KR20020041445A - 플라즈마 에칭처리를 종료하기 위한 간섭측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장치의 조립공정을 감시하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 체임버의 내부에 위치된 웨이퍼를 에칭하는 단계와, 웨이퍼의 표면으로부터 반사되고서 체임버의 산란시키는 내부면에서 산란된 일부 빛의 세기를 검출하는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마 에칭처리를 종료하기 위한 간섭측정방법{Interferometric method for endpointing plasma etch processes}
집적회로의 조립에서, 장치의 패턴을 한정하는 실리콘 웨이퍼에 형성된 여러 층 또는 박막 재료의 제거는 통상 에칭처리에 의해 성취된다. 사용중인 에칭기술로는 습식 또는 화학적 에칭과, 건식 또는 플라즈마 에칭 등이 있다. 후자의 기술에서는 전형적으로 에칭될 재료의 표면에 영향을 끼치는 처리가스로부터 생성되는 반응종에 의존하게 된다. 화학반응이 재료와 상기 반응종들 사이에서 일어나고, 그 후에 가스상인 반응생성물이 상기 표면으로부터 제거된다.
모든 에칭처리에서 중요한 고려점은 웨이퍼가 에칭되는 범위와, 소위 종료점이라고 불리우는 처리가 종료되는 시간의 결정을 제어하는 것이다. 에칭처리를 감시하고 종료점을 결정하는 일반적인 방법은 분광측정과 간섭측정을 포함한다. 종래기술로 알려진 간섭측정방법은 사윈(Sawin) 등의 미국 특허 제5,450,205호에 기술된 레이저 간섭측정 및 플라즈마 방사 간섭측정이 포함되는 바, 이 레이저 간섭측정방법은 레이저(10)에 의해 발생된 레이저빔(I)이 도 1에 도시된 바와 같이 광학윈도우(12)를 통해 플라즈마 체임버(16)내에서 에칭될 웨이퍼(14)의 영역으로 유도된다. 반사된 빔(R)의 세기는 검출기(18)에 의해 검출되고, 시간의 함수로 기록되는데, 이 검출기는 실리콘 포토다이오드나 분광계 또는 CCD카메라와 연결된 통과대역 필터(bandpass filter)일 수 있다.
에칭될 재료가 도 2에 도시된 층(A)과 같이 입사광에 비교적 투명하고, 층(B)과 같은 반사층 위에 놓일 때, 검출된 빛의 세기는 일련의 최대값과 최소값을 통과한다. 층(A)이 입사광에 투명하기 때문에, 이 입사광은 층(A)의 상부면으로부터 반사되고 재료를 통해 굴절된다. 층(B)의 반사층에서, 굴절된 빛은 층(A)을 통해 위로 반사되어, 층(A)을 나와 이 층(A)의 상부면에서 반사된 빛과 간섭한다. 층(A)이 에칭될 때 층(A)을 통한 광학적 경로는 길이가 감소되어 변화하는 간섭패턴을 초래하게 된다.
플라즈마 방사 간접측정도 웨이퍼의 표면으로부터 반사된 빛의 간섭을 분석하되, 광원으로서 에칭반응기의 플라즈마 광학적 방사를 이용한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 체임버(22)내에 형성된 플라즈마 방사(20)로부터 발생된 입사광(I')은 체임버(22)내에 위치된 웨이퍼(24)의 표면에서 반사된다. 웨이퍼(24)로부터의 반사광(R')이 광학 윈도우(26)를 통과하고 검출기(28)에 의해 검출된다.
방사에 투명한 절연재료로 형성된 상부(32)를 갖춘 플라즈마 체임버(30)가 도 4에 도시되어 있는 바, 융합된 실리카와 같이 절연재료가 투명한 경우에는, 상기 상부(32)가 광학 윈도우(33)로 작용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 광원(34)은 광학 윈도우(33)를 통해 웨이퍼(36)의 표면을 비추는 입사빔(I")을 제공한다. 반사광(R")은 광학 윈도우(33)를 통해 플라즈마 체임버(38)를 나오고, 검출기(39)에 의해 검출된다. 도시되지 않았지만, 플라즈마에 의해 발생된 광학적 방사는 광원(34)이 사용되지 않은 경우에 검출기(39)에 의해 검출될 수 있다.
도 1과 도 3 및 도 4에 도시된 종래기술에 따른 시스템이 갖는 공통적인 문제점은 플라즈마에 노출된 윈도우의 광학적 질을 유지하는 데에 어려움이 있다는 것으로, 플라즈마는 윈도우가 투명하지 않은 경우에 윈도우를 에칭하거나, 플라즈마가 윈도우에 재료를 퇴적시켜 투명함을 잃어버리게 한다. 도 4에 도시된 광학 윈도우(33)인 경우에, 이들 문제점은 상부(32)의 플라즈마(35)를 향하고 있는 바닥면(31)이 전형적으로 거칠어진다는 점에 의해 더욱 악화된다. 퇴적된 재료가 매끄러운 표면보다는 거칠어진 표면에 더욱 잘 점착되고, 에칭될 웨이퍼에 덜 벗겨져 떨어지게 된다. 바닥면(31)을 거칠게 함으로써, 광학 윈도우(33)는 투명하기 보다는 반투명으로 되고, 종래의 간섭측정 감시방법을 위한 광학 윈도우로는 아주 유용하지 못하다.
윈도우의 광학적 질을 유지하는 해결방법이 램 리서치 코포레이션에 양도되고 계류 중인 니(Ni) 등의 미국 특허출원 제09/282,519호에 기술되어 있는 바, 도 5를 참조로 하면 플라즈마 체임버(40)는 이를 통해 형성되고 오목하게 된 광학 윈도우(44)를 갖추고서 방사에 투명한 상부(42)를 구비한다. 처리가스는 예비체임버(46)와 연통하는 입구(45)를 통해 플라즈마 체임버(40)내로 흐르게 되는데, 이 예비체임버는 플라즈마 체임버(40)의 내부와 연통하게 된다. 이 처리가스의 흐름은 플라즈마(47)가 광학 윈도우(44)상의 재료를 에칭 또는 퇴적시키는 것을 방지한다. 그 후에, 광원(48)과 검출기(49)를 이용하여 종래와 같이 간섭측정이 이행된다.
상기 광학 윈도우(44)가 광학적으로 잘 작용하는 한편, 융합된 실리카의 절연윈도우의 비용을 증가시키는 단점이 있게 된다. 예비체임버(46)를 제공하도록 절연윈도우내에 구멍을 기계가공하는 비용과 더불어, 이 윈도우가 구멍을 가공함으로써 구조적으로 약하게 되는 문제점이 있다. 절연윈도우가 진공체임버의 일부로 작용하기 때문에, 구조적인 강도의 저하를 회복시키기 위해 보다 두껍게 제조되어야 한다. 이는 더욱 절연윈도우의 비용을 증가시키고, 플라즈마에 방사를 결합할 때 절연윈도우의 유효성을 감소시킨다. 게재된 오목한 윈도우의 해결방법의 추가적인 결점은 플라즈마 체임버의 상부중심이 모든 용도의 처리가스공급을 위한 최적의 위치가 아니라는 것이다.
그러므로, 광학 윈도우를 깨끗하게 유지하는 종래의 방법에 요구되는 추가적인 비용의 초래나, 처리의 변경, 또는 무리한 가스분사 없이, 에칭될 웨이퍼로부터 간섭신호를 검출할 수 있는 것이 필요하게 되었다.
본 발명은 전체적으로 플라즈마 에칭처리에 관한 것으로, 특히 플라즈마 에칭처리를 감시하는 간섭측정방법과 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 간섭측정장치의 개략도이고,
도 2는 빛이 간섭최대값과 간섭최소값을 산출하도록 반사되고 굴절되는 것을 나타낸 도면,
도 3은 종래기술에 따른 다른 간섭측정장치의 개략도,
도 4는 종래기술에 따른 또 다른 간섭측정장치의 개략도,
도 5는 종래기술에 따른 다른 간섭측정장치의 개략도,
도 6은 본 발명의 제 1실시예를 도시한 개략도,
도 7은 본 발명에 따라 검출된 간섭패턴을 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명의 제 2실시예를 도시한 개략도,
도 9는 본 발명의 제 3실시예를 도시한 개략도,
도 10은 본 발명의 제 4실시예를 도시한 개략도이다.
본 발명은 웨이퍼와 검출기 사이에 발산 또는 산란시키는 부재를 개입시킨 플라즈마 에칭처리를 감시하는 간섭측정방법과 장치를 제공한다. 상기 발산 또는산란시키는 부재는 체임버의 상부벽에 위치되고서 유지하기 어려운 투명한 광학 윈도우에 대한 필요성을 제거한다. 이는 투명한 윈도우를 대체하거나, 투명한 윈도우를 체임버의 상부벽에 있는 위치에서 체임버의 측벽에 있는 위치로 이동되게 할 수 있는데, 상기 윈도우는 고밀도 플라즈마에 의해 저하가 덜 될 수 있다.
특히, 본 발명은 융합된 실리카로 형성되고서, 플라즈마의 내부로 향하고 있는 바닥면과 상부면을 갖춘 상부벽을 구비한 플라즈마 체임버내에서 구현된다. 본 발명의 제 1실시예에서, 플라즈마 방사에 의해 발생된 빛은 웨이퍼로부터 반사되고, 상부벽의 바닥면에서 산란되며, 이 상부벽의 상부면을 통해 투과된다. 렌즈와 광섬유 및 검출기를 구비하는 검출장치는 웨이퍼로부터 상부벽의 맞은편에 있는 빛을 검출한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 광원은 웨이퍼를 비추도록 구비되는 바, 이 광원으로부터의 빛은 상부벽의 상부면을 통과하여 상부벽의 바닥면에서 발산된다. 광원으로부터 발산된 빛은 웨이퍼를 비추고 이 웨이퍼로부터 반사된다. 웨이퍼로부터 반사된 빛은 상부벽의 바닥면을 비추고, 이 표면에 의해 산란되며, 상부벽의 상부면을 통해 투과된다. 렌즈와 광섬유 및 검출기를 구비하는 검출장치는 웨이퍼로부터 상부벽의 맞은편에 있는 빛을 검출한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 스크린이 플라즈마 체임버의 내부에 배치되고, 플라즈마 방사로 생긴 빛은 웨이퍼로부터 반사되어 스크린에서 산란되며 검출장치에 의해 관찰윈도우를 통해 검출된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 스크린은 플라즈마 체임버의 내부에 배치되고,광원은 윈도우를 통해 웨이퍼를 비추며, 이 웨이퍼로부터 반사된 빛은 스크린에 의해 산란되고, 관찰윈도우를 통해 검출된다.
본 발명의 전술한 장점 및 다른 장점은 여러 도면을 참조로 하여 본 발명의 다음 설명을 이해할 때 당해분야의 숙련자들에게 명확히 될 것이다.
본 발명은 첨부도면을 참조로 하는 다음의 상세한 설명에 의해 쉽게 이해될 것인데, 첨부도면에서 유사한 참조번호는 유사한 부재를 표시한다.
본 발명의 제 1실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 플라즈마 체임버(50)는 융합된 실리카로 형성된 상부벽(52)을 구비한다. 이 상부벽(52)은 상부면(53)과 플라즈마 체임버(50)의 내부로 향하고 있는 거친 표면(54)을 구비한다. 이 거친 표면(54)은 거친 표면(54)상에 퇴적된 재료가 웨이퍼(55)로 벗겨져 떨어지는 것을 방지하도록 구비된다. 전체적으로 60으로 표시된 검출장치는 플라즈마 체임버(50)의 외부에 배치되고 렌즈(62)와 검출기(64)를 구비한다. 플라즈마 방사에 의해 발생된 빛은 웨이퍼(55)로부터 반사되고, 상부벽(52)의 거친 표면(54)에서 산란되며, 상부벽(52)의 상부면(53)을 통해 투과된다. 그 후에, 투과된 빛은 검출장치(60)에 의해 검출된다. 이러한 방식으로, 도 7에 도시된 것과 같은 간섭패턴이 에칭처리를 감시하기 위해 사용하는 동안 검출될 수 있다.
플라즈마 에칭처리 동안, 거친 표면(54)은 방사유도코일(도시되지 않음)의 설치로 인한 재료의 퇴적과 국부적인 에칭을 받게 된다. 상기 검출장치(60)는 바람직하기로 검출된 빛이 에칭될 거친 표면(54)의 위치를 통해 투과되도록 적소에 위치된다. 이 형태에서, 검출된 빛은 불투명하게 될 수 있는 재료의 퇴적물을 통과하지 않아도 된다. 거친 표면에서의 플라즈마 에칭의 효과는 전형적으로 이 표면을 더욱 거칠게 한다. 추가적인 거칠어짐은 상기 표면의 광학적인 발산성질을 현저하게 바꾸지 않는다.
본 발명의 제 2실시예가 도 8에 도시되어 있는 바, 플라즈마 체임버(70)는 융합된 실리카로 형성된 상부벽(72)을 구비한다. 이 상부벽(72)은 상부면(73)과 플라즈마 체임버(70)의 내부로 향하고 있는 거친 표면(74)을 구비한다. 이 거친 표면(74)은 거친 표면(74)상에 퇴적된 재료가 웨이퍼(75)로 벗겨져 떨어지는 것을 방지하도록 구비된다. 전체적으로 80으로 표시된 검출장치는 플라즈마 체임버(70)의 외부에 배치되고 렌즈(82)와 검출기(84)를 구비한다. 광원(76)에 의해 제공된 입사광은 상부벽(72)에 의해 산란되어 웨이퍼(55)로부터 반사되고, 상부벽(72)의 거친 표면(74)에서 산란되며, 상부벽(72)의 상부면(73)을 통해 투과된다. 그 후에, 투과된 빛은 검출장치(80)에 의해 검출된다. 이러한 방식으로, 간섭유형이 에칭처리를 감시하기 위해 사용하는 동안 검출될 수 있다.
본 발명의 제 3실시예가 도 9에 도시되어 있는 바, 바람직하기로 세라믹 스크린인 산란스크린(90)이 플라즈마 체임버(92)내에 배치된다. 광원(94)에 의해 제공된 입사광은 웨이퍼(95)로부터 반사되고, 스크린(90)으로부터 산란 및 반사되며, 관찰윈도우(96)를 통해 전체적으로 100으로 표시된 검출장치에 의해 검출된다. 이러한 방식으로, 간섭유형이 에칭처리를 감시하기 위해 사용하는 동안 검출될 수 있다.
본 발명의 제 4실시예가 도 10에 도시되어 있는 바, 바람직하기로 세라믹 스크린인 산란스크린(110)이 플라즈마 체임버(112)내에 배치된다. 플라즈마 방사에 의해 발생된 빛은 웨이퍼(115)로부터 반사되고, 스크린(110)으로부터 산란 및 반사되며, 관찰윈도우(116)를 통해 전체적으로 120으로 표시된 검출장치에 의해 검출된다. 상기 관찰윈도우(116)는 바람직하기로 체임버의 상부벽 근처의 아주 높은 밀도의 플라즈마 영역으로부터 떨어져 있는 체임버의 측벽에 위치된다. 이 위치에서,상기 윈도우의 플라즈마 에칭은 크게 감소되고, 윈도우상의 재료의 퇴적이 윈도우를 가열하는 것과 같은 일반적인 방법들에 의해 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 간섭유형이 에칭처리를 감시하기 위해 사용하는 동안 검출될 수 있다.
여기에 본 발명에 따른 단지 몇가지의 실시예가 상세히 기술되었지만, 본 발명은 그 정신과 범주로부터 벗어남 없이 다른 많은 특정한 형상으로 실시될 수 있으며, 특히 상기 검출장치가 렌즈와 검출기를 구비하는 것으로 기술되었지만, 임의의 광학적인 검출장치가 본 발명의 범주내에서 사용될 수 있다. 따라서, 이들 실시예는 제한하지 않고 도해하기 위한 것으로 간주될 것이며, 본 발명은 여기에 주어진 상세한 설명에 한정되지 않고 청구범위의 범주내에서 변형될 수 있다.

Claims (18)

  1. 체임버의 내부에 위치된 웨이퍼를 에칭하는 단계와;
    웨이퍼의 표면으로부터 반사되고서 체임버의 산란시키는 내부면에서 산란된 일부 빛의 세기를 검출하는 단계;를 포함하는 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면을 통해 투과되고 산란된 빛의 세기를 검출하는 단계를 추가로 포함하는 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면이 거친 표면의 융합된 실리카 윈도우인, 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면으로부터 반사되고 산란된 빛의 세기를 검출하는 단계를 추가로 포함하는 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면이 체임버의 내부에 위치된 스크린인, 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼를 비추는 단계를 추가로 포함하는 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  7. 체임버의 내부에 위치된 웨이퍼상에 층을 퇴적시키는 단계와;
    웨이퍼의 표면으로부터 반사되고서 체임버의 산란시키는 내부면에서 산란된 일부 빛의 세기를 검출하는 단계;를 포함하는 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면을 통해 투과되고 산란된 빛의 세기를 검출하는 단계를 추가로 포함하는 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면이 거친 표면의 융합된 실리카 윈도우인, 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면으로부터 반사되고 산란된 빛의 세기를 검출하는 단계를 추가로 포함하는 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면이 체임버의 내부에 위치된 스크린인, 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 웨이퍼를 비추는 단계를 추가로 포함하는 장치의 조립공정을 감시하는 방법.
  13. 산란시키는 내부면을 갖춘 체임버와;
    웨이퍼의 표면으로부터 반사되고서 체임버의 산란시키는 내부면에서 산란된 일부 빛의 세기를 검출하도록 작동될 수 있는 검출장치;를 구비하는 웨이퍼의 조립공정을 감시하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 검출장치가 산란시키는 내부면을 통해 투과되고 산란된 빛의 세기를 검출하도록 작동될 수 있는 웨이퍼의 조립공정을 감시하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면이 거친 표면의 융합된 실리카 윈도우인, 웨이퍼의 조립공정을 감시하는 장치.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 검출장치가 산란시키는 내부면으로부터 반사된 산란된 빛의 세기를 검출하도록 작동될 수 있는 웨이퍼의 조립공정을 감시하는 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 산란시키는 내부면이 체임버의 내부에 위치된 스크린인, 웨이퍼의 조립공정을 감시하는 장치.
  18. 제 13항에 있어서, 상기 웨이퍼의 표면을 비추도록 작동될 수 있는 조사(照射)장치를 추가로 구비하는 웨이퍼의 조립공정을 감시하는 장치.
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