KR20030072031A

KR20030072031A - 반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20030072031A
Application number: KR1020020011559A
Authority: KR
Inventors: 최동헌
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-13

Abstract

본 발명은 반도체 애싱설비에서 메탈라인의 식각공정 진행 후 발생한 폴리머 및 포토레지스터를 스트립할 시 EPD 그래프에 의해 설정된 시간내에 엔드포인트를 검출하지 못할 시 인터록신호를 발생하여 애싱설비의 스트립 불량을 감지하는 기술이다.

본 발명의 반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치는, 애싱공정 시 플라즈마를 형성시키는 스트립쳄버와, 상기 스트립쳄버에 연결되어 플라즈마의 파장을 전송하기 위한 EPD케이블과, 상기 EPD케이블을 통해 전송되어오는 플라즈마의 파장을 읽어들여 정확한 스트립시간을 계산하여 설정된 시간 내에 EPD가 검출되지 않을 시 인터록신호를 발생하기 위한 EPD 콘트롤러로 구성한다.

Description

반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치 및 그 방법{EQUIPMENT AND METHOD FOR SENSING STRIP ERROR OF SEMICONDUCTOR ASHING DEVICE THEREFOR}

본 발명은 반도체 애싱설비의 스트립 불량 감지장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 애싱설비에서 메탈라인의 식각공정 진행 후 발생한 폴리머 및 포토레지스터를 스트립할 시 EPD 그래프에 의해 에 의해 설정된 시간내에 엔드포인트를 검출하지 못할 시 인터록신호를 발생하여 애싱설비의 스트립 불량을 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 반도제기판 제조 공정에서, 반도체, 유전체, 및 도체 물질, 예를 들어 폴리실리콘,이산화 실리콘, 및 알루미늄층은 기판상에 증착되고 게이트, 비아, 콘택홀 또는 상호배선 라인의 패턴을 형성하도록 에칭된다. 층들은 전형적으로 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착, 또는 산화 및 질화 공정에 의해 형성된다. 예를 들어, CVD 공정에서, 반응성 가스는 기판상에서 물질층을 증착시키기 위해 분해되며 PVD 공정에서는 기판상에 물질을 증착시키기 위해 타겟이 스퍼터링된다. 산화 및질화 공정에서, 산화층 또는 질화층은, 전형적으로 이산화 실리콘층 또는 질화 실리콘층이 기판상에 형성된다. 에칭 공정에서, 포토레지스트의 패턴화된 마스크층 또는 하드 마스크가 포토리소그라픽 방법에 의해 기판상에 형성되어, 기판의노출부가 Cl2, HBr 또는 BCl3와 같은 활성화된 가스에 의해 에칭된다.

이러한 공정에서는, 예정된 스테이지에서 기판의 처리과정을 중단시키는 것이 요구된다. 예를 들어, 종래의 에칭 공정에서 기판의 얇은 층만을 에칭한 후에 에칭 공정을 중단시키기는 어렵다. 그 예로서, 게이트 구조의 에칭에 있어, 가능한 예정되고 허용가능한 값에 가깝게 하부 게이트 산화층의 나머지 두께를 에칭한 후에칭 공정이 하부의 어떠한 폴리실리콘또는 실리콘도 손상시키지 않도록하는 것이 바람직하다. 게이트 산화층은 고속 집적 회로의 제조시에 얇아지고 두꺼워져 하부 게이트 산화층으로의 오버에칭없이 상부 폴리실리콘층을 정확히 에칭하기가 어렵다. 또 다른 예로서는, 증착, 산화 및 질화 공정에서 제어되고 예정된 두께를 갖는 층을 형성하고, 원하는 두께의 층이 얻어지면 공정을 정확히 중단시키는것이 바람직하다.

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

따라서, 반도체 제조 시 플라즈마 에칭에서는 일정 시간동안 공정을 진행시키는 방법 외에 공정의 특정 시점을 찾아 에칭 조건을 바꾸는 방법을 많이 사용하고 있다. 즉, 특정 시점 전에는 에칭속도를 빠르게 할 수 있는 조건을 선택하여 공정을 진행시키고, 특정 시점 후에는 에칭속도는 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 역할을한다. EPD 방법에는 여러 가지가 있으나, 공정챔버에서 플라즈마에서 발생하는 에미션을 모노크로메터를 사용하여 측정하고, 특정 물질에 고유한 파장이 가능하면 피크(Peak) 형태로 검출되는지를 알아보는 방법이 많이 사용된다. 엔드포인트 검출(END POINT DETECTION) 방법은 에칭, 증착, 산화 또는 질화 공정의 엔드포인트를 측정하는데 사용된다. 엔드포인트 측정 방법은 예를 들어, 본 발명의 명세서에서 참조로 하는 미국 특허 4,328,068호에 지시된 것처럼 챔버에 형성된 플라즈마의 방출스펙트럼을 에칭되는 층의 조성물 변화에 상응하는 화학적 조성물의 변화를 결정하여 분석하는 플라즈마 방출 분석법을 포함한다. 또 다른 예로서, 본 명세서에서 참조로 하는 또 다른 예로서 미국 특허 5,362,256호에서는 선택된 파장에서 플라즈마 방출 세기를 모니터링하고 나머지 막 두께, 에칭비, 에칭 균일성 및 에칭 엔드포인트와 플라즈마 방출 세기에서의 변화량과 관련하여 에칭 또는 증착과정을 모니터링하는 방법을 개시한다. 전체 층의 처리 공정이 완성되기 전에 공정 엔드포인트를 측정하는데 유용한 또 다른 엔드포인트 검출 시스템으로 타원편광반사측정법(ellipsometry)을 이용한다. 이 방법에서는, 편광 빔이 에칭되는 층의 표면에서 반사되어 층이 에칭됨에 따라 발생하는 반사된 광의 크기에서의 위상 이동 및 변화를 측정하여 분석되며, 이는 본 명세서에서 모두 참조로하는 미국특허 3,974,797 및 3,824,017호에 개시되어 있다. 편광 필터가 기판의 표면에서 반사되는 편광 빔의 위상 변화를 측정하는데 사용된다.

또 다른 엔드포인트 검출 방법으로 간섭측정법이 있다. 예시적 방법은 본 명세서에서 참조로하고 있는 Maydan 등의 미국특허 4,618,262호에 개시되어 있는 것으로, 레이저 빔이 기판상에서 처리되는 층으로 향하는 레이저 간섭계가 개시되어있다. 레이저 및 관련된 모니터링 시스템은 처리되는 층에 따라 측정된 반사율 곡선을 제공한다. 예비 선택된 에칭 깊이가 반사율 신호의 최대 또는 최소의 수를 계산함으로써 또는 신호의 중단(cessation)에 기초하여 에칭 공정의 마지막을 인식함으로써 도달하는지를 컴퓨터가 계산한다.

이러한 에칭공정에서는 공정의 진행에 의해서 포토레지스트 패턴의 탄소(C)성분과 반응가스가 화학반응함에 따라 폴리머(Polymer) 등의 불순물이 웨이퍼 상에 형성된다. 이에 따라, 상기 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 패턴 및 폴리머 등의 불순물을 제거하는 애싱(Ashing)공정을 진행하고 있다. 애싱쳄버는 내부 상부에 설치된 개스분배판(GAS DISTRIBUTION PLATE)와, 플라즈마 튜브와, 척과, 히팅램프로 구성되어 있으며, 알에프 플라즈마를 형성시켜 포토레지스트를 제거하기 위한 애싱공정을 진행한다.

그런데 에싱공정 시 설비의 노화 및 라이프 타임이 경과되어 포토레지스타가 완전히 제거되지 않을 시 불량이 발생될뿐만 아니라 다른 장비에 악영향을 미치게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 반도체 제조용 애싱비에서 포토레지스트를 제거할 시 애싱되고 있는 공정의 엔드포인트를 검출하여 오버스트립을 방지하는 반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치 및 그 방법을제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 애싱설비에서 포토레지스트를 제거할 시 엔드포인트 검출에 의해 엔드포인트가 설정된 시간이상 검출되지 않을 시 인터록을 발생하여 공정을 중단하는 반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 반도체 애싱설비의 플라즈마의 파장을 감지하기 위한 장치의 구성도

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 파장에 대응하는 전압 파형도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 스트립쳄버 12: 뷰포트 석영

14: EPD케이블 16: EPD 콘트롤러

18: 척 20: 웨이퍼

22: 기판 24: 포토레지스트

26: 할로겐램프 28: 석영윈도우

30: 광케이블접속단 32: 모노크로미터

34: EPD보드

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치는, 애싱공정 시 플라즈마를 형성시키는 스트립쳄버와, 상기 스트립쳄버에 연결되어 플라즈마의 파장을 전송하기 위한 EPD케이블과, 상기 EPD케이블을 통해 전송되어오는 플라즈마의 파장을 읽어들여 정확한 스트립시간을 계산하여 설정된 시간 내에 EPD가 검출되지 않을 시 인터록신호를 발생하기 위한 EPD 콘트롤러로 구성함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 애싱설비의 플라즈마의 파장을 감지하기 위한 장치의 구성도이다.

애싱공정 시 플라즈마를 형성시키는 스트립쳄버(10)와, 상기 스트립쳄버(10)로부터 형성된 플라즈마의 파장을 투과시키는 뷰포트 석영(VIEW PORT QUARTZ)(12)과, 상기 뷰포트 석영(12)에 연결되어 플라즈마의 파장을 전송하기 위한 EPD케이블(14)과, 상기 EPD케이블(14)을 통해 전송되어오는 플라즈마의 파장을 읽어들여 정확한 스트립시간을 계산하여 설정된 시간내에 EPD가 검출되지 않을 시 인터록신호(Interlock)를 발생하기 위한 EPD 콘트롤러(16)로 구성되어 있다. EPD콘트롤러(16)는 플라즈마 파장에 따른 전압을 분석하여 공정 엔드포인트를 정확하게 결정하기 위해 이하 설명되는 것처럼 공정 파라미터를 모니터링한다. 엔드포인트를 검출을 수행하는 하드웨어는 미합중국 캘리포니아 산타클라라의Applied Materials, Inc.로부터 시판된다. 광섬유 케이블(101)은 부품 번호 0190-09134로서 시판되며, EPD콘트롤러(16)는 부품 번호 0240-32585가 시판된다.

상기 스트립쳄버(10)는 척(18)과, 상기 척(18)에 올려진 웨이퍼(20)와, 상기 웨이퍼 상에 형성된 기판(22)과, 상기 기판(22) 상에 도포된 포토레지스트(24)와, 상기 척(18)의 하부에 설치되어 투명창을 갖는 석영윈도우(28)와, 상기 석영윈도우(28)의 하부에 설치된 할로겐램프(26)가 설치되어 있다.

상기 EPD 콘트롤러(16)는 EPD케이블(14)을 접속하기 위한 광케이블접속단(30)과, 상기 광케이블 접속단(30)을 통해 전달된 플라즈마 파장을 필터링하여 빛의 세기를 전압의 크기로 변환하는 모노크로 미터(32)와, 상기 모노크로미터(32)로부터 변환된 전압을 입력받아 설정된 시간내에 엔드포인트가 검출되지 않을 시 인터록신호를 생성하여 출력하는 EPD보드(34)로 구성되어 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 파장에 대응하는 전압 파형도이다.

상술한 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

스트립쳄버(10)는 애싱공정 시 개스(H2O+O2+N2)와 마이크파 파워가 공급되면 플라즈마를 형성시켜 막이 증착된 포토레지스트 및 폴리머웨이퍼를 식각한다. 스트립쳄버(10)내에 개스(H2O+O2+N2)와 마이크파 파워가 공급되면 다음가 같은 반응이 일어난다.

*O + n-CH ⇒ CO, CO2, H2O(STRIP REACTION)

*CHa⇒ CH + LIGHT(CHEMIC-LUMEN-ESSENCE)

*OHa⇒ CH + LIGHT(CHEMIC-LUMEN-ESSENCE)

*N + O *CHa ⇒ NOa⇒ NO + LIGHT(CHEMIC-LUMEN-ESSENCE)

*CHa의 파장은 430nm이고 OHa의 파장은 308nm이다.

이때 뷰포트 석영(12)은 상기 스트립쳄버(10)로부터 형성된 플라즈마의 파장를 감지할 수 있도록 투과시킨다. EPD케이블(14)은 상기 뷰포트 석영(12)로부터 투과된 플라즈마의 파장을 EPD 콘트롤러(16)로 전송한다. EPD 콘트롤러(16)는 상기 EPD케이블(14)을 통해 전송되어오는 플라즈마의 파장을 읽어들여 정확한 식각시간을 계산한다. EPD콘트롤러(16)의 광케이블 접속단(30)은 EPD케이블(14)을 통해 전달되는 빛을 받아 모노크로미터(32)로 인가한다. 모노크로미터(32)는 스트립쳄버(10)내 CHa또는 OHa의 파장을 부분적으로 필터링작업을 수행하고 빛의 세기를 전류전압의 크기로 변환하여 출력한다. 이때 정상적인 엔드포인가 검출되는경우 도 2와 같은 파형을 출력한다. 따라서 EPD모드(34)에서는 이 전압 파형을 입력받아 설정된 시간내에 EPD가 검출되는지 검사하고 만약 설정된 시간 내에 도 2와 같은 EPD가 검출되지 않을 경우 인터록(INTEROCK)신호를 발생하여 도시하지 않은 메인콘트롤러로 전송하여 공정동작을 정지시킨다. 도 2에서 스트립쳄버(10) 내에 있는 포토레지스트(24)가 제거되는 동안 5V의 전압이 출력되고 있으나 포토레지스트가 거의 제거되면서 전압이 3V로 떨어지고 다시 전압이 0.5V로 떨어지면 포토레지스트가 완전히 제거된 것으로 인식한다. 도 2에서 AGC타임(AGC TIME)은 미세신호의 파장을 자동으로 보정하여 검출 가능한 레벨로 자동으로 설정하기 위한 시간이며, 예를 들어 최소 5초이상이어야 한다. 딜레이 타임(DELAY TIME)은 공정 초기의 불안정한 상태를 엔드포인트(END POINT)로 잘못 검출하는 오류를 방지하기 위해 EPD 그래프의 안정화 후 EPD를 검출하기 위해 주어진 시간이다. EPD를 검출하기 위해 주어진 총 시간은 보통 70~80초가 되며, 최대 100초내에 EPD가 검출되지 않으면 인터록신호를 발생하도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조용 애싱장치에서 식각공정 시 발생한 폴리머 및 포토레지스터를 애싱할 시 EPD검출에 의해 스트립을 진행하고 설정된 시간 내에 EPD가 검출되지 않을 시 인터록을 발생하여 공정진행을 중단하므로써, 다른 장비에 영향을 주지 않도록 하여 공정에러를 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims

반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치에 있어서,

애싱공정 시 플라즈마를 형성시키는 스트립쳄버와,

상기 스트립쳄버에 연결되어 플라즈마의 파장을 전송하기 위한 EPD케이블과,

상기 EPD케이블을 통해 전송되어오는 플라즈마의 파장을 읽어들여 정확한 스트립시간을 계산하여 설정된 시간 내에 EPD가 검출되지 않을 시 인터록신호를 발생하기 위한 EPD 콘트롤러로 구성함을 특징으로 하는 반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치.
제1항에 있어서,

상기 설정된 시간은 100초임을 특징으로 하는 반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치.
제2항에 있어서,

상기 스트립쳄버로부터 형성된 플라즈마의 파장을 투과시키는 뷰포트 석영을 더 구비함을 특징으로 하는 반도체 애싱설비의 스트립불량 감지장치.
식각공정 시 플라즈마를 형성시키는 스트립쳄버와, 상기 스트립쳄버로부터 형성된 플라즈마의 파장을 투과시키는 뷰포트 석영과, 상기 뷰포트 석영으로부터 EPD케이블을 통해 전달되는 플라즈마 파장을 전압으로 변환하여 정확한 포토레지스트의 식각시간을 계산하기 위한 EPD콘트롤러를 구비한 반도체 제조용 애싱설비의 스트립불량 감지방법에 있어서,

상기 스트립쳄버에 놓여진 웨이퍼에 형성된 폴리머 및 포토레지스트를 제거하기 위한 애싱공정을 진행하는 과정과,

상기 애싱공정 진행 중 상기 EPD케이블을 통해 전달되어온 플라즈마 파장을 전압으로 변환하는 과정과,

상기 변환한 전압을 감지하여 설정된 시간 내에 엔드포인트가 검출되지 않을 시 인터록신호를 발생하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 제조용 애싱설비의 스트립불량 감지방법.
제3항에 있어서,

상기 설정된 시간은 100초임을 특징으로 하는 반도체 제조용 애싱설비의 스트립 불량감지방법.