(16)는 특정한 광선의 실시간 모니터링을 가능하게 하므로, 시스에서의 플라즈마의 화학적 성질(plasma chemistry)의 분류를 가능하게 한다.
신호 컨디셔닝 블록(signal conditioning block)(17)은 센서(14)로부터의 출력 데이터를 수신한다. 신호 컨디셔닝 블록(17)에서는, 센서(14)로부터 검출된 광신호를 조정(condition)하고 디지털화(digitise)한다. 본 발명의 일 실시예에서, 이 조정은 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier) 및 프로그램 가능한 전압 증폭기(programmable voltage amplifier)에 의해 실행된다. 트랜스임피던스 증폭기는 센서로부터의 신호를 전압 신호로 변환하고, 전압 증폭기는 이 전압 신호를 증폭한다. 증폭된 전압 신호는 아날로그/디지털 변환기(analog to digital converter, ADC)에 의해 디지털화된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, ADC는 최대 70 MHz의 주파수로 동작한다. 프로세서(18)는 컴퓨터(PC)(19)에 의해 에칭 레이트, 에칭 깊이 및 종료점을 추정 가능하게 하기 위하여 필요한 포맷으로 디지털 신호를 처리하기 위하여 제공한다. 프로세서(18)는 마이크로컨트롤러 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은, 임의의 적당한 프로세싱 디바이스일 수 있다. 컴퓨터(19)는 프로세서(18)의 추가적인 처리를 위해 에칭 레이트, 에칭 깊이, 및 에칭 프로세스의 종료점을 결정하고, 미리 설정한 에칭 깊이에 도달한 때 및 종료점이 결정된 때 하나 이상의 표시자를 생성하기 위한 출력 신호를 제공한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 프로세스 흐름을 상세하게 나타낸 도면이다. 단계 1에서, 에칭 도구에서 에칭되는 특정한 배치의 웨이퍼의 플라즈마로부터 광이 생성된다. 광센서는 플라즈마 시스로부터 방출되는 변조광 및 플라즈마의 나머지 부분으로부터의 비변조광을 연속적으로 검출한다(단계 2). 추가로 광을 필터링하여 특정한 광파장 대역의 광만을 검출할 수 있다. 단계 3에서, 검출된 플라즈마 광 변조 신호를 실시간으로 처리하여 에칭 프로세스의 하나 이상의 프로세스 파라미터를 결정한다. 신호들은 에칭 레이트 및 깊이 알고리즘에 의해 처리될 수 있다. 이 알고리즘은 에칭 레이트 및 원하는 에칭 깊이에 도달하였는지를 결정한다. 그 후 원하는 깊이에 도달된 때 표시자를 생성한다. 또한 종료점 검출 알고리즘에 의해 플라즈마 광 변조 신호를 실시간으로 처리하여, 에칭 프로세스의 종료점에 도달된 때를 결정하고, 종료점이 결정된 때에 표시자를 생성할 수 있다.
이 프로세스 흐름은 다수의 부가 단계로 분해될 수 있으며, 이에 대해서는 도 8 및 도 9와 관련하여 이하에 더욱 상세하게 설명한다. 도 8은 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 결정하기 위한 단계를 상세하게 나타낸 것이고, 도 9는 종료점을 검출하기 위한 단계를 상세하게 나타낸 것이다. 단계 1 내지 단계 4는 두 도면에서 동일하다는 것에 유의하기 바란다.
도 8을 참조하면, 단계 1에서 에칭 프로세스가 개시된다. 단계 2a에서, 상이한 광파장 대역의 변조된 플라즈마광을 광센서에 의해 검출한다. 또한 비변조광도 검출할 수 있다. 이 광을 트랜스임피던스 증폭기에 의해 전압 신호로 변환한 후에, 전압 증폭기에 의해 증폭한다(단계 2b). 그 후, 증폭한 전압 신호를 ADC에 의해 디지털화하여 디지털 신호를 공급한다(단계 2c). 프로세서 내의 고속 푸리에 변환 필터가 이 디지털 신호에 대해 FFT를 계산하여 이 디지털 신호를 주파수 도메인으로 변환한다(단계 2d).
단계 2a 내지 단계 2d를 약 2천회 반복하고, FFT의 결과 세트를 평균하여 샘플 FFT를 생성한다(단계 2e). 전체 평균 프로세스는 불과 250ms 걸린다는 것에 주목하기 바란다. 컴퓨터에 의해 샘플 FFT을 기록한다(단계 3).
단계 4에서, 프로세스 모니터 신호로서 사용되도록 미리 선택되었던 샘플 FFT의 하나 이상의 주파수에 대한 데이터 값을 추출한다. 이 프로세스 모니터 신호는 결정될 프로세스 파라미터, 즉 에칭 프로세스의 에칭 레이트와 에칭 깊이 및/또는 종료점에 도달한 때에 대한 가장 정확한 평가(assessment)를 제공할 신호가 되도록 결정되었다. 프로세스 모니터 신호의 선택은 테스트 웨이퍼 분석중에 수행 되며, 이에 대해서는 나중에 자세하게 설명한다. 그러므로, 이들 프로세스 모니터 신호의 데이터 값의 모니터링에 의해 에칭 레이트를 구할수 있으며, 이로써 에칭 프로세스에서 필요한 깊이 및 종료점에 도달하였는지에 대한 결정을 할 수 있다.
전술한 단계들은 검출한 광을 필터링하여 변조광 및 비변조광을 모두 포함할 수 있는 플라즈마광으로부터 변조광을 추출하기 위하여, 그리고 에칭 프로세스의 에칭 레이트, 에칭 깊이 및/또는 종료점을 결정하기 위하여 제공되었다는 것을 알 것이다.
에칭 프로세스의 경과 시간 동안에 이미 생성된 샘플 FFT값으로부터 추출된 하나 이상의 주파수에 대한 데이터 값은, 후술한 바와 같이, 에칭 레이트와 에칭 깊이를 계산하고, 및/또는 에칭 종료점을 결정하는 데 사용된다.
이해하기 쉽도록, 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 결정하는 것을 포함한 추가적인 프로세스 단계들을 먼저 설명한 후, 에칭 프로세스의 종료점을 결정하는 때를 포함한 추가적인 프로세스 단계들을 설명한다.
1. 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 결정하기 위한 프로세스 단계들
하나의 주파수를 프로세스 모니터 신호로 선택하고 있는 경우에 에칭 레이트를 결정하기 위하여, 샘플 FFT 값으로부터 추출된 데이터 값들을 먼저 교정하여야 한다. 이 교정은 변환된 신호값을 하기 위하여, 각 데이터 값에 대한 변환 상수의 승산을 포함하며, 에칭 프로세스의 시간 경과에 따른 선도가 그려지는 경우, 이는 에칭 프로세스의 실제 에칭 레이트를 제공한다. 변환 상수는 프로세스 모니터 신호와 실제 에칭 레이트 사이의 관계를 나타낸다.
프로세스 모니터 신호의 값과 실제 에칭 레이트의 값 사이의 상관은 이전에 실행되었던 테스트 웨이퍼 분석 동안에 수립되고, 그 후 변환 상수는 컴퓨터에 저장된다. 이 프로세스는 나중에 설명한다.
일단 변환을 수행하면, 도 10 (a)에 나타낸 바와 같이 변환된 프로세스 모니터 신호 대(versus) 시간의 선도가 실시간으로 생성된다. 이 선도는 에칭 프로세스의 에칭 레이트에 대응한다. 그러므로, 에칭 프로세스의 에칭 레이트는 이 선도로부터 결정할 수 있다(단계 5).
프로세스 모니터 신호로서 하나 이상의 주파수를 선택한 경우, MVA 기술을 사용하여, 여러 주파수 성분의 강도에 비례하는 시간 변화(time evolution)를 하나의 선도로 결합할 수 있다.
유의할 것은, 에칭 프로세스 동안에 플라즈마가 연속적으로, 그리고 일정한 레이트로 웨이퍼 재료를 제거하고 있는 경우, 프로세스 모니터 신호는 여전히 일정할 것이라는 것이다. 프로세스 모니터 신호가 여전히 일정한 경우, 면적(area)과 시간 사이는 선형 관계가 존재할 것임을 알 것이다.
도 10a의 선도 아래의 면적은 에칭 깊이에 직접적으로 비례한다. 그러므로, 에칭 깊이를 결정하기 위하여, 선도 아래의 면적의 평가(evaluation)를 수행할 필요가 있다. 단계 6에서, 현재의 에칭 깊이를 계산하기 위하여 에칭 레이트 신호의 수치 적분(numerical integration)을 실행한다. 도 10 (b)는 에칭 깊이 계산을 그래프로 표현한 것이다. 그러므로, 도 10 (b)의 선도로부터 에칭 깊이를 결정할 수 있다.
그 후, 도 10 (b)의 선도를 분석하여 에칭 프로세스의 목표 에칭 깊이에 도달하였는지를 결정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 이것은 에치 깊이 선도 상의 신호 레벨 천이가 목표 에칭 깊이를 나타내는 저장된 신호 레벨 값과 일치하는지를 결정함으로써 달성된다. 목표 에칭 깊이는 특정한 반도체 디바이스 제조 시의 프로세스 요건이며, 전형적으로 프로세스의 원 설계자에 의해 명기된다.
신호 레벨 천이가 에칭 깊이의 목표값과 일치하는 경우, 프로세스는 단계 7로 이행한다. 일치하지 않은 경우, 에칭 프로세스가 이미 완료되지 않았다면, 프로세스 흐름은 단계 2로 돌아간다.
단계 7에서, 컴퓨터에 의해 에칭 프로세스의 목표 에칭 깊이에 도달하였음을 나타내는 표시자를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에서, 컴퓨터에 의해 생성되는 표시자는 시각적 또는 청각적인 표시자이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 이 표시자는 에칭 프로세스를 중지하기 위한 에칭 도구에 대한 제어 신호이다.
일단 요구된 에칭 깊이에 도달하면, 에칭 프로세스에 대한 사용자의 요건에 따라, 프로세스는 많은 다른 타스크(alternative task)를 수행할 수 있음을 알 것이다.
에칭 레이트/깊이를 결정하기 위하여 푸리에 분석 대신에 다른 수치해석 방법(numerical technique)을 마찬가지로 사용할 수 있다.
2. 에칭 프로세스의 종료점을 결정하는 프로세스
도 9을 참조하면, 하나의 주파수가 프로세스 모니터 신호로서 선택되어 있는 경우에 종료점을 결정하기 위하여, 에칭 프로세스의 경과 시간 동안에 이미 생성되 었던 샘플 FFT 값으로부터 추출된 주파수의 데이터 값에 기초하여, 실시간으로 그 대응하는 강도의 선도를 시간의 함수로서 생성한다. 하나 이상의 주파수가 프로세스 모니터 신호로서 선택된 경우, 여러 주파수 성분의 강도의 시간 변화를 하나의 선도로 결합할 수 있다(단계 5)
단계 6에서, 선도를 분석하여 에칭 프로세스의 종료점 조건을 충족시키는지를 결정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 이것은 선도의 신호 레벨 천이가 웨이퍼 배치의 선택된 프로세스 모니터 신호에 대해 에칭 프로세스의 종료점에 도달하였을 때에 대응하는 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정함으로써 달성된다. 이 저장된 신호 레벨 천이값은 테스트 웨이퍼 분석중에 결정되었고, 그 후 컴퓨터 내에 미리 프로그램되어 있는데, 상세한 것은 후술한다. 일치하는 경우, 프로세스는 단계 7로 이행한다. 일치하지 않는 경우, 에칭 프로세스가 이미 완료되지 않았다면, 프로세스 흐름은 단계 2로 돌아간다.
단계 7에서, 컴퓨터에 의해 에칭 프로세스의 종료점에 검출하였음을 나타내는 표시자를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에서, 컴퓨터에 의해 생성되는 표시자는 시각적 또는 청각적인 표시자이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 이 표시자는 에칭 프로세스를 중지하기 위한 에칭 도구에 대한 제어 신호이다.
일단 종료점을 검출하면, 에칭 프로세스에 대한 사용자의 요건에 따라, 프로세스는 많은 다른 타스크(alternative task)를 수행할 수 있음을 알 것이다.
종료점에 도달한 때를 결정하기 위하여 푸리에 분석 대신에 다른 수치해석 방법(numerical technique)을 마찬가지로 사용할 수 있다.
또한, 선택된 프로세스 모니터 신호로부터 종료점을 결정하기 위하여 다른 방법도 사용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 패턴 인식 기술(pattern recognition technique)을 사용하여 선택된 프로세스 모니터 신호의 선도와 저장된 특성 선도를 비교할 수 있다.
본 발명의 배경기술에서 설명한 바와 같이, 특정한 웨이퍼의 프로세스 파라미터를 정확하게 검출하기 위해서는, 먼저 결정하고자 하는 하나 이상의 프로세스 파라미터를 모니터링하기 위한 가장 적합한 프로세스 모니터 신호를 선택하여야 한다. 본 발명의 경우에, 이것은 변조광의 주파수 중 어느 것이 모니터 신호로 사용되기에 가장 적합한지를 결정하는 것을 포함한다. 실제로 각 웨이퍼 배치는 각자의 고유한 특성이 있다. 따라서, 에칭 프로세스의 에칭 레이트, 에칭 깊이 및/또는 종료점을 결정할 수 있게 되기 전에, 그 특정한 배치의 웨이퍼들에 대하여 에칭 레이트, 에칭 깊이 및 종료점을 결정할 수 있도록 하기 위해 모니터링하여야 하는 가장 적합한 주파수를 선택하기 위하여, 각 개별 웨이퍼 배치에 대한 분석을 수행하여 사전 준비를 실행할 필요가 있다. 이것은 배치의 테스트 웨이퍼 분석에 의해 실행된다. 또한, 하나 이상의 층이 존재하는 경우, 층마다 상이한 에칭 부산물을 생성하고, 이것이 상이한 방식으로 방전에 영향을 미치기 때문에, 각 층에 대한 프로세스 모니터 신호의 값은 반드시 동일할 필요는 없다. 따라서, 테스트 웨이퍼 분석은 각 웨이퍼 층에 대하여 실행되어야 한다.
최적의 프로세스 모니터 신호를 선택하는 프로세스를 푸리에 분석에 의해 수행되는 구현예(implementation)를 사용하여 이하에 설명한다. 그러나, 전술한 바 와 같이, 푸리에 분석 대신에 많은 다른 수치해석 방법을 마찬가지로 사용할 수 있음을 알 것이다.
최적의 프로세스 모니터 신호를 결정하기 위한 처음 몇개의 단계는 전술한 에칭 레이트 및 에칭 깊이, 그리고 종료점 모니터링 방법을 수행하는 단계와 동일하다. 하지만, 이해하기 쉽도록, 이하에 간략하게 다시 설명한다.
도 11은 특정한 웨이퍼 배치에 대한 최적의 프로세스 모니터 신호를 결정하는 프로세스 흐름을 상세하게 나타낸 것이다. 단계 1에서, 배치의 테스트 웨이퍼를 에칭 도구에 위치시키고, 에칭 프로세스를 개시한다. 단계 2a에서, 센서에 의해 플라즈마로부터의 광을 검출하고, 그 광신호를 전압 신호로 변환한다. 이 광은 변조광 성분과 비변조광 성분을 모두 포함할 수 있다. 그 후 전압 신호를 증폭한다(단계 2b). 단계 2c에서, 전압 신호를 디지털화하여 프로세서에 입력한다. 프로세는 고속 푸리에 변환을 사용하여 디지털화된 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하여 FFT를 제공한다(단계 2d).
단계 2a 내지 단계 2d를 약 2000회 반복하고, FFT의 결과 세트를 평균하여 샘플 FFT를 생성하며(단계 2e), 컴퓨터에 의해 샘플 FFT를 기록한다(단계 2f). 전체 평균 프로세스가 겨우 250ms 걸린다는 것에 주목하기 바란다.
에칭 프로세스가 완료될 때까지 단계 2a 내지 단계 2f를 반복한다. 이 때, 테스트 웨이퍼의 전체 에칭 프로세스의 지속 기간에 미치는 샘플 FFT의 세트를 기록하였을 것이다. 일단 이 프로세스가 완료되면, 생성된 샘플 FFT 파형은, 특정한 웨이퍼 배치의 에칭 레이트, 에칭 깊이 및/또는 종료점을 모니터링하는 프로세스 모니터 신호로서 사용하기 위한 최적의 주파수를 결정하도록 검사될 준비가 된다.
배치의 모든 웨이퍼에 대한 프로세스 모니터 신호로서 사용하기 위한 변조광의 최적 주파수의 선택 시에 제1 단계는, 샘플링된 FFT의 메인 주파수 성분을 결정하는 것을 포함한다.
도 12 및 도 13은 메인 주파수 성분을 결정하는 방법을 설명한다. 도 12는 변조광의 검출에 의해 생성된 전압 파형을 일례를 나타낸 것이다. 이 파형이 하나 이상의 주파수에 더하여 노이즈를 포함한다는 것을 알 것이다. 도 13은 이 전압 파형에 FFT를 적용하여 생성된 FFT 파형을 나타낸 것이다. 이것은 강도 대 주파수의 선도이다. 이 예에서, 각각이 100 MHz보다 작은 4개의 피크가 있다는 것을 분명하게 알 수 있다. 이 피크들은 파형에 포함되어 있는 주파수 신호를 나타내며, 피크의 높이는 파형에서 그들의 대응하는 주파수의 상대적인 강도를 나타낸다. 그러므로, 메인 주파수 성분은 샘플 FFT 파형의 피크, 즉 상대적으로 높은 신호 강도 값을 가지는 주파수 도메인 신호에 대응한다는 것을 알 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 종료점이 결정될 경우, 그 메인 주파수 성분을 검사하여야 한다(단계 1). 그 후 테스트 웨이퍼 이미지가 종료점에 도달되었음을 나타낼 때 신호 레벨 천이를 나타내는 이 주파수 성분들을 결정하여야 한다(단계 2). 그 후 이 주파수 성분들은 컴퓨터 내에 프로그램되어야 하는(단계 4) 프로세스 모니터 신호로서 사용된다(단계 3).
에칭 레이트와 에칭 깊이가 결정될 경우, 일단 메인 주파수 성분들이 정해지면(established), 메인 주파수 성분들로부터 2가지 조건을 충족시키는 시간 신호를 가지는 주파수를 찾아내야 한다. 첫 번째 조건은, 시간 신호가 안정되어야 한다는 것이다. 이 첫 번째 조건은, 에칭 레이트가 일정해야 한다는 인식(knowledge)에 기초한다. 두 번째 조건은, 시간 신호가 작은 에칭 레이트 변화에도 민감하여야 한다는 것이다. 이 두 번째 조건은, 하나 이상의 프로세스 모니터 신호가 에칭 레이트에 정확하게(truly) 상관되는 것을 보장하기 위하여 부과된 것이다.
일반적으로, (하나 이상의 층이 존재하는 경우에) 각 개별 층에 걸친 에칭 레이트는 대략 일정한다. 층을 에칭하는 동안, 에칭 레이트가 프로세스 내내 완전히 일정하지는 않기 때문에 에칭 레이트에 작은 변동이 발생할 수 있다. 에칭 레이트의 작은 변화는 또한 에칭 프로세스의 작은 드리프트에 의해 발생될 수도 있다. 그러나, 에칭 레이트의 큰 변동은, 예를 들면 파워, 압력, 가스 흐름 또는 혼합과 같은, 프로세스 제어 파라미터들의 변동 또는 에칭 층의 천이(종료점)와 연관될 가능성이 더 많다.
이 두 번째 조건은, 메인 주파수 성분에 대해 취득된 값과 함께 테스트 웨이퍼 이미지를 분석하고, 에칭 프로세스의 시간이 경과함에 따라 어느 메인 주파수가 테스트 웨이퍼 이미지로부터 결정된 실제의 에칭 레이트와 가장 밀접하게 상관된 값을 나타내지를 결정함으로써 검사되며, 이에 대해서는 이하에 설명한다.
테스트 웨이퍼 이미지는 해당 기술분야에 알려진 임의의 방법을 사용하여 취득될 수 있다. 그러한 방법 중 하나는, 제1 테스트 웨이퍼를 에칭 도구 내에 배치하는 단계 및 미리 정해진 제1 기간이 경과할 때까지 에칭 프로세스를 실행하는 단계를 포함한다. 그런 다음, 제1 테스트 웨이퍼를 에칭 도구로부터 제거하고 슬라 이싱하여 그 표면 상태를 검사한다. 그 후, 제2 테스트 웨이퍼를 에칭 도구 내에 배치하고, 미리 정해진 제2 기간이 경과할 때까지 에칭 프로세스를 실행하는데, 미리 정해진 제2 기간은 미리 정해진 제1 기간보다 길다(전형적으로 제1 기간보다 수 초 길다). 그런 다음, 제2 테스트 웨이퍼를 에칭 도구로부터 제거하여 그 표면 상태를 검사한다. 이 프로세스를, 세트의 각 웨이퍼가 동일한 품질 및 동일한 특성을 가지는, 배치의 테스트 웨이퍼 세트의 다른 테스트 웨이퍼들에 대해, 미리 정해진 기간이 특정한 웨이퍼 배치에 대한 에칭 깊이 및/또는 종료점에 도달될 때까지 걸린 시간을 초과할 때까지 반복한다. 이 프로세스를, 동일한 품질 및 특성의 웨이퍼들로 이루어진 수 개의 배치에 대해, 배치마다 도구 조작 파라미터를 조금씩 변화시키는 시험 조작으로 반복할 수 있다.
일단 세트의 모든 테스트 웨이퍼가 에칭 도구 내에 배치되었으면, 각각의 웨이퍼에 대하여 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 이미지를 생성한다. 또한 예를 들면 원자 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM) 기술과 같은 다른 이미징 기술을 사용할 수도 있다. 이미지는 프로세스의 시간 변화(time evolution)를 드러낸다. 기술적으로는 하나의 웨이퍼에 대한 프로세스의 시간 변화는 아니지만, 웨이퍼의 세트가 모두 처리 이전에 동일한 방식으로 준비된다고 전제하면, 그 결과는 하나의 웨이퍼에 대한 시간 변화를 반영하여야 하는 것으로 받아들여진다는 것을 알 것이다. SEM 이미지로부터, 에칭 레이트와 에칭 깊이 및/또는 프로세스 종료점을 시간의 함수로서 측정하는 것이 가능하다.
이들 테스트 웨이퍼 이미지는 시간의 함수로서 에칭 레이트와 에칭 깊이, 및 /또는 프로세스 종료점의 계산을 할 수 있게 한다. 그후, 광센서에 의해 검출된, 에칭 레이트와 에칭 깊이, 및/또는 프로세스 종료점에 대한 테스트 웨이퍼의 결과에 가장 상관되어 있는 값을 가지는 메인 주파수에 대한 시간 신호가 프로세스 모니터 신호로서 사용하기 위해 선택된다.
물론, 에칭 프로세스 전체에 걸쳐 주파수 신호가 변화하지 않으면, 종료점 검출이 아무 소용 없다는 것을 알 것이다. 그러나, 다른 한편으로, 신호는 프로세스 내내 많은 변화를 나타낼 수 있다. 도 15는 플라즈마 도구에 기록된 FFT에서의 많은 주파수 중 하나로부터의 시간 프로세스 신호의 일례를 나타낸 것이다. 이 경우의 에칭 종료점은 80 내지 100초 사이의 신호 레벨 천이에 대응한다는 것을 발견하였다.
따라서, 어느 신호 레벨 천이가 실제로 종료점에 도달하였을 때 발생하는 것에 대응하는지를 결정하기 위한 테스트 웨이퍼 분석과 함께, 프로세스 엔지니어의 지식을 사용하는 것이 바람직하다.
하나의 주파수 신호가 프로세스 모니터 신호로서 선택될 때, 프로세스 모니터링은 이 하나의 신호에 기초한다. 다르게는, 하나 이상의 주파수가 프로세스 모니터 신호로서 선택되면, MVA 기술을 이용하여 이 신호들을 결합하여 에칭 레이트와 에칭 깊이, 및/또는 프로세스 종료점을 결정하는 데 사용될 하나의 결합 시간 프로세스 신호를 출력할 수 있다. 여기서 사용될 수 있는 전형적인 MVA 기술은 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)이다. 테스트 웨이퍼 분석 프로세스의 최종 단계에서, 에칭 프로세스중의 특정한 웨이퍼에 대해 적어도 하나의 프로 세스 파라미터가 결정될 수 있도록 각종 값으로 프로그램되어야 한다.
에칭 레이트와 에칭 깊이가 결정될 경우, 에이치 레이트에 대한 프로세스 모니터 신호로서 사용하기 위해 선택된 주파수들은 교정되어야 한다. 이 교정은 실제 에칭 레이트(웨이퍼 분석으로부터 추정됨)와 에칭 프로세스의 과정 동안에 프로세스 모니터 신호로서 사용되기 위해 선택된 주파수들 사이의 변환 상수에 대한 값을 결정하는 것으로 구성된다. 이것은 하나 이상의 유용한 주파수인 경우에, 시간 경과에 따른 선택된 주파수 또는 MVA 신호의 값들과 실제 에칭 레이트 사이에 선형관계를 수립하는 것을 포함한다. 이것은 (웨이퍼 분석 후에) 측정된 에칭 레이트를 선택 주파수의 신호 값으로 제산(除算)함으로써 계산된다. 그러므로, 이 상수는 (임의의 단위의) 신호값을 실제 에칭 레이트(전형적으로 micron/min)로 변환한다. 일단 관계가 결정되면, 이 변환 상수를 기록한다. 전술한 바와 같이, 이 상수는 본 발명의 에칭 레이트를 결정하는 방법이 수행될 때 시간 경과에 따라 프로세스 모니터 신호로부터 취득될 값을 변환하여, 실제의 에칭 레이트를 나타내기 위하여 필요하다. 이 상수는 주어진 웨이퍼 배치 프로세스에 특수하며, 웨이퍼 또는 프로세스 파라미터의 품질 또는 특성이 변화되면, 신호를 에칭 레이트로 정확하게 변환하지 않을 것임을 알아야 한다.
또한 컴퓨터는 기록된 변환 상수를 사용하여 프로그램되어야 한다.
또한, 컴퓨터는 목표 에칭 깊이 값을 사용하여 프로그램되어야 한다. 이 값은 웨이퍼층의 에칭 깊이에 대해 요구되는 값이며, 특정한 웨이퍼에서 제조되는 반도체 디바이스를 고려하여 프로세스 설계자에 의해 설정된다.
에칭 프로세스의 종료점을 결정하는 것이 바람직할 경우, 컴퓨터는 하나 이상의 선택된 주파수에 대하여 테스트 웨이퍼 분석 동안에 기록된, 에칭 프로세스의 종료점에 도달된 때에 대응하는 신호 레벨 천이의 값을 사용하여 미리 프로그램되어야 한다.
끝으로, 컴퓨터는 테스트 웨이퍼 분석 동안에 프로세스 모니터 신호로서 사용되도록 결정된 하나 이상의 주파수를 모니터링하도록 프로그램된다. 앞서 언급한 바와 같이, 하나 이상의 층에 대하여 에칭 프로세스를 수행할 경우, 각 층에 대하여 프로세스 모니터 신호용으로 취득된 값은 반드시 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 테스트 웨이퍼 분석 프로세스를 각 층마다 별개로 반복하여야 한다.
일잔 전술한 준비가 완료되었으면, 분석된 배치의 웨이퍼의 임의의 층에 대한 에칭 프로세스의 에칭 레이트와 에칭 깊이, 및/또는 종료점을 모니터링할 수 있다. 이것은 배치의 임의의 웨이퍼를 에칭 도구 내에 배치하고, 이어서 도 8 및 도 9를 참조하여 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 단계들을 수행함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치는 CCP 도구, TCP 도구 및 이들에 대한 기타 변형에에 사용될 수 있음을 알 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 또한 기판, 표면 또는 웨이퍼의 플라즈마 에칭/프로세싱을 목적으로 RF에 의해 구동되는 임의 다른 플라즈마 소스와 함께 사용될 수 있다.
이 기술은 또한 종래의 광방출 센서, 다운스트림 플라즈마 모니터링 센서, RF 전류 센서, 전압 센서 또는 전력 센서와 같은 다른 센서들과 조합하여 사용될 수 있다.
도면을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터 장치 및/또는 컴퓨터 장치에서 수행되는 프로세스를 포함한다. 그러나, 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램, 특히 본 발명을 실시하도록 구성된 캐리어(carrier) 상에 또는 내에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 확장된다. 이 프로그램은, 특히 컴파일링된 형태 또는 본 발명에 따른 방법의 구현에 사용하기 적합한 임의의 다른 형태와 같은, 소스 코드(source code), 목적 코드(object code), 또는 코드 중간 소스(code intermediate source) 및 목적 코드일 수 있다. 캐리어는 ROM(예컨대 CD ROM) 또는 자기 기록 매체(예컨대 플로피 디스크나 하드 디스크)와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 캐리어는 전기 또는 광케이블을 통하여, 또는 무선이나 다른 수단에 의해 전송될 수 있는 전기 신호 또는 광신호일 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예로 한정되는 것이 아니라 구성 및 세부사항 모두가 변화될 수 있다. 본 발명에 관하여 본 명세서에서 사용될 때 "포함한다/포함하는"이라는 표현 및 "가지는" 표현은 규정된(stated) 특징(feature), 정수(integer), 단계 또는 성분(구성요소)의 존재를 상술하기 위해 사용된 것이며, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 성분(구성요소) 또는 그룹의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아니다.
명확하게 하기 위해 개별 실시예로 설명한 본 발명의 일정한 특징들을 또한 하나의 실시예로 결합하여 제공될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 반대로, 간결하게 하기 위해 하나의 실시예로 설명한 본 발명의 여러 특징들은 또한 별개로 또는 임의의 적당한 하위 조합(sub-combination)으로 제공될 수도 있다.

Claims (80)

  1. 반도체 웨이퍼에 대해 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점 프로세스 파라미터를 검출하는 방법으로서,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계;
    상기 검출한 광을 필터링하여 변조광(modulated light)을 추출하는 단계;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    프로세스 모니터 신호로 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 단계; 및
    하나 이상의 상기 프로세스 모니터 신호를 처리하여 상기 에칭 프로세스의 종료점 프로세스 파라미터를 결정하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점 프로세스 파라미터를 검출하는 방법.
  2. 반도체 웨이퍼에 대해 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트 프로세스 파라미터를 검출하는 방법으로서,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계;
    상기 검출한 광을 필터링하여 변조광을 추출하는 단계;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는 단계;
    프로세스 모니터 신호로 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 단계; 및
    하나 이상의 상기 프로세스 모니터 신호를 처리하여 상기 에칭 프로세스의 에칭 레이트 프로세스 파라미터를 결정하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트 프로세스 파라미터를 검출하는 방법.
  3. 반도체 웨이퍼에 대해 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법으로서,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계;
    상기 검출한 광을 필터링하여 변조광을 추출하는 단계; 및
    상기 검출한 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 검출한 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 결정하는 단계는,
    상기 검출한 광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    프로세서 모니터 신호로 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 단계;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간(elapsed time)에 대해 상기 프로세스 모니터 신호의 강도에 비례하는 선도(plot)를 생성하는 단계; 및
    상기 선도로부터 상기 에칭 레이트를 결정하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는, 상기 광을 필터링하여 선택된 파장 대역을 검출하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도에 비례하는 선도를 생성하는 단계는,
    상기 프로세스 모니터 신호의 값을 교정하여(calibrate), 변환된 신호값(converted signal value)을 생성하는 단계; 및
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 변환된 신호값의 선도를 생성하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 교정하는 단계는 상기 프로세스 모니터 신호의 값에 변환 상수(conversion constant)를 승산하는 것을 포함하는. 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 선도를 통합하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 에칭 면적(etch area)의 제2 선도를 생성하는 단계; 및
    상기 제2 선도로부터 에칭 깊이를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 선도에서의 신호 레벨 천이가, 목표 에칭 깊이(target etch depth)를 나타내는 저장된 값과 일치할 때 표시자(indicator)를 생성하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서
    상기 프로세서 모니터 신호는 상기 웨이퍼와 동일한 배치의 웨이퍼들에 대한 테스트 웨이퍼 분석중에 결정되는, 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 변환 상수는 상기 웨이퍼와 동일한 배치의 웨이퍼들에 대한 테스트 웨이퍼 분석중에 결정되는, 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 배치의 테스트 웨이퍼 분석은,
    에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 에칭되는 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수(main frequency)를 결정하는 단계; 및
    상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계는,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 한 세트의 테스트 웨이퍼에 대한 전자 현미경 이미지(electron microscopy image)를 생성하는 단계;
    상기 생성한 이미지로부터 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트 및 에칭 깊이를 시간의 함수로서 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 에칭 레이트 및 에칭 깊이에 서로 관련있는 시간 경과에 따른 값을 가지는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    시간 경과에 따른 상기 선택된 프로세스 모니터 신호와 상기 실제 에칭 레이트 사이에 선형 관계(linear relationship)를 수립하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수립된 선형 관계는 상기 변환 상수로서 저장되는, 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  16. 특정한 웨이퍼 배치의 반도체 웨이퍼에 대해 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법에 사용하기 위한 프로세스 모니터 신호 및 변환 상수를 결정하는 방법으로서,
    상기 웨이퍼 배치의 테스트 웨이퍼를 플라즈마 에칭 도구에 배치하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스를 개시하는 단계;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 상기 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 상기 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 단계;
    상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로 선택하는 단계;
    시간 경과에 따른 상기 선택된 프로세스 모니터 신호의 값과 실제 에칭 레이트 사이의 선형 관계를 수립하는 단계; 및
    상기 수립한 선형 관계를 변환 상수로서 저장하는 단계
    를 포함하는 프로세스 모니터 신호 및 변환 상수를 결정하는 방법.
  17. 특정한 웨이퍼 배치의 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출할 때 사용하기 위한 프로세스 모니터 신호 및 변환 상수를 결정하는 장치로서,
    플라즈마 에칭 도구;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 수단;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 수단;
    상기 디지털 신호를 상기 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 수단;
    상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 수단;
    상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로 선택하는 수단;
    시간 경과에 따른 상기 선택된 프로세스 모니터 신호의 값과 실제 에칭 레이트 사이의 선형 관계를 수립하는 수단; 및
    상기 수립한 선형 관계를 상기 변환 상수로서 저장하는 수단
    을 포함하는 프로세스 모니터 신호 및 변환 상수를 결정하는 장치.
  18. 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서,
    컴퓨터로 하여금,
    플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계;
    상기 검출한 광을 필터링하여 변조광(modulated light)을 추출하는 단계;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    프로세스 모니터 신호로 사용하기 위하여, 상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 단계; 및
    하나 이상의 상기 프로세스 모니터 신호를 처리하여 상기 에칭 프로세스의 에칭 레이트 프로세스 파라미터를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법을 실행시키는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  19. 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법으로서,
    플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계;
    상기 검출한 광을 필터링하여 변조광을 추출하는 단계;
    상기 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때를 판정하는 단계; 및
    상기 종료점이 판정된 때, 표시자를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때를 판정하는 단계는,
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    프로세스 모니터 신호로 사용하기 위해, 상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 단계; 및
    하나 이상의 상기 프로세스 모니터 신호에 대해 종료점 검출 알고리즘을 수행하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는 상기 광을 필터링하여 선택된 파장 대역을 검출하는 단계를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법.
  21. 삭제
  22. 제19항에 있어서,
    상기 종료점 검출 알고리즘은,
    하나 이상의 미리 선택된 주파수의 신호 레벨 천이가 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 상기 종료점에 도달한 때에 대응하는 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 단계를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미리 선택된 주파수의 신호 레벨 천이가 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 단계는,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 경과 시간에 대한 상기 프로세스 모니터 신호의 강도의 선도를 생성하는 단계; 및
    상기 선도에서의 신호 레벨 천이가 저장된 신호 레벨 천이값과 일치하는지를 결정하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 저장된 신호 레벨 천이값 및 상기 프로세스 모니터 신호는, 상기 웨이퍼와 동일한 배치(batch)의 웨이퍼에 대한 테스트 웨이퍼 분석중에 결정되는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 배치의 상기 테스트 웨이퍼 분석은,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 에칭되는 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 단계;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계; 및
    상기 신호 레벨 천이의 값을 상기 저장된 신호 레벨 천이값으로서 사용하기 위해 저장하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계는,
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간에 대한 상기 메인 주파수의 강도의 선도를 생성하는 단계; 및
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 상기 선도에서 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법.
  27. 특정한 웨이퍼 배치의 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법에 사용하기 위한 프로세스 모니터 신호 및 신호 레벨 천이값을 결정하는 방법으로서,
    상기 웨이퍼 배치의 테스트 웨이퍼를 플라즈마 에칭 도구에 배치하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스를 개시하는 단계;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 상기 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 단계;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 지속 기간에 대한 상기 메인 주파수의 강도의 선도를 생성하는 단계;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 상기 선도에서 신호 레벨의 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계; 및
    상기 신호 레벨 천이의 값을 저장되는 신호 레벨 천이값으로 선택하는 단계
    를 포함하는 프로세스 모니터 신호 및 신호 레벨 천이값을 결정하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 테스트 웨이퍼의 전자 현미경 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계는, 상기 테스트 웨이퍼 이미지가 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달하였음을 나타낼 때, 상기 선도에서 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계를 더 포함하는, 프로세스 모니터 신호 및 신호 레벨 천이값을 결정하는 방법.
  29. 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 장치로서,
    플라즈마 에칭 도구;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 플라즈마로부터 생성된 광을 검출하는 수단;
    상기 검출한 광을 필터링하여 변조광을 추출하는 수단;
    상기 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때를 판정하는 수단; 및
    상기 종료점이 판정된 때, 상기 종료점에 도달하였음을 나타내는 표시자를 생성하는 수단
    을 포함하고,
    상기 판정하는 수단은,
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는 수단;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는 수단;
    상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 수단; 및
    상기 주파수 도메인의 신호로부터 추출한 상기 하나 이상의 미리 선택된 주파수에 대해 종료점 검출 알고리즘을 수행하는 수단
    을 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 장치.
  30. 특정한 웨이퍼 배치(batch)의 반도체 웨이퍼에 대하여 수행되는 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점의 검출 시에 사용하기 위하여 저장되는 프로세스 모니터 신호 및 신호 레벨 천이값을 결정하는 장치로서,
    플라즈마 에칭 도구;
    에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 상기 웨이퍼 배치에서 테스트 웨이퍼로서 선택된 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 수단;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 수단;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 수단;
    상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수를 결정하는 수단;
    상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 수단; 및
    이 신호 레벨 천이의 값을 상기 신호 레벨 천이값으로서 선택하는 수단
    을 포함하는 프로세스 모니터 신호 및 신호 레벨 천이값을 결정하는 장치.
  31. 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서,
    컴퓨터로 하여금,
    플라즈마로부터 생성되는 광을 검출하는 단계;
    상기 검출한 광을 필터링하여 변조광을 추출하는 단계;
    상기 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때를 판정하는 단계; 및
    상기 종료점이 판정된 때, 표시자를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 변조광을 처리하여 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달한 때를 판정하는 단계는,
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    상기 주파수 도메인의 신호로부터 하나 이상의 미리 선택된 주파수를 추출하는 단계; 및
    상기 주파수 도메인의 신호로부터 추출된 하나 이상의 미리 선택된 주파수 종료점에 대해 검출 알고리즘을 수행하는 단계
    를 포함하는 방법을 실행시키는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  32. 제11항에 있어서,
    상기 배치의 테스트 웨이퍼 분석은,
    에칭 프로세스의 지속 기간 동안에 에칭되는 테스트 웨이퍼의 플라즈마로부터 생성되는 변조광을 검출하는 단계;
    상기 변조광을 디지털 신호로 변환하는(converting) 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는(transforming) 단계;
    상기 주파수 도메인 신호의 메인 주파수(main frequency)를 결정하는 단계; 및
    상기 에칭 레이트의 변화에 민감한 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 에칭 레이트를 검출하는 방법.
  33. 제25항에 있어서,
    상기 테스트 웨이퍼의 전자 현미경 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계는, 상기 테스트 웨이퍼 이미지가 상기 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점에 도달하였음을 나타낼 때, 상기 선도에서 신호 레벨 천이를 나타내는 메인 주파수를 상기 프로세스 모니터 신호로서 선택하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 프로세스의 종료점을 검출하는 방법.
  34. 삭제
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  36. 삭제
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  39. 삭제
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  80. 삭제
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