KR19980065202A

KR19980065202A - 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD(End Point Detection)용 파장 선택방법

Info

Publication number: KR19980065202A
Application number: KR1019970000062A
Authority: KR
Inventors: 이휘건; 김성경
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-01-04
Filing date: 1997-01-04
Publication date: 1998-10-15

Abstract

본 발명에 따른 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD용 파장 선택방법은, 공정챔버에서의 플라즈마에서 발생하는 에미션을 모노크로메터를 사용하여 측정하고, 특정 물질에 고유한 파장을 검출하여 그 파장의 에미션의 세기의 급격한 변화 시점을 찾아내는 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD용 파장 선택방법에서, 공정챔버 내부의 에미션 측정을 위한 윈도우에 화합물이 부착되어 특정 파장의 통과가 어렵게 될 때, 일정영역에서 OES(Optical Emission Spectrometer) 스펙트럼을 측정하여 윈도우를 통과할 수 있는 파장 영역을 설정하고, 상기 파장 영역에서 식각될 상부 막질과 하부 막질 각각에 대한 OES 스펙트럼을 측정하여 그 차이를 얻어내고, 상기 파장 영역에서 상기 차이가 가장 두드러지는 피크를 형성하는 파장들 가운데 새로운 EPD용 파장을 선택하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 기존의 EPD를 위한 특정 파장의 에미션이 약화되는 경우, 공정챔버의 윈도우를 통과할 수 있는 다른 파장 영역의 에미션을 이용하여 EPD를 할 수 있게 하므로 식각공정의 조절을 정확히 할 수 있다는 이점이 있다.

Description

반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD(End Point Detection)용 파장 선택방법

본 발명은 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD(End Point Detection)용 파장 선택방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체공정 플라즈마 식각에서 플라즈마 에미션(Emission)과 모노크로메터(Monochrometer)를 사용하는 EPD에서의 파장 선택방법에 관한 것이다.

DRAM 등의 반도체장치 제조에 있어서 플라즈마를 이용한 건식식각은 매우 중요한 공정이다. 식각과정에서 플라즈마가 형성되면 플라즈마를 구성하는 입자들은 화학적인 반응을 보다 활성화시킨다.

그런데, 웨이퍼 위에 형성된 식각해야 할 물질층의 두께는 단차 등으로 인해 웨이퍼 전반에 걸쳐 항상 일정한 것은 아니며, 식각작용도 웨이퍼 전면에 걸쳐 고르게만 이루어지는 것은 아니다. 따라서, 원하는 부분에서 원하는 물질층을 완전히 식각하기 위해서는 충분한 시간을 공정에 할애해야 한다.

그러나, 습식식각에서와 마찬가지로 플라즈마 식각의 식각물질도 선택비를 가지고 있지만, 식각이 오래 진행되면 예정된 식각층을 식각하고 원하지 않는 하부막까지도 식각하게 된다. 또한, 식각의 능률을 높이기 위해 선택비가 떨어지는 식각물질을 사용할 경우 이런 현상은 더욱 심화될 수 있다.

따라서, 이러한 문제점을 완화시키기 위해 플라즈마 식각에서는 일정 시간동안 공정을 진행시키는 방법 외에 공정의 특정 시점을 찾아 식각 조건을 바꾸는 방법을 많이 사용하고 있다. 즉, 특정 시점 전에는 식각 속도를 빠르게 할 수 있는 조건을 선택하여 공정을 진행시키고, 특정 시점 후에는 식각속도는 느려도 하부막과의 선택비가 높은 조건을 선택하여 공정을 진행시키는 방법을 사용하게 된다.

이때, 공정의 특정 시점은 식각할 물질층 하부의 막질이 드러나는 시점을 의미하며, 이 시점을 찾는 것을 EPD(End Point Detection)라 한다. 그리고 이 시점 전까지의 공정을 주식각(Main Etch), 이 시점 후의 식각공정을 과도식각(Over Etch)라 한다.

이렇게 단계를 나누어 이루어지는 식각 방법에서는 EPD 방법이 중요한 역할을 한다. EPD 방법에는 여러 가지가 있으나, 공정챔버에서 플라즈마에서 발생하는 에미션을 모노크로메터를 사용하여 측정하고, 특정 물질에 고유한 파장이 가능하면 피크(Peak) 형태로 검출되는 지를 알아보는 방법이 많이 사용된다.

종래의 한 예를 보면, 염소(Cl₂) 플라즈마에서 폴리실리콘을 식각할 때 표면반응의 산출물로 염화실리콘이 생성되고 폴리실리콘의 식각이 완료되어 하부막질인 이산화실리콘이 드러나면 염화실리콘은 더 이상 생성되지 않는다. 그런데, 염화실리콘은 플라즈마 내에서 파장이 282.3nm인 고유의 에미션을 방출한다. 따라서 광학 필터 혹은 모노크로메터를 사용하여 플라즈마의 에미션에서 여러 파장의 광 가운데 파장 282.3nm의 광만을 선택적으로 추출할 수 있다. 이 파장의 광의 세기를 시간의 함수로 나타내면 일정 시점에서 변곡점을 가지며 급격히 감소하는 형태를 얻을 수 있다. 따라서, 이 시점을 EP(End Point)로 할 수 있게 된다.

그러나, 282.3nm의 파장을 이용하는 종래의 EPD 방법에서는 식각공정의 회수가 많아지면, 공정챔버에서 플라즈마의 에미션을 관찰하기 위해 형성된 윈도우에 공정에서 발생된 다양한 화합물들이 부착되어 이 파장의 플라즈마 에미션 가운데 일부를 차단하는 문제점이 있었다.

그리고 부착되는 화합물들은 시간의 경과에 따라 부착 정도가 심화되어 윈도우를 매우 어둡게 한다. 그러므로 282.3nm의 파장을 가지는 광의 세기가 시간에 따라 뚜렷이 감소하는 함수형태를 검출하기 어려워지고 결국 EPD가 불가능해 진다.

본 발명의 목적은, 플라즈마 식각이 여러 회 진행됨에 따라 공정챔버의 윈도우에 화합물들이 부착되어 기존의 EPD를 위한 특정 파장의 에미션이 약화되는 경우, 윈도우를 통과할 수 있는 다른 파장 영역의 에미션을 이용하여 EPD를 할 수 있게 하는 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD용 파장 선택방법을 제공하는 데 있다.

도1은 식각챔버에서 웨이퍼 처리 매수에 따라 윈도우를 통과하는 플라즈마 에미션 세기의 파장별 OES 스펙트럼 형태가 변화하는 양상을 나타내는 그래프이다.

도2는 폴리실리콘 및 실리콘 산화막 위에 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼를 플라즈마 식각할 때의 각각의 플라즈마 에미션의 OES 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도3은 파장에 따라 도2의 스펙트럼에서의 에미션의 세기와 도3의 스펙트럼에서의 에미션의 세기의 차를 구하여 나타낸 그래프이다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 726nm의 파장을 선택하여 새롭게 EPD를 실시한 경우 시간에 따른 에미션 세기의 변화를 나타내는 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD용 파장 선택방법은, 공정챔버에서 플라즈마에서 발생하는 에미션을 모노크로메터를 사용하여 측정하고, 특정 물질에 고유한 파장을 검출하여 그 파장의 에미션의 세기의 급격한 변화 시점을 찾아내는 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD용 파장 선택방법에서, 공정챔버 내부의 에미션 측정을 위한 윈도우에 화합물이 부착되어 특정 파장의 통과가 어렵게 될 때, 일정영역에서 OES(Optical Emission Spectrometer) 스펙트럼을 측정하여 윈도우를 통과할 수 있는 파장 영역을 설정하는 단계, 상기 파장 영역에서 식각될 상부 막질과 하부 막질 각각에 대한 OES 스펙트럼을 측정하여 그 차이를 얻어내는 단계 및 상기 파장 영역에서 상기 차이가 가장 두드러지는 피크를 형성하는 파장들 가운데 새로운 EPD용 파장을 선택하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 OES 스펙트럼을 측정하게 되는 일정영역은 200nm 내지 800nm가 적당하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 사용된 식각 장비는 플라즈마 소오스로 대형 수정 튜브 주위에 코일을 감은 일종의 ICP(Inductively Coupled Plasma)타입을 사용하였으며, 플라즈마 가스의 균일한 혼합을 위해 반응기 전에 여러 장의 판막을 겹쳐 놓은 디퓨져를 설치하였다. 플라즈마 발생을 위해, 또한 웨이퍼에 직류 전압을 걸어주기 위한 전원으로 RF전원을 사용한다. 사용된 시료는 실리콘 산화물층에 폴리실리콘층을 형성한 포토레지스트 패턴이 있는 웨이퍼이며, 식각가스는 염소에 산소 등이 혼합된 것을 사용하였다.

따라서 발명에 언급된 특정 물질은 염소가 폴리실리콘과 반응하여 생성되는 실리콘 염화물이고 그 고유 에미션의 파장은 232.8nm이다.

도1은 식각챔버에서 웨이퍼 처리 매수에 따라 윈도우를 통과하는 플라즈마 에미션 세기의 파장별 OES 스펙트럼 형태가 변화하는 양상을 나타내는 그래프이다. 처리 매수가 증가할수록 모든 파장에 걸쳐 OES 스펙트럼의 에미션 세기는 감소하며, 웨이퍼 처리 매수가 400매를 넘어서면서 282.3nm의 고유 파장의 에미션은 거의 감지되지 않는다. 이는 플라즈마 식각에서 생성된 폴리머계통의 화합물이 윈도우에 흡착되어 고유 파장의 에미션을 차단하기 때문이다.

이상적인 경우라면 본 실시예의 시료를 플라즈마 식각할 때, 폴리실리콘의 식각이 끝나면 실리콘 산화물이 드러나면서 스펙트럼도 도2에서 도3과 같이 변화되어야 한다.

스펙트럼의 양상이 도2에서 도3과 같이 변할 때 급격한 변화를 나타내는 점의 파장을 찾기 위해 파장에 따라 도2의 스펙트럼에서의 에미션의 세기와 도3의 스펙트럼에서의 에미션의 세기의 차를 구하고 그 차이가 피크를 나타내는 지점의 파장을 읽어보면 442nm, 456nm, 726nm, 741nm, 754nm, 771nm, 773nm 등 몇 개의 파장값을 얻을 수 있다.

도4는 이들 가운데 726nm의 파장을 선택하여 새롭게 EPD를 실시한 경우 시간에 따른 에미션 세기의 변화를 나타내는 그래프이다. 이 파장은 염소 래디칼이 나타내는 고유 파장이다. 식각을 시작한 후, 실리콘 산화물이 드러나기 시작하는 공정시작 170초 이후부터 에미션 세기가 급격히 떨어지고 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.

Claims

공정챔버에서 플라즈마에서 발생하는 에미션을 모노크로메터를 사용하여 측정하고, 특정 물질에 고유한 파장을 검출하여 그 파장의 에미션의 세기의 급격한 변화 시점을 찾아내는 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD용 파장 선택방법에서,

공정챔버 내부의 에미션 측정을 위한 윈도우에 화합물이 부착되어 특정 파장의 통과가 어렵게 될 때, 일정영역에서 OES(Optical Emission Spectrometer) 스펙트럼을 측정하여 윈도우를 통과할 수 있는 파장 영역을 설정하는 단계;

상기 파장 영역에서 식각될 상부 막질과 하부 막질 각각에 대한 OES 스펙트럼을 측정하여 그 차이를 얻어내는 단계; 및

상기 파장 영역에서 상기 차이가 가장 두드러지는 피크를 형성하는 파장들 가운데 새로운 EPD용 파장을 선택하는 단계;

를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체공정 플라즈마 식각에서의 EPD용 파장 선택방법.