KR102013485B1 - 기판 처리방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리방법 및 관련된 장치에 관한 것이다. 상기 방법은 다음을 포함한다: 기판을 여러개의 벽으로 둘러 싸인 반응챔버 내에 장착하고; 상기 반응챔버 내로 에칭 가스를 주입하여, 기판을 에칭하고; 적어도 상기 벽들 중 하나에 배치된 검측창을 가지는 반응챔버로부터 광학신호를 수신하여 에칭 종점을 결정하고; 에칭 과정 동안 검측창에 보호가스를 발생시켜, 에칭 가스 또는 에칭 부산물이 검측창에 도달하는 것을 방지하거나 감소시킨다. 본 발명은 에칭 종점에 대한 모니터링의 정확성과 안정성을 개선할 수 있다.

Description

기판 처리방법 및 장치{A Substrate Processing Method and Apparatus thereof}
본 발명은 반도체 가공 영역에 관한 것으로, 특히는 에칭 종점 판단의 정확성을 제고할 수 있는 기판 처리방법과 장치에 관한 것이다.
집적회로 제조 공법은 일종 평면 제작 공법으로, 포토에칭, 에칭, 침적, 이온주입 등 다양한 공법과 결부하여, 동일한 웨이퍼에서 대량의 각종 유형의 복잡한 소자를 형성하고, 상호 연결을 통해 온전한 전자 기능을 구비하게 된다. 그중, 임의의 공법에서 편차가 발생하면, 회로의 성능 파라미터에서 설계치를 벗어나는 결과를 초래하게 된다. 현재, 초대규모 집적회로의 소자 특징 사이즈가 지속적으로 등비례하게 축소되고, 집적도도 계속적으로 높아지고 있어, 각 절차에 따른 공법 제어 및 그 공법 결과에 대한 정확도 모두에서 점점 더 높은 요구를 제기하고 있다.
에칭 공법을 예로 들면, 집적회로 제조에서 에칭 기술형식을 각종 에칭 도형에 자주 사용하고 있다. 예하면 접촉홀/접촉도형, 그루브 격리도형 또는 그리드도형 등을 들수 있다. 하지만 플라스마체 에칭(건식법 에칭)은 이왕의 에칭 공법에서 제일 많게 사용되는 방법중 하나로, 에칭의 정확도는 에칭도형의 특징 사이즈(CD, Critical Dimension)에 직접적인 관계가 있다. 따라서, 플라스마체 에칭에서 에칭 종점에 대한 제어는, 플라스마체 에칭에서의 핵심 공법으로 되었다.
광학발사분광측정법(OES)은 자주 사용하는 종점 측정법중 하나인바, 그것은 에칭 기기에서 쉽게 집성되고 에칭 과정 진행에 영향을 주지 않으며, 반응에 대한 미세한 변화로 아주 민감한 검측이 가능하여, 실시간으로 에칭 과정에서의 허다한 유용한 정보를 제공할 수 있기 때문이다.
OES기술은 주로 플라스마체가 스펙트럼의 UV/VIS(200nm - 1100nm)부분에서 발송한 복사를 모니터링한다. 복사를 발사한 스펙트럼은 플라스마체의 성분을 확정하고, 특히는 반응성 에칭 물질 또는 에칭 부산물의 존재를 확정한다. 에칭 공법에서 특히는 에칭 종점은 에칭의 재료에서 전환이 발생함에 따라 플라스마체 성분 변화가 발생하고, 발사 스펙트럼 변화를 초래한다. 플라스마체 발사를 지속적으로 모니터링 하는 것을 통해, OES종점 시스템은 발사스펙트럼의 변화를 검측하고 어느때 에칭한 막층이 완전히 제거되는 지를 확인한다.
하지만, 시간의 누적과 더불어 OES종점 모니터링의 정확성은 점점 떨어진다.
검측창에 플라즈마, 에칭 부산물이 누적되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 기판 처리방법을 제공하는바, 다음을 포함한다:
기판을 여러개의 벽으로 둘러 싸인 반응챔버 내에 장착하고;
반응챔버 내로 에칭 가스를 주입하여, 기판을 에칭을 하고;
적어도 상기 벽들 중 하나에 배치된 검측창을 가지는 반응챔버로부터 광학신호를 수신하여 에칭 종점을 결정하고;
에칭 과정 동안 검측창에 보호가스 기류를 발생시켜, 에칭 가스 또는 에칭 부산물이 검측창에 도달하는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
선택적으로, 상기 보호가스 기류는, 검측창이 소재한 벽에서 수직방향으로의 에어커튼을 형성하는 것을 통하여, 에칭 가스 또는 에칭 부산물이 검측창에 도달하는 것을 방지하거나 감소시킨다.
선택적으로, 상기 반응챔버 내에 링을 설치하고, 상기 기판이 상기 링에 의해 둘러싸이도록 배치하고, 상기 검측창이 소재한 벽과 상기 링에 의해 상기 보호 가스의 경로가 정의되도록 한다.
선택적으로, 상기 링에는 검측창 인근에 개구부를 설치하여, 센서가 검측창을 통해 반응챔버 내의 광학신호를 수신한다.
선택적으로, 보호기류로 형성된 기체는 아르곤가스 또는 헬륨가스를 포함한다.
본 발명은 다음을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다;
여러개의 벽으로 이루어지는 반응챔버;
상기 반응챔버 내에 배치되어 상기 기판을 고정하는 베이스;
에칭 가스를 반응챔버에 공급하는 가스 샤워헤드가 반응챔버에 배치되어, 상기 샤워헤드와 상기 샤워헤드의 사이 공간을 플라즈마 처리 영역으로 정의하고;
상기 반응챔버의 상기 벽들 중 적어도 하나에 배치되어, 상기 반응챔버로부터 광학적 신호를 수신하여 에칭 과정의 종점을 결정하는 검측창;
상기 반응챔버 내에 배치되며, 상기 플라즈마 처리 영역을 둘러싸고,상기 검측창이 위치하는 벽과의 사이에 갭이 존재하도록 배치되는 링;
상기 갭에 보호 가스를 도입하도록 상기 갭에 배치되는 보호 가스 인렛을 포함한다.
선택적으로, 전술한 링에는 검측창 인근에 개구부가 설치하여, 센서가 검측창을 통해 반응챔버 내의 광학신호를 수신한다.
선택적으로, 전술한 보호 가스는 아르곤가스 또는 헬륨가스를 포함한다.
선택적으로, 추가로 다음을 포함한다:
보호 가스를 제공하기 위한 보호 가스 소스;
검측창 세정 가스를 제공하기 위한 검측창 세정 가스 소스;
에칭 과정 동안 상기 보호 가스 소스를 제어하여 상기 보호 가스 인렛으로부터 상기 갭으로 보호가스를 제공하고, 상기 세정 가스 소스를 제어하여 상기 보호 가스 인렛으로부터 상기 갭으로 세정 가스를 제공하여 검측창을 세정하는 제어기를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 세정 가스는 산소를 포함한다.
본 발명은 다음을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다:
여러개의 벽으로 이루어지는 반응챔버;
상기 반응챔버 내에 배치되어 상기 기판을 고정하는 베이스;
에칭 가스를 반응챔버에 공급하는 가스 샤워헤드가 반응챔버에 배치되어, 상기 샤워헤드와 상기 샤워헤드의 사이 공간을 플라즈마 처리 영역으로 정의하고;
상기 반응챔버의 상기 벽들 중 적어도 하나에 배치되어, 상기 반응챔버로부터 광학적 신호를 수신하여 에칭 과정의 종점을 결정하는 검측창;
상기 반응챔버 내에 배치되며, 상기 검측창의 표면에 보호 가스를 흐르게하여, 상기 에칭 가스 또는 에칭 부산물이 상기 검측창을 향해 흐르는 것을 방지 또는 감소시키는 보호 가스 인렛을 포함한다.
선택적으로, 추가로 다음을 포함한다:
보호 가스를 제공하기 위한 보호 가스 소스;
검측창 세정 가스를 제공하기 위한 검측창 세정 가스 소스;
에칭 과정 동안 상기 보호 가스 소스를 제어하여 상기 보호 가스 인렛으로부터 상기 갭으로 보호가스를 제공하고, 상기 세정 가스 소스를 제어하여 상기 보호 갓 인렛으로부터 상기 갭으로 세정 가스를 제공하여 검측창을 세정하는 제어기를 더 포함한다.
본 발명은 에칭 가스 또는 에칭 부산물이 검측창에 도달하는 것을 방지하거나 감소시켜, 에칭 종점에 대한 모니터링 정확성과 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 한가지 실시예에 따른 기판 처리장치 구조표시도;
도2는 도1에서 표시한 설비의 변경 예에 따른 구조표시도;
도3은 본 발명의 한가지 실시예에 따른 기판 처리방법 절차도.
본 발명의 내용을 더 쉽게 설명하기 위해, 아래에 설명서 첨부도면과 결부하여 본 발명 내용에 대해 진일보로 설명하기로 한다. 물론 본 발명은 상기 구체 실시예에 국한되지 아니하고, 본 영역 내의 기술을 장악한 자가 실시한 일반적인 교체 역시 본 발명의 보호범주에 속해야 할것이다.
상규 기판 처리장치에서 에칭 과정에서 발생하는 에칭 부산물(예하면, 플루오로카본 기체)은 확산되어 검측창 내측에 침적될 수 있다. 검측창에 침적된 에칭 부산물은 플라스마체가 내보내는 광학신호를 흡수할 수 있다(특정한 파장의 스펙트럼). 에칭 부산물 누적 두께가 클수록, 광학신호를 흡수하는 능력이 더 강해 진다. 반면, 반응챔버 밖에 위치한 센서는 바로 검측창으로부터 획득한 광학신호를 통해 반응챔버 내 화학반응 상태 변화를 판단하고, 진일보로 에칭 종점을 제때에 정확하게 판단한다. 검측창 표면에 부착한 에칭 부산물이 광학신호를 흡수하기 때문에, 검측창에 의해 검측된 광학신호 강도를 통해 그보다 뚜렷하게 작은 실제 강도를 검측해 낼수 있다. 이 편차는 종점 모니터링의 정확도에 현저한 영향을 주게 된다.
발명인의 상기 이론에 따르면, 에칭이 지속되는 시간이 길수록, 검측창 표면에 누적된 에칭 부산물이 더 두껍고, 종점 모니터링의 정확도는 이론상에서 더 떨어진다. 생산 실천 노하우 역시 이 추론과 일치한다.
상기 인식과 이론을 바탕으로 발명인은 일종 새로운 기판 처리장치와 방법을 고안하였는바, 검측창 내측 표면에서 기류를 형성하는 것을 통해, 에칭 부산물이 검측창에 도달하는 것을 방지하거나 감소시키고, 에칭 부산물이 검측창에 침적되는 것을 피면함으로써, 종점 모니터링의 정확성을 보장할 수 있다.
도1은 본 발명의 한가지 실시예에 따른 기판 처리장치 구조표시도이다. 전술한 기판 처리장치는 플라스마체 에칭 설비일 수 있다. 이를 테면, 콘덴서 결합식 플라스마체 설비거나 전기감응 결합식 플라스마체 설비를 들수 있다. 도1의 표시와 같이, 기판 처리장치는 여러개의 벽(21, 22, 23)으로 둘러 싸인 반응챔버(2)를 포함하고, 그중, 벽(21)은 아래벽, 벽(22)는 측벽, 벽(23)는 상부벽이다. 반응챔버(2) 내에는 기판(W) 고정용 베이스(3), 에칭 기체를 반응챔버(2) 내부로 유입하는 가스 샤워 헤드(4)가 설치되고, 전술한 가스 샤워 헤드(4)와 전술한 베이스(3) 사이는 플라스마 처리구역(PS)이다. 기판 처리장치에는 그외 플라스마체 발생 장치를 포함하여, 플라스마 처리구역(PS)의 에칭 가스를 플라스마체와 자유기로 분해하는데 사용된다. 기판(W) 상부 표면에 도착한 플라스마체와 자유기는 기판(W)을 사전 설정 도안으로 에칭할 수 있다. 에칭으로 발생한 에칭 부산물과 반응에 미처 참여하지 못한 에칭 기체는 펌프(9)에 의해 반응챔버(2)외부로 유출된다.
반응챔버(2)의 벽(22)에는 검측창(5)이 설치되어, 반응챔버(2) 내의 광학신호를 얻어, 에칭 종점을 확정하는데 사용된다(에칭 종료점). 에칭 부산물이 검측창(5)에 누적되는 것을 피면하거나 줄이기 위해, 기판 처리장치에는 링(6)과 보호 가스 인렛 (7)을 포함한다. 그중, 링(6)은 반응챔버(2) 내에 설치되고, 동시에 링(6)은 플라스마 처리구역(PS)을 에워싼다(즉, 플라스마 처리구역(PS)은 링(6) 내부에 위치함). 검측창(5)이 소재한 벽(22)와 링(6) 사이에는 갭(G)이 형성된다.
보호 가스 인렛 (7)은 갭(G)에 설치되어, 보호 가스를 갭(G) 내부로 유입하는데 사용된다. 보호 가스는 아르곤가스, 헬륨가스거나 기타 불활성기체를 포함할 수 있다. 보호 가스 인렛(7)으로부터 들어온 보호 가스는 갭(G) 내에서 수직방향의 기류를 형성하며(에어커텐 또는 보호층이라고도 함), 이 기류는 에칭 부산물이 검측창(5)에 도달하는 것을 피면하거나 감소시킬수 있다. 그외, 링(6)의 존재 자체 또한 검측창(5)으로 도달하는 에칭 부산물이나 플라스마체, 자유기를 줄일수 있다.
링(6)은 검측창(5)과 인접한 위치에서 개구부(65)가 설치되고, 개구부(65)의 크기와 위치 설정은 검측창(5) 센서가 광학신호를 채집하는 각도와 관계되어, 검측창에서 충분히 반응챔버 내의 광학신호를 얻도록 보장한다.
보호 가스 인렛(7)이 공급하는 가스 소스는 두가지를 포함한다: 보호 가스 제공에 사용되는 보호 가스소스(미도시), 검측창 세정 가스 제공에 사용되는 검측창 세정 가스소스(미도시). 전술한 세정 가스는 산소이거나 기타 에칭 부산물을 제거할 수 있는 가스이다. 컨트롤러(미도시)는 상기 두 기체소스와 보호 가스 인렛(7)의 연통 상태를 제어하는데 사용할 수 있다. 이를테면 에칭과정에서 보호 가스 인렛(7)은 오직 보호 가스소스에 의해서 보호 가스가 공급되도록 하여, 부산물이 검측창(5)의 표면에 누적되는 것을 방지할 수 있다. 검측창 세정 단계에서 보호 가스 인렛(7)은 오직 검측창 세정 가스소스에 의해 세정 가스를 공급하여, 검측창(5)를 세정할 수 있다.
도2는 도1에서 표시한 설비의 변경 예이다. 도1의 링6을 포함하지 않는 외에, 도2에 표시된 설비의 구조, 작동 매커니즘과 작업 절차는 도1의 설비와 같은바, 여기서 설명을 생략한다. 도2에서 비록 보호 가스 인렛(7)으로부터 들어온 보호 가스의 경로를 엄격히 구속할 부품이 없지만, 설정을 통해 들어온 보호 가스의 기류 강도를 제어할 수 있고(즉, 보호 가스 유량), 보호 가스가 주로 벽(22)을 따라 수직방향으로 유동되도록 보장할 수도 있다. 이를 통해 에칭 부산물이 검측창(5)에 도달하는 것을 방지하거나 감소시킬수 있고, 진일보로 종점 검측의 정확성과 신뢰성을 보장할 수 있다.
도3은 기판 처리방법 절차도이도. 도1과 도2에 표시된 설비는 모두 이 방법으로 조작할 수 있다. 전술한 방법은 주로 아래의 절차를 포함한다:
기판을 여러개의 벽으로 둘러 싸인 반응챔버 내에 장착하고;
반응챔버 내로 에칭 가스를 주입하여, 기판을 에칭을 하고;
적어도 상기 벽들 중 하나에 배치된 검측창을 가지는 반응챔버로부터 광학신호를 수신하여 에칭 종점을 결정하고;
에칭 과정 동안 검측창에 보호가스 기류를 발생시켜, 에칭 가스 또는 에칭 부산물이 검측창에 도달하는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
비록 본 발명은 바람직한 실시예를 통해 설명을 하였다 하지만, 전술한 많은 실시예는 단지 설명의 편리를 위한 예에 불과할 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 본 영역의 기술을 장악한 자라면 본명의 정신과 범주를 초과하지 아니하는 범위에서 일부 변경과 다듬질을 할수 있으나, 본 발명에서 주장하는 범주는 청구항에서 기술한 내용을 기준으로 해야 할것이다.
2:반응챔버 3:베이스
5:검측창 6:링
65:개구부

Claims (12)

  1. 기판 처리방법으로, 다음을 포함한다:
    기판을 여러개의 벽으로 둘러 싸인 반응챔버 내에 장착하고;
    반응챔버 내로 에칭 가스를 주입하여, 기판을 에칭을 하고;
    적어도 상기 벽들 중 하나에 배치된 검측창을 가지는 반응챔버로부터 광학신호를 수신하여 에칭 종점을 결정하고;
    에칭 과정 동안 검측창에 보호가스 기류를 발생시켜, 에칭 가스 또는 에칭 부산물이 검측창에 도달하는 것을 방지하거나 감소시키되,
    상기 반응챔버 내에 링을 설치하고, 상기 기판이 상기 링에 의해 둘러싸이도록 배치하고, 상기 검측창이 소재한 벽과 상기 링에 의해 상기 보호 가스의 경로가 정의되도록 하여, 보호가스 및 링에 의해 검측창을 향한 에칭 부산물의 흐름을 방지 또는 감소시키고,
    상기 링에는 검측창 인근에 개구부를 설치하여, 센서가 검측창을 통해 반응챔버 내의 광학신호를 수신하도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  2. 청구항1에 있어서, 상기 보호가스 기류는, 검측창이 소재한 벽에서 수직방향으로의 에어커튼을 형성하는 것을 통하여, 에칭 가스 또는 에칭 부산물이 검측창에 도달하는 것을 방지하거나 감소시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항1에 있어서, 보호 가스 기류는 아르곤가스 또는 헬륨가스를 포함하는 기판 처리방법.
  6. 기판 처리장치로, 다음을 포함한다:
    여러개의 벽으로 이루어지는 반응챔버;
    상기 반응챔버 내에 배치되어 상기 기판을 고정하는 베이스;
    에칭 가스를 반응챔버에 공급하는 가스 샤워헤드가 반응챔버에 배치되어, 상기 샤워헤드와 상기 베이스의 사이 공간을 플라즈마 처리 영역으로 정의하고;
    상기 반응챔버의 상기 벽들 중 적어도 하나에 배치되어, 상기 반응챔버로부터 광학적 신호를 수신하여 에칭 과정의 종점을 결정하는 검측창;
    상기 반응챔버 내에 배치되어 에칭 가스와 에칭 부산물을 둘러싸는데 사용되며, 상기 플라즈마 처리 영역을 둘러싸고, 상기 검측창이 위치하는 벽과의 사이에 갭이 존재하도록 배치되며, 검측창 인근에 개구부를 설치하여, 센서가 검측창을 통해 반응챔버 내의 광학신호를 수신하도록 하는 링;
    상기 갭에 보호 가스를 도입하도록 상기 갭에 배치되는 보호 가스 인렛을 포함하며,
    상기 보호 가스와 상기 링에 의해 상기 검측창을 향하는 에칭 부산물의 흐름을 방지 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  7. 삭제
  8. 청구항6에 있어서, 상기 보호 가스는 아르곤가스 또는 헬륨가스를포함하는 기판 처리장치.
  9. 청구항6에 있어서, 보호 가스를 제공하기 위한 보호 가스 소스;
    검측창 세정 가스를 제공하기 위한 검측창 세정 가스 소스;
    에칭 과정 동안 상기 보호 가스 소스를 제어하여 상기 보호 가스 인렛으로부터 상기 갭으로 보호가스를 제공하고, 상기 세정 가스 소스를 제어하여 상기 보호 가스 인렛으로부터 상기 갭으로 세정 가스를 제공하여 검측창을 세정하는 제어기를 더 포함하는 기판 처리장치.
  10. 청구항9에 있어서, 상기 세정 가스는 산소를 포함하는 기판 처리장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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