KR20010030373A - 플라즈마 에칭 종료 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 방법은 하부층 상에 형성된 처리될 층이 플라즈마를 사용하여 에칭되는 에칭 종료 시점(etching termination time point)을 검출한다. 두 가지 종류의 서로 다른 파장의 광 성분이 플라즈마 에칭 동안 처리될 층에 인가되어, 처리될 층의 표면으로부터 그리고 처리될 층과 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하고, 간섭의 결과인, 서로 다른 파장이며 반사광에 포함된 두개의 반사광의 파형이 검출된다. 검출된 파형 간의 위상차에 기초하여 대략 에칭 종료 시점이 검출된다.

Description

플라즈마 에칭 종료 검출 방법{PLASMA ETCHING TERMINATION DETECTING METHOD}
본 발명은 처리될(to-be-processed) 대상물에 대해 실행될 플라즈마의 종료 시점(termination time point)을 검출하는 방법에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 에칭 방법은 반도체 제조 공정 및 LCD 기판 제조 공정에 광범위하게 사용된다. 전형적인 에칭 방법으로서, 반도체 웨이퍼와 같은 처리될 대상물을 상부 전극에 평행하게 위치한 하부 전극에 위치시키고, 전극 사이에 고주파수 전압을 인가하여, 전기를 방전시켜 전극 간의 에칭 갭의 플라즈마를 생성하고, 선정된 패턴에 따라 대상물을 에칭하는 것이 공지되어 있다.
이 에칭 방법에서, 정확한 에칭을 수행하기 위해서는, 에칭이 생성되어야 하는 에칭 종료 시점을 정확하게 검출할 필요가 있다. 예를 들어, 방출 스펙트로스코프 분석을 이용한 에칭 종료 검출 방법이 에칭 종료 검출 방법으로서 광범위하게 사용되고 있다. 이 종료 검출 방법에서는, 에칭 가스의 분해물 또는 반응 형성물인, 기, 이온 등과 같은 활성화된 종(species)중에서 가장 용이하게 관찰될 수 있는 선정된 활성화 종이 선택되고, 선택된 활성화 종으로 인한 선정된 파장에 따른 방출 세기의 변화에 기초하여 에칭 종료 시점이 검출된다. 예를 들어, CF4와 같은 CF계 에칭 가스를 사용하여 실리콘 산화물 막을 에칭할 때, CO*로부터 반응 형성 제품으로서 방출된 선정된 파장(즉, 483.5㎚)의 광이 검출되고, 검출된 세기의 변경점에 기초하여 에칭 종료 시점이 결정된다. 선택적으로, CF4와 같은 CF계 에칭 가스를 사용하여 실리콘 질화물막을 에칭할 때, N*으로부터 반응 형성 제품으로서 방출된 선정된 파장(즉, 674㎚)의 광이 검출되어 에칭 종료를 검출하는데 사용될 수 있다. 따라서, 종래의 종료 검출 방법에서는, 서로 다른 파장의 광이 서로 다른 에칭 공정에 사용된다.
그러나, 방출 스펙트로스코프 분석을 이용한 종래의 종료 검출 방법에서는, 시점(the point in time)이 대상물의 에칭이 종료하고 그 하부층이 노출되는 에칭의 종료인 것으로 결정되고, 따라서 선정된 파장의 광의 세기가 변한다.
따라서, 오버 에칭(over-etching)을 피할 수 없으며, 그 결과 하부층도 또한 에칭되어 손상되게 된다. 근래에, 하부층을 오버 에칭하는 문제는, 반도체 제품이 보다 고집적화되고, 따라서 제품을 구성하는 하부층을 포함하는 각각의 층이 보다 얇게 만들어지기 때문에, 반도체 제품에 큰 영향을 끼치며, 결함있는 제품을 초래할 수 있다. 예를 들어, 다결정 실리콘층의 하부층으로서 게이트 산화물 막 상에 게이트 전극을 형성하기 위해 다결정 실리콘층을 처리될 층으로서 선택적으로 에칭할 때, 게이트 산화물 막이 다결정 실리콘층보다 훨씬 얇기 때문에 게이트 산화물 막이 다결정 실리콘층보다 크게 손상된다.
본 발명의 목적은, 처리될 층의 하부층을 오버 에칭, 및 손상시키지 않고, 처리될 층의 에칭 종료를 검출하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 장치가 다층 구조, 즉 하부층이 극히 얇을 때에도, 처리될 층의 하부층을 오버 에칭 및 손상시키지 않고, 반도체 장치에 포함된 처리될 층의 에칭 종료를 검출하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따르면, 하부층 상에 형성된 처리될 층이 플라즈마를 사용하여 에칭되는 에칭 종료 시점을 검출하는 방법에 있어서,
상기 처리될 층에, 플라즈마 에칭 동안 서로 다른 파장의 적어도 두 종류의 광성분을 인가하여, 상기 처리될 층의 표면 및 상기 처리될 층과 상기 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하는 단계;
반사광에 포함되며, 간섭의 결과인 서로 다른 파장의 적어도 두개의 반사광 성분의 파장을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 파형 간의 위상차에 기초하여 개략 에칭 종료 시점을 검출하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 에칭 종료 시점 검출 방법에 있어서,
처리될 더미 층(dummy layer)에, 복수의 파장을 갖는 광을 인가하여, 상기 처리될 더미 층의 표면 및 상기 처리될 더미 층과 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하는 단계;
상기 반사광에 포함되며, 간섭의 결과인 서로 다른 파장의 적어도 두개의 반사광 성분의 파장을 검출하는 단계;
상기 검출된 파형 간의 위상차가 0이 되는 시점을 개략 에칭 종료 시점으로서 검출하는 단계;
상기 개략 에칭 종료 시점을 검출하기 위한 임계값을 설정하는 단계;
처리될 대상물에 포함된 처리될 층에 상기 복수의 파장을 갖는 상기 광을 인가하여, 상기 처리될 층의 표면, 및 상기 처리될 층 및 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하는 단계;
상기 처리될 층으로부터, 상기 반사광에 포함되며, 간섭의 결과인 서로 다른 파장의 적어도 두개의 반사광 성분의 파장을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 파형 간의 위상차를 순차적으로 계산하고, 다음에 상기 계산 결과를 상기 임계값과 비교하며, 상기 처리될 대상물의 개략 에칭 종료 시점을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 특징에 따르면, 에칭 종료 시점 검출 방법에 있어서,
플라즈마를 사용하여, 하부층을 에칭하는 레이트에 대한 처리될 층을 에칭하는 레이트의 비율이 낮은 저 선택비 모드로, 하부층 상의 처리될 층을 에칭하는 단계;
상기 처리될 층에 대해, 플라즈마 에칭 동안 서로 다른 파장의 적어도 두 종류의 광 성분을 인가하여, 상기 처리될 층의 표면 및 상기 처리될 층과 상기 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하는 단계;
상기 반사광에 포함되며, 간섭의 결과인 서로 다른 파장의 적어도 두개의 반사광 성분의 파장을 검출하는 단계;
상기 검출된 파형 간의 위상차에 기초하여, 개략 에칭 종료 시점을 검출하는 단계; 및
상기 개략 에칭 종료 시점의 검출시에, 상기 저 선택비 모드를 고 선택비 모드로 전환하여, 선정된 시간 주기 동안 상기 처리될 층의 나머지 부분을 에칭하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
상기 방법에서는, 위상차는 검출된 파형 간의 밀도 비율 또는 밀도 비율의 미분값으로부터 얻는 것이 바람직하다. 하부층 및 처리될 층은 각각 게이트 산화물 막 및 게이트 전극용의 다결정 실리콘층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 부수적인 목적 및 장점은 다음의 상세한 설명에 개진될 것이며, 부분적으로 상기 설명으로부터 명확하거나 또는 본 발명의 실시에 의해 알 수 있을 것이다. 본 발명의 목적 및 장점은 본 발명에 특별하게 실시된 장치 및 조합에 의해 실현되고 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에칭 종료 검출 방법이 적용되는 에칭 장치의 예를 도시하는 개략도,
도 2는 다결정 실리콘층의 에칭 종료를 검출하는데 사용되는 간섭광을 설명하는데 유용한 도면,
도 3은 다결정 실리콘층의 에칭 주기 및 간섭의 결과인 두 가지 종류의 반사광의 파형 간의 관계를 도시하는 그래프,
도 4는 다결정 실리콘층의 에칭 주기 및 간섭의 결과인 세 가지 종류의 반사광의 파형 간의 관계를 도시하는 그래프,
도 5는 다결정 실리콘층의 에칭 주기 및 간섭의 결과인 파형 간의 관계, 밀도 비율, 및 두 가지 종류의 반사광의 밀도 비율의 미분값을 도시하는 그래프,
도 6은 도 3에 대응하며, 레지스트층으로부터 반사된 광에 의해 영향을 받는 두 가지 종류의 반사광의 파형을 도시하는 그래프,
도 7은 도 5에 대응하며, 도 6에 도시된 에칭 주기 및 두 가지 종류의 반사광의 밀도 비율 간의 관계, 및 밀도 비율의 미분값을 도시하는 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 에칭 장치 11 : 처리 챔버
11A : 가스 공급부 11B : 배기부
12 : 하부 전극 13 : 상부 전극
14,16 : 매칭 박스 15,17 : 고주파수 전원
18 : 윈도우 부재 19 : 에칭 종료 검출 장치
20 : 광섬유 20A : 콘덴서
21: 광원 22 : 폴리크로메이터
23 : 개략 종료 계산부 24 : 제어부
명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고, 상기한 전체적인 설명 및 이하에 설명되는 바람직한 실시예의 상세한 설명은 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 에칭 종료 검출 방법을 도 1 내지 7을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 에칭 종료 검출 방법이 적용될 수 있는 에칭 장치의 예를 설명할 것이다. 도 1에 도시한 에칭 장치(10)는 알루미늄과 같은 도전성 재료로 만들어진 처리 챔버(11), 처리 챔버(11)의 바닥면 상에 놓이며 반도체 웨이퍼 W를 위에 장착하기 위한 수용기로서의 역할을 하는 하부 전극(12), 및 선정된 간격만큼 이격되어 하부 전극(12) 위에 놓인 상부 전극(13)을 포함한다. 가스 소스(도시되지 않음)에 접속된 가스 공급부(11A)는 처리 챔버(11)의 주변 벽의 상부에 형성되는 한편, 진공 배기부(도시되지 않음)에 접속된 가스 배기부(11B)는 처리 챔버(11)의 주변 벽의 하부에 형성된다. 하부 전극(12)은 매칭 박스(14)를 거쳐 고주파수 전류를 공급하기 위한 고주파수 전원(15)에 접속된다. 상부 전극(13)은 매칭 박스(16)를 거쳐 상술한 고주파수 전류보다는 높은 주파수를 갖는 고주파수 전류를 공급하기 위한 고주파수 전원(17)에 접속된다.
상술한 장치에서 에칭을 수행할 때, 먼저, 처리 챔버(11)는 진공 배기부를 거쳐 가스 배기부(11B)를 통해 가스를 배기함으로써 선정된 진공 레벨로 배기된다. 다음에, 고주파수 전력을 상부 및 하부 전극(12, 13) 간에 인가하여, 에칭 가스를 가스 공급부(11A)를 통해 처리 챔버(11)에 공급함으로서, 전극(12, 13) 간에 에칭 가스의 플라즈마를 생성한다. 결국, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 하부 전극(12) 상에 제공된 실리콘 산화물 막으로 형성된 게이트 산화물 막 O(두께: 0.1㎛)에 대해, 웨이퍼 W의 최상부층으로서 레지스트층 R(두께: 1.1㎛)의 개구로부터 0.6-3.0㎛의 폭으로, 다결정 실리콘층 P(두께: 0.2㎛)이 에칭된다.(설명이 용이하도록 하기 위해, 도 2는 다결정 실리콘층이 완전히 에칭되지 않은 상태를 도시한다) 처리될 층으로서의 웨이퍼 W는 반도체 기판 S, 그 위에 형성된 게이트 산화물 막 O 및 막 O 상에 형성된 다결정 실리콘층 P의 조립체를 가리킨다.
다결정 실리콘층 P의 에칭 단계에서, 비등방성 에칭이 고속으로 수행된다. 이 단계에서, 하부층으로서의 게이트 산화물 막 O을 에칭하는 레이트에 대해 다결정 실리콘층 P을 에칭하는 레이트의 비율이 낮은 저 선택비 모드(low selective ration mode)로 에칭이 수행된다. 다음 단계에서, 개략적인 에칭 종료 시점이 이하에 설명하는 에칭 종료 검출 장치에 의해 검출된 후에, 하부층으로서의 게이트 산화물 막 O을 에칭하는 레이트에 대해 다결정 실리콘층 P을 에칭하는 레이트의 비율이 높은 고 선택비 모드로 다결정 실리콘층 P가 에칭된다. 게이트 산화물 막 O이 고 선택비 모드로 에칭될 때, 다결정 실리콘층 P이 오버 에칭되더라도 거의 에칭되지 않는다. 따라서, 게이트 산화물 막 O이 에칭으로부터 보호된다. 따라서, 에칭 종료 시점이 웨이퍼 W의 서로 다른 부분 간에 변할 때, 에칭 종료 시점이 다른 부분보다 빠른 웨이퍼의 부분에서도 게이트 산화물 막 O의 에칭은 방지된다. 저 선택비 모드는 상호 에칭 가스 및/또는 그 유속을 바꾸거나 또는 하부 전극(12)에 인가된 고주파수 전력을 제어함으로서 고 선택비 모드로 전환될 수 있다.
모니터하기 위한 원주형 윈도우 부재(18)가 처리 챔버(11)의 상부 벽에 장착되어, 부재(18)의 하단이 상부 전극(13)을 통해 연장할 수 있게 한다. 석영과 같은 투과 재료로 만들어진 모니터링 윈도우(18A)는 윈도우 부재(18)의 상단부에 끼워진다. 에칭 종료 검출 장치(19)는 처리 챔버(11) 외부에 제공된다. 광섬유(20)는 장치(19)와 모니터링 윈도우(18A) 간에 제공된다. 또한, 콘덴서(20A)는 광섬유(20)의 한단에 접속된 광 경로를 갖도록 광섬유(20)의 한 단과 윈도우(18A) 간에 제공된다. 광섬유(20)의 다른 단은 두개의 부분-에칭 종료 검출 장치(19)용의 광원(21)에 접속된 부분과, 폴리크로메이터(polychromator)(22)에 접속된 부분으로 나뉘어져 있다. 에칭 종료 검출 장치(19)는 폴리크로메이터(22)에 전기적으로 접속된 개략(approximate) 종료 계산부(23)를 구비한다. 대략 종료 계산부(23)는 제어부(24)에 접속된다. 광원(21)은 크세논(xenon) 램프, 텅스텐 램프 , LED등과 같은 복수의 파장의 광을 방출할 수 있는 광원으로 구성될 수 있다.
지금부터 본 발명의 실시예에 따른 에칭 종료 시점 검출 방법을 설명한다. 도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 백색광 L이 예를 들어, 광섬유(21)를 거쳐 웨이퍼 W의 표면에 크세논 램프로 구성된 광원(21)으로부터 수직으로 인가된다(도 2에서, 백색광 L는 설명이 용이하도록 약간 경사져 있다) 결국, 백색광 L의 일부는 다결정 실리콘층 P의 최상부 표면으로부터 반사광 L1으로서 반사하는 한편, 백색광 L의 나머지 부분은 다결정 실리콘층 P으로 통과하여, 다결정 실리콘층 P 및 게이트 산화물 막 O의 경계로부터 반사광 L2로서 반사한다. 이들 반사광 성분 L1 및 L2는 간섭광이 되며, 모니터링 부재(18)와 광섬유(20)를 통해 폴리크로메이터(22)로 유도된다. 폴리크로메이터(22)는 간섭광을 검출하고, 이를 스펙트로스코프 분석하여, 서로 두개의 다른 파장의 간섭광 성분을 선택한다. 이들 두개의 간섭광 성분은 광전 변환되어 대략 종료 계산부(23)로 공급된다. 대략 종료 계산부(23)는 두개의 간섭광 성분 간의 위상차에 기초하여 대략 에칭 종료 시점을 검출하고, 제어부(24)를 거쳐 저 선택비 모드에서 고 선택비 모드로 에칭 모드를 전환함으로써, 미리 설정된 시간 주기 동안 에칭을 수행하여 나머지 다결정 실리콘 을 제거한다. 미리 설정된 시간 주기가 극히 짧기 때문에, 하부층으로서의 게이트 산화물 막 O이 에칭될 때에도 오버 에칭이 거의 없다. 이때, 두개의 간섭광 성분 간의 위상차가 미리 설정된 임계값보다 낮을 때 대략 종료 시점이 결정된다. 따라서, 간섭광 성분이 모니터되는 동안, 다결정 실리콘층 P은 에칭에 의해 점차적으로 얇아진 두께(이하, "나머지 두께"라고 함) d를 갖는다. 간섭광의 세기 I는 나머지 두께 d가 감소함에 따라 변한다.
나머지 두께 d와 간섭광 간의 관계를 설명한다. 다결정 실리콘 막 P의 최상부 표면으로부터 반사한 광과, 다결정 실리콘층 P와 게이트 산화물 막 O의 경계로부터 반사한 광 간의 광 경로 차(2d)가 존재한다. 실질적으로 수직인 방사의 경우에, 광 경로차는 두개의 반사광 성분 간에 위상차를 유발하여 간섭광을 발생하게 한다. 만일 위상차가 다결정 실리콘층으로부터 반사한 광의 파장의 적분 배수이면, 즉 만일 2d=mλ1이면, 간섭광의 세기는 최소이다. 한편, 만일 위상차가 반 파장만큼 그로부터 벗어나 있으면, 즉 만일 2d = mλ1+ λ1/2이면, 간섭광의 세기는 최대이다. 여기서, λ1는 다결정 실리콘층으로부터 반사한 광의 파장을 나타내고, m는 자발적으로 선택된 정수이다. 또한, 입사광의 파장이 λ0이고 다결정 실리콘층 P의 굴절율이 n이라고 가정할 때, λ1=λ0/n의 관계가 성립한다. 이로부터, 간섭광이 최소인 나머지 두께 d와 간섭광이 최대인 나머지 두께 d가 각각 다음 수학식 (1) 및 (2)로서 주어진다. 따라서, 나머지 두께 d가 감소함에 따라, 대체적으로 다음 수학식 (1) 및 (2)를 만족시키고, 따라서, 나머지 두께 d가 감소함에 따라 그 최대값과 최소값을 주기적으로 반복하도록 간섭광의 세기가 변한다.
나머지 두께 d에 대한 간섭광의 세기 I는 다음 수학식 (3)으로 표현된다.
여기서, I1은 다결정 실리콘층 P의 최상부 표면으로부터 반사된 광의 세기이고, I2는 다결정 실리콘층 P와 게이트 산화물 막 O의 경계로부터 반사된 광의 세기를 나타낸다.
수학식 (3)으로부터 명확한 바와 같이, 간섭광의 세기 I는 나머지 두께 d가 감소함에 따라 주기적인 편차로 반복하여, 최종적으로 다결정 실리콘층 P가 사라지는 에칭 종료 시점에서 선정된 값을 갖게 된다.
다결정 실리콘층 P가 낮은 광투과도를 가지기 때문에, 층 P이 두꺼을 때에는 광 간섭이 용이하게 발생하지 않을 것이다. 그러나, 층 P의 두께가 감소함에 따라, 층 P를 통한 광의 투과가 보다 용이하게 되고, 광 간섭의 정도가 높아진다. 다른 말로 표현하면, 에칭 공정이 진행함에 따라, 간섭광의 세기는 수학식 (3)에 따라 도 3 및 4에 도시한 바와 같이 점차적으로 증가하고, 주기적으로 변한다. 도 3과 4에서, 가로좌표는 에칭된 주기(초)를 나타내고, 세로좌표는 반사 세기(자발적으로 선택된 값)를 나타내고, 실선은 간섭으로 인한, 500㎚의 파장을 갖는 반사광의 파형을, 그리고 1점 쇄선은 간섭으로 인한, 400㎚의 파장을 갖는 반사광의 파형을 나타낸다. 또한, 도 4에서, 이중 점선은 간섭으로 인한, 350㎚의 파장을 갖는 반사광의 파형을 나타낸다. 도 3과 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 500㎚의 파장을 갖는 반사광의 경우에 전체 에칭 주기 동안 광 간섭이 발생하는 한편, 400㎚의 파장을 갖는 반사광의 경우에는 에칭의 중간 단계에서 발생한다. 350㎚의 파장을 갖는 반사광의 경우에는, 에칭의 최종 단계에서만 광 간섭이 발생한다. 따라서, 광 파장이 짧을 수록 광 간섭의 발생 가능성이 낮기 때문에, 다결정 실리콘층 P의 두께가 감소함에 따라 광 간섭이 절대적으로 발생한다.
도 3 및 4로부터 명확한 바와 같이, 하나의 반사광 성분만을 사용하여 에칭 종료를 검출할 때에는, 반사광의 세기가 일정한 값을 갖는 시점이 에칭 종료 시점인 것으로 간주되기 때문에, 신뢰성 있는 방법으로 검출될 수 있다. 그러나, 단일 반사광 성분을 이용하는 경우에, 다결정 실리콘 P의 에칭이 종료하는 시점은 종료 시점인 것으로 간주되고, 따라서 오버 에칭을 피할 수 없다. 일본 특허출원 공개 제10-64884호는 단일 반사광 성분을 사용하는 유사한 종료 검출 방법을 제안한다.
한편, 바람직한 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 서로 다른 파장의 두개의 적당한 반사광 성분이 폴리크로메이터(22)에 의해 선택된다. 간섭의 결과인, 반사광 성분의 파형 간의 위상차의 변화에 기초하여, 실제 에칭 종료 시점 직전의 적당한 에칭 종료 시점이 판정된다. 간섭의 결과인, 서로 다른 파장의 반사광 성분의 파형은 반사 세기에서 편차의 각 사이클을 갖는다. 에칭 단계가 빠를 수록, 파형 간의 위상차가 크다. 에칭의 끝에 가까울 수록 위상차가 제로에 가까워진다. 에칭의 끝에는, 각각의 반사광 성분에서의 어떠한 광 간섭도 존재하지 않고, 따라서 반사광 성분 각각은 일정한 반사 세기를 나타낸다.
그러나, 두 가지 종류의 반사광 성분을 사용하는 경우에, 이들은 그 파형이 서로 다른 사이클을 갖기 때문에 도 3 및 4에 도시한 바와 같이 에칭의 중간 단계에서 큰 위상차를 갖는 상당히 서로 다른 파형을 나타낸다. 그러나, 에칭의 공정이 최종 단계에 도달함에 따라, 파형 간의 위상차는 점차적으로 감소하고, 파형은 에칭의 끝에서 상호 대응하게 된다. 에칭의 중간 단계에서, 파형들은 상호 상당히 다르다. 따라서, 파형중의 한 파형이 에칭의 끝에서 갖는 값에 근접한 값을 갖게 되어도, 파형중의 다른 파형이 에칭의 끝에서 갖었던 값과는 상당히 다른 값을 갖기 때문에 이 단계에서는 에칭 종료 시점이 검출되지 않는다. 한편, 에칭의 공정이 최종 단계에 도달할 때, 위상차는 극히 작아지게 된다. 위상차가 작을 때에는, 에칭의 공정이 최종 단계에 도달하는 것으로 판정된다. 만일 개략 종료 시점으로서 파형 간의 위상차가 선정된 낮은 값(도 3과 4에서 P 및 P')에 도달하는 시점을 검출하기 위한 임계값 T가 개략 종료 검출부(23)에 설정되어 있다면, 개략 종료 검출부(23)는 에칭 동안 위상차를 순차적으로 계산하고, 계산된 위상차 t를 임계값 T와 비교하고, 계산된 값 t가 임계값 T보다 낮을 때 개략 종료 시점을 검출하고, 시간 주기 동안 이 상태를 계속한다. 따라서, 개략 종료 검출부(23)는 개략 종료 시점을 자동적으로 검출한다. 개략 종료 검출부(23)에 의한 개략 종료 시점의 검출은, 작은 양의 다결정 실리콘층 P을 남긴 채 다결정 실리콘층 P의 에칭의 종료를 인에이블시킨다. 극히 작은 양의 다결정 실리콘층 P이 남겨진 시점은 게이트 산화물 막 O을 더 에칭하는 오버 에층을 방지하기 위해 종료 시점으로서 설정된다. 바람직하게, 개략 종료 시점을 결정하기 위해 샘플 웨이퍼가 사용된다. 샘플 웨이퍼를 사용하여 설정된 개략 종료 시점의 임계값 T는 웨이퍼를 상업 제품으로서 에칭하는데 사용된다.
개략 종료 검출부(23)가 상술한 바와 같이 개략 종료 시점을 검출한 후에, 에칭 모드는 나머지 극히 작은 양의 다결정 실리콘층 P를 제거하기 위해 제어부(24)를 거쳐 저 선택비 모드에서 고 선택비 모드로 전환된다. 이때에 하부층으로서의 게이트 산화물 막 O이 사라질 때에도, 그것에 대해 에칭 레이트가 극히 낮고 극히 짧은 에칭 주기가 설정되어 있기 때문에 거의 손상되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서, 백색광이 웨이퍼 W의 다결정 실리콘 P에 인가되고, 다결정 실리콘 P의 최상부 표면으로부터 반사된 광 성분과, 예를 들어 400㎚와 500㎚이 파장을 갖는 다결정 실리콘층 P와 게이트 산화물 막 O의 경계로부터 반사된 광성분중 두개의 광성분이 검출되어, 반사광 성분의 파장 간의 위상차가 0에 도달하기 직전에 개략 에칭 종료 시점을 검출하게 된다. 따라서, 에칭 동안 그 두께가 감소한 다결정 실리콘층 P을 모니터하면서 검출된 개략 종료 시점에서 에칭 공정이 정지될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 개략 종료 시점을 검출한 후에 에칭 모드가 저 선택비 모드에서 고 선택비 모드로 전환될 수 있기 때문에, 에칭 공정후에 남겨진 극히 작은 양의 다결정 실리콘층 P가 완전히 제거될 수 있다. 이 때, 오버 에칭이 발생하여도, 게이트 산화물 막 O에 대한 에칭 레이트가 극히 낮기 때문에 게이트 산화물 막 O이 오버 에칭으로부터 보호된다.
도 5는 간섭광 성분 간의 세기 비율 또는 각각의 세기 비율을 미분값을 사용하여 예를 들어 450㎚(도면에서 일점 쇄선으로 표시됨) 및 500㎚(도면에서 실선으로 표시됨)의 파장을 갖는 두 종류의 간섭광 성분 간의 위상차를 검출하는 방법을 위한 데이터를 도시한다. 도시한 바와 같은 두개의 선들은 단지 참조로서 도시된 것이며, 따라서 본 발명의 개념에 직접 관련되어 있지 않다. 도 5의 파선은 에칭 시간 주기, 및 두 종류의 간섭광 성분 또는 반사 광 성분의 세기 비율 간의 관계를 가리킨다. 도 5의 이점 쇄선은 세기 비율의 미분값을 가리킨다. 세기 비율을 사용할 때에, 세기 비율이 일정한 값에 도달하는 시점이 개략 종료 시점으로서 설정된다. 한편, 미분값을 사용할 때에는, 미분값이 0에 근접하는 시점이 개략 종료 시점으로서 설정된다. 도 5에서, 원으로 둘러싸인 부분에 포함된 임의의 시점이 개략 종료 시점으로서 설정될 수 있다.
상술한 다결정 실리콘층 P을 에칭할 때, 레지스트층 R이 또한 에칭된다. 따라서, 종료 시점을 검출하기 위한 반사광이 레지스트층 R으로부터 반사된 광에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러나, 레지스트층 R을 에칭하는 레이트가 다결정 실리콘층 P을 에칭하는 레이트보다 낮기 때문에, 레지스트층 R으로부터 반사된 광의 세기는 다결정 실리콘층 P보다 낮은 주파수에서 변한다. 이에 비추어, 상술한 바와 같이 두 종류의 반사광 성분을 사용하여 개략 종료 시점을 검출할 때, 간섭의 결과로서 가까운 위상차 및 상대적으로 낮은 주파수(예를 들어, 다결정 실리콘층 P로부터 반사된 광의 간섭파의 절반의 주파수보다 낮음)를 갖는, 레지스트층 R으로부터 두 종류의 반사광 성분이, 레지스트층 R의 저주파수 드리프트 파의 영향을 소거하는데 사용된다. 만일 예를 들어, 폴리크로메이터(22)를 사용하여 417.42㎚ 및 479.92㎚의 파장을 갖는 반사광 성분의 간섭파가 스펙트로스코프 분석되면, 도 6에 도시한 파형이 얻어진다. 도면으로부터 명확한 바와 같이, 각각의 간섭광 성분은 레지스트층 R의 영향으로 인해 크게 롤(rolls)하며, 각각의 간섭광 성분의 세기의 편차를 그 롤에서 발견할 수 있다. 이 상태에서, 간섭광 성분 간의 위상차는 거의 검출되지 않는다. 따라서, 이 경우에, 간섭광 성분의 세기 비율 또는 세기 비율의 미분값이 계산되고, 이로 인해 도 7에 도시한 바와 같은 명확한 파형이 얻어진다. 도 7에 도시한 파형으로부터, 세기 비율 또는 세기 비율의 미분값에 관련된 개략 종료 시점이 상술한 경우에서와 같이 검출될 수 있다. 도 7에서, 원으로 둘러싸인 부분에 포함된 임의의 시점이 개략 종료 시점으로서 설정될 수 있다.
본 실시예에서, 백색광(서로 다른 파장의 두개 이상의 광 성분을 포함하는)이 웨이퍼 W의 다결정 실리콘층 P에 인가된다. 다음에, 예를 들어 400㎚와 500㎚이 파장을 가지며, 다결정 실리콘층 P의 표면, 및 층 P와 게이트 산화물 막 O의 경계로부터 반사된 광성분에 포함된) (간섭으로 인한) 두 종류의 반사광 성분의 파형이 검출된다. 그 후, 두 종류의 반사광 성분의 세기 비율이 일정한 값에 도달하거나 또는 세기 비율의 미분값이 0에 근접하는 시점이 개략 에칭 종료 시점으로서 판정된다. 이 구조는 제 1 실시예로부터 얻어진 것과 동일한 장점을 제공할 수 있다. 비록 상기 설명한 실시예 각각이 게이트 산화물 막 O 상에 제공된 다결정 실리콘층 P의 에칭에 관한 것이지만, 본 발명은 또한 다른 유형의 처리될 층 및 그 하부층에도 적용할 수 있다. 또한, 비록 상기 실시예가 서로 다른 파장의 복수의 광성분을 포함하는 백색광을 사용하고, 단일 광원을 사용하여 에칭 종료 시점을 검출하였지만, 본 발명의 에칭 검출 방법은 또한 서로 다른 파장의 복수의 광성분을 갖는, 백색 광 이외의 광을 방출하기 위한 단일 광원을 사용하는 경우에도 적용할 수 있거나 또는 각각의 파장을 출력하기 위한 복수의 광원을 사용하는 경우에도 적용할 수 있다. 종료 검출부와 처리될 대상물 간에 삽입된 광학 시스템은 대상물에 광을 수직으로 인가함으로써 구조를 단순화할 수 있다. 그러나, 광의 수직 인가는 필수적인 구성요소가 아니다. 본 발명에서, 만일 서로 다른 파장의 적어도 두 종류의 광성분이 처리될 층에 인가되어, 간섭의 결과인, 서로 다른 파장을 가지며 처리될 층의 표면 및 이 층과 그 하부층의 경계로부터 반사된 광성분에 포함된 파형을 검출한 다음에, 검출된 파형 간의 에칭을 정지하는데 사용되는 위상차에 기초하여 개략 에칭 종료 시점을 검출하면 충분하다. 본 발명에서 사용된 하부층은 막과 기판을 포함한다. 본 발명은 기판 상에 직접 형성된다면 처리될 층의 에칭에도 적용할 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 처리될 층의 하부층을 오버 에칭시키거나 손상시키지 않는 효과가 있다.
부수적인 장점 및 수정이 기술분야의 숙련자에게 용이하게 발생할 수 있다. 따라서, 광범위한 특징에서 본 발명은 특정 상세한 설명 및 도시되고 설명한 대표 실시예에 국한되어 있지 않다. 따라서, 첨부하는 청구범위와 그 등가물에 의해 한정된 바와 같이 총체적인 신규한 개념의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 일어날 수 있다.

Claims (9)

  1. 하부층에 형성된 처리될 층이 플라즈마를 사용하여 에칭되는 에칭 종료 시점(etching termination time point)을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 처리될 층에, 플라즈마 에칭 동안 서로 다른 파장의 적어도 두 종류의 광성분을 인가하여, 상기 처리될 층의 표면 및 상기 처리될 층과 상기 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하는 단계;
    반사광에 포함되며, 간섭의 결과인 서로 다른 파장의 적어도 두개의 반사광 성분의 파장을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 파형 간의 위상차에 기초하여 개략 에칭 종료 시점을 검출하는 단계
    를 포함하는 에칭 종료 시점을 검출하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차는 상기 검출된 파형 간의 세기 비율(intensity ratio)로부터 얻어지는 에칭 종료 시점을 검출하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차는 상기 검출된 파형 간의 세기 비율의 미분값으로부터 얻어지는 에칭 종료 시점을 검출하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개략 에칭 종료 시점이 검출된 후에, 에칭 모드가 저 선택비 모드(low selective ration mode)에서 고 선택비 모드로 전환되는 에칭 종료 시점을 검출하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부층은 게이트 산화물 막을 포함하고, 상기 처리될 층은 게이트 전극용 다결정 실리콘층을 포함하는 에칭 종료 시점을 검출하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    광이 상기 처리될 층에 수직으로 인가되는 에칭 종료 시점을 검출하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차에 기초하여 상기 개략 에칭 종료 시점을 검출하는 단계는, 상기 위상차가 0이 되기 직전의 시점을 개략 에칭 종료 시점으로서 판정하는 단계를 포함하는 에칭 종료 시점을 검출하는 방법.
  8. 에칭 종료 시점 검출 방법에 있어서,
    처리될 더미 층(dummy layer)에, 복수의 파장을 갖는 광을 인가하여, 상기 처리될 더미 층의 표면 및 상기 처리될 더미 층과 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하는 단계;
    상기 반사광에 포함되며, 간섭의 결과인 서로 다른 파장의 적어도 두개의 반사광 성분의 파장을 검출하는 단계;
    상기 검출된 파형 간의 위상차가 0이 되는 시점을 개략 에칭 종료 시점으로서 검출하는 단계;
    상기 개략 에칭 종료 시점을 검출하기 위한 임계값을 설정하는 단계;
    처리될 대상물에 포함된 처리될 층에 상기 복수의 파장을 갖는 상기 광을 인가하여, 상기 처리될 층의 표면, 및 상기 처리될 층 및 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하는 단계;
    상기 처리될 층으로부터, 상기 반사광에 포함되며, 간섭의 결과인 서로 다른 파장의 적어도 두개의 반사광 성분의 파장을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 파형 간의 위상차를 순차적으로 계산하고, 다음에 상기 계산 결과를 상기 임계값과 비교하며, 상기 처리될 대상물의 개략 에칭 종료 시점을 결정하는 단계
    를 포함하는 에칭 종료 시점 검출 방법.
  9. 에칭 종료 시점 검출 방법에 있어서,
    플라즈마를 사용하여, 하부층을 에칭하는 레이트에 대한 처리될 층을 에칭하는 레이트의 비율이 낮은 저 선택비 모드로, 하부층 상의 처리될 층을 에칭하는 단계;
    상기 처리될 층에 대해, 플라즈마 에칭 동안 서로 다른 파장의 적어도 두 종류의 광성분을 인가하여, 상기 처리될 층의 표면 및 상기 처리될 층과 상기 하부층 간의 경계로부터 광이 반사하게 하는 단계;
    상기 반사광에 포함되며, 간섭의 결과인 서로 다른 파장의 적어도 두개의 반사광 성분의 파장을 검출하는 단계;
    상기 검출된 파형 간의 위상차에 기초하여, 개략 에칭 종료 시점을 검출하는 단계; 및
    상기 개략 에칭 종료 시점의 검출시에, 상기 저 선택비 모드를 고 선택비 모드로 전환하여, 선정된 시간 주기 동안 상기 처리될 층의 나머지 부분을 에칭하는 단계
    를 포함하는 에칭 종료 시점 검출 방법.
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