KR19990010377A - 식각종료시점 감지장치 및 그를 이용한 감지방법 - Google Patents
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Abstract
건식식각시 피식각물질의 식각종료시점을 감지하는 장치 및 그를 이용한 감지방법에 관한 것으로, 챔버내에 있는 적층된 피식각물질을 챔버내의 지지대에 고정시키고, 피식각물질의 식각을 진행시키면서 발산되는 빛의 세기를 측정하여 식각을 종료할 빛의 파장을 결정한 다음, 피식각물질을 제거하고 피식각물질과 동일한 물질인 피식각물질을 챔버내의 지지대에 고정시킨다. 그리고 피식각물질의 식각을 진행시키면서 피식각물질의 두께에 따른 빛의 간섭 및 결정된 빛의 파장을 감지하여 빛의 간섭 및 결정된 빛의 파장에 급격한 변화가 감지될 때 식각을 종료함으로써, 정확한 식각종료시점을 결정할 수 있고 식각하고자 하는 물질의 종류에 제한을 받지 않는다.
Description
본 발명은 식각종료시점(etch-endpoint) 감지 장치에 관한 것으로, 특히 건식식각시 피식각물질의 식각종료시점을 감지하는 장치 및 그를 이용한 감지방법에 관한 것이다.
일반적으로, 건식 식각 공정은 고집적 회로를 형성하는데 있어서 필수적인 기술로서 실리콘질화막(Si3N4), 다결정 실리콘(poly-Si), 실리콘 산화막(SiO2) 등을 식각하는데 이용되고 있다. 건식 식각 공정은 플라즈마를 이용한 식각법으로 플라즈마를 생성하는 방법에 따라서 CRI(Conventional reactive ion etcher), ECR(Electron cyclotron resonance etcher), ICP(Inductively coupled plasma etcher) 등의 장비들이 개발되어 있다. 이러한 건식 식각 공정은 식각대상 물질의 식각이 완료되었을 때, 식각 공정을 정확히 종료할 수 있어야 한다. 특히 적층되는 층이 많은 다층의 경우에는 각 층간의 식각 선택성이 좋아야 하며 각 층의 식각이 완료되었을 때, 식각종료시점을 정확히 감지할 수 있어야 한다. 이 식각종료시점을 감지하는 기존의 광학적 방법으로는 OES(Optical emission spectroscopy)와 인터페로메터(Interferometer)를 사용하는 방법이 있다.
도 1은 OES를 이용하여 식각종료시점을 감지하는 방법을 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, OES는 원자와 이온의 불연속적인 전자 에너지 준위를 이용한 것이다.
즉, 상대적으로 높은 에너지 상태에 있던 전자가 낮은 에너지 상태로 천이할 때 빛이 발산(optical emission)되는데, 이러한 빛의 발산은 건식 식각 공정의 플라즈마에도 적용할 수 있다.
특히, 건식 식각 공정의 플라즈마 경우에는 식각되는 물질과 화학 가스에 따라서 발산되는 빛의 파장이 달라지므로 특정 물질의 식각이 완료되는 경우에는 특정 파장의 빛의 세기가 급격히 변한다.
이처럼 발산되는 빛의 세기 변화를 감지함으로써 식각종료시점을 결정할 수 있다.
이러한 OES의 경우 식각되는 물질에 의하여 발산되는 빛의 세기 변화가 큰 곳에서 감지하여야 하므로 일반적으로 식각 대상 물체의 표면 상부 측면에 OES를 설치하게 된다.
그러나, OES는 반응용기내에 식각물질이 잔류할 경우 발산하는 빛의 세기가 크게 변하지 않을 수 있기 때문에 빛의 세기 변화를 정확하게 감지하지 못하여 식각하고자 하는 층의 식각이 완료된 후에도 식각하고자 하는 층 이하의 물질도 과도하게 식각하게 되거나 손상을 줄 수 있는 문제점이 있다.
도 2는 인터페로메터를 이용하여 식각종료시점을 감지하는 방법을 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 식각하고자 하는 물질의 상단에 평행 광원을 두고 이 광원에서 발생한 빛이 식각물질의 두께에 따라서 각 층의 표면에서 반사된 빛의 경로차에 의한 광학적 간섭현상을 이용한 것이다.
인터페로메터를 이용하면 식각할 물질의 두께를 식각 공정중에 계속 감지할 수 있으며 간섭현상이 일어나지 않는 시점을 감지하여 식각종료시점을 결정할 수 있다.
이러한 간섭계를 사용하기 위해서는 식각되는 물질이 투과성이 있어야 하며, 다층인 경우에는 간섭현상을 관찰할 수 있을 만큼 광의 세기가 충분히 커야하므로 적층되는 물질의 층 수에 제한을 받게 된다.
종래 기술에 따른 식각종료시점 감지장치에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, OES는 식각하고자 하는 물질의 빛의 세기 변화가 크지 않은 경우에 식각하고자 하는 층 이하의 물질도 식각하거나 손상을 줄 수 있다.
둘째, 인터페로메터는 광학적 간섭현상을 이용하므로 식각하고자 하는 물질의 투과성 및 층 수에 제한을 받는다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, OEI 식각종료시점 감지장치를 이용하여 피식각 물질의 종류에 제한 없이 정확한 식각종료시점을 감지할 수 있는 식각종료시점 감지장치 및 그를 이용한 감지방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 - OES를 이용하여 식각종료시점을 감지하는 방법을 보여주는 도면
도 2 - 인터페로메터를 이용하여 식각종료시점을 감지하는 방법을 보여주는 도면
도 3 - 본 발명에 따른 식각종료시점 감지장치를 보여주는 구조단면도
도 4 - BST 식각중에 측정된 빛의 파장을 보여주는 그래프
도 5 - BST층의 식각시 발산되는 빛의 세기를 측정한 그래프
도 6 - Pt층의 식각시 발산되는 빛의 세기를 측정한 그래프
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 챔버 2 : 피식각물질
3 : 지지대 4 : OEI 감지기
본 발명에 따른 식각종료시점 감지장치의 특징은 챔버내에 있는 적층된 피식각물질을 지지하는 지지대와, 피식각물질의 상부에 위치하고 피식각물질의 식각 진행시 발산되는 빛의 세기와 피식각물질의 두께에 따른 빛의 간섭을 감지하여 식각종료시점을 결정하는 감지기로 구성되는데 있다.
본 발명에 따른 식각종료시점 감지장치를 이용한 감지방법의 특징은 챔버내에 있는 적층된 피식각물질을 챔버내의 지지대에 고정시키는 스텝과, 피식각물질의 식각을 진행시키면서 발산되는 빛의 세기를 측정하여 식각을 종료할 빛의 파장을 결정하는 스텝과, 피식각물질을 제거하고 피식각물질과 동일한 물질의 새로운 피식각물질을 챔버내의 지지대에 고정시키는 스텝과, 새로운 피식각물질의 식각을 진행시키면서 새로운 피식각물질의 두께에 따른 빛의 간섭 및 결정된 빛의 파장을 감지하여 빛의 간섭 및 결정된 빛의 파장에 급격한 변화가 감지될 때 식각을 종료하는 스텝으로 이루어지는데 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 식각종료시점 감지장치 및 그를 이용한 감지방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 식각종료시점 감지장치를 보여주는 구조단면도로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 식각종료시점 감지장치는 챔버(1)와, 적층구조를 갖는 피식각물질(2)을 지지하는 지지대(3)와, 적층구조를 갖는 피식각물질(2)의 식각종료시점을 감지하는 OEI(Optical emission interferometer) 감지기(4)로 구성된다.
여기서, OEI 감지기(4)는 종래의 OES의 설치방법을 인터페로메터 방식으로 변경함으로써 OES와 인터페로메터의 기능을 동시에 실현할 수 있도록 한 것이다.
즉, OEI 감지기(4)는 식각될 피식각물질(2)의 상부(피식각물질의 식각이 진행되는 표면의 상부)에 위치하여 피식각물질(2)의 식각 진행시 발산되는 빛의 세기와 피식각물질(2)의 두께에 따른 빛의 간섭현상을 감지하여 식각종료시점을 결정한다.
이와 같이 구성되는 식각종료시점 감지장치를 이용하여 식각종료시점 감지방법을 실시예를 통해 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예
제 1 실시예는 Pt층상에 BST((Ba,Sr)TiO3)층이 적층된 구조에서 BST층을 식각하는 경우이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(1)내의 지지대(3)위에 BST/Pt 구조를 갖는 피식각물질(2)을 고정시킨다.
이어, 피식각물질(2)의 식각을 진행시키면서 피식각물질(2)에서 원자와 이온의 불연속적인 전자 에너지 준위로 인하여 발산되는 빛의 세기를 측정하여 식각을 종료할 빛의 파장을 결정한다.
이때, 빛의 파장은 플라즈마 생성을 위해 사용하는 가스의 종류와 피식각물질의 종류에 따라서 달라지게 되므로 식각에 따른 빛의 세기가 큰 파장의 빛을 선택한다.
도 4는 BST 식각중에 측정된 빛의 파장을 보여주는 그래프로서, Ar과 Cl2가스를 사용하여 BST를 식각하면서 BST에서 발산되는 여러 이온들의 빛의 세기를 측정한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 빛의 세기가 큰 파장의 빛 중에서 광간섭 현상도 뚜렷하고 빛의 세기 변화도 분명한 파장의 빛을 선택한다.
여기서는 Ti에 의해 발산되는 빛의 파장이 453.5nm인 빛의 파장을 감지하기로 한다.
이와 같이 빛의 파장을 결정한 후, 지지대(3)위의 파장 측정용 피식각물질(2)을 제거하고, 파장 측정용 피식각물질(2)과 동일한 물질의 새로운 피식각물질을 준비한다.
즉, BST/Pt 구조를 갖는 피식각물질을 준비한 후, BST층상의 소정영역에 마스크물질로 산화막(SiO2)을 형성한 다음, 챔버(1)내의 지지대(3)에 고정시킨다.
그리고, 산화막을 마스크로 하여 BST층의 식각을 진행시킨다.
여기서, 식각조건은 파장측정용 피식각물질의 식각조건과 동일하다.
이 식각이 진행되는 경우, 플라즈마내의 이온, 전자 그리고 식각후의 반응 생성물들에서 발생하는 빛의 발산이 피식각물의 적층구조에 따라 간섭현상을 일으키게 된다.
이때, 일어나는 간섭현상은 광 경로차에 의해 2d = nλ(여기서, d는 간섭에 영향을 주는 막의 두께, λ는 빛의 파장)과 같은 수식의 조건에 따라서 빛의 세기가 주기적으로 변하게 된다.
그러므로, OEI 감지기(4)는 마스크 물질로 증착된 산화막의 표면과 BST의 계면에서 반사되는 빛의 간섭현상을 계속적으로 감지하면서 453.5nm인 빛의 파장을 감지 한다.
그리고, BST층의 식각이 완료되면서 주기적인 빛의 특성은 변화를 일으키게 되는데 이러한 변화를 감지하여 식각을 종료한다.
이러한 주기적인 빛의 특성을 도 5를 보면 더 잘 알 수 있다.
도 5는 BST층의 식각시 발산되는 빛의 세기를 측정한 그래프로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 그래프는 453.5nm인 빛의 파장을 감지하여 빛의 세기 변화를 측정한 그래프이다.
여기서, 상단의 그래프는 하단의 그래프를 미분하여 빛의 세기 변화를 더 잘 알 수 있도록 도시한 것이다.
미분한 상단의 그래프를 살펴보면 빛의 세기가 주기적으로 변하고 있음을 알 수 있다.
이 주기성은 마스크 물질인 산화막의 표면과 BST의 계면에서 반사된 빛이 간섭현상을 일으키면서 빛의 세기가 주기적인 특성을 보여주는 것이다.
이러한 주기적인 특성은 계속적으로 나타나는 것이 아니라 BST의 식각이 완료되면서 주기적인 특성에 변화가 발생한다.
즉, 빛의 세기가 BST의 식각종료시점에서 급격히 증가하게 된다.
이 변화를 감지함으로써 BST의 식각종료시점을 정확히 감지할 수 있게 된다.
제 2 실시예
제 2 실시예는 SiO2층상에 Pt층이 적층된 구조에서 Pt층을 식각하는 경우이다.
먼저, 제 1 실시예에서와 마찬가지로 빛의 세기가 큰 파장의 빛 중에서 광간섭 현상도 뚜렷하고 빛의 세기 변화도 분명한 파장의 빛을 선택한다.
여기서는 Pt에 의해 발산되는 빛의 파장이 399.86nm인 빛의 파장을 감지하기로 한다.
빛의 파장을 결정한 후, Pt/SiO2구조를 갖는 피식각물질을 준비한 다음, Pt층상의 소정영역에 마스크물질로 산화막(SiO2)을 형성한다.
그리고, 산화막을 마스크로 하여 Pt층의 식각을 진행시킨다.
도 6은 Pt층의 식각시 발산되는 빛의 세기를 측정한 그래프로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 미분한 상단의 그래프를 살펴보면 마스크 물질인 산화막의 표면과 Pt의 계면에서 반사된 빛이 간섭현상을 일으키면서 빛의 세기가 주기적인 특성을 보여주고 있다.
이러한 주기적인 특성은 Pt의 식각이 완료되면서 빛의 세기가 급격히 감소하게 되어 식각종료시점을 정확하게 감지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 식각종료시점 감지장치 및 그를 이용한 감지방법은 식각을 종료하는데 사용하기 위하여 피식각물질에서 발산되는 빛의 세기가 큰 파장의 빛중에서 광간섭 및 빛의 세기 변화가 뚜렷한 빛의 파장을 결정한 후, 식각시에 일어나는 간섭현상으로 인한 빛의 세기가 주기적으로 변하는 것을 감지하여 식각종료시점을 결정하는 것이다.
즉, 종래의 OES의 개념과 인터페로메터의 개념을 동시에 실현할 수 있도록 하여 정확한 식각종료시점을 정확히 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 식각종료시점 감지장치 및 그를 이용한 감지방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 식각종료시점 결정시 광 발산에 따른 파장을 선택하고 광간섭현상을 동시에 관찰할 수 있으므로 정확한 식각종료시점을 결정할 수 있다.
둘째, 피식각물질의 투과성 및 층 수 등에 영향을 받지 않으므로 식각하고자 하는 물질의 종류에 제한을 받지 않는다.
Claims (4)
- 챔버내에 있는 적층된 피식각물질의 식각종료시점을 감지하는 장치에 있어서, 상기 피식각물질을 지지하는 지지대; 상기 피식각물질의 상부에 위치하고, 피식각물질의 식각 진행시 발산되는 빛의 세기와 피식각물질의 두께에 따른 빛의 간섭을 감지하여 식각종료시점을 결정하는 감지기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 식각종료시점 감지장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 감지기는 피식각물질에서 식각이 진행되는 표면 상부에 위치됨을 특징으로 하는 식각종료시점 감지장치.
- 챔버내에 있는 적층된 피식각물질의 식각종료시점을 감지하는 장치를 이용한 식각종료시점 감지방법에 있어서, 상기 챔버내의 지지대에 빛의 파장을 결정하기 위한 피식각물질을 고정시키는 스텝; 상기 피식각물질의 식각을 진행시키면서 발산되는 빛의 세기를 파장에 따라서 측정하여 식각을 종료할 빛의 파장을 결정하는 스텝; 상기 피식각물질을 제거하고 상기 피식각물질과 동일한 물질인 식각종료시점 감지를 위한 피식각물질을 상기 챔버내의 지지대에 고정시키는 스텝; 상기 식각종료시점 감지를 위한 피식각물질의 식각을 진행시키면서 이 피식각물질의 두께에 따른 빛의 간섭 및 상기 결정된 빛의 파장을 감지하여 상기 빛의 간섭 및 결정된 빛의 파장에 급격한 변화가 감지될 때 식각을 종료하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 식각종료시점 감지장치를 이용한 감지방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 빛의 파장을 결정하기 위한 피식각물질과 상기 식각종료시점 감지를 위한 피식각물질의 식각조건은 서로 동일함을 특징으로 하는 식각종료시점 감지장치를 이용한 감지방법.
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| KR1019970033166A KR19990010377A (ko) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | 식각종료시점 감지장치 및 그를 이용한 감지방법 |
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Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220038583A (ko) * | 2020-09-17 | 2022-03-29 | 주식회사 히타치하이테크 | 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 |
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1997
- 1997-07-16 KR KR1019970033166A patent/KR19990010377A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20220038583A (ko) * | 2020-09-17 | 2022-03-29 | 주식회사 히타치하이테크 | 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 |
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