KR19980034494A - Etch Condition Monitoring Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 식각장비로 웨이퍼에 형성된 소정의 박막을 식각하는 경우, 그 웨이퍼의 전면에 대한 식각 균일성 및 식각 종말점(ESP)을 정확하게 검출하도록 함으로써 식각의 최적화에 적당하도록 한 식각상태 감시장치에 관한 것으로, 웨이퍼의 식각 대상물로부터 방출되는 빛만을 통과시키는 필터와, 그 필터를 통과한 빛을 입사받아 그를 전기적 신호로 변화시키는 씨씨디(CCD) 카메라와, 그 씨씨디 카메라의 출력을 처리하여 웨이퍼의 전면에 대한 식각상태를 소정의 데이타로 구함과 아울러 식각 대상막의 식각 종료시점을 판단하는 제어부로 구성된다. 이와 같은 본 발명은 웨이퍼에 형성된 소정의 식각 대상막이 식각될 때, 그 식각 대상막으로부터 소정의 빛이 방사되는 모든 식각방법에 적용될 수 있는 것으로, 상기 필터 및 씨씨디 카메라는 가능한한 웨이퍼의 전면에 대응하는 위치에 배치하는 것이 바람직하지만, 그렇게 배치할 수 없는 경우에는 식각장비를 변형시키거나, 렌즈 및 광케이블과 같은 보조수단을 통해 씨씨디 카메라가 웨이퍼의 전면을 담당하도록 한다. 그리고 제어부는 웨이퍼의 전면에 대한 식각상태를 디지탈신호로 구함과 아울러 그 웨이퍼의 전면에 대한 식각상태를 다수의 소영역으로 구분하여 처리함으로써, 식각 종말점에 대한 판단이 용이하도록 구성한다.According to the present invention, when etching a predetermined thin film formed on a wafer with a plasma etching equipment, the etching uniformity and the end point (ESP) of the entire surface of the wafer can be accurately detected. The present invention relates to a filter for passing only light emitted from an etching object of a wafer, a CCD camera for receiving light passing through the filter and converting the light into an electrical signal, and processing the output of the CD camera to process the wafer. And a control unit for determining the etching state of the entire surface of the substrate with predetermined data and determining the end point of the etching of the etching target layer. The present invention can be applied to any etching method in which a predetermined light is emitted from the etching target layer when the predetermined etching target layer formed on the wafer is etched. The filter and the CD camera may be applied to the front of the wafer as much as possible. It is desirable to place it in the corresponding position, but if it is not possible to do so, modify the etching equipment, or allow the CD camera to take over the front of the wafer through auxiliary means such as lenses and optical cables. In addition, the controller obtains an etching state of the front surface of the wafer as a digital signal, and divides the etching state of the front surface of the wafer into a plurality of small regions, thereby making it easy to determine the etching end point.
Description
본 발명은 반도체소자 제조장치에 관한 것으로, 특히 건식(플라즈마) 식각장비로 웨퍼에 형성된 소정의 박막을 식각하는 경우, 그 웨이퍼의 전면에 대한 식각 균일성 및 식각 종말점(ESP)을 정확하게 검출하도록 함으로써, 건식 식각의 최적화에 적당하도록 한 식각상태 감시장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus. In particular, when etching a predetermined thin film formed on a wafer with a dry (plasma) etching apparatus, the etching uniformity and the etching end point (ESP) of the entire surface of the wafer are accurately detected. In addition, the present invention relates to an etching state monitoring device suitable for optimization of dry etching.
웨이퍼에 형성된 소정의 박막을 패터닝하기 위한 (건)식각공정은 필수적일 뿐만 아니라 수율(Yield)을 좌우하는 중요한 공정중의 하나이다. 이와 같은 식각공정은, 각각의 반도체소자를 형성하기 위한 식각 대상막을 웨이퍼 단위로 식각하는 식각장비로 수행된다. 따라서, 웨이퍼에 형성되는 다수의 반도체소자가 정확성 및 균일성을 갖도록 하기 위해서는, 상기 식각 대상막에 대한 식각이 웨이퍼 전면에 대해서 균일하고도 정확하게 이루져야 한다.The (etch) process for patterning a given thin film formed on a wafer is not only essential but also one of the important processes that influence yield. Such an etching process is performed by an etching apparatus for etching an etching target layer for forming each semiconductor device on a wafer basis. Therefore, in order to have a plurality of semiconductor devices formed on the wafer with accuracy and uniformity, etching of the etching target layer must be uniform and accurate with respect to the entire surface of the wafer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 건식 식각의 균일성 및 정확성을 달성하기 위한 종래 기술에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in the prior art for achieving the uniformity and accuracy of dry etching.
우선, 소정의 하부막 위에 형성된 소정의 박막(식각 대상막)을 포토리소그래피 및 식각공정을 통해 패터닝하는 전공정에 대해서 간단히 설명한 후, 그 패터닝 공정에 포함된 식각공정 및 그 식각공정을 수행하기 위한 식각장비에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.First, a brief description of the entire process of patterning a predetermined thin film (etch target film) formed on a predetermined lower layer through photolithography and etching processes, followed by an etching process included in the patterning process and an etching process for performing the etching process Etching equipment with reference to the accompanying drawings in detail as follows.
소정의 식각 대상막 위에 포토레지스트를 도포한 후, 그 포토레지스트에 소정의 패턴이 형성된 레이클을 전사한다. 이후, 그 결과물에 대한 선택적 식각으로, 상기 레지스트패턴을 식각 대상막에 전사한다. 이때, 상기 식각은 식각 대상막이 완전히 식각되도록 하기 위한 추가적 과식각(over-etch)이 수행된다.After applying a photoresist on a predetermined etching target film, a lake having a predetermined pattern formed on the photoresist is transferred. Thereafter, the resist pattern is transferred to the etching target layer by selective etching of the resultant. At this time, the etching is performed to further over-etch (etch-in) so that the etching target layer is completely etched.
이와 같은 패터닝공정에 포함된 상기 식각공정은 플라즈마 식각법으로 달성될 수 있는 데, 도 1은 상기 플라즈마 식각공정을 수행하기 위한 일반적인 플라즈마 식각장비의 구성 및 동작을 대략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 상기 플라즈마 식각공정을 통해 얻게 되는 일반적인 패턴의 구조를 나타낸 단면도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The etching process included in such a patterning process can be achieved by a plasma etching method, Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration and operation of a general plasma etching equipment for performing the plasma etching process, Figure 2 Is a cross-sectional view showing a structure of a general pattern obtained through the plasma etching process, which will be described below with reference to this.
일반적인 플라즈마 식각공정은, 공정챔버(20)를 포함하여 구성된 도 1에 도시된 바와 같은 플라즈마 식각장비를 통해 수행되는 것으로, 그 공정챔버(20) 안으로 공급되는 가스를 플라즈마(30)로 만들면, 그 플라즈마(30)가 공정챔버(20) 내부의 하부에 수평으로 놓여있는 웨이퍼(10)와 반응을 일으켜, 그 웨이퍼(10)에 형성된 식각 대상막(13)을 선택적으로 식각하는 방법이다. 이때, 상기 플라즈마 식각공정은, 레지스트패턴(14)의 개구부를 따라 그 아래에 있는 식각 대상막(13)을 상기 개구부의 하부 방향으로만 식각하는 이방성식각으로, 상기 식각 대상막(13)이 하부막(12) 위에 남지 않도록 함과 아울러 그 하부막(12)의 두께(d)를 조절하기 위한 과식각 단계를 포함한다. 그 뿐만 아니라 상기 플라즈마 식각공정은, 웨이퍼(10)의 오염을 방지하고 최적의 환경에서 식각이 이루어지도록 하기 위한 펌핑 단계를 포함하는데, 그 펌핑은 식각이 완료되면, 공정챔버(20) 내부에 남아 있는 플라즈마 및 이물질을 배기하도록 구성된다.A general plasma etching process is performed through a plasma etching apparatus as shown in FIG. 1 including a process chamber 20. When the gas supplied into the process chamber 20 is made of plasma 30, The plasma 30 reacts with the wafer 10 lying horizontally below the inside of the process chamber 20 to selectively etch the etching target film 13 formed on the wafer 10. In this case, the plasma etching process is anisotropic etching of the etching target layer 13 below the opening of the resist pattern 14 only in the downward direction of the opening, and the etching target layer 13 is lowered. And an overetching step for adjusting the thickness d of the lower film 12 while not remaining on the film 12. In addition, the plasma etching process includes a pumping step for preventing contamination of the wafer 10 and etching in an optimal environment, the pumping remaining in the process chamber 20 when the etching is completed. It is configured to exhaust the plasma and foreign matter.
한편, 도 3은 상기 도 2에 표시된 패턴을 형성하는 식각공정에서 발생되는 소정의 파장을 갖는 빛의 광량 변화를 나타낸 그래프로서, 이에 대해서 설명하면 다음과 같다. 플라즈마 식각공정은 다양한 물질을 식각하게 되는데, 그 각각의 식각 대상물질은 그 물질 특유의 고유한 파장을 갖는 빛을 방사하게 된다. 즉, 도 2에 도시된 식각 대상막에서 방사되는 빛의 광량변화를 나타낸 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이, 플라즈마 식각이 시작되는 지점(A)에서 그 식각 대상막(13)의 식각면적 및 식각량에 대응하는 광량의 빛이 방출되기 시작하여, 그 식각 대상막(13)이 모두 식각될 때까지 지속되다가 그 식각 대상막(13)이 모두 식각된 지점(B)에서 급격히 감소하게 된다. 즉, 상기 식각 대상막(13)이 모두 식각됨으로써 그 아래에 있는 하부막(12)이 식각되기 시작하면, 식각 대상막(13)에 대응하는 고유파장의 빛은 더 이상 방출되지 못하고, 하부막(12)에 대응하는 고유파장의 빛이 방출되기 시작한다. 이때, 플라즈마 식각이 시작되는 지점(A)과 그 하부막(12)이 노출되는 지점(B) 사이에서 그 광량의 크기가 거의 일정한 고유파장 빛이 방출됨을 알 수 있다.Meanwhile, FIG. 3 is a graph showing a change in light quantity of light having a predetermined wavelength generated in an etching process of forming the pattern shown in FIG. 2. The plasma etching process etches a variety of materials, each of which is to emit a light having a unique wavelength unique to the material. That is, as shown in the graph of FIG. 3 showing the change in the amount of light emitted from the etching target film shown in FIG. 2, the etching area of the etching target layer 13 and the etching target layer 13 at the point A where the plasma etching starts. The amount of light corresponding to the etching amount starts to be emitted, and continues until all the etching target layers 13 are etched, and then rapidly decreases at the point B at which the etching target layers 13 are all etched. That is, when all of the etching target layer 13 is etched and the lower layer 12 underneath begins to be etched, the light having the intrinsic wavelength corresponding to the etching target layer 13 is no longer emitted, and the lower layer Light of intrinsic wavelength corresponding to (12) starts to be emitted. In this case, it can be seen that natural wavelength light is emitted between a point A at which plasma etching is started and a point B at which the lower layer 12 is exposed.
이하, 도 3에 도시된 곡선의 특성을 이용하여 고안된 것으로, 도 2에 도시된 바와 같은 패턴을 형성하기 위한 종래 기술에 따른 식각 종말점(ESP) 검출장치 및 그 검출장치의 동작에 대해서 도 4에 도시된 종래 식각 종말점 검출장치의 구성블럭도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 종래 기술에 따른 식각 종말점 검출장치(ESP SYSTEM)는 도 4에 도시된 바와 같이, 공정챔버(20)의 일측면에 형성된 출구를 통해 방출되는 빛을 필터링하여 원하는 파장의 빛만을 통과시키는 필터(40) 및 그 필터(40)를 통해 입사되는 빛을 감지하여 그 빛의 양에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 센서(50)과, 그 센서 (50)의 출력을 증폭하는 증폭부(60)와, 상기 각 부를 총괄적으로 제어함과 아울러 상기 증폭부(50)에서 출력된 신호를 처리하는 제어부(70)로 구성되었다. 이때, 상기 제어부(70)는 상기 도 3에 도시된 그래프와 같이 구해지는 광량을 분석하여 식각 대상막(13)의 삭각 완료시점(tB)을 판단함과 동시에 그 식각 완료시점(tB)을 식각장비의 제어부(미도시)에 출력한다. 이에 따라, 상기 식각장비의 제어부는 기설정된 시간(tc-tB) 동안 웨이퍼(10)를 과식각하게 됨으로서 도 2와 같은 패턴이 완성된다.Hereinafter, an ESP detecting apparatus and an operation of the detecting apparatus according to the prior art for forming a pattern as shown in FIG. 2, which are designed using the characteristics of the curve shown in FIG. Referring to the block diagram of the conventional etching endpoint detection device shown as follows. An etching endpoint detection apparatus according to the prior art (ESP SYSTEM), as shown in Figure 4, filters the light emitted through the outlet formed on one side of the process chamber 20 to pass only the light of the desired wavelength (40) And a sensor 50 for sensing light incident through the filter 40 and outputting an electrical signal corresponding to the amount of light, an amplifying unit 60 for amplifying the output of the sensor 50, The controller 70 is configured to collectively control each unit and to process a signal output from the amplification unit 50. At this time, the controller 70 analyzes the amount of light obtained as shown in the graph shown in FIG. 3 to determine the completion time t B of the etching target layer 13 and at the same time the completion time t B of the etching target layer 13. Output to the control unit (not shown) of the etching equipment. Accordingly, the controller of the etching apparatus overetches the wafer 10 for a preset time tc-t B , thereby completing the pattern as shown in FIG. 2.
이와 같이 구성된 종래 식각 종말점 검출장치의 동작 및 그 식각 종말점 검출장치를 이용한 식각방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.The operation of the conventional etching endpoint detection device configured as described above and the etching method using the etching endpoint detection device will be described below.
플라즈마 식각장비가 가동(tA)됨에 따라 공정챔버(20) 안에서 플라즈마(30)가 발생되면, 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 식각 대상막(13)이 그위에 형성된 레지스트패턴(14)의 개구부에서 선택적으로 식각됨에 따라 그 식각 대상막(13)를 구성하는 물질에 해당하는 빛이 발생하게 된다.When the plasma 30 is generated in the process chamber 20 as the plasma etching apparatus is operated (t A ), the opening of the resist pattern 14 formed on the etching target layer 13 formed on the wafer 10 is formed thereon. As it is selectively etched in the light corresponding to the material constituting the etching target layer 13 is generated.
이와 같이 식각 대상막(13)에서 방사된 빛은 공정챔버(20)의 일측면에 형성된 출구를 통해서 방출됨으로써, 그 출구에 부착된 필터(40)를 통해 센서(50)로 입사된다. 이에 따라 상기 센서(50)는 감지되는 빛의 양과 비례하는 전기적 신호를 출력하게 되고, 그 출력된 신호는 증폭부(60)에서 증폭된 후, 제어부(70)로 전달된다. 따라서, 상기 제어부(70)가 입력받은 신호를 처리하여 식각상태를 판단한다.As such, the light emitted from the etching target layer 13 is emitted through an outlet formed at one side of the process chamber 20, and then is incident to the sensor 50 through the filter 40 attached to the outlet. Accordingly, the sensor 50 outputs an electrical signal proportional to the amount of light detected, and the output signal is amplified by the amplifier 60 and then transferred to the controller 70. Therefore, the controller 70 processes the input signal to determine the etching state.
이와 같은 과정은 계속 진행되다가, 식각 대상막(13)이 모두 식각됨으로써 그 식각 대상막(13)으로부터 더 이상의 빛이 방사되지 않게 되면(tB), 상기 제어부(70)가 그 시점(tB)을 식각 대상막(13)의 식각 완료시점으로 판단함과 동시에 그를 식각장비의 제어부로 출력한다.This process continues, and when the etching target layer 13 is etched so that no more light is emitted from the etching target layer 13 (t B ), the control unit 70 at that time (t B). ) Is determined as the completion point of etching of the etching target layer 13 and is outputted to the controller of the etching equipment.
이에 따라 상기 결과를 인가받는 식각장비의 제어부는 그 인가받은 시점(tB)을 기준으로 하여 기설정된 소정의 과식각 시간(tc-tB)을 카운트하면서 상기 플라즈마 식각을 계속 진행하다가, 그 기설정된 시간(tc-tB)이 경과하면 식각을 종료한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 하부막(12)의 일부를 식각함으로써, 식각 대상막(13)이 완전히 식각 되도록 함과 아울러 하부막(12)이 이상적인 두께(d)가 되도록 한다.Accordingly, the controller of the etching apparatus receiving the result continues the plasma etching while counting a predetermined over-etching time tc-t B based on the authorized time point t B. The etching ends when the set time tc-t B elapses. That is, as shown in FIG. 2, a portion of the lower layer 12 is etched so that the etching target layer 13 is completely etched and the lower layer 12 is an ideal thickness d.
그러나, 웨이퍼의 각 위치에 있는 식각 대상물로부터 방사되는 빛을 검출함에 있어서, 그 빛의 평균값 또는 일부만을 검출하여 웨이퍼 전체의 식각상태를 판단하도록 구성된 상기 종래 기술은, 소정의 이유로 인하여 웨이퍼의 각 위치에서의 식각률이 달라 웨이퍼가 균일하게 식각되지 못하는 경우에, 그 식각 불균일을 감지하지 못하게 됨으로써, 식각률이 늦은 영역에서는 식각 대상물이 남아 있게 되는 반면에 식각률이 빠른 영역에서는 하부막의 식각량이 지나치게 많게 되어도 그 결과를 알 수 없게 되어, 이 후의 공정이 무의미함에도 불구하고 계속 진행될 문제점이 있었다. 그리고, 식각 종말점 검출장치의 출력신호(파형)를 통해 웨이퍼의 식각이 균일하지 않다는 것을 알 수 있는 경우에도, 그 웨이퍼의 식각 종료시점을 판단하는데 어려움이 많았을 뿐만 아니라 그 웨이퍼의 영역별 식각상태에 대한 정보를 알 수 없어, 그 웨이퍼에 대한 가치를 판단하기 어려운 문제점이 있었다.However, in detecting light emitted from an etched object at each position of the wafer, the above-described prior art configured to determine the etching state of the entire wafer by detecting only the average value or a part of the light, for each reason, for each position of the wafer When the wafers are not uniformly etched due to different etch rates at, the etch nonuniformity cannot be detected, so that the etching target remains in the region where the etch rate is late, while the etching amount of the lower layer is too high in the region where the etch rate is high. The result was unknown, and there was a problem that the process would continue even though the subsequent process was meaningless. In addition, even when it is known that the etching of the wafer is not uniform through the output signal (waveform) of the etching endpoint detection device, it is not only difficult to determine the etching end point of the wafer, but also the etching state of each wafer region. The information on the wafer was unknown, which made it difficult to judge the value of the wafer.
이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 소정의 식각 대상막이 플라즈마 식각되고 있는 웨이퍼의 전영역에 대해서 그 웨이퍼의 식각상태를 감지함과 아울러 그 웨이퍼의 전영역을 다수의 소영역으로 구분하여 그 구분된 각 영역에 대한 식각상태를 서로 비교하도록 함으로써, 식각공정의 불량을 식각공정 중에 알 수 있도록 한 식각상태 감시장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems. The present invention detects the etching state of the wafer with respect to the entire area of the wafer on which the predetermined etching target film is plasma-etched, and the entire area of the wafer is divided into a plurality of small areas. It is an object of the present invention to provide an etching state monitoring apparatus for identifying the defects of the etching process during the etching process by comparing the etching states of the divided regions with each other.
도 1은 일반적인 플라즈마 식각장비의 구성 및 동작을 대략적으로 나타낸 구성도.Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration and operation of a typical plasma etching equipment.
도 2는 상기 도 1에 도시된 플라즈마 식각장비를 통해 얻게 되는 일반적인 패턴의 구조를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing the structure of a general pattern obtained through the plasma etching equipment shown in FIG.
도 3은 상기 도 2에 표시된 패턴을 형성하는 식각공정에서 발생되는 소정의 파장을 갖는 빛의 광량변화를 나타낸 그래프.3 is a graph showing a change in the amount of light having a predetermined wavelength generated in the etching process of forming the pattern shown in FIG.
도 4는 종래 기술에 따른 식각 종말점 검출장치(ESP SYSTEM)의 구성블럭도.Figure 4 is a block diagram of an etching endpoint detection apparatus (ESP SYSTEM) according to the prior art.
도 5는 본 발명에 따른 식각상태 감시장치의 기본적인 구성 및 배치구조를 나타낸 구성블럭도.Figure 5 is a block diagram showing the basic configuration and arrangement of the etching state monitoring apparatus according to the present invention.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 식각상태 감시장치의 1-3실시예를 나타낸 구성블럭도.6 to 8 is a block diagram showing an embodiment 1-3 of the etching state monitoring apparatus according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 식각상태 감시장치의 동작을 설명하기 위한 데이타 평면도.9 is a data plan view for explaining the operation of the etching state monitoring apparatus according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10:웨이퍼10a:데이타 평면도10: Wafer 10a: Data plan view
11:실리콘기판12:하부막11: Silicon substrate 12: Sublayer
13:식각 대상막14:레지스트패턴13: etching target film 14: resist pattern
20:공정챔버30:플라즈마20: process chamber 30: plasma
140:필터150:씨씨디 카메라140: filter 150: CD camera
170:디지탈 처리 제어부180:렌즈부170: digital processing control unit 180: lens unit
190:광케이블190: Optical cable
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웨이퍼에 형성된 소정의 식각 대상막이 식각될 때, 그 식각 대상막으로부터 소정의 빛이 방사되는 모든 식각방법에 적용될 수 있는 것으로, 웨이퍼의 식각 대상물로부터 방출되는 빛만을 통과시키는 필터와; 그 필터를 통과한 빛을 입사받아 그를 전기적 신호로 변화시키는 씨씨디(CCD) 카메라와; 그 씨씨디 카메라의 출력을 처리하여 웨이퍼의 전면에 대한 식각상태를 소정의 데이타로 구함과 아울러 식각 대상물의 식각 종료시점을 판단하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention can be applied to any etching method in which a predetermined light is emitted from the etching target film when the predetermined etching target film formed on the wafer is etched, and the light emitted from the etching target of the wafer. A filter passing through the bay; A CCD camera that receives light passing through the filter and converts the light into an electrical signal; And a control unit for processing the output of the CD camera to obtain an etching state of the entire surface of the wafer as predetermined data and to determine the end point of etching of the etching target.
이때, 상기 필터와 씨씨디 카메라는 웨이퍼의 전면에 대응함과 아울러 그 웨이퍼의 각소영역에서 방사되는 빛을 그들의 각 소영역을 통해 통과 및 감지할 수 있는 위치에 배치되도록 한다.In this case, the filter and the CD camera correspond to the front surface of the wafer, and the light emitted from each small area of the wafer is disposed at a position capable of passing and sensing through each small area.
이하, 첨부된 도면 도 2와 도 3 및 도 5 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 이때, 도 5는 임의의 플라즈마 식각장비에 적용되는 본 발명에 따른 식각상태 감시장치의 기본적인 구성 및 각 구성의 원칙적인 배치구조를 나타낸 구성배치도이고, 도 6 내지 도 8은 상기 도 5에 도시된 식각상태 감시장치와 균등한 기술적 사상을 갖는 식각상태 감시장치의 구성 및 배치에 대한 각 실시예를 나타낸 구성배치도이며, 도 9는 제어부의 동작을 설명하기 위한 것으로, 웨이퍼 전면에 대한 식각상태를 동시에 알 수 있도록 나타낸 데이터 평면도이다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, FIGS. 2, 3, and 5 to 9. At this time, Figure 5 is a configuration diagram showing the basic configuration of the etching state monitoring apparatus according to the present invention applied to any plasma etching equipment and the principle arrangement of each configuration, Figures 6 to 8 are shown in FIG. FIG. 9 is a configuration diagram showing each embodiment of a configuration and arrangement of an etching state monitoring device having an equivalent technical concept with the etching state monitoring device. FIG. 9 is a view for explaining the operation of the control unit. The data plan is shown for clarity.
본 발명에 따른 식각상태 감시장치의 기본 구성 및 그의 원칙적인 배치구조는, 도 5에 도시된 바와 같이, 그의 전면이 웨이퍼(10)의 전면과 대응하도록 그 웨이퍼(10)와 평행하게 배치된 것으로, 그 웨이퍼(10)의 식각 대상막(13)에서 방사되는 빛만을 통과시키는 필터(140)와; 그 필터(140) 위에서 그 필터(140) 뿐만 아니라 상기 웨이퍼(10)의 전면과 대응하도록 배치된 것으로, 상기 필터(140)를 통과한 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시키는 씨씨디 카메라(150)와; 그 씨씨디 카메라(150)에서 출력하는 신호를 디지탈 처리함과 아울러 그 데이타를 분석하여 웨이퍼(10)의 각 소영역에서의 식각상태를 구하여 식각 대상막(13)의 식각 종료시점을 판단하는 디지탈 처리 및 제어부(170)로 구성된다. 이때, 웨이퍼(10)의 전면에 대응하도록 배치된 필터(140) 및 씨씨디 카메라(150)는, 그 필터(140) 및 씨씨디 카메라(150)의 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)이 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)이 대응하도록 배치된 것으로, 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에서 방사된 빛이 필터(140) 및 씨씨디 카메라(150)의 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)으로 입사된다. 즉, 씨씨디 카메라(150)의 출력을 처리하는 제어부(170)가, 웨이퍼(10)의 전면을 소정의 규칙에 따라 다수의 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)으로 구분함과 아울러, 씨씨디 카메라(10)의 촬영면을 상기 웨이퍼(10)에 대한 구분 규칙에 따라 다수의 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)으로 구분하여, 상기 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)과 씨씨디 카메라(150)의 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)이 일대일로 대응하도록 그들을 매치시킴과 동시에, 씨씨디 카메라(150)의 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)에 있는 각 화소의 출력을 평균하여 그 평균값을 그에 대응하는 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)의 식각상태로 판단함과 아울러, 그 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)에 대한 식각상태를 웨이퍼(10)의 전면에 대해서 비교함으로써, 식각 대상막(13)에 대한 최적의 식각 완료시점(tC)판단한 후, 그 결과를 식각장비의 제어부(미도시)로 출력함과 아울러 디스플레이장치(미도시)로 출력한다.The basic configuration of the etching state monitoring apparatus and its principle arrangement structure according to the present invention are arranged in parallel with the wafer 10 such that the front surface thereof corresponds to the front surface of the wafer 10, as shown in FIG. A filter 140 for passing only light emitted from the etching target layer 13 of the wafer 10; The CD camera 150 is disposed on the filter 140 so as to correspond not only to the filter 140 but also to the front surface of the wafer 10, and detects light passing through the filter 140 and converts the light into an electrical signal. Wow; Digital processing of the signal output from the CD camera 150 and analysis of the data to obtain an etching state in each small region of the wafer 10 to determine the end point of etching of the etching target film 13 Processing and control unit 170. At this time, the filter 140 and the CD camera 150 arranged to correspond to the entire surface of the wafer 10 are each small area (A / area, B / area) of the filter 140 and the CD camera 150. , C / region, ... are arranged so that each of the small regions (A region, B region, C region, ...) of the wafer 10 correspond to each of the small regions (region A) of the wafer 10 , Light emitted from area B, area C, ...) enters each of the small areas (A / area, B / area, C / area, ...) of the filter 140 and the CD camera 150. do. That is, the control unit 170 that processes the output of the CD camera 150 causes the front surface of the wafer 10 to be divided into a plurality of small areas (A area, B area, C area, ...) according to a predetermined rule. In addition, the photographing surface of the CD camera 10 is divided into a plurality of small areas (A / area, B / area, C / area, ...) according to the classification rule for the wafer 10. , Each of the small regions (A region, B region, C region, ...) of the wafer 10 and each of the small regions (A / region, B / region, C / region, ...) of the CD camera 150. Match them one-to-one, and at the same time, average the output of each pixel in each of the small areas (A / area, B / area, C / area, ...) of the CD camera 150 The average value is determined as the etching state of each of the small regions (A region, B region, C region, ...) of the wafer 10 corresponding thereto, and the respective small regions (A / region, B / region, C). By comparing the etch state for / area, ...) against the front of the wafer 10 And outputs as an etching target film optimum etching completion of the 13 time (t C) after it is determined, the (not shown) the control section of the etching equipment results in the output bin and the display as well as devices (not shown).
이하, 상기와 같이 구성되고 배치되는 식각형태 감시장치의 동작 및 그와 관련된 식각장비의 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the etching type monitoring device configured and arranged as described above and the operation of the etching equipment related thereto will be described.
플라즈마 식각이 시작되면(tA), 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에서는 도 3의 그래프와 같이 급격히 증가하는 식각 대상물 특유의 빛을 방사하게 되는데, 그 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에서 방사되는 빛은 그에 대응하는 필터(140)의 각 소영역을 통해 씨씨디 카메라(150)의 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)에서 입사된다.When plasma etching is started (t A ), each of the small regions (region A, region B, region C, ...) of the wafer 10 emits light unique to the etching target, which rapidly increases as shown in the graph of FIG. 3. The light emitted from each of the small regions (A region, B region, C region, ...) of the wafer 10 passes through each small region of the filter 140 corresponding thereto. It is incident on each small area (A / area, B / area, C / area, ...).
이에 따라 상기 씨씨디 카메라(150)는 그의 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)에 있는 화소를 통해 상기 입사광의 광량에 대응하는 전기적 신호를 출력하고, 그 씨씨디 카메라(150)의 출력을 처리하는 디지탈 처리 및 제어부(170)는 웨이퍼(10)의 전면에서 그 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에서의 식각상태를 디지탈 신호로 구하여, 그 결과를 식각장비의 제어부로 출력된다. 일례로, 웨이퍼(10)의 전면에 대해서 구한 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)의 출력이, 동시에 도 3에 표시된 tB시점에서 급격히 감소하면, 그 감소시점을 식각 대상막(13)의 식각 완료시점(tC)으로 판단함과 동시에 그 결과를 식각장비의 제어부 및 디스플레이장치로 출력한다.Accordingly, the CD camera 150 outputs an electrical signal corresponding to the light amount of the incident light through the pixels in each of the small areas A / area, B / area, C / area, and the like. The digital processing and control unit 170, which processes the output of the CD camera 150, is located at the front of the wafer 10 in each of the small regions (region A, region B, region C, ...) of the wafer 10. The etching state of is obtained as a digital signal, and the result is output to the controller of the etching equipment. For example, if the output of each of the small areas (A / area, B / area, C / area, ...) obtained for the entire surface of the wafer 10 decreases rapidly at the time t B shown in FIG. The decrease time is determined as the etching completion time t C of the etching target layer 13, and the result is output to the controller and the display device of the etching apparatus.
다른 경우로서, 웨이피(10) 전면에 대해서 구한 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)의 출력이, 서로 다른 시점에서 급격히 감소하게 되면, 목적하는 공정의 특성에 따른 적절한 기준에 따라 식각 대상막(13)에 대한 식각 완료시점(tC)을 판정하거나, 디스플레이장치를 통해 식각장비를 조치하도록 하는 정보를 출력함으로써, 조작자가 웨이퍼(10)의 전면에 대한 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에서의 식각률이 일치하는 조치를 취하도록 한다.In other cases, if the output of each of the small areas (A / area, B / area, C / area, ...) obtained for the entire surface of the wafer 10 decreases rapidly at different points of time, By determining the etching completion time (t C ) for the etching target layer 13 according to an appropriate standard according to the characteristics, or by outputting information for operating the etching equipment through the display device, the operator is placed on the front surface of the wafer 10. Take measures to match the etch rate in each subarea (A area, B area, C area, ...).
한편, 상기와 같은 과정을 통해 삭각 대상막(13)의 식각 완료시점(tB)에 대한 신호를 인가받게 된 식각장비의 제어부는, 그 신호를 기준으로 기설정된 소정의 일정한 시간 동안(tc-tB) 식각을 지속함으로써, 도 2에 도시된 바와 같은 패턴을 완성한다.On the other hand, the control unit of the etching apparatus that receives a signal for the completion time (t B ) of the etching target film 13 through the above process, for a predetermined predetermined time based on the signal (t c -t B ) Continue the etching to complete the pattern as shown in FIG. 2.
이와 같은 본 발명은, 그의 구성 및 배치가 식각장치의 구조 및 식각의 특성에 따라 다양하게 변형될 수 있는데, 그 변형에 따른 본 발명의 여러 실시예에 대해서 간단히 설명하면 다음과 같다.As such, the present invention may be variously modified according to the structure of the etching apparatus and the characteristics of the etching apparatus. Hereinafter, various embodiments of the present invention according to the modification will be described below.
도 6은 마이크로파 타입의 식각장치와 같이, 공정챔버의 상층부가 웨이퍼 전면의 각 소영역에서 방사되는 빛을 그 웨이퍼의 표면과 동일한 조건하에서 입사받을 수 있는 공간을 갖도록 형성되는 식각장비에 적용되는 본 발명에 따른 식각상태 감시장치의 일실시예를 나타낸 것으로, 플라즈마(30)의 흐름을 방해하지 않도록 공정챔버(20)의 상층부에 배치된 필터(140)와 씨씨디 카메라(150)가, 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에서 방사되는 빛을 그 웨이퍼(10)의 표면부의 광량분포와 같은 조건하에서 입사받을 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 웨이퍼(10)의 식각 대상막(13)으로부터 방사되는 빛에 대한 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에서의 방사량을 상기 씨씨디 카메라(150)가 검출하여 디지탈 처리 및 제어부(170)로 출력하게 된다. 이와 같은 일실시예의 구성 및 동작은 도 5를 참조하여 설명한 내용과 같으므로 자세한 설명은 생략한다. 미설명부호 21은 마이크로파를 공급하기 위한 도파관을 나타낸다.FIG. 6 is a pattern applied to an etching apparatus, such as a microwave type etching apparatus, in which an upper layer portion of a process chamber is formed to have a space in which light emitted from each small region in front of a wafer can be incident under the same conditions as the surface of the wafer. In one embodiment of the etching state monitoring apparatus according to the invention, the filter 140 and the CD camera 150 disposed in the upper layer of the process chamber 20 so as not to disturb the flow of the plasma 30, the wafer ( It can be seen that light emitted from each of the small regions (region A, region B, region C, ...) of 10) can be incident under the same conditions as the light amount distribution of the surface portion of the wafer 10. Accordingly, the CD camera 150 detects the amount of radiation in each of the small areas (A area, B area, C area, ...) with respect to the light emitted from the etching target film 13 of the wafer 10. Digital processing and output to the control unit 170. Since the configuration and operation of such an embodiment are the same as those described with reference to FIG. 5, a detailed description thereof will be omitted. Reference numeral 21 denotes a waveguide for supplying microwaves.
그리고 도 7은 공정챔버의 상층부에 전극이 형성된 전극 타입의 플라즈마 식각장치와 같이, 공정챔버의 상층부에 웨이퍼의 전면과 대응될 수 있는 필터 및 씨씨디 카메라를 배치할 수 없는 식각장비에 적용되는 본 발명에 따른 식각상태 감시장치의 배치구조에 대한 2실시예를 나타낸 것으로, 그의 전면에 대해서 웨이퍼(10)에서 방사된 빛이 통과할 수 있는 구멍이 일정한 규칙에 따라 형성된 상기 전극(22) 위에, 상기 도 5와 같이 구성되고 동작하는 식각상태 감시장치를 배치한 모습을 보여주고 있다. 이때, 상기 전극(22)에 형성된 구멍은 전극의 작용에 대한 영향을 고려할 뿐만 아니라 웨이퍼의 전면에 대해서 균일하게 배열되도록 형성되고, 그 위에 배치되는 필터(140)는 그 전극(22)과 같은 크기로 구성됨으로써, 그 전극(22)의 전 구멍을 통과하는 빛을 필터링하도록 하며, 씨씨디 카메라(150)는 상기 필터(140)의 전면을 촬상할 수 있는 위치에 배치된다. 이와 같이 구성된 2실시예는, 필터(140) 및 씨씨디 카메라(150)가 웨이퍼(10)에서 방사된 빛의 일부만을 입사받게 되지만, 상기 구멍의 배열에 따라 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에 대해서 동일한 조건으로 빛을 입사받을 수 있게 되면, 상기 도 5를 참조하여 설명한 식각상태 감시장치의 동작과 거의 동일하게 될 수 있다.7 is an example of an electrode type plasma etching apparatus in which an electrode is formed in an upper portion of a process chamber, and the present invention is applied to an etching apparatus in which a filter and a CD camera, which may correspond to the front surface of a wafer, may be disposed in an upper layer of the process chamber. Two embodiments of the arrangement structure of the etching state monitoring apparatus according to the present invention are shown, and on the front surface thereof, a hole through which light emitted from the wafer 10 can pass is formed on the electrode 22 according to a predetermined rule. 5 shows an arrangement of an etching state monitoring device configured and operative as shown in FIG. 5. At this time, the hole formed in the electrode 22 is formed to be uniformly arranged with respect to the front surface of the wafer as well as taking into account the effect on the action of the electrode, the filter 140 disposed thereon is the same size as the electrode 22 In this configuration, the light passing through the entire hole of the electrode 22 is filtered, and the CD camera 150 is disposed at a position capable of capturing the front surface of the filter 140. In this embodiment, the filter 140 and the CD camera 150 may receive only a part of the light emitted from the wafer 10, but according to the arrangement of the holes, When light can be incident on the same conditions with respect to area A, area B, area C, ...), the operation of the etching state monitoring apparatus described with reference to FIG. 5 may be almost the same.
그리고, 도 8은 공정챔버의 구조적 특성에 따라 그 공정챔버의 상층부에 웨이퍼의 전면에 대응할 수 있는 필터 및 카메라를 배치할 수 없는 플라즈마 식각장비에 적용되는 본 발명의 3실시예에 따른 식각상태 감시장치의 구성 및 배치구조를 보여주는 것으로, 공정챔버(20)의 상부구조체(23)에 구멍을 형성하여 그 구멍에 맞도록 배치한 렌즈부(180)와, 그 렌즈부(180)를 관통한 빛을 필터링하여 식각 대상물(13)에서 발생된 빛만을 통과시키는 필터(140)와, 그 필터(140)를 통과한 빛을 동일한 분포조건으로 전달할 수 있는 광케이블(190)과, 그 광케이블(190)을 통해 인가받는 빛을 전기적 신호로 변환하는 씨씨디 카메라(150)와, 그 씨씨디 카메라(150)의 출력을 처리하는 디지탈 처리 및 제어부(170)로 구성될 수 있음을 보여주고 있다. 이때, 상기 렌즈부(180)를 배치하기 위해 공정챔버의 상부구조체(23)에 형성되는 구멍은 웨이퍼(10)의 전면에서 방사되는 빛을 가능한한 균등하게 입사받을 수 있는 상부구조체(23)의 중심부에 적당한 크기로 형성된다.8 shows the etching state monitoring according to the third embodiment of the present invention, which is applied to a plasma etching apparatus in which a filter and a camera that cannot correspond to a front surface of a wafer may be disposed in an upper layer of the process chamber according to the structural characteristics of the process chamber. The configuration and arrangement of the device is shown, with a hole formed in the superstructure 23 of the process chamber 20 and arranged to fit the hole, and light passing through the lens part 180. Filter 140 to pass only the light generated by the etching target 13, the optical cable 190 that can pass the light passed through the filter 140 under the same distribution conditions, and the optical cable 190 It is shown that it can be configured as a digital camera and a control unit 170 for processing the output of the CD camera 150, the CD camera 150 for converting the light applied through the electrical signal. At this time, the hole formed in the upper structure 23 of the process chamber to arrange the lens unit 180 of the upper structure 23 that can receive the light emitted from the front of the wafer 10 as uniformly as possible It is formed in a suitable size in the center.
이와 같이 구성된 3실시에에 따른 식각상태 감시장치는, 렌즈부(180)가 그의 각 영역을 통과하는 빛의 분포를 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에서 방사된 빛의 분포와 같도록 그 빛을 처리하고, 하나 또는 다수의 광케이블(190)이 상기 렌즈부(180)와 필터(140)를 거친 빛을 그 빛의 공간적 특성을 변화시키지 않은 상태로 씨씨디 카메라(150)로 전달하는 방식을 채택한 것으로, 필터(140) 및 씨씨디 카메라(150)가 웨이퍼에서 방사된 빛을 직접 입사받을 수 있도록 배치될 수 없는 식각장비에 적당함을 알 수 있다. 따라서, 상기 도 7의 2실시예에서 설명한 전극 타입의 플라즈마 식각장비에도 본 발명의 3실시예에 따른 식각상태 감시장치가 적용될 수 있는데, 이는 전극 타입 플라즈마 식각장비의 전극(22) 중심부에 렌즈부(180)를 배치할 수 있는 구멍을 형성한 후, 도 8에 도시된 식각상태 감시장치의 구성(140, 150, 170, 180, 190) 및 배치구조를 동일하게 적용함으로써 달성된다.In the etching state monitoring apparatus according to the third embodiment configured as described above, the distribution of the light passing through the respective regions of the lens unit 180 is divided into the small region (A region, B region, C region,... The light is processed to be equal to the distribution of light emitted from the light beam, and one or more optical cables 190 do not change the spatial characteristics of the light through the lens unit 180 and the filter 140. Adopting a method of transferring to the CD camera 150 in the state, it is known that the filter 140 and the CD camera 150 is suitable for the etching equipment that can not be arranged to receive the light emitted from the wafer directly. Can be. Therefore, the etching state monitoring apparatus according to the third embodiment of the present invention may also be applied to the electrode type plasma etching equipment described in the second embodiment of FIG. 7, which includes a lens unit at the center of the electrode 22 of the electrode type plasma etching equipment. After the hole 180 can be formed, the configuration 140, 150, 170, 180, 190 and the arrangement of the etching state monitoring apparatus shown in FIG. 8 are equally applied.
한편, 도 9는 본 발명에 따른 디지탈 처리 및 제어부가 씨씨디 카메라를 통해 인가받는 신호를 처리하는 방법에 대한 일실시예를 나타낸 것으로, 웨이퍼(10)를 크기가 같은 다수의 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)으로 분할함과 아울러 그 웨이퍼(10)에서 방사된 빛을 필터(140)와 씨씨디 카메라(150)를 통해 인가받아 그 신호를 상기 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)에 대응하는 각 소영역(A/영역, B/영역, C/영역, ...)별로 처리한 후, 그들을 서로 매치시킨 관계를 데이타 평면도(10a)에 나타내었다. 이때, 웨이퍼(10)의 각 소영역(A영역, B영역, C영역, ...)의 식각상태를 나타내는 데이타 평면도(10a)에는 웨이퍼(10)의 각 소영역에서 방사된 빛의 양에 비례하는 디지탈 신호가 대응한다.Meanwhile, FIG. 9 illustrates an embodiment of a digital processing and a method in which a controller processes a signal applied through a CD camera according to an embodiment of the present invention. , B region, C region, ...) and the light emitted from the wafer 10 is applied through the filter 140 and the CD camera 150 to receive the signal of the wafer 10. The relationship that processed each subregion (A / region, B / region, C / region, ...) corresponding to each subregion (A region, B region, C region, ...) and matched them Is shown in the data plan view 10a. At this time, the data plan view 10a representing the etching state of each of the small regions (A region, B region, C region, ...) of the wafer 10 is based on the amount of light emitted from each small region of the wafer 10. A proportional digital signal corresponds.
상술한 바와 같이, 씨씨디 카메라로 웨이퍼의 전면에서 방사되는 빛을 검출하도록 하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 식각상태 검출장치는, 웨이퍼의 전면에 대한 식각상태를 식각공정 중에 검출할 수 있을 뿐만 아니라 그 웨이퍼의 전면을 다수의 소영역으로 구분하여 그 각 소영역에 대한 식각상태를 구하도록 함으로써, 웨이퍼의 식각 종말점을 정확하게 구할 수 있을 뿐만 아니라 그 웨이퍼에 대한 식각 균일도를 바로 알 수 있도록 하여 식각시간의 설정 및 식각장비에 조치를 취하도록 하는 정보를 제공하는 효과를 준다.As described above, the etching state detecting apparatus according to the present invention, characterized in that the CD camera detects light emitted from the front surface of the wafer, can detect the etching state of the front surface of the wafer during the etching process. In addition, by dividing the entire surface of the wafer into a plurality of small areas to obtain an etching state for each of the small areas, not only can the wafer end point be accurately obtained, but also the etching uniformity of the wafer can be immediately known. It has the effect of providing information to set the time and to take action on the etching equipment.
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