KR200248558Y1 - 플라즈마식각장비에발생되는이온분포측정장비 - Google Patents

Abstract

본 고안은 플라즈마 식각 장비에서 발생되는 이온이 웨이퍼 상부면에 공간적으로 균일한 밀도를 가지고 도달되는지 여부를 측정하는 장비로서, 플라즈마 이온 발생부에서 발생된 이온을 검출부의 표면으로 편향시키는 이온 집속 렌즈와, 도달되는 이온이 이차 전자로 변환되어 증폭되고, 증폭된 전자가 발광물질로 코팅된 막을 투과하면서 빛을 발생시키는 멀티 채널 검출기와, 상기 검출기의 각 위치 별로 빛의 세기를 측정하는 CCB(Charge Coupled Device) 카메라와, 상기 CCD 카메라에서 측정된 데이타를 공간적 밀도 분포로 도시하는 장치로 이루어진다.

Description

플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온 분포 측정 장비

본 고안은 반도체 제조 시 식각 공정에 이용되는 플라즈마 식각장치에서 발생되는 이온이 웨이퍼에 도달하는 공간 분포를 측정하는 장비에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서 식각 공정은 용액을 사용하는 습식 식각방법과 가스플라즈마를 사용하는 건식식각방법이 있다. 습식 식각방법은 주로 웨이퍼의 세정에 한해 H₂O₂/NH₄OH/H₂O 또는 H₂O₂/HCl/H₂O등이 적용되고, 전자는 유기물을 후자는 중금속을 제거하는데 이용된다. 일반적으로 고집적 반도체 소자에서는 웨이퍼 세정 후 리소그래피방법으로 형성된 레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하는 건식식각방법이 사용된다.

건식식각방법은 바렐형, 케미칼 드라이 에칭형, 평행 평탄형 등이 있다. 예를들어 바렐형은 석영간 내에 CF₄등의 가스를 0.1 Torr 정도로 넣고 외부에서 13.56MHz의 고주파 전력을 가한다. 고주파 전계로 가속된 전자는 분자와 여러 번 탄성충돌을 거쳐 고에너지를 얻고 다음에 전자와 비탄성 충돌하여 전리 여기하여 플라즈마를 발생한다. CF₄의 경우 CF₃ ⁺나 F를 발생하고 이준에 Si를 넣으면 SiF₄로 되어 기화하면서 에칭이 된다. 이러한 방법을 플라즈마 에칭이라고 한다.

반도체소자의 고집적화에 따라 패턴 폭의 충실한 수직가공이 요구되어 반응성 이온 식각(reactive ion etch, RIE)이 출현했다. 반응성 이온 식각은 평행 평판형 전극의 한쪽에 고주파를 인가하고(음극) 다른 전극은 접지하여(양극) 그사이에 발생하는 플라즈마를 이용한다. 방전 개시 후 전자가 재빠르게 양전극에 도달하여 음전위로 바이어스한다. 그러나 플라즈마가 접하는 면적은 양극이 음극보다 넓고 양전극에 같은 전류가 흐르는데는 면적이 좁은 음극에 걸리는 전압(Vdc)이 양극보다 높아야 하고 플라즈마에서 인출된 정이온은 Vdc로 가속되어 웨이퍼를 둔 양극을 충격시켜 웨이퍼의 표면을 식각하게 된다. 이때 임의의 반응성 가스를 사용하는 경우 웨이퍼에 적층된 층들간의 선택성을 이용하여 예정된 층을 식각하게 된다.

상기와 같은 플라즈마 식각 장비에서 발생되는 이온이 웨이퍼 상부에 공간적으로 균일하게 도달되지 않을 경우 식각 속도 및 식각 모양에 막대한 지장을 초래하게 된다.

그러나, 종래에는 플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온이 웨이퍼에 균일한 밀도를 가지고 도달되는지 여부를 측정할 수 있는 장비가 별도로 제작되어 있지 않음으로써 식각 균일도를 향상시키는데 장애 요인으로 작용하였다.

본 고안은 플라즈마 식각 장비에서 발생되는 이온이 웨이퍼 상부면에 공간적으로 균일한 밀도를 가지고 도달되는지 여부를 측정하는 장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 본 고안에 의해 플라즈마 식각장비에 발생되는 이온 분포를 측정할 수 있도록 제작된 개략도.

제2도는 제1도에 도시된 검출기와 카메라를 확대 도시한 도면.

제3도는 본 고안에 의한 장비를 이용하여 플라즈마 식각장비에서 발생되는 이온 분포를 측정하여 공간적 이온 분포를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 플라즈마 발생 부위 2 : 식각 용기

3 : 이온 5 : 집속 렌즈

6 : 검출기 7 : CCD 카메라

8 : 컴퓨터

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 플라즈마 이온 발생부에서 발생된 이온의 이동 방향이 검출부의 표면으로 편향시키는 이온 집속 렌즈와, 각 위치별로 도달되는 이온이 이차 전자로 생성되고 각 위치별로 증폭되어 저부에 코팅된 발광물질을 통과할 때 빛을 발생시키는 멀티 채널 검출기(multl channel detector)와, 상기 검출기의 각 위치 별로 빛의 세기를 전기적 신호로 전환하는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라와, 상기 CCD 카메라에서 발생된 전기적 신호를 공간적 밀도 분포로 도시하는 장치로 이루어지는 플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온 분포 측정 장비이다.

본 고안은 플라즈마에 의해 발생된 이온이 이동되는 경로에 이온 집속 렌즈를 구비하고, 집속 렌즈에 의해 편향되는 이온을 멀티 채널 플레이트(Multichannel Plate) 검출기에서 각각의 위치별로 도달되는 이온의 양에 따라 빛의 세기를 다르게 발생시켜 이 빛을 CCD 카메라로 전기적인 신호로 전환시켜 컴퓨터에서 각 위치별로 이온의 분포 곡선을 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

제1도는 플라즈마 식각 장비 용기내의 상부에 플라즈마 발생부에서 생성된 이온들이 웨이퍼 스테이지가 구비되는 위치로 이동되어 식각 공정이 일어나는데 본 고안은 웨이퍼 스테이지가 구비되는 위치에 본 고안에 의해 구비되는 장비를 개략적으로 도시한 도면으로서, 플라즈마 식각 장비의 용기(2)내의 상부에 플라즈마 발생부(1)에서 생성된 양 이온(3)들을 이온(3)이 가지고 있는 에너지에 따라 필터링할 수 있도록 망사 형태의 그리드(9)를 통과하고, 상기 그리드(9)를 통과한 이온(3)을 일정한 영역으로 집속하기 위해 원통형으로 구비된 집속 렌즈(5)를 거쳐 멀티채널 플레이트 검출기(6)의 상부면으로 상기 이온(3)이 전달되게 하고, 상기 검출기(6)에 부딪히는 이온은 이차 전자가 생성되고, 각 위치(채널) 별로 상기 이차전자가 이동하면서 증폭되고 상기 검출기(6)의 저부면에 코팅된 발광제에 의하여 빛으로 변하게 된다. 상기 검출기(6)에서 발생되는 빛의 세기를 CCD 카메라(7)에 의하여 전기적인 데이타로 변환시키고, 상기 전기적인 신호들을 컴퓨터(8)에 전송되어 이온의 분포곡선이 제3도와 같이 표시된다.

참고로, 상기 그리드(9)에 선택적으로 예를 들어 낮은 에너지는 차단하고 높은 에너지를 갖는 이온을 통과시키기 위하여 수 내지 수 십 V의 DC 전압을 인가하며, 상기 집속 렌즈에도 수 내지 수 십 V의 DC 전압을 인가하여 원하는 영역으로 이온이 집중되도록 한다.

제2도는 상기 멀티채널 플레이트 검출기(6)와 그 하부에 있는 CCD카메라(7)를 도시한 것으로, 상기 검출기(6)의 상부면에 망사 형태의 채널이 각각 구비되고, 각각의 채널 위치로 주입된 이온은 이차 전자로 변화하면서 증폭된다. 증폭된 이차전자에 의해 검출기(6) 하부 면에 도포된 발광 물질에서 각각의 위치에 따라 빛이 발생된다.

참고로, 상기 플라즈마 발생 부에 발생된 이온이 각각의 위치에 도달되는 양에 따라 빛의 세기가 달라지게 된다.

그리고, 상기 빛을 CCD 카메라(7)에서 측정하여 전기적인 신호로 변화시키게 된다.

본 고안은 플라즈마 식각 장비에서 발생되는 플라즈마 이온이 균일한 분포를 갖는 지를 측정하기 위하여 일정 시간 동안 검사하게 된다.

제3도는 본 고안에 의해 공간적 이온 분포를 도면으로 도시한 것으로 좌측부에 이온의 분포가 균일하지 않음을 예를 들어 도시하고 있다.

이와 같이 식각 이온의 분포가 균일하지 않을 경우 웨이퍼 상부의 피식각층을 식각하는 경우에 균일한 패턴 사이즈를 얻을 수가 없는 것은 자명하다. 따라서, 작업자는 식각 공정을 진행하기 앞서 플라즈마 식각 장비에서 플라즈마 이온의 분포가 균일하게 되도록 장비를 조정한 후 공정을 진행하여야 한다.

상기한 본 고안은 식각장비의 식각 속도 균일도를 파악하기 위한 필수적인 장비로서 식각 균일도를 향상시키는데 이용되며 식각균일도를 향상시킴으로써 소자수율을 증대시켜 원가절감에 기여 할 수 있다.

Claims (6)

1. 플라즈마 이온 발생부에서 발생된 이온을 검출부의 표면으로 편향시키는 이온 집속 렌즈와, 상기 이온 접속 렌즈를 통하여 도달되는 이온을 이차전자로 변화시키는 동시에 증폭시키고, 증폭된 전자에 의하여 저부면에 발광물질로 코팅된 막에서 빛을 발생시키는 멀티 채널 검출기와, 상기 검출기의 각 위치 별로 빛의 세기를 측정하여 전기적인 신호로 전환시키는 장치와, 상기 전기적인 신호를 공간적 밀도 분포로 도시하는 장치로 이루어지는 플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온 분포 측정 장비.
2. 제1항에 있어서, 상기 멀티 채널 검출기는 상기 플라즈마 식각 장비의 웨이퍼 스테이지 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온 분포 측정 장비.
3. 제1항에 있어서, 상기 집속 렌즈의 상부에 이온 필터 기능을 갖는 그리드가 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온 분포 측정 장비.
4. 제3항에 있어서, 상기 그리드에 직류전압을 인가하여 이온의 에너지에 따라 필터링되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온 분포 측정 장비.
5. 제1항에 있어서, 상기 집속렌즈에 양전위를 띠게 하여 이온이 하부방향으로 이동하면서 상기 검출기의 표면으로 편향되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온 분포 측정 장비.
6. 제1항에 있어서, 상기 전기적인 신호로 전환시키는 장치는 CCD(charge coupled devicd) 카메라인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장비에 발생되는 이온 분포 측정 장비.